BAB II TINJAUAN PUSTAKA

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Komposit

Komposit adalah material yang terbentuk dari kombinasi dua atau lebih material sehingga dihasilkan material komposit yang mempunyai sifat mekanik dan karakteristik yang berbeda dari material pembentuknya. Komposit memiliki sifat mekanik yang lebih bagus dan kekuatan jenis lebih tinggi dibandingkan dengan logam. Beberapa lamina komposit dapat ditumpuk dengan arah orientasi serat yang berbeda. Komposit suatu jenis bahan baru hasil rekayasa yang terdiri dari dua atau lebih bahan dimana sifat masing-masing bahan berbeda satu sama lainnya baik itu sifat kimia maupun fisikanya dan tetap terpisah dalam hasil akhir bahan tersebut (bahan komposit). Dengan adanya perbedaan dari material penyusunnya maka komposit antar material harus berikatan dengan kuat, sehingga perlu adanya penambahan wetting agent [10].

Beberapa definisi komposit sebagai berikut

 Tingkat dasar : pada molekul tunggal dan kisi Kristal, bila material yang

disusun dari dua atom atau lebih disebut komposit (contoh senyawa, paduan, polymer, dan keramik)

 Mikrostruktur : pada kristal, phase dan senyawa, bila material disusun dari

dua phase atau senyawa atau lebih disebut komposit (contoh paduan Fe dan C)

5

 Makrostruktur : material yang disusun dari campuran dua atau lebih

penyusun makro yang berbeda dalam bentuk dan/atau komposisi dan tidak larut satu sama lain material komposit (definisi secara makro ini yang biasa dipakai)

2.1.1. Tujuan pembuatan material komposit

Berikut ini adalah tujuan dari dibentuknya komposit, yaitu sebagai berikut :

 Memperbaiki sifat mekanik dan/atau sifat spesifik tertentu

 Mempermudah design yang sulit pada manufaktur

 Keleluasaan dalam bentuk/design yang dapat menghemat biaya

 Menjadikan bahan lebih ringan

2.1.2. Penyusun Komposit

Komposit pada umumnya terdiri dari 2 fasa : 1. Matriks

Matriks adalah bagian dari komposit yang mengelilingi penyusun komposit. Matrik berfungsi sebagai bahan pengikat partikel dan ikut membentuk struktur fisik komposit, serta untuk mendistribusikan beban pada serat penguat.

Resin sebagai matrik dalam komposit memiliki keunggulan antara lain : tahan terhadap pelarut organik, tahan terhadap panas, oksidasi, dan kelembapan, ringan, serta mudah dalam modifikasi dan pembuatannya. Matriks adalah fasa dalam komposit yang mempunyai bagian atau fraksi volume terbesar (domain).

Matriks mempunyai fungsi sebagai berikut : a) Mentransfer tegangan ke serat

b) Membentuk ikatan koheren, permukaan matrik/serat c) Melindungi dan memisahkan serat

d) Melepas ikatan dan Tetap stabil setelah proses manufaktur

Gambar 2.1 Ilustrasi matriks pada komposit [11]

2. Reinforcement atau Filler

Salah satu bagian utama dari komposit adalah reinforcement (penguat) yang berfungsi sebagai penanggung beban utama pada komposit.

Gambar 2.2 Ilustrasi reinforcement pada komposit [11]

Adanya dua penyusun komposit atau lebih menimbulkan beberapa daerah dan istilah penyebutannya; Matrik (penyusun dengan fraksi volume

terbesar), Penguat (penahan beban utama), Interphase (pelekat antar dua penyusun), interface (permukaan phase yang berbatasan dengan phase lain).

Gambar 2.3 Pengertian komposit [11]

Secara struktur mikro material komposit tidak merubah material pembentuknya (dalam orde kristalin) tetapi secara keseluruhan material komposit berbeda dengan material pembentuknya karena terjadi ikatan antar permukaan antara matriks dan filter.

Syarat terbentuknya komposit adalah adanya ikatan permukaan antara matriks dan filter, ikatan antar permukaan ini terjadi karena adanya gaya adhesi dan kohesi. Dalam material komposit gaya adhesi-kohesi terjadi melalui 3 cara utama :

o Interlocking antar permukaan → ikatan yang terjadi karena kekasaran bentuk permukaan partikel.

o Gaya elektrostatis → ikatan yang terjadi karena adanya gaya tarik-menarik antara atom yang bermuatan (ion).

o Gaya vanderwalls → ikatan yang terjadi karena adanya pengutupan antar partikel.

