BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 KOMPOSIT - Pembuatan dan Karakterisasi Genteng Polimer Menggunakan Aspal dan Polypropilen Dengan Variasi Komposisi dan SeratNanas Terorientasi

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 KOMPOSIT

Pengertian komposit adalah bahan yang terbentuk apabila dua atau lebih komponen yang berlainan digabung (Kroschwitz, 1987). K. Van Rijswijk et.al dalam bukunya Natural Fibre Composites (2001) menjelaskan komposit adalah bahan hibrida yang terbuat dari resin polimer diperkuat dengan serat, menggabungkan sifat-sifat mekanik dan fisik. Ilustrasi ikatan dan sifat fisik polimer dapat dilihat pada gambar 2.1. fiber (serat) resin composite material

Gambar 2.1. Komposisi Komposit

(Sumber: K. van Rijswijk, et.al, 2001) Bahan komposit merupakan bahan gabungan secara makro yang didefinisikan sebagai suatu sistem material yang tersusun dari campuran atau kombinasi dua atau lebih unsur-unsur utama yang secara makro berbeda dalam bentuk dan atau komposisi material yang tidak dapat dipisahkan (Schwartz, 1984).

Material komposit mempunyai beberapa keuntungan diantaranya (Schwartz, 1997):

1. Bobotnya ringan

2. Mempunyai kekuatan dan kekakuan yang baik

3. Biaya produksi murah

4. Tahan korosi

5 Sedangkan Peter (2002) menjelaskan keuntungan dan kerugian komposit di dalam tabel di bawah ini.

Tabel 2.1. Keuntungan dan Kerugian dari Komposit Komersial (Jurnal

Penelitian Characterization and Treatments of Pineapple Leaf Fibre Thermoplastic Composite For Construction Application, Munirah Mochtar, et.al, 2007)

Keuntungan Kerugian

Berat berkurang Biaya bertambah untuk bahan baku dan fabrikasi Rasio antara kekuatan atau rasio

kekakuan dengan berat tinggi

Sifat-sifat bidang melintang lemah

yang mampu matrik, kekerasan

Sifat-sifat Kelemahan beradaptasi: Kekuatan atau rendah kekakuan dapat beradaptasi dapat menimbulkan

Matriks

terhadap pengaturan beban degradasi lingkungan

Lebih tahan terhadap korosi Sulit dalam mengikat

Kehilangan sebagian sifat dasar Analisa sifat-sifat fisik dan mekanik material sulit dilakukan, analisis untuk efisiensi damping tidak mencapai

Ongkos manufaktur rendah

termal atau konsensus

Konduktivitas

konduktivitas listrik meningkat atau menurun

Dari tabel di atas dapat dilihat bahwa aplikasi komposit masih terbatas disebabkan oleh faktor ekonomi. Karena komposit menggunakan serat gelas atau material teknik yang lain sebagai penguat, biaya bahan mentah dan biaya fabrikasi akan menjadi tinggi. Hal ini jelas terlihat pada bidang industri yang memanfaatkan material komposit, seperti pada bidang penerbangan dan kelautan.

Material komposit terdiri dari dua buah penyusun yaitu filler (bahan pengisi) dan matrik. Adapun definisi dari keduanya adalah sebagai berikut:

1. Filler adalah bahan pengisi yang digunakan dalam pembuatan komposit, biasanya berupa serat atau serbuk. Serat yang sering digunakan dalam pembuatan komposit antara lain serat E-Glass, Boron, Carbon dan lain sebagainya. Bisa juga dari serat alam antara lain serat kenaf, jute, rami, cantula dan lain sebagainya.

2. Matriks. Gibson R.F. (1994) mengatakan bahwa matriks dalam struktur komposit bisa berasal dari bahan polimer, logam, maupun keramik.

Matriks secara umum berfungsi untuk mengikat serat menjadi satu struktur

komposit. Matriks memiliki fungsi: 1.

Mengikat serat menjadi satu kesatuan struktur 2. Melindungi serat dari kerusakan akibat kondisi lingkungan 3. Mentransfer dan mendistribusikan beban ke serat 4. Menyumbangkan beberapa sifat seperti, kekakuan, ketangguhan dan tahanan listrik.

2.1.1 Klasifikasi Komposit

Berdasarkan matriks yang digunakan komposit dapat dikelompokkan atas: 1. MMC: Metal Matriks Composite (menggunakan matriks logam)

Metal Matriks Composite adalah salah satu jenis komposit yang memiliki matriks logam. MMC mulai dikembangkan sejak tahun 1996. Pada mulanya yang diteliti adalah Continous Filamen MMC yag digunakan dalam industri penerbangan

2. CMC: Ceramic Matriks Composite (menggunakan matriks keramik)

CMC merupakan material dua fasa dengan satu fasa berfungsi sebagai penguat dan satu fasa sebagai matriks dimana matriksnya terbuat dari keramik. Penguat yang umum digunakan pada CMC adalah; oksida, carbide, nitride. Salah saru proses pembuatan dari CMC yaitu dengan proses DIMOX yaitu proses pembentukan komposit dengan reaksi oksidasi leburan logam untuk pertumbuhan matriks keramik di sekeliling daerah

filler .

3. PMC: Polymer Matriks Composite (menggunakan matriks polimer). Polimer merupakan matriks yang paling umum digunakan pada material komposit. Karena memiliki sifat yang lebih tahan terhadap korosi dan lebih ringan. Matriks polimer terbagi 2 yaitu termoset dan termoplastik. Perbedaannya polimer termoset tidak dapat didaur ulang sedangkan termoplastik dapat didaur ulang sehingga lebih banyak digunakan belakangan ini. Jenis-jenis termoplastik yang biasa digunakan adalah polypropylene (PP), polystryrene (PS), polyethylene (PE), dan lain-lain

Berdasarkan serat yang digunakan komposit serat (fiber-matriks composites) dibedakan menjadi:

1. Fibre composites (komposit serat) adalah gabungan serat dengan matrik.

2. Flake composites adalah gabungan serpih rata dengan matrik.

3. Particulate composites adalah gabungan partikel dengan matrik.

4. Filled composites adalah gabungan matrik continous skeletal

5. Laminar composites adalah gabungan lapisan atau unsur pokok lamina.

Berdasarkan penempatannya terdapat beberapa tipe serat pada komposit yaitu:

Continuous Fibre Composite 1.

