Pembuatan dan Karakterisasi Komposit Serat Palem Saray dengan Matrik Poliester
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Komposit
2.1.1 Defenisi Komposit
Komposit adalah suatu material yang terbentuk dari kombinasi dua atau lebih
material, dimana sifat mekanik dari material pembentuknya berbeda – beda.
Komposit yang dibentuk dari dua jenis material yang berbeda, yaitu:
1. Penguat (reinforcement).
2. Matriks, meliputi transfer energi pengikat
Dalam mendesain material komposit harus berdasar pada dua hal pokok pikiran
yaitu:
1. Bahan/material yang dibuat harus dipahami sifat mekanisnya, mencakup proses
teknologi yang akan digunakan untuk pembuatan material.
2. Harus ada efek sinergetik dari bahan atau material yang akan di buat. Ini berarti
penggabungan dari dua bahan/material atau lebih didapatkan material baru yang
lebih unggul dari material dasarnya ( Christiani, Evi, 2007).
2.1.2 Kelebihan Komposit
Menurut Nasmi H. S., dkk, bahan komposit mempunyai beberapa kelebihan
dibandingkan dengan bahan konvensional seperti bahan logam. Kelebihan
tersebut pada umumnya dapat dilihat dari beberapa sudut yang penting seperti
sifat fisis, mudah dalam proses pembentukan, biaya dan sifat mekanik. Seperti
yang diuraikan dibawah ini:
a. Sifat fisis
Sifat fisis bahan komposit mempunyai density yang jauh lebih
rendah dibandingkan dengan bahan konvensional. Ini memberikan
implikasi yang lebih penting dalam konteks penggunaan karena komposit
akan mempunyai kekuatan dan kekakuan spesifik yang lebih tinggi dari
bahan konvensional. Implikasi adalah produk komposit akan mempunyai
kerut yang lebih rendah dari logam.
Universitas Sumatera Utara
b. Mudah dibentuk
Komposit yang mudah dibentuk merupakan suatu kriteria yang
peting dalam penggunaan suatu bahan untuk menghasilkan produk. Ini
karena dikaitkan dengan produktivitas dan mutu suatu produk.
Perbandingan antara produktivitas dan mutu adalah penting dalam konteks
pemasaran produk yang berasal dari pabrik. Selain dari itu kemampuan
untuk mudah dibentuk juga dikaitkan dengan berbagai teknik pabrikasi
yang dapat digunakan untuk memproses suatu produk. Dari hal tersebut
jelas bahwa bahan komposit mudah dibentuk dengan berbagai teknik
pabrikasi yang merupakan daya tarik yang dapat membuka ruang yang
lebih luas bagi penggunaan bahan komposit.
c. Biaya
Faktor biaya juga memberikan peranan yang sangat penting
dalam membantu perkembangan industri komposit. Biaya yang berkaitan
erat dengan penghasilan suatu produk seharusnya memperhitungkan
beberapa aspek seperti biaya, bahan mentah, pemrosesan, tenaga
manusia dan sebagainya.
d. Sifat- sifat Mekanik
Matriks dan serat memiliki peranan penting dalam menentukan sifat
mekanik dan fisis dari komposit. Sifat mekanik dari komposit antara lain
(Muhib Zainuri, 2008) :
1. kekakuan (stiffness), adalah sifat bahan yang mampu renggang pada
tegangan tinggi tanpa diikuti regangan yang besar. Ini merupakan
ketahanan terhadap deformasi. Kekakuan bahan merupakan fungsi dari
modulus elastisitas.
2. Kekuatan( strength), adalah sifat bahan yang ditentukan oleh tegangan
paling besar material mampu renggang sebelum rusak (failure). Ini
dapat didefeniskan oleh batas proporsional, titik mulur atau tegangan
maksimum.
3. Elastisitas (elasticity), adalah sifat material yang dapat kembali
kembali ke bentuk awal setelah beban dihilangkan.
Universitas Sumatera Utara
4. Keuletan (ductility), adalah sifat bahan yang mampu deformasi
terhadap beban tarik sebelum benar-benar patah (rupture).
5. Kegetasan (brittleness), menunjukkan tidak adanya deformasi plastis
sebelum rusak. Material yang getas akan tiba-tiba rusak tanpa adanya
tanda terlebih dahulu.
6. Kelunakan (malleability), adalah sifat bahan yang mengalami
deformasi plastis terhadap beban tekan yang bekerja sebelum benarbenar patah.
7. Ketangguhan (toughness), adalah sifat material yang mampu menahan
beban impak tinggi atau beban kejut.
8. Kelenturan (resilience), adalah sifat material yang mampu menerima
beban impak tinggi tanpa menimbulkan tegangan lebih pada batas
elastis.
2.1.3 Kegunaan Bahan Komposit
Kegunaan bahan komposit yang diperkuat dengan serat antara lain
(Zainuddin, 1996) :
1.
Industri pesawat terbang seperti sayap, roda pendarat, dan baling-baling
helicopter.
2.
Industri mobil seperti bagian badan mobil, bumper, lampu mobil, jok
mobil, pegas, dan persneling.
3.
Industri kapal laut seperti badan kapal, dek, dan tiang kapal.
4.
Industri kimia seperti pipa, tangki, dan selang.
5.
Industri listrik seperti panel dan bahan isolator.
6.
Industri olahraga seperti tangki pancing, pemukul golf, kolam renang,
sky, dan sampan.
7.
Industri perabot dan perlengkapannya seperti panel, kursi, meja, dan
tangga.
Universitas Sumatera Utara
2.1.4 Klasifikasi bahan komposit
Secara garis besar ada lima jenis komposit berdasarkan penguat yang
digunakan :
1. Komposit serat (fiber composite)
Merupakan jenis komposit yang hanya terdiri dari satu lamina atau satu lapisan
menggunakan serat penguat. Serat yang digunakan biasanya berupa serat ijuk,
serat rami, serat gelas, serat karbon, dan sebagainya. Serat ini bisa disusun
secara acak maupun dengan orientasi tertentu bahkan bisa juga dalam bentuk
yang lebih kompleks seperti anyaman. Gambar komposit serat dapat dilihat
pada Gambar 2.1 di bawah ini :
Gambar 2.1 Komposit Serat
Komposit yang diperkuat dengan serat dapat digolongkan menjadi fua bagian
yaitu:
a. Komposit serat pendek (short fiber composite)
Komposit yang diperkuat dengan serat pendek umumnya sebagai
matriknya adalah resin termoset yang amorf atau semikristalin. Material
komposit yang diperkuat dengan serat pendek dapat dibagi menjadi dua
bagian yaitu :
1. Material komposit yang diperkuat dengan serat pendek orientasi
secara acak (inplane random orientasi). Secara acak biasanya derajat
orientasi dapat terjadi dari suatu bagian ke bagian lain. Akibat
langsung dari distribusi serat acak ini adalah nilai fraksi volume
rendah dalam material yang menyebabkan bagian resin lebih besar.
Fraksi berat yang lebih rendah berhubungan dengan ketidakefesienan
balutan dan batasan-batasan dalam proses pencetakan.
Universitas Sumatera Utara
2. Material komposit yang diperkuat dengan serat pendek yang orientasi
atau sejajar satu dengan yang lain.
Tujuan pemakaian serat pendek adalah memungkinkan pengolahan yang
mudah, lebih cepat, produksi lebih murah dan lebih beraneka ragam.
b. Komposit serat panjang (long fiber composite)
Keistimewaan komposit serat panjang adalah lebih mudah diorientasikan,
jika dibandingkan dengan serat pendek. Walaupun demikian serat pendek
memiliki rancangan lebih banyak. Secara teoritis serat panjang dapat
menyalurkan pembebanan atau tegangan daru suatu titik serat panjang
pemakaiannya. Pada prakteknya, hal ini tidak mungkin memperoleh
kekuatan tarik melampaui panjangnya. Perbedaan serat panjang dan serat
pendek yaitu serat pendek dibebani secara tidak langsung atau kelemahan
matriks akan menentukan sifat dari produk komposit tersebut yakni jauh
lebih kecil dibandingkan dengan besaran yang terdapat pada serat
panjang. Bentuk serat panjang memiliki kemampuan yang tinggi,
disamping itu kita tidak perlu memotong-motong serat. Fungsi
penggunaan serat sebagai penguat secara umum adalah sebagai bahan
yang dimaksudkan
untuk memperkuat
komposit,
disamping
itu
penggunaan serat juga mengurangi pemakaian resin sehingga akan
diperoleh suatu komposit yang lebih kuat, kokoh dan tangguh jika
dibandingkan produk bahan komposit yang tidak menggunakan serat
penguat.
