4
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Penelitian Terdahulu
Jokosisworo 2009, melakukan penelitian yang berjudul tentang pengaruh penggunaan serat kulit rotan sebagai penguat pada komposit polimer dengan matriks polyester yukalac 157 terhadap kekuatan tarik dan tekuk . Dari kasus ini, ini dilakukan penilitian untuk mendapatkan analisis teknis kekuatan tarik dan tekukan dari serat komposit kulit rotan yang menggunakan perlakuan anyaman keliling dari pola anyaman variasi arah serat 0º / 90º dan 45º sudut sebagai matriks resin poliester. Penelitian ini bertujuan untuk mengidentifikasi kekuatan tarik dan tekukan serat komposit kulit rotan yang mempengaruhi arah serat antara sudut 0º / 90º dan 45º. Dari hasil uji spesimen disajikan kekuatan tarik dan tekukan, dan dibandingkan dengan kuat tarik dan nilai tekukan yang diizinkan oleh BKI (Biro Klasifikasi Indonesia) sebagai teori uji coba standardisasi. Penelitian ini pada, penulis menemukan komposit yang memiliki serat kulit rotan dibandingkan sudut arah serat 0º / 90º dan 45º, perlakuan serat pola anyaman, fraksi volume 42,8% matriks poliester dan 57,2% serat kulit rotan untuk spesimen dari uji kekuatan tarik, fraksi volume 50% matriks poliester dan 50% serat kulit rotan untuk uji lentur spesimen. Dengan metode hand lay up, dari hasil penelitian didapatkan bahwa harga maksimum kekuatan tarik didapat dari komposit dengan arah serat 0º, 90º dan 45º dan bending maksimum didapat dari komposit dengan arah serat 45º.
5
Fahmi dan Hermansyah (2013), melakukan penelitian yang berjudul tentang
pengaruh orientasi serat pada komposit resin polyester /serat daun nanas terhadap kekuatan tarik..Variasi orientasi serat nanas 0º, 0º; 45º, 0º; 90º untuk secara signifikan mempengaruhi kekuatan tarik gabungan. Ada kekuatan tarik maksimum dengan orientasi 0º; 45º. Dari hasil yang didapat menggunakan naturalserat ditemukan rata-rata nanas komposit tegangan dengan orientasi serat 0º = 37,88 N / mm2, 0º; 45º = 41,81 N /mm2, 0º; 90º = 39,37 N / mm2, dari hasil tes ini kita dapat menyimpulkan sifat resin yang diperkuat serat nanas dapat meningkatkan kekuatan tarik.
2.2 Komposit
Komposit yaitu bahn yang lebih atau terdiiri dua bahan . kata composite kata kerja yang berasal dari “to composite” artinya yaitu menyusunn atau menggabung, secara yaitu komposit suatu material yang dibentuk lebih dari dua material dimana pembentuknya melalui campuran yang tidak homogen, sifat dimana masing-masing material mekanik pembentuknya berbeda (Muhajir,2016). Dalam karakteristiknya komposit dipengaruhi oleh penyusunnya yang sangat kuat,distribusinya dan interaksinya. Spesifikasi dipengaruhi oleh geometri darp penguatnya, dimana geometri itu merupakan bentuk, ukuran dan distribusi ukuranya, semua hal ini dikembangkan untuk menaikkan karakteristik mekaniknya sperti kekuatan, kekakuan, ketangguhan, performa terhadap panas dan lainnya. (Sirait, 2010)
Komposit dapat diklasifikasikan berdasarkan jenis matriknya yang seperti pada gambar 2.1 berikut ini:
6
Gambar 2. 1 berdasarkan klasifikasi jenis matriknya
Sumber : Basyarahil,2017
a. PMC (Polymer Matrks Composit)
Komposit yang digunakan dalam sebagai komposit jenis ini dan serat sebagi penguatnya.