Tipe ini mempunyai susunan serat panjang dan lurus, membentuk lamina diantara matriksnya. Tipe ini mempunyai kelemahan pemisahan antar lapisan.

2. Woven Fibre Composite (bi-directional)

Komposit ini tidak mudah dipengaruhi pemisahan antar lapisan karena susunan seratnya mengikat antar lapisan. Susunan serat memanjangnya yang tidak begitu lurus mengakibatkan kekuatan dan kekakuan melemah.

3. Discontinous Fibre Composite Discontinous Fibre Composite adalah tipe komposit dengan serat pendek.

Tipe ini dibedakan lagi menjadi 3 :

a) Aligned discontinous fibre b) Off-axis aligned discontinous fibre c) Randomly oriented discontinous fibre

Berdasarkan strukturnya komposit dibedakan atas:

1. Particulate Composite Materials (komposit partikel) merupakan jenis komposit yang menggunakan partikel/butiran sebagai filler (pengisi).

Partikel berupa logam atau non logam dapat digunakan sebagai filler.

2. Fibrous Composite Materials (komposit serat) terdiri dari dua komponen penyusun yaitu matriks dan serat.

3. Structural Composite Materials (komposit berlapis) terdiri dari sekurang- kurangnya dua material berbeda yang direkatkan bersama-sama. Proses pelapisan dilakukan dengan mengkombinasikan aspek terbaik dari masing- masing lapisan untuk memperoleh bahan yang berguna. Untuk lebih jelasnya, pembagian komposit dapat dilihat pada gambar berikut:

Gambar 2.2. Struktur Bagan Komposit

2.1.2 Faktor Ikatan Fiber-Matriks

Komposit berpenguat serat banyak diaplikasikan pada alat-alat yang membutuhkan material yang mempunyai perpaduan dua sifat dasar yaitu kuat namun juga ringan. Komposit serat yang baik harus mampu menyerap matriks yang memudahkan terjadi antara dua fase (Schwartz, 1984). Selain itu komposit serat juga harus mempunyai kemampuan untuk menahan tegangan yang tinggi, karena serat dan matriks berinteraksi dan pada akhirnya terjadi pendistribusian tegangan. Kemampuan ini harus dimiliki oleh matriks dan serat. Hal yang mempengaruhi ikatan antara serat dan matriks adalah void, yaitu adanya celah pada serat atau bentuk serat yang kurang sempurna yang dapat menyebabkan matrik tidak akan mampu mengisi ruang kosong pada cetakan. Bila komposit tersebut menerima beban, maka daerah tegangan akan berpindah ke daerah void sehingga akan mengurangi kekuatan komposit tersebut (Schwartz, 1984).

2.1.3 Faktor Ikatan Filler-Matriks

Dengan adanya partikel berupa filler, maka pada beberapa daerah pada resin sebagai matriks akan terisi oleh partikel, sehingga pada saat terjadi

interlamellar stretching , deformasi yang terjadi pada bagian amorph dapat

diminimalisir oleh partikel. Mekanisme penguatannya adalah bahwa dengan adanya partikel, maka jarak antara bagian polimer yang strukturnya kristalin (berbentuk seperti lempengan/lamelar) akan diperpendek oleh adanya partikel tadi. Dengan semakin meningkatnya jumlah partikel yang ada (sampai pada batasan tertentu dimana matriks masih mampu mengikat partikel), maka deformasi yang terjadi juga akan semakin berkurang, karena beban yang sebelumnya diterima oleh matriks akan diteruskan atau ditanggung juga oleh partikel sebagai penguat.

Ikatan antara matriks dan filler harus kuat. Apabila ikatan yang terjadi cukup kuat, maka mekanisme penguatan dapat terjadi. Tetapi apabila ikatan antar permukaan partikel dan matriks tidak bagus, maka yang terjadi adalah filler hanya akan berperan sebagai impurities atau pengotor saja dalam spesimen. Akibatnya

filler akan terjebak dalam matriks tanpa memiliki ikatan yang kuat dengan

matriksnya . Sehingga akan ada udara yang terjebak dalam matriks sehingga dapat

menimbulkan cacat pada spesimen. Akibatnya beban atau tegangan yang diberikan pada spesimen tidak akan terdistribusi secara merata. Hal inilah yang menyebabkan turunnya kekuatan mekanik pada komposit.

Ikatan antar permukaan yang terjadi pada awalnya merupakan gaya adhesi yang ditimbulkan karena kekasaran bentuk permukaan, yang memungkinkan terjadinya interlocking antar muka, gaya elektrostatik yaitu gaya tarik menarik antara atom bermuatan ion, ikatan Van der Waals karena adanya dipol antara partikel dengan resin. Permulaan kekristalan (nukleasi) pada polimer bisa terjadi secara acak di seluruh matriks ketika molekul-molekul polimer mulai bersekutu (nukleasi homogen) atau mungkin juga terjadi disekitar permukaan suatu kotoran (impurities asing), yaitu mungkin suatu nukleator sengaja ditambahkan sehingga terjadi nukleasi heterogen. Jadi partikel yang ditambahkan pada polimer akan berpengaruh terhadap kristalisasi dari polimer itu sendiri.

Peningkatan volume filler akan mengurangi deformability (khususnya pada permukaan) dari matriks sehingga menurunkan keuletannya. Selanjutnya, komposit akan memiliki kekuatan lentur yang rendah. Namun apabila terjadi ikatan antara matriks dan filler kuat sifat mekanik akan meningkat karena distribusi tegangan merata.

Pola distribusi dari partikel juga akan mempengaruhi kekuatan mekanik. Pola distribusi partikel dalam matriks dapat dianalisa secara sederhana dengan menghitung densitas dari komposit pada beberapa bagiannya dalam satu variabel.

