TINJAUAN PUSTAKA
2.2.2 Fasa Tersebar
Fasa tersebar (pengisi) merupakan bahan dalam bentuk partikel, serat atau kepingan yang ditambahkan untuk meningkatkan sifat mekanik dan fisik bahan komposit seperti kekuatan, kekakuan dan keliatan [5]. Fasa ini bertindak sebagai medium alas beban atau komponen dimana tegasan diberikan. Bentuk yang paling kuat pada semua kelas bahan penguat adalah serat. Oleh karena itu, banyak bahan penguat terutama serat yang telah digunakan secara komersil untuk beberapa jenis matriks tertentu [30].
Ada beberapa bentuk serat seperti serat pendek, serat panjang, serat selanjar, tikar anyaman, dan lain - lain. Serat adalah bahan penguat yang dicirikan dengan perbandingan aspek (aspect ratio) yaitu perbandingan panjang terhadap diameter serat. Perbandingan aspek ini memainkan peranan penting terhadap sifat - sifat kekakuan dan keliatan (toughness) bahan komposit. Partikel tidak mempunyai geometri yang seragam, sehingga perbandingan aspeknya lebih susah ditentukan. Perbandingan aspek partikel lebih kecil dibandingkan serat sehingga kesan partikel terhadap sifat - sifat mekanik komposit polimer yang dihasilkan tidak begitu nampak [30].
Ada terdapat dua jenis serat, yaitu serat sintetis dan serat alami [30] : 1. Serat Sintetis
Serat sintetis telah digunakan secara meluas pada pembuatan komposit. Contohnya serat kaca, serat karbon, serat kevlar dan sebagainya. Kelebihan penggunaan serat sintetis adalah kekuatan yang tinggi karena serat ini dapat menghasilkan kekuatan yang diinginkan tetapi meningkatkan biaya pembuatan komposit karet serat sintetis cenderung mahal. Komposit yang dihasilkan dengan menggunakan serat sintetis mempunyai ketahanan
sintetis yang lain, yaitu serat logam, serat polimer dan sebagainya yang digunakan pada industri pembuatan komposit.
2. Serat Alami
Serat alami merupakan suatu serat lignoselulosa yang berasal dari tumbuh - tumbuhan yang memiliki komponen kimia yang terdiri dari karbohidrat, lignin dan bahan ekstrak. Sedangkan karbohidrat terdiri dari selulosa dan hemiselulosa. Serat alami digunakan sebagai bahan penguat pada teknologi polimer karena beberapa alasan berikut :
Serat alami dapat terikat sendiri antara satu sama lain karena adanya ikatan hidrogen antara molekul selulosa.
Memiliki sifat lentur yang tinggi.
Memiliki luas permukaan yang besar sehingga sentuhan ikatan antara muka dengan serat dan matriks semakin besar.
Penggunaan serat alami pada pembuatan komposit juga dipengaruhi harga, kriteria ekonomi yaitu faktor kesediaan bahan mentah dalam jumlah yang banyak dan juga biaya yang lebih murah dibandingkan dengan serat sintetis.
Adapun beberapa kriteria pemilihan serat sebagai pengisi bahan komposit, yaitu [30] :
Biaya
Sifat - sifat mekanik
Densitas
Keserasian
Kestabilan UV
Kemampuan proses
Koefisien termal ekspansi
Pada penelitian ini, terdapat 2 jenis pengisi yang digunakan, yaitu serbuk serat sintetis dan serbuk serat alami. Serat sintetis yang digunakan adalah serat kaca tipe - E dan serat alami yang digunakan adalah serat ampas tebu.
2.2.2.1Serat Kaca
Serat kaca merupakan komoditas komposit yang paling banyak digunakan dan berkembang dengan sangat pesat dalam penggunaannya [29]. Kaca merupakan jenis pengisi yang baik untuk plastik. Kaca merupakan salah satu material paling kuat (kekuatan tarik 3,5 GPa pada ukuran diameter 9 - 15 μm). Selain itu, serat kaca juga memiliki sifat tidak mudah terbakar dan tahan terhadap senyawa kimia [38]. Kaca merupakan turunan dari sumber alam yaitu pasir [39] dan tersedia dalam berbagai macam bentuk, yaitu [27]:
1. Bentuk benang kontinu dengan susunan keliling (continuous strands and rovings). Susunan keliling ini diperoleh dari benang kontinu yang digunakan pada produk berupa filamen seperti botol bertekanan, tanki, dan sebagainya. Resin poliester dapat dipadukan dengan bentuk serat kaca ini.
