5

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Komposit

Komposit adalah material yang terbentuk dari kombinasi dua atau lebih

material sehingga dihasilkan material komposit yang mempunyai sifat mekanik

dan karakteristik yang berbeda dari material pembentuknya. Komposit memiliki

sifat mekanik yang lebih bagus dan kekuatan jenis lebih tinggi dibandingkan

dengan logam. Beberapa lamina komposit dapat ditumpuk dengan arah orientasi

serat yang berbeda. Komposit suatu jenis bahan baru hasil rekayasa yang terdiri

dari dua atau lebih bahan dimana sifat masing-masing bahan berbeda satu sama

lainnya baik itu sifat kimia maupun fisikanya dan tetap terpisah dalam hasil akhir

bahan tersebut (bahan komposit). Dengan adanya perbedaan dari material

penyusunnya maka komposit antar material harus berikatan dengan kuat, sehingga

perlu adanya penambahan wetting agent [10].

Beberapa definisi komposit sebagai berikut

Tingkat dasar : pada molekul tunggal dan kisi Kristal, bila material yang

disusun dari dua atom atau lebih disebut komposit (contoh senyawa,

paduan, polymer, dan keramik)

Mikrostruktur : pada kristal, phase dan senyawa, bila material disusun dari

dua phase atau senyawa atau lebih disebut komposit (contoh paduan Fe

dan C)

5

6

Makrostruktur : material yang disusun dari campuran dua atau lebih

penyusun makro yang berbeda dalam bentuk dan/atau komposisi dan tidak

larut satu sama lain material komposit (definisi secara makro ini yang

biasa dipakai)

2.1.1. Tujuan pembuatan material komposit

Berikut ini adalah tujuan dari dibentuknya komposit, yaitu sebagai

berikut :

Memperbaiki sifat mekanik dan/atau sifat spesifik tertentu

Mempermudah design yang sulit pada manufaktur

Keleluasaan dalam bentuk/design yang dapat menghemat biaya

Menjadikan bahan lebih ringan

2.1.2. Penyusun Komposit

Komposit pada umumnya terdiri dari 2 fasa :

1. Matriks

Matriks adalah bagian dari komposit yang mengelilingi penyusun

komposit. Matrik berfungsi sebagai bahan pengikat partikel dan ikut membentuk

struktur fisik komposit, serta untuk mendistribusikan beban pada serat penguat.

Resin sebagai matrik dalam komposit memiliki keunggulan antara lain : tahan

terhadap pelarut organik, tahan terhadap panas, oksidasi, dan kelembapan, ringan,

serta mudah dalam modifikasi dan pembuatannya. Matriks adalah fasa dalam

komposit yang mempunyai bagian atau fraksi volume terbesar (domain).

Matriks mempunyai fungsi sebagai berikut :

a) Mentransfer tegangan ke serat

7

b) Membentuk ikatan koheren, permukaan matrik/serat

c) Melindungi dan memisahkan serat

d) Melepas ikatan dan Tetap stabil setelah proses manufaktur

Gambar 2.1 Ilustrasi matriks pada komposit [11]

2. Reinforcement atau Filler

Salah satu bagian utama dari komposit adalah reinforcement (penguat)

yang berfungsi sebagai penanggung beban utama pada komposit.

Gambar 2.2 Ilustrasi reinforcement pada komposit [11]

Adanya dua penyusun komposit atau lebih menimbulkan beberapa

daerah dan istilah penyebutannya; Matrik (penyusun dengan fraksi volume

8

terbesar), Penguat (penahan beban utama), Interphase (pelekat antar dua

penyusun), interface (permukaan phase yang berbatasan dengan phase lain).

Gambar 2.3 Pengertian komposit [11]

Secara struktur mikro material komposit tidak merubah material

pembentuknya (dalam orde kristalin) tetapi secara keseluruhan material komposit

berbeda dengan material pembentuknya karena terjadi ikatan antar permukaan

antara matriks dan filter.

Syarat terbentuknya komposit adalah adanya ikatan permukaan antara

matriks dan filter, ikatan antar permukaan ini terjadi karena adanya gaya adhesi

dan kohesi. Dalam material komposit gaya adhesi-kohesi terjadi melalui 3 cara

utama :

o Interlocking antar permukaan → ikatan yang terjadi karena kekasaran

bentuk permukaan partikel.

o Gaya elektrostatis → ikatan yang terjadi karena adanya gaya tarik-menarik

antara atom yang bermuatan (ion).

o Gaya vanderwalls → ikatan yang terjadi karena adanya pengutupan antar

partikel.