b. MMC (Metal Matriks Composite)
Komposit ini menggunakan logam yang ulet sebagai matriksnya. Material ini dimnfaatkan pada temperatur yang lebih tinggi. Keuntungannya dibandingkan dengan PMC yaitu tidak mudah terbakar dan temperaturnya yang lebih tinggi
c. CMC (Ceramic Matriks Composite)
Komposit jenis ini keramik sebagai matriksnya.Secara spesifik tahan terhadap oksidasi dan dan juga kerusakan pada temperature tinggi, komposit ini cocok untuk digunakan pada temperature tinggi dan dapat di aplikasi yang mengalami tekanan berat, seperti komponen mobil dan juga turbin gas.
Berdasarkan jenisnya komposit juga dapat dibedakan yaitu: POLIMER PMC (polimer matrik compocite) MMC (metal matrik compocite) CMC (ceramic matrik compocite)
7
a) Particulate Composite (komposit partikel)
Penguat digunakan dalam bentuk partikelnya Peran partikel dalam komposit ini yaitu untuk membagi agar beban tersebar material dalam merata dan juga menghambat terjadinya deformasi plastic matrik disela-sela partikel gambar partikel composite bisa dilihat di gambar 2.2 dibawah ini .
Gambar 2. 2 Particulate Composite
Sumber : Huda, 2016 b) Fiber Komposite ( komposit serat)
Fungsi utama dari serat adalah sebagai penopang kekuatan dari komposit, sehingga tinggi atau rendahnya kekuatan dari komposit sangat bergantung dari serat yang digunakan, karena tegangan yang diterima pada komposit mulanya diterima dahulu oleh matrik kemudian akan di teruskan kepada serat, sehingga serat akan menahan beban yang diterima sampai mencapai beban maksimum. oleh karenanya serat harus memiliki tegang Tarik dan modulus elastis yang lebih tinggi daripada matrik penyusun komposit. c) Struktural Composite (struktur komposit)
Komposit dari material yang homogen ini biasanya yang sebagian material sifatnya tidak bergantung, akan tetapi sifat nya bergantung terhadap desain geometri pada strktur elemen, yang dibagi pada 2 jenis yaitu:
8 1. Lamina composite
Laminar composite yang memiliki arah high-streght terdiri dari two-dimensional. Lapisan ini ditumpuk yang akan ditempel secara bersamaan dan arah orientasi high-streght nya bervariasi bisa dilihat pada gambar 2.3 sebagai berikut.
Gambar 2. 3 Laminar Composites
2. Sandwich Panel
Terdiri dari 2 wajah atau lembar luar yang kuat yang kurang padat yang dipisahkan lapisan atau inti, yang rendah kekuatannya. Pada bagian ini wajah sebagian besar tekanan dan bending stress yang melintang dapat dilihat di gambar 2.4 dibawah ini.
Gambar 2. 4 Sandwich Panels
2.2.1 Bahan penguat (Reinforcement)
Bagian salah satu utama dari komposit yaitu reinforcement yaitu berfungsi untuk penanggung pada beban utama komposit. Adalah serat glass bahan penguat yang sering dipakai. Bahan baku serat pada umumnya non-akali dipakai (glass
9 tipe). Glass serat ini kekuatan tariknya tinggi, yang lebih kuat dari baja yaitu (90 kgf/mm²) (Aris,2015). Serat grift atau serat karbon yang dibuat dari serat akrilik disinter dan digrafitkan. Serat yang kekuatanya lebih rendah dari serat glass tetapi tidak dapat diabaikan, massa jenis elastiknya baik yang kira-kira 1,8-1,9 lebih rendah dari serat glass.
Pada polimer termoplastik baik digunakan untuk penguat maupun thermosteting dalam bentuk pada umumnya serat (fibr), benang (filament) dan butiran. Factor perbandingan penting untuk menentukan sifat struktur komposit merupakan antara resin dan penguat. Tetapi boleh lebih dari setengah dari resin karena akan menyebabkan kurangnya kerekatan polyester.
