BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Material Komposit

2.1.1. Defenisi dan Klasifikasi Material Komposit

Perkataan komposit memberikan suatu pengertian yang sangat luas dan berbeda-beda

mengikut situasi dan perkembangan bahan itu sendiri. Gabungan dua atau lebih bahan

merupakan suatu konsep yang diperkenalkan untuk menerangkan definisi komposit. Walaupun

demikian defenisi ini terlalu umum karena komposit ini merangkum semua bahan termasuk

plastik yang diperkuat dengan serat, logam alloy, keramik, kopolimer, plastik berpengisi atau apa

saja campuran dua bahan atau lebih untuk mendapatkan suatu bahan yang baru Material

komposit di definisikan sebagai kombinasi antara dua material atau lebih unsur – unsur penyusun

yan berbeda satu sama lain, baik dalam bentuk komposisinya, dimana material yang satu

berperan sebagai penguat dan yang lainnya sebagai pengikat. Komposit disusun dari dua

komponen yaitu Matriks atau resin, dan reinforcement atau penguat dan ada juga yang menyebut

dengan filler. Filler ini nantinya berfungsi sebagai penguat dimana distribusi tegangan yang

diterima oleh komposit akan diteruskan ke filler. Filler ini dapat berupa serat atau partikel.Serat

dapat berupa dari alam maupun sintetis. Serat alam dapat disebut juga dengan biokomposit,

contohnya dalah serat rami, serat eceng gondok. Dan yang sintetis misalnya adalah serat E-

glass( fiber glass).

Material komposit mempunyai beberapa keuntungan diantaranya :

1. Bobot ringan

2. Mempunyai kekuatan dan kekakuan yang baik

3. Biaya produksi murah

4. Tahan korosi

Kegunaan bahan komposit sangat luas yaitu:

1. Angkasa luar, seperti komponen kapal terbang, komponen helikopter, komponen

satelit dan lain-lain.

4

2. Automobile, seperti komponen mesin, badan kereta dan lain-lain.

3. Olah raga dan rekreasi , seperti sepeda, stikk golf, raket tenis, sepatu olah raga dan

lain-lain.

4. Industri pertahanan, seperti komponen jet tempur, peluru, komponen kapal selam

dan lain-lain.

5. Industri pembinaan, seperti jembatan, terowongan, rumah dan lain-lain.

Gbr.2.1 contoh dari material komposit.

2.1.2. Klasifikasi Komposit.

Bahan komposit dapat diklasifikasikan ke dalam beberapa jenis, bergantung pada

penyusunan dan jenis seratnya. Hal ini dapat dimengerti karena serat merupakan bahan utama

dalam komposit tersebut. Sifat-sifat mekanik bahan komposit seperti kekuatan, kekakuan,

keliatan dan ketahanan tergantung dari penyusunan dan sifat- sifat seratnya.

Secara garis besar komposit dapat di klasifikasikan menjadi 3 macam

1.Fibrous composites materials.

Terdiri dari dua komponen penyusun yaitu matriks dan serat . skema penyusun serat dapat dibagi

menjadi 3 yaiu :

Continous fibres ( serat searah )

Discontinous fibres

Random discontinous fibres ( serat secara acak )

5

Gambar 2.2. Skema penyusunan serat. (a) continous fibres, (b) discontinous fibres, ( c) random discontinous fibres.

2. Laminated composites material.

Terdiri sekurang – kurangnya dua lapis material yang berbeda dan digabung secara bersama

– sama . laminated composites dibentuk dari berbagai lapisan – lapisan dengan berbagai macam

arah penyusunan serat yang ditentukan yang disebut laminat.

Yang termasuk laminated composities ( komposit berlapis ) yaitu :

a. Bimetals

b. Caldmetals

c. Laminated Glass

d. Plastic-Based Laminates.

