BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Material Komposit
Material komposit adalah penggabungan dari dua atau lebih material yang berbeda sebagai suatu kombinasi yang menyatu. Bahan komposit pada umumnya terdiri dari dua unsur, yaitu serat (fiber) sebagai pengisi dan bahan pengikat serat tersebut yang disebut matrik. Di dalam komposit unsur utamanya adalah serat, sedangkan bahan pengikatnya menggunakan bahan polimer yang mudah dibentuk dan mempunyai daya pengikat yang tinggi.
Penggunaan serat bertujuan untuk menentukan karakteristik bahan komposit, seperti: kekakuan, kekuatan serta sifat-sifat mekanik lainnya. Sebagai bahan pengisi serat digunakan untuk menahan sebagian besar gaya yang bekerja pada bahan komposit, matrik sendiri mempunyai fungsi melindungi dan mengikat serat agar dapat bekerja dengan baik terhadap gaya-gaya yang terjadi. Oleh karena itu untuk bahan serat digunakan bahan yang kuat, kaku dan getas, sedangkan bahan matrik dipilih bahan-bahan yang liat, lunak dan tahan terhadap perlakuan kimia.
Salah satu keuntungan material komposit adalah kemampuan material tersebut untuk diarahkan sehingga kekuatannya dapat diatur hanya pada arah tertentu, hal ini dinamakan “ tailoring properties”. Ini adalah salah satu sifat istimewa komposit yaitu ringan, kuat, tidak terpengaruh korosi dan mampu bersaing dengan logam, tidak kehilangan karakteristik dan kekuatan mekanisnya (Nasution, 2011).
Ada tiga faktor yang menentukan sifat-sifat dari material komposit, yaitu: 1. Material pembentuk. Sifat-sifat intrinsik material pembentuk
memegang peranan yang sangat penting terhadap pengaruh sifat kompositnya
2. Susunan struktural komponen. Dimana bentuk serta orientasi dan ukuran tiap–tiap komponen penyusun struktur dan distribusinya
merupakan faktor penting yang memberi kontribusi dalam penampilan komposit secara keseluruhan.
3. Interaksi antar komponen. Karena komposit merupakan campuran atau kombinasi komponen- komponen yang berbeda baik dalam hal bahannya maupun bentuknya, maka sifat kombinasi yang diperoleh pasti akan berbeda (Sirait, 2010).
Material komposit memiliki banyak klasifikasi, tergantung pada ide dan konsep identifikasi yang dibutuhkan. Dikarenakan karakteristik pembentuknya berbeda-beda, maka akan dihasilkan material baru yaitu komposit yang sifat mekanik dan karakteristik yang berbeda dari material-material pembentuknya. Komposit dibentuk dari dua jenis material yang berbeda yaitu: penguat (reinforcement) dan matriks sebagai pengikat (Asnawi, 2011).
2.2 Klasifikasi Material Komposit
Sesuai dengan defenisinya, maka bahan material komposit terdiri dari unsur- unsur penyusun. Komponen ini dapat berupa unsur organik, anorganik ataupun metalik dalam bentuk serat, serpikan, partikel dan lapisan. Jika ditinjau dari unsur pokok penyusun suatu bahan komposit, maka komposit dapat dibedakan atas beberapa bagian, antara lain :
2.2.1 Komposit Serat (fiber komposite)
Komposit serat merupakan jenis komposit yang menggunakan serat sebagai penguat. Serat yang digunakan biasanya berupa serat gelas, serat karbon, serat aramid dan sebagainya. Serat ini bisa disusun secara acak maupun dengan orientasi tertentu bahkan bisa juga dalam bentuk yang lebih kompleks seperti anyaman.
Bila peningkatan kekuatan menjadi tujuan utama, komponen penguat harus mempunyai rasio aspek yang besar, yaitu rasio panjang terhadap diameter harus tinggi, agar beban ditransfer melewati titik dimana mungkin terjadi perpatahan (Vlack, 2004).
Komposit yang diperkuat dengan serat dapat digolongkan menjadi dua bagian yaitu:
a. Komposit serat pendek (short fiber composite)
Berdasarkan arah orientasi material komposit yang diperkuat dengan serat pendek dapat dibagi lagi menjadi dua bagian yaitu serat acak (inplane random
orientasi) dan serat satu arah. Tipe serat acak sering digunakan pada produksi
dengan volume besar karena faktor biaya manufakturnya yang lebih murah. Kekurangan dari jenis serat acak adalah sifat mekanik yang masih dibawah dari penguatan dengan serat lurus pada jenis serat yang sama.
b. Komposit serat panjang(long fiber composite)
Keistimewaan komposit serat panjang adalah lebih mudah diorientasikan, jika dibandingkan dengan serat pendek. Walaupun demikian serat pendek memiliki rancangan lebih banyak. Secara teoritis serat panjang dapat menyalurkan pembebanan atau tegangan dari suatu titik pemakaiannya. Pada prakteknya, hal ini tidak mungkin karena variabel pembuatan komposit serat panjang tidak mungkin memperoleh kekuatan tarik melampaui panjangnya (Suryati, 2012A).
Fungsi penggunaan serat sebagai penguat secara umum adalah sebagai bahan yang dimaksudkan untuk memperkuat komposit, disamping itu penggunaan serat juga mengurangi pemakaian resin sehingga akan diperoleh suatu komposit yang lebih kuat, kokoh dan tangguh jika dibandingkan produk bahan komposit yang tidak menggunakan serat penguat.