2.2.2 Matriks (Resin)
Resein adalah yang sebagai matrik pengikat dalam pembuatan suatu komposit yaitu bahan yang sering dan biasa dipakai. Oleh karen itu harga resin relative murah. Dan didalam suatu proses pengerjaan dengan bahan resin termasuk mudah, karena tidak mengalami perubahan yang sangat signifikan pada saat proses pengeringan. Proses pengeringan dilakukan pada suhu kamar atau dapat dilakukan dengan sinar ultra violet. Selain dapat sebagai matrik pengikat serat yang bagus resin juga memiliki sifat karateristik sebagai berikut (Nugroho, 2016):
a. Tahan Terhadap Panas
Berbagai variasi yang tergantung pada penggunanya bahan resin ini memiliki sifat gel atau gel time yang berada dii titik suhu 25ºC dan biasanya bereaksi di suhu 80ºC. Dan bahan dapat dipertahankan sampai suhu 70ºC.
10 Resin memiliki sifat tahan tahan korosi terhadap bahan kimia. Jika dibandingkan dengan bahan yang terbuat dari logam seoerti baja dan besi cair, resin ini memiliki keunggulan yaitu tehan terhadap air laut, hydrochloric acid.
c. Bahan komposit ini dapat menahan beban kejut dan memiliki sifat tahan yerhadap korosi. Resin ini mengalami proses pengeringan dengan dibantu peroksida organik (katalis) pada suhu kamar.
2.3 Proses produksi material komposit
Keunggulan dari material komposit adalah mudah dibentuk dan buat. Material komposit ini mudah dicetak, menghemat peranti pengerjaan dan memungkinkan bentuk yang rumit. Dalam pembuatan tiap serat harus dilapisi polimer yang memadai dengan bentuk dan ukuran yang sesuai,polimernya agar keras permanen akan tetapi dengan teknologi cetakan yang terbuka dan tertutup (Nasmi Nerlina Sari,2018)
2.3.1 Proses hand lay-up
Hand lay-up adalah produksi komposit dengan sebuah metode yang sederhana. For composite production harus menggunakan sebuah cetakan. Bagian hand lay up harus menggunakan sebuah cetakan kecuali komposit akan bergabung langsung ke struktur lain. Cetakan biasanya dapat dibuat secara sederhana dari lembaran pelat atau memiliki kurav atau tepi yang tak terbatas. Bebrapa cetakan harus digabungkan dalam beberapa bagian cetakan tak terbatasi oleh proses . Kerugianya biaya tenaga kerja, laju produksi lambat, mutu tergantung pada keterampilan dan hanya satu sisi cetakan yang halus (Nasmi Nerlina Sari,2018).
11 Proses hand lay-up juga dipilih karena sesuai untuk pembuatan komposit dengan dimensi standart benda uji, dengan urutan prosesnya sebagai berikut:
1. Dibuatnya cetakan dan benda uji .
2. Dioleskan gelcoat di permukaan cetakan.
3. Gelcoat setalah mengering, mulai dioleskan lapisan resin pertama.
4. Meletakkan penguat, resin ditekan serta membuang udara yang terjebak dengan menggunakan roller.
5. Mengulangi langkah 3 dan 4 sampai ketebalan yang diinginkan. 6. Ditunggu sampai mengering total.
7. Dilepas benda uji dari cetakan dan merapikan.
Proses curring merupakan dimana proses pengerasan atau polymerisasi dari matriks resin untuk membentuk ikatan yang secara permanen antara serat dan lamina dapat dilihat pada gambar 2.5 sebagai berikut.