Dari hasil perhitungannya, densitas komposit memiliki nilai-nilai yang berbeda- beda dalam satu variabelnya. Hal ini menunjukkan pola sebaran dari partikel yang kurang homogen.

Pada penelitian ini komposit dianalisa secara makroskopik. Makroskopik adalah menganalisa bahan komposit dengan anggapan bahan komposit bersifat homogen sehingga dalam analisa kekuatan komposit berdasarkan kekuatan komposit secara keseluruhan. Sedangkan tinjauan secara mikroskopik pada penelitian ini diabaikan. Mikroskopik adalah menganalisa bahan komposit berdasarkan interaksi antara penguat dan matriksnya.

2.1.4 Pembebanan

Bahan komposit dibentuk pada saat yang sama ketika struktur tersebut dibuat. Hal ini berarti bahwa orang yang membuat struktur menciptakan sifat-sifat bahan komposit yang dihasilkan. Proses manufaktur yang digunakan biasanya merupakan bagian yang kritikal yang berperan menentukan kinerja struktur yang dihasilkan.

Terdapat empat beban langsung utama dimana setiap bahan dalam suatu struktur harus menahannya yaitu tarik, tekan, geser/lintang dan lentur.

1. Tarik Reaksi komposit terhadap beban tarik sangat tergantung pada sifat kekakuan dan kekuatan tarik dari serat penguat, dimana jauh lebih tinggi dibandingkan dengan resinnya.

2. Tekan Sifat daya rekat dan kekakuan dari sistem resin sangat penting. Resin menjaga serat sebagai kolom lurus dan mencegah dari tekukan (buckling).

3. Geser/Lintang Beban ini mencoba untuk meluncurkan setiap lapisan seratnya. Di bawah beban geser resin memainkan peranan utama, memindahkan tegangan melintang komposit. Untuk membuat komposit tahan terhadap beban geser, unsur resin diharuskan tidak hanya mempunyai sifat-sifat mekanis yang baik tetapi juga daya rekat yang tinggi terhadap serat penguat.

4. Lenturan Beban lentur sebetulnya merupakan kombinasi beban tarik, tekan dan geser.

Ketika beban seperti diperlihatkan, bagian atas terjadi tekan, bagian bawah terjadi tarik dan bagian tengah lapisan terjadi geser.

2.1.5 Daya Serap Air (Water Absorbtion)

Water-absorbtion dalam komposit merupakan kemampuan komposit

dalam menyerap uap air dalam waktu tertentu. Water-absorbtion pada komposit merupakan salah satu masalah terutama dalam penggunaan komposit di luar ruangan. Semua komposit polimer akan menyerap air jika berada di udara lembab atau ketika polimer tersebut dicelupkan di dalam air. Water-absorption pada komposit berpenguat serat alami memiliki beberapa pengaruh yang merugikan dalam propertiesnya dan mempengaruhi kemampuannya dalam jangka waktu yang lama juga penurunan secara perlahan dari ikatan interface komposit serta menurunkan sifat mekanis komposit seperti kekuatan tariknya. Penurunan ikatan

interface komposit menyebabkan penurunan properties mekanis komposit

tersebut. Karena itu, pengaruh dari water-absorption sangat vital untuk penggunaan komposit berpenguat serat alami di lingkungan terbuka.

Salah satu karakteristik serat alami memiliki kemampuan menyerap air yang lebih besar. Adanya serat alam yang memiliki kemampuan menyerap air sebesar 11%- 12% ( Surdia et al), menyebabkan komposit berpenguat serat alami dapat menyerap air lebih. Semakin besar fraksi volume serat pada komposit menyebabkan peningkatan water absorpton. Demikian pula ikatan matrik dengan serat membuat adanya celah yang membuat aliran air dapat masuk secara kapilarisasi Dhakal et.al (2006).

2.2 JENIS-JENIS ATAP

Atap merupakan salah satu elemen dari sebuah interior yang saling melengkapi dengan elemen-elemen penunjang lainnya. Selain itu atap berfungsi sebagai pelindung dari berbagai cuaca sehingga konstruksi dan bentuknya haruslah menunjang untuk menghadapi problem yang disebabkan oleh bunyi, panas, dingin, dan hujan. Pemilihan material atap pun harus benar-benar diperhatikan. Kualitas atap dapat dinilai baik, jika mempunyai struktur yang kuat serta tahan lama, sehingga elemen pendukung atap harus dirancang sedemikian rupa agar atap tetap kuat dan awet. Berbagai macam bahan material yang biasa digunakan sebagai atap antara lain yaitu atap alang-alang, sirap, beton, kaca, asbes, genteng, dan sirap. Beragam material tersebut mempunyai karakteristik tersendiri. Pastikan material yang digunakan dan teknik pengerjaannya kuat, aman, dan tahan lama.

Genteng adalah elemen utama pelindung bangunan dari panas dan hujan. Jenis, bentuk, dan warnanya berkembang mengikuti tren desain arsitektur. Fungsinya pun tidak lagi sebatas penutup atap, tapi sekaligus elemen mempercantik.

Pemanfaatan teknologi juga tak bisa dikesampingkan. Selain untuk mendapatkan produk kualitas prima, pemanfaatan teknologi merambah pada produk yang ramah lingkungan. Sejak isu pemanasan global mencuat ke permukaan, pemakaian bahan bangunan ramah lingkungan jadi tren di seluruh dunia. Produsen atap tak mau ketinggalan dan berlomba-lomba menawarkan produk atap ramah lingkungan. Ada beberapa pilihan penutup atap yang berkualitas dan murah.

Dalam pemilihan jenis penutup atap ini ada beberapa kriteria yang perlu diperhatikan:

1. Tinjauan terhadap iklim setempat

2. Bentuk keserasian atap

3. Fungsi dari bangunan tersebut

4. Bahan penutup atap mudah diperoleh

5. Dana yang tersedia Adapun jenis-jenis atap yang beredar di pasaran antara lain adalah:

1. Atap Sirap Penutup atap yang terbuat dari kepingan tipis kayu ulin (eusideroxylon zwageri) ini ketahanannya tergantung keadaan lingkungan, kualitas kayu yang digunakan, dan besarnya sudut atap. Penutup atap jenis ini bisa bertahan hingga 25 tahun atau lebih. Bentuknya yang unik cocok untuk bergaya pedesaan yang menyatu dengan alam.

