6

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Komposit

2.1.1 Definsisi Komposit

Menurut Widodo (2008) didalam Silitonga (2015) komposit merupakan

suatu material yang terbentuk dari kombinasi dua atau lebih material pembentuknya

melalui campuran yang tidak homogen, dimana sifat mekanik dari masing - masing

material pembentuknya berbeda. Dari penggabungan tersebut menghasilkan

material komposit yang memiliki sifat mekanik dan karakteristik yang berbeda dari

material penyusunnya.

Fahmi, H. (2014) dalam Pradica (2015) mengatakan komposit menjadi

alternatif pengganti logam, hal ini dipengaruh oleh sifat komposit serat yang kuat

dan mempunyai berat yang relatif ringan bila dibandingkan dengan logam.

Menurut Oroh (2013) untuk meningkatkan kekuatan mekanik diberikan bahan

pengisi (filler) berupa serat ataupun serbuk.

Komposit yang sering digunakan atau paling banyak digunakan adalah

komposit dengan berpenguat (filler) serat. Hal ini dikarenakan serat sebagai

penguat memiliki keuntungan diantaranya adalah sebagai berikut :

1. Perbandingan ukuran panjang dan diameter yang besar. Hal ini

menggambarkan bila digunakan sebagai penguat (filler) komposit, maka

serat (fiber) akan memiliki luas dengan matrik dibandingkan bila dengan

menggunakan penguat lain;

2. Densitas serat yang rendah sehingga memiliki sifat mekanik spesifik

yang tinggi; dan

7

3. Pengaruh ukuran serat, ukuran serat yang relatif kecil sehingga cacat

persatuan volume serat (fiber) relatif kecil bila dibandingkan dengan

material lain, dengan begitu serat memiliki sifat mekanik yang baik dan

konsisten.

Material komposit memiliki keunggulan apabila dibandingkan dengan

material lain yaitu terletak pada penggabungan unsur - unsur yang unggul dari tiap

unsur pembentuknya, sifat material komposit dari hasil penggabungan bahan

diharapkan untuk dapat saling menutupi kekurangan pada tiap masing - masing

material pembentuknya. Jones (1975) dalam Pratiwi (2015) menyebutkan sifat -

sifat yang dapat diperbaharui diantaranya adalah :

• Kekakuan (Stiffness);

• Kekuatan (Strenght);

• Ketahanan gesek (Wear Resistance);

• Ketahanan Korosi (Corrosion Resistance);

• Berat (Weight); dan

• Ketahanan Lelah (Fatique Life)

2.1.2 Jenis-jenis Material Komposit

Ada lima jenis material komposit yang dibedakan menurut bentuk dan

struktur penyusunnya.

1. Particulate Composite

Particulate Composite adalah material komposit yang bahan

penguatnya (filler) berbentuk partikel atau butiran.

8

Gambar 2.1 : Particulate Composite (Pradica, 2015)

2. Flake Composite

Flake Composite merupakan komposit dengan penambahan material

berupa serpihan pada kompositnya seperti mika, glass, dan metal. Komposit

ini pada umumnya menggunakan bahan penguat yang di distribusikan ke

dalam matrik, sehingga komposit yang dihasilkan cenderung lebih bersifat

isotropis dari pada anisotropis.

Gambar 2.2 : Flake Composite (Pradica, 2015)

3. Filled Composite

Filled Composite adalah komposit yang didalamnya terdapat partikel

dengan tujuan hanya untuk memperbesar volume material dan bukan untuk

digunakan sebagai penguat. Di dalam filled composite biasanya diberi

tambahan material atau filler pada matriknya.

Gambar 2.3 : Filled Composite (Pradica, 2015)

9

4. Laminate Composite

Laminate Composite merupakan komposit dengan jumlah susunan

lamina dua atau lebih lamina (lapisan), dimana pada tiap lapisan dapat

berbeda - beda dalam hal material, bentuk, dan orientasi penguatnya.