2.2.2 Komposit Lapis (laminated composite)
Komposit laminat, merupakan jenis komposit yang terdiri dari dua lapis atau lebih yang digabung menjadi satu dan setiap lapisnya memiliki karaktristik sifat sendiri. Komposit yang terdiri dari lapisan serat dan matriks, yaitu lapisan yang diperkuat oleh resin sebagai contoh plywood, laminated glass yang sering digunakan bahan bangunan dan kelengkapannya. Pada umumnya manipulasi makroskopis yang dilakukan yang tahan terhadap korosi, kuat dan tahan terhadap temperatur.
2.2.3 Komposit Serpihan
Pengertian dari serpihan adalah partikel kecil yang telah ditentukan sebelumnya yang dihasilkan dalam peralatan yang khusus dengan orientasi serat sejajar permukaannya. Suatu komposit serpihan terdiri atas serpih-serpih yang saling menahan dengan mengikat permukaan atau dimasukkan ke dalam matriks.
Sifat-sifat khusus yang dapat diperoleh dari serpihan adalah bentuknya besar dan datar sehingga dapat disusun dengan rapat untuk menghasilkan suatu bahan penguat yang tinggi untuk luas penampang lintang tertentu. Pada umumnya serpih-serpih saling tumpang tindih pada suatu komposit sehingga dapat membentuk lintasan fluida ataupun uap yang dapat mengurangi kerusakan mekanis karena penetrasi atau perembesan.
2.2.4 Komposit Partikel (particulated composite )
Komposit Partikel merupakan komposit yang menggunakan partikel atau serbuk sebagai penguatnya dan terdistribusi secara merata dalam matriks. Komposit yang terdiri dari partikel dan matriks yaitu butiran (batu, pasir) yang diperkuat semen yang kita jumpai sebagai beton, senyawa komplek ke dalam senyawa komplek.
Komposit partikel merupakan produk yang dihasilkan dengan menempatkan partikel-partikel dan sekaligus mengikatnya dengan suatu matriks bersama-sama dengan satu atau lebih unsur-unsur perlakuan seperti panas, tekanan, kelembaban, katalisator dan lain-lain. Komposit partikel ini berbeda dengan jenis serat acak sehingga bersifat isotropis. Kekuatan komposit serat dipengaruhi oleh tegangan koheren diantara fase partikel dan matriks yang menunjukkan sambungan yang baik (Ramatawa, 2008).
2.3 Faktor-faktor Yang Mempengaruhi Kekuatan Komposit
Faktor-faktor yang mempengaruhi kekuatan komposit antara lain orientasi serat, faktor matrik, ikatan fiber-matrik.
2.3.1 Orientasi Serat
Serat adalah bahan pengisi matrik yang digunakan untuk dapat memperbaiki sifat dan struktur matrik yang tidak dimilikinya, juga diharapkan mampu menjadi bahan penguat matrik pada komposit untuk menahan gaya yang terjadi.
a. Letak Serat
Dalam pembuatan komposit tata letak dan arah serat dalam matrik yang akan menentukan kekuatan mekanik komposit, dimana letak dan arah dapat mempengaruhi kinerja komposit tersebut. Menurut tata letak dan arah serat diklasifikasikan menjadi tiga bagian yaitu:
1). Penguatan satu dimensi, mempunyai kekuatan dan modulus maksimum pada arah axis serat.
2). Penguatan dua dimensi, mempunyai kekuatan pada dua arah atau masing-masing orientasi serat.
3). Penguatan tiga dimensi, mempunyai sifat isotropik .
b. Panjang Serat
Panjang serat dalam pembuatan komposit serat pada matrik sangat berpengaruh terhadap kekuatan. Ada dua penggunaan serat dalam campuran komposit yaitu serat pendek dan serat panjang. Ada serat alami dan ada juga serat sintetis. Serat alami jika dibandingkan dengan serat sintetis mempunyai panjang dan diameter yang tidak seragam pada setiap jenisnya. Oleh karena itu panjang dan diameter sangat berpengaruh pada kekuatan maupun modulus komposit. Panjang serat berbanding diameter serat sering disebut dengan istilah aspect ratio. Serat pendek lebih mudah peletakannya dibanding serat panjang. Panjang serat mempengaruhi kemampuan proses dari komposit serat. Pada umumnya, serat panjang lebih
mudah penanganannya jika dibandingkan dengan serat pendek. Sedangkan komposit serat pendek, dengan orientasi yang benar, akan menghasilkan kekuatan yang lebih besar jika dibandingkan continous fiber.
c. Bentuk Serat
Bentuk Serat yang digunakan untuk pembuatan komposit tidak begitu mempengaruhi, yang mempengaruhi adalah diameter seratnya. Pada umumnya, semakin kecil diameter serat akan menghasilkan kekuatan komposit yang lebih tinggi. Selain bentuknya kandungan seratnya juga mempengaruhi (Nasution, 2011).
2.3.2 Faktor Matrik
Matrik dalam komposit berfungsi sebagai bahan pengikat serat menjadi sebuah unit struktur, yang melindungi dari perusakan eksternal, meneruskan atau memindahkan beban eksternal pada bidang geser antara serat dan matrik, sehingga matrik dan serat saling berhubungan. Bahan Polimer yang sering digunakan sebagai material matrik dalam komposit ada dua macam adalah thermoplastik dan termoset. Thermoplastik dan termoset ada banyak jenisnya yaitu:
a. Thermoplastik, bahan-bahan yang tergolong diantaranya Polyamide (PI), Poluetheretherketone (PEEK), Polyhenylene Sulfide (PPS), Polypropylene (PP), Polyethylene (PE) dan lain-lain.
b. Thermoset, bahan-bahan yang tergolong diantaranya Epoksi, Polyester.