2. Atap gentengat tradisional Material ini banyak dipergunakan liat yang dicetak dan dibakar. Kekuatannya cukup baik. Untuk memasang genteng liat membutuhkan rangka. Genteng dipasang pada atap miring. Genteng menerapkan sistem pemasangan inter-locking atau saling mengunci dan mengikat.

Seiring waktu, warna dan penampilan genteng akan berubah. Pada permukaannya biasanya akan tumbuh jamur. Bagi sebagian orang dengan gaya tertentu mungkin ini bisa membuat tampilan tampak lebih alami, namun sebagian besar orang tidak menyukai tampilan ini.

3. Atap genteng keramik Material genteng ini berbahan dasaliat. Namun genteng ini telah mengalami proses finishing, jadi permukaannya sudah diglasur. Lapisan ini dapat diberi warna yang beragam untuk melindungi genteng dari lumut. Ketahanannya sekitar 20

–50 tahun. Aplikasinya sangat cocok untuk hunian modern di perkotaan.

4. Atap genteng beton Bentuk dan ukurannya hampir sama dengan genteng tradisional, hanya bahan dasarnya berupa campuran semen PC dan pasir kasar, kemudian diberi lapisan tipis yang berfungsi sebagai pewarna dan kedap air. Sedangkan untuk kekuatan, genting beton punya daya tahan cukup lama, yakni 20 tahun. Namun karena bobotnya yang berat, genting beton hanya dapat disandingkan dengan penampang kuat seperti rangka baja ringan. Per meter persegi bidang atap, biasanya dibutuhkan 10 keping genteng beton, sementara bobot perbuahnya sekitar 4 kg- 4,5 kg. Di pasaran, tersedia beragam warna dan bentuk genteng beton. Mulai dari warna natural, seperti terakota dan coklat, sampai ke warna- warna cerah semisal biru dan hijau. Dari bentuknya, terdapat dua jenis genting beton, yaitu flat (rata) dan bergelombang. Genteng flat, biasa digunakan untuk rumah bergaya modern minimalis

5. Atap seng Atap ini terbuat dari lembaran baja tipis yang diberi lapisan seng secara elektrolisis yang tujuannya untuk membuatnya jadi tahan karat. Jadi, kata 'seng' berasal dari bahan pelapisnya. Jenis ini akan bertahan selama lapisan seng ini belum hilang. Jika sudah lewat masa itu, atap akan mulai berkarat dan bocor.

6. Atap dak beton Atap ini biasanya merupakan atap datar yang terbuat dari kombinasi besi dan beton. Penerapannya biasanya pada modern minimalis dan kontemporer. Karena konstruksinya kuat, atap ini dapat digunakan sebagai tempat beraktivitas, misalnya untuk menjemur pakaian dan bercocok tanam dengan pot.

Kebocoran pada atap dak beton sering sekali terjadi. Oleh karena itu perlu dilakukan pengawasan pada bagian cor-nya dan pada saat memasang lapisan waterproof pada bagian atasnya.

7. Atap genteng metal Atap ini berbentuk material lembaran, mirip seng. Hanya jenis bahan dasar yang membedakan. Genting metal terbuat dari logam, dengan bobot ringan. Ada dua jenis bahan pelapis yang dipakai, baja ringan dan galvanis. Dipasaran beredar dua jenis genting metal, yang berlapis pasir dan tidak. Lapisan pasir berfungsi untuk menahan panas, dan harganya pun lebih mahal sekitar Rp100 ribuan per keping di banding yang tidak berpasir. Untuk pemasangan genting metal memerlukan peralatan khusus. Kalau menggunakan rangka atap baja ringan, diperlukan paku galvanis dan sekrup baja.

Genteng ini ditanam pada balok gording rangka atap dengan menggunakan sekrup. Pemasangannya tidak jauh berbeda dengan gentengliat. Ukurannya lebih besar dari gentengliat, yakni sekitar 60

–120 cm, dengan ketebalan 0,3 mm.

8. Atap Genteng Aspal Material genteng yang satu ini bersifat transparan, terbuat dari campuran lembaran bitumen (turunan aspal) dan bahan kimia lain. Ada dua model yang tersedia di pasaran. Pertama, model datar bertumpu pada multipleks yang menempel pada rangka, dan jenis yang kedua, model bergelombang yang pemasangannya cukup disekrup pada balok gording.

Atap ini biasanya dipilih dan dipasang untuk memberi penerangan alami dayang tidak mendapatkan cahaya langsung dari jendela, atau sebagai aksen yang melengkapi desain sebuah Bentuknya pun bermacam macam, ada yang berbentuk lembaran kaca atau genteng kaca sesuai kebutuhan.

9. Atap Polikarbonat Atap ini berbentuk lembaran besar yang dapat dipasang tanpa sambungan.

Keunggulan polikarbonat adalah pada kualitas materialnya dan ketahanannya terhadap radiasi matahari. Atap jenis ini biasanya dipakai pada kanopi atau atap tambahan. Atap polikarbonat dapat dipasang dengan mudah dan cepat, namun harganya memang lebih mahal dari atap lainnya.

2.3 ASPAL

Aspal dalam bahasa yang umum dikenal juga dengan "tar". Untuk kata "tar" atau "aspal" sering digunakan secara bergantian, mereka memiliki arti yang berbeda. Salah satu alasan untuk kebingungan ini disebabkan oleh fakta bahwa, di antara negara-negara lain, ada perbedaan substansial dalam arti dihubungkan dengan periode yang sama. Sebagai contoh, aspal minyak di Amerika Serikat disebut dengan aspal, sedangkan di Eropa "aspal" adalah campuran agregat batu dan aspal yang digunakan untuk pembangunan jalan.