Kualitas ikatan antara matriks dan filter dipengaruhi oleh beberapa variable antara lain:

o Ukuran partikel

o Rapat jenis bahan yang digunakan o Fraksi volume material

o Komposisi material o Bentuk partikel

o Kecepatan dan waktu pencampuran o Penekanan (kompaksi)

o Pemanasan (sintering) 2.1.3. Propertis Komposit

Sifat maupun karakteristik dari komposit ditentukan oleh : [12]

 Material yang menjadi penyusun komposit

Karakteristik komposit ditentukan berdasarkan karakteristik material penyusun menurut rule of mixture sehingga akan berbanding secara proporsional.

 Bentuk penyusunan structural dari penyusun

Bentuk dan cara penyusunan komposit akan mempengaruhi karakteristik komposit.

 Interaksi antar penyusun

Bila terjadi interkasi antar penyusun akan meningkatkan sifat dari komposit.

2.1.4. Klasifikasi komposit

Berdasarkan matrik, komposit dapat diklasifikasikan kedalam tiga kelompok besar yaitu :

a) Komposit matrik polimer (KMP), polimer sebagai matrik.

b) Komposit matrik logam (KML), logam sebagai matrik.

c) Komposit matrik keramik (KMK), keramik sebagai matrik.

Gambar 2.4 Klasifikasi komposit berdasarkan bentuk dari matriks [11]

Gambar 2.5 Matriks dari beberapa tipe komposit [11]

a. Fiber sebagai penguat (Fiber composites) Composit

Metal matrix composite

(MMC)

Polimer matrix composite

(PMC) Ceramic matrix

composite (CMC)

Fungsi utama dari serat adalah sebagai penopang kekuatan dari komposit, sehingga tinggi rendahnya kekuatan komposit sangat tergantung dari serat yang digunakan, karena tegangan yang dikenakan pada komposit mulanya diterima oleh matrik akan diteruskan kepada serat, sehingga serat akan menahan beban sampai beban maksimum. Oleh karena itu serat harus mempunyai tegangan tarik dan modulus elastisitas yang lebih tinggi daripada matrik penyusun komposit [11]

Fiber yang digunakan harus memiliki syarat sebagai berikut :

 Mempunyai diameter yang lebih kecil dari diameter bulknya (matriksnya) namun harus lebih kuat dari bulknya.

 Harus mempunyai tensile strength yang tinggi.

Parameter fiber dalam pembuatan komposit, yaitu sebagai berikut : a) Distribusi

b) Konsentrasi c) Orientasi d) Bentuk e) Ukuran

Gambar 2.6 Parameter fiber dalam pembuatan komposit [11]

Proses produksi pada fiber-carbon yaitu sebagai berikut : 1) Open Mold Process

a) Hand Lay-Up b) Spray Lay-Up

c) Vacuum Bag Moulding d) Filament Winding 2) Closed Mold Process a) Resin Film Infusion b) Pultursion

Berdasarkan penempatannya terdapat beberapa tipe serat pada komposit, yaitu :

Gambar 2.7 Tipe serat pada komposit [11]

a) Continuous Fiber Composite

Continuous atau uni-directional, mempunyai susunan serat panjang dan lurus, membentuk lamina diantara matriksnya. Jenis komposit ini paling banyak digunakan, kekurangan tipe ini adalah lemahnya kekuatan antar lapisan. Hal ini dikarenakan kekuatan diantara lapisan dipengaruhi oleh matriksnya, seperti gambar 2.7 .

b) Woven Fiber Composite (bi-dirtectional)

Komposit ini tidak mudah terpengaruh pemisahan antar lapisan karena susunan seratnya juga mengikat antar lapisan. Akan tetapi susunan serat memanjangnya yang tidak begitu lurus mengakibatkan kekuatan dan kekakuan tidak sebaik tipe continous fiber [11].

c) Discontinuous Fiber Composite (shopped fiber composite)

Komposit dengan tipe serat pendek masih dibedakan lagi menjadi : 1) Aligned discontinuous fiber

2) Off-axis discontinuies fiber

3) Randomly oriented discontinuous fiber

Randomly oriented discontinuous fiber merupakan komposit dengan serat pendek yang tersebar secara acak diantara matriksnya. Tipe acak sering digunakan pada prosuksi dengan volume besar karena faktor biaya manufacturnya yang lebih murah. Kekurangan dari jenis serat acak adalah sifat mekanik yang masih dibawah dari penguatan dengan serat lurus pada jenis serat yang sama , seperti gambar 2.8

Gambar 2.8 Tipe discontinuous fiber [11]

d) Hibryd fiber composite

Hibryd fiber composite merupakan komposit gabungan antara tipe serat lurus dengan serat acak. Pertimbangannya supaya dapat mengeliminir kekurangan sifat dari kedua tipe dan dapat menggabungkan kelebihannya.