Phenolic, Plenol, Resin Amino, Resin Furan dan lain-lain.
2.3.3 Faktor Ikatan Fiber-Matrik
Komposit serat yang baik harus mampu menyerap matrik yang memudahkan terjadi antara dua fase. Selain itu komposit serat juga harus mempunyai kemampuan untuk menahan tegangan yang tinggi, karena serat dan matrik berinteraksi dan pada akhirnya terjadi pendistribusian tegangan. Kemampuan ini harus dimiliki oleh matrik dan serat. Hal yang mempengaruhi
ikatan antara serat dan matrik adalah void, yaitu adanya celah pada serat atau bentuk serat yang kurang sempurna yang dapat menyebabkan matrik tidak akan mampu mengisi ruang kosong pada cetakan. Bila komposit tersebut menerima beban, maka daerah tegangan akan berpindah ke daerah void sehingga akan mengurangi kekuatan komposit tersebut. Pada pengujian tarik komposit akan berakibat lolosnya serat dari matrik (Nasution, 2011).
2.4 Polimer
Polimer merupakan molekul besar yang terbentuk dari unit-unit berulang sederhana. Polimer mempunyai berat molekul di atas 10.000. Bahan dengan berat molekul yang besar ini, mempunyai struktur dan sifat yang rumit disebabkan oleh jumlah atom pembentuk yang lebih besar dibandingkan senyawa yang berat atomnya rendah. Umumnya polimer dibangun oleh satuan struktur tersusun secara berulang diikat oleh gaya tarik-menarik yang disebut ikatan kovalen, dimana ikatan setiap atom dari pasangan menyumbangkan satu elektron untuk membentuk sepasang elektron (Suryati, 2012A).
Sifat-sifat khas bahan polimer pada umumnya adalah sebagai berikut : a. Mampu cetak adalah baik.
Pada temperatur relatif rendah bahan dapat dicetak dengan penyuntikan, penekanan, ekstrusi dan seterusnya sehingga ongkos pembuatan relatif rendah dibandingkan dengan material logam dan keramik.
b. Produk ringan dan kuat.
Berat jenis polimer rendah dibandingkan dengan logam dan keramik, yaitu sekitar 1000–1700 Kg/m3
c. Sebagai isolator listrik yang baik.
yang memungkinkan membuat barang kuat dan ringan.
Banyak diantara polimer bersifat isolasi listrik yang baik. Polimer mungkin juga dibuat konduktor dengan jalan mencampurnya dengan serbuk logam, butiran karbon dan sebagainya.
d. Tahan terhadap air dan zat kimia.
Produk-produk dengan sifat yang cukup berbeda dapat dibuat tergantung pada cara pembuatannya.
f. Umumnya bahan polimer lebih murah harganya.
g. Kurang tahan terhadap panas sehingga perlu cukup diperhatikan pada penggunaannya.
h. Kekerasan permukaan yang sangat kurang kekerasan bahan polimer masih jauh di bawah bahan logam dan keramik
i. Kurang tahan terhadap pelarut. Bahan polimer mudah larut dalam zat pelarut tertentu
j. Mudah termuati listrik secara elektrostatis. Kecuali beberapa bahan yang khusus dibuat agar menjadi hantaran listrik, kurang higroskopik dan dapat dimuati listrik.
k. Beberapa bahan tahan abrasi atau mempunyai koefisien gesek yang kecil (Suryati, 2012A).
Polimer ialah rangkaian atom yang panjang dan berulang-ulang dan dihasilkan daripada sambungan beberapa molekul lain yang dinamakan monomer. Monomer-monomer ini mungkin serupa, atau mungkin juga mempunyai satu atau lebih kumpulan kimia yang diganti. Dalam protein, perbedaan-perbedaan ini membolehkan polimer menjadi suatu struktur tertentu, bukannya menjadi lingkaran rawak. Kebanyakan polimer ialah polimer organik, terdapat juga polimer inorganik, yang juga dikenali sebagai polimer sintetik.
Istilah polimer merangkumi kumpulan molekul yang besar, termasuk protein dan gentian Kelvar yang mempunyai kekuatan tinggi. Satu sifat yang membedakan polimer daripada molekul besar lain adalah pengulangan unit-unit atom (monomer) dalam rangkaian. Hal ini berlaku ketika proses pengpolimeran, di mana banyak molekul monomer bersambung antara satu sama lain. Contohnya, dalam proses pembentukan polietena, ribuan molekul etena bersambung untuk menjadi lingkaran CH2 berulang. Istilah polimer berasal dari kata Yunani polus yang bermakna "banyak" dan meris yang bermakna "bahagian". Oleh sebab polimer-polimer dibedakan dengan monomer-monomer utamanya, rangkaian polimer dalam sesuatu bahan biasanya tidak sama panjang; tidak seperti
molekul-molekul lain di mana setiap atom mempunyai isi molekul-molekul relatif yang sama (Roiter dan Minko, 2005)
2.5 Aspal
Dalam kehidupan sehari-hari aspal memiliki banyak kegunaan diantaranya digunakan sebagai pelapis dalam pembuatan jalan, coating atap dan sebagai
waterproofing pada peralatan industri. Jenis aspal yang telah umum dikenal antara
lain:
1. Aspal cair yaitu aspal keras yang dicampur dengan pelarut
2. Aspal emulsi yaitu aspal yang terdiri dari butir-butir aspal halus dilarutkan dalam air lebih encer dari aspal cair
3. Aspal keras yaitu aspal yang didapat dari penyulingan minyak bumi dengan kadar peragian rendah (Napthan base crude oil) yaitu lebih dari 2% berat
4. Aspal granular yaitu aspal yang ada di alam dalam bentuk bahan tambang. Aspal adalah salah satu material yang digunakan untuk membuat jalan raya, Aspal tersebut merupakan bahan hidrokarbon yang bersifat melekat (adhesive), berwarna hitam kecoklatan, tahan terhadap air. Aspal sering juga disebut bitumen merupakan bahan pengikat pada campuran beraspal yang dimanfaatkan sebagai lapisan permukaan perkerasan lentur. Aspal berasal dari aspal alam (aspal buton) atau aspal minyak (aspal yang berasal dari minyak bumi). Aspal juga disebut cairan kental yang merupakan senyawa hidrokarbon dengan sedikit mengandung sulfur, oksigen, dan klor. Aspal akan bersifat padat pada suhu ruang dan bersifat cair bila dipanaskan (Asnawi, 2011).