Di Eropa, istilah aspal menunjukkan residu dari penyulingan minyak bumi.

Bitumen adalah campuran hidrokarbon yang tinggi berat molekul. Rasio persentase antara komponen bervariasi, sehubungan dengan asal-usul minyak mentah dan metode distilasi. Bahkan, aspal sudah dikenal sebelum awal eksploitasi ladang minyak sebagai produk asal alam, yang disebut dalam hal ini adalah aspal asli.

2.3.1 Sumber Aspal

Sumber aspal dari kilang minyak (refinery bitumen). Aspal yang dihasilkan dari industri kilang minyak mentah (crude oil) dikenal sebagai residual

bitumen , straight bitumen atau steam refined bitumen. Isitlah refinery bitumen

merupakan nama yang tepat dan umum digunakan. Aspal yang dihasilkan dari minyak mentah yang diperoleh melalui proses destilasi minyak bumi. Proses

penyulingan ini dilakukan dengan pemanasan hingga suhu 350 C di bawah tekanan atmosfir untuk memisahkan fraksi-fraksi minyak seperti gasoline (bensin), kerosene (minyak tanah) dan gas oil. (Wignall, 2003).

2.3.2 Kandungan Aspal Kandungan aspal terdiri dari senyawa asphaltenes dan maltene.

Asphaltenes merupakan campuran kompleks dari hidrokarbon, yang terdiri dari

cincin aromatik kental dan senyawa heteroaromatik yang mengandung belerang, serta amina, amida, senyawa oksigen (keton, fenol atau asam karboksilat), nikel dan vanadium.

Di dalam maltene terdapat tiga komponen penyusun yaitu saturates, aromatis, dan resin. Dimana masing-masing komponen memiliki struktur dan komposisi kimia yang berbeda, dan sangat menentukan dalam sifat rheologi bitumen. Aspal merupakan senyawa yang kompleks, bahan utamanya disusun oleh hidrokarbon dan atom-atom N, S, dan O dalam jumlah yang kecil, juga beberapa logam seperti Vanadium, Ni, Fe, Ca dalam bentuk garam organik dan oksidanya. Dimana unsur-unsur yang terkandung dalam bitumen adalah Karbon (82-88%), Hidrogen (8-11%), Sulfur (0-6%), Oksigen (0-1,5%), dan Nitrogen (0- 1%).

Dengan demikian maka aspal atau bitumen adalah suatu campuran cairan kental senyawa organik, berwarna hitam, lengket, larut dalam karbon disulfida, dan struktur utamanya oleh ”polisiklik aromatis hidrokarbon” yang sangat kompak (Nuryanto, A. 2008).

2.3.3 Jenis – Jenis Aspal

Secara umum jenis aspal dapat diklasifikasikan berdasarkan sumbernya, yaitu sebagai berikut :

1. Aspal alamiah merupakan aspal ini berasal dari berbagai sumber alam, seperti pulau Trinidad dan Bermuda. Aspal dari Trinidad mengandung kira-kira 40% organik dan zat-zat anorganik yang tidak dapat larut, sedangkan yang berasal dari Bermuda mengandung kira-kira 6% zat-zat yang tidak dapat larut. Dengan pengembangan aspal minyak bumi, aspal alamiah relatif menjadi tidak penting.

2. Aspal batuan adalah endapan alamiah batu kapur atau batu pasir yang diperpadat dengan bahan-bahan berbitumen. Aspal ini terjadi di berbagai bagian di Amerika Serikat. Aspal ini umumnya membuat permukaan jalan yang sangat tahan lama dan stabil.

3. Aspal minyak bumi pertama kali digunakan di Amerika Serikat untuk perlakuan jalan pada tahun 1894. Bahan-bahan pengeras jalan aspal sekarang berasal dari minyak mentah domestik bermula dari ladang-ladang di Kentucky, Ohio, Meksiko, Venezuela, Colombia, dan Timur Tengah (Oglesby, 1996). Aspal penetrasi 60/70 asal iran merupakan salah satu jenis aspal minyak bumi yang diimpor dari Iran-Teheran. Aspal jenis ini sangat sesuai dan direkomendasikan untuk negara beriklim tropis seperti Indonesia, karena di desain untuk bisa elastis menyesuaikan suhu yang naik dan turun, contohnya aspal yang dipergunakan sebagai bahan utama dalam penelitian ini yaitu aspal penetrasi 60/70. Untuk data jenis pengujian dan data persyaratan aspal tersebut tercantum seperti pada tabel 2.2.

Tabel 2.2 Data Jenis Pengujian dan Persyaratan Aspal Tipe Grade 60/70

(sumber: Spesifikasi Bidang Jalan dan Jembatan Dep. PU, 2005)

Sifat Ukuran Spesifikasi Standar Pengujian o

3 Densitas pada T 25 C kg/m 1010 - 1060 ASTM-D71/3289 o

Penetrasi pada T 25 C 0,1 mm 60/70 ASTM-D5 Titik leleh oC 49/56 ASTM-D36

Daktilitas pada T 25 C cm Min. 100 ASTM-D113 Kerugian pemanasan %wt Max. 0,2 ASTM-D6 Penurunan pada penetrasi % Max. 20 ASTM-D6&D5 setelah pemanasan Titik nyala oC Min. 250 ASTM-D92 Kelarutan dalam CS2 %wt Min. 99,5 ASTM-D4 Spot Test Negatif AASHO T102

2.4 PASIR

Pasir adalah butiran halus yang terdiri dari butiran berukuran 0,15-5 mm yang didapat dari hasil desintregrasi batuan alam atau juga dari pecahan batuan alam (Tjokrodimuljo, 1996).

Menurut asalnya pasir alam digolongkan menjadi

3 macam yaitu (Tjokrodimuljo, 1996):

1. Pasir galian yaitu pasir yang diperoleh langsung dari permukaan tanah atau dengan menggali terlebih dahulu. Pasir ini biasanya berbutir tajam, bersudut, berpori dan bebas kandungan garam.