Gambar 2. 5 Proses Hand Lay-Up
2.3.2 Sheet Moulding Compound (SMC)
SMC yaitu proses yang hampir sama dengan proses tertutup, karena menggunakan peralatan yang cukup komplek. Dalam pengplikasiannya biasanya
12 digunakan dalam industri otomotif dengan control yang baik. Proses ini menggunakan system automaticcountinous-flow yang terdiri dari beberapa roller yang akan membawah bahan penguat dan bahan pengikat, sedangkan roller yang lain menghaluskan lamina yang terbentuk. Proses ini dapat menimbulkan panas hingga 300°F (130°C) dan tekanan sebesar 1000psi.
2.4 Bahan Tambahan Penyusun Komposit
Pada material komposit ini ada beberapa bahan tambahan lainnya yang tersusun. Bahan tambahan ini memiliki berbagai jenis dan fungsinya yaitu:
2.4.1 Aditif
Bahan tambahn yang biasa digunakan untuk meningkatkan kemampuan proses dan untuk mengubah kaulitas dan sifat suatu produk yang dengan menambahkan bahan pada bahn produknya yaitu polymer (resin). Bahan aditif yang dipakai adalah:
a. Pewarna atau Pigmen
Untuk disamping menghasilkan yang tinggi nilai elastis dengn memberi warna produk hasil juga karena untuk melindungi dari sinar karena berfungsi untuk menyerap dan bisa memantulkan jenis sinar tertentu.
b. Pengisi atau filler
Filler yaitu material yang biasanya dalam bentuk partikel atau serat yang untuk mengubah sifat mekaniknya. Alasan yang lain dalam penggunaan filler adalah untuk memperbaiki bentuk stabilitas dan panas. Contoh yang digunakan dalam polymer yaitu : serat selulosik dan bedak (powder), bedak silica dan kalsium karbonat.
13 2.4.2 Katalis (Hardener)
Bahan tambahan utama adalah katalis (hardener).yaitu zat perekat bagi system curing (mengeraskan cairan resin). Pengeras ini bergabung dengan bahan rekatannya yaitu secara kimia. Pengeras ini berupa monomer, polimer atau senyawa campuran. Katalis juga dapat digunakan sebagai zat curing bagi resin thermoset, untuk memperpendek waktu curing dan meningkatkan waktu silang polimernya. Semakin banyaknya katalis, reaksi curing akan semakin cepat. Tetapi kelemahan katalis dapat menimbulkan panas yang tinggi pada saat curing sehingga akan dapat merusak produk yang dibuat. Produk tersebut dapat menjadi bahan komposit getas. Dengan demikian, pemberian katalis dibatasi berkisar 1% - 2% dari berat resin (Aris, 2015).
Katalis yang digunakan dalam penelitian ini memiliki senyawa MEKPO yaitu senyawa Metyl Etyl Keton Peroksida yang berfungsi akan memudahkan saat pelepasan komposit dari cetakan.
2.5 Kekuatan Tarik
Dari salah satu bahan sifat dasa adalah kekuatan tarik. Memberikan nilai yang cukup berubah tergantung padalaju tegangan, lembaban, temperature dan lainnya, dari tegangan regangan pada saat tarikan itu. Dengan diukur kekuatan tarik yaitu menarik sekeping sampel yang dengan beragam dimensi.
Disingkat dengan UTS “Ultimate Tensile Strenght” yaitu kemampuan maksimum bahan dalam akan dapat menahan beban. Pada bahan semua ditahap awal uji tarik, hubungan antara beban atau gaya diberikan berbanding akan lurus dengan perubahan panjang bahan tersebyt. Yang biasa disebut daerah linier atau linier
14 zone. Didaerah ini, pada kurva pertambahan panjang vs beban yang mengikuti pada aturan Hooke, yaitu yang dengan rasio tegangan atau stress dan regangan atau strain yaitu konstan. Bisa dilihat pada gambar 2.6 dibawah ini.
