BAB 1

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Dewasa ini perkembangan teknologi bahan semakin pesat. Salah satu teknologi bahan

mengalami perkembangan yang pesat adalah material komposit. Hal ini sangat dipengaruhi

oleh luasnya aplikasi bahan komposit dalam kehidupan sehari – hari. Penggunaan komposit

dalam kehidupan kita banyak kita jumpai misalnya: helm, bola bilyard, bumper mobil, dan

lain sebagainya sampai kepada peralatan modern pada industri – industri seperti kerangka

telepon, antena, raket tenis, stick golf, peluru, kaki palsu, industri kapal terbang dan peralatan

– peralatan militer

Dengan perkembangan dunia industri sekarang ini, kebutuhan material untuk

sebuah produk bertambah. Penggunaan material logam pada berbagai komponen produk

semakin berkurang. Hal ini diakibatkan oleh beratnya komponen yang terbuat dari

logam, proses pembentukannya yang relatif susah, dapat mengalami korosi dan biaya

produksinya mahal. Oleh karena itu, banyak dikembangkan material lain yang

mempunyai sifat karekteristik yang sesuai dengan karakteristik material logam yang

diinginkan. Salah satu material yang banyak dikembangkan saat ini adalah komposit.

Komposit adalah bahan kombinasi antara dua atau lebih komponen atau material yang

memiliki sejumlah sifat yang tidak mungkin dimiliki oleh masing–masing komponen

tersebut.

Secara umum komposit tersusun dari material pengikat (matriks) dan material

penguat (reinforce). Logam, keramik, dan polimer dapat digunakan sebagai material

pengikat pada pembuatan komposit tergantung dari sifat yang ingin dihasilkan. Fungsi

matriks adalah untuk mendukung dan mengikat reinforcement, mentransfer beban antar

reinforcement, dan melindungi reinforcement dari perubahan eksternal.

1.2 Rumusan Masalah

1. Bagaimana sifat dari material komposit ?

2. Apa kelebihan dan  kekurangan dari komposit ?

3. Bagaimana pengaplikasiannya baik dalam kehidupan sehari-hari maupun dalam

industry?

4. Bagaiman proses pembuatan dari komposit?

1.3 Tujuan

1. Untuk mengetahui apa itu baja karbon, baja perkakas,baja paduan dan dies, baja tahan

karat dan besi tuang.

2. Untuk mengetahui kelebihan dan kekurangan dari masing-masing logam besi

3. Untuk mengetahui aplikasi dari macam-macam logam besi tersebutbaik dalam

kehidupan sehari-hari maupun industry.

4. Untuk mengetahui proses pembuatan dari macam-macam logam besi tersebut.

BAB 2

ISI

2.1 Pengertian Komposit

Pengertian komposit adalah bahan yang terbentuk apabila dua atau lebih komponen

yang berlainan digabung (Kroschwitz, 1987). K. Van Rijswijk et.al dalam bukunya Natural

Fibre Composites (2001) menjelaskan komposit adalah bahan hibrida yang terbuat dari resin

polimer diperkuat dengan serat, menggabungkan sifat-sifat mekanik dan fisik. Ilustrasi

ikatan dan sifat fisik polimer dapat dilihat pada gambar 2.1.

Gambar 2.1. Komposisi Komposit fiber (serat) resin composite material

(Sumber: K. van Rijswijk, et.al, 2001)

Bahan komposit merupakan bahan gabungan secara makro yang didefinisikan

sebagai suatu sistem material yang tersusun dari campuran atau kombinasi dua atau lebih

unsur-unsur utama yang secara makro berbeda dalam bentuk dan atau komposisi material

yang tidak dapat dipisahkan (Schwartz, 1984).

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

1. Bobotnya ringan

2. Mempunyai kekuatan dan kekakuan yang baik

3. Biaya produksi murah

4. Tahan korosi

Sedangkan Peter (2002) menjelaskan keuntungan dan kerugian komposit di dalam tabel di

bawah ini.