9

Kualitas ikatan antara matriks dan filter dipengaruhi oleh beberapa

variable antara lain:

o Ukuran partikel

o Rapat jenis bahan yang digunakan

o Fraksi volume material

o Komposisi material

o Bentuk partikel

o Kecepatan dan waktu pencampuran

o Penekanan (kompaksi)

o Pemanasan (sintering)

2.1.3. Propertis Komposit

Sifat maupun karakteristik dari komposit ditentukan oleh : [12]

Material yang menjadi penyusun komposit

Karakteristik komposit ditentukan berdasarkan karakteristik material

penyusun menurut rule of mixture sehingga akan berbanding secara

proporsional.

Bentuk penyusunan structural dari penyusun

Bentuk dan cara penyusunan komposit akan mempengaruhi karakteristik

komposit.

Interaksi antar penyusun

Bila terjadi interkasi antar penyusun akan meningkatkan sifat dari

komposit.

10

2.1.4. Klasifikasi komposit

Berdasarkan matrik, komposit dapat diklasifikasikan kedalam tiga

kelompok besar yaitu :

a) Komposit matrik polimer (KMP), polimer sebagai matrik.

b) Komposit matrik logam (KML), logam sebagai matrik.

c) Komposit matrik keramik (KMK), keramik sebagai matrik.

Gambar 2.4 Klasifikasi komposit berdasarkan bentuk dari matriks [11]

Gambar 2.5 Matriks dari beberapa tipe komposit [11]

a. Fiber sebagai penguat (Fiber composites)

Composit

Metal matrix

composite

(MMC)

Polimer matrix

composite

(PMC)

Ceramic matrix

composite

(CMC)

11

Fungsi utama dari serat adalah sebagai penopang kekuatan dari komposit,

sehingga tinggi rendahnya kekuatan komposit sangat tergantung dari serat yang

digunakan, karena tegangan yang dikenakan pada komposit mulanya diterima

oleh matrik akan diteruskan kepada serat, sehingga serat akan menahan beban

sampai beban maksimum. Oleh karena itu serat harus mempunyai tegangan tarik

dan modulus elastisitas yang lebih tinggi daripada matrik penyusun komposit [11]

Fiber yang digunakan harus memiliki syarat sebagai berikut :

Mempunyai diameter yang lebih kecil dari diameter bulknya

(matriksnya) namun harus lebih kuat dari bulknya.

Harus mempunyai tensile strength yang tinggi.

Parameter fiber dalam pembuatan komposit, yaitu sebagai berikut :

a) Distribusi

b) Konsentrasi

c) Orientasi

d) Bentuk

e) Ukuran

Gambar 2.6 Parameter fiber dalam pembuatan komposit [11]

Proses produksi pada fiber-carbon yaitu sebagai berikut :

1) Open Mold Process

12

a) Hand Lay-Up

b) Spray Lay-Up

c) Vacuum Bag Moulding

d) Filament Winding

2) Closed Mold Process

a) Resin Film Infusion

b) Pultursion

Berdasarkan penempatannya terdapat beberapa tipe serat pada komposit, yaitu :

Gambar 2.7 Tipe serat pada komposit [11]

a) Continuous Fiber Composite

Continuous atau uni-directional, mempunyai susunan serat panjang dan

lurus, membentuk lamina diantara matriksnya. Jenis komposit ini paling banyak

digunakan, kekurangan tipe ini adalah lemahnya kekuatan antar lapisan. Hal ini

dikarenakan kekuatan diantara lapisan dipengaruhi oleh matriksnya, seperti

gambar 2.7 .

b) Woven Fiber Composite (bi-dirtectional)

13

Komposit ini tidak mudah terpengaruh pemisahan antar lapisan karena

susunan seratnya juga mengikat antar lapisan. Akan tetapi susunan serat

memanjangnya yang tidak begitu lurus mengakibatkan kekuatan dan kekakuan

tidak sebaik tipe continous fiber [11].

c) Discontinuous Fiber Composite (shopped fiber composite)

Komposit dengan tipe serat pendek masih dibedakan lagi menjadi :

1) Aligned discontinuous fiber

2) Off-axis discontinuies fiber

3) Randomly oriented discontinuous fiber

Randomly oriented discontinuous fiber merupakan komposit dengan serat

pendek yang tersebar secara acak diantara matriksnya. Tipe acak sering digunakan

pada prosuksi dengan volume besar karena faktor biaya manufacturnya yang lebih

murah. Kekurangan dari jenis serat acak adalah sifat mekanik yang masih

dibawah dari penguatan dengan serat lurus pada jenis serat yang sama , seperti

gambar 2.8

Gambar 2.8 Tipe discontinuous fiber [11]

d) Hibryd fiber composite

14

Hibryd fiber composite merupakan komposit gabungan antara tipe serat

lurus dengan serat acak. Pertimbangannya supaya dapat mengeliminir kekurangan

sifat dari kedua tipe dan dapat menggabungkan kelebihannya.