3. Particulate composites material.

Particulate composites material ( material komposit partikel ) terdiri satu atau lebih partikel

yang tersuspensi didalam matriks dari matriks lainnya. Empat kombinasi yang dapat digunakan

sebagai matriks komposit partikel :

a. Material komposit partikel non-logam di dalam matriks non-logam

b. Material komposit partikel logam di dalam matriks non-logam

c. Material komposit partikel non-logam di dalam matriks logam

d. Material komposit partikel logam di dalam matriks logam.

6

Gambar 2.2. Diagram Klasifikasi Komposit Yang Umum Dikenal

2.2. Tipe-tipe Komposit

Bahan komposit dapat diklkasifikasikan kedalam beberapa jenis, bergantung pada

penyusunan dan jenis seratnya.Hal ini dapat dimengerti karena serat merupakan bahan utama

dalam komposit tersebut. Sifat-sifat mekanik bahan komposit seperti kekakuan, keliatan dan

ketahanan tergantung dari cara penyusunan dan sifat-sifat seratnya (Hadi, Kismono, 2000).

No Jenis Contoh Aplikasi

1. Komposit alam

I

Bambu,kayu,dan lain-lain

2. Komposit buatan

a. Mikro komposit

b. Makro komposit

Paduan logam, thermoplastic, tiang beton

bertulang, baja, galvanis, baling-baling dan

lain-lain.

Komposit terdiri dari dua macam yaitu komposit partikel (particulate composite) dan

komposit serat (fiber composite). Bahan komposit partikel terdiri dari partikel-partikel yang

diikat oleh matriks. Bentuk partikel ini dapat berupa bulatan, kubik, tetragonal, atau bahkan

bentuk bentuk-bentuk yang tidak beraturan tetapi secara rata-rata berdimensi sama. Sedangkan

komposit serat terdiri dari serat-serat yang diikat oleh matriks.

7

2.3. Serat Sebagai Penguat

Secara umum dapat dikatakan bahwa fungsi serat adalah sebagai penguat bahan untuk

memperkuat komposit sehingga sifat-sifat mekaniknya lebih kaku, tangguh dan lebih kokoh bila

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 di dalam daerah elastis (pada pengujian tarik), tangguh adalah bila

pemberian gaya atau beban yang menyababkan bahan-bahan tersebut menjadi patah (pada

pengujian tiga titik lentur ) dan kokoh adalah kondisi yang diperoleh akibat benturan atau

pukulan serta proses kerja yang mengubah struktur komposit sehingga menjadi keras pada

pengujian impak (Nurdin Bukit, 1988). Beberapa syarat untuk dapat memperkuat matriks antara

lain :

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.

Arah serat penguat menentukan kekuatan komposit, arah serat sesuai dengan arah kekuatan

maksimum. Arah serat mempengaruhi jumlah serat yang dapat diisikan kedalam 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 15-50%. Hal tersebut menentukan optimum saat komposit maksimum

(Hartono, 1995).

Gambar.2.3.Susunan arah serat, acak dan searah

8

Ada dua hal yang menyebabkan serat dapat menahan gaya luar, yakni :

- Perekatan (bonding) antara serat dengan matriks (interfacial bonding) sangat baik dan

kuat. Ikatan tersebut menyebabkan serat tidak mudah lepas dari matriks (debonding).

- Kelangsingan (aspec ratio) yaitu perbandingan antara panjang dan diameter serat yang

cukup besar.

Berdasarkan kriteria diatas kekuatan serat terletak pada ukurannya yang sangat kecil

(dalam orde mikron). Ukuran yang kecil menghilangkan cacat – cacat dan ketidaksempurnaaan

yang biasanya terdapat pada bahan berentuk padatan besar.

2.4. Serat Pinang

Areca catechu L. (pinang) merupakan tanaman famili Arecaceae yang dapat mencapai

tinggi 15-20 m dengan batang tegak lurus bergaris tengah 15 cm. Buahnya berkecambah setelah

1,5 bulan da 4 bulan kemudian mempunyai jambul daun-daun kecil yang belum terbuka.