Jenis fiber yang biasa digunakan untuk pembuatan komposit antara lain sebagai berikut :

a) Serat gelas (Fiber-glass)

Sifat-sifat fiber-glass, yaitu sebagai berikut :

 Density cukup rendah (sekitar 2,55 g/cc).

 Tensile strengthnya cukup tinggi (sekitar 1,8 GPa).

 Biasanya stiffnessnya rendah (70 GPa).

 Stabilitas dimensinya baik.

 Resisten terhadap panas dan dingin serta tahan korosi.

 Komposisi umum adalah 50-60 % SiO2 dan paduan lain yaitu Al, Ca, Mg, Na dan lain-lain.

Keuntungan dari penggunaan fiber-glass yaitu sebagai berikut :

 Biaya murah dan tahan korosi.

 Biayanya relative lebih rendah dari komposit lainnya.

 Biasanya digunakan untuk tanks, boats, alat-alat olahraga.

Kerugian dari penggunaan fiber-glass yaitu sebagai berikut :

 Kekuatannya relative rendah.

 Elongasi tinggi.

 Kekuatan dan beratnya sedang (moderate).

Jenis-jenisnya antara lain :

1. E-glass 2. C-glass 3. S-glass

Tabel 2.1 Sifat-sifat dari jenis fiber-glass

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: Smallman, R.E. & Bishop, R.J. 2000 Metalurgi Fisik Modern dan Rekayasa Material. Edisi Keenam, Erlangga, Jakarta

Tabel 2.2 Komposisi senyawa kimia fiber-glass Tipe

serat

Komposisi senyawa kimia (%)

SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Na2O B2O3 K2O BaO E-glass 52.4 14.4 0.2 17.2 4.6 0.8 10.6 - - C-glass 64.4 4.1 0.1 13.4 3.3 9.6 4.7 0.4 0.9

S-glass 64.4 4.4 - - 10.3 0.3 - - -

Sumber: Smallman, R.E. & Bishop, R.J. 2000 Metalurgi Fisik Modern dan Rekayasa Material. Edisi Keenam, Erlangga, Jakarta

b) Serat nylon (Fiber-nylon)

Sifat-sifat fiber-nylon, yaitu sebagai berikut : 1. Dibuat dari polyamide.

2. Lebih kuat, lebih ringan, tidak getas dan tidak lebih kaku dari carbon.

3. Contoh merek nylon yaitu Kevlar (Dupont) dan Kwaron (Akzo).

c) Serat carbon (Fiber-carbon)

Sifat-sifat fiber-carbon, yaitu sebagai berikut :

1. Densitas carbon cukup ringan yaitu sekitar 2,3 g/cc.

2. Struktur grafit yang digunakan untuk membuat fiber berbentuk seperti Kristal intan.

3. Mempunyai karakteristik yang ringan, kekuatan yang sangat tinggi, kekakuan (modulus elastisitas) yang tinggi.

4. Terdiri dari lebih dari 90 % carbon.

5. Dapat dibuat bahan turunan : grafit yang kekuatannya dibawah serat carbon.

6. Diproduksi dari Polyacrylnitril (PAN) melalui tiga tahap proses sebagai berikut :

a. Stabilitasi = Peregangan dan oksidasi.

b. Carbonisasi = Pemanasan untuk mengurangi O, H, N.

c. Grafitisasi = Meningkatkan modulus elastisitas.

Tabel 2.3 Kelebihan dan Kekurangan fiber

Fiber Kelebihan Kekurangan

Fiber-glass 1. Kekuatan tinggi 2. Relatif murah

Kurang elastis Fiber-carbon 1. Kuat hingga sangat kuat

2. Stiffnessi (kuat+keras) besar 3. Koefisien pemuaian kecil 4. Menahan getaran

1. Agak getas

2. Nilai peregangan kurang 3. Agak mahal

Fiber-graphite 1. Lebih stiffness dari Carbon 2. Lebih ulet

Kurang kuat dibanding Carbon

Fiber-nylon (aramin)

1. Agak stiff (kuat+keras) &

sangat ulet

2. Tahan terhadap benturan

1. Kekuatan tekan lebih rendah dari carbon 2. Ketahanan panas lebih

3. Kekuatannya besar (lebih kuat dari baja)

4. Lebih murah dari carbon

rendah dari carbon (hingga 180C)

Sumber: Smallman, R.E. & Bishop, R.J. 2000 Metalurgi Fisik Modern dan Rekayasa Material. Edisi Keenam, Erlangga, Jakarta

d) Hybrid Fiber (kombinasi dari berbagai jenis serat).

