BAB II DASAR TEORI
2.4. Komposit Serat
2.4 Komposit Serat
Komposit serat merupakan suatu bahan yang terbentuk dari susunan serat
yang tersebar didalam matriks pengikat. Komposit serat dapat dibuat dari serat
dan matriks logam maupun non logam atau kombinasi dan keduanya.
2.4.1. Faktor Matrik
Matrik merupakan komponen penyusun komposit dengan jenis yang
bermacam-macam. Dari berbagai macam jenis yang ada, matrik tersebut
mempunyai fungsi yang sama yaitu:
1. Sebagai transfer beban, yaitu mendistribusikan beban kepada serat yang
memiliki modulus kekuatan yang lebih tinggi,
2. Sebagai pengikat fase serat pada posisinya, pada proses pembuatan
komposit fiber-reinforced plastic, matrik harus mempunyai system
adhesi yang baik terhadap serat untuk menghasilkan struktur komposit
yang sempurna karena berhubungan erat dengan transfer beban. Jika
sifat adhesi yang dimiliki kurang baik, maka transfer beban tidak akan
sempurna. Hal ini mengakibatkan kegagalan berupa lepasnya ikatan
3. Menjaga serat terdispersi dan tidak terpisah (tidak ada perambatan
retakan atau kegagalan).
Fungsi matrik terutama sebagai pemegang serat agar tidak bergeser,
pelindung filament terhadap keausan, goresan, dan zat kimia ganas, serta sebagai
pelintas (transfer) tegangan ke serat. Matrik untuk komposit polimer dapat berupa
resin polyester unsaturated dan resin epoxy.
Bahan matriks jenis polimer dibagi menjadi dua jenis :
1. Polimer Termoset
Adalah bahan matrik yang dapat menerima suhu tinggi atau tidak
berubah karena panas. Contohnya : Poliimid, Poliimid Amid dan
Polidifenileter. 2. Polimer termoplastik
Adalah bahan matrik yang tidak dapat menerima suhu tinggi atau akan
berubah karena panas. Contohnya : PEEK (Poly-Ether-Ether-Ketone),
PEI(Poly-Ether-Imide), Nilon, dll.
Epoxy adalah bahan yang terdiri dari dua komponen yaitu resin dan
hardener, bila dicampur dengan perbandingan yang tepat akan menghasilkan
massa yang padat dan dapat melekat dengan baik pada logam, kulit, kayu maupun
beton. Karakteristik epoxy yaitu ringan dan tidak menimbulkan tegangan, tahan
bahan kimia / tahan korosi, tahan minyak, kuat tapi dapat dimesin dan dicat,
tahan benturan. Jenis epoxy ini dapat diperkuat dengan logam, keramik,
bermacam-macam serat sehingga jauh menguntungkan bila hanya menggunakan
epoxy atau serat saja.
Kekerasan dan keuletan dapat ditentukan dengan mengatur perbandingan
antara resin dan hardener dan proses pengeringannya (dingin-panas), epoxy
kebanyakan dipakai untuk perbaikan peralatan dari logam, perawatan mesin,
perekat bagi logam yang tidak boleh dilas. Keistimewaan lain yaitu mempunyai
sifat susut muai yang sangat rendah, tahan tekanan, erosi dan abrasi.
Resin polyester relatif lebih murah jika dibanding epoxy, tetapi tidak
sekuat epoxy. Resin polyester banyak digunakan sebagai matrik pada
fiber-reinforced plastic.
2.4.2. Faktor Serat
Serat digunakan sebagai bahan penguat komposit. Kekuatan komposit
dapat diatur dari persentase jumlah serat, pada umumnya semakin banyak jumlah
serat maka kekuatan komposit akan bertambah. Serat organik adalah salah satu
bahan yang biasa digunakan dalam pembuatan komposit yaitu serat yang berasal
dari alam, misalnya tumbuhan pandan alas.
Untuk mendapatkan komposit yang baik diperlukan syarat khusus dari
tiap fase penyusunnya agar sistem benar-benar bekerja sebagai komposit. Prasarat
serat antara lain : kekuatan ultimate besar, kekuatan antarserat masing-masing
setaraf, serat stabil dan tetap kuat selama proses pembuatan, serta luas dan
Secara garis besar komposit serat terbagi menjadi dua macam, yaitu serat
kontinyu (continous) dan serat tidak kontinyu (discontinous). Berdasarkan ukuran
panjang, serat dibagi menjadi serat kontinu (continue) dan serat tidak kontinu
(discontinue). Ciri-ciri serat yang baik adalah luas dan diameter seragam. Secara
teori, serat panjang akan lebih efektif dalam hal transmisi beban. Namun pada
kenyataannya, prasyarat di atas sulit terwujud pada aplikasinya, mengingat faktor
manufaktur yang tidak memungkinkan dihasilkannya kekuatan optimum pada tiap
panjang serat pada proses pembuatan komposit, karena pada aplikasinya terdapat
ketidaksamaan penerimaan beban pada serat. Sehingga pada proses pembebanan
yang mendekati kekuatan patahnya, sebagian serat akan patah mendahului bagian
yang lain.
