pembahasan komposit
DESCRIPTION
kompositTRANSCRIPT
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kemajuan teknologi belakangan ini sangat begitu pesat, baik di
negara-negara maju maupun di negara-negara yang sedang berkembang.
Dalam industri sekarang telah diproduksi bahan-bahan konstruksi dari
material komposit. Perkembangan material komposit sebagai pengganti
logam cukup diminati, hal ini karena komposit memiliki sifat mekanik yang
baik, tahan korosi, dan juga ramah lingkungan. Komposit adalah 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.
Kelebihan daripada material ini jika dibandingkan dengan logam adalah
perbandingan kekuatan tehadap berat densitas yang lebih baik serta sifat
ketahanan korosinya. Sehingga banyak dikembangkan material alternatif
sebagai pengganti logam dikarenakan keterbatasan jumlah yang ada di alam.
Komposit dengan matrik polimer di dunia semakin pesat
perkembanganya, salah satu alternatif terbaru yang mulai dilakukan adalah
memanfaatkan serat alam sebagai pengganti serat sintetis yang telah
banyak digunakan sebelumnya. Komposit polimer yang diisi dengan filler
banyak dikembangkan karena aplikasinya yang luas dan harga yang relatif
murah. Penggunaan filler merupakan metode yang cepat dan murah untuk
memodifikasi sifat mekanik. Karena Negara Indonesia memiliki potensi serat
alam yang sangat banyak dan bervariasi, sehingga berpeluang
mengembangkan polimer komposit dengan menggunakan serat alam
terbaru. Berdasarkan latar belakang tersebut, diperlukan produksi komposit
matrik polimer sebagai alternatif terbaru dalam pengganti logam.
1
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang tersebut, maka rumusan masalah dalam
makalah ini adalah :
1. Bagaimana proses pembuatan komposit matriks polimer?
2. Apa saja aplikasi komposit matriks polimer dalam kehidupan sehari-hari
maupun industri?
3. Apa hubungan antara komposit matriks polimer dengan teknik kimia?
1.3 Tujuan
Adapun tujuan dari pembuatan makalah ini adalah :
1. Mengetahui proses-proses pembuatan komposit matriks polimer.
2. Mengetahui aplikasi komposit matriks polimer dalam kehidupan sehari-
hari dan industri.
3. Mengetahui hubungan antara komposit matriks polimer dengan teknik
kimia.
1.4 Manfaat
Manfaat dari pembuatan makalah ini adalah untuk memberikan informasi
kepada pembaca proses pembuatan komposit matriks polimer serta
aplikasinya dalam kehidupan sehari-hari maupun dalam kehidupan industri.
2
BAB II
ISI
2.1 Tinjauan Pustaka
2.1.1 Komposit
Komposit adalah 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). Komposit memiliki sifat
mekanik yang lebih bagus dari logam, kekakuan jenis (modulus
Young/density) dan kekuatan jenisnya lebih tinggi dari logam. Beberapa
lamina komposit dapat ditumpuk dengan arah orientasi serat yang berbeda,
gabungan lamina ini disebut sebagai laminat. 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).
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
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
3
Sifat maupun Karakteristik dari komposit ditentukan oleh:
• Material yang menjadi penyusun komposit
Karakteristik komposit ditentukan berdasarkan karakteristik material
penyusun menurut rule of mixture sehingga akan berbanding secara
proporsional.
• Bentuk dan penyusunan struktural dari penyusun
Bentuk dan cara penyusunan komposit akan mempengaruhi
karakteristik komposit.
• Interaksi antar penyusun
Bila terjadi interaksi antar penyusun akan meningkatkan sifat dari
komposit.
Material komposit terdiri dari dua buah penyusun yaitu filler (bahan
pengisi) dan matriks. 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:
1. Mengikat serat menjadi satu kesatuan struktur
2. Melindungi serat dari kerusakan akibat kondisi lingkungan
3. Mentransfer dan mendistribusikan beban ke serat
4. Menyumbangkan beberapa sifat seperti, kekakuan, ketangguhan
dan tahanan listrik.