Jenis fiber yang biasa digunakan untuk pembuatan komposit antara lain

sebagai berikut :

a) Serat gelas (Fiber-glass)

Sifat-sifat fiber-glass, yaitu sebagai berikut :

Density cukup rendah (sekitar 2,55 g/cc).

Tensile strengthnya cukup tinggi (sekitar 1,8 GPa).

Biasanya stiffnessnya rendah (70 GPa).

Stabilitas dimensinya baik.

Resisten terhadap panas dan dingin serta tahan korosi.

Komposisi umum adalah 50-60 % SiO2 dan paduan lain yaitu Al,

Ca, Mg, Na dan lain-lain.

Keuntungan dari penggunaan fiber-glass yaitu sebagai berikut :

Biaya murah dan tahan korosi.

Biayanya relative lebih rendah dari komposit lainnya.

Biasanya digunakan untuk tanks, boats, alat-alat olahraga.

Kerugian dari penggunaan fiber-glass yaitu sebagai berikut :

Kekuatannya relative rendah.

Elongasi tinggi.

Kekuatan dan beratnya sedang (moderate).

Jenis-jenisnya antara lain :

15

1. E-glass

2. C-glass

3. S-glass

Tabel 2.1 Sifat-sifat dari jenis fiber-glass

No. Jenis Serat

E-glass C-glass S-glass

1. Isolator listrik yang

baik

Tahan terhadap korosi Modulus lebih tinggi

2. Kekakuan tinggi Kekuatan lebih rendah

dari E-glass

Lebih tahan terhadap

suhu tinggi

3. Kekuatan tinggi Harga lebih mahal dari

E-glass

Harga lebih mahal dari

E-glass

Sumber: Smallman, R.E. & Bishop, R.J. 2000 Metalurgi Fisik Modern dan

Rekayasa Material. Edisi Keenam, Erlangga, Jakarta

Tabel 2.2 Komposisi senyawa kimia fiber-glass

Tipe

serat

Komposisi senyawa kimia (%)

SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Na2O B2O3 K2O BaO

E-glass 52.4 14.4 0.2 17.2 4.6 0.8 10.6 - -

C-glass 64.4 4.1 0.1 13.4 3.3 9.6 4.7 0.4 0.9

S-glass 64.4 4.4 - - 10.3 0.3 - - -

Sumber: Smallman, R.E. & Bishop, R.J. 2000 Metalurgi Fisik Modern dan

Rekayasa Material. Edisi Keenam, Erlangga, Jakarta

b) Serat nylon (Fiber-nylon)

Sifat-sifat fiber-nylon, yaitu sebagai berikut :

1. Dibuat dari polyamide.

2. Lebih kuat, lebih ringan, tidak getas dan tidak lebih kaku dari carbon.

3. Contoh merek nylon yaitu Kevlar (Dupont) dan Kwaron (Akzo).

c) Serat carbon (Fiber-carbon)

16

Sifat-sifat fiber-carbon, yaitu sebagai berikut :

1. Densitas carbon cukup ringan yaitu sekitar 2,3 g/cc.

2. Struktur grafit yang digunakan untuk membuat fiber berbentuk seperti

Kristal intan.

3. Mempunyai karakteristik yang ringan, kekuatan yang sangat tinggi,

kekakuan (modulus elastisitas) yang tinggi.

4. Terdiri dari lebih dari 90 % carbon.

5. Dapat dibuat bahan turunan : grafit yang kekuatannya dibawah serat

carbon.

6. Diproduksi dari Polyacrylnitril (PAN) melalui tiga tahap proses

sebagai berikut :

a. Stabilitasi = Peregangan dan oksidasi.

b. Carbonisasi = Pemanasan untuk mengurangi O, H, N.

c. Grafitisasi = Meningkatkan modulus elastisitas.

Tabel 2.3 Kelebihan dan Kekurangan fiber

Fiber Kelebihan Kekurangan

Fiber-glass 1. Kekuatan tinggi

2. Relatif murah

Kurang elastis

Fiber-carbon 1. Kuat hingga sangat kuat

2. Stiffnessi (kuat+keras) besar

3. Koefisien pemuaian kecil

4. Menahan getaran

1. Agak getas

2. Nilai peregangan kurang

3. Agak mahal

Fiber-graphite 1. Lebih stiffness dari Carbon

2. Lebih ulet

Kurang kuat dibanding

Carbon

Fiber-nylon

(aramin)

1. Agak stiff (kuat+keras) &

sangat ulet

2. Tahan terhadap benturan

1. Kekuatan tekan lebih

rendah dari carbon

2. Ketahanan panas lebih

17

3. Kekuatannya besar (lebih kuat

dari baja)

4. Lebih murah dari carbon

rendah dari carbon

(hingga 180C)

Sumber: Smallman, R.E. & Bishop, R.J. 2000 Metalurgi Fisik Modern dan

Rekayasa Material. Edisi Keenam, Erlangga, Jakarta

d) Hybrid Fiber (kombinasi dari berbagai jenis serat).