2.4.3. Faktor komposisi dan bentuk serat
Berdasarkan bentuk, secara umum serat penguat mempunyai penampang
lingkaran dan beberapa bentuk lain, misalnya bujur sangkar. Kekuatan serat dapat
juga dilihat dari diameter serat, diameter serat yang semakin kecil maka
kekuatannya akan semakin besar, sebaliknya jika diameter semakin besar maka
kekuatan akan berkurang.
Berdasar komposisinya, serat yang digunakan sebagai bahan penguat
komposit dibedakan menjadi:
1. Serat organik: yaitu serat yang berasal dari bahan organik, misalnya
selulosa, polipropilena, grafit, serat rami, serat pandan alas, serat kapas,
2. Serat anorganik: yaitu serat yang dibuat dari bahan-bahan anorganik,
misalnya glass dan keramik. Adapun serat yang mempunyai kekuatan
tinggi dan tahan panas (hybrid fibre).
2.4.4. Faktor Orientasi serat
Orientasi serat dapat menentukan kekuatan suatu bahan komposit.
Secara umum penyusunan serat pada komposit dapat dibedakan menjadi:
1. Unidirectional: serat disusun secara searah parallel satu sama lain,
sehingga didapat kekakuan dan kekuatan optimal pada searah serat
sedangkan kekuatan paling kecil terjadi pada arah tegak lurus serat.
2. Bidirectional: serat disusun secara tegak lurus satu sama lain
(orthogonal). Pada susunan ini kekuatan tertinggi terdapat pada arah
pemasangan serat.
3. Isotropic: penyusunan serat dilakukan secara acak, sifat dari susunan ini
adalah isotropic, yaitu kekuatan pada satu titik pengujian mempunyai
kekuatan yang sama.
Gambar 2.2 jenis-jenis orientasi serat (Hadi, B.K, 2000).
2.4.5. Faktor Bahan-bahan tambahan
Katalis adalah bahan pemicu (initiator) yang berfungsi untuk
mempersingkat proses curing pada temperatur ruang. Komposisi katalis pada
komposit harus sangat diperhatikan. Komposit dengan kadar katalis yang terlalu
sedikit akan mengakibatkan proses curing yang terlalu lama. Dan apabila pada
proses pembuatan terjadi kelebihan katalis, maka akan menimbulkan panas yang
berlebihan sehingga akan merusak produk. Tetapi di dalam resin epoxy,
katalisnya biasa disebut sebagai hardener. Sedangkan komposisi pencampuran
antara resin dan hardener adalah 1 : 1 atau 2 : 1.
Karena proses pembuatan akan mengakibatkan lengketnya produk dengan
cetakan, maka untuk menghindari itu harus diadakan proses pelapisan terhadap
cetakan yaitu dengan mengunakan release agent. Release agent atau zat pelapis
yang berfungsi untuk mencegah lengketnya produk pada cetakan saat proses
pembuatan. Pelapisan dilakukan sebelum proses pembuatan dilakukan. Release
agent yang biasa digunakan antara lain waxes (semir), MAA, mirror glass,
vasielin, polyvinyl alcohol, film forming, dan oli.
2.5 Fraksi Volume
ρm = massa jenis matrik Vf = volume serat
Vm = volume matrik
Persamaan diatas dapat ditulis sebagai berikut:
ρc = ρfVf + ρm(1-Vf) ... 2.4
Sehingga fraksi volume serat dapat diketahui dari persamaan: (Hadi, B.K, 2000). Vf = m f m c ρ ρ ρ ρ − − ……….. 2.6
Dengan mengetahui besar massa jenis total komposit dan komponen penyusunnya maka fraksi volume serat akan dapat diketahui.
Fraksi volume serat dalam komposit merupakan parameter penting dalam mengatur sifat mekanik komposit lamina yang dihasilkan. Pada umumnya besar fraksi volume bahan komposit berkisar 20% sampai 65%. Terdapat berbagai macam cara untuk mengetahui basarnya fraksi volume komposit, salah satunya adalah dengan menimbang bobot total komposit dan komponen-komponen penyusunnya untuk menghitung massa jenisnya kemudian diselesaikan dengan persamaan di atas
Pada bahan komposit jumlah fraksi volume komponen penyusunnya harus sama dengan satu, dengan mengasumsikan tidak adanya void:
Vf + Vm = 1 ... 2.1 Dengan Vf = fraksi volume serat
Vm = fraksi volume matrik
Sedangkan fraksi berat dapat ditulis sebagai berikut:
Wf + Wm = 1 ... 2.2 Dengan Wf = fraksi berat serat
Massa jenis total komposit merupakan gabungan dari massa jenis komponen penyusunnya:
ρc = ρf Vf + ρmVm ... 2.3 Dengan ρc = massa jenis komposit
ρf = massa jenis serat