Pembentukan batang baru terjadi setelah 2 tahun dan berbuah pada umur 5-8 tahun tergantung

keadaan tanah. Tanaman ini berbunga pada awal dan akhir musim hujan dan memiliki masa

hidup 25-30 tahun. Biji buah berwarna kecoklatan sampai coklat kemerahan, agak berlekuk-

lekuk dengan warna yang lebih muda(Depkes RI, 1989). Serat berwarna hijau waktu muda dan

berubah merah jingga atau merah kekuningan saat masak atau tua (Williem W,2002).

Gbr 2.4 Buah Pinang

Tabel 2.1. Komposisi Kimiawi Serat Pinang

9

Komposisi Kadar (%)

Abu

Selulosa

Air

6.02

70.2

10.92

(Rumintang ruslinda ,2008)

2.5. Matriks

2.5.1. Defenisi Fungsi Matriks Dan Klasifikasi

Matriks adalah bahan atau material yang digunakan untuk mengikat atau menyatukan

bahan pengisi tanpa bereaksi secara kimia dengan bahan pengisi tersebut. Pada umumnya

matriks berfungsi sebagai (Hyer,1998) :

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.

Bahan pengisi yang berfungsi sebagai penguat pada material komposit dapat berbentuk serat,

partikel, dan serpihan. Dalam hal ini sebagai pengikat atau penyatu antara serat dengan serat,

partikel dengan paretikel dan seterusnya digunakan matriks.

Secara umum matriks terbagi atas dua kelompok yaitu (Feldman dan Hartomo,

1995) :

1. Termoset merupakan bahan yang sulit mencair atau lunak apabila dipanaskan karena

harus membutuhkan temperatur yang sangat tinggi. Hal ini diakibatkan karena molekul-

molekulnya mengalami ikatan silang (cross linking) sehingga bahan tersebut sulit dan

bahkan jarang didaur ulang kembali, contohnya resin epoksi, poliester, urea

formaldehyde, phonol-formaldehyde, melamine formaldehyde dan lain-lain.

2. Termoplastik merupakan bahan yang mudah menjadi lunak kembali apabila dipanaskan

dan mengeras apabila didinginkan sehingga pembentukan dapat dilakukan berulang-

ulang karena mempunyai struktur yang linier. Keistimewaan dari termoplastik ini adalah

10

bahan-bahan termoplastik yang telah mengeras dapat diolah kembali dengan mudah

sedangkan termoset sulit dan bahkan tidak bisa diolah kembali. Contoh termoplastik PVC

(poli vinil clorida), FE(polietilen), nilon 66, poliamida, poliasetal dan lain-lain.

Gambar 2.5.1. memperlihatkan bahwa pemanasan bahan temoset akan mengakibatkan

terjadinya cross linking antara molekul-molekul sehingga jika bahan termoset telah mengeras

maka sulit untuk dilunakan kembali dengan pemanasan.

Gambar 2.5.1. Molekul pada polimer termoset mengalami cross linking

(a).sebelum dipanaskan dan (b).sesudah dipanaskan.

2.5.2. Termoset Polyester.

Resin Polyester merupakan salah satu bahan polymer yang termasuk dalam golongan

matriks thermoset. Bahan polymer ini harus dicampur dahulu dengan bahan pengeras katalis agar

mengeras. Sebelum dicampur dengan katalisnya, resin ini akan tetap dalam keadaan cair. Proses

pengerasan berlangsung beberapa saat setelah dilakukan pencampuran dengan katalisnya sesuai

dengan jenis dan banyaknya katalis yang digunakan.

Matris polyester merupakan pilihan utama komposi matriks – matriks polimer. Pada tahun

1970 – an polyester mulai dapat diperoleh dalam bentuk senyawa pencetakan yang sangat cocok

untuk pencetakan tekan panas. Polyester biasanya dibuat dari polyetilen (PET) yang bersumber

dari minyak bumi. Secara kimia, polyester adalah polymer berbobot molekul tinggi yang terdiri

dari unit perulangan asam karboksilat dan hidroksi alkohol yang di hubungkan melalui ikatan

ester.