2. Komposit laminat (laminated composite)
Merupakan jenis komposit yang terdiri dari dua lapisan atau lebih yang
digabungkan menjadi satu dan setiap lapisan yang memiliki karakteristik
khusus. Komposit laminat ini terdiri dari empat jenis yaitu komposit serat
kontinu, komposit serat anyam, komposit serat acak dan komposit serat hibrid.
Komposit yang terdiri dari lapisan yang diperkuat oleh matriks sebagai contoh
adalah plywood yang sering digunakan bahan bangunan dan kelengkapannya.
Universitas Sumatera Utara
Pada umumnya manipulasi makroskopis
dilakukan yang tahan terhadap
korosi, kuat dan tahan terhadap temperatur.
Gambar komposit laminat dapat dilihat pada Gambar 2.2 di bawah ini :
Gambar 2.2 Komposit laminat
3.Komposit partikel (particulated composite)
Merupakan komposit yang menggunakan partikel atau serbuk sebagai
penguatnya dan terdistribusi secara merata dalam matriks. Komposit yang
terdiri dari partikel dan matriks yaitu butiran (batu, pasir) yang diperkuat semen
yang kita jumpai sebagai beton, senyawa komplek ke dalam senyawa komplek.
Komposit partikel merupakan produk yang dihasilkan dengan menempatkan
partikel-partikel dan sekaligus mengikatnya dengan suatu matriks bersama-sama
dengan satu atau lebih unsur-unsur perlakuan seperti panas, tekanan,
kelembaban, katalisator dan lain-lain. Komposit partikel ini berbeda dengan
jenis serat acak sehingga bersifat isotropis. Kekuatan komposit serat
dipengaruhi oleh tegangan koheren diantara fase partikel dan matriks yang
menunjukkan sambungan yang baik.
Gambar komposit partikel dapat dilihat pada Gambar 2.3 berikut :
Gambar 2.3 Komposit Partikel
4. Komposit serpihan (flake composite)
Pengertian dari serpihan adalah partikel kecil yang telah ditentukan sebelumnya
yang dihasilkan dalam peralatan yang khusus dengan orientasi serat sejajar
Universitas Sumatera Utara
permukaannya. Suatu komposit serpihan terdiri atas serpih-serpih yang saling
menahan dengan mengikat permukaan atau dimasukkan ke dalam matriks. Sifatsifat khusus yang dapat diperoleh dari serpihan adalah bentuknya besar dan datar
sehingga dapat disusun dengan rapat untuk menghasilkan suatu bahan penguat
yang tinggi untuk luas penamapang lintang tertentu. Pada umumnya serpihanserpihan saling tumpang tindih pada suatu komposit sehingga dapat membentuk
lintasan fluida ataupun uap yang dapat mengurangi kerusakan karena penetrasi
atau perembesan.
5. Komposit pengisi (filler composite)
Komposit ini terdiri dari struktur tiga dimensi yang menerobos struktur dimensi
atau impregnasi dengan dua fase material pengisi. Pengisi juga mempunyai bentuk
tiga dimensi yang ditentukan oleh kekosongan di dalam matriks.
(Panjaitan, Kristina, 2011)
2.3 Serat
. Serat berfungsi sebagai penguat dalam komposit. Serat dicirikan oleh
modulus dan kekuatannya sangat tinggi, elongasi (daya rentang) yang baik,
stabilitas panas yang baik, spinabilitas (kemampuan untuk diubah menjadi filamenfilamen) dan sejumlah sifat-sifat lain yang bergantung pada pemakaian dalam
tekstil, kawat, tali dan kabel, dan lain-lain (Steven Malcolm P., 2001).
2.2.1 Serat Sebagai Penguat
Secara umum dapat dikatakan bahwa fungsi serat adalah sebagai penguat
bahan untuk memperkuat komposit sehingga sifat mekaniknya lebih kaku,
tangguh dan lebih kokoh dibandingkan dengan tanpa serat penguat, selain itu serat
juga menghemat penggunaan resin. Kaku adalah kemampuan dari suatu bahan
untuk menahan perubahan bentuk jika dibebani dengan gaya tertentu dalam
daerah alastis (pada pengujian tarik), tangguh adalah bila pemberian gaya atau
beban yang menyebabkan bahan-bahan tersebut menjadi patah (pada pengujian
tiga titik lentur) dan kokoh adalah kondisi yang diperoleh akibat benturan atau
Universitas Sumatera Utara
pukulan serta proses kerja yang mengubah struktur komposit sehingga menjadi
keras (pada pengujian impak). Beberapa syarat untuk dapat memperkuat matriks
antara lain ( Bukit N., 1988) :
1. Mempunyai modulus elastisitas yang tinggi
2. Kekuatan lentur yang tinggi
3. Perbedaan kekuatan diameter serat harus relatif sama
4. Mampu menerima perubahan gaya dari matriks dan mampu
menerima gaya yang bekerja padanya.
2.2.2 Serat alam
Serat alam adalah serat yang berasal dari alam seperti serat ijuk, serat
nenas, serat kelapa, dan lain- lain. Menurut Chandrabakty (2011) terdapat
beberapa alasan menggunakan serat alam sebagai penguat komposit sebagai
berikut :
a. Lebih ramah lingkungan dan biodegradable dibandingkan dengan serat
sintetis
b. Berat jenis serat alam lebih kecil
c. Memiliki rasio berat-modulus lebih baik dari serat E-glass
d. Komposit serat alam memiliki daya redam akustik yang lebih tinggi
dibandingkan komposit serat E-glass dan serat karbon
e. Serat alam lebih ekonomis dari serat glass dan serat karbon.
2.2.3 Palem Saray (Caryota mitis)
Klasifikasi dari Serat Palem Saray (Caryota mitis) dapat dilihat di bawah
ini :
Kingdom
: Plantae (Tumbuhan)
Subkingdom
: Tracheobionta (Tumbuhan berpembuluh)
Super Divisi
: Spermatophyta (Menghasilkan biji)
Divisi
: Magnoliophyta (Tumbuhan berbunga)
Kelas
: Liliopsida (Berkeping satu / monokotil)
Sub Kelas
: Arecidae
Ordo
: Areacales
Universitas Sumatera Utara
Famili
: Arecaceae (Suku pinang-pinangan)
Genus
: Caryota
Spesis
: Caryota mitis
http://www.plantamor.com/index.php. [6 Februari 2013]
Gambar 2.4 Serat Palem Saray
Gambar 2.5 Batang Serat Palem Saray
Nama Indonesia Palem Saray (Caryota mitis) adalah palem ekor ikan dan
gandhuru. Tetapi nama Palem Saray (Caryota mitis) di wilayah sumatera yaitu
Tanah Karo adalah Riman. Penyebarannya banyak terdapat di Sumatera, Jawa dan
Kalimantan.
Universitas Sumatera Utara
Ciri-ciri Palem Saray (Caryota mitis) yakni batangnya berumpun, tegak,
tinggi 5 – 10 m, diameternya 5 - 15 cm , tajuk hanya terdiri atas beberapa daun
tetapi kelihatan tebal dan menyatu ; daun panjangnya 2 – 4 m, pelepah daun sedikit
berserat dan susunan helaian daun menyirip ganda; perbungaannya tumbuh dari
batang bagian atas kemudian diikuti dengan bagian dibawahnya, berbentuk malai,
menggantung dan panjang 2 – 4 cm; bunganya berwarna kemerahan dan kuning
muda atau merah dan buahnya memiliki diameter sampai 2 cm, berwarna merah tua
dan berbiji satu. Kegunaan dari Palem Saray (Caryota mitis) adalah sebagai
tanaman hias di luar ruangan dan tunasnya dapat dimakan setelah direbus. Serat dari
Palem Saray (Caryota mitis) masih digunakan sebagai jerat tali. Tetapi Dalam
pembuatan komposit serat Palem Saray (Caryota mitis) dapat digunakan sebagai
penguat (Witono J. R., 2000).