Tabel 2.1. Keuntungan dan Kerugian dari Komposit Komersial (Jurnal Penelitian

Characterization and Treatments of Pineapple Leaf Fibre Thermoplastic Composite For

Construction Application, Munirah Mochtar, et.al, 2007)

Keuntungan Kekurangan

- Berat berkurang

- Rasio antara kekuatan atau rasio kekakuan

dengan berat tinggi

- Sifat-sifat yang mampu beradaptasi:

Kekuatan atau kekakuan

dapat beradaptasi terhadap pengaturan

beban

-Lebih tahan terhadap korosi

-Kehilangan sebagian sifat dasar material

- Ongkos manufaktur rendah

-Konduktivitas termal atau konduktivitas

listrik meningkat atau menurun

- Biaya bertambah untuk bahan baku dan

fabrikasi

- Sifat-sifat bidang melintang lemah

- Kelemahan matrik, kekerasan rendah

- Matriks dapat menimbulkan degradasi

lingkungan

- Sulit dalam mengikat

- Analisa sifat-sifat fisik dan mekanik sulit

dilakukan, analisis untuk efisiensi damping

tidak mencapai konsensus

Dari tabel di atas dapat dilihat bahwa aplikasi komposit masih terbatas disebabkan

oleh faktor ekonomi. Karena komposit menggunakan serat gelas atau material teknik yang

lain sebagai penguat, biaya bahan mentah dan biaya fabrikasi akan menjadi tinggi. Hal ini

jelas terlihat pada bidang industri yang memanfaatkan material komposit, seperti pada bidang

penerbangan dan kelautan.

Material komposit terdiri dari dua buah penyusun yaitu filler (bahan pengisi) dan

matrik. Adapun definisi dari keduanya adalah sebagai berikut:

1. Filler adalah bahan pengisi yang digunakan dalam pembuatan komposit, biasanya

berupa serat atau serbuk. Serat yang sering digunakan dalam pembuatan komposit

antara lain serat E-Glass, Boron, Carbon dan lain sebagainya. Bisa juga dari serat

alam antara lain serat kenaf, jute, rami, cantula dan lain sebagainya.

2. Matriks. Gibson R.F. (1994) mengatakan bahwa matriks dalam struktur komposit bisa

berasal dari bahan polimer, logam, maupun keramik. Matriks secara umum berfungsi

untuk mengikat serat menjadi satu struktur komposit. Matriks memiliki fungsi:

a. Mengikat serat menjadi satu kesatuan struktur

b. Melindungi serat dari kerusakan akibat kondisi lingkungan

c. Mentransfer dan mendistribusikan beban ke serat

d. Menyumbangkan beberapa sifat seperti, kekakuan, ketangguhan dan

tahanan listrik.

2.2 Klasifikasi Komposit

2.2.1 Berdasarkan matriks yang digunakan komposit dapat dikelompokkan atas:

1. MMC: Metal Matriks Composite (menggunakan matriks logam) Metal Matriks

Composite adalah salah satu jenis komposit yang memiliki matriks logam. MMC

mulai dikembangkan sejak tahun 1996. Pada mulanya yang diteliti adalah Continous

Filamen MMC yag digunakan dalam industri penerbangan

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

material dua fasa dengan satu fasa berfungsi sebagai penguat dan satu fasa sebagai

matriks dimana matriksnya terbuat dari keramik. Penguat yang umum digunakan pada

CMC adalah; oksida, carbide, nitride. Salah saru proses pembuatan dari CMC yaitu

dengan proses DIMOX yaitu proses pembentukan komposit dengan reaksi oksidasi

leburan logam untuk pertumbuhan matriks keramik di sekeliling daerah filler.

3. PMC: Polymer Matriks Composite (menggunakan matriks polimer).

Polimer merupakan matriks yang paling umum digunakan pada material komposit.

