BAB II LANDASAN TEORI
2.3 Komposit
Komposit merupakan material yang mempunyai dua atau lebih fasa (Nuning Aisah, dkk, 2004). Menurut Hendriwan Fahmi, dkk. (2011), komposit merupakan perpaduan dari dua material atau lebih yang memiliki fasa yang berbeda menjadi suatu material baru yang memiliki karakteristik lebih baik dari keduanya. Bahan komposit banyak digunakan di berbagai bidang, seperti industri pesawat terbang, otomotif, komponen elektronik, maupun peralatan rumah tangga. Hal tersebut dikarenakan sifat bahan komposit yang ringan, kuat, kaku, serta tahan terhadap korosi (Hendriwan Fahmi, dkk, 2014).
Pada umumnya, komposit dibentuk dari dua unsur utama, yaitu matriks dan penguat (reinforcement). Matriks adalah fasa dalam komposit yang mempunyai bagian atau fraksi volume terbesar (Hendriwan Fahmi, dkk, 2011). Fungsi utama matriks dalam komposit adalah sebagai pengikat partikel – partikel yang dipakai, untuk mempertahankan partikel tersebut agar berada pada tempatnya (Hendriwan
Fahmi, dkk, 2011). Selain itu, matriks berfungsi sebagai distributor tekanan dan pelindung serat dari cacat permukaan akibat reaksi kimia dengan lingkungan (Nuning Aisah, dkk, 2004). Fasa matriks dapat berupa keramik, logam, atau polimer.
Reinforcement adalah bahan penguat dalam komposit. Fasa reinforcement
dapat berupa laminar, partikel, dan serat / fiber. Serat / fiber adalah suatu jenis bahan berupa potongan – potongan komponen yang membentuk jaringan memanjang yang utuh (Hendriwan Fahmi, dkk, 2011). Serat dapat digolongkan menjadi dua jenis serat, yaitu serat alami dan serat sintetis. Penggunaan serat dalam komposit berfungsi sebagai penerus beban dari serat yang satu ke serat lainnya (Viktor Malau, 2010). Jika ada serat yang putus dalam arah pembebanan aksial, maka beban dari serat yang putus tersebut akan diteruskan melalui matriks menuju serat selanjutnya.
Menurut Viktor Malau (2010), komposit memiliki beberapa kelebihan diantaranya : (1) Dapat dirancang dengan kekakuan dan kekuatan tinggi sehingga bahan ini member kekakuan dan kekuatan spesifik yang tinggi yang dapat melebihi kemampuan bahan baja atau aluminium, (2) Memiliki sifat fatigue dan
toughness yang baik, (3) Tahan terhadap korosi, (4) Mampu meredam getaran atau vibrasi, dan (5) Memiliki penampilan dan kehalusan permukaan yang baik. Disamping kelebihan tersebut, komposit juga memiliki beberapa kelemahan antara lain : (1) Bersifat anisotropic yang memiliki sifat berbeda antara satu lokasi / orientasi dengan lokasi / orientasi lainnya, (2) Tidak aman terhadap zat – zat tertentu, dan (3) Pembuatannya membutuhkan waktu yang relatif lama.
Gambar 2. 6 Grafik hubungan tegangan dan regangan antara komposit, matriks, dan serat
(sumber:www.mse.mtu.edu/drjohn/my4150/compositesdesign/cd2/cd1.html, diakses 5 Juni 2016)
Berdasarkan bahan penguat / reinforcement yang digunakan, komposit dibagi menjadi 3 jenis, yaitu :
a. Fibrous Composites(Komposit Serat)
Komposit Serat merupakan jenis komposit yang hanya terdiro dari satu lapisan penguat berupa serat /fiber.Fiberyang digunakan berupafiberglass,
fiber carbon,poly aramide, dan sebagainya. b. Laminated Composites(Komposit Laminat)
Komposit Laminat merupakan jenis komposit yang terdiri dari dua atau lebih lapisan yang digabung menjadi satu, dan setiap lapisannya memiliki karakteristik bahan sendiri.
c. Particulate Composites(Komposit Partikel)
Komposit Partikel merupakan jenis komposit yang menggunakan partikel / serbuk sebagai penguatnya dan terdistribusi secara merata dalam matriksnya.
Gambar 2.7 Klasifikasi komposit berdasarkan penguatnya
Berdasarkan matriks yang digunakan, komposit dibagi menjadi 3 jenis, yaitu:
a. Polymer Matrix Composites(Komposit Matriks Polimer)
Polymer Matrix Composites merupakan jenis komposit yang sering digunakan. Komposit jenis ini menggunakan suatu polimer berbahan resin sebagai matriksnya. Kelebihan dari komposit jenis ini adalah mudah dibentuk mengikuti profil yang digunakan, memiliki ketangguhan yang baik, dan lebih ringan dibanding jenis komposit yang lainnya.
b. Metal Matirx Composites(Komposit Matriks Logam)
Metal Matirx Composites merupakan jenis komposit yang menggunakan suatu logam seperti aluminium sebagai matriksnya. Kelebihan dari jenis
komposit ini adalah tahan terhadap temperatur tinggi, memiliki kekuatan tekan dan geser yang baik, dan tidak menyerap kelembapan.
c. Ceramic Matrix Composites(Komposit Matriks Keramik)
Ceramic Matrix Composites merupakan jenis komposit yang menggunakan bahan keramik sebagai penguatnya. Kelebihan dari jenis ini adalah memiliki kekuatan dan ketangguhan yang baik, tahan terhadap korosi, dan tahan terhadaptemperaturtinggi.