Gambar 2.6 Continuous Strands and Rovings
2. Bentuk benang yang dipotong (chopped strands). Benang kaca ini dipotong menjadi bendek pada ukuran 3 - 10 mm. Resin poliester dapat dipadukan dengan bentuk serat kaca ini dan juga banyak digunakan sebagai pengisi pada termoplastik.
3. Bentuk benang (yarn). Bentuk ini merupakan analogi dari serat tekstil dan digunakan untuk menenun kain kaca ataupun digunakan sebagai kawat pengikat pada ban kendaraan.
Gambar 2.8 Yarn
4. Bentuk tikar (Mat). Bentuk serat kaca ini dibuat dengan menyatukan benang - benang serat kaca (panjangnya 20 - 50 mm) dengan bantuan resin sehingga satuan benang - benang ini akan menyerupai bentuk tikar.
Gambar 2.9 Mat
Selain terdiri dari berbagai macam bentuk, serat kaca yang digunakan secara komersial juga terdiri dari berbagai tipe sesuai dengan sifat serat kaca tersebut yang diklasifikan dalam abjad, yaitu [27, 40] :
1. Serat Kaca Tipe - E
Abjad „E‟ yang terdapat pada tipe serat kaca ini merupakan singkatan dari kata electrical, yang menandakan bahwa sifat khasnya adalah memiliki ketahanan terhadap listrik yang baik (kemampuan menghantarkan listrik yang buruk).
2. Serat Kaca Tipe - S
Abjad „S‟ yang terdapat pada tipe serat kaca ini merupakan singkatan dari kata strength, yang menandakan bahwa sifat khasnya adalah memiliki kekuatan yang tinggi.
3. Serat Kaca Tipe - C
Abjad „C‟ yang terdapat pada tipe serat kaca ini merupakan singkatan dari kata chemical, yang menandakan bahwa sifat khasnya adalah memiliki ketahanan terhadap senyawa kimia yang tinggi.
4. Serat Kaca Tipe - M
Abjad „M‟ yang terdapat pada tipe serat kaca ini merupakan singkatan dari kata modulus, yang menandakan bahwa sifat khasnya adalah memiliki modulus yang tinggi (kekakuan yang tinggi) sehingga banyak digunakan pada aplikasi struktural yang memerlukan tingkat kekakuan yang tinggi. 5. Serat Kaca Tipe - A
Abjad „A‟ yang terdapat pada tipe serat kaca ini merupakan singkatan dari kata alkali, yang menandakan bahwa sifat khasnya adalah memiliki komposisi senyawa alkali yang tinggi sehingga mudah dirusak oleh adanya uap air. Tipe serat kaca ini hanya digunakan untuk hal - hal yang umum (tidak ada kontak dengan uap air), selain itu harganya juga murah.
6. Serat Kaca Tipe - D
Abjad „D‟ yang terdapat pada tipe serat kaca ini merupakan singkatan dari kata dielectric, yang menandakan bahwa sifat khasnya adalah memiliki konstanta dielektrik yang rendah sehingga cocok untuk diaplikasikan pada bidang elektronik.
