2.1 Definisi dan
Klasifikasi Material Komposit
Komposit
merupakan suatu struktur material yang tersusun dari dua kombinasi atau lebih
material pembentuknya, dimana sifat masing-masing bahan berbeda antara satu
sama lainnya, baik sifat fisika maupun sifat kimia dan tetap terpisah dalam
hasil akhir bahan tersebut. Dari percampuran tersebut akan menghasilkan
material komposit yang mempunyai sifat dan karakteristik yang berbeda dari
material pembentuknya. Jika campuran ini terjadi dalam skala makroskopis, maka
disebut komposit, sedangkan bila terjadi dalam skala mikroskopis, maka disebut
dengan paduan (Güneri3).
Material komposit dapat dikelompokkan
dalam beberapa kelompok, tergantung pada konsep yang dimiliki (Autar1) yaitu:
a.
Pengelompokan
umum dari material komposit, yaitu:
1.
Material
komposit serat, dimana serat berada dalam matriks
2.
Material
komposit laminasi, yang tersusun secara belapis-lapis dari material yang
berbeda-beda
3.
Material
komposit partikel, dimana partikel terdapat didalam matriks, dan
4.
Kombinasi
dari beberapa atau ketiga komposit diatas.
b.
Pengelompokan
material komposit berdasarkan penguat dan bahan pengikatnya, (Autar1)
yaitu:
1. Komposit Matriks Polimer
2. Komposit Matriks Logam
3. Komposit Matriks Keramik,
dan
4. Komposit Matriks Karbon.
2.1.1 Material
Komposit Serat
Komposit serat adalah komposit yang terdiri dari serat didalam matriks,
seperti pada Gambar 2.1. Secara alami serat yang panjang mempunyai kekuatan
yang lebih dibanding serat yang berbentuk bulk. Serat panjang mempunyai struktur yang lebih sempurna
karena struktur kristal tersusun sepanjang sumbu serat dan cacat internal pada
serat lebih sedikit dari pada material dalam bentuk curah. Bahan pangikat atau
penyatu serat dalam material komposit disebut matriks (Autar1)
![](https://2.bp.blogspot.com/-MRFGMkOatOs/VqBYFkAY2oI/AAAAAAAAA_4/MJl91-g0gmY/s320/GAMBAR%2B1.jpg)
2.1.2 Material
Komposit Laminasi
Material komposit laminasi terdiri dari
lapisan-lapisan, minimal dua lapisan dari material yang berbeda yang terikat
secara bersamaan, seperti diperlihatkan pada Gambar 2.2. Penggunaan sistem
laminasi merupakan aspek yang baik dalam mengkombinasikan material guna
memperoleh material yang lebih baik. Sifat yang dapat diperoleh dari proses
laminasi adalah ketangguhan, kekakuan, ringan, ketahanan terhadap korosi, dan
ketahan keausan (Autar1).
2.1.3 Material
Komposit Partikel
Material komposit partikel terdiri dari
partikel-partikel dari satu atau lebih material tergantung dari matriks material lainnya.
Partikel dapat berupa logam atau
bukan logam sebagai matriks (Autar1). Ada
empat kombinasi yang mungkin untuk dimenjadi bahan komposit partikel, (Autar1) yaitu:
1.
Partikel
bukan-logam dengan matriks bukan-logam
2.
Partikel
logam dengan matriks bukan
logam
3.
Partikel
logam dengan matriks logam, dan
4.
Partikel
logam dengan matriks bukan
logam.
2.1.4 Kombinasi
dari Material
Komposit
Komposit ini menampilkan lebih dari satu
karakteristik, serat, laminasi, dan material komposit partikel, sebagai contoh
pada beton yang keduanya
adalah partikel (karena beton terdiri dari kerikil-pasta pengikat) dan tulang (Autar1).
2.1.5 Komposit Matrik Polimer
Komposit
matrik polimer ini adalah komposit yang paling banyak
dikembangkan oleh ahli komposit,
diantaranya komposit yang terdiri dari polimer
sebagai matriks baik itu termoplastik maupun jenis termoset (misalnya, epoksi, poliester, uretan)
yang diperkuat dengan serat tipis. Adapun alasan mengapa komposit
jenis ini banyak digunakan karena biayanya rendah, kekuatan tinggi dan
prinsip-prinsip manufaktur yang sederhana.