2. Pasir sungai yaitu pasir yang diperoleh langsung dari dasar sungai yang pada umumnya berbutir halus, bulat-bulat akibat proses gesekan. Bila digunakan sebagai bahan susun beton daya lekat antar butirannya agak kurang, tetapi karena butirannya yang bulat maka cukup baik untuk memplester tembok.

3. Pasir laut yaitu pasir yang diambil dari pantai, butirannya halus dan bulat karena gesekan. Pasir ini merupakan jenis pasir yang paling jelek dibandingkan pasir galian dan pasir sungai. Apabila dibuat beton maka harus dicuci terlebih dahulu dengan air tawar karena pasir ini akan menyerap banyak kandungan air di udara dan pasir ini selalu agak basah, juga menyebabkan pengembangan volume pasir bila sudah menjadi bangunan.

2.5 POLIPROPILEN (PP)

Polipropilen merupakan hasil reaksi polimerisasi monomer propilen. PP yang diperdagangkan umumnya dalam bentuk pellet (butiran memanjang). Polipropilen dapat digunakan untuk membuat barang-barang seperti botol, kotak aki, tikar, rafia, dan karung plastik.

Bahan baku polipropilen didapat dengan menguraikan petroleum (naftan) dengan cara yang sama seperti pada etilen. Menurut proses yang serupa dengan metoda tekanan rendah untuk polietilen, mempergunakan katalis Zieger

– Natta,

polipropilen dengan keteraturan ruang dapat diperoleh dari propilen. Polipropilen ataktik tanpa keteraturan ruang dan mempunyai titik lunak rendah dipisahkan oleh ekstraksi dengan pentan dan disisihkan.(Ghanie, 2011)

2.5.1 Sifat - Sifat Polipropilen

Sifat

– sifat polipropilen serupa dengan sifat – sifat polietilen. Massa

jenisnya rendah (0,90 – 0,92 g/cm ). Termasuk kelompok yang paling ringan diantara bahan polimer. Dapat terbakar jika dinyalakan, titik lunaknya tinggi sekali (176°C, Tm), kekuatan tarik, kekuatan lentur dan kekakuannya lebih tinggi, tetapi ketahanan impaknya rendah terutama pada suhu rendah.

Sifat tembus cahayanya pada pencetakan lebih baik daripada polietilen dengan permukaan yang mengkilap, penyusutannya pada pencetakan kecil, penampilan dan ketelitian dimensinya lebih baik. Sifat mekaniknya dapat ditingkatkan sampai batas tertentu dengan jalan mencampurkan serat gelas. Pemuaian termal juga dapat diperbaiki sampai setingkat dengan resin termoset.

Sifat-sifat listriknya hampir sama dengan sifat – sifat listrik polietilen. Ketahanan kimianya kira

– kira sama bahkan lebih baik daripada polietilen massa jenis tinggi. Ketahanan retak
– tegangannya sangat baik. Dalam hidrokarbon aromatik dan hidrokarbon yang terklorinasi, larut pada 80°C atau lebih, tetapi pada suhu biasa hanya memuai. Oleh karena itu sukar untuk diolah dengan perekatan dan pencapan seperti halnya dengan polietilen yang memerlukan perlakuan tertentu pada permukaannya.

Polipropilen merupakan jenis bahan baku plastik yang ringan, densitas 0,90

– 0,92, memiliki kekerasan dan kerapuhan yang paling tinggi dan bersifat kurang stabil terhadap panas dikarenakan adanya hidrogen tersier. Penggunaan bahan pengisi dan penguat memungkinkan polipropilen memiliki mutu kimia yang baik sebagai bahan polimer dan tahan terhadap pemecahan karena tekanan (stress-cracking) walaupun pada temperatur tinggi.

Kerapuhan polipropilen dibawah 0°C dapat dihilangkan dengan penggunaan bahan pengisi. Dengan bantuan pengisi dan penguat, akan terdapat adhesi yang baik. Polimer yang memiliki konduktivitas panas rendah seperti polipropilen (konduktivitas = 0,12 W/m) kristalinitasnya sangat rentan terhadap laju pendinginan.

Misalnya dalam suatu proses pencetakan termoplastik membentuk barang jadi yang tebal dan luas, bagian tengah akan menjadi dingin lebih lambat dari pada bagian luar, yang bersentuhan langsung dengan cetakan. Akibatnya, akan terjadi perbedaan derajat kristalinitas pada permukaan dengan bagian tengahnya.

Polipropilen mempunyai tegangan (tensile) yang rendah, kekuatan benturan (impact strength) yang tinggi dan ketahanan yang tinggi terhadap pelarut organik. Polipropilen juga mempunyai sifat isolator yang baik mudah diproses dan sangat tahan terhadap air karena sedikit sekali menyerap air, dan sifat kekakuan yang tinggi.

Seperti polyolefin lain, polipropilen juga mempunyai ketahanan yang sangat baik terhadap bahan kimia anorganik non pengoksidasi, deterjen, alcohol dan sebagainya. Tetapi polipropilen dapat terdegradasi oleh zat pengoksidasi seperti asam nitrat dan hidrogen peroksida. Sifat kristalinitasnya yang tinggi menyebabkan daya regangannya tinggi, kaku dan keras (Ahmad Hafizullah, 2011).

2.5.2 Mampu Cetak

Polipropilen mempunyai sifat mampu cetak yang baik seperti halnya polietilen. Seperti telah diutarakan di atas polipropilen mempunyai faktor penyusutan cetakan yang lebih kecil dibandingkan dengan polietilen yang bermassa jenis tinggi, pada kondisi optimal dapat diperoleh produk dengan ketelitian dimensinya baik dan tegangan sisa yang kecil.

2.5.3 Penggunaan Polipropilen

Hampir sama seperti polietilen, popliropilen banyak digunakan sebagai bahan dalam produksi peralatan meja makan, keranjang, peralatan kamar mandi, keperluan rumah tangga, mainan, peralatan listrik, barang

– barang kecil, komponen mobil, dan seterusnya. Penggunaan yang luas itu berkat mampu

cetaknya yang baik, permukaannya yang licin, mengkilap dan tembus cahaya.