Karena memiliki sifat yang lebih tahan terhadap korosi dan lebih ringan. Matriks

polimer terbagi 2 yaitu termoset dan termoplastik. Perbedaannya polimer termoset

tidak dapat didaur ulang sedangkan termoplastik dapat didaur ulang sehingga lebih

banyak digunakan

belakangan ini. Jenis-jenis termoplastik yang biasa digunakan adalah polypropylene

(PP), polystryrene (PS), polyethylene (PE), dan lain-lain.

2.2.2 Berdasarkan serat yang digunakan komposit serat (fiber-matriks composites)

dibedakan menjadi:

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

2. Flake composites adalah gabungan serpih rata dengan matrik.

3. Particulate composites adalah gabungan partikel dengan matrik.

4. Filled composites adalah gabungan matrik continous skeletal

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

2.2.3 Berdasarkan penempatannya terdapat beberapa tipe serat pada komposit

yaitu:

1.Continuous Fibre Composite

Tipe ini mempunyai susunan serat panjang dan lurus, membentuk lamina diantara

matriksnya. Tipe ini mempunyai kelemahan pemisahan antar lapisan.

2.Woven Fibre Composite (bi-directional)

Komposit ini tidak mudah dipengaruhi pemisahan antar lapisan karena susunan

seratnya mengikat antar lapisan. Susunan serat memanjangnya yang tidak begitu lurus

mengakibatkan kekuatan dan kekakuan melemah.

3.Discontinous Fibre Composite

Discontinous Fibre Composite adalah tipe komposit dengan serat pendek.

Tipe ini dibedakan lagi menjadi 3 :

a) Aligned discontinous fibre

b) Off-axis aligned discontinous fibre

c) Randomly oriented discontinous fibre

2.2.4 Berdasarkan strukturnya komposit dibedakan atas:

1. Particulate Composite Materials (komposit partikel) merupakan jenis komposit yang

menggunakan partikel/butiran sebagai filler (pengisi). Partikel berupa logam atau non

logam dapat digunakan sebagai filler.

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

yaitu matriks dan serat.

3. Structural Composite Materials (komposit berlapis) terdiri dari sekurang- kurangnya

dua material berbeda yang direkatkan bersama-sama. Prosespelapisan dilakukan

dengan mengkombinasikan aspek terbaik dari masing-masing lapisan untuk

memperoleh bahan yang berguna.

Untuk lebih jelasnya, pembagian komposit dapat dilihat pada gambar berikut:

Gambar 2.2. Struktur Bagan Komposit (Sumber: K. van Rijswijk, et.al, 2001)

2.2.5 Faktor-faktor yang mempengaruhi struktur komosit

a. Faktor Ikatan Fiber-Matriks

Komposit berpenguat serat banyak diaplikasikan pada alat-alat yang membutuhkan

material yang mempunyai perpaduan dua sifat dasar yaitu kuat namun juga ringan. Komposit

serat yang baik harus mampu menyerap matriks yang memudahkan terjadi antara dua fase

(Schwartz, 1984). Selain itu komposit serat juga harus mempunyai kemampuan untuk

menahan tegangan yang tinggi, karena serat dan matriks berinteraksi dan pada akhirnya

terjadi pendistribusian tegangan. Kemampuan ini harus dimiliki oleh matriks dan serat. Hal

yang mempengaruhi ikatan antara serat dan matriks adalah void, yaitu adanya celah pada

serat atau bentuk serat yang kurang sempurna yang dapat menyebabkan matrik tidak akan

mampu mengisi ruang kosong pada cetakan. Bila komposit tersebut menerima beban, maka

daerah tegangan akan berpindah ke daerah void sehingga akan mengurangi kekuatan

komposit tersebut (Schwartz, 1984)

b. Faktor Ikatan Filler-Matriks

Dengan adanya partikel berupa filler, maka pada beberapa daerah pada resin sebagai

matriks akan terisi oleh partikel, sehingga pada saat terjadi interlamellar stretching, deformasi

yang terjadi pada bagian amorph dapat diminimalisir oleh partikel. Mekanisme penguatannya

adalah bahwa dengan adanya partikel, maka jarak antara bagian polimer yang strukturnya

kristalin (berbentuk seperti lempengan/lamelar) akan diperpendek oleh adanya partikel tadi.