Walaupun secara niaga ada banyak senyawa polyester yang penting, polyetilen tereftalat

(PET) adalah yang terpenting. Polyester ini dibuat dari asam tereftalat dan etilen glikol. Tiitk

leleh polimer ini sekitar sekitar 2700C dan umumnya digunakan dalam bentuk lelehan yang

11

dipaksakan mengalir melalui alat berlubang – lubang kecil (spinneret). Serat polyester yang

umum dipasaran yang memiliki nama dagang dacron, fortel, atau ferylene (bergantung

pabriknya). Serat polietilen tereftalat (PET) sering dicampur dengan kapas. Busana yan terbuat

dari campuran ini lebih nyaman dipakai dalam pada iklim panas dan lembab dibanding yang

terbuat dari polimer 100 %, disamping sifatnya yang anti kusut. Selain pengaliran paksa melalui

spinneret, lelehan PET dapat juga dipaksa melalui celah sempit, menghasilkan lembaran mylar,

yang digunakan untuk pita kaset dan komputer .

Polyester merupakan polymer thermoset yang penting dan luas penggunaannya, disamping

epoksi dan urea ormaldehid. Resin polyester dipakai secara luas karena sifat – sifat elektronika

dan mekanikanya yang baik selain harganya murah. Penggunaan polyester diantaranya dalam

industri otomotif untuk panel body, alat rumah tangga, lemari perkantoran, peralatan elektronika

dan sebagainya.

Rumus kimia sehingga didapat resin Polyester adalah sebagai berikut :

Proses yang terjadi diatas disebut Esterifikasi dengan H SO sebagai katalis yang

berfungsi mempercepat proses reaksi.

Polietilena tereftalat (disingkat PET, PETE atau dulu PETP, PET-P) adalah suatu resin polimer

plastik termoplast dari kelompok poliester. PET banyak diproduksi dalam industri kimia dan

digunakan dalam serat sintetis, botol minuman dan wadah makanan, aplikasi thermoforming, dan

dikombinasikan dengan serat kaca dalam resin teknik. PET merupakan salah satu bahan mentah

terpenting dalam kerajinan berwujud padatan amorf (transparan) atau sebagai bahan semi-kristal

yang putih dan tidak transparan, tergantung kepada proses dan riwayat termalnya. Monomernya

dapat diproduksi melalui esterifikasi asam tereftalat dengan etilen gliko l , dengan air sebagai

produk sampingnya. Monomer PET juga dapat dihasilkan melalui reaksi transesterifikasi etilen

glikol dengan dimetil tereftalat dengan metanol sebagai hasil samping.

(http://id.wikipedia.org/wiki/Polietilena_tereftalat)

12

H C C + C H - OH

H

H SO

H C- C + H O

- CH

Tabel 2.3. perbandingan sifat – sifat resin polyester dan epoksi.

Sifat Polyester Epoksi

Kekentalan (Mgm-3) 1,2 – 1,5 1,2 – 1,4

Modulus young (GNm-2) 2 – 4,5 3 – 6

Poisson ratio 0,37 – 0,39 0,38 – 0,4

Kekuatan tarik (MNm-2) 40 – 90 35 – 100

Kekuatan tekan (MNm-2) 90 – 250 100 – 200

Regangan maksimum (%) 2 1 – 6

Temperatur maksimum (0C) 50 – 110 50 – 300

2.6.Pengujian Sifat Mekanik

2.6.1. Pengujian Tarik

Pengujian tarik adalah pengujian mekanik secara statis dengan cara sampel ditarik

dengan pembebanan pada kedua ujungnya, dimana gaya tarik yang diberikan sebesar F Newton.

Sifat mekanik yang dapat diamati pada pengujian tarik adalah : kekuatan tarik, prtambahan

panjang dan kekuatan tarik maksimum.

