5
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Komposit
Material komposit dapat didefinisikan sebagai kombinasi dari dua fase bahan atau lebih yang menghasilkan sifat yang lebih baik dari pada komponen awalnya dan masing-masing material komponennya mempertahankan sifat kimia, fisik, dan mekanis yang terpisah. Fase pertama disebut dengan matrik yang memiliki fungsi sebagai pengikat dan fase yang kedua disebut dengan reinforcement atau filler yang memiliki fungsi untuk memperkuat bahan komposit secara keseluruhan(Campbell,2010).
2.1.1 Reinforcement (filler)
Partikel maupun serat merupakan filler dari filamen komposit. Unsur utama penyusun komposit adalah filler yang merupakan penentu karakteristik komposit seperti kekakuan, kekuatan serta sifat-sifat mekanis yang lain. (Iswantoro,2008).
Partikel maupun serat merupakan filamen dari bahan reinforcing. Jenis serat yang biasa dipakai bisa serat anorganik (seperti: serat gelas, serat karbon, serat boron, kevlar- 49, keramik, logam), ataupun serat organik (seperti: grafit dan serat- serat yang berasal dari tumbuhan). Serat maupun partikel tumbuhan yang bisa dipakai antara lain: pandan, katun, kapas, rami, sutra, serabut kelapa, serabut kelapa sawit, serbuk gergaji, serat pisang, serat nanas, serat enceng gondok, dan sebagainya(Findasari, 2006).
Penguat organik termasuk salah satu jenis serat yang digunakan dalam pembuatan komposit yaitu serat yang bersal dari alam. Jenisnya dapat berbentuk bulat, segitiga atau heksagonal. Fungsi utamanya adalah sebagai bahan penguat komposit. Kekuatan komposit dapat diatur dari persentase jumlah penguat itu sendiri, pada umumnya semakin banyak jumlah serat maka kekuatan komposit akan bertambah (Iswantoro,2008).
6 2.1.2 Matrik
Matrik merupakan komponen penyusun komposit dengan jenis yang bermacam-macam. Matrik pada umumnya terbuat dari bahan yang lunak dan liat.
Polimer plastik merupakan bahan umum yang biasa digunakan. Polimer adalah bahan matrik yang tidak dapat menerima suhu tinggi. Poliester, vinillester dan epoksi adalah beberapa jenis bahan polimer termoset yaitu mempunyai sifat dapat memadat bila dipanaskan pada tekanan tertentu dan tidak dapat dilelehkan kembali.
Resin poliester tak jenuh adalah bahan matrik termoset yang paling luas dalam penggunaan sebagai matrik pengikat plastik, dari bagian yang menggunakan proses pengerjaan yang sangat sederhana sampai produk yang dikerjakan dengan proses menggunakan cetakan mesin (Kilduff, 1994)
2.2 Tanaman Rami
Tanaman rami atau china grass yang dikenal dengan sebutan Boehmeria nivea-(L)Gaudich tergolong ke dalam kelompok serat batang. Tanaman rami menghasilkan serat dari kulit kayunya. Secara kimia rami diklasifikasikan ke dalam jenis serat selulosa sama halnya seperti kapas, Flax, hemp dan lain-lain. Rami memiliki sejumlah keunggulan yang membedakannya dengan serat batang lainnya.
Tabel 2. 1 merupakan karakteristik serat rami dibanding serat alami lainnya. Rami memiliki compatibility yang baik dengan seluruh jenis serat baik serat alam maupun sintetis sehingga mudah untuk dicampur dengan jenis serat apapun (Eva,2015).