Film yang diregangkan pada dua arah sumbu kuat dan baik ketahanan impaknya pada suhu rendah. Untuk memperbaiki permeabilitas gas dan ketahanan terhadap panas telah dikembangkan berbagai macam laminasi film. Benang celah dibuat dengan cara meregangkan film sampai putus pada panjang yang sama, dan benang pisah dengan robekan yang banyak, dipakai untuk membuat tali dan pita untuk keperluan pengepakan. Serat dipergunakan untuk tambang, karpet, tirai dan bahkan yang dicetak tiup untuk berbagai macam botol (Ghanie, 2011).

2.6. SERAT

Serat merupakan bahan yang kuat, kaku, dan getas. Karena serat yang terutama menahan gaya luar, ada dua hal yang membuat serat menahan gaya yaitu: 1.

Perekatan (bonding) antara seart dan matriks (intervarsial bonding) sangat baik dan kuat, sehingga tidak mudah lepas dari matriks (debonding)

2. Kelangsingan (aspect ratio) yaitu perbandingan antara panjang serat dan diameter serat yang cukup besar.

Arah serat penguat menntukan kekuatan komposit, arah serat sesuai dengan arah kekuatan maksimum. Arah serat mempengaruhi jumlah serat yang dapat diisikan ke dalam matriks. Makin cermat penataannya, makin banyak penguat dapat dimasukkan. Bila sejajar berpeluang sampai 90%, bila separuh separuh saling tegak lurus peluangnya 75%, dan tatanan acak hanya berpeluang pengisian 15 sampai 50%. Hal tersebut menentukan optimum saat komposit maksimum (Surdia, 1995).

2.6.1 Efek Orientasi Serat Terhadap Kekuatan

Komposit diperkuat serat kontinu pada arah yang sama dengan arah tegangan kerja kekuatan komposit adalah kekuatan maksimal. Kekuatan komposit tipe anisotropik ini bervariasi secara linier dengan fraksi volume serat. Apabila orientasi serat membuat sudut dengan arah tegangan tarik yang diterapkan, maka terjadi penurunan gradient kurva kekuatan untuk nilai V f (fraksi volume serat) yang lebih besar dari V min . Efek pengurangan ini diperoleh dengan memasukkan faktor orientasi ή dalam persamaan kekuatan dasar yang menghasilkan:

...............................................................................2.1 Dimana:

= Tegangan (kekuatan) komposit = Faktor orientasi

= Tegangan (kekuatan)serat = Fraksi volume serat

= Fraksi volume matrik = Tegangan dimana matrik mulai mengalami deformasi plastis dan pengerasan

–regangan. Bila sudut orientasi serat bertambah mulai dari nol, maka faktor orientasi η turun menjadi kurang dari satu.

Untuk menyajikan analisis yang lebih rinci dari variasi kekuatan komposit dengan orientasi serat, lazim diterapkan teori “tegangan maksimum” berdasarkan kenyataan bahwa ada tiga mode kegagalan komposit. Selain sudut orientasi serat

, terdapat tiga sifat komposit lain : kekuatan parallel dengan serat ( ), kekuatan geser matrik parallel dengan serat , dan kekuatan tegak lurus pada serat . Setiap mode kegagalan dinyatakan dengan persamaan yang menghubungkan kekuatan komposit dengan tegangan terurai.

Untuk model kegagalan pertama, yang dikendalikan oleh perpatahan serat akibat tegangan tarik, berlaku persamaan:

......................................................................................

2.2 Persamaan kegagalan yang dikendalikan oleh geseran pada bidang parallel dengan serat adalah : ................................................................................ 2.3

Apabila temperature dinaikkan. Mode kegagalan ini lebih mudah terjadi turun lebih cepat dari . pada komposit “off-axis” karena kekuatan geser Pada mode kegagalan ketiga, terjadi rupture transvers, baik di matrik atau antar muka serat/matrik (debonding). Persamaan yang berlakua ialah :

...................................................................................2.4 _komposit _Kekuatan Kegagalan dalam arah longitudinal Kegagalan geser

₄

Kegagalan dalam arah transvers ₉ _{Sudut orientasi serat}

5 Gambar 2.3 Hubungan antara mode kegagalan, kekuatan, dan orientasi serat

(diagram skematik untuk komposit serat kontinu satu arah) (Smallman, 2000)

Gambar 2.3 memperlihatkan bentuk karakteristik dari hubungan kekuatan komposit dan orientasi serat. Selain memperlihatkan ciri anisotropik tinggi dari

penguatan-kontinu satu arah, juga memperlihatkan manfaat apabila nilai rendah. Perkiraan berdasarkan penerapan teori tegangan maksimum, dan hasil eksperimen menunjukkan kesesuaian dan memastikan validasi umum kurva ini. (Untuk perhitungan ini diperlukan nilai terukur dari ). Mode kegagalan ditentukan oleh persamaan yang menghasilkan nilai kekuatan komposit paling rendah, berarti bahwa rupture transvers dominan apabila besar. Untuk nilai yang relative rendah, kekuatan komposit turun dengan cepat, hal ini berkaitan dengan transisi dari kegagalan – tarik ke kegagalan geser pada serat.

Dengan eliminasi dari dua persamaan pertama dari ketiga persamaan tadi dihasilkan sudut kritis untuk transisi ini: ..........................................................................2.5

Apabila kekuatan longitudinal sekitar sepuluh kali kekuatan geser matrik, maka sudut kritis ini adalah sekitar 6 . Dari hal di atas dapat disimpulkan bahwa mode kegagalan akibat pengaruh orientasi serat pada kekuatan komposit serat kontinyu adalah sebagai berikut:

1. Kegagalan tarik (baik serat atau matriks) akan tergantung pada kombinasi tertentu dari bahan serat dan matriks serta fraksi volume serat

2. Keruntuhan geser dari matriks sebagai akibat dari tegangan geser besar bertindak sejajar dengan serat

3. Kegagalan antarmuka matriks atau serat/matriks saat tarikan tegak lurus terhadap serat Apabila penerapan yang meliputi tegangan kerja yang tidak bekerja dalam satu arah, maka masalah anisotropi dapat diselesaikan secara efektif atau diminimalkan dengan penggunaan serat-kontinu dalam bentuk tenunan kain atau laminasi. Meskipun bentuk ini lebih isotropik dibandingkan komposit satu arah, selalu terjadi penurunan kekuatan sedikit tetapi masih wajar dan penurunan kekakuan yang tak terelakkan. Salah orientasi serat sering terjadi pada komposit, yang seringkali merupakan hasil fabrikasi yang tidak dapat dihindari (Smallman, 2000).