Komposit serat lamina adalah jenis yang banyak digunakan dalam

pengaplikasiannya terutama dalam lingkup otomotif dan industri.

Gambar 2.4 : Laminate Composite (Pradica, 2015)

5. Fibrous Composite

Fibrous Composite merupakan komposit yang terdiri dari satu lapisan

yang menggunakan penguat (filler) berupa serat, dan serat yang pada

umumnya digunakan adalah serat glass, serat karbon, serat alam. Serat dapat

disusun random ataupun secara orientasi tertentu.

Gambar 2.5 : Fibrous Composite (Pradica, 2015)

Fibrous Composite merupakan jenis komposit yang sangat sering dan

sangat banyak digunakan dalam pengaplikasian. Hal tersebut dikarenakan

pada komposit jenis ini memiliki sifat kekuatan mekanik yang baik.

10

2.1.3 Penempatan Serat

Ada 3 tipe serat pada komposit berdasarkan penempatan diantaranya :

1. Continous Fiber Composite

Memiliki susunan serat panjang dan lurus, membentuk lamina diantara

matrik. Kekurangan pada jenis komposit ini terdapat pada lemahnya

kekuatan antar lapisan.

2. Woven Fiber Composite

Komposit jenis ini tidak mudah terpengaruh pemisahan antar lapisan

dikarenakan susunan pada seratnya juga mengikat lapisan.

3. Hybrid Fiber Composite

Hybrid Fiber Composite merupakan gabungan antara serat lurus dan serat

acak, dengan tujuan untuk dapat mengeliminir kekurangan sifat dari kedua

tipe dan dapat menggabungkan kelebihannya.

2.1.4 Pengaplikasian Komposit

Piatti (1978) dalam Silitonga (2015) mengatakan penggunaan material

komposit dalam bidang keteknikan mengalami perkembangan yang pesat.

Perkembangan ini yang menyebabkan perubahan pada bahan yang memiliki sifat

yang lebih unggul, beberapa pemakaian komposit serat :

1. Kapal laut yaitu pada badan kapal;

2. Pada badan mobil seperti bamper mobil, interior mobil, tempat duduk;

3. Alat penunjang kesehatan yaitu seperti kaki palsu, pelindung dada,

sambungan sendi pada pinggang, dll;

4. Perabot dan perlengkepanya seperti kursi, meja, lemari, dll; dan

5. Kimia yaitu seperti pipa, tangki, selang.

11

2.2 Komponen Penyusun Komposit

Komposit sendiri terdiri dari beberapa komponen penyusun, dimana

komponen - komponen tersebut merupakan hal utama yang ada di dalam komposit.

Komponen tersebut terdiri dari matrik, penguat (filler), dan katalis (hardener).

2.2.1 Matrik Polyester

Resin Polyester adalah resin yang banyak digunakan dalam pengaplikasian

yang menggunakan resin thermoset, baik itu secara terpisah maupun dalam

pembuatan material komposit. Secara mekanik sifat mekanik yang dimiliki

polyester tidaklah terlalu baik atau bisa disebut hanya sedang – sedang saja. Hal ini

dikarenakan resin jenis ini mudah didapatkan, harga relatif murah, dan terjangkau,

dan yang terpenting adalah mudah dalam proses fabrikasi. Jenis dari resin polyester

yang digunakan sebagai matriks komposit adalah tipe tidak jenuh (unsurated

polyester) yang merupakan thermoset yang dapat mengalami pengerasan (curing)

dari cair ke padat saat mendapat perlakuan yang tepat (Winarno, 2015).