Adapun beberapa kelebihan komposit matrik polimer yaitu
lebih ringan, biaya pembuatan lebih rendah, kekuatan
tinggi, dan dapat diproduksi dalam jumlah banyak (Güneri3). Komposit matrik
polimer di aplikasikan pada, kotak air
radiator, alat-alat rumah tangga, panel pintu kendaraan, lemari perkantoran, peralatan
elektronika, baling-baling
helikopter, komponen ruang
angkasa dan lantai
pesawat terbang (Güneri3).
2.1.6 Komposit Matriks Logam
Komposit matriks logam adalah salah satu
komposit yang memiliki matriks logam. Komposit ini mulai
dikembangkan sejak tahun 1996. Pada mulanya yang diteliti adalah filamen kontinyu komposit matrik logam yang
digunakan dalam aplikasi antariksa (Autar1).
Kelebihan
komposit matrik logam (Autar1):
·
Tidak
mudah terbakar
·
Kekuatan
tekan dan geser yang baik
·
Ketahanan
aus dan muai terhadap termal
dan
·
Ketahanan
terhadap temperatur tinggi.
2.1.7 Komposit Matriks Keramik
Komposit matrik
keramik merupakan material 2 fasa dengan 1 fasa
berfungsi sebagai penguat dan
satu fasa sebagai matriks,
dimana matriksnya
terbuat dari keramik. Penguat yang umum digunakan pada komposit matriks keramik
adalah oksida, karbida, dan nitrida. Salah satu proses komposit matriks keramik
yaitu dengan proses DIMOX, yaitu
proses pembentukan komposit dengan reaksi oksidasi leburan logam untuk
pertumbuhan matriks
keramik di sekeliling
daerah penguat (Autar1).
Kelebihan
dari Komposit Matriks Keramik (Güneri3) yaitu:
·
Sangat
tangguh
·
Mempunyai
karakteristik permukaan yang tahan aus.
·
Tahan
pada temperatur tinggi
·
Tahan
terhadap korosi.
2.1.8 Komposit Matriks Karbon
Karbon-karbon
komposit ini menggunakan karbon sebagai pengisi di dalam matriks, komposit ini dapat
digunakan pada temperatur 60000F (33150C) dan 20 kali
lebih tangguh.
Ada
banyak kelebihan yang terdapat pada komposit karbon, disebabkan oleh karbon
yang mempunyai sifat brittle dan cacat yang kecil sama halnya dengan keramik, penguat dari matrik
karbon mengikuti komposit yang mengalami kegagalan secara bertahap dan
keuntungan lainnya, komposit karbon lebih tahan terhadap temperatur tinggi, krip yang rendah pada saat
temperatur tinggi, densitas yang rendah, kekuatan
tarik yang baik, ketahanan kelelahan yang tinggi, serta
konduktivitas thermal tinggi dan koefisien gesekan yang tinggi.
Sedangkan
untuk kelemahannya, komposit karbon ini mempunyai harga yang tinggi, ketahanan
geser yang rendah (Autar1).
2.2 Matriks
Matriks
dalam komposit merupakan fasa kontiyu
yang memberikan beban secara merata untuk penguat konstituen. Matriks, disamping untuk
melindungi penguat konstituen, juga untuk melindungi permukaan komposit dalam
melawan abrasi, kerusakan mekanik, dan korosi dari lingkungan (Güneri3).
Ada beberapa hal
yang wajib ada pada matrik, (Güneri3) yaitu:
·
Basah
dan harus konstituen
·
Harus
dapat mengalir dengan mudah guna melengkapi penetrasi dan mengurangi kekosongan.
·
Elastis
·
Penyusutan
yang rendah, CTE yang rendah.
·
Proses
yang mudah dan
·
Memiliki
komposisi kimia yang tepat, kemampu tahanan dalam temperatur rendah – tinggi
dan dimensi yang stabil.