Orientasi serat adalah bagian penting dari informasi yang harus diperhitungkan untuk menganalisis kinerja struktural dari bagian dicetak komposit, tetapi umumnya diabaikan. Variasi tegangan regangan pada serat yang diorientasikan dapat digambarkan pada grafik berikut ini.

Gambar 2.4 Grafik regangan-tegangan pada serat dengan variasi orientasi

(Sumber: The Madison Group: Polymer Processing Research Corporation)

2.6.2 Serat Nanas

Serat alam (natural fibre) adalah jenis-jenis serat sebagai bahan baku industri tekstil atau lainnya, yang diperoleh langsung dari alam. Berdasarkan asal usulnya, serat alam dapat diklasifikasikan menjadi beberapa kelompok, yaitu serat yang berasal dari hewan, bahan tambang, dan tumbuhan (Kirby, 1963).

Serat daun nanas (pineapple

–leaf fibres) adalah salah satu jenis serat yang

berasal dari tumbuhan (vegetable fibre) yang diperoleh dari daun-daun tanaman nanas. Tanaman nanas yang juga mempunyai nama latin, yaitu Ananas Cosmosus, (termasuk dalam family Bromeliaceae), pada umumnya termasuk jenis tanaman semusim. Menurut sejarah, tanaman ini berasal dari Brazilia dan dibawa ke Indonesia oleh para pelaut Spanyol dan Portugis sekitar tahun 1599.

Di Indonesia tanaman tersebut sudah banyak dibudidayakan, terutama di pulau Jawa dan Sumatera yang antara lain terdapat di daerah Subang, Majalengka, Purwakarta, Purbalingga, Bengkulu, Lampung dan Palembang, yang merupakan salah satu sumber daya alam yang cukup berpotensi (Anonim, 2006). Tanaman nanas akan dibongkar setelah dua atau tiga kali panen untuk diganti tanaman baru, oleh karena itu limbah daun nanas terus berkesinambungan sehingga cukup potensial untuk dimanfaatkan sebagai produk tekstil yang dapat memberikan nilai tambah.

Bentuk daun nanas menyerupai pedang yang meruncing diujungnya dengan warna hijau kehitaman dan pada tepi daun terdapat duri yang tajam. Tergantung dari species atau varietas tanaman, panjang daun nanas berkisar antara 55 sampai 75 cm dengan lebar 3,1 sampai 5,3 cm dan tebal daun antara 0,18 sampai 0,27 cm. Di samping species atau varietas nanas, jarak tanam dan intensitas sinar matahari akan mempengaruhi terhadap pertumbuhan panjang daun dan sifat atau karakteristik dari serat yang dihasilkan. Intensitas sinar matahari yang tidak terlalu banyak (sebagian terlindung) pada umumnya akan menghasilkan serat yang kuat, halus, dan mirip sutera (strong, fine and silky fibre) (Kirby, 1963, Doraiswarmy et al., 1993).

Terdapat lebih dari 50 varietas tanaman nanas di dunia, beberapa varietas tanaman nanas yang telah dibudidayakan di Indonesia antara lain Cayenne, Spanish/Spanyol, Abacaxi dan Queen. Tabel 1 memperlihatkan sifat fisik beberapa jenis varietas lain tanaman nanas yang sudah banyak dikembangkan (Doraiswarmy et al., 1993).

Tabel 2.3 Karakteristik Fisis Serat Daun Nanas (Doraiswarmy et al., 1993)

Physical Characteristics Varietas Nanas Length (cm) Width(cm) Thickness(cm)

Assam local

4.7

0.21 Cayenalisa

4.0

0.21 Kallara Local

3.3

0.22 Kew

5.2

0.25 Mauritius

5.3

0.18 Pulimath Local

3.4

0.27 Smooth Cayenne

4.7

0.21 Valera Moranda

3.9

0.23 Daun nanas mempunyai lapisan luar yang terdiri dari lapisan atas dan bawah. Diantara lapisan tersebut terdapat banyak ikatan atau helai-helai serat (bundles of fibre) yang terikat satu dengan yang lain oleh sejenis zat perekat (gummy substances) yang terdapat dalam daun. Karena daun nanas tidak mempunyai tulang daun, adanya serat-serat dalam daun nanas tersebut akan memperkuat daun nanas saat pertumbuhannya. Dari berat daun nanas hijau yang masih segar akan dihasilkan kurang lebih sebanyak 2,5 sampai 3,5% serat daun nanas.

Pengambilan serat daun nanas pada umumnya dilakukan pada usia tanaman berkisar antara 1 sampai 1,5 tahun. Serat yang berasal dari daun nanas yang masih muda pada umumnya tidak panjang dan kurang kuat. Sedang serat yang dihasilkan dari tanaman nanas yang terlalu tua, terutama tanaman yang pertumbuhannya di alam terbuka dengan intensitas matahari cukup tinggi tanpa pelindung, akan menghasilkan serat yang pendek kasar dan getas atau rapuh (short, coarse and brittle fibre). Oleh sebab, itu untuk mendapatkan serat yang kuat, halus dan lembut perlu dilakukan pemilihan pada daun-daun nanas yang cukup dewasa yang pertumbuhannya sebagian terlindung dari sinar matahari.

2.6.2.1 Ekstrasi Serat Daun Nanas

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 KOMPOSIT - Pembuatan dan Karakterisasi Genteng Polimer Menggunakan Aspal dan Polypropilen Dengan Variasi Komposisi dan SeratNanas Terorientasi