.
2.3 Polimer
Polimer dihubungkan dengan molekul besar dimana suatu makromolekul
yang strukturnya bergantung pada monomer. Karena rantai-rantai polimer
mempunyai panjang yang bervariasi (kecuali beberapa polimer alam seperti
protein), biasanya dinyatakan dengan derajat polimerisasi rata-rata (Steven, 2001).
Bahan polimer yang mempunyai berat molekul besar dan berikatan
kovalen, menunjukkan sifat-sifat yang berbeda dari bahan organik yang
mempunyai berat molekul yang rendah. Bahan yang mempunyai berat molekul
rendah berubah menjadi cair dengan viskositas rendah atau menguap kalau
dipanaskan, sedangkan bahan polimer mencair dengan sangat kental dan tidak
menguap.
Sifat-sifat khas bahan polimer pada umumnya adalah sebagai berikut
(Surdia, 2005) :
1) Kemampuan cetaknya baik.
2) Dapat membuat produk yang ringan dan kuat.
3) Banyak di antara polimer bersifat isolasi listrik yang baik.
4) Baik sekali ketahanannya terhadap air dan zat kimia.
5) Produk-produk dengan sifat yang cukup berbeda dapat dibuat tergantung
pada cara pembuatannya.
Universitas Sumatera Utara
6) Umumnya bahan polimer lebih murah.
7) Kurang tahan terhadap panas.
8) Kekerasaan permukaan yang sangat kurang.
9) Kurang tahan terhadap pelarut.
10) Mudah termuati listrik secara elektrostatik.
Bahan pengikat atau penyatu antara serat dengan serat, partikel dengan
partikel dan seterusnya digunakan matriks. Secara umum matriks dibedakan atas
dua kelompok yaitu :
1.
Termoset memiliki ikatan primer yang kuat, struktur penyusunnya berupa
molekul besar, dan biasanya terbentuk dengan kondensasi. Sifat ini
merupakan hasil perubahan kimiawi selama pemrosesan, berupa
pemanasan atau adanya pemakaian katalis. Setelah terfiksasi menjadi
bentuk yang keras, termoset tidak dapat direnggangkan dan berubah
menjadi bentuk semula, karena sebagian molekul banyak terbuang selama
proses pengembalian bentuk. Jika panasnya dinaikkan kembali, maka akan
berubah menjadi arang, terbakar, dan terurai. Contohnya resin epoksi,
poliester,
urea
formaldehyde,
phonol-formaldehyde,
melamine
formaldehyde dan lain-lain.
2. Termoplastik biasanya berupa plastik, bersifat kenyal atau dapat
diregangakan. Sifat ini dapat terbentuk dengan dipanasakan, didinginkan,
dapat dilelehkan dan berubah menjadi bentuk berbeda tanpa menubah sifat
bahan dari termoplastik. Meskipun panas yang digunakan untuk
melelehkan dan membentuk kembali, termoplastik harus secara hati - hati
dikontrol atau bahan tersebut akan terdekomposisi atau terurai. Sifat dari
bahan termoplastik ditentukan dari metode ikatan antara rantai polimer.
Ikatan dari bahan termoplastik sangat lemah dan ikatan sekunder seperti
pada gaya van der waals . Dengan pemberian panas dan tekanan, ikatan
tersebut melemah, dan bahan dapat terbentuk seperti semula. Pada
keadaan panas dan tekanan tertentu, bahan akan menjadi bentuk yang
baru. Contohnya PVC (poli vinil clorida), FE (polietilen), nilon 66,
poliamida, poliasetal dan lain-lain (Setiabudy, 2007).
Universitas Sumatera Utara
2.4 Matriks
2.4.1 Defenisi Fungsi Matriks dan Klasifikasinya
Matriks adalah bahan atau material yang digunakan sebagai pengikat
bahan pengisi namun tidak mengalami reaksi kimia dengan bahan pengisi. Secara
umum matriks berfungsi sebagai :
1. Untuk melindungi material komposit dari kerusakan-kerusakan secara
mekanik maupun kimiawi
2. Untuk mengalihkan atau meneruskan beban dari luar ke serat
3. Sebagai pengikat
4. Memegang dan mempertahankan serat tetap pada posisinya.
2.5 Resin Poliester
Unsaturated Polyester (UP) merupakan jenis resin thermoset. Resin UP
memiliki sifat encer dan fluiditasnya baik sehingga dapat diaplikasikan mulai dari
proses hand lay up yang sederhana sampai dengan proses yang kompleks.
Banyaknya penggunaan resin ini didasarkan pada pertimbangan harga relatif
murah, curing cepat, warna jernih, dan mudah penanganannya. Katalis yang
sering digunakan sebagai media untuk mempercepat pengerasan cairan resin
(curing) adalah hardener metyl etyl keton peroksida (MEKPO). Kadar penggunaan
hardener MEKPO adalah 5% pada suhu kamar (Herbi, Asrima, 2011).
Sebelum dicampur dengan bahan pengeras atau katalisnya, resin polyester
akan tetap dalam keadaan cair dan akan mengeras setelah beberapa saat dilakukan
pencampuran dengan katalisnya, sesuai dengan jenis dan banyaknya katalis yang
digunakan dalam campuran. Waktu yang dibutuhkan selama proses perubahan
fase resin polyester dari kedaan cair (kental) menjadi keras (padat) setelah
dilakukan pencampuran dengan katalisnya disebut waktu pengerasan.
Sifat-sifat dari resin poliester adalah memiliki permukaan yang halus
mengkilat, titik leleh yang relatif tinggi, maka bahan ini unggul dalam kestabilan
dimensi karena serapan airnya dan koefisien ekspansi termalnya rendah. Bahan
polimer yang mempunyai kekakuan tinggi, kekuatan mekanik yang unggul, tinggi
dalam : ketahanan impak, ketahanan abrasi, koefisien gesek, ketahanan melar,
ketahanan retak tegangan dan ketahanan cuaca juga baik.
Universitas Sumatera Utara
Spesifikasi Poliester dapat dilihat pada tabel 2.1 di bawah ini :
Tabel 2.1 Spesifikasi Poliester
Sifat
Nilai
Berat jenis
1,215 g/cm3
Kekerasan
40 kgf/mm2
Suhu distorsi panas
70 oC
Penyerapan air
0,188 %
Suhu ruang
0,466 %
Kekuatan Fleksural
9,4 kgf/mm2
Modulus Fleksural
300 kgf/mm2
Daya rentang
5,5 kgf/mm2
Modulus rentang
300 kgf/mm2
Regangan
2,1 %
Maksimum
(PT JUSTUS 2001, dalam Zulkarnain, 2011)
2.6 Sifat – sifat Permukaan dan Adhesi
Adhesi terjadi apabila dua substansi yang berbeda melekat sewaktu berkontak
yang disebabkan oleh gaya tarik-menarik yang timbul antara kedua benda
tersebut. Adhesi adalah gaya tarik-menarik antara dua molekul yang berbeda yang
saling bersentuhan. Adhesif adalah bahan yang dipergunakan untuk mendapatkan
adhesi, adherand adalah bahan yang dipergunakan bersama adhesive untuk
mendapatkan adhesi.
Dalam penelitian ini digunakan resin poliester sebagai bahan adhesif dan
serat palem saray sebagai adherand. Dalam kondisi tertentu, bonding (ikatan)
yang kuat dapat terjadi apabila cairan mengalir ke rongga atau sel-sel permukaan
yang kasar yang dapat terjadi oleh karena mekanisme saling ikat (interloking)
yang terjadi sewaktu cairan mengeras. Fenomena ini dihubungkan dengan
perlekatan (attachment).
Universitas Sumatera Utara
Kebanyakan permukaan serat kasar secara mikrokopis atau makrokopis.