Tabel 2.1 : Sifat Mekanik Resin Yukalac 157 (Pradica, 2015)

(Sumber : Justus, 2001)

12

2.2.2 Pengisi atau Filler

Filler merupakan material dapat yang ditambahkan pada polymer dan

biasanya dalam bentuk partikel atau serat untuk mengubah sifat - sifat mekaniknya

atau untuk mengurangi harga material. Alasan yang lain dalam penggunaan filler

adalah untuk memperbaiki stabilitas bentuk dan panas. Contoh pengisi yang

digunakan dalam polymer yaitu : serat selulosik dan bedak (powder), bedak silica

dan kalsium karbonat.

2.2.3 Katalis (Hardener)

Katalis (hardener) adalah zat kimia yang membantu mempercepat proses

curing. Tanpa tambahan katalis, reaksi antara komponen - komponen resin yang

membentuk hubungan silang (cross link) yang membuat resin mengeras dapat

berlangsung selama bertahun tahun dalam lingkup suhu kamar. Katalis (hardener)

yang digunakan dalam penelitian ini adalah katalis methyl ethyl ketone peroxide.

Katalis yang ditambahkan pada resin polyester sejumlah 0,5% - 1% per volume

dapat memicu terjadinya reaksi sehingga cross linking cepat terjadi dan

menghasilkan panas yang dapat mengkatalis reaksi sehingga selanjutnya resin akan

menjadi gel dalam waktu sekitar 10 menit. Reaksi cross linking terus berlanjut

hingga sampai pada kekuatan penuh dicapai resin setelah 24 jam.

2.3 Serat (Fiber)

Serat (fiber) terdiri dari dua jenis yaitu serat alam (natural fibers) dan serat

sintetis (synthetic fibers). Serat alam (natural fibers) merupakan serat yang

diperoleh dari alam. Serat yang digunakan biasanya dapat langsung diperoleh dari

tumbuh – tumbuhan. Serat alam (natural fibers) memiliki kelemahan yaitu ukuran

serat yang relatif tidak seragam, kekuatan serat dipengaruhi oleh usia. Serat sintetis

13

(synthetic fibers) merupakan serat yang terbuat dari bahan - bahan anorganik

dengan komposisi kimia tertentu. Serat jenis ini memiliki kelebihan diantaranya

sifat serta ukurannya yang relatif seragam, kekuatan serat tidak dipengaruhi oleh

usia. Jenis serat sintetis yang sering digunakan yaitu serat glass (fiber glass), serat

karbon, nylon (Silitonga, 2015).

Starks dan Rowlands (2002) dalam Silitonga (2015) mengatakan komposit

dengan penguat (filler) serat , maka sifat mekanisnya akan mengalami peningkatan

seiring bertambahnya variasi persen serat (fiber). Kekuatan mekanik yang

mengalami meningkat diantaranya adalah kekuatan tarik, kekuatan bending,

kekuatan impact, dan lain lain. Serat (fiber) berfungsi sebagai penyangga kekuatan

dari struktur material komposit, beban yang awalnya diterima oleh matrik kemudian

diteruskan ke serat (fiber) maka dari itu serat harus memilki kekuatan tarik dan

elastisitas yang lebih tinggi dari pada matriks.

Silitonga (2015) menyebutkan beberapa syarat yang harus terpenuhi oleh

serat (fiber) sebagai penguat (filler) dalam struktur komposit diantaranya :

1. Kekuatan patah yang relatif tinggi;

2. Modulus elasitisas tinggi;

3. Kekuatan yang seragam diantara serat (fiber);

4. Stabil saat penanganan proses pembuatan; dan

5. Diameter serat (fiber) relatif seragam.

Menurut teori komposit dengan serat panjang akan memberikan nilai

kekuatan yang efisien dan seragam bila dibandingkan dengan serat pendek.

14

2.3.1 Serat Alam

Serat alam yang digunakan terdiri dari :

1. Serat Nabati : Jenis serat ini sangat banyak digunakan, dikarenakan jumlah

yang cukup melimpah di alam serta biaya tidak mahal. Sebagai contoh

katun, rami, goni dan serat lain yang berasal dari tumbuhan.