2.2.1 Jenis
Polimer
Polimer
merupakan material yang tersusun dari banyak mer, yang dapat diaplikasikan pada
banyak tempat di zaman
modern. Polimer
terdiri dari beberapa unit struktur yang terikat secara bersama-sama dengan
ikatan kovalen, seperti pada Gambar 2.3. Polimer mempunyai banyak
jenis, akan tetapi jenis umum yang banyak tersedia adalah termoset dan termoplastik.
-CH2CH2CH2- 0r [-CH2CH2-]n
Gambar
2.3 Ikatan polimer
Sumber: A.Kumar9
1. Polimer Termoset
Termoset tidak dapat mengikuti perubahan suhu (irreversible). Bila sekali pengerasan telah terjadi maka bahan
tidak dapat dilunakkan kembali. Pemanasan yang tinggi akan membuat termoset
menjadi arang dan terurai. Polimer jenis ini dapat dengan mudah dikenali,
karena ikatan kimianya bersilangan (Deni6). Termoset yang paling
lazim dalam kelompok ini adalah Epoksi,
poliester tidak jenuh,
Poliamida and bismaliamida produksi (Güneri3).
Matrik termoset biasanya dibagi dalam 3
(tiga) kelompok, yaitu (Güneri3):
· Matrik termoset untuk temperatur rendah
· Matrik termoset untuk temperatur sedang
dan
· Matrik termoset untuk temperatur tinggi,
untuk jenis ini polimer yang paling sering digunakan adalah epoksi dan poliester dan diikuti oleh poliamida dan bismaliamida.
2. Polimer Termoplastik
Termoplastik
adalah plastik yang dapat dilunakkan berulang kali dengan meningkatkan suhu,
dan akan mengeras apabila didinginkan, ikatan kimia dari termoplastik
berbentuk linear atau bercabang (Deni6),
termoplastik yang lazim
dipergunakan sebagai matrik,
misalnya Termoplastik
poliester, Poliamida, Polyaryl ethers, Termoplastik
poliamida, Polyaryl sulphides (Autar1). Pada
umumnya penggunaan termoplastik pada komposit untuk menekan biaya produksi (Güneri3).
Ada beberapa fungsi dari matriks, yaitu (Deni6):
·
Matriks mengikat serat
bersama-sama dan bertindak sebagai media dimana tegangan luar yang berkerja
ditransfer dan didistribusikan ke serat.
·
Matriks melindungi serar dari
kerusakan permukaan akibat abrasi mekanik atau reaksi kimia dengan
lingkungannya.
·
Fasa
matriks bertindak sebagai
penghambat terhadap retak. Bahkan jika beberapa serat individual gagal,
kegagalan komposit tidak terjadi sampai mencapai jumlah serat penghubung yang
besar.
·
Mempengaruhi
penampilan suatu material komposit.
Matriks terbuat
dari bahan-bahan yang lunak dan liat, Matriks
yang lazim digunakan adalah polimer. Polimer dibagi dalam 4 (empat) kelompok,
yaitu resin atau termoset, termoplastik,
elastomer dan polimer alami.
2.3 Serat
Pada material komposit, serat berfungsi
sebagai penguat dan penerus tegangan ke sepanjang komponen, maka tinggi atau
rendahnya kekuatan komposit sangat tergantung dari serat yang digunakan, karena
tegangan yang dikenakan pada komposit mulanya diterima oleh Matriks dan akan diteruskan
kepada serat.
Serat berdasarkan ukuran panjangnya dapat
dibagi atas 2 jenis, Serat Panjang
dan serat pendek. Serat serat panjang dapat diartikan
sebagai serat yang mempunyai panjang hingga diluar daerah tegangan dan panjang
seratnya sama dengan panjang komponen. Sedangkan serat pendek adalah serat yang
dimana panjang dari seratnya di dalam daerah kerja tegangan dan panjang
seratnya lebih pendek dari pada
panjang komponen (Güneri3). Jika arah serat
tersusun dengan orientasi yang sama, maka material ini akan lemah pada arah
melintang (Daniel7).