Sebagai konsekuensinya adalah terperangkapnya udara antara permukaan adhesif
dan permukaan adherand, sehingga mengurangi luas permukaan yang berkontak
antara kedua bahan tersebut.
Berikut ini terdapat syarat dari suatu bahan dalam pembahasan suatu
permukaan bahan :
1. Bahan adhesif harus dapat membasahi adherand dengan baik.
2. Adhesif harus mempunyai viskositas yang baik sehingga dapat merembes ke
seluruh permukaan adherand.
3. Setting bahan adhesif harus berlangsung tanpa disertai perubahan dimensi yang
besar, jadi hanya terjadi sedikit ekspansi atau kontraksi.
3. Penting diperhatikan ketebalan lapisan adhesif, lapisan adhesif yang terlalu
tebal dapat menyebabkan merosotnya daya rekat.
4. Harus diperhitungkan kekuatan adhesif setelah pengerasan.
Dalam suatu sistem yang sederhana, adanya ikatan pada suatu bidang
batas adalah diakibatkan oleh adhesi antara penguat dan matriks. Dalam hal ini
adhesi dikaitkan dengan dengan beberapa mekanisme pokok yang terjadi pada
bidang batas, baik dengan cara isolasi atau kombinasi untuk menghasilkan ikatan.
Beberapa ikatan dapat terjadi secara murni melalui pertautan mekanis antara dua
permukaan. Suatu bahan polimer (resin) yang membasahi suatu permukaan bahan
lain akan menutupi setiap bagian kecil dari permukaan bahan tersebut, sehingga
akan menghasilkan kekuatan bidang batas yang semakin besar.
Dari hal yang mempengaruhi bidang batas antara matriks dengan bahan
penguat dapat dikatakan bahwa ikatan fisis yang kuat tidak akan terjadi jika:
a. Permukaan
bahan penguat
tercemar
sehingga
mempengaruhi
energi
permukaan efektif.
b. Adanya gelembung udara dan gas lain yang terperangkap pada bahan penguat.
c. Terjadinya penyusutan tegangan yang besar selama proses pengerasan yang
mengakibatkan adanya pergeseran yang tidak dapat pulih.
(Sari, Suci W., 2008)
Universitas Sumatera Utara
2.7 Pengujian Sifat Fisis
2.7.1 Densitas
Pengujian
densitas
merupakan
sifat
fisis
yang
menunjukkan
perbandingan antara massa komposit dengan volume komposit . Besarnya
densitas dapat dihitung dengan mengunakan persamaan berikut :
ρ=
Dengan :
୫
…...…………………….. (2.1)
ρ = densitas atau kerapatan (g/cm3)
m = massa komposit (g)
V = volume komposit (cm3)
2.7.2 Daya Serap Air
Pengujian daya serap air dilakukan untuk mengetahui besarnya
prensentase air yang terserap oleh sampel yang direndam selama 24 jam.
Besarnya daya serap air dapat dihitung dengan persamaan berikut :
Daya serap air (%) =
ି
Dengan :
x 100 %
...................................... (2.2)
mk = massa kering komposit (g)
mb = massa basah komposit (g)
(Meri D., dkk, 2013)
2.7.3 Kadar Air
Kadar air adalah persentase kandungan air suatu bahan. Kadar air dapat
dihitung berdasarkan massa basah dan massa kering sebelum dan sesudah di oven
( T = 110oC) dari sampel berukuran 13 cm x 1,5 cm x 0,3 cm dengan persamaan
2.2 sebagai beikut :
Kadar air ( % )
=
భ ି మ
మ
x 100 %
........................................ (2.3)
Universitas Sumatera Utara
Dengan:
m1 = Massa sampel basah (g)
m2 = Massa sampel kering (g)
(Rangkuti, Zulkarnain, 2011)
2.8 Pengujian Sifat Mekanik
2.8.1 Kekutan Lentur (Ultimate Flexural Strength)
Kekuatan (strength), menyatakan kemampuan bahan untuk menerima
tegangan tanpa menyebabkan bahan menjadi patah. Kekuatan ini ada beberapa
macam, tergantung pada jenis beban yang bekerja atau mengenainya. Contoh
kekuatan lengkung. Material yang lentur (tidak kaku) adalah material yang
mengalami regangan bila diberi tegangan atau beban tertentu. Kelenturan
(ductility) merupakan sifat mekanik bahan yang menunjukkan derajat deformasi
plastis yang terjadi sebelum suatu bahan putus atau patah. Untuk mengetahui
kekuatan lentur suatu material dapat dilakukan dengan pengujian lentur terhadap
material tersebut. Kekuatan lentur atau kekuatan lengkung adalah tegangan lentur
terbesar yang dapat diterima akibat pembebanan luar tanpa mengalami deformasi
yang besar atau kegagalan. Besar kekuatan lentur tergantung pada jenis material
dan pembebanan.
Kekuatan lentur pada sisi bagaian atas sama nilai dengan kekuatan lentur
pada sisi bagian bawah. Pengujian dilakukan three point bending.
Gambar pengujian kekuatan lentur dengan three point bending dapat dilihat pada
Gambar 2.6 di bawah ini :
P
b
d
L
Gambar 2.6 Pengujian Kekuatan Lentur dengan Three Point Bending
Universitas Sumatera Utara
Sehingga kekuatan lentur dapat dirumuskan sebagai berikut :
σ=
ଷ . .
………………………………. (2.4)
ଶ . ௗమ
Dengan : σ = Tegangan lentur (MPa)
P = Beban / load (N)
L = Jarak span / support span (mm)
b = Lebar sampel/ width (mm)
d = Tebal sampel/ depth (mm)
(Pratama, 2011)
4.7.2 Kekuatan Impak (Impact Test)
Kekuatan impak adalah suatu kriteria penting untuk mengetahui kegetasan
bahan polimer. Prinsip pengujian impak adalah menghitung energi yang diberikan
beban dan menghitung energi yang diserap oleh spesimen. Saat beban dinaikkan
pada ketinggian tertentu, beban memiliki energi potensial, kemudian saat
menumbuk spesimen energi kinetik mencapai maksimum. Energi yang diserap
spesimen akan menyebabkan spesimen mengalami kegagalan. Bentuk kegagalan
itu tergantung pada jenis materialnya, apakah patah getas atau patah ulet (M. Budi.
N. R., dkk, 2011).
Kekuatan impak yang dihasilkan (Is) merupakan perbandingan antara
energi serap (Es) dengan luas penampang (A). Kekuatan impak dapat dihitung
dengan persamaan 2.5 berikut :
Is =
Es
A
.................................................. (2.5)
Dengan :
Is
: Kekuatan Impak (J/m2)
Es
: energi yang diserap sampel setelah tumbukan (J)
A
: luas penampang lintang sampel (m2)
Universitas Sumatera Utara
Gambar pengujian Impak dapat dilihat seperti Gambar 2.7 di bawah ini :
Gambar 2.7 Pengujian Kekuatan Impak
4.7.3 Kekuatan Tarik (Tensile Strength)
Kekuatan tarik adalah ketahanan suatu bahan terhadap beban yang bekerja
parallel pada bahan yang menyebabkan bahan tersebut putus tarik. Pengujian
dilakukan terhadap specimen uji yang standar. Pada bagian tengah dari batang uji
merupakan bagian yang menerima tegangan. Pada bagian ini diukur panjang batang
uji, yaitu bagian yang dianggap menerima pengaruh dari pembebanan, bagian inilah
yang selalu diukur pada proses pengujian (Paryanto D. S., dkk, 2012).
Adapun pengujian tarik dapat dilihat pada Gambar 2.8 di bawah ini :
Ao
F
Lo
ΔL
F
Gambar 2.8 Pengujian Kekuatan Tarik
Universitas Sumatera Utara
Sehingga kekuatan tarik dapat dihitung dengan persamaan 2.6 sebagai berikut :
σ=
ε=
ி
.............................................. (2.6)
௱
x 100 %
............................................... (2.7)
Dengan :
σ = Tegangan (MPa)
F = Gaya tarik (N)
Ao = Luas penampang awal (m2)
ε
= Regangan ( % )
ΔL = Pertambahan panjang (mm)
Lo = Panjang mula-mula (mm)
Universitas Sumatera Utara
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Komposit
2.1.1 Defenisi Komposit
Komposit adalah suatu material yang terbentuk dari kombinasi dua atau lebih
material, dimana sifat mekanik dari material pembentuknya berbeda – beda.