1. Glass Versus Carbon

a) Meningkatkan shock resistence (tahan benturan).

b) Meningkatkan fracture resistence (tahan patahan/ulet).

c) Mengurangi biaya.

2. Glass versus Nylon

a) Meningkatkan kekuatan tekan.

b) Memperbaiki pemrosesan (manufaktur).

c) Mengurangi biaya.

3. Carbon versus Nylon

a) Meningkatkan kekuatan tarik.

b) Meningkatkan kekuatan tekan.

c) Meningkatkan kekuatan pada pembengkokan.

a. Fiber sebagai structural (Structure composites)

Komposit structural dibentuk oleh reinforce-reinforce yang memiliki

bentuk lembaran-lembaran. Berdasarkan struktur, komposit dapat dibagi menjadi

dua yaitu struktur laminate dan sruktur sandwich, ilustrasi dari kedua struktur

komposit tersebut dapat dilihat pada gambar 2.9.

18

Gambar 2.9 Ilustrasi komposit berdasarkan strukturnya: a. Striktur laminate b.

Sandwich panel [11]

b. Laminate

Laminate adalah gabungan dari dua atau lebih lamina (satu lembar

komposit dengan arah serat tertentu) yang membentuk elemen struktur secara

integral pada komposit. Proses pembentukan lamina ini menjadi laminate

dinamakan proses laminai. Sebagai elemen sebuah struktur, lamina yang serat

penguatnya searah saja (unidirectional lamina) pada umumnya tidak

menguntungkan karena memiliki sifat yang buruk. Untuk itulah struktur komposit

dibuat dalam bentuk laminate yang terdiri beberapa macam lamina atau lapisan

yang diorientasukan dalam arah yang diinginkan dan digabungkan bersama

sebagai sebuah unit struktur dapat dilihat pada gambar 2.10. Mikrostruktur lamina

dan jenis-jenis dari arah serat dapat dilihat pada gambar dibawah ini :

19

Gambar 2.10 Jenis-jenis dari fiber reinforced composites [11]

Terdapat beberapa lamina, yaitu :

a) Continous fiber laminate, lamina jenis ini mempunyai lamina penyusun

dengan serat yang tidak terputus hingga mencapai ujung-ujung lamina.

Continous fiber laminate:

1. Undirectional laminate (satu arah), yaitu bentuk laminate dengan tiap

lamina mempunyai arah serat yang sama. Kekuatan terbesar dari komposit

lamina ini adalah searah seratnya.

2. Crosspelin quasi-isotropic (silang), lamina ini mempunyai susunan serat

yang saling tegak lurus satu sama lain antar lamina.

3. Random/woven fiber composite, lamina ini mempunyai susunan serat.

b) Discontinous fiber composite, berbeda dengan jenis sebelumnya maka

laminate ini pada masing-masing lamina terdiri dari potongan serat pendek

yang terputus dan mempunyai dua jenis yaitu :

1. Short Aligned Fiber, potongan serat tersusun dalam arah tertentu, sesuai

dengan keperluan setiap lamina.

20

2. In-Plane Random Fiber, potongan serat disebarkan secara acak atau

arahnya tidak teratur.

2.1.5. Keunggulan Bahan Komposit

Bahan komposit mempunyai beberapa kelebihan berbanding dengan

bahan konvensional seperti logam. Kelebihan tersebut pada umumnya dapat

dilihat dari beberapa sudut yang penting seperti sifat-sifat mekanikal dan fisikal,

keupayaan (reability), kebolehprosesan dna biaya, seperti yang diuraikan dibawah

ini :

Sifat-sifat mekanikal dan fisikal, pada umumnya pemilihan bahan

matriks dan serat memainkan peranan penting dalam menentukan sifat-sifat

mekanik dan sifat komposit. Gabungan matriks dan serat dapat menghasilkan

komposit yang mempunyai kekuatan dan kekakuan yang lebih tinggi dari bahan

konvensional [13]

Bahan komposit mempunyai density yang jauh lebih rendah berbanding

dengan bahan konvensional. Ini memberikan implikasi yang penting dalam

konteks penggunaan karena komposit akan mempunyai kekuatan dan

kekakuan spesifik yang lebih tinggi dari bahan konvensional. Implikasi kedua

ialah produk komposit yang dihasilkan akan mempunyai kerut yang lebih

rendah dari logam. Pengurangan berat adalah satu aspek yang penting dalam

industri pembuatan seperti automobile dan angkasa lepas. Ini karena

berhubungan dengan penghematan bahan bakar.