2.5.1 Aspal Buton
Aspal Buton adalah aspal alam yang terkandung dalam deposit batuan yang terdapat di Pulau Buton. Jumlah deposit diperkirakan sebesar 350 juta ton, dengan kadar aspal bervariasi antara 10% sampai dengan 40 %. Aspal ini berada di dalam tanah dengan variasi kedalaman mulai 1,5 m di bawah permukaan tanah.
Lokasi aspal buton tersebar sekitar 70.000 ha dari Teluk Sampolawa disebelah Selatan sampai ke Teluk Lawele disebelah Utara dapat dilihat pada Gambar 2.1.
Gambar 2.1 Lokasi deposit aspal Buton (Tobing, 2003)
Terjadinya aspal Buton disebabkan oleh terdapatnya sumber minyak bumi di bawahnya ketika terjadi penggeseran atau patahan lempeng bumi. Patahan ini menyebabkan minyak bumi dengan tekanan yang kuat keluar melalui celah-celah patahan dan terjadilah “migrasi” atau perpindahan kelapisan yang lebih porous di atasnya. Minyak bumi kemudian terimpregnasi atau menyusup ke dalam rongga-rongga batuan atau bahan yang porous. Peristiwa geologis ini terjadi ribuan bahkan jutaan tahun yang lalu (Tobing, 2003).
Penetrasi bitumen aspal Buton Lawele adalah 32-200 (10-4 m). Aspal Buton Lawele berupa gumpalan-gumpalan yang lunak. Jenis aspal Buton ini bersifat higroskopis (mudah menyerap air). BGA (Buton Granular Asphalt) mempunyai ketahanan terhadap temperatur tinggi, titik lembek (dapat mencapai 50 – 60 0C ) bitumen sehingga campuran akan lebih tahan terhadap temperatur tropis yang tinggi.
2.5.2 Sumber Aspal
Aspal yang dihasilkan dari industri kilang minyak mentah (crude oil). Isitilah aspal kilang minyak atau refinery bitumen merupakan nama yang tepat dan paling umum digunakan. Aspal yang dihasilkan dari minyak mentah yang
diperoleh melalui proses destilasi minyak bumi. Proses penyulingan ini dilakukan dengan pemanasan hingga suhu 3500C di bawah tekanan atmosfir untuk memisahkan fraksi-fraksi minyak seperti gasoline (bensin), kerosene (minyak tanah) dan oil (Wignall, 2003).
2.5.3 Kandungan Aspal
Kandungan aspal terdiri dari senyawa asphaltenes dan maltene.
Asphaltenes merupakan campuran kompleks dari hidrokarbon, yang terdiri dari
cincin aromatik kental dan senyawa heteroaromatik yang mengandung belerang, serta amina, amida, senyawa oksigen (keton, fenol atau asam karboksilat), nikel dan vanadium. Aspal atau bitumen adalah suatu campuran cairan kental senyawa organik, berwarna hitam, lengket, larut dalam karbon disulfida, dan struktur utamanya oleh “polisiklik aromatis hidrokarbon” yang sangat kompak ( Nuryanto, 2008)
Aspal polimer adalah suatu material yang dihasilkan dari modifikasi antara polimer alam atau polimer sintetis dengan aspal. Modifikasi aspal polimer (atau biasa disingkat dengan PMA) telah dikembangkan selama beberapa dekade terakhir. Dengan sedikit penambahan bahan polimer (biasanya sekitar 2-6%) sudah dapat meningkatkan hasil ketahanan yang lebih baik terhadap deformasi, mengatasi keretakan-keretakan dan meningkatkan ketahanan usang dari kerusakan akibat umur sehingga dapat mengurangi biaya perawatan atau perbaikan (Hafizullah, 2011).
2.6 Polietilena Densitas Rendah atau LDPE
LDPE adalah termoplastik yang terbuat dari minyak bumi. 1 kali diproduksi oleh Imperial Chemical Industries (ICI) pada tahun 1933 menggunakan tekanan tinggi dan polimerisasi radikal bebas. LDPE dicirikan dengan densitas antara 910 - 940 kg/m3 dan tidak reaktif pada temperatur kamar, kecuali oleh oksidator kuat dan beberapa jenis pelarut dapat menyebabkan kerusakan. LDPE dapat bertahan pada temperatur 900 C dalam waktu yang tidak terlalu lama.