Ada banyak jenis
serat yang digunakan untuk pembuatan bahan komposit, dan mempunyai sifat yang
berbeda-beda, seperti pada Tabel 2.1. Serat dapat dikelompokkan dalam beberapa
kelompok, yaitu (Güneri3):
- Serat gelas
- Serat karbon
- Serat kevlar atau armid
- Serat alam
- Serat keramik, dan
- Serat logam.
Tabel
2.1 Sifat dari serat
2
2.3.1 Serat Gelas
Serat
gelas telah digunakan oleh orang mesir kuno,
material ini dalam bentuk amorfus yang tersusun dari silica. Ada 4 (empat)
jenis glass yang tersedia dipasar:
alkali kuat (essential soda-lime-silica:
A glass), electrical grade ( calcium
alumino-borosilicate dengan komposisi akali lemah: E glass)
chemically-resistant dengan
memodifikasi E glass
grade (dengan calcium alumino-silicate: ECR
glass) dan high strength grade (dengan magnesium
aluminosilicate: S glass). Semua
fiber ini tersedia, bagaimanapun, fiber
E glass yang paling luas
penggunaannya sebagai penguat, walaupun S
glass mempunyai kekuatan tarik yang tinggi dan untuk modulus elastisitasnya
(Tabel 2.2) (Güneri3).
2.3.2 Serat Karbon
Serat karbon telah dikenal
sejak 100 tahun yang lalu, akan tetapi ketertarikan akan serat karbon mulai meningkat
sejak 1950, karena ketangguhan yang tinggi dan berat yang rendah, biasanya
diaplikasikan pada penerbangan luar
angkasa. Serat
karbon biasanya diganti dengan serat grafit, walaupun
keduanya berbeda satu sama lain, serat
grafit hasil dari graphiting dengan temperatur tinggi (1900 to 2500 ºC) dan berisikan
elemen karbon (lebih dari99%) (Güneri3).
2.2.2 2.3.3 Serat Karbon
Aramid pada umumnya termasuk kedalam kelompok Kevlar
dan Nomex, mulai dikenal pada tahun 1970. Ketika larutan Kevlar diekstrud
kedalam bentuk serat,
terbentuk sebuah ikatan polimer yang lurus secara parallel, sehingga mempunyai
ketangguhan yang tinggi dan modulus dalam arah longitudinal (Güneri3).
2.3.4 Serat Alam
Serat alam adalah serat yang diperoleh
dari bahan alami tumbuh-tumbuhan, hewan atau mineral. Secara umum pengolahan
serat alam telah dikenal sejak lama, akan tetapi bukan digunakan dalam bidang
komposit, misalnya wol, dan sutera. Untuk mendapatkan serat alam yang berasal
dari tumbuh-tumbuhan dilakukan dengan tahapan pengumpulan, pemisahan serat, dan
pembersihan (McCrum4).
2.3.5 Serat Boron
Serat boron kontinyu filamen tunggal
merupakan produk dari metode Chemical
Vapour Deposition (CVD) dan pada
umumnya digunakan sebagai penguat matrik epoksi
diaplikan untuk barang olahraga dan penerbangan luar angkasa,
pada aerospace shuttle. Struktur dari fiber tergantung pada kondisi deposit,
khususnya temperatur (Güneri3).
2.3.6 Serat keramik
Serat Keramik merupakan material polikristalin dengan variasi logam yang berbeda, karbida logam, nitrida logam dan campurannya. Unsur penyusun utama terdiri dari alumina dengan struktur polikristallin dan mempunyai ketahanan yang sangat baik untuk beban yang melintang dari pada para-aramide atau serat karbon, disebabkan oleh struktur penyusunnya (Güneri3).
Serat Keramik merupakan material polikristalin dengan variasi logam yang berbeda, karbida logam, nitrida logam dan campurannya. Unsur penyusun utama terdiri dari alumina dengan struktur polikristallin dan mempunyai ketahanan yang sangat baik untuk beban yang melintang dari pada para-aramide atau serat karbon, disebabkan oleh struktur penyusunnya (Güneri3).