Dengan semakin meningkatnya jumlah partikel yang ada (sampai pada batasan tertentu

dimana matriks masih mampu mengikat partikel), maka deformasi yang terjadi juga akan

semakin berkurang, karena beban yang sebelumnya diterima oleh matriks akan diteruskan

atau ditanggung juga oleh partikel sebagai penguat. Ikatan antara matriks dan filler harus

kuat. Apabila ikatan yang terjadi cukup kuat, maka mekanisme penguatan dapat terjadi.

Tetapi apabila ikatan antar permukaan partikel dan matriks tidak bagus, maka yang terjadi

adalah filler hanya akan berperan sebagai impurities atau pengotor saja dalam spesimen.

Akibatnya filler akan terjebak dalam matriks tanpa memiliki ikatan yang kuat dengan

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

menimbulkan cacat pada spesimen. Akibatnya beban atau tegangan yang diberikan pada

spesimen tidak akan terdistribusi secara merata. Hal inilah yang menyebabkan turunnya

kekuatan mekanik pada komposit.

Ikatan antar permukaan yang terjadi pada awalnya merupakan gaya adhesi yang

ditimbulkan karena kekasaran bentuk permukaan, yang memungkinkanterjadinya

interlocking antar muka, gaya elektrostatik yaitu gaya tarik menarik antara atom bermuatan

ion, ikatan Van der Waals karena adanya dipol antara partikel dengan resin. Permulaan

kekristalan (nukleasi) pada polimer bisa terjadi secara acak di seluruh matriks ketika

molekul-molekul polimer mulai bersekutu (nukleasi homogen) atau mungkin juga terjadi

disekitar permukaan suatu kotoran (impurities asing), yaitu mungkin suatu nukleator sengaja

ditambahkan sehingga terjadi nukleasi heterogen. Jadi partikel yang ditambahkan pada

polimer akan berpengaruh terhadap kristalisasi dari polimer itu sendiri. Peningkatan volume

filler akan mengurangi deformability (khususnya pada permukaan) dari matriks sehingga

menurunkan keuletannya. Selanjutnya, komposit akan memiliki kekuatan lentur yang rendah.

Namun apabila terjadi ikatan antara matriks dan filler kuat sifat mekanik akan meningkat

karena distribusi tegangan merata.

Pola distribusi dari partikel juga akan mempengaruhi kekuatan mekanik. Pola

distribusi partikel dalam matriks dapat dianalisa secara sederhana dengan menghitung

densitas dari komposit pada beberapa bagiannya dalam satu variabel. Dari hasil

perhitungannya, densitas komposit memiliki nilai-nilai yang berbeda- beda dalam satu

variabelnya. Hal ini menunjukkan pola sebaran dari partikel yang kurang homogen.

Pada penelitian ini komposit dianalisa secara makroskopik. Makroskopik adalah

menganalisa bahan komposit dengan anggapan bahan komposit bersifat homogen sehingga

dalam analisa kekuatan komposit berdasarkan kekuatan komposit secara keseluruhan.

Sedangkan tinjauan secara mikroskopik pada penelitian ini diabaikan. Mikroskopik adalah

menganalisa bahan komposit berdasarkan interaksi antara penguat dan matriksnya.

c. Pembebanan

Bahan komposit dibentuk pada saat yang sama ketika struktur tersebut dibuat. Hal ini

berarti bahwa orang yang membuat struktur menciptakan sifat-sifat bahan komposit yang

dihasilkan. Proses manufaktur yang digunakan biasanya merupakan bagian yang kritikal yang

berperan menentukan kinerja struktur yang dihasilkan.

