TINJAUAN PUSTAKA
2.2 Interface dan Interfasa
Gaya ikat (adhesi) antara matriks – penguat merupakan suatu variable yang perlu dioptimalkan untuk mendapatkan sifat dan performa terbaik dari suatu material komposit. Gaya ikat dari suatu interphase tidak hanya merupakan suatu interaksi fisik dan kimia antara matriks dan penguat, namun juga struktur dari matriks dan penguat di daerah dekat interface. Dalam komposit, penguat dan matriks menghasilkan kombinasi sifat mekanik yang berbeda dengan sifat dasar dari masing- masing matriks maupun penguat karena adanya interface antara kedua komponen tersebut. Interface antara matriks penguat dalam pembuatan komposit sangat berpengaruh terhadap sifat akhir dari komposit yang terbentuk, baik sifat fisik maupun sifat mekanik. Pengertian dari interface yaitu daerah antar permukaan
matriks dan penguat yang mengalami kontak dengan keduanya dengan membuat suatu ikatan antara keduanya untuk perpindahan beban. Ikatan yang terjadi pada interface matriks – penguat terbentuk saat permukaan penguat telah terbasahi oleh matriks [23].
Interface yang ada pada komposit ini berfungsi sebagai penerus (transmitter) beban antara matriks dan penguat. Bila energi permukaan semakin kecil maka akan semakin mudah terjadi pembasahan. Hubungannya dengan kelarutan (adsorbsi) adalah, bila semakin besar adsorbsi maka energi permukaan akan semakin kecil. Adsorbsi merupakan reaksi permukaan yang tergantung pada konsentrasi dan temperatur. Hubungan daya ikat antara matriks – penguat terhadap sifat mekanis komposit sangatlah erat, karena apabila daya ikat antara matrik – penguat baik maka dapat meningkatkan sifat mekanis dan performa dari komposit. Interface matriks – penguat merupakan suatu batas dua dimensi, sementara interphase matriks – penguat merupakan batas tiga dimensi [23].
Ada lima mekanisme yang menerangkan pengikatan pada antarmuka pada komposit, yaitu sebagai berikut [24] [25]:
1. Adsorpsi dan Pembasahan
Pembasahan merupakan kontak antara fasa cair dan permukaan fasa padat, dihasilkan dari interaksi antara molekul ketika keduanya terbawa secara bersamaan. Pada mekanisme ini, leburan fasa matriks (resin) harus menutupi seluruh permukaan pengisi agar udara dapat disingkirkan
2. Interdifusi
Menurut mekanisme ini, suatu ikatan akan terbentuk apabila molekul- molekul polimer meresap dari suatu permukaan ke dalam struktur molekul permukaan yang lain. Kekuatan ikatannya bergantung pada jumlah peresapannya.
3. Daya Elektrostatik
Mekanisme daya elektrostatis ini dapat terjadi apabila terdapat perbedaan kutub antara dua konstituen. Proses tarik menarik antar permukaan yang berbeda tingkat kelistrikannya (muatan positif dan muatan negatif) dapat terjadi pada skala atomic. Efektivitas jenis ikatan ini dapat menurun jika ada kontaminasi permukaan dan ada gas yang terperangkap.
4. Ikatan Kimia
Pengikatan kimia ini dapat terjadi apabila pencampuran komposit menggunakan agen penghubung atau bahan penyerasi. Pengikatan terbentuk sebagao hasil dari suatu reaksi kimia antara bahan pengisi dengan bahan penyerasi yang digunakan. Kekuatan pengikatannya bergantung pada jenis ikatan kimianya.
5. Ikatan Mekanik
Pengikatan mekanik ini terjadi secara interlocking mekanik apabila geometri permukaan matrik dan bahan pengisi yang digunakan dalam pembuatan komposit tidak rata. Beberapa faktor yang mempengaruhi ikatan mekanik ini adalah kekerasan permukaan, aspek geometri dan tekanan yang digunakan dalam proses pabrikasi.
2.3 Matriks
Matriks adalah fasa dalam komposit yang mempunyai bagian atau fraksi volume terbesar (dominan). Matrik, umumnya lebih ulet tetapi mempunyai kekuatan dan kekakuan yang lebih rendah [21].
Matriks mempunyai fungsi sebagai berikut [21] :
• Mentransfer tegangan ke serat.
• Membentuk ikatan koheren, permukaan matrik/serat. • Melepas ikatan.
• Tetap stabil setelah proses manufaktur.
Plastik banyak digunakan sebagai matrik dalam komposit dikarenakan plastik memiliki sifat utama ketahanan kimia yang baik. Plastik sangat ringan dan memiliki kekuatan tarik yang cukup baik. Akan tetapi memiliki kekurangan yaitu memiliki sifat getas. Material matrik yang paling banyak digunakan adalah dari jenis polimer maupun plastik yang lebih dikenal dengan istilah reinforceed plastics. Kelebihan matrik polimer atau plastik jika dibandingkan dengan logam adalah plastik mempunyai densitas yang jauh lebih kecil. Keuntungan ini semakin terlihat ketika modulus young per unit massa E/ρ (modulus spesifik) maupun tegangan tarik per unit massa σ/ρ (tegangan spesifik) mempunyai nilai yang tinggi. Hal ini berarti berat dari komponen dapat dikurangi. Pengurangan berat ini akan mengakibatkan
pengurangan kebutuhan energi dan biaya. Pada reinforceed plastics dapat dipilih matriks dari jenis thermoplastic atau thermosetting [22].