4
Berdasarkan matriks yang digunakan komposit dapat dikelompokkan atas :
1. Komposit Matriks Polimer (Polymer Matrix Composites – PMC).
Bahan ini merupakan bahan komposit yang sering digunakan disebut,
Polimer Berpenguatan Serat (FRP – Fibre Reinforced Polymers or
Plastics).Bahan ini menggunakan suatu polimer-berdasar resin sebagai
matriknya, dan suatu jenis serat seperti kaca, karbon dan aramid (Kevlar)
sebagai penguatannya.
2. Komposit Matriks Logam (Metal Matrix Composites – MMC), ditemukan
berkembang pada industri otomotif, bahan ini menggunakan suatu logam
seperti aluminium sebagai matrik dan penguatnya dengan serat seperti
silikon karbida.
3. Komposit Matriks Keramik (Ceramic Matrix Composites – CMC),
digunakan pada lingkungan bertemperatur sangat tinggi, bahan ini
menggunakan keramik sebagai matrik dan diperkuat dengan serat pendek,
atau serabut-serabut (whiskers) dimana terbuat dari silikon karbida atau
boron nitrida.
2.1.2 Komposit Matriks Polimer
Bahan ini merupakan bahan komposit yang sering digunakan disebut,
Polimer Berpenguatan Serat (FRP – Fibre Reinforced Polymers or Plastics).
Bahan ini menggunakan suatu polimer-berdasar resin sebagai matriknya, dan
suatu jenis serat seperti kaca, karbon dan aramid (Kevlar) sebagai
penguatannya. Polimer merupakan matriks yang paling umum digunakan
pada material komposit. Karena memiliki sifat yang lebih tahan terhadap
korosi dan lebih ringan.
Komposit ini bersifat :
1) Biaya pembuatan lebih rendah
2) Dapat dibuat dengan produksi massal
3) Ketangguhan baik
4) Tahan simpan
5) Siklus pabrikasi dapat dipersingkat
5
6) Kemampuan mengikuti bentuk
7) Lebih ringan.
Keuntungan dari PMC :
1) Ringan
2) Specific stiffness tinggi
3) Specific strength tinggi
4) Anisotropy
Jenis polimer yang banyak digunakan :
1) Thermoplastic
Thermoplastic adalah plastic yang dapat dilunakkan berulang kali
(recycle) dengan menggunakan panas. Thermoplastic merupakan
polimer yang akan menjadi keras apabila didinginkan. Thermoplastic
meleleh pada suhu tertentu, melekat mengikuti perubahan suhu dan
mempunyai sifat dapat balik (reversibel) kepada sifat aslinya, yaitu
kembali mengeras bila didinginkan. Contoh ari thermoplastic yaitu
Poliester, Nylon 66, PP, PTFE, PET, Polieter sulfon, PES, dan Polieter
eterketon (PEEK).
2) Thermoset
Thermoset tidak dapat mengikuti perubahan suhu (irreversibel). 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 tutup ketel, seperti jenis-jenis
melamin. Plastik jenis termoset tidak begitu menarik dalam proses daur
ulang karena selain sulit penanganannya juga volumenya jauh lebih
sedikit (sekitar 10%) dari volume jenis plastik yang bersifat
termoplastik. Contoh dari thermoset yaitu Epoksida, Bismaleimida
(BMI), dan Poli-imida (PI).
6
Komposit polimer yang diisi dengan filler banyak dikembangkan karena
aplikasinya yang luas dan harga yang relatif murah. Penggunaan filler
merupakan metode yang cepat dan murah untuk memodifikasi sifat mekanik.
Secara umum, Filler digunakan untuk meningkatkan kekerasan (hardness)
dan modulus elastisitasnya, tetapi juga dapat dilakukan modifikasi terhadap
nilai kekuatan (strength), ketangguhan (toughness), stabilitas, konduktivitas
panas dan listrik.Salah satu metode yang digunakan untuk menghasilkan
polimer komposit yang diisi dengan filler adalah dengan metode melt
compounding(pencampuran lelehan) dengan menggunakan ekstruder, baik
single screw extruder maupun twin screw extruder serta dilakukan injection
molding. Bahan baku dasar adalah polimer sebagai matriks yang diisi dengan
berbagai filler. Misalnya High Density Polyethylene (HDPE)dengan filler
conductive particle, Poystyrene (PS) dengan filler paduan Sn-Pb, Low
Density Polyethylene (LDPE)dengan filler montmorrillonite MMT),
Polypropylene dengan filler Ultrafine Full-Vulcanized Powdered Rubber
(UFPR).