Dalam industri angkasa lepas terdapat kecenderungan untuk menggantikan

komponen yang diperbuat dari logam dengan komposit karena telah terbukti

21

komposit mempunyai rintangan terhadap fatigue yang baik terutamanya

komposit yang menggunakan serat carbon.

Bahan komposit juga mempunyai kelebihan dari segi versatility (berdaya

guna) yaitu produk yang mempunyai gabungan sifat-sifat yang menarik yang

dapat dihasilkan dengan mengubah sesuai jenis matriks dan serat yang

digunakan. Contoh dengan menggabungkan lebih dari satu serat dengan

matriks untuk menghasilkan komposit hybrid.

Massa jenis rendah (ringan).

Lebih kuat dan lebih ringan.

Perbandingan kekuatan dan berat yang menguntungkan.

Lebih kuat (stiff), ulet (tough), dan tidak getas.

Koefisien pemuaian yang rendah.

Tahan terhadap cuaca.

Tahan terhadap korosi.

Mudah diproses (dibentuk).

Biaya, faktor biaya juga memainkan peranan yang sangat penting dalam

membantu perkembangan industri komposit. Biaya yang berkaitan erat dengan

penghasilan suatu produk yang seharusnya memperhitungkan beberapa aspek

seperti biaya bahan mentah, pemrosesan, tenaga manusia dan sebagainya.

2.1.6. Kelemahan Bahan Komposit

Tidak tahan terhadap beban shocki (kejut) dan crash (tabrak) dibandingkan

dengan metal.

Kurang elastic.

22

Lebih sulit dibentuk secara plastis.

2.1.7. Contoh Material Komposit

1. Plastik diperkuat fiber :

a. Diklasifikasikan oleh jenis fiber :

1) Wood (cellulose fibers in alignin and hemicelluloses matrix)

2) Carbon-fibre reinforced plastic atau CRP

3) Glass-fibre reinforced plastic atau GRP (informally, fiberglass)

b. Diklasifikasikan oleh matriks :

1) Komposit Thermoplastik

a) Long fiber thermoplastics or long fiber reinforced thermoplastics.

b) Glass mat thermoplastics.

2) Thermoset Composites

2. Metal matrix composite MMC :

a. Cast iron putih

b. Hardmetal (carbide in metal matrix)

c. Metal-inpanas lis laminate

3. Ceramic matrix composites :

a. Cermet (ceramic and metal)

b. Concrete

c. Reinforced carbon-carbon (carbon fibre in a graphite matrix)

d. Bone (hydroxyapatite reinforced with collagen fibers)

4. Organic matrix/ceramic aggregate composites

a. Mother of Pearl

23

b. Syntactic foam

c. Asphalt concrete

5. Chobham armour (lihat composite armour)

6. Engineered wood

a. Plywood

b. Oriented strand board

c. Wood plastic composite (recycled wood fiber in polyethylene matrix)

d. Pykrete (sawdust in ice matrix)

7. Plastic-impregnated or laminated paper or textiles

a. Arborite

b. Formica (plastic)

2.2. Resin epoxy

Resin adalah suatu material yang berbentuk cairan pada suhu ruang atau

berupa material padatan yang akan meleleh pada suhu diatas 200oC. Resin dapat

dibagi menjadi 2 (dua) bagian yaitu :

a. Resin Termoset

Resin termoset adalah resin yang akan mengeras jika dipanaskan, namun

jika dipanaskan lebih lanjut tidak akan melunak atau dengan kata lain proses

pengerasannya irreversible. Thermoset tidak dapat mengikuti perubahan suhu

(irreversible). Bila sekali pengerasan telah terjadi maka bahan tidak dapat

dilunakkan kembali. Pemanasan yang tinggi tidak akan melunakkan termoset

melainkan akan membentuk arang dan terurai karena sifatnya yang demikian

sering digunakan sebagai penutup ketel, seperti jenis-jenis melamin. Plastik jenis

24

termoset tidak begitu menarik dalam proses daur uang karena selain sulit

penanganannya juga volumenya jauh lebih sedikit (sekitar 10%) dari volume jenis

plastik yang bersifat termoplastik. Contoh dari thermoset yaitu Epoxyda,

Bismaleimida (BMI), dan Poli-imida (PI) [10].

b. Resin termoplastik

Resin termoplastik adalah resin yang melunak jika dipanaskan dan akan

mengeras jika di dinginkan, atau dapat dikatakan bahwa proses pengerasannya

bersifat reversible. Thermoplastic adalah plastic yang dapat dilunakkan berulang

kali (recycle) dengan menggunakan pana. Thermoplastic merupakan polimer yang

akan menjadi keras apabila didinginkan. Thermoplastic meleleh pada suhu

tertentu, melekat mengikuti perubahan suhu dan mempunyai sifat dapat balik

(reversiblei) kepada sifat aslinya, yaitu kembali mengeras bila didinginkan.