Komposit yang dibentuk dari dua jenis material yang berbeda, yaitu:
1. Penguat (reinforcement).
2. Matriks, meliputi transfer energi pengikat
Dalam mendesain material komposit harus berdasar pada dua hal pokok pikiran
yaitu:
1. Bahan/material yang dibuat harus dipahami sifat mekanisnya, mencakup proses
teknologi yang akan digunakan untuk pembuatan material.
2. Harus ada efek sinergetik dari bahan atau material yang akan di buat. Ini berarti
penggabungan dari dua bahan/material atau lebih didapatkan material baru yang
lebih unggul dari material dasarnya ( Christiani, Evi, 2007).
2.1.2 Kelebihan Komposit
Menurut Nasmi H. S., dkk, bahan komposit mempunyai beberapa kelebihan
dibandingkan dengan bahan konvensional seperti bahan logam. Kelebihan
tersebut pada umumnya dapat dilihat dari beberapa sudut yang penting seperti
sifat fisis, mudah dalam proses pembentukan, biaya dan sifat mekanik. Seperti
yang diuraikan dibawah ini:
a. Sifat fisis
Sifat fisis bahan komposit mempunyai density yang jauh lebih
rendah dibandingkan dengan bahan konvensional. Ini memberikan
implikasi yang lebih penting dalam konteks penggunaan karena komposit
akan mempunyai kekuatan dan kekakuan spesifik yang lebih tinggi dari
bahan konvensional. Implikasi adalah produk komposit akan mempunyai
kerut yang lebih rendah dari logam.
Universitas Sumatera Utara
b. Mudah dibentuk
Komposit yang mudah dibentuk merupakan suatu kriteria yang
peting dalam penggunaan suatu bahan untuk menghasilkan produk. Ini
karena dikaitkan dengan produktivitas dan mutu suatu produk.
Perbandingan antara produktivitas dan mutu adalah penting dalam konteks
pemasaran produk yang berasal dari pabrik. Selain dari itu kemampuan
untuk mudah dibentuk juga dikaitkan dengan berbagai teknik pabrikasi
yang dapat digunakan untuk memproses suatu produk. Dari hal tersebut
jelas bahwa bahan komposit mudah dibentuk dengan berbagai teknik
pabrikasi yang merupakan daya tarik yang dapat membuka ruang yang
lebih luas bagi penggunaan bahan komposit.
c. Biaya
Faktor biaya juga memberikan peranan yang sangat penting
dalam membantu perkembangan industri komposit. Biaya yang berkaitan
erat dengan penghasilan suatu produk seharusnya memperhitungkan
beberapa aspek seperti biaya, bahan mentah, pemrosesan, tenaga
manusia dan sebagainya.
d. Sifat- sifat Mekanik
Matriks dan serat memiliki peranan penting dalam menentukan sifat
mekanik dan fisis dari komposit. Sifat mekanik dari komposit antara lain
(Muhib Zainuri, 2008) :
1. kekakuan (stiffness), adalah sifat bahan yang mampu renggang pada
tegangan tinggi tanpa diikuti regangan yang besar. Ini merupakan
ketahanan terhadap deformasi. Kekakuan bahan merupakan fungsi dari
modulus elastisitas.
2. Kekuatan( strength), adalah sifat bahan yang ditentukan oleh tegangan
paling besar material mampu renggang sebelum rusak (failure). Ini
dapat didefeniskan oleh batas proporsional, titik mulur atau tegangan
maksimum.
3. Elastisitas (elasticity), adalah sifat material yang dapat kembali
kembali ke bentuk awal setelah beban dihilangkan.
Universitas Sumatera Utara
4. Keuletan (ductility), adalah sifat bahan yang mampu deformasi
terhadap beban tarik sebelum benar-benar patah (rupture).
5. Kegetasan (brittleness), menunjukkan tidak adanya deformasi plastis
sebelum rusak. Material yang getas akan tiba-tiba rusak tanpa adanya
tanda terlebih dahulu.
6. Kelunakan (malleability), adalah sifat bahan yang mengalami
deformasi plastis terhadap beban tekan yang bekerja sebelum benarbenar patah.
7. Ketangguhan (toughness), adalah sifat material yang mampu menahan
beban impak tinggi atau beban kejut.
8. Kelenturan (resilience), adalah sifat material yang mampu menerima
beban impak tinggi tanpa menimbulkan tegangan lebih pada batas
elastis.
2.1.3 Kegunaan Bahan Komposit
Kegunaan bahan komposit yang diperkuat dengan serat antara lain
(Zainuddin, 1996) :
1.
Industri pesawat terbang seperti sayap, roda pendarat, dan baling-baling
helicopter.
2.
Industri mobil seperti bagian badan mobil, bumper, lampu mobil, jok
mobil, pegas, dan persneling.
3.
Industri kapal laut seperti badan kapal, dek, dan tiang kapal.
4.
Industri kimia seperti pipa, tangki, dan selang.
5.
Industri listrik seperti panel dan bahan isolator.
6.
Industri olahraga seperti tangki pancing, pemukul golf, kolam renang,
sky, dan sampan.
7.
Industri perabot dan perlengkapannya seperti panel, kursi, meja, dan
tangga.
Universitas Sumatera Utara
2.1.4 Klasifikasi bahan komposit
Secara garis besar ada lima jenis komposit berdasarkan penguat yang
digunakan :
1. Komposit serat (fiber composite)
Merupakan jenis komposit yang hanya terdiri dari satu lamina atau satu lapisan
menggunakan serat penguat. Serat yang digunakan biasanya berupa serat ijuk,
serat rami, serat gelas, serat karbon, dan sebagainya. Serat ini bisa disusun
secara acak maupun dengan orientasi tertentu bahkan bisa juga dalam bentuk
yang lebih kompleks seperti anyaman. Gambar komposit serat dapat dilihat
pada Gambar 2.1 di bawah ini :
Gambar 2.1 Komposit Serat
Komposit yang diperkuat dengan serat dapat digolongkan menjadi fua bagian
yaitu:
a. Komposit serat pendek (short fiber composite)
Komposit yang diperkuat dengan serat pendek umumnya sebagai
matriknya adalah resin termoset yang amorf atau semikristalin. Material
komposit yang diperkuat dengan serat pendek dapat dibagi menjadi dua
bagian yaitu :
1. Material komposit yang diperkuat dengan serat pendek orientasi
secara acak (inplane random orientasi). Secara acak biasanya derajat
orientasi dapat terjadi dari suatu bagian ke bagian lain. Akibat
langsung dari distribusi serat acak ini adalah nilai fraksi volume
rendah dalam material yang menyebabkan bagian resin lebih besar.
Fraksi berat yang lebih rendah berhubungan dengan ketidakefesienan
balutan dan batasan-batasan dalam proses pencetakan.
Universitas Sumatera Utara
2. Material komposit yang diperkuat dengan serat pendek yang orientasi
atau sejajar satu dengan yang lain.
Tujuan pemakaian serat pendek adalah memungkinkan pengolahan yang
mudah, lebih cepat, produksi lebih murah dan lebih beraneka ragam.
b. Komposit serat panjang (long fiber composite)
Keistimewaan komposit serat panjang adalah lebih mudah diorientasikan,
jika dibandingkan dengan serat pendek. Walaupun demikian serat pendek
memiliki rancangan lebih banyak. Secara teoritis serat panjang dapat
menyalurkan pembebanan atau tegangan daru suatu titik serat panjang
pemakaiannya. Pada prakteknya, hal ini tidak mungkin memperoleh
kekuatan tarik melampaui panjangnya. Perbedaan serat panjang dan serat
pendek yaitu serat pendek dibebani secara tidak langsung atau kelemahan
matriks akan menentukan sifat dari produk komposit tersebut yakni jauh
lebih kecil dibandingkan dengan besaran yang terdapat pada serat
panjang. Bentuk serat panjang memiliki kemampuan yang tinggi,
disamping itu kita tidak perlu memotong-motong serat. Fungsi
penggunaan serat sebagai penguat secara umum adalah sebagai bahan
yang dimaksudkan
untuk memperkuat
komposit,
disamping
itu
penggunaan serat juga mengurangi pemakaian resin sehingga akan
diperoleh suatu komposit yang lebih kuat, kokoh dan tangguh jika
dibandingkan produk bahan komposit yang tidak menggunakan serat
penguat.