2. Serat Hewani : Jenis serat ini masih kurang dimanfaatkan, namun memiliki

potensi yang cukup baik. Sebagai contoh serat hewani yang dapat

dimanfaatkan ialah sutra, dan wool.

Surdia (1985) menyebutkan ada beberapa kelebihan dari komposit serat alam

diantaranya :

1. Bisa dicat, poles, dan dilaminasi;

2. Kuat terhadap penyerapan air; dan

3. Biaya relatif murah karena bahan baku serat tersedia di alam serta proses

pengerjaan yang relatif mudah sehingga mengurangi biaya.

2.3.2 Pandan Wangi (Pandanusamaryllifolius Roxb)

Menurut sentra iptek (2009) dalam Sari (2012), pandan wangi

(pandanusamaryllifolius roxb) merupakan tanaman perdu yang biasa kita jumpai

sebagai pengharum masakan. Pandan Wangi tumbuh di daerah tropis dan banyak

ditanam dihalaman atau bahkan tumbuh liar.

Gambar 2.6 : Wangi (Pandanusamaryllifolius Roxb)

15

Menurut sentra iptek dalam Sari (2012), untuk menentukan serat sebagai

bahan pengisi (filler) komposit harus melalui pengujian tarik serat yang akan

digunakan berikut adalah hasil data pengujian :

Tabel 2.2 : Hasil Pengujian Serat Pandan Wangi Tanpa Perendaman NaOH

No. F

Gaya (N)

Diameter Serat

(mm)

Luas

Penampang

(mm)

Kekuatan

Tarik (M.Pa)

1 5,8 0,88 0,60 9,64

2 2,1 0,63 0,31 6,84

3 4,4 0,72 0,41 10,84

4 2,9 0,69 0,37 7,81

5 1,8 0,53 0,22 8,12

Rata – rata 8,69

(Sumber : Emmy dkk, 2012)

Tabel 2.3 : Hasil Pengujian Serat Pandan Wangi Dengan Perendaman NaOH

No. F

Gaya (N)

Diameter Serat

(mm)

Luas

Penampang

(mm)

Kekuatan

Tarik (M.Pa)

1 23,6 0,81 0,52 45,50

2 19,4 0,69 0,37 52,24

3 10,3 0,66 0,34 30,44

4 17,5 0,78 0,48 36,49

5 8,5 0,59 0,28 30,69

Rata – rata 39,072

(Sumber : Emmy dkk, 2012)

2.4 Sekam Padi

Padi (Oryza Sativa) merupakan salah satu sumber makanan pokok yang

utama dan terbesar dikonsumsi di Indonesia. Beras merupakan hasil olahan padi

melalui proses penggilingan ataupun penumbukan padi (gabah). Sekam padi

merupakan kulit padi yang dihasilkan dari pengupasan biji padi (gabah) menjadi

beras. Sekam padi (rice husk) merupakan limbah padat yang saat ini belum

dimanfaatkan secara optimal, selama ini sekam padi biasanya hanya dibenamkan

16

disawah, dibakar, dan dijadikan bahan campuran pembuatan batu bata terutama

didaerah pedesaan (Maryono, 2008).

Gambar 2.7 : Sekam Padi (Oryza Sativa)

Khoerul Muslim (2012) melakukan penelitian komposit berbahan dasar

sekam padi dengan menggunakan pengujian tarik, dan hasil yang diperoleh dari

penelitian tersebut menunjukan kekuatan tarik tidak mengalami perubahan yang

signifikan. Berikut merupakan hasil kekuatan tarik yang didapatkan dalam

penelitian tersebut yang disajikan dalam bentuk tabel.