1. Glass Versus Carbon

a) Meningkatkan shock resistence (tahan benturan).

b) Meningkatkan fracture resistence (tahan patahan/ulet).

c) Mengurangi biaya.

2. Glass versus Nylon

a) Meningkatkan kekuatan tekan.

b) Memperbaiki pemrosesan (manufaktur).

c) Mengurangi biaya.

3. Carbon versus Nylon

a) Meningkatkan kekuatan tarik.

b) Meningkatkan kekuatan tekan.

c) Meningkatkan kekuatan pada pembengkokan.

a. Fiber sebagai structural (Structure composites)

Komposit structural dibentuk oleh reinforce-reinforce yang memiliki bentuk lembaran-lembaran. Berdasarkan struktur, komposit dapat dibagi menjadi dua yaitu struktur laminate dan sruktur sandwich, ilustrasi dari kedua struktur komposit tersebut dapat dilihat pada gambar 2.9.

Gambar 2.9 Ilustrasi komposit berdasarkan strukturnya: a. Striktur laminate b.

Sandwich panel [11]

b. Laminate

Laminate adalah gabungan dari dua atau lebih lamina (satu lembar komposit dengan arah serat tertentu) yang membentuk elemen struktur secara integral pada komposit. Proses pembentukan lamina ini menjadi laminate dinamakan proses laminai. Sebagai elemen sebuah struktur, lamina yang serat penguatnya searah saja (unidirectional lamina) pada umumnya tidak menguntungkan karena memiliki sifat yang buruk. Untuk itulah struktur komposit dibuat dalam bentuk laminate yang terdiri beberapa macam lamina atau lapisan yang diorientasukan dalam arah yang diinginkan dan digabungkan bersama sebagai sebuah unit struktur dapat dilihat pada gambar 2.10. Mikrostruktur lamina dan jenis-jenis dari arah serat dapat dilihat pada gambar dibawah ini :

Gambar 2.10 Jenis-jenis dari fiber reinforced composites [11]

Terdapat beberapa lamina, yaitu :

a) Continous fiber laminate, lamina jenis ini mempunyai lamina penyusun dengan serat yang tidak terputus hingga mencapai ujung-ujung lamina.

Continous fiber laminate:

1. Undirectional laminate (satu arah), yaitu bentuk laminate dengan tiap lamina mempunyai arah serat yang sama. Kekuatan terbesar dari komposit lamina ini adalah searah seratnya.

2. Crosspelin quasi-isotropic (silang), lamina ini mempunyai susunan serat yang saling tegak lurus satu sama lain antar lamina.

3. Random/woven fiber composite, lamina ini mempunyai susunan serat.

b) Discontinous fiber composite, berbeda dengan jenis sebelumnya maka laminate ini pada masing-masing lamina terdiri dari potongan serat pendek yang terputus dan mempunyai dua jenis yaitu :

1. Short Aligned Fiber, potongan serat tersusun dalam arah tertentu, sesuai dengan keperluan setiap lamina.

2. In-Plane Random Fiber, potongan serat disebarkan secara acak atau arahnya tidak teratur.

2.1.5. Keunggulan Bahan Komposit

Bahan komposit mempunyai beberapa kelebihan berbanding dengan bahan konvensional seperti logam. Kelebihan tersebut pada umumnya dapat dilihat dari beberapa sudut yang penting seperti sifat-sifat mekanikal dan fisikal, keupayaan (reability), kebolehprosesan dna biaya, seperti yang diuraikan dibawah ini :

Sifat-sifat mekanikal dan fisikal, pada umumnya pemilihan bahan matriks dan serat memainkan peranan penting dalam menentukan sifat-sifat mekanik dan sifat komposit. Gabungan matriks dan serat dapat menghasilkan komposit yang mempunyai kekuatan dan kekakuan yang lebih tinggi dari bahan konvensional [13]

 Bahan komposit mempunyai density yang jauh lebih rendah berbanding dengan bahan konvensional. Ini memberikan implikasi yang penting dalam konteks penggunaan karena komposit akan mempunyai kekuatan dan kekakuan spesifik yang lebih tinggi dari bahan konvensional. Implikasi kedua ialah produk komposit yang dihasilkan akan mempunyai kerut yang lebih rendah dari logam. Pengurangan berat adalah satu aspek yang penting dalam industri pembuatan seperti automobile dan angkasa lepas. Ini karena berhubungan dengan penghematan bahan bakar.