2.2 Proses Pembuatan Komposit Matriks Polimer
Bahan polymer memiliki keunggulan dari pada bahan logam dan ceramic
yakni lebih liat juga lebih murah tetapi juga memiliki kekurangan antara lain
kurang kuat, kurang baik terhadap suhu tinggi juga kurang sesuai digunakan
untuk menanggung beban tinggi. Oleh sebab itu sifat bahan polymer ini
harus diperbaiki lagi. Salah satu metoda yang digunakan adalah dengan
mencampurkan bahan serat kedalamnya, yaitu dengan menjadikannya
komposit. Berbagai macam proses pembuatan produk komposit matriks
polymer:
1. Cara hand lay- up
Cara ini merupakan metode yang paling mudah dan murah namun lambat
dan membutuhkan tenaga kerja yang berpengalaman dan mahir. Prosesnya
dilakukan dengan tangan dan peralatan yang sederhana yakni roller dan
kuas saja. Adapun proses dari pembuatan dengan metoda ini adalah
7
dengan cara menuangkan resin dengan tangan kedalam serat berbentuk
anyaman, rajuan atau kain, kemudian memberi takanan sekaligus
meratakannya menggunakan rol atau kuas. Proses tersebut dilakukan
berulang-ulang hingga ketebalan yang diinginkan tercapai. Pada proses ini
resin langsung berkontak dengan udara dan biasanya proses pencetakan
dilakukan pada temperatur kamar. Bahan yang digunakan serat kaca
sebagai tulangan dan poliester resin sebagai matriksnya. Kebanyakan
produk yang dihasilkan adalah badan boat, sampan, tangki air dan
sebagainya.
2. Cara semprot/semburan
Semprotan/semburan dilakukan secara serentak dengan campuran
serat yang tak beraturan, biasanya serat kaca dan resin keatas permukaan
mal menggunakan alat penyemprot (spray gun) dengan tekanan yang
sesuai. Roller juga dipergunakan untuk meratakan dan mengeluarkan
udara yang Terperangkap. Proses spray-up dilakukan dengan cara
penyemprotan serat (fibre) yang telah melewati tempat pemotongan
(chopper). Sementara resin yang telah dicampur dengan katalis juga
disemprotkan secara bersamaan Wadah tempat pencetakan spray- up telah
disiapkan sebelumnya.Setelah itu proses selanjutnya adalah dengan
membiarkannya mengeras pada kondisi atsmosfer standar.Spray-up telah
sangat sedikit aplikasi di ruang angkasa. Teknologi ini menghasilkan
struktur kekuatan yang rendah yang biasanya tidak termasuk pada produk
akhir. Spray-up sedang digunakan untuk bergabung dengan struktur back-
up untuk lembaran wajah komposit pada alat komposit. Spray-up ini juga
digunakan terbatas untuk mendapatkan fiberglass splash dari alat transfer.
Aplikasi penggunaan dari proses ini adalah panel-panel, bodi karavan,bak
mandi, sampan,sampan.
3. Cara kantong vakum (vacum bag)
Melalui cara ini cairan komposit resin dan cetakan dimasukkan
kedalam kantong atau membran yang lentur kemudian bagian dalam
kantong dikeluarkan udaranya dengan cara divakum. Ini menyebabkan
8
tekanan atmosfir dariarah luar menekan kantong atau membran secara
seragam keatas resin komposit yang basah ini. penggunaan dari proses
vakum ini adalah untuk menghilangkan udara terperangkap dan kelebihan
resin. Pada proses ini digunakan pompa vacuum untuk menghisap udara
yang ada dalam wadah tempat diletakkannya komposit yang akan
dilakukan proses pencetakan. Dengan divakumkan udara dalam wadah
maka udara yang ada diluar penutup plastic akan menekan kearah dalam.