2.3.7 2.3.7 Serat Logam
Serat
logam dapat dijumpai dalam bentuk gulungan logam dan serat yang berbentuk
filament. Logam dalam bentuk ini menunjukkan ketangguhan dan modulus
elastisitas yang tinggi, karena sifat tahan panas. Khusus untuk tungsten sering
dipadukan dengan nikel dan kobal, sedangkan besi biasa digunakan pada beton dan
ban (Güneri3)
2.4 Serat Sabut Kelapa
Kelapa merupakan tanaman
perkebunan / industri berupa pohon batang lurus dari famili Palmae. Tanaman
kelapa (Cocos Nucifera L.), merupakan tanaman serbaguna atau tanaman yang
mempunyai nilai ekonomi yang tinggi. Seluruh bagian pohon kelapa dapat dimanfaatkan untuk kepentingan manusia, sehingga
pohon ini sering disebut pohon kehidupan (tree
of life) karena hampir seluruh bagian dari pohon, akar, batang, daun
dan buahnya dapat dipergunakan untuk kebutuhan kehidupan manusia sehari – hari.
Buah kelapa terdiri dari epicarp yaitu bagian luar yang permukaannya licin, agak keras dan tebalnya ±
0.7 mm, mesocarp yaitu bagian tengah
yang disebut sabut, bagian ini terdiri dari serat yang keras yang tebalnya 3 –
5 cm, endocrp yaitu tempurung yang
tebalnya 3-6 mm, bagian dalam melekat pada kulit luar dari biji endosperm,
putih tembaga (endosperm) yang tebal
3-5 cm dan air kelapa. Sabut kelapa merupakan bagian lapisan tengah (mesocarp) dari buah kelapa yang terletak
antar epicarp dan endocarp. Buah yang telah tua terdiri dari 35%, 12%
tempurung, 28% endosperm dan 25% air.
Sabut kelapa terdiri dari kulit ari, serat dan sekam. Diantara tiga kompoen
penyusun sabut kelapa ini penggunaan serat adalah paling banyak
dimanfaatkan dan telah berkembang, serat sabut kelapa lapisan tengah kulit
terluar dari tempurung. Serat sabut kelapa memiliki sifat dapat menahan
kandungan air dan unsur kimia pupuk, serta dapat menetralkan keasaman tanah,
ramah lingkungan, juga tidak mudah terbakar atau memberikan asap beracun bila
terbakar (Djoehana8).
Sifat fisisnya:
1. Seratnya terdiri dari serat kasar
dan halus dan tidak kaku
2. Mutu serat ditentukan dari warna
dan ketebalan
3. Mengandung unsur kayu seperti
lignin, suberin, kutin, tannin, dan zat lilin.
Sifat Mekanik:
1. Kekuatan Lentur dari serat
komposisi 40%, 50% dan 60% serat panjang seadanya, serat pendek 5 cm dan serat
pendek 0,5 cm
2. Mudah rapuh
3. Bersifat lentur
2.5 Resin
Poliester
Poliester
merupakan bahan termoseting yang
banyak beredar di pasaran karena harganya yang relatif murah dan dapat
diaplikasikan untuk berbagai macam penggunaan. Istilah poliester berawal dari reaksi asam organik dengan alkohol membentuk
suatu ester.
Poliester tidak jenuh dibagi ke dalam jenis atau kelas tergantung
pada struktur dasar blok. Kelas tersebut adalah ortoftalat, isophthalik,
terephthalat, bisphenol-fumarat dan klorendik disiklopentadien. Sifat Fisik dan
Kimia dari poliester tidak jenuh sangat berkaitan erat dengan identifikasi
penanganan, pencampuran aplikasi dari poliester ini sendiri.
2.6 Pengujian Sifat Mekanik
Sifat mekanik bahan adalah hubungan
antara respons atau deformasi bahan terhadap beban yang bekerja. Sifat mekanik
berkaitan dengan kekuatan, kekerasan, keuletan, dan kekakuan. Untuk mengetahui
sifat-sifat suatu bahan, tentu kita harus mengadakan pengujian terhadap bahan
tersebut. Ada empat jenis uji coba yang biasa dilakukan, yaitu uji tarik, uji
lentur, uji torsi, dan uji
geser. Dalam penulisan ini penulis hanya membahas tentang uji lentur.