Tabel 2. 1 Karakteristik serat rami dibandingkan serat selulosa alami lainnya (Rully 2010)
Karakterisik Rami Kapas Hemp Flax
Panjang serat rata-rata (mm)
120-150 20-30 15-25 13-14
Diameter serat rata-rata (μ)
40-60 14-16 15-30 17-20
Kekuatan Tarik (kg/mm2)
95 45 83 78
Moisture regrain (%)
12 8 12 12
Lignin 1-0 0 6-4 5-1
Selulosa 72-97 88-96 67-78 64-86
Hemiselulosa 27-3 12-4 27-18 31-14
7 Penunjang kekuatan serat yaitu selulosa dan lignin. Semakin tinggi kadar selulosa dan lignin, maka kekuatan serat yang dihasilkan akan semakin baik. Tetapi selulosa sebagai penyusun utama dinding sel lebih berperan memberi kekuatan pada serat. Salah satu sifat penting selulosa adalah kemampuannya bertahan terhadap regangan karena kelenturannya (Shafi,2009).
2.3 Epoksi
Epoksi resin adalah bahan kimia organik yang digunakan dalam preparat lapisan khusus atau perekat. Sedangkan epoksi (polyepoxides) adalah polimer termoset yang merupakan produk reaksi dari epoksi resin dan hardener amino (Sri,2017). Epoksi merupakan bahan matrik yang paling umum untuk komposit dan perekat berperforma tinggi. Mereka memiliki kombinasi yang sangat baik antara kekuatan, adhesi, penyusutan yang rendah, dan fleksibilitas(Campbell,2010).
Senyawa epoksi yang paling umum dan penting adalah diglycidyl ether of bisphenol A (DGEBA), yang terbentuk dari reaksi epichlorhydrin dengan bisphenol A biasanya mengandung beberapa distribusi berat molekul, karena DGEBA murni menunjukkan kecenderungan kuat untuk membentuk kristal dan solid pada penyimpanan di suhu kamar. Gambar 2. 1 merupakan monomer DGEBA. Resin epoksi lain yang sering digunakan juga adalah diglycidyl ether of bisphenol F (DGEBF). Resin ini kurang kental dan menghasilkan termoset dengan fleksibilitas dan ketangguhan yang lebih besar. Pada sisi negatifnya, resin agak lebih mahal.
(polymerdatabase,2019)
Gambar 2. 1 monomer diglycidyl ether of bisphenol A (DGEBA)(campbell,2010).
2.4 PVAc (Polyvinylacetate)
PVAc ( ini merupakan polimer yang mempunyai sifat kerekatan yang sangat kuat sehingga sering digunakan sebagai bahan dasar pembuatan lem. kain, kertas dan kayu. PVAc memiliki sifat tidak berbau, tidak mudah terbakar, dan lebih cepat
8 solid. Di samping itu, PVAc juga banyak digunakan sebagai matrik pada pembuatan material komposit sehingga meningkatkan kekuatan material tersebut. Bahkan, dalam bentuk lem sekalipun, PVAc (atau lebih dikenal dengan lem PVAc) dapat juga difungsikan sebagai matrik beberapa material komposit (Masturi,2010).
Gambar 2. 2 merupakan monomer polyvinylacetat (PVAc)
Gambar 2. 2 Monomer polyvinylacetate
Keuntungan utama PVAc adalah aplikasi yang mudah dan luas, elastisitas, ketahanan terhadap penuaan, biaya rendah dan ketersediaan, ketahanan terhadap serangan bakteri dan fungisida dan non-toksisitas. (Gorana,2019)
2.5 Uji Impak
Uji impak digunakan dalam menentukan kecenderungan material untuk rapuh atau ulet berdasarkan sifat ketangguhannya. Hasil uji impak juga tidak dapat membaca secara langsung kondisi perpatahan batang uji, sebab tidak dapat mengukur komponen gaya-gaya tegangan tiga dimensi yang terjadi pada batang uji.
Hasil yang diperoleh dari pengujian impak ini, juga tidak ada persetujuan secara umum mengenai interpretasi atau pemanfaatannya. Sejumlah uji impak batang uji bertakik dengan berbagai desain telah dilakukan dalam menentukan perpatahan rapuh pada logam. Pada Gambar 2. 3 metode yang telah menjadi standar untuk uji impak ini ada 2, yaitu uji impak metode charpy dan metode izod. Metode charpy banyak digunakan di Amerika Serikat, sedangkan metode izod lebih sering digunakan di sebagian besar dataran Eropa (Yopi,2013).