2. Komposit laminat (laminated composite)
Merupakan jenis komposit yang terdiri dari dua lapisan atau lebih yang
digabungkan menjadi satu dan setiap lapisan yang memiliki karakteristik
khusus. Komposit laminat ini terdiri dari empat jenis yaitu komposit serat
kontinu, komposit serat anyam, komposit serat acak dan komposit serat hibrid.
Komposit yang terdiri dari lapisan yang diperkuat oleh matriks sebagai contoh
adalah plywood yang sering digunakan bahan bangunan dan kelengkapannya.
Universitas Sumatera Utara
Pada umumnya manipulasi makroskopis
dilakukan yang tahan terhadap
korosi, kuat dan tahan terhadap temperatur.
Gambar komposit laminat dapat dilihat pada Gambar 2.2 di bawah ini :
Gambar 2.2 Komposit laminat
3.Komposit partikel (particulated composite)
Merupakan komposit yang menggunakan partikel atau serbuk sebagai
penguatnya dan terdistribusi secara merata dalam matriks. Komposit yang
terdiri dari partikel dan matriks yaitu butiran (batu, pasir) yang diperkuat semen
yang kita jumpai sebagai beton, senyawa komplek ke dalam senyawa komplek.
Komposit partikel merupakan produk yang dihasilkan dengan menempatkan
partikel-partikel dan sekaligus mengikatnya dengan suatu matriks bersama-sama
dengan satu atau lebih unsur-unsur perlakuan seperti panas, tekanan,
kelembaban, katalisator dan lain-lain. Komposit partikel ini berbeda dengan
jenis serat acak sehingga bersifat isotropis. Kekuatan komposit serat
dipengaruhi oleh tegangan koheren diantara fase partikel dan matriks yang
menunjukkan sambungan yang baik.
Gambar komposit partikel dapat dilihat pada Gambar 2.3 berikut :
Gambar 2.3 Komposit Partikel
4. Komposit serpihan (flake composite)
Pengertian dari serpihan adalah partikel kecil yang telah ditentukan sebelumnya
yang dihasilkan dalam peralatan yang khusus dengan orientasi serat sejajar
Universitas Sumatera Utara
permukaannya. Suatu komposit serpihan terdiri atas serpih-serpih yang saling
menahan dengan mengikat permukaan atau dimasukkan ke dalam matriks. Sifatsifat khusus yang dapat diperoleh dari serpihan adalah bentuknya besar dan datar
sehingga dapat disusun dengan rapat untuk menghasilkan suatu bahan penguat
yang tinggi untuk luas penamapang lintang tertentu. Pada umumnya serpihanserpihan saling tumpang tindih pada suatu komposit sehingga dapat membentuk
lintasan fluida ataupun uap yang dapat mengurangi kerusakan karena penetrasi
atau perembesan.
5. Komposit pengisi (filler composite)
Komposit ini terdiri dari struktur tiga dimensi yang menerobos struktur dimensi
atau impregnasi dengan dua fase material pengisi. Pengisi juga mempunyai bentuk
tiga dimensi yang ditentukan oleh kekosongan di dalam matriks.
(Panjaitan, Kristina, 2011)
2.3 Serat
. Serat berfungsi sebagai penguat dalam komposit. Serat dicirikan oleh
modulus dan kekuatannya sangat tinggi, elongasi (daya rentang) yang baik,
stabilitas panas yang baik, spinabilitas (kemampuan untuk diubah menjadi filamenfilamen) dan sejumlah sifat-sifat lain yang bergantung pada pemakaian dalam
tekstil, kawat, tali dan kabel, dan lain-lain (Steven Malcolm P., 2001).
2.2.1 Serat Sebagai Penguat
Secara umum dapat dikatakan bahwa fungsi serat adalah sebagai penguat
bahan untuk memperkuat komposit sehingga sifat mekaniknya lebih kaku,
tangguh dan lebih kokoh dibandingkan dengan tanpa serat penguat, selain itu serat
juga menghemat penggunaan resin. Kaku adalah kemampuan dari suatu bahan
untuk menahan perubahan bentuk jika dibebani dengan gaya tertentu dalam
daerah alastis (pada pengujian tarik), tangguh adalah bila pemberian gaya atau
beban yang menyebabkan bahan-bahan tersebut menjadi patah (pada pengujian
tiga titik lentur) dan kokoh adalah kondisi yang diperoleh akibat benturan atau
Universitas Sumatera Utara
pukulan serta proses kerja yang mengubah struktur komposit sehingga menjadi
keras (pada pengujian impak). Beberapa syarat untuk dapat memperkuat matriks
antara lain ( Bukit N., 1988) :
1. Mempunyai modulus elastisitas yang tinggi
2. Kekuatan lentur yang tinggi
3. Perbedaan kekuatan diameter serat harus relatif sama
4. Mampu menerima perubahan gaya dari matriks dan mampu
menerima gaya yang bekerja padanya.
2.2.2 Serat alam
Serat alam adalah serat yang berasal dari alam seperti serat ijuk, serat
nenas, serat kelapa, dan lain- lain. Menurut Chandrabakty (2011) terdapat
beberapa alasan menggunakan serat alam sebagai penguat komposit sebagai
berikut :
a. Lebih ramah lingkungan dan biodegradable dibandingkan dengan serat
sintetis
b. Berat jenis serat alam lebih kecil
c. Memiliki rasio berat-modulus lebih baik dari serat E-glass
d. Komposit serat alam memiliki daya redam akustik yang lebih tinggi
dibandingkan komposit serat E-glass dan serat karbon
e. Serat alam lebih ekonomis dari serat glass dan serat karbon.
2.2.3 Palem Saray (Caryota mitis)
Klasifikasi dari Serat Palem Saray (Caryota mitis) dapat dilihat di bawah
ini :
Kingdom
: Plantae (Tumbuhan)
Subkingdom
: Tracheobionta (Tumbuhan berpembuluh)
Super Divisi
: Spermatophyta (Menghasilkan biji)
Divisi
: Magnoliophyta (Tumbuhan berbunga)
Kelas
: Liliopsida (Berkeping satu / monokotil)
Sub Kelas
: Arecidae
Ordo
: Areacales
Universitas Sumatera Utara
Famili
: Arecaceae (Suku pinang-pinangan)
Genus
: Caryota
Spesis
: Caryota mitis
http://www.plantamor.com/index.php. [6 Februari 2013]
Gambar 2.4 Serat Palem Saray
Gambar 2.5 Batang Serat Palem Saray
Nama Indonesia Palem Saray (Caryota mitis) adalah palem ekor ikan dan
gandhuru. Tetapi nama Palem Saray (Caryota mitis) di wilayah sumatera yaitu
Tanah Karo adalah Riman. Penyebarannya banyak terdapat di Sumatera, Jawa dan
Kalimantan.
Universitas Sumatera Utara
Ciri-ciri Palem Saray (Caryota mitis) yakni batangnya berumpun, tegak,
tinggi 5 – 10 m, diameternya 5 - 15 cm , tajuk hanya terdiri atas beberapa daun
tetapi kelihatan tebal dan menyatu ; daun panjangnya 2 – 4 m, pelepah daun sedikit
berserat dan susunan helaian daun menyirip ganda; perbungaannya tumbuh dari
batang bagian atas kemudian diikuti dengan bagian dibawahnya, berbentuk malai,
menggantung dan panjang 2 – 4 cm; bunganya berwarna kemerahan dan kuning
muda atau merah dan buahnya memiliki diameter sampai 2 cm, berwarna merah tua
dan berbiji satu. Kegunaan dari Palem Saray (Caryota mitis) adalah sebagai
tanaman hias di luar ruangan dan tunasnya dapat dimakan setelah direbus. Serat dari
Palem Saray (Caryota mitis) masih digunakan sebagai jerat tali. Tetapi Dalam
pembuatan komposit serat Palem Saray (Caryota mitis) dapat digunakan sebagai
penguat (Witono J. R., 2000).