Pada penelitian ini, tipe serat kaca yang digunakan adalah tipe - E dengan bentuk serat kaca tikar (mat). Serat kaca tipe - E memiliki komposisi yang dapat dilihat pada tabel dibawah ini :
Tabel 2.3 Komposisi Serat Kaca Tipe - E [40]
Komposisi % berat
Silikon dioksida (SiO2) 59,0 - 60,1
Aluminium oksida (Al2O3) 12,1 - 13,2
Kalsium oksida (CaO) 22,1 - 22,6
Magnesium oksida (MgO) 3,1 - 3,4
Titanium oksida (TiO2) 0,5 - 1,5
Sodium oksida (Na2O) 0,6 - 0,9
Kalium oksida (K2O) 0,2
Besi oksida (Fe2O3) 0,2
Florin (F2) 0,1
Sifat fisis dan mekanik dari serat kaca tipe - E dapat dilihat pada tabel dibawah ini :
Tabel 2.4 Sifat Fisis dan Mekanik Serat Kaca Tipe - E [39]
Sifat Nilai
Densitas (g/cm3) 2,59
Konstanta dielektrik pada 23 oC, 1 MHz 6,3 - 6,7
Kekuatan tarik (MPa) 34,45
Modulus elastisitas (GPa) 72,35
%Pemanjangan (%) 4,8
Tabel 2.5 Perbandingan Antara Serat Alami dan Serat Kaca [41]
Sifat Serat Alami Serat Kaca
Massa Jenis Rendah 2x Serat Alami
Biaya Rendah Rendah (lebih tinggi dari SA)
Terbarukan Ya Tidak
Kemampuan Daur Ulang Ya Tidak
Konsumsi Energi Rendah Tinggi
Distribusi Luas Luas
Menetralkan CO2 Ya Tidak
Menyebabkan Abrasi Tidak Ya
Resiko Kesehatan Tidak Ya
Limbah Biodegradable Tidak Biodegradable
Berdasarkan perbandingan antara serat alami dan serat kaca pada Tabel 2.5, dapat dilihat bahwa serat alami memiliki sejumlah kelebihan yang tidak dimiliki oleh serat kaca. Penambahan serat alami pada komposit yang diperkuat serat kaca diharapkan dapat mengurangi kelemahan serat kaca.
2.2.2.2Serat Ampas Tebu
Ampas tebu (bagasse) merupakan adalah bahan sisa berserat dari batang tebu yang telah mengalami ekstraksi niranya dan tidak tahan disimpan karena mudah terserang jamur [42]. Ampas tebu tersedia dalam jumlah banyak pada industri gula dan dalam satu kali proses ekstraksi dihasilkan ampas tebu sekitar 35 - 40% dari berat tebu yang digiling secara keseluruhan. Dari sekian banyak ampas tebu yang dihasilkan, hanya sekitar 50% yang dimanfaatkan sebagai bahan bakar dalam proses produksi gula [43]. Selain sebagai bahan bakar dalam proses produksi gula, ampas tebu juga dimanfaatkan sebagai bahan baku untuk serat dan partikel untuk papan, plastik, pakan ternak, kertas dan media untuk budidaya jamur atau dikomposisikan untuk pembuatan pupuk, serta adsorben ion logam berat seperti seng, kadmium, tembaga dan timbal [42, 43]. Sebanyak 54 juta ton tebu diproduksi setiap tahun di seluruh dunia dan industri gula rata - rata menghasilkan 270 kg ampas tebu per ton tebu [13].
Gambar 2.10 Ampas Tebu
Ampas tebu juga memiliki kadar selulosa tinggi yang merupakan komponen penting dalam dunia polimer [14]. Suatu bahan yang memiliki kadar selulosa yang tinggi mengindikasikan bahwa bahan tersebut memiliki ikatan - ikatan seperti ikatan hidrogen yang dapat membuat bahan menjadi kuat dan kaku [15]. Komposisi serat ampas tebu dapat dilihat pada tabel dibawah ini :
Tabel 2.6 Komposisi Serat Ampas Tebu [26] Komponen Kadar (%) Selulosa 55,3 Hemiselulosa 18,8 Lignin 21,0 Senyawa ekstraktif 2,9 Abu 1,9
Selain itu, ampas tebu juga memiliki densitas yang rendah sehingga dapat memperingan komposit yang dihasilkan serta beberapa sifat mekanik yang mendukung. Sifat fisis dan mekanik serat ampas tebu dapat dilihat pada tabel di bawah ini :
Tabel 2.7 Sifat Fisis dan Mekanik Serat Ampas Tebu [42]
Sifat Nilai
Densitas (g/cm3) 0,36
Kekuatan tarik (MPa) 140
%Perpanjangan (%) 25
Kekerasan (MPa) 3200
Dengan jumlah produksi yang besar setiap tahunnya, komposisi selulosa tinggi yang dapat membuat suatu bahan menjadi kuat dan kaku, serta sifat fisis dan mekanik yang mendukung pada ampas tebu ini, maka ampas tebu sangat berpotensi untuk dijadikan salah satu pengisi pada komposit hibrid polipropilena daur ulang dari PBKG.