9 Gambar 2. 3 Mekanisme pengujian impak metode charpy dan metode izod Uji impak adalah pengujian dengan pembebanan yang cepat (rapid loading) yang dapat diketahui dari energi impak perluasan penampang dan diperoleh Kekuatan impak dapat ditulis sebagai berikut.
𝐸 = 𝑚𝑔𝑙 (𝐶𝑜𝑠 𝛽 − 𝐶𝑜𝑠 𝛼) (2.1)
dengan E adalah energi serap, m adalah berat pendulum, g adalah percepatan gravitasi, l panjang lengan, α adalah sudut awal, dan β adalah sudut setelah benturan. Maka didapatkan nilai kekuatan impak (H) sebagai berikut.
𝐻 =𝐸
𝐴 (2.2)
dengan A adalah luas penampang bawah takik.
(Rodiwan,2017)
10 Gambar 2. 4 Skema Uji Impak (Callister,2007)
Skema pengujian impak digambarkan pada Gambar 2. 4. Beban dinyatakan dalam bentuk pukulan dari pendulum yang dilepaskan dari posisi tegak pada ketinggian h. Spesimen diletakkan di bawah dengan posisi seperti pada Gambar 2.
4. Setelah dilepaskan dari posisi awal, bandul pendulum menumbuk spesimen dan mematahkan spesimen pada takik (notch) spesimen, yang merupakan titik konsentrasi tegangan untuk kecepatan pukulan impak yang tinggi. Pendulum akan melanjutkan ayunannya hingga posisi ketinggian maksimum h’ yang lebih rendah daripada h. Penyerapan energi dihitung dari perbedaan ketinggian h yang dinyatakan sebagai energi impak (Callister, 2007).
Dari hasil pengujian impak akan terlihat jenis patahan yang menunjukkan karakter dari bahan yang diuji yaitu.
1. Patah liat : pada bahan ductile (liat) akan terlihat arah rambatan retak yang tidak rata, tampak buram dan berserat.
2. Patah getas : patahan getas akan memberikan tampilan permukaan yang rata tanpa terjadinya tanda-tanda kerusakan yang berarti pada sekitar patahan, permukaannya pun mengkilap.
3. Patah Campuran : patahan ini mempunyai patahan yang sebagian getas dan sedikit liat (Iswantoro,2008).
2.6 Kegagalan penampang komposit
Kegagalan komposit suatu struktur dianggap gagal apabila struktur tersebut tidak dapat berfungsi lagi dengan sempurna. Pada sebuah struktur pembebanan
11 yang kecil mungkin hanya berakibat terjadinya deformasi yang kecil, namun pada struktur yang lain sudah mengakibatkan kegagalan. Hal tesebut terjadi karena perbedaan sifat mekanik tiap-tiap bahan pada komposit yang terdiri dari dua komponen utama kegagalan bisa dimulai dari salah satu komponen atau keduanya (Hull D, 1996).
Kegagalan yang dapat terjadi yaitu:
1. Kepatahan pada serat (Fiber Breaking).
2. Lepasnya serat dari matrik (Fiber Pull-Out).
3. Retak pada matrik (Matrik cracking).
4. Terlepasnya lamina dari laminate (delimination).
5. Terlepasnya ikatan antara serat dengan matrik (debounding)
2.7 Penelitian Terdahulu
Tabel 2. 2 merupakan rangkuman hasil penelitian terdahulu yang memiliki keterkaitan dengan penelitian yang telah dilakukan.
Tabel 2. 2 Tabel penelitian terdahulu yang berkaitan
No
Nama dan Tahun Publikasi
Hasil 1 Agustinus,
2009
Metode : Komposit Laminate Rami Epoksi Sebagai Bahan Alternatif Socket Prosthesis
Hasil : komposit berpenguat serat rami menghasilkan kekuatan tarik yang lebih tinggi jika dibandingkan dengan beberapa komposit serat sintetik yang biasa digunakan sebagai bahan prosthesis. Demikian juga dengan kekuatan spesifik yang dihasilkan oleh komposit berpenguat serat rami lebih tinggi, sehingga pada kekuatan yang sama akan dihasilkan produk yang lebih ringan.