.
2.3 Polimer
Polimer dihubungkan dengan molekul besar dimana suatu makromolekul
yang strukturnya bergantung pada monomer. Karena rantai-rantai polimer
mempunyai panjang yang bervariasi (kecuali beberapa polimer alam seperti
protein), biasanya dinyatakan dengan derajat polimerisasi rata-rata (Steven, 2001).
Bahan polimer yang mempunyai berat molekul besar dan berikatan
kovalen, menunjukkan sifat-sifat yang berbeda dari bahan organik yang
mempunyai berat molekul yang rendah. Bahan yang mempunyai berat molekul
rendah berubah menjadi cair dengan viskositas rendah atau menguap kalau
dipanaskan, sedangkan bahan polimer mencair dengan sangat kental dan tidak
menguap.
Sifat-sifat khas bahan polimer pada umumnya adalah sebagai berikut
(Surdia, 2005) :
1) Kemampuan cetaknya baik.
2) Dapat membuat produk yang ringan dan kuat.
3) Banyak di antara polimer bersifat isolasi listrik yang baik.
4) Baik sekali ketahanannya terhadap air dan zat kimia.
5) Produk-produk dengan sifat yang cukup berbeda dapat dibuat tergantung
pada cara pembuatannya.
Universitas Sumatera Utara
6) Umumnya bahan polimer lebih murah.
7) Kurang tahan terhadap panas.
8) Kekerasaan permukaan yang sangat kurang.
9) Kurang tahan terhadap pelarut.
10) Mudah termuati listrik secara elektrostatik.
Bahan pengikat atau penyatu antara serat dengan serat, partikel dengan
partikel dan seterusnya digunakan matriks. Secara umum matriks dibedakan atas
dua kelompok yaitu :
1.
Termoset memiliki ikatan primer yang kuat, struktur penyusunnya berupa
molekul besar, dan biasanya terbentuk dengan kondensasi. Sifat ini
merupakan hasil perubahan kimiawi selama pemrosesan, berupa
pemanasan atau adanya pemakaian katalis. Setelah terfiksasi menjadi
bentuk yang keras, termoset tidak dapat direnggangkan dan berubah
menjadi bentuk semula, karena sebagian molekul banyak terbuang selama
proses pengembalian bentuk. Jika panasnya dinaikkan kembali, maka akan
berubah menjadi arang, terbakar, dan terurai. Contohnya resin epoksi,
poliester,
urea
formaldehyde,
phonol-formaldehyde,
melamine
formaldehyde dan lain-lain.
2. Termoplastik biasanya berupa plastik, bersifat kenyal atau dapat
diregangakan. Sifat ini dapat terbentuk dengan dipanasakan, didinginkan,
dapat dilelehkan dan berubah menjadi bentuk berbeda tanpa menubah sifat
bahan dari termoplastik. Meskipun panas yang digunakan untuk
melelehkan dan membentuk kembali, termoplastik harus secara hati - hati
dikontrol atau bahan tersebut akan terdekomposisi atau terurai. Sifat dari
bahan termoplastik ditentukan dari metode ikatan antara rantai polimer.
Ikatan dari bahan termoplastik sangat lemah dan ikatan sekunder seperti
pada gaya van der waals . Dengan pemberian panas dan tekanan, ikatan
tersebut melemah, dan bahan dapat terbentuk seperti semula. Pada
keadaan panas dan tekanan tertentu, bahan akan menjadi bentuk yang
baru. Contohnya PVC (poli vinil clorida), FE (polietilen), nilon 66,
poliamida, poliasetal dan lain-lain (Setiabudy, 2007).
Universitas Sumatera Utara
2.4 Matriks
2.4.1 Defenisi Fungsi Matriks dan Klasifikasinya
Matriks adalah bahan atau material yang digunakan sebagai pengikat
bahan pengisi namun tidak mengalami reaksi kimia dengan bahan pengisi. Secara
umum matriks berfungsi sebagai :
1. Untuk melindungi material komposit dari kerusakan-kerusakan secara
mekanik maupun kimiawi
2. Untuk mengalihkan atau meneruskan beban dari luar ke serat
3. Sebagai pengikat
4. Memegang dan mempertahankan serat tetap pada posisinya.
2.5 Resin Poliester
Unsaturated Polyester (UP) merupakan jenis resin thermoset. Resin UP
memiliki sifat encer dan fluiditasnya baik sehingga dapat diaplikasikan mulai dari
proses hand lay up yang sederhana sampai dengan proses yang kompleks.
Banyaknya penggunaan resin ini didasarkan pada pertimbangan harga relatif
murah, curing cepat, warna jernih, dan mudah penanganannya. Katalis yang
sering digunakan sebagai media untuk mempercepat pengerasan cairan resin
(curing) adalah hardener metyl etyl keton peroksida (MEKPO). Kadar penggunaan
hardener MEKPO adalah 5% pada suhu kamar (Herbi, Asrima, 2011).
Sebelum dicampur dengan bahan pengeras atau katalisnya, resin polyester
akan tetap dalam keadaan cair dan akan mengeras setelah beberapa saat dilakukan
pencampuran dengan katalisnya, sesuai dengan jenis dan banyaknya katalis yang
digunakan dalam campuran. Waktu yang dibutuhkan selama proses perubahan
fase resin polyester dari kedaan cair (kental) menjadi keras (padat) setelah
dilakukan pencampuran dengan katalisnya disebut waktu pengerasan.
Sifat-sifat dari resin poliester adalah memiliki permukaan yang halus
mengkilat, titik leleh yang relatif tinggi, maka bahan ini unggul dalam kestabilan
dimensi karena serapan airnya dan koefisien ekspansi termalnya rendah. Bahan
polimer yang mempunyai kekakuan tinggi, kekuatan mekanik yang unggul, tinggi
dalam : ketahanan impak, ketahanan abrasi, koefisien gesek, ketahanan melar,
ketahanan retak tegangan dan ketahanan cuaca juga baik.
Universitas Sumatera Utara
Spesifikasi Poliester dapat dilihat pada tabel 2.1 di bawah ini :
Tabel 2.1 Spesifikasi Poliester
Sifat
Nilai
Berat jenis
1,215 g/cm3
Kekerasan
40 kgf/mm2
Suhu distorsi panas
70 oC
Penyerapan air
0,188 %
Suhu ruang
0,466 %
Kekuatan Fleksural
9,4 kgf/mm2
Modulus Fleksural
300 kgf/mm2
Daya rentang
5,5 kgf/mm2
Modulus rentang
300 kgf/mm2
Regangan
2,1 %
Maksimum
(PT JUSTUS 2001, dalam Zulkarnain, 2011)
2.6 Sifat – sifat Permukaan dan Adhesi
Adhesi terjadi apabila dua substansi yang berbeda melekat sewaktu berkontak
yang disebabkan oleh gaya tarik-menarik yang timbul antara kedua benda
tersebut. Adhesi adalah gaya tarik-menarik antara dua molekul yang berbeda yang
saling bersentuhan. Adhesif adalah bahan yang dipergunakan untuk mendapatkan
adhesi, adherand adalah bahan yang dipergunakan bersama adhesive untuk
mendapatkan adhesi.
Dalam penelitian ini digunakan resin poliester sebagai bahan adhesif dan
serat palem saray sebagai adherand. Dalam kondisi tertentu, bonding (ikatan)
yang kuat dapat terjadi apabila cairan mengalir ke rongga atau sel-sel permukaan
yang kasar yang dapat terjadi oleh karena mekanisme saling ikat (interloking)
yang terjadi sewaktu cairan mengeras. Fenomena ini dihubungkan dengan
perlekatan (attachment).
Universitas Sumatera Utara
Kebanyakan permukaan serat kasar secara mikrokopis atau makrokopis.
Sebagai konsekuensinya adalah terperangkapnya udara antara permukaan adhesif
dan permukaan adherand, sehingga mengurangi luas permukaan yang berkontak
antara kedua bahan tersebut.