LDPE memiliki percabangan yang banyak, lebih banyak dari pada HDPE sehingga gaya antar molekulnya rendah. Ketahanan LDPE terhadap bahan kimia diantaranya :
1. Tak ada kerusakan dari asam, basa, alkohol, dan ester.
2. Kerusakan kecil dari keton, aldehida, dan minyak tumbuh-tumbuhan. 3. Kerusakan menengah dari hidrokarbon alifatik dan aromatik dan oksidator. 4. Kerusakan tinggi pada hidrokarbon terhalogenisasi
2.7 Agregat Pasir
Pasir adalah bahan batuan halus yang terdiri dari butiran sebesar 1,4.10-4 – 50.10-4
Pasir merupakan agregat halus yang berfungsi sebagai bahan pengisi dalam campuran aspal beton. Agregat ini menempati kurang lebih 70% dari volume aspal, sehingga akan sangat berpengaruh terhadap kekuatannya (Setyawan, 2006).
m didapat dari hasil disintegrasi batu alam (natural sand) atau dapat juga pemecahanya (artifical sand), dari kondisi pembentukan tempat terjadinya pasir alam dapat dibedakan atas : pasir galian, pasir sungai, pasir laut yaitu bukit-bukit pasir yang dibawa ke pantai (Setyono, 2003).
Agregat, berdasarkan ukuran butirannya dapat dibagi atas 3 bagian menurut (Asnawi, 2011):
1. Agregat Kasar, adalah agregat dengan ukuran butiran lebih besar dari saringan No. 8 (2,36.10-3
2. Agregat Halus, adalah agregat dengan ukuran butiran lebih halus dari saringan No.8 (2,36.10
m)
-3
3. Bahan Pengisi (filler), adalah bagian dari agregat halus yang minimum 75% lolos saringan no. 30 (6.10
m).
-5 m).
2.8 Serat Kelapa (coir fiber)
Serat kelapa adalah material berserat penyusun bagian mesocarp yang tebal (lapisan tengah) pada buah kelapa (Cocos nucifera). Buah kelapa mengandung sekitar 65% berat kernel (bagian tempurung, daging buah dan air)
dan 35% berat serabut kelapa (husk). Serabut kelapa (husk) terdiri 70% pith (serbuk serabut kelapa) dan 30% serat kelapa (coir fiber) tiap basis berat keringnya.Wildan (2010) menyatakan bahwa di beberapa daerah di Indonesia serabut kelapa merupakan produk samping dari industri kopra. Dimana, serabut kelapa tersebut dibuang atau digunakan sebagai pupuk. Hal ini dikarenakan, serabut kelapa memiliki kandungan potassium yang tinggi (Amin, 2009). Berikut ini Gambar 2.2 memperlihatkan bagian- bagian dari buah kelapa.
Gambar 2.2. Bagian-bagian buah kelapa (Wildan, 2010)
Serat kelapa dapat dibagi menjadi 2 jenis, yaitu serat berwarna putih dan serat berwarna coklat. Serat kelapa yang berwarna putih diperoleh dari buah kelapa yang belum matang. Serat ini lebih halus dan memiliki warna yang lebih cerah. Sedangkan serat kelapa berwarna coklat diperoleh dari buah kelapa yang telah matang. Untuk dapat memperoleh serat ini, serabut kelapa perlu direndam dalam air. Berikut ini Tabel 2.1 komposisi kimia serat kelapa.
Tabel 2.1 Komposisi kimia serat kelapa (Wildan, 2010) Komposisi Jumlah (% berat kering)
Sellulosa 35,6
Hemisellulosa 15,4
Pektin 5,1
Lignin 32,7
Selama ini, serat kelapa belum banyak digunakan. Setelah buah kelapa/kopra diperoleh umumnya serabut kelapa hanya difungsikan sebagai bahan bakar, pupuk atau langsung dibuang tanpa adanya pemanfaatan lebih lanjut. Hal ini tentu dapat menimbulkan keresahan. Sebab, nantinya akan semakin banyak limbah serabut kelapa. Selain lingkungan menjadi tidak higienis, nilai ekonominya menurun (Wildan, 2010).
Pada dasarnya, serat kelapa yang diperoleh dari serabut kelapa dapat diaplikasikan menjadi produk-produk yang lebih berkualitas. Serat kelapa yang telah dimodifikasi dapat dibuat bahan kerajinan, bahan pengisi karpet, tikar dan permadani serta bahan baku tali. Selain itu, struktur morfologi serat kelapa juga dapat digunakan untuk membuat reinforced fiber, sebuah komposit yang kuat.dan elastis. Berikut ini Gambar 2.3 pohon kelapa dan serat kelapa.
Gambar 2.3 Pohon kelapa dan serat kelapa (Wildan, 2010)
2.9 GENTENG
Genteng merupakan bagian utama dari suatu bangunan sebagai atap rumah. Fungsi utama genteng adalah menahan panas sinar matahari dan guyuran air hujan. Jenis genteng bermacam-macam, ada genteng beton, genteng tanah liat, genteng keramik, genteng metal, seng, genteng aspal, genteng polimer dan genteng kayu (sirap). Masing-masing genteng mempunyai keunggulan dan kelemahan seperti genteng tanah liat (lempung) selain murah, bahan ini tahan segala cuaca, dan lebih ringan dibanding genteng beton, namun kelemahan
genteng ini adalah mudah pecah. Kualitas genteng sangat ditentukan dari bahan dan proses pembuatan, karena hal tersebut akan menentukan daya serap air dan sifat mekanik genteng.