Pengujian Lentur
Pengujian lentur bertujuan untuk
mengetahui sifat elastis dari spesimen, dimana spesimen diletakkan dalam
keadaan horizontal, yang kedua ujungnya dijepit lalu diberikan beban tekan
secara vertikal hingga patah, mempunyai ketebalan (e) sesuai
standar (Gambar 2.5) (A.Kumar9).
Ketika
material elastis diuji kelendutannya pada batang sederhana yang didukung pada
dua titik dan dibebankan pada titik tengah, tegangan maksimum permukaan luar
pada spesimen uji terjadi pada titik tengah( Callister10). Tegangan
ini dapat dihitung untuk beberapa titik pada kurva beban defleksi melalui persamaan berikut (ASTM12) yaitu:
Untuk menghitung permukaan luar dari
bagian tengah spesimen uji, dimnaba regangan maksimum terjadi. Hal ini dapat dihitung
dengan persamaan berikut (ASTM12):
Pengujian kekuatan uji lentur ini
dilakukan untuk mengikuti atau menuruti standard dasar ASTM12. Nilai kekuatan lentur
ditentukan dengan uji lentur yang disebut dengan modulus lentur suatu material.
Tegangan maksimum atau tegangan pada saat material uji pada suatu material
disebut modulus lentur. Material uji akan mengalami tegangan tekan pada
permukaan bagian atas dan tegangan tarik pada permukaan bagian bawah. Ketika
material uji dilakukan uji lentur, permukaan patah pada permukaan yang
mengalami beban lentur dengan beban patah permukaan yang mengalami beban tekan,
beban patah berhubungan terhadap kekuatan tarik dari material (William11).
Nilai modulus lentur padat
dihitung dengan menggunakan persamaan berikut (anonymous12) dengan
persamaan sebagai berikut (ASTM12):
1
REFENSI :- K. Kaw Autar., 2006, Mecanics Of Composite Materials:, 2nd ed., Taylor & Francis Group, LLC, New York.
- Hull, Derek, 1990, “An introduction to Composite Materials”, Cambridge University Press, Cambridge.
- Akovali Güneri, 2001, Handbook Of Composite Fabrication., RAPRA Technology LTD, Ankara.
- McCrum N.G., Buckley C.P., Bucknall C.B., 1988, Principles of Polymer Engineering, Oxford Science publications, NewYork.
- Lewin Manachem., 2007, Handbook of Fiber Chemistry, 3th e. Taylor & Francis Group, New York
- Swantomo Deni, dkk.,2008, Pembuatan Komposit Polimer Superabsorben Dengan Mesin Berkas Elektron, Jurnal dari SEMINAR NASIONAL IV SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 25-26 AGUSTUS 2008 ISSN 1978-0176
- Gay Daniel, dkk.,2003,Composite Materials Desing and Applications, CRC Press LLC, New York.
- Setyadmidjaya, Djoehana..1995. Bertanam Kelapa, Penerbit Kanisius, Jakarta.
- Kumar A, Gupta R.K., 2003, Fundamental Of Polymer Engineering, Marcel Dekker, Inc. New York.
- Callister,William D., 2007, Material Science and Engineering, John Wiley & Sons, Inc. New York.
- William T. Becker and Roch J. Shipley.,2002, ASTM Metal Handbook volume 11-Failure Analisis And Prevention, The Materials Information Company, USA.
- Anonymous, 1999, American Society for Testing and Material (ASTM), ASTM D 790-99 “Standard Test Methonds for Flextural Properties of Unreinforced and Reinforced plastics and Electrical Insulating Materials1” Annual Book Of ASTM Standards, Waghalter Books, Houston.
thanks brother , solidarity M forever, universitas sriwijaya
ReplyDeleteTerimakasih atas informasinya.
ReplyDeletejangan lupa kunjungi https://ppns.ac.id
Tolong isi kuisionernya, semakin banyak yang ngisi semakin banyak juga balasannya. Terimakasih sudah membantu 🙏🏽
https://bit.ly/38P1KV