Gambar 2. 6 Kurva Tegangan dan regangan
Pada kurva gambar 2.6 bahwa menunjukkan, bahwa beban diberi sampai titik A, yang kemudian beban itu akan dihilangkan, bahan tersebut maka akan seperti semula (yaitu hamper kembali ke posisi awal) regangan pada titi 0, akan tetapi jika beban itu ditarik melewati titi A, hokum Hooke tidak akan berlaku lagi dan akan terjadi perubahan secara permanen dari bahan itu. Ada batas konvesi batas regangan permanen yaitu perubahan elastis yaitu yag kurang 0,03⁒, tetapi referensi sebagian menyebutkan 0,005⁒.
Dimana titik suatu bahan apabila diberi suatu beban yang akan memasukifase peralihan deformasi elastids ke plastis merupakan titik luluh atau batas proposional, yang dimana yaitu titik penerapan hokum hooke ini masih bisa ditolerir. Pada prakteknya ini dimana pada batas proposionalnya sama dengan dengan elastisnya.
15 Sampel pada bentuk uji ini digambarkan pada gambar 2.7 berikut:
Gambar 2. 7 UjiTarik ASTM D638-84 M1
Sumber : Saefudin, 2014
Hubungan kekuatan tarik ini bisa dihitung dengan persamaan 2.1 dibawah ini: σ = F⁄A (2.1) Dimana:
σ = Tarik Tegangan
F = Gaya yang diaplikasikan A = Luas Penampangnya
Hubungan hubungan perpanjangan tarik digunakan persamaan 2.2 seperti :
ε =Δl/l (2.2) Dimana:
ε = Perpanjangan tarik
l = Panjang awal specimen (m) Δl = Pertambahan panjang (m)
Hubungan pada stress dan strain dirumuskan pada persamaan 2.3 dibawah ini:
E =σ /ε (2.3)
Dimana:
E = Modulus Elastisitas (Nm2) σ = Tegangan Tarik (Nm2) ε = Regangan tarik
16
2.6 Teori Lapisan Tersusun
Teori Lapisan Tersusun akan dapat diterangkan dimana usaha pada bentuk memperoleh atau mempunyai sifat mekanik material lebih baik. Menjadi laminate dengan menyusu lamina lamina. Sususna matriks dan reinforcement dalam suatu lapis disebut lamina. Dalam laminasi dibutuhkan proses pembentukan menjadi laminate .(Hull D, 1981).
2.6.1 Fiber Continous Laminate
Dengan mempunyai suatu penyusu nserat yang tidak mudah terputus hingga mencapai pada ujung lamina, berikut ini jenis-jenis lamina yaitu:
1. Unidirectional Laminate
Adalah dengan bentuk laminate setiap lamina yang akan mepunyai pemyusun arah serat yang sejajar atau sama. Selain itu pada Unidirectional Laminate terdapat setiap bahan dibuat arah serat yang berbeda.
2. Cross-Plied Quasi Isotropik
Yaitu mempunyai susunan serat yang tegak lurus satu sama lain. Lamina yang pertama 0°, kedua membentuk sudut 90° dan yang ketiga 0° dst.
3. In-Palne Random
Serat penguat ini biasanya disebarkan secara acak atau random pada setiap lamina. Serat ini memiliki panjang yang mencapai ujung batas lamina (tidak terputus).
2.6.2 Discontinuous Fiber Laminate
Sebelumnya dengang jenis pada masing-masing lamina yaitu terdiri dari potongan serat yang terputus (Discontinuous). Jenis-jenis dari discontinuous fiber laminate adalah:
17 a. Short-Aligned Fiber
Sesuai pada keperluan pada setiap lamina, penguat yang berupa potongan dari serat glass yang disusun merata dalam arah tertentu.
b. Inplane Random Fiber
Pada jenis ini yang mempunyai penguat berupa potongan serat akan yang akan disebarkan secara acak pada setiap lamina yang seperti pada Continuous Fiber Laminate, akan tetapu serat tersebut yang berbentuk pendek pada setiap ujung-ujungnya akan mencapai batas tepi fiber glasss.