Contoh dari thermoplastic yaitu Poliester, Nylon 66, PTFE, PET, Polieter sulfon,

PES dan Polieter eterketon (PEEK) [10].

Resin epoxy merupakan polimer termoset yang banyak digunakan

sebagai salah satu bahan dalam pembuatan komposit. Keunggulan yang dimiliki

resin epoxy adalah ketahanannya terhadap panas dan kelembapan, sifat mekanik

yang baik tahan terhadap bahan – bahan kimia, sifat isolator, sifat perekat yang

baik terhadap berbagai bahan, dan mudah diproses.

Karakteristik epoxy secara umum yaitu kemampuan mengikat paduan

metalik yang baik disebabkan oleh adanya gugus hidrolik yang memiliki

kemampuan membentuk ikatan melalui ikatan hydrogen. Gugusan hidrosil ini

dimiliki oleh oksida metal, dimana pada kondisi normal menyebar pada

25

permukaan metal sehingga menunjang terjadinya ikatan antara atom pada epoxy

dengan atom yang berbeda pada material metal. Perbandingan serat carbon antara

epoxy dan polyester dapat dilihat pada tabel 2.4

Tabel 2.4 Perbandingan Serat Carbon

Epoxy Polyester

Density (mg/m3) 1,1 – 1,4 1,1 – 1,5

Young’s modulus (GNm-2

) 3 – 6 2 – 4,5

Tensile strength (MNm-2

) 35 – 100 40 – 90

Poisson’s rasio 0,38 – 04 0,37 – 0,39

Compressive strength (MNm-2

) 100 – 200 90 – 250

Shrinkage on curing (%) 1 – 2 4 – 8

Water absorpastion 24h to 20oC (%) 0,1 – 0,4 0,1 – 0,3

Sumber: D. Hull, T.W. Clyne, An Introduction to Composite Materials, 1981

2.3. Serat Basalt

Basalt adalah batuan vulkanik beku yang ekstrusif, terbentuk dari

solidifikasi magma yang terjadi di permukaan bumi. Ciri-ciri utama batu basalt

terdiri dari atas kristal-kristal yang sangat kecil, berwarna hijau ke abu-abuan dan

berlubang-lubang. Material basalt adalah terdisi dari unsur unsur berat ;

52.8%SiO2, 17.5%Al2O3, 10.3Fe2O3, 4.63%MgO, 8.59CaO, 3.34%Na2O,

1.46%K2O, 1.38%TiO2, dan sisanya adalah P2O5, MnO, dan Cr2O3 masing -

masing 0.28%, 0.16%, dan 0.06%.

Serat basalt atau basalt fiber merupakan serat baru yang sifatnya lebih

kuat, lebih bersahabat dengan lingkungan dan manusia, lebih sehat dan dengan

biaya produksi yang lebih murah. Serat basalt diekstrak langsung dari batuan

beku basalt. Secara spesifik manfaat dari basalt fiber bisa diaplikasikan dalam

26

kontruksi bangunan, kontruksi jalan, kontruksi bawah tanah, menguatkan batang

(baja), geotekstil, pengerjaan teknik, agrikultur.

Gambar 2.11. a. Bahan Baku basalt, b. Serat basalt

Basalt fiber merupakan bahan campuran yang baik karena tidak ada

deformasi permanen jika dibengkokkan, sangat tahan terhadap korosi, sukar

bereaksi dengan senyawa kimia, tahan terhadap penyerapan air, tensil strengthnya

tinggi, panas konduktivitas rendah, memililki ketahanan yang baik terhadap

temperature tinggi, dan tidak beracun. Sifatnya yang ramah lingkungan menjadi

alasan basalt fiber bisa dipakai pesaing nomor satu pengganti baja dan plastik

untuk campuran bahan penguat (reinforcement material), temperatur meltingnya

saat diproduksi mencapai 600C.