Tabel 2.4 Kekuatan Tarik Bahan Komposit Sekam Padi

Fraksi Berat Sekam Padi Kekuatan Tarik Rata – Rata

(Mpa)

30% 0,11

40% 0,12

50% 0,25

60% 0,28

(Sumber : M. Khoerul Muslim FS, 2012)

Sekam padi (rice husk) dikategorikan sebagai bahan biomassa yang dapat

dimanfaatkan untuk kebutuhan seperti bahan baku industri, pakan ternak, dan bahan

bakar, bahan kompos sebagai bahan pupuk organik. Sekam padi mengandung

beberapa unsur kimia.

17

Tabel 2.5 : Komposisi Kimia Sekam Padi (Santoso Budi Laksono (2008))

No. Komposisi Jumlah (% Berat Kering)

1. Air 0,00 - 11,00

2. Protein 1,75 - 6,38

3. Lemak 0,38 - 3,50

4. Nitrogen 25,80 - 37,84

5. Serat Kasar 31,30 - 49,92

6. Abu 14,50 - 29,09

7. Pentosa 19,80 - 26,00

8. Selulosa 31,20 - 42,20

9. Lignin 19,20 - 32,88 (Soenardjo, Karakteristik Sekam Padi:, 1991: 210)

Berdasarkan data komposisi kandungan kimiawi sekam padi diatas maka

sekam padi dapat dimanfaatkan diantara sebagai : (a) Sebagai bahan baku industri

kimia, baik itu industri furtural yang dapat digunakan untuk bahan baku dalam

beberapa macam industri kimia. (b) Sebagai bahan baku industri bangunan, salah

satu contoh sebagai campuran pembuatan semen portland, ataupun sebagai bahan

campuran pembuatan bata merah.

Bagian terluar dari padi (Oryza Sativa) adalah sekam. Sekam padi (rice

husk) sendiri merupakan bahan alami yang mengandung lignoselulosa. Bahan

lignoselulosa yang menyebabkan timbulnya sifat kuat dan kaku. Karena memiliki

sifat kuat dan kaku maka sekam padi (rice husk) dapat dimanfaatkan menjadi bahan

komposit (Wati, 2006 : 12) dalam Santoso Budi Laksono (2008).

2.5 Proses Pembuatan Material Komposit

Proses pengerasan dari resin adalah efek hasil keseimbangan reaksi antara

katalis, akselerelator serta inhibitor. Resin mengeras dengan penambahan katalis

sehingga reaksi ikatan polymerisasi terjadi biasanya resin telah dicampur dengan

inhibitor yang secara radikal terjebak. Saat katalis ditambahkan, inhibitor inilah

yang bereaksi sebelum terjadi polymerisasi, pada saat tersebut memberikan waktu

bagi resin untuk berkombinasi dengan penguat dan menempati ruang untuk

18

mengeras sebelum polymerisasi terjadi. Kebanyakan katalis peroksida

berkomposisi agak lambat saat ditambahkan pada resin. Untuk mendapatkan

pengerasan yang cepat, akselelator ditambahkan sehingga mempercepat katalis

untuk berkomposisi (Derek H, 1981) dalam Dhofir (2017).

2.5.1 Proses Hand Lay-Up

Proses pembuatan dari material komposit banyak macamnya salah satunya

adalah hand lay - up, proses hand lay-up ini adalah proses yang sangat sederhana.

Caranya adalah cairan resin yang telah diberikan katalis dan kemudian dituangkan

diatas penguat (fibre) yang telah diletakkan pada cetakan. Cara ini dipakai dalam

pembuatan spesimen pada penelitian ini, tetapi dengan memberikan tambahan

material lain sebagai bahan pengisi (filler) untuk mendapatkan sifat mekanis yang

berbeda. Proses Hand Lay-Up juga dipilih karena sesuai untuk pembuatan komposit

dengan dimensi standart benda uji, dengan urutan prosesnya sebagai berikut :

1. Pembuatan cetakan spesimen uji

2. Mengoleskan wax pada permukaan cetakan spesimen uji

3. Setelah wax mengering, mulai mengoleskan lapisan resin pertama

4. Meletakkan filler, tekan pada resin serta membuang udara yang terjebak

dengan menggunakan kuas.