Terdapat empat beban langsung utama dimana setiap bahan dalam suatu struktur

harus menahannya yaitu tarik, tekan, geser/lintang dan lentur.

1.Tarik

Reaksi komposit terhadap beban tarik sangat tergantung pada sifat kekakuan dan

kekuatan tarik dari serat penguat, dimana jauh lebih tinggi dibandingkan dengan

resinnya.

2.Tekan

Sifat daya rekat dan kekakuan dari sistem resin sangat penting. Resin menjaga serat

sebagai kolom lurus dan mencegah dari tekukan (buckling).

3.Geser/Lintang

Beban ini mencoba untuk meluncurkan setiap lapisan seratnya. Di bawahbeban geser

resin memainkan peranan utama, memindahkan tegangan melintang komposit. Untuk

membuat komposit tahan terhadap beban geser, unsur resin diharuskan tidak hanya

mempunyai sifat-sifat mekanis yang baik tetapi juga daya rekat yang tinggi terhadap

serat penguat.

4.Lenturan

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

beban seperti diperlihatkan, bagian atas terjadi tekan, bagian bawah terjadi tarik dan

bagian tengah lapisan terjadi geser.

d. Daya Serap Air (Water Absorbtion)

Water-absorbtion dalam komposit merupakan kemampuan komposit dalam menyerap

uap air dalam waktu tertentu. Water-absorbtion pada komposit merupakan salah satu masalah

terutama dalam penggunaan komposit di luar ruangan. Semua komposit polimer akan

menyerap air jika berada di udara lembab atau ketika polimer tersebut dicelupkan di dalam

air. Water-absorption pada komposit berpenguat serat alami memiliki beberapa pengaruh

yang merugikan

dalam propertiesnya dan mempengaruhi kemampuannya dalam jangka waktu yang lama juga

penurunan secara perlahan dari ikatan interface komposit serta menurunkan sifat mekanis

komposit seperti kekuatan tariknya.

Penurunan ikatan interface komposit menyebabkan penurunan properties mekanis

komposit tersebut. Karena itu, pengaruh dari water-absorption sangat vital untuk penggunaan

komposit berpenguat serat alami di lingkungan terbuka. Salah satu karakteristik serat alami

memiliki kemampuan menyerap air yang lebih besar. Adanya serat alam yang memiliki

kemampuan menyerap air sebesar 11%- 12% ( Surdia et al), menyebabkan komposit

berpenguat serat alami dapat menyerap air lebih. Semakin besar fraksi volume serat pada

komposit menyebabkan peningkatan water absorpton. Demikian pula ikatan matrik dengan

serat membuat adanya celah yang membuat aliran air dapat masuk secara kapilarisasi Dhakal

et.al (2006).

2.3 Proses pembuatan MMC

Secara garis besar metode pembuatan A-MMCs dibagi menjadi dua bagian utama

yaitu :

1. Solid State Processing / Metalurgi Serbuk

Proses kondisi padat bisa dilakukan dengan salah satu cara yaitu dengan metalurgi

serbuk. Metalurgi serbuk merupakan suatu proses pembuatan serbuk dan benda jadi dari

serbuk logam atau paduan logam dengan ukuran serbuk tertentu tanpa melalui proses

peleburan. Tahapan dari proses metalurgi serbuk secara umum dibagi menjadi 3(tiga) bagian,

yaitu pencampuran serbuk matriks dan penguat (mixing), penekanan, dan pemanasan

(sintering) pada suhu tinggi. Teknik pembuatan dengan metalurgi serbuk memiliki kelebihan

dibanding proses lainnya, diantaranya adalah diperoleh distribusi partikel penguat lebih

merata dan sifat mekanik yang lebih baik, produk lebih beraneka ragam dan temperatur

proses lebih rendah. Sedangkan kekurangan dari proses metalurgi serbuk dibandingkan

teknik pengecoran adalah biaya relatif lebih mahal, ukuran benda yang dibuat terbatas dan

dihasilkan produk dengan porositas lebih tinggi. Oleh karena itu pembuatan komposit Al/Fe

banyak dikembangkan dengan teknik pengecoran (liquid-state).