2.7 Kegagalan Komposit
Dianggap suatu struktur gagal jika struktur tersebut tidak berfungsi dengan sempurna. Pada pembebanan suatu struktur yang terjadi kemungkinan kecil terjadinya deformasi, namun pada struktur yang lain akan mengakibatkan kegagalan. Dalam hal ini karena akan terjadinya perbedaan dalam sifat mekanik pada setiap bahan komposit, kegagalan ini biasanya dari salah satu di komponen maupun keduanya (Hull D,1981).
Yang bisa terjadinya kegagalan yaitu:
1. Terjadinya patah pada serat (Fiber Breaking).
2. Lepasnya serat dari matrik (Fiber Pull-Out atau Debonding). 3. Retak mikro pada matrik (Matrik Mikrocracking).
18
2.8 Mekanisme Penguat Serat
Sifat mekanis maupun fisik komponen ini ditentukan oleh kandungannya. Penguat matrik modulus rendah dengan serat kuat bermodulus besar dapat memanfaatkan pemindahan beban ke seratnya. Tiap seratnya bersyarat khusus agar sistem benar bekerja sebagai komposit tersebut.
Hampir seluruhnya beban ditanggung oleh serat. Sedang matrik biasanya berfungsi meneruskan beban terhadap serat, memisahkan serat dengan serat akan mencegah penjalaran retak yang diakibatkan oleh serat yang patah. Sehingga matrik harus bisa memenuhi fungsi berikut : mengikat serat-serat dan menjaga permukaan tidak akan rusak, menjaga serat agar terdispersi dan terpisah (tidak ada retakan atau kegagalan pada permukaan), efisiensi dapat memindahkan tegangan ke serat dengan retakan atau gesekan bila komposit diberi beban (Dhofir, 2017).
2.9 Orientasi Serat Pada Komposit
Factor yang dapat mempengaruhi property mekanik yaitu bentuk material, ukuran, dan orientasi. Pada suatu serat yang biasa dikombinasikan dengan matriks dan resin yang menghasilkan alternatife komposit yang dapat berguna pada pengaplikasian material. Tergantung pada jenis geometri dan jenis serat bahan komposit ini bisa diklasifikasikan. Pada komposit dari sifat-sifat komposit seperti kekakuan, kekuatan, dan ketahanan yang bergantung pada geometri dan sifat seratnya (Fahmi H, 2011).
19
2.10 Serat Agave
Dalam pemanfaatan serat alam sering digunakan pada pengaplikasian kehidupan sehari-hari pada manusia, misalnya pada tekstil,tali temali, dan kerajinan contohnya seperti (keranjang,tas, tikar, serat barang anyaman lain). Serat alam ini penghasil serat 72 jenis tanaman penghasil serat yang sudah digunakan di dunia diantara nya yaitu serat agave termasuk 9 jenis penghasil serat utama yang kegunaan nya untuk bahan baku tali temali (Budi santoso 2009 di ambil dari buku Brink dan Escobin, 2003).
Serat agave didalam negeri ini banyak digunakan untuk tali temali yang dibuat untuk mengemas tembakau. Di Madura 600 ton/tahun yang dibutuhkan tali untuk mengemas tembakau, yang di dapatkan dari A cantalana perrine yang berasal dari madura sendiri. Pada inddustri kapal juga memanfaatkan dari serat agave akan tetapi jenis yang dari jenis A sisalana, karena mempunyai lebih kuat dan tahan terhadap kadar garam yang tinggi. Pada kebutuhan serat agave yang dibuat untuk tali kapal laut itu sendiri mencapai 20-30 ton/bulan di satu industry yang berada di Jawa Barat. Di Tulungagung sendiri serat agave berjenis A sisalana banyak digunakan untuk kerajinan Rakyat seperti keset, sapu, dan sikat. Gambar daun agave bisa dilihat pada gambar 2.8 dibawah ini.