2.9.1 Genteng Polimer
Genteng berbasis polimer merupakan suatu alternatif pengganti genteng yang dikenal selama ini, dibuat dengan mencampur polimer sebagai matriks dan pengisi (filler) dari bahan alam. Genteng komposit polimer dibuat secara partikel komposit dengan terlebih dahulu mengubah bentuk bahan pengisi menjadi partikel, partikel ini kemudian dicampur dengan matrik polimer pada suhu titik leleh polimer tersebut.
Matrik yang digunakan adalah dapat berupa polietilen, polipropilen dan paduan polietilen-karet alam, sedangkan bahan pengisinya dapat berupa serat sintetis atau serat alam seperti serat jerami, pasir dan serbuk gergaji. Mutu genteng polimer yang dihasilkan bergantung pada bahan matriks, pengisi dan perbandingan komposisi antara matrik dan pengisi. Secara keseluruhan genteng komposit polimer mempunyai beberapa keunggulan seperti ringan, kuat, ekonomis dan estetis serta menggunakan bahan alam yang berlimpah sebagai bahan pengisi (Suryati, 2012A).
Mutu genteng komposit polimer yang dihasilkan bergantung pada bahan matriks, pengisi dan perbandingan antara matrik dan pengisi. Terhadap komposit yang diperoleh dilakukan uji fisik, mekanik, dan termal. Komposit polimer yang memberikan sifat yang diinginkan lalu dicetak dengan bentuk genteng sehingga diperoleh genteng komposit polimer. Secara keseluruhan genteng komposit polimer mempunyai beberapa keunggulan seperti ringan, kuat, ekonomis dan elastis serta menggunakan bahan alam yang berlimpah sebagai bahan pengisi. Keuntungan dari genteng polimer ini juga ramah lingkungan, tahan lama, pemeliharaannya mudah dan fleksibel.
Berdasarkan sistemnya genteng ini memiliki struktur polimer khusus yang meningkatkan fleksibilitas. Kekuatan tarik produk meningkat karena usia pembuatan lapisan lebih kuat dan lebih tahan lama untuk menyediakan produk
dengan kinerja yang sangat baik.(Latif, 2009)
Genteng polimer merupakan perpaduan antara serat organik dan aspal. Material ini diolah sehingga menghasilkan sebuah genteng yang ringan, lentur, dan tahan air. Aspal dalam hal ini berfungsi sebagai water proofing sehingga atap menjadi tahan terhadap kebocoran. Selain anti bocor, genteng aspal juga lebih ringan dibandingkan genteng tanah liat, beton, atau keramik. Dengan bobot yang ringan konstruksi atap pun bisa diminimalkan, sehingga biaya pun bisa dihemat.
2.9.2 Genteng Polimer Pasir Ukraina
Genteng polimer pasir Ukraina memenuhi persyaratan standar nasional Ukraina dan memiliki sertifikat complianca. Kelebihan genteng polimer jenis ini memiliki daya tahan air yang tinggi, tahan terhadap korosi, kuat impak yang tinggi, tahan terhadap sinar matahari dan genteng polimer jenis ini juga dapat melindungi dari semua jenis radiasi serta kedap suara dan tidak memerlukan instalasi tambahan di atas atap untuk menyerap suara.
Tabel 2.2 Karakteristik Genteng Polimer Pasir Ukraina (Milawarni, 2012) Semua produk melewati kontrol mutu, diantaranya ada beberapa tes sifat fisik dan mekaniknya. Untuk lebih jelasnya mengenai karakteristik genteng polimer pasir Ukraina dapat dilihat pada Tabel 2.2 berikut ini:
No Sifat Fisik dan Mekanik Nilai 1 Daya serap air 0,6 %
2 Kuat Lentur 10 Mpa
3 Ketahanan beku Tidak kurang dari 150 cycle,cm
4 Abradability 0,9 g/cm
5
3
Jangka waktu pelunturan Tidak kurang dari 50 tahun
6 Kedap air Kedap air
7 Kerapatan 1500 kg/m
8
3
Ketahanan pukul Tahan pukul 9 Sifat tahan bakar Susah terbakar 10 Massa dalam 1 m2 20 kg
11 Massa dalam 1 pc 2,1 kg 12 Jumlah dalam 1 m2 9 pc
2.9.3 Genteng Aspal
Genteng dari aspal ini tentu tak sepenuhnya dari material aspal. Genteng jenis ini merupakan perpaduan antara bubuk kertas, serat organik, resin, serta aspal. Material ini diolah sehingga menghasilkan sebuah genteng yang ringan, lentur, dan tahan air (Lane et al, 2011).
Aspal dalam hal ini berfungsi sebagai water proofing sehingga atap menjadi tahan terhadap kebocoran. Selain anti bocor, genteng aspal juga lebih ringan dibandingkan genteng tanah liat, beton atau keramik. Dengan bobot yang ringan konstruksi bisa diminimalkan, sehingga biaya pun bisa dihemat (Milawarni, 2012). Genteng berfungsi melindungi bangunan dari guyuran hujan. Genteng juga berfungsi melindungi dari panas cahaya matahari, dingin dan angin.