2. Liquid State Processing

Metal matrix composite dapat diproses dengan memasukkan atau menggabungkan

matriks penguat logam cair. Ada beberapa keuntungan untuk menggunakan rute fasa cair

dalam pengolahan. Termasuk dalam bentuk (ketika dibandingkan dengan proses keadaan

padat seperti ekstrusi atau ikatan difusi), yang lebih cepat tingkat pengolahannya, dan suhu

relatif rendah terkait dengan pencairan logam, seperti Al dan Mg. Cairan yang paling umum

digunakan dalam fasa teknik pengolahan dapat dibagi menjadi empat kategori:

1. Casting or liquid infiltration: ini melibatkan infiltrasi berserat atau partikulat preform

oleh metal cair. Dalam kasus pengenalan langsung dari serat pendek atau partikel ke

dalam campuran cair, terdiri dari cairan metal dan partikel keramik atau serat pendek,

sering diaduk untuk mendapatkan distribusi partikel yang homogen. Dalam pengecoran

sentrifugal, gradien dalam penguatan diperoleh partikel pemuatan. Hal ini bisa sangat

menguntungkan dari perspektif mesin atau kinerja.

2. Squeeze casting atau pressure infiltration: Metode ini meliputi tekanan-dibantu

infiltrasi cairan dari berserat atau membentuk sebelumnya partikulat. Proses ini sangat

cocok untuk komponen berbentuk kompleks, penguatan selektif atau lokal, dan di mana

kecepatan produksi kritis.

3. Spray co-deposition: Dalam proses ini logam cair atau dikabutkan disemprotkan

injektor sementara partikel mengenai partikel keramik yang disemprot aliran untuk

menghasilkan pasir campuran partikel komposit. Partikel komposit tersebut kemudian

dikonsolidasikan menggunakan teknik lain yang cocok, seperti penekanan-panas,

ekstrusi, penempaan, dll.

4. In situ processes : Dalam hal ini, fase penguatan terbentuk baik oleh reaksi selama

sintesis atau dengan pembekuan terkendali paduan eutektik.

2.4 Aplikasi MMC

Adapun aplikasi dari penggunaan MMC adalah sebagai berikut:

a. Komponen automotive (blok-silinder-mesin,pully,poros gardan,dll)

b. Peralatan militer (sudu turbin,cakram kompresor,dll)

c. Aircraft (rak listrik pada pesawat terbang)

d. Peralatan Elektronik

BAB 3

SIMPULAN

3.1 Kesimpulan

Adapun hal yang dapat disimpulkan dari penyusunan makalah ini adalah:

1. Komposit adalah suatu material yang terbentuk dari kombinasi dua atau lebih

material sehingga dihasilkan material komposit yang mempunyai sifat mekanik

dan karakteristik yang berbeda dari material pembentuknya.

2. Klasifikasi bahan komposit dapat dibentuk dari sifat dan sturkturnya.

3. Pembuatan komposit matriks logam terbagi menjadi dua bagian utama yaitu solid-

state dan liquid-state process.

DAFTAR PUSTAKA

K. Van Rijswijk. 2001. Natural Fibre Composites

Anonim.2012.Pengertian komposit secara luas .eatrenkz.blogspot.com/2012/.../bab-ii-

pengertian komposit-secara-luas.html. Diakses minggu,17 Mei 2015 pukul 20:03 WIB

Faisal.2012.Metode pembuatan komposit. http://faisalpupa.blogspot.com/2011/09/metoda-

pembuatan-komposit.html. Diakses senin, 17 Mei 2015 pukul 20:08 WIB