ora et labora

mencari dengan hati . asa . doa

si ajaib Komposit July 24, 2010

Filed under: kuLiah teknik industri . — askar @ 5:11 pm
Tags: , ,

Kenapa dibilang ajaib?

well, komposit dapat meningkatkan nilai ekonomis, karena pada dasarnya serat dengan spesifikasi standar dapat dibuat komposit (so limbah pun dapat dimanfaatkan sbagai komposit) dan tentunya dengan kekuatan mekanik yang tak kalah pula. Resume ini dapat dikatakan sangat sedikit, akan masih banyak jika kita menggali komposit lebih dalam.

Kata komposit (composite) merupakan kata sifat yang berarti susunan atau gabungan. Komposit berasal dari kata “to compose” yang berarti menyusun atau menggabungkan. Jadi secara sederhana bahan komposit berarti bahan gabungan dari dua atau lebih bahan yang berlainan. Dalam hal ini gabungan bahan ada dua macam yaitu (Jones, 1999):

  1. Gabungan secara makro, 1) dapat dibedakan secara visual, 2) penggabungan lebih secara fisis dan mekanis, 3) dapat dipisahkan secara fisis dan mekanis;
  2. Gabungan secara mikro, 1) tidak bisa dibedakan secara visual, 2) penggabungan ini lebih secara kimia, 3) sulit dipisahkan, tetapi dapat dilakukan secara kimia

Bahan komposit merupakan bahan gabungan secara makro sehingga bahan komposit dapat didefinisikan sebagai suatu sistem material yang tersusun dari campuran atau kombinasi dua atau lebih unsur-unsurnya yang secara makro berbeda di dalam bentuk dan atau komposisi material pada dasarnya tidak dapat dipisahkan. Komposit dibentuk dari dua komponen penyusun yang berbeda yaitu penguat (reinforcement) yang mempunyai sifat sulit dibentuk tetapi lebih kaku serta lebih kuat dan matrik yang umumnya mudah dibentuk tetapi mempunyai kekuatan dan kekakuan yang lebih rendah (Schwartz, 1984).

Perbedaaan dan penggabungan dari unsur-unsur yang berbeda tersebut menyebabkan daerah-daerah yang berbatasan. Daerah tersebut disebut dengan interface. Sedangkan daerah ikatan antara material penyusun komposit disebut interphase. Berdasarkan uraian tersebut, maka aspek penting yang menunjukkan sifat-sifat mekanis dari komposit tersebut adalah optimasi dari ikatan antara fiber dan polimer (matrik) yang digunakan (Schwartz,1984). Ikatan antara fiber dengan matrik dipengaruhi langsung oleh reaksi yang terjadi antara matrik dengan fiber. Dengan kata lain transfer beban atau tegangan diantara dua fase yang berbeda ditentukan oleh derajat adhesi.

Berdasarkan cara penguatannya komposit dibedakan menjadi tiga (Jones, 1975) yaitu :

  1. Fibrous Composite (komposit serat) merupakan jenis komposit yang hanya terdiri dari satu lamina atau satu lapisan yang menggunakan penguat berupa serta atau fiber. Fiber yang digunakan bisa berupa glass fibers, carbon fibers, aramid fibers (poly aramide) dan sebagainya. Fiber ini bisa disusun secara acak maupun dengan orientasi tertentu bahkan bisa juga dalam bentuk yang lebih kompleks seperti anyaman.
  2. Laminated Composite (komposit lapisan) merupakan jenis komposit yang terdiri dari dua lapis atau lebih yang digabung menjadi satu dan setiap lapisnya memiliki karakteristik sifat sendiri.
  3. Particulate Composite (komposit partikel) merupakan komposit yang menggunakan partikel atau serbuk sebagai penguatnya dan terdistribusi secara merata dalam matriksnya.

Sedangkan berdasarkan bentuk material pembentuknya, komposit dapat dibedakan menjadi lima macam yaitu komposit serat (fiber composite), komposit serpihan (flake composite), komposit butir (particulate composite), komposit isian (filled composite), dan komposit lapisan (laminated composite). Komposit dengan penguatan serat adalah jenis komposit yang paling sering dipakai dalam aplikasi. Hal ini karena komposit jenis ini memiliki sifat kekuatan tarik dan kekakuan yang bagus. Namun kelemahannya adalah struktur serat tersebut memiliki kekuatan tekan dan kekuatan tarik arah melintang serat yang kurang bagus. Hasil dari komposit yang berlapis-lapis (laminated composite) memiliki kekerasan (hardness) dari unsur pokoknya tetapi kekuatan merupakan efek sinergi dari gabungan sifat material. Material komposit akan bersinergi bila memiliki sebuah sistem yang mempersatukan material-material penunjang untuk mencapai sebuah sifat material yang baru. Komposit serat dapat dibedakan berdasarkan jenis dan orientasi seratnya, yaitu komposit serat searah (continous fiber composite), serat anyaman (woven fiber composite), serat acak (chopped fiber composite), dan gabungan beberapa jenis serat (hybrid fiber composite) (Schwartz, 1984).

Secara umum komposit dengan penguatan serat tersusun dari dua material utama yaitu matrik dan serat. Antar kedua unsur material tersebut tidak terjadi reaksi kimia dan tidak larut satu sama lain, melainkan hanya ikatan antar muka diantara keduanya. Serat yang memiliki kekuatan lebih tinggi berperan sebagai komponen penguat, sedangkan matrik yang bersifat lemah dan liat bekerja sebagai pengikat dan memberi bentuk pada struktur komposit (Schwartz, 1984).

Komposit sandwich merupakan komposit yang tersusun dari tiga lapisan yang terdiri dari flat composite dan atau metal sheet sebagai skin serta core di bagian tengahnya. Komposit sandwich dibuat dengan tujuan untuk efisiensi berat yang optimal, namun mempunyai kekakuan dan kekuatan yang tinggi. Sehinggga untuk mendapatkan karakteristik tersebut, pada bagian tengah diantara kedua skin dipasang core (Schawrtz, 1984).

Komposit sandwich merupakan jenis komposit yang sangat cocok untuk menahan beban lentur, impak, meredam getaran dan suara. Komposit sandwich dibuat untuk mendapatkan struktur yang ringan tetapi mempunyai kekakuan dan kekuatan yang tinggi. Biasanya pemilihan bahan untuk komposit sandwich, syaratnya adalah ringan, tahan panas dan korosi, serta harga juga dipertimbangkan (Schawrtz, 1984).

Bentuk komposit sandwich

1. Matrik

Matrik, sebagai pengisi ruang komposit, memegang peranan penting dalam mentransfer tegangan, melindungi serat dari