Gambar 2.8 Klasifikasi komposit berdasarkan matriksnya
2.3.1 Polimer
Polimer atau disebut juga makromolekul merupakan molekul besar yang dibangun dengan pengulangan oleh molekul sederhana yang disebut monomer. Polimer berasal dari dua kata, yaitu poly (banyak) dan meros (bagian – bagian). Polimer memiliki berat molekul lebih dari 10.000 gr/mol (Daniel Andri Porwanto, 2009).
Klasifikasi polimer berdasarkan ketahanan terhadap panas dibagi menjadi dua, yaitu :
a) PolimerThermoplastic
Polimer Thermoplastic merupakan polimer yang mempunyai sifat tidak tahan terhadap panas. Polimer jenis ini bersifat reversible, yaitu akan meleleh pada suhu tertentu, melekat mengikuti perubahan suhu, dan akan kembali mengeras bila didinginkan. Contoh dari polimer jenis ini adalah
Nylon 66, Polipropena, Polietilena, dan PVC. b) PolimerThermoset
Polimer Thermoset merupakan polimer yang mempunyai sifat tahan terhadap panas. Polimer jenis ini bersifat irreversible, yaitu tidak dapat dilunakkan kembali saat dipanaskan. Contoh dari polimer jenis ini adalah Epoksida, Bismaleimida, dan Poli-imida.
Jenis polimer yang paling banyak digunakan adalah resin polyester. Resin
polyester merupakan jenis resin termoset dengan viskositas yang relatif rendah, dan dapat mengeras pada suhu kamar dengan penggunaan katalis atau hardener tanpa menghasilkan gas sewaktu pengesetan seperti banyak resin termoset lainnya (Hendriwan Fahmi, dkk, 2011). Resin polyester memiliki beberapa kelebihan, yaitu sifatnya yang ringan dan mudah dibentuk, serta tahan terhadap korosi. Namun, resin polyester juga memiliki kekurangan, yaitu sifat mekaniknya yang lemah karena sifat dasarnya yang rapuh.
2.3.2 Serat (Fiber)
Serat (fiber) adalah suatu jenis bahan berupa potongan – potongan komponen yang membentuk jaringan memanjang yang utuh (Hendriwan Fahmi, dkk, 2011). Manusia menggunakan serat dalam banyak hal, antara lain untuk membuat tali, kain, atau kertas. Serat dapat digolongkan menjadi dua jenis, yaitu serat alami dan serat sintetis (buatan). Serat alami merupakan jenis serat yang dihasilkan oleh tanaman, hewan, dan proses geologis. Serat alami dapat mengalami proses pelapukan. Serat alami dibagi menjadi empat jenis, yaitu serat tumbuhan, serat kayu, serat hewan, dan serat mineral. Serat alami yang paling banyak dimanfaatkan manusia adalah serat hewan, yaitu sutera dan bulu domba.
Sedangkan, serat sintetis adalah jenis serat yang umumnya berasal dari bahan petrokimia. Sifat dari serat sintetis adalah (1) sangat kuat dan tahan gesekan, (2) elastic dan tahan regangan, (3) sulit menghisap air, dan (4) peka terhadap panas. Salah satu serat sintetis yang paling banyak digunakan adalah serat gelas / fiberglass. Serat gelas (fiberglass) mempunyai karakteristik yang berbeda antara satu dengan yang lain (Hendriwan Fahmi, dkk, 2014). Serat gelas terbuat dari silica dan paduan lain seperti alumina, magnesia, dan sebagainya. Serat gelas banyak digunakan di industri – industri otomotif seperti panel body kendaraan.
Serat gelas memiliki beberapa kelebihan, diantaranya : (1) memiliki stabilitas dimensi yang baik, (2) tahan terhadap korosi, (3) tahan terhadap panas, (4) tahan terhadap dingin, serta (5) memiliki sifat isolasi thermal dan elektrikal yang baik. Disamping itu, serat gelas juga memiliki beberapa kekurangan, yaitu :
(1) kekuatannya yang relatif rendah, (2) densitas yang rendah, dan (3) memiliki elongasi yang tinggi.
Tabel 2.2 Kekuatan Serat Fibre Density (g/cm3) Elongation (%) Tensile Strength (MPa) Young’s modulus (GPa) Cotton 1.5-1.6 7.0-8.0 287-597 5.5-12.6 Jute 1.3 1.5-1.8 393-773 26.5 Flax 1.5 2.7-3.2 345-1035 27.6 Hemp - 1.6 690 -Ramie - 3.6-3.8 400-938 61.4-128 Sisal 1.5 2.0-2.5 511-635 9.4-22.0 Coir 1.2 30.0 175 4.0-6.0 Viscose (cord) - 11.4 593 11.0 Soft wood kraft 1.5 - 1000 40.0 E-glass 2.5 2.5 2000-3500 70.0 S-glass 2.5 2.8 4570 86.0 Aramide (normal) 1.4 3.3-3.7 3000-3150 63.0-67.0 Carbon (standard) 1.4 1.4-1.8 4000 230.0-240.0 (sumber :
http://imamengineering.blogspot.co.id/2015/03/makalah-mekanika-bahan-komposit.html, diakses 18 Juni 2016)
Serat gelas dibagi menjadi 3 jenis, yaitu E-glass, C-glass, dan S-glass (Istanto (2006) dalam Daniel Andri Purwanto, dkk, 2009). Sifat – sifat dari jenis serat gelas dapat dilihat pada Tabel 2.3 berikut.
Tabel 2.3 Sifat – sifat dari jenis serat gelas
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 : Istanto (2006) dalam Daniel Andri Purwanto, dkk, 2009)
2.4 Perhitungan Koefisien Daya