2.4. Serat Carbon

Serat carbon merupakan salah satu bentuk material komposit. Komposit

serat carbon merupakan salah satu jenis meterial komposit yang menggunakan

fiber carbon sebagai salah satu penyusunnya. Material komposit tersusun atas dua

komponen yaitu matrik dan material penguat (reinforcement). Fiber carbon

bertugas sebagai material penguat pada komposit serat carbon. Sedangkan untuk

27

matriksnya biasanya digunakan resin polimer semacam epoxy. Matriks resin ini

berfungsi untuk mengikat material penguat.

Bahan baku carbon fiber biasanya terdiri dari 90% carbon yang dibuat

dari bahan dasar Polyacrylonitrile (PAN) sedangkan 10% sisanya diproduksi dari

minyak bumi. Semua bahan baku yang digunakan ini merupakan polimer organik,

memiliki karakter ikatan molekul panjang yang tersusun atas atom-atom carbon.

Bahan matrik thermoseting yaitu modified BPA epoxy resin (HTC-667C)

dengan harderner with a modified aliphatic amine hardener diproduksi oleh

perusahaan Jet Korea Co. (Korea). Karakteristik bahan ditunjukkan seperti Tabel

2.5 dan Tabel 2.6.

Tabel 2.5 Basic specification of plain woven serat carbon dan serat basalt [5,12]

Category/Unit Standard Carbon Standar Basalt

Used yarn

Product number

Weave

fabric thickness (mm)

Construction warp (tread count/inch)

Construction weft (tread

count/inch)

fabric weight (g/m2)

Width (mm)

TR 30S-3L

C120-3K

Plain

0.25 ± 0.02

12.5 ±1 carbon 3K

13.5 ±1 carbon 3K

200 ±10

1000

-

EcoB4-F210

Plain

0.19 – 0.20

22

26

210 ±10

1000

28

Tabel 2.6 Properties of epoxy resin (HTC-667C)

Category/Unit standard

Specific gravity [25˚C]

Viscosity (cps, 25˚C

Hardener

Tensile strength (MPa)

Compressive strength (MPa)

Flexural strength (MPa)

1.16 ±0.02

1200±500

Modified aliphatic amine

63.7

88.2

81.3

2.5. Konduktivitas Panas dari Komposit Polimer

Gambar 2.12. a.Uji susun mengunakan meter bar sebagai kalorimeter,

b. penjaga panas uji susun [21]

Ciri umum dari alat yang memenuhi metode uji konduktivitas panas

ditunjukan pada gambar 2.12 a dan b, alat ini membebankan pada kondisi

pengujian dan menyelesaikan pengukuran yang diperlukan. Alat ini dapat

dianggap sebagai salah satu teknik yang mungkin. sumber panas salah satunya

menggunakan pemanas listrik, tipe pemanas listrik dibuat dengan lilitan kawat.

a b

29

Standar ini mencangkup metode uiji untuk pengukuran impedansi panas

dan perhitungan konduktivitas panas yang jelas untuk konduktivitas panas bahan

isolasi listrik mulai dari senyawa cair ke padat. Istilah konduktivitas panas hanya

berlaku untuk bahan homogen.

Banyak model teoritik dan empirik yang telah diperkenalkan untuk

memprediksi efektivitas konduktivitas panas dari campuran dua serat. Untuk

komposit dua komponen, alternatif sederhana dengan menyusun material secara

parallel atau seri yang mengacu pada aliran panas yang memberikan batas atas

dan batas bawah efektivitas konduktivitas panas.

Perpindahan panas merupakan perpindahan energi dalam bentuk panas

yang terjadi karena adanya perbedaan suhu diantara benda atau material. Ada

3(tiga) bentuk mekanisme perpindahan panas yaitu konduksi, konveksi, dan

raidiasi. Perpindahan panas secara konduksi adalah proses perpindahan panas

dimana panas mengalir dari daerah yang bertemperatur tinggi ke daerah

bertemperatur rendah dalam suatu medium (padat, cair, atau gas) atau antara

medium-medium yang berlainan yang bersinggungan secara langsung sehingga

terjadi pertukaran energy dan momentum.

Konduktivitas panas polimer diketahui bahwa perpindahan panas

meningkat secara signifikan dan menurun secara perlahan dalam arah tegak lurus.

Hasil penelitian tentang konduktivitas panas dari beberapa komposit polimer

tersedia dalam literatur eksperimental sebaik analisa numerik dan analitik [15,16].

30

Filter yang sering digunakan antara lain partikel aluminium, tembaga,

kuningan, fiber carbon pendek, carbon, grafik, aluminium nitrit, dan magnesit.

Mengkaji secara mendalam model dan metode untuk memprediksi konduktivitas

panas sistem komposit [17].Menggunakan model Nielsen sebagai prediksi

menyelidiki konduktivitas panas dari beberapa tipe lapisan komposit polimer

dimana dalam penerapannya filler berbeda telah ditentukan[18].