 Dalam industri angkasa lepas terdapat kecenderungan untuk menggantikan komponen yang diperbuat dari logam dengan komposit karena telah terbukti

komposit mempunyai rintangan terhadap fatigue yang baik terutamanya komposit yang menggunakan serat carbon.

 Bahan komposit juga mempunyai kelebihan dari segi versatility (berdaya guna) yaitu produk yang mempunyai gabungan sifat-sifat yang menarik yang dapat dihasilkan dengan mengubah sesuai jenis matriks dan serat yang digunakan. Contoh dengan menggabungkan lebih dari satu serat dengan matriks untuk menghasilkan komposit hybrid.

 Massa jenis rendah (ringan).

 Lebih kuat dan lebih ringan.

 Perbandingan kekuatan dan berat yang menguntungkan.

 Lebih kuat (stiff), ulet (tough), dan tidak getas.

 Koefisien pemuaian yang rendah.

 Tahan terhadap cuaca.

 Tahan terhadap korosi.

 Mudah diproses (dibentuk).

Biaya, faktor biaya juga memainkan peranan yang sangat penting dalam membantu perkembangan industri komposit. Biaya yang berkaitan erat dengan penghasilan suatu produk yang seharusnya memperhitungkan beberapa aspek seperti biaya bahan mentah, pemrosesan, tenaga manusia dan sebagainya.

2.1.6. Kelemahan Bahan Komposit

 Tidak tahan terhadap beban shocki (kejut) dan crash (tabrak) dibandingkan dengan metal.

 Kurang elastic.

 Lebih sulit dibentuk secara plastis.

2.1.7. Contoh Material Komposit 1. Plastik diperkuat fiber :

a. Diklasifikasikan oleh jenis fiber :

1) Wood (cellulose fibers in alignin and hemicelluloses matrix) 2) Carbon-fibre reinforced plastic atau CRP

3) Glass-fibre reinforced plastic atau GRP (informally, fiberglass) b. Diklasifikasikan oleh matriks :

1) Komposit Thermoplastik

a) Long fiber thermoplastics or long fiber reinforced thermoplastics.

b) Glass mat thermoplastics.

2) Thermoset Composites 2. Metal matrix composite MMC :

a. Cast iron putih

b. Hardmetal (carbide in metal matrix) c. Metal-inpanas lis laminate

3. Ceramic matrix composites : a. Cermet (ceramic and metal) b. Concrete

c. Reinforced carbon-carbon (carbon fibre in a graphite matrix) d. Bone (hydroxyapatite reinforced with collagen fibers)

4. Organic matrix/ceramic aggregate composites a. Mother of Pearl

b. Syntactic foam c. Asphalt concrete

5. Chobham armour (lihat composite armour) 6. Engineered wood

a. Plywood

b. Oriented strand board

c. Wood plastic composite (recycled wood fiber in polyethylene matrix) d. Pykrete (sawdust in ice matrix)

7. Plastic-impregnated or laminated paper or textiles a. Arborite

b. Formica (plastic) 2.2. Resin epoxy

Resin adalah suatu material yang berbentuk cairan pada suhu ruang atau berupa material padatan yang akan meleleh pada suhu diatas 200^oC. Resin dapat dibagi menjadi 2 (dua) bagian yaitu :

a. Resin Termoset

Resin termoset adalah resin yang akan mengeras jika dipanaskan, namun jika dipanaskan lebih lanjut tidak akan melunak atau dengan kata lain proses pengerasannya irreversible. Thermoset tidak dapat mengikuti perubahan suhu (irreversible). Bila sekali pengerasan telah terjadi maka bahan tidak dapat dilunakkan kembali. Pemanasan yang tinggi tidak akan melunakkan termoset melainkan akan membentuk arang dan terurai karena sifatnya yang demikian sering digunakan sebagai penutup ketel, seperti jenis-jenis melamin. Plastik jenis

termoset tidak begitu menarik dalam proses daur uang karena selain sulit penanganannya juga volumenya jauh lebih sedikit (sekitar 10%) dari volume jenis plastik yang bersifat termoplastik. Contoh dari thermoset yaitu Epoxyda, Bismaleimida (BMI), dan Poli-imida (PI) [10].

b. Resin termoplastik

Resin termoplastik adalah resin yang melunak jika dipanaskan dan akan mengeras jika di dinginkan, atau dapat dikatakan bahwa proses pengerasannya bersifat reversible. Thermoplastic adalah plastic yang dapat dilunakkan berulang kali (recycle) dengan menggunakan pana. Thermoplastic merupakan polimer yang akan menjadi keras apabila didinginkan. Thermoplastic meleleh pada suhu tertentu, melekat mengikuti perubahan suhu dan mempunyai sifat dapat balik (reversiblei) kepada sifat aslinya, yaitu kembali mengeras bila didinginkan.