2 Agustinus, 2012
Metode : Kekuatan tarik dan impak dari komposit serat bambu-epoxy (Bamboo Fiber Reinforced Epoxy Composite (BRECO)) sebagai alternatif bahan soket prostesis lutut
Hasil : BRECO memiliki hasil kekuatan tarik dan impak yang bagus. Jika dibandingkan dengan nilai kekuatan tarik dari serat rami-epoxy hanya berbeda sedikit. Kekuatan tarik serat rami-epoxy 86 ± 6.07 MPa dan 9,56 ± 0,68 GPa sedangkan BRECO 78,9 ± 1,97 MPa dan 8,96 ± 0,33 Gpa.
12 No
Nama dan Tahun Publikasi
Hasil
Kekuatan impak untuk BRECO pada fraksi volume 40%
senilai 57,93 ± 1.3 J/m2 3 Odusote,
2016
Metode : Kekuatan mekanik dari daun nanas sebagai polimer komposit untuk aplikasi soket prostesis
Hasil : kekuatan mekanik dari glass fiber polyester composite (GFPC), pineapple leaf epoxy composites (PLEC) dan pineapple leaf fiber polyester composites (PLPC). Kekuatan tarik, flexural dan impak dari PLEC are 76.47 ± 3.85 MPa, 81.27 ± 1.77 MPa dan 59.03 ± 0.99 J/m2. Nilainya lebih besar dari PLPC dengan kekuatan tarik, flexural dan impak yaitu 62.09 ± 4.47 MPa, 53.02 ± 1.20 MPa 45.22 ± 1.10 J/m2. Kekuatan tarik, flexural dan impak dari GFPC lebih rendah yaitu 59.03 ± 0.99 MPa, 66.10 ± 1.88 MPa dan 52.48 ± 1.77 J/m2.
4 Fadli, 2018 Metode : Studi ketahanan benturan pada komposit berbasis rami dengan matrik PVC dan poliester
Hasil : Dari hasil pengujian yang dilakukan, peningkatan fraksi volume filler diikuti juga dengan kenaikan serapan energi impak komposit. Dan secara keseluruhan, komposisi komposit Rami-PVC mempunyai ketahanan impak lebih besar dibandingkan dengan komposit Rami- Poliester.
5 Fadli, 2018 Metode : Studi Ketahanan Benturan pada Komposit Serat Rami-Epoksi dan Polimer Blend ABSPP untuk Aplikasi Bahan Alternatif Soket Prostesis
Hasil : Sampel ABS 0% PP 100% memiliki energi impak tertinggi dengan nilai 2,2 J. Peningkatan fraksi volume serat rami hingga 75% dapat meningkatkan ketahanan benturan pada bahan komposit serat rami-epoksi dengan nilai energi impak tertinggi 1,85 J.
6 Eda,2019 Metode : Analisa Material Komposit Resin Berpenguat Serat Rotan Untuk Pembuatan Prostesis Kaki Palsu Bagi Penderita Disabilitas
Hasil : nilai kekerasan rata-rata material komposit resin pada variasi 0% campuran serat rotan memiliki nilai 140,68 BHN, lalu terjadi peningkatan nilai pada variasi 20% campuran serat rotan menjadi 149,98 BHN, terjadi kembali peningkatan pada variasi 30% campuran serat rotan yaitu 152,03 BHN, dan pada variasi 40% meningkat menjadi 159,28 BHN. Untuk nilai keuletan rata-rata material komposit resin pada variasi 0% campuran serat rotan memiliki nilai 1,096 J/m2, lalu terjadi penurunan nilai pada variasi 20% campuran serat rotan menjadi 1,068 J/m2, adanya peningkatan kembali pada variasi 30% campuran
13 No
Nama dan Tahun Publikasi
Hasil
serat rotan yaitu 1,230 J/m2, dan pada variasi 40%
meningkat menjadi 1,677 J/m2