Hal ini akan menyebabkan udara yang terperangkap dalam specimen
komposit akan dapat diminimalkan. Dibandingkan dengan hand layup,
metode vakum memberikan penguatan konsentrasi yang lebih tinggi,
adhesi yang lebih baik antara lapisan, dan kontrol yang lebih resin / rasio
kaca. Tekanan kerja sekitar 383 kPa.
4. Cara kantong tekanan (pressure bag)
Cara kantong tekanan digunakan apabila dibutuhkan tekanan yang lebih
besar dari tekanan kantong vakum . Tekanan yang diberikan dari sebelah
luar.
5. Cetakan Autoklaf
Cara ini dilakukan apabila tekanan kerja melebihi dari kantong bertekanan.
Tekanan yang diberikan dapat mencapai 1380 kPa. Umumnya produk
yang dihasilkan dengan standar aeronautical dipergunakan antara lain
untuk komponen struktur pesawat terbang (bagian ekor dan sayap), mobil
racing F1 dan raket tenis.
6. Cara cetakan suntikan (injection moulding)
Metoda suntikan sesuai untuk produksi masal tetapi hanya untuk
komponen yang kecil. Cara ini dapat menghemat tenaga buruh/tenaga
kerja selain juga lingkungan kerja yang bersih dan terjamin keselamatan
kerja. Cara ini merupakan penggabungan antara metoda suntik dan juga
dibantu dengan alat vakum. Produk yang dihasilkan banyak digunakan
untuk komponen otomotif dan tempat duduk kereta api.
9
7. Proses Pultrusi (Pultrusion)
Pultrusi merupakan teknik pemrosesan istimewa yang menggabungkan
serat penguat dan resin matriks dalam alat yang sesuai untuk menghasilkan
profil penguatan dengan ketahanan membujur yang baik. Serat ditarik
keluar melalui rendaman resin juga melalui pewarna yang dipanaskan.
Proses ini merupakan cara yang cepat dan ekonomis dimana kandungan
resin dan serat dapat diatur takarannya sesuai Pembantu vakum yang
diinginkan. Sifat struktur juga sangat baik karenaprofil yang dihasilkan
mempunyai serat yang lurus dan pecahan isi paduan serat yang tinggi.
Contoh produk yang dihasilkan adalah sambungan yang digunakan dalam
struktur jembatan, tangga, dan sebagainya.
2.3 Aplikasi Komposit Matriks Polimer dalam Kehidupan Sehari-hari dan
Industri
1) Matriks berbasis poliester dengan serat gelas
a) Alat-alat rumah tangga
b) Panel pintu kendaraan
c) Lemari perkantoran
d) Peralatan elektronika.
2) Matriks berbasis termoplastik dengan serat gelas
a) Kotak air radiator
b) Temperatur servis dapat dinaikkan sampai 300°C dengan menggunakan
fiber dari silika yang sangat murni dan polimer temperatur tinggi seperti
resin poliamida.
c) Fiberglas diaplikasikan pada bodi mobil dan kapal, pipa plastik,
kontainer, dan lantai.
d) Industri transportasi semakin banyak memanfaatkan plastik yang
diperkuat dengan fiberglas untuk mengurangi berat kendaraan.
3) Matriks berbasis termoset dengan serat carbon
a) Rotor helikopter
b) Komponen ruang angkasa
10
c) Tangki bertekanan
d) Rantai pesawat terbang
2.4 Hubungan antara Komposit Matriks Polimer dengan Teknik Kimia
Sistem resin seperti epoksi dan poliester mempunyai batasan
penggunaan dalam manufaktur strukturnya, dikarenakan sifat-sifat mekanik
tidak terlalu tinggi dibandingkan sebagai contoh sebagian besar logam.