Contoh dari thermoplastic yaitu Poliester, Nylon 66, PTFE, PET, Polieter sulfon, PES dan Polieter eterketon (PEEK) [10].

Resin epoxy merupakan polimer termoset yang banyak digunakan sebagai salah satu bahan dalam pembuatan komposit. Keunggulan yang dimiliki resin epoxy adalah ketahanannya terhadap panas dan kelembapan, sifat mekanik yang baik tahan terhadap bahan – bahan kimia, sifat isolator, sifat perekat yang baik terhadap berbagai bahan, dan mudah diproses.

Karakteristik epoxy secara umum yaitu kemampuan mengikat paduan metalik yang baik disebabkan oleh adanya gugus hidrolik yang memiliki kemampuan membentuk ikatan melalui ikatan hydrogen. Gugusan hidrosil ini dimiliki oleh oksida metal, dimana pada kondisi normal menyebar pada

permukaan metal sehingga menunjang terjadinya ikatan antara atom pada epoxy dengan atom yang berbeda pada material metal. Perbandingan serat carbon antara epoxy dan polyester dapat dilihat pada tabel 2.4

Tabel 2.4 Perbandingan Serat Carbon

Epoxy Polyester

Density (mg/m³) 1,1 – 1,4 1,1 – 1,5

Young’s modulus (GNm^-2) 3 – 6 2 – 4,5

Tensile strength (MNm^-2) 35 – 100 40 – 90

Poisson’s rasio 0,38 – 04 0,37 – 0,39

Compressive strength (MNm^-2) 100 – 200 90 – 250

Shrinkage on curing (%) 1 – 2 4 – 8

Water absorpastion 24h to 20^oC (%) 0,1 – 0,4 0,1 – 0,3 Sumber: D. Hull, T.W. Clyne, An Introduction to Composite Materials, 1981

2.3. Serat Basalt

Basalt adalah batuan vulkanik beku yang ekstrusif, terbentuk dari solidifikasi magma yang terjadi di permukaan bumi. Ciri-ciri utama batu basalt terdiri dari atas kristal-kristal yang sangat kecil, berwarna hijau ke abu-abuan dan berlubang-lubang. Material basalt adalah terdisi dari unsur unsur berat ; 52.8%SiO2, 17.5%Al2O3, 10.3Fe2O3, 4.63%MgO, 8.59CaO, 3.34%Na2O, 1.46%K2O, 1.38%TiO2, dan sisanya adalah P2O5, MnO, dan Cr2O3 masing - masing 0.28%, 0.16%, dan 0.06%.

Serat basalt atau basalt fiber merupakan serat baru yang sifatnya lebih kuat, lebih bersahabat dengan lingkungan dan manusia, lebih sehat dan dengan biaya produksi yang lebih murah. Serat basalt diekstrak langsung dari batuan beku basalt. Secara spesifik manfaat dari basalt fiber bisa diaplikasikan dalam

kontruksi bangunan, kontruksi jalan, kontruksi bawah tanah, menguatkan batang (baja), geotekstil, pengerjaan teknik, agrikultur.

Gambar 2.11. a. Bahan Baku basalt, b. Serat basalt

Basalt fiber merupakan bahan campuran yang baik karena tidak ada deformasi permanen jika dibengkokkan, sangat tahan terhadap korosi, sukar bereaksi dengan senyawa kimia, tahan terhadap penyerapan air, tensil strengthnya tinggi, panas konduktivitas rendah, memililki ketahanan yang baik terhadap temperature tinggi, dan tidak beracun. Sifatnya yang ramah lingkungan menjadi alasan basalt fiber bisa dipakai pesaing nomor satu pengganti baja dan plastik untuk campuran bahan penguat (reinforcement material), temperatur meltingnya saat diproduksi mencapai 600C.