2.10 SIFAT- SIFAT MATERIAL KOMPOSIT POLIMER
Pengujian sampel bertujuan untuk mengetahui sifat-sifat genteng polimer yang dibuat, baik sifat fisis, sifat mekanik maupun sifat termal. sampel yang diuji akan diketahui kelebihan dan kekurangannya, dan untuk mengetahui kadar kelayakan pemakaian serta kualitasnya. Adapun pengujian yang dilakukan dalam penelitian ini adalah :
2.10.1 Sifat-sifat Fisis a. Kerapatan
Kerapatan merupakan ukuran kepadatan dari suatu material. Ada dua macam densitas yaitu : Bulk Density dan true density. Bulk density adalah densitas dari suatu sampel yang berdasarkan volume bulk atau volume sampel yang termasuk dengan pori–pori atau rongga yang ada pada sampel tersebut.
Pengukuran bulk density untuk bentuk yang tidak beraturan dapat ditentukan dengan Metode Archimedes yaitu dengan menggunakan persamaan 2.1 sebagai berikut (JIS A 5908-2003)
𝜌 =𝑚𝑣 (2.1) dengan: 𝜌 = Densitas (kg/m3 m= Massa sampel (kg) ) v = Volume (m3)
b. Daya serap air
Pori-pori yang terjadi pada sampel dapat menjadi reservoir air bebas di dalam agregat. Presentase berat air yang mampu diserap agregat dan serat di dalam air disebut daya serapan air, sedangkan banyaknya air yang terkandung dalam agregat dan serat disebut kadar air. Pengujian daya serap air (Water
absorbtion) pada masing–masing sampel dapat dilakukan dengan cara menimbang
massa kering sampel dan massa basah. Massa kering adalah massa pada saat sampel dalam keadaan kering, dan massa basah diperoleh setelah sampel mengalami perendaman selama 24 jam pada suhu kamar.
Untuk mendapatkan nilai penyerapan air dapat dihitung dengan menggunakan persamaan Archimedes sebagai berikut :
𝐷𝑎𝑦𝑎 𝑠𝑒𝑟𝑎𝑝 𝑎𝑖𝑟 =𝑀𝑏−𝑀𝑘 𝑀𝑘 𝑥100% (2.2) dengan: Mb M
= Massa sampel dalam keadaan basah (kg)
k
Prosedur pengujian daya serap air ini mengacu pada ASTM C-20-00-2005. Pengujian ini bertujuan untuk menentukan besarnya persentase air yang terserap oleh sampel yang direndam dengan perendaman selama 24 jam.
2.10.2 Sifat Mekanik a. Kekuatan tarik
Kekuatan tarik adalah salah satu sifat dasar dari bahan. Hubungan tegangan-regangan pada tarikan memberikan nilai yang cukup berubah tergantung pada laju tegangan, temperatur, lembaban, dan seterusnya. Kekuatan tarik diukur dengan menarik sekeping sampel dengan dimensi yang seragam. Bentuk sampel uji secara umum digambarkan seperti Gambar 2.4 berikut
Gambar.2.4 Uji Tarik ASTM D 638M (Suryati, 2012B)
Tegangan tarik σ, adalah gaya yang diaplikasikan, F, dibagi dengan luas penampang A. Pengukuran uji tarik berdasarkan ASTM D 638M dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.3 sebagai berikut:
𝜎 =𝐹𝐴 (2.3) Dengan: σ = Tegangan tarik (N/m2 F = Gaya (N) ) A = Luas Penampang (m2) Lebar sampel Panjang sampel
Dalam satuan dyne per sentimeter kuadrat (CGS) atau Newton per meter kuadrat (MKS). Perpanjangan tarik ε adalah perubahan panjang sampel dibagi dengan panjang awal. Perpanjangan tarik dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.4 berikut ini :
𝜀 =∆𝑙𝑙 (2.4) Dimana:
𝜀 = Perpanjangan tarik 𝑙 = Panjang awal (m)
∆𝑙 = Pertambahan panjang (m)
Perbandingan tegangan terhadap perpanjangan disebut modulus tarik. Modulus tarik dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.5.
𝐸 =𝜎
𝜀 (2.5)
Modulus tarik E menggambarkan ukuran ketahanan terhadap tegangan tarik.
b. Kekuatan lentur
Sampel uji berbentuk persegi panjang disesuaikan dengan standar ASTM D–790. Pengujian kekuatan lentur (UFS) dimaksudkan untuk mengetahui ketahanan polimer terhadap pembebanan. Dalam metode ini metode yang digunakan adalah metode tiga titik lentur. Pengujian ini juga dimaksudkan untuk mengetahui keelastisan suatu bahan.
Beban digantungkan pada beban dan span diletakkan di atas piringan besi. Jarak span diatur 0,08 m satu sama lain dan sampel diletakkan di tengah-tengah span. Skala pembebanan maksimum diberi sebesar 100 kgf dan kecepatan 50 mm/menit. Display beban dan regangan tepat pada skala nol. Kertas grafik diatur pada chart recorder sehingga tepat pada posisinya. Kemudian switch dihidupkan bersamaan dengan menekan tombol DOWN. Setelah sampel uji patah, tombol stop ditekan, kemudian tombol RECALL untuk memperoleh beban dan regangan maksimum. Dicatat beban atau Load dan stroke (defleksi) yang ditunjukkan oleh alat Electronic System Universal Testing Machine.