Bagaimanapun, bahan tersebut mempunyai sifat-sifat yang diinginkan,
sebagian besar khususnya kemampuan untuk dibentuk dengan mudah
kedalam bentuk yang rumit. Bahan seperti kaca, aramid dan boron
mempunyai kekuatan tarik dan kekuatan tekan yang luar biasa tinggi tetapi
dalam ‘bentuk padat’ sifat-sifat ini tidak muncul. Hal ini berkenaan dengan
kenyataan ketika ditegangkan, serabut retak permukaan setiap bahan menjadi
retak dan gagal dibawah titik tegangan patah teoritisnya. Untuk mengatasi
permasalahan ini, bahan diproduksi dalam bentuk serat, sehingga, meskipun
dengan jumlah serabut retak yang terjadi sama, serabut retak tersebut terbatasi
dalam sejumlah kecil serat dengan memperlihatkan sisa kekuatan teoritis
bahan. Oleh karena itu seikat serat akan mencerminkan lebih akurat kinerja
optimum bahan. Bagaimanapun juga satu serat dapat hanya memperlihatkan
sifat-sifat kekuatan tarik sesuai panjang serat, seperti halnya serat dalam suatu
tali.
Jika sistem resin dikombinasikan dengan serat penguat seperti kaca,
karbon dan aramid, sifat-sifat yang luarbiasa dapat diperoleh. Matrik resin
menyebarkan beban yang dikenakan terhadap komposit antara setiap individu
serat dan juga melindungi serat dari kerusakan karena abrasi dan benturan.
Kekuatan dan kekakuan yang tinggi, memudahkan pencetakan bentuk yang
rumit, ketahanan terhadap lingkungan yang tinggi dengan berat jenis rendah,
membuat kesimpulan komposite lebih superior terhadap logam dalam banyak
aplikasi.
11
Bila Komposit Matrik Polimer mengabungkan sistem resin dan serat penguat,
sifat-sifat yang dihasilkan bahan komposit akan memadukan beberapa hal
sifat-sifat yang dimiliki oleh resin dan yang dimiliki oleh serat.
Secara umum, sifat-sifat komposit ditentukan oleh :
1. Sifat-sifat serat
2. Sifat-sifat resin
3. Rasio serat terhadap resin dalam komposit (Fraksi Volume Serat – Fibre
Volume Fraction)
4. Geometri dan orientasi serat pada komposit
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, dan juga proses manufaktur yang
digunakan merupakan bagian yang kritikal yang berperanan menentukan
kinerja struktur yang dihasilkan.
Karena Teknik Kimia adalah suatu ilmu rekayasa maka dengan bahan
komposit yang memiliki kelebihan dari segi versality (berdaya guna) yaitu
produk yang mempunyai gabungan sifat-sifat yang menarik yang dapat
dihasilkan dengan mengubah sesuai jenik matriks dan serat yang digunakan.
12
BAB III
PENUTUP
3.1 Kesimpulan
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. Aplikasi Komposit matriks polimer sangat luas diantaranya
untuk alat-alat rumah tangga, peralatan elektronik, tangki bertekanan dan
komponen pesawat terbang baik militer maupun komersial seperti sayap
dan helikopter.
3.2 Saran
Diperlukan pengembangan lebih lanjut mengenai produksi polimer
komposit dalam bidang industri karna komposit matriks polimer
aplikasinya sangat luas.
13
DAFTAR PUSTAKA
Gibson, Ronald F. 1994. Principle Of Composite Material Mechanics. New York
Mel. M. Schwartz, Composite Material Processing, Fabrication and Applications.Vol II, Prencitice-Hall, Inc. New Jersey (1997) 143-201
Schwartz, M.M. (1984). Composite Materials Handbook. New York: McGrawHill Inc.
Pramono, Agus. Komposit Sebagai Trend Teknologi Masa Depan. FakultasTeknik Metalurgi & Material Universitas Sultan Ageng Tirtayasa
Anonim. 2010. Komposit. http://uj3n9.blogspot.com/2010_05_16_archive.html.
diakses pada 16 Mei 2015. 19:30
Elly.2008.Panduan Untuk Komposit.
http://ellyawan.dosen.akprind.ac.id/?p=6#comments. Diakses pada 16 Mei
2015. 12:35
14