2.4. Serat Carbon

Serat carbon merupakan salah satu bentuk material komposit. Komposit serat carbon merupakan salah satu jenis meterial komposit yang menggunakan fiber carbon sebagai salah satu penyusunnya. Material komposit tersusun atas dua komponen yaitu matrik dan material penguat (reinforcement). Fiber carbon bertugas sebagai material penguat pada komposit serat carbon. Sedangkan untuk

matriksnya biasanya digunakan resin polimer semacam epoxy. Matriks resin ini berfungsi untuk mengikat material penguat.

Bahan baku carbon fiber biasanya terdiri dari 90% carbon yang dibuat dari bahan dasar Polyacrylonitrile (PAN) sedangkan 10% sisanya diproduksi dari minyak bumi. Semua bahan baku yang digunakan ini merupakan polimer organik, memiliki karakter ikatan molekul panjang yang tersusun atas atom-atom carbon.

Bahan matrik thermoseting yaitu modified BPA epoxy resin (HTC-667C) dengan harderner with a modified aliphatic amine hardener diproduksi oleh perusahaan Jet Korea Co. (Korea). Karakteristik bahan ditunjukkan seperti Tabel 2.5 dan Tabel 2.6.

Tabel 2.5 Basic specification of plain woven serat carbon dan serat basalt [5,12]

Category/Unit Standard Carbon Standar Basalt Used yarn

Product number Weave

fabric thickness (mm)

Construction warp (tread count/inch) Construction weft (tread

count/inch)

fabric weight (g/m²) Width (mm)

TR 30S-3L C120-3K Plain 0.25 ± 0.02

12.5 ±1 carbon 3K 13.5 ±1 carbon 3K 200 ±10

1000

-

EcoB4-F210 Plain

0.19 – 0.20 22

26 210 ±10 1000

Tabel 2.6 Properties of epoxy resin (HTC-667C)

Category/Unit standard

Specific gravity [25^˚C]

Viscosity (cps, 25˚C Hardener

Tensile strength (MPa) Compressive strength (MPa) Flexural strength (MPa)

1.16 ±0.02 1200±500

Modified aliphatic amine 63.7

88.2 81.3

2.5. Konduktivitas Panas dari Komposit Polimer

Gambar 2.12. a.Uji susun mengunakan meter bar sebagai kalorimeter, b. penjaga panas uji susun [21]

Ciri umum dari alat yang memenuhi metode uji konduktivitas panas ditunjukan pada gambar 2.12 a dan b, alat ini membebankan pada kondisi pengujian dan menyelesaikan pengukuran yang diperlukan. Alat ini dapat dianggap sebagai salah satu teknik yang mungkin. sumber panas salah satunya menggunakan pemanas listrik, tipe pemanas listrik dibuat dengan lilitan kawat.

a b

Standar ini mencangkup metode uiji untuk pengukuran impedansi panas dan perhitungan konduktivitas panas yang jelas untuk konduktivitas panas bahan isolasi listrik mulai dari senyawa cair ke padat. Istilah konduktivitas panas hanya berlaku untuk bahan homogen.

Banyak model teoritik dan empirik yang telah diperkenalkan untuk memprediksi efektivitas konduktivitas panas dari campuran dua serat. Untuk komposit dua komponen, alternatif sederhana dengan menyusun material secara parallel atau seri yang mengacu pada aliran panas yang memberikan batas atas dan batas bawah efektivitas konduktivitas panas.

Perpindahan panas merupakan perpindahan energi dalam bentuk panas yang terjadi karena adanya perbedaan suhu diantara benda atau material. Ada 3(tiga) bentuk mekanisme perpindahan panas yaitu konduksi, konveksi, dan raidiasi. Perpindahan panas secara konduksi adalah proses perpindahan panas dimana panas mengalir dari daerah yang bertemperatur tinggi ke daerah bertemperatur rendah dalam suatu medium (padat, cair, atau gas) atau antara medium-medium yang berlainan yang bersinggungan secara langsung sehingga terjadi pertukaran energy dan momentum.

Konduktivitas panas polimer diketahui bahwa perpindahan panas meningkat secara signifikan dan menurun secara perlahan dalam arah tegak lurus.

Hasil penelitian tentang konduktivitas panas dari beberapa komposit polimer tersedia dalam literatur eksperimental sebaik analisa numerik dan analitik [15,16].

Filter yang sering digunakan antara lain partikel aluminium, tembaga, kuningan, fiber carbon pendek, carbon, grafik, aluminium nitrit, dan magnesit.