Sampel uji kuat lentur tersebut dapat dilihat pada Gambar 2.5 berikut ini ;
Gambar 2.5 Bentuk dan ukuran sampel pada pengujian kuat lentur (Nurmaulita, 2010)
Pada permukaan bagian atas cupilkan yang dibebani akan terjadi kompresi, sedangkan pada permukaan bawah sampel akan terjadi tarikan. Pada pengujian ini terhadap sampel uji diberikan pembebanan yang arahnya tegak lurus terhadap sampel. Pengujian kekuatan lentur berdasarkan ASTM D–790 dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.6 berikut ini:
UFS (𝜎) = 3𝑃𝐿
2𝑏𝑑2 (2.6)
Dimana :
UFS (𝜎) = Kuat lentur (Pa) P = Load (beban), N L = Jarak span (m) b = Lebar sampel (m) d = Tebal sampel (m)
c. Kekuatan Impak
Kekuatan material terhadap beban kejut dapat diketahui dengan cara melakukan uji impak. Dari hasil pengujian akan dapat diperoleh tingkat kegetasan material tersebut. Kekuatan impak komposit rata-rata masih di bawah kekuatan impak logam. Kekuatan impak komposit sangat tergantung pada ikatan antar molekulnya semakin kuat ikatan antar molekulnya maka akan semakin tinggi pula kekuatan impaknya.
Untuk lebih jelasnya alat uji kuat impat serta simulasinya dapat dilihat Gambar 2.6 berikut ini :
Gambar 2.6. (a) Alat Uji Impak (b) Simulasi Alat Uji Impak (Husna, 2011)
Pengujian impak ini dilakukan untuk mengetahui ketangguhan sampel terhadap pembebanan dinamis. Sampel uji berbentuk persegi panjang dengan standar ASTM D–256. Kemudian sampel diletakkan pada alat penumpu dengan jarak span 0,04 m. Godam pada posisi awal dengan sudut 160o
Prinsip pengujian impak ini adalah menghitung energi yang diberikan beban dan menghitung energi yang diserap oleh spesimen. Saat beban dinaikkan pada ketinggian tertentu, beban memiliki energi potensial, kemudian saat menumbuk spesimen energi kinetik mencapai maksimum. Energi yang diserap spesimen akan menyebabkan spesimen mengalami kegagalan. Bentuk kegagalan itu tergantung pada jenis materialnya, apakah patah getas atau patah ulet kekuatan impak yang dihasilkan (Is) merupakan perbandingan antara energy serap (Es)
, kemudian godam dilepaskan secara tiba-tiba sehingga menumbuk sampel, sebelum dilakukan pengujian sampel terlebih dahulu dilakukan percobaan tanpa sampel penguji. Hal ini dilakukan untuk mengetahui besarnya energi yang hilang akibat gesekan pada porosnya dan gesekannya dengan udara. Setelah penumpukan sampel hingga sampel patah/retak maka pengukuran dilakukan dengan membaca skala yang ditunjukkan oleh jarum penunjuk skala.
dengan luas penampang (A). Kekuatan impak dapat dihitung dengan persamaan 2.7 berikut ini : 𝐼𝑠 =𝐸𝑠 𝐴 (2.7 ) dengan: Is = Kekuatan impak (kJ/m2 Es = Energi serap (J) ) A = Luas permukaan (m2) 2.10.3 Sifat Termal
a. Waktu Penyalaan dan Jarak Bakar
Bahan polimer termasuk yang sangat mudah menyala seperti seluloid dan yang dapat habis terbakar sendiri secara spontan walau api dipadamkan setelah penyalaan, seperti pada polikarbonat. Sifat mampu nyala bahan polimer dapat ditentukan dengan membakar bahan yang diletakkan mendatar.
Cara ini ditetapkan dalam JIS-K6911-1970 dan ASTM-D635-1974. Seperti ditunjukkan Gambar 2.7, nyala api dari alat pembakar
bunsen dipegang pada sudut 30o
1. Mampu nyala: terbakar lebih lama dari 180 detik dengan nyala.
, menyalakan spesimen yang diletakkan mendatar untuk waktu selama 30 detik, dan api dijauhkan. Waktu yang diperlukan agar specimen menyala disebut waktu penyalaan dan panjang specimen yang terbakar disebut jarak bakar. Harga-harga tersebut dipakai untuk menyatakan kemampuan nyala dari bahan yaitu:
2. Habis terbakar sendiri: jarak bakar lebih dari 0,025 m tetapi kurang dari 0,1 m
Dalam ASTM, laju bakar menyatakan jarak bakar persatuan waktu, yang dipakai sebagai kemampuan nyala. Berikut ini Gambar 2.7 merupakan skema alat uji nyala.
Gambar 2.7 Skema kerja alat uji nyala (Suryati, 2012A)
b. Differential Thermal Analysts (DTA)
Sifat khas bahan polimer sangat rentan oleh perubahan suhu. Hal ini disebabkan apabila suhu berubah, pergerakan molekul karena termal akan mengubah kumpulan molekul atau mengubah struktur (terutama struktur yang berdimensi besar). Keadaan tersebut akan mempengaruhi sifat-sifat mekanik. Untuk mengetahui sifat termal bahan, dapat digunakan analisis termal yang salah satu tekniknya adalah metode DTA. Pada DTA, perubahan panas dalam bahan dipantau dengan mengukur perbedaan suhu antara sampel dan bahan acuan sebagai fungsi suhu dari pemanasan terprogram. Perbedaan keduanya dicatat sebagai puncak kurva.
Reaksi endotermik terjadi jika suhu sampel lebih rendah daripada suhu bahan acuan dan pada keadaan sebaliknya terjadi reaksi eksotermik seperti pada Gambar 2.8
Gambar 2.8 Kurva DTA yang menunjukkan jenis-jenis perubahan yang terjadi pada bahan polimer selama proses pemanasan (Aisah et al, 2004)