Menemukan bahwa kedua model Bruggeman untuk Al2O3 / sistem epoxy

dan bentuk modifikasi model Bruggeman untuk AIN / sistem epoxy sama baiknya

dalam memprediksi teori kondukstivitas panas[19] . Konduktivitas panas adalah

sifat bahan yang menggambarkan tingkat aliran panas didalam bahan karena

perubahan temperatur. Pengujian terhadap konduktivitas panas hybrid komposit

interplay serat carbon dan serat basalt dilakukan menurut standar ASTM D 5470-

12. Persamaan matematis untuk menentukan konduktivitas panas adalah

.........................................................................................................(1)

Keterangan :

K = konduktivitas panas (W/m.K)

Q = heat fluks / laju perpindahan panas (W)

A = luas penampang benda uji (m2)

T = perbedaan temperatur (K)

L = jarak keseluruhan (m)

Tetapan kesebandingan (K) adalah sifat fisik bahan atau material yang

disebut konduktivitas panas. Pada umumnya konduktivitas panas sangat

tergantung pada suhu.

31

2.6. Daya Penyerapan Fluida

Ketahanan material komposit pada lingkungan sangat ditentukan oleh

kemampuan komposit untuk menyerap fluida dari lingkungan. Semakin banyak

fluida yang diserap menunjukan ikatan interfacial serat dan matriks yang kurang

kuat, dan jika semakin sedikit fluida yang diserap menunjukan ikatan interfacial

serat dan matriks yang kuat.

Pengujian daya penyerapan fluida dilakukan untuk mengetahui

penyerapan fluida optimum yang dimiliki komposit yang seratnya mengalami

perlakuan maupun serat yang tidak mengalami perlakuan terhadap daya serap

fluida bertujuan untuk mengetahui kadar fluida (air laut, oli, aquades). Dengan

merendam komposit dalam fluida cair dengan jumlah tertentu dapat diketahui

besaran jumlah fluida yang diserap kedalam komposit. Pengukuran daya serap

fluida dilakukan dengan menghitung selisih berat sebelum dan sesudah

perendaman dalam (air laut, oli, aquades) selama pengujian. Pertambahan berat

komposit dicatat kemudian dihitung persentasenya dengan menggunakan

persamaan sebagai berikut.

Daya serap fluida dihitung dengan rumus :

................................................................. (2)

Keterangan : W = persentase daya serap (% pertambahan berat komposit gram)

Wo = berat spesimen sebelum perendaman (gram)

Wa = berat spesimen setelah perendaman (gram)

32

2.7. Resin Transfer Molding (RTM)

Pada proses ini resin ditransfer atau diinjeksikan ke dalam suatu tempat

yang berisi fiberglass reinforcement. Metode ini termasuk closed mold

process dimana reinforcement diletakkan di antara dua permukaan cetakan

yang terdiri dari dua bagian yang satu disebut bagian female dan yang

lainnya disebut male. Pasangan cetakan tersebut lalu ditutup, diberi klem,

lalu resin termoset berviskositas rendah diinjeksikan pada tekanan 50 - 100

psi ke dalam lubang cetakan melalui port injeksi. Resin diinjeksikan

sampai memenuhi seluruh rongga cetakan hingga meresap dan membasahi

seluruh material reinforcement.

2.8. Vacuum Infusion Processing

Metode ini adalah variasi dari vacuum bag molding dimana resin yang

dituang dalam ruang hampa masuk ke dalam cetakan dan membentuk

laminasi. Pada metode ini tekanan dalam rongga cetakan lebih rendah

dibandingkan tekanan atmosferik udara. Setelah cetakan dipenuhi resin

kemudian dilapisi dengan fiber reinforcement dapat menggunakan tangan

yang disebut dengan istilah lay-up dry, kemudian resin diinfusikan

kembali ke dalam cetakan untuk menyempurnakan sistem laminasi

komposit sehingga tidak terdapat ruang untuk kelebihan resin. Rasio resin

yang sangat tinggi terhadap fiber glass yang digunakan memungkinkan

penggunaan metode vacuum Infusion yang menghasilkan sifat mekanik

sistem laminasi yang sangat baik. Vacuum InfusionProcessing dapat

33

digunakan untuk pencetakan dengan struktur yang besar dan tidak

dianjurkan untuk proses dengan volume yang rendah.

Pada penelitian ini, penulis menggunakan Vacuum Assisted Resin Transfer

Molding (VARTM) yang merupakan pengembangan dari proses Resin

Transfer Molding (RTM).