Pertambahan panjang yang terjadi akibat gaya yang diberikan pada sampel disebut

deformasi. Perbandingan pertambahan panjang dengan panjang mula-mula disebut regangan

yang ditunjukkan dalam persamaan 2.4. Regangan (ε) ini juga merupakan ukuran kekenyalan

suatu bahan yang harganya biasa dinyatakan dalam persen (%).

ε = x 100 % = x 100 % (2.4)

Dengan :

ε = Regangan (%)

Δl = Pertambahan panjang (mm)

l = Panjang mula-mula (mm)

l = Panjang akhir (mm)

Perbandingan kakas pada sampel terhadap luas penampang lintang pada saat pemberian

kakas tersebut disebut tegangan (stress). Tegangan tarik maksimum atau kekuatan tarik (tensile

strength) suatu bahan ditetapkan dengan membagi kakas tarik maksimum dengan luas

penampang mula-mula. Persamaannya sebagai berikut :

13

(2.5)

Dengan :

= Kekuatan tarik maksimum(N/m2)

F = Gaya tarik maksimum (N)

A = Luas penampang mula-mula (m2)

Karena Ao dan Io merupakan besaran konstan maka bentuk diagram σ vs ε serupa dengan

hubungan P vs Δl yang dihasilkan oleh mesin tarik. Berikut ini gambar grafik hubungan antara

tegangan(σ) dengan regangan (ε).

Tegangan ( )

B

C A

O Regangan ( ) Gambar 2.6. Kurva Tegangan – Regangan

Grafik ini menunjukkan bahwa dari bagian awal kurva tegangan– regangan mulai dari

titik O sampai A merupakan daerah elastis, dimana daerah ini berlaku hukum Hooke. Titik A

merupakan batas plastis yang didefenisikan sebagai tegangan terbesar yang dapat ditahan oleh

suatu bahan tanpa mengalami regangan permanen apabila beban ditiadakan. Dengan demikian,

apabila beban ditiadakan disembarang titik O dan A, kurva akan menelusuri jejaknya kembali

dan bahan yang bersangkutan akan kembali ke panjang awalnya. Titik B merupakan tegangan

tarik maksimum yang masih bisa ditahan oleh bahan. Titik C merupakan titik putus/patah.

14

Penambahan beban sehingga melampaui titik A akan sangat menambah regangan sampai

tercapai titik C dimana bahan menjadi putus. Dari titik A sampai C dikatakan bahan mengalami

deformasi plastis. Jika jarak titik O dan A besar, maka bahan itu dikatakan kenyal (ductile). Jika

pemutusan terjadi segera setelah melewati batas elastis maka bahan itu dikatakan rapuh. Pada

daerah antara titik O dan A berlaku Hooke dan besarnya modulus elastisitas pada daerah ini

dapat ditulis dengan persamaan :

(2.6)

dengan : E adalah modulus elastisitas atau modulus Young

Modulus young adalah ukuran suatu bahan yang diartikan ketahanan material tersebut

terhadap deformasi elastik. Makin besar modulusnya, maka semakin kecil regangan elastik yang

dihasilkan akibat pemberian tegangan (Simatupang, 2008).

2.6.2. Pengujian Kekutan Lentur (Ultimate Flexural Strenght)

Pengujian kekuatan lentur dimaksudkan untuk mengetahui ketahanan komposit terhadap

pembebanan pada tiga titik lentur. Disamping itu pengujian ini juga dimaksudkan untuk

mengetahui kelastisitasan suatu bahan. Pada pengujian ini terhadap sampel uji diberikan

pembebanan yang arahnya tegak lurus terhadap arah penguatan serat.

Pembebanan yang diberikan yaitu pembebanan dengan tiga titik lentur,dengan titik-titik

sebagai bahan penahan berjarak 90 mm dan titik pembebanan diletakkan pada pertengahan

panjang sampel.

Persamaan berikut digunakan untuk memperoleh nilai kekuatan lentur (Surdia, 2005):

(2.5)

dimana : UFS = kekutan lentur ( )

P = gaya penekan (N)

L = jarak dua penumpu (m)

b = lebar sampel (m)

h = tebal sampel uji (m)

15