5. Mengulangi langkah 3 dan 4 sampai jumlah spesimen uji yang diinginkan

6. Menunggu sampai mengering total

7. Melepas spesimen uji dari cetakan dan merapikan permukaannya

19

Gambar 2.8 : Proses Hand Lay-Up

2.6 Kekuatan Tarik

Kekuatan tarik merupakan salah satu sifat dasar dari suatu bahan material.

Hubungan tegangan dan regangan pada tarikan memberikan nilai yang cukup

berubah tergantung pada laju tegangan, temperatur, lembaban, dan seterusnya.

Kekuatan tarik dapat diukur dengan menarik sekeping sampel dengan dimensi yang

seragam. Kemampuan maksimum bahan dalam menahan beban disebut "Ultimate

Tensile Strength" disingkat dengan UTS. Untuk semua bahan, pada tahap sangat

awal uji tarik, hubungan antara beban atau gaya yang diberikan berbanding lurus

dengan perubahan panjang bahan tersebut.

Gambar 2.9 : Kurva Tegangan dan Regangan (Pradica, 2015)

20

Bentuk sampel uji digambarkan seperti Gambar 2.10 dibawah ini :

Gambar 2.10 : ASTM D 638-84 M1 (Pradica, 2015)

Hubungan kekuatan tarik bisa dihitung menggunakan persamaan dibawah ini:

𝛔 = 𝐅

𝐀

Keterangan :

σ = Enginering stress (N/mm2)

F = Gaya yang diaplikasikan (N)

A = Luas penampang

Hubungan perpanjangan tarik dapat menggunakan persamaan seperti dibawah

ini:

𝜀 = 𝜟𝒍

𝒍

Keterangan :

ε = Perpanjangan tarik (strain) (%)

l = Panjang awal (mm)

Δl = Pertambahan panjang (mm)

21

Hubungan antara stress dan strain dirumuskan sebagai berikut:

𝐸 = 𝛔

𝜺

Keterangan :

E = Modulus elastisitas (N/mm2)

σ = Enginering stress (N/mm2)

ε = Enginering strain (%)

2.7 Kegagalan Komposit

Suatu struktur komposit dianggap gagal apabila struktur tersebut tidak dapat

berfungsi lagi dengan sempurna. Pada sebuah struktur pembebanan yang kecil

mungkin hanya berakibat terjadinya deformasi yang kecil, namun pada struktur

yang lain sudah mengakibatkan kegagalan. Hal tersebut terjadi karena perbedaan

sifat mekanik tiap-tiap bahan pada komposit yang terdiri dari dua komponen utama,

kegagalan bisa dimulai dari salah satu komponen atau keduanya (Hull, 1981) dalam

Pradica (2015).

Kegagalan yang dapat terjadi yaitu :

1. Kepatahan pada serat (Fiber Breaking);

2. Lepasnya serat dari matrik (Fiber Pull-Out atau Debonding);

3. Retak mikro pada matrik (Matrik Mikrocracking); dan

4. Terlepasnya lamina dari laminate (delimination).

22

2.8 Mekanisme Penguat Serat

Sifat mekanis maupun fisik komponen ditentukan oleh kandungannya

bahan itu sendiri. Penguat matrik modulus rendah dengan serat kuat bermodulus

besar memanfaatkan pemindahan beban ke seratnya. Pada mekanisme penguatan

serat hampir pada seluruhnya beban ditanggung oleh serat. Sedangkan matrik

berfungsi meneruskan beban terhadap serat, memisahkan serat dengan serat dan

mencegah penjalaran retak yang diakibatkan oleh serat yang patah. Sehingga matrik

tersebut harus memenuhi fungsi diantaranya dapat mengikat serat (fiber) dan

menjaga permukaan tidak rusak, efisiensi memindahkan tegangan ke serat dengan

peretakan atau gesekan bila komposit terbebani.