Salah satu contoh penggunaan plastik sebagai matriks adalah penelitian yang dilakukan oleh (Mulana, dkk., 2011) dalam pembuatan papan komposit dari plastik daur ulang dari polietilen sebagai matriks dengan pengisi serbuk kayu dan jerami. Hasil yang terbaik yang diperoleh pada pengujian kekerasan terdapat pada perbandingan filler dan matriks 80:20 sebesar 79,5 dan 67 sedangkan pada pengujian kekuatan tarik terdapat pada perbandingan 60:40 sebesar 3,62 MPa (megapascal) [26].
2.3.1 Resin Poliester Tak Jenuh
Matriks yang digunakan dalam penelitian ini adalah resin poliester. Resin poliester merupakan resin yang paling banyak digunakan dalam berbagai aplikasi yang menggunakan resin termoset, baik itu secara terpisah maupun dalam bentuk materal komposit. Walaupun secara mekanik, sifat mekanik yang dimiliki oleh poliester tidaklah terlalu baik atau hanya sedang – sedang saja. Hal ini karena resin ini mudah didapat, harga relatif terjangkau serta yang terpenting adalah mudah dalam proses fabrikasinya. Jenis dari resin poliester yang digunakan sebagai matriks komposit adalah tipe yang tidak jenuh (unsaturated polyester) yang merupakan termoset yang dapat mengalami pengerasan (curing) dari fasa cair menjadi fasa padat saat mendapat perlakuan yang tepat. Berbeda dengan tipe polister jenuh (saturated polyester) seperti Terylene™, yang tidak bisa mengalami curing dengan cara seperti ini. Oleh karena itu merupakan hal yang biasa untuk menyebut resin poliester tidak jenuh (unsaturated polyester) dengan hanya menyebutnya sebagai resin poliester. Ada dua prinsip dari resin poliester yang digunakan sebagai laminasi dalam industri komposit. Yaitu resin poliester orthopthalic, merupakan resin standar yang digunakan banyak orang, serta resin poliester isopthalic yang saat ini menjadi material pilihan pada dunia industri seperti industri perkapalan yang membutuhkan material dengan ketahanan terhadap air yang tinggi [3]. Struktur kimia poliester tak jenuh [27]:
Gambar 2.1 Struktur Kimia Poliester Tak Jenuh Tabel 2.1 Spesifikasi Resin Poliester Tak Jenuh Yukalac BQTN 157 [28]
No Spesifikasi Satuan Nilai Tipikal
1 Berat Jenis Gr/cm3 1,215
2 Kekerasan - 40
3 Suhu Dispersi Panas oC 70
4 Penyerapan Air (Suhu Ruangan) % % 0,188 0,446 5 Kekuatan Flestural 9,4 6 Modulus Flestural Kg/mm2 300 7 8 9 Daya Rentang Modulus Rentang Elongasi Kg/mm Kg/mm2 % 5,5 300 1 2.3.2 Katalis Methyl Ethyl Keton Peroksida (MEKPO)
Katalis yang digunakan adalah katalis Methyl Ethyl Keton Peroksida (MEKPO) dengan bentuk cair, berwarna bening. Fungsi dari katalis adalah mempercepat proses pengeringan (curring) pada bahan matriks suatu komposit. Semakin banyak katalis yang dicampurkan pada cairan matriks akan mempercepat proses laju pengeringan, tetapi akibat mencampurkan katlis terlalu banyak adalah membuat komposit menjadi getas. Penggunaan katalis sebaiknya diatur berdasarkan kebutuhannya. Pada saat mencampurkan katalis ke dalam matriks maka akan timbul reaksi panas (600-900 oC). Proses pengerasan resin diberi bahan tambahan yaitu, katalis jenis Methyl Ethyl Keton Peroksida (MEKPO), katalis digunakan untuk mempercepat proses pengerasan cairan resin pada suhu yang lebih tinggi. Pemakaian katalis dibatasi sampai1% dari volum resin [28].
Sudah banyak penelitan yang telah dilakukan dengan menggunakan bahan- bahan alami yang terdapat di alam dengan komposit resin poliester tak jenuh, untuk memperbaiki sifat nya maka ditambahkan pengisi yang berasal dari alam seperti yang telah dilakukan oleh (Sudarsono, 2012) yang menggunakan poliester tak jenuh sebagai matriks dengan katalis MEKPO dan pengisi bahan kayu sengon laut dan serat alami jenis rami diperoleh hasil berupa tegangagan tekuk 45,663 Mpa dengan modulus young 1,244 GPa dan regangan 1,795 % [3]. (Kartini, dkk., 2002) menggunakan resin poliester sebagai matriks dan pengisi serat ijuk diperoleh nikai kekuatan tarik 56,47 MPa dan kekerasan 94,6[4]. (Azwar, 2009) menggunakan resin poliester tak jenuh dengan filler serbuk kayu diperoleh sifat mekanik yang paling bagus yaitu 0,0722 kN/mm2 untuk filler kayu lunak dan 0,0657 kN/mm2 untuk filler kayu keras.
[5]. Dan (Carli, dkk., 2012) menggunakan Fiberglass jenis E- Glass ( Woven roving ), berupa benang panjang yang dianyam dan digulung pada silinder. Untuk matriks nya menggunakan Epoxy dan Polyester. Hasil yang diperoleh berupa pengujian tarik maksimum rata-rata 118,8 MPa, regangan 9,1 % dan modulus Elastisitas 1,3 GPa, untuk uji bendingnya tegangan bending rata-rata 79,92 MPa, momen bending 1540,17 Nmm [7].