Berikut ini terdapat syarat dari suatu bahan dalam pembahasan suatu
permukaan bahan :
1. Bahan adhesif harus dapat membasahi adherand dengan baik.
2. Adhesif harus mempunyai viskositas yang baik sehingga dapat merembes ke
seluruh permukaan adherand.
3. Setting bahan adhesif harus berlangsung tanpa disertai perubahan dimensi yang
besar, jadi hanya terjadi sedikit ekspansi atau kontraksi.
3. Penting diperhatikan ketebalan lapisan adhesif, lapisan adhesif yang terlalu
tebal dapat menyebabkan merosotnya daya rekat.
4. Harus diperhitungkan kekuatan adhesif setelah pengerasan.
Dalam suatu sistem yang sederhana, adanya ikatan pada suatu bidang
batas adalah diakibatkan oleh adhesi antara penguat dan matriks. Dalam hal ini
adhesi dikaitkan dengan dengan beberapa mekanisme pokok yang terjadi pada
bidang batas, baik dengan cara isolasi atau kombinasi untuk menghasilkan ikatan.
Beberapa ikatan dapat terjadi secara murni melalui pertautan mekanis antara dua
permukaan. Suatu bahan polimer (resin) yang membasahi suatu permukaan bahan
lain akan menutupi setiap bagian kecil dari permukaan bahan tersebut, sehingga
akan menghasilkan kekuatan bidang batas yang semakin besar.
Dari hal yang mempengaruhi bidang batas antara matriks dengan bahan
penguat dapat dikatakan bahwa ikatan fisis yang kuat tidak akan terjadi jika:
a. Permukaan
bahan penguat
tercemar
sehingga
mempengaruhi
energi
permukaan efektif.
b. Adanya gelembung udara dan gas lain yang terperangkap pada bahan penguat.
c. Terjadinya penyusutan tegangan yang besar selama proses pengerasan yang
mengakibatkan adanya pergeseran yang tidak dapat pulih.
(Sari, Suci W., 2008)
Universitas Sumatera Utara
2.7 Pengujian Sifat Fisis
2.7.1 Densitas
Pengujian
densitas
merupakan
sifat
fisis
yang
menunjukkan
perbandingan antara massa komposit dengan volume komposit . Besarnya
densitas dapat dihitung dengan mengunakan persamaan berikut :
ρ=
Dengan :
୫
…...…………………….. (2.1)
ρ = densitas atau kerapatan (g/cm3)
m = massa komposit (g)
V = volume komposit (cm3)
2.7.2 Daya Serap Air
Pengujian daya serap air dilakukan untuk mengetahui besarnya
prensentase air yang terserap oleh sampel yang direndam selama 24 jam.
Besarnya daya serap air dapat dihitung dengan persamaan berikut :
Daya serap air (%) =
ି
Dengan :
x 100 %
...................................... (2.2)
mk = massa kering komposit (g)
mb = massa basah komposit (g)
(Meri D., dkk, 2013)
2.7.3 Kadar Air
Kadar air adalah persentase kandungan air suatu bahan. Kadar air dapat
dihitung berdasarkan massa basah dan massa kering sebelum dan sesudah di oven
( T = 110oC) dari sampel berukuran 13 cm x 1,5 cm x 0,3 cm dengan persamaan
2.2 sebagai beikut :
Kadar air ( % )
=
భ ି మ
మ
x 100 %
........................................ (2.3)
Universitas Sumatera Utara
Dengan:
m1 = Massa sampel basah (g)
m2 = Massa sampel kering (g)
(Rangkuti, Zulkarnain, 2011)
2.8 Pengujian Sifat Mekanik
2.8.1 Kekutan Lentur (Ultimate Flexural Strength)
Kekuatan (strength), menyatakan kemampuan bahan untuk menerima
tegangan tanpa menyebabkan bahan menjadi patah. Kekuatan ini ada beberapa
macam, tergantung pada jenis beban yang bekerja atau mengenainya. Contoh
kekuatan lengkung. Material yang lentur (tidak kaku) adalah material yang
mengalami regangan bila diberi tegangan atau beban tertentu. Kelenturan
(ductility) merupakan sifat mekanik bahan yang menunjukkan derajat deformasi
plastis yang terjadi sebelum suatu bahan putus atau patah. Untuk mengetahui
kekuatan lentur suatu material dapat dilakukan dengan pengujian lentur terhadap
material tersebut. Kekuatan lentur atau kekuatan lengkung adalah tegangan lentur
terbesar yang dapat diterima akibat pembebanan luar tanpa mengalami deformasi
yang besar atau kegagalan. Besar kekuatan lentur tergantung pada jenis material
dan pembebanan.
Kekuatan lentur pada sisi bagaian atas sama nilai dengan kekuatan lentur
pada sisi bagian bawah. Pengujian dilakukan three point bending.
Gambar pengujian kekuatan lentur dengan three point bending dapat dilihat pada
Gambar 2.6 di bawah ini :
P
b
d
L
Gambar 2.6 Pengujian Kekuatan Lentur dengan Three Point Bending
Universitas Sumatera Utara
Sehingga kekuatan lentur dapat dirumuskan sebagai berikut :
σ=
ଷ . .
………………………………. (2.4)
ଶ . ௗమ
Dengan : σ = Tegangan lentur (MPa)
P = Beban / load (N)
L = Jarak span / support span (mm)
b = Lebar sampel/ width (mm)
d = Tebal sampel/ depth (mm)
(Pratama, 2011)
4.7.2 Kekuatan Impak (Impact Test)
Kekuatan impak adalah suatu kriteria penting untuk mengetahui kegetasan
bahan polimer. Prinsip pengujian impak adalah menghitung energi yang diberikan
beban dan menghitung energi yang diserap oleh spesimen. Saat beban dinaikkan
pada ketinggian tertentu, beban memiliki energi potensial, kemudian saat
menumbuk spesimen energi kinetik mencapai maksimum. Energi yang diserap
spesimen akan menyebabkan spesimen mengalami kegagalan. Bentuk kegagalan
itu tergantung pada jenis materialnya, apakah patah getas atau patah ulet (M. Budi.
N. R., dkk, 2011).
Kekuatan impak yang dihasilkan (Is) merupakan perbandingan antara
energi serap (Es) dengan luas penampang (A). Kekuatan impak dapat dihitung
dengan persamaan 2.5 berikut :
Is =
Es
A
.................................................. (2.5)
Dengan :
Is
: Kekuatan Impak (J/m2)
Es
: energi yang diserap sampel setelah tumbukan (J)
A
: luas penampang lintang sampel (m2)
Universitas Sumatera Utara
Gambar pengujian Impak dapat dilihat seperti Gambar 2.7 di bawah ini :
Gambar 2.7 Pengujian Kekuatan Impak
4.7.3 Kekuatan Tarik (Tensile Strength)
Kekuatan tarik adalah ketahanan suatu bahan terhadap beban yang bekerja
parallel pada bahan yang menyebabkan bahan tersebut putus tarik. Pengujian
dilakukan terhadap specimen uji yang standar. Pada bagian tengah dari batang uji
merupakan bagian yang menerima tegangan. Pada bagian ini diukur panjang batang
uji, yaitu bagian yang dianggap menerima pengaruh dari pembebanan, bagian inilah
yang selalu diukur pada proses pengujian (Paryanto D. S., dkk, 2012).
Adapun pengujian tarik dapat dilihat pada Gambar 2.8 di bawah ini :
Ao
F
Lo
ΔL
F
Gambar 2.8 Pengujian Kekuatan Tarik
Universitas Sumatera Utara
Sehingga kekuatan tarik dapat dihitung dengan persamaan 2.6 sebagai berikut :
σ=
ε=
ி
.............................................. (2.6)
௱
x 100 %
............................................... (2.7)
Dengan :
σ = Tegangan (MPa)
F = Gaya tarik (N)
Ao = Luas penampang awal (m2)
ε
= Regangan ( % )
ΔL = Pertambahan panjang (mm)
Lo = Panjang mula-mula (mm)
Universitas Sumatera Utara