Mengkaji secara mendalam model dan metode untuk memprediksi konduktivitas panas sistem komposit [17].Menggunakan model Nielsen sebagai prediksi menyelidiki konduktivitas panas dari beberapa tipe lapisan komposit polimer dimana dalam penerapannya filler berbeda telah ditentukan[18].

Menemukan bahwa kedua model Bruggeman untuk Al₂O₃ / sistem epoxy dan bentuk modifikasi model Bruggeman untuk AIN / sistem epoxy sama baiknya dalam memprediksi teori kondukstivitas panas[19] . Konduktivitas panas adalah sifat bahan yang menggambarkan tingkat aliran panas didalam bahan karena perubahan temperatur. Pengujian terhadap konduktivitas panas hybrid komposit interplay serat carbon dan serat basalt dilakukan menurut standar ASTM D 5470- 12. Persamaan matematis untuk menentukan konduktivitas panas adalah

...(1) Keterangan :

K = konduktivitas panas (W/m.K)

Q = heat fluks / laju perpindahan panas (W) A = luas penampang benda uji (m²)

 T = perbedaan temperatur (K)

 L = jarak keseluruhan (m)

Tetapan kesebandingan (K) adalah sifat fisik bahan atau material yang disebut konduktivitas panas. Pada umumnya konduktivitas panas sangat tergantung pada suhu.

2.6. Daya Penyerapan Fluida

Ketahanan material komposit pada lingkungan sangat ditentukan oleh kemampuan komposit untuk menyerap fluida dari lingkungan. Semakin banyak fluida yang diserap menunjukan ikatan interfacial serat dan matriks yang kurang kuat, dan jika semakin sedikit fluida yang diserap menunjukan ikatan interfacial serat dan matriks yang kuat.

Pengujian daya penyerapan fluida dilakukan untuk mengetahui penyerapan fluida optimum yang dimiliki komposit yang seratnya mengalami perlakuan maupun serat yang tidak mengalami perlakuan terhadap daya serap fluida bertujuan untuk mengetahui kadar fluida (air laut, oli, aquades). Dengan merendam komposit dalam fluida cair dengan jumlah tertentu dapat diketahui besaran jumlah fluida yang diserap kedalam komposit. Pengukuran daya serap fluida dilakukan dengan menghitung selisih berat sebelum dan sesudah perendaman dalam (air laut, oli, aquades) selama pengujian. Pertambahan berat komposit dicatat kemudian dihitung persentasenya dengan menggunakan persamaan sebagai berikut.

Daya serap fluida dihitung dengan rumus :

... (2)

Keterangan : W = persentase daya serap (% pertambahan berat komposit gram) Wo = berat spesimen sebelum perendaman (gram)

W_a = berat spesimen setelah perendaman (gram)

2.7. Resin Transfer Molding (RTM)

Pada proses ini resin ditransfer atau diinjeksikan ke dalam suatu tempat yang berisi fiberglass reinforcement. Metode ini termasuk closed mold process dimana reinforcement diletakkan di antara dua permukaan cetakan yang terdiri dari dua bagian yang satu disebut bagian female dan yang lainnya disebut male. Pasangan cetakan tersebut lalu ditutup, diberi klem, lalu resin termoset berviskositas rendah diinjeksikan pada tekanan 50 - 100 psi ke dalam lubang cetakan melalui port injeksi. Resin diinjeksikan sampai memenuhi seluruh rongga cetakan hingga meresap dan membasahi seluruh material reinforcement.

2.8. Vacuum Infusion Processing

Metode ini adalah variasi dari vacuum bag molding dimana resin yang dituang dalam ruang hampa masuk ke dalam cetakan dan membentuk laminasi. Pada metode ini tekanan dalam rongga cetakan lebih rendah dibandingkan tekanan atmosferik udara. Setelah cetakan dipenuhi resin kemudian dilapisi dengan fiber reinforcement dapat menggunakan tangan yang disebut dengan istilah lay-up dry, kemudian resin diinfusikan kembali ke dalam cetakan untuk menyempurnakan sistem laminasi komposit sehingga tidak terdapat ruang untuk kelebihan resin. Rasio resin yang sangat tinggi terhadap fiber glass yang digunakan memungkinkan penggunaan metode vacuum Infusion yang menghasilkan sifat mekanik sistem laminasi yang sangat baik. Vacuum InfusionProcessing dapat

digunakan untuk pencetakan dengan struktur yang besar dan tidak dianjurkan untuk proses dengan volume yang rendah.

Pada penelitian ini, penulis menggunakan Vacuum Assisted Resin Transfer Molding (VARTM) yang merupakan pengembangan dari proses Resin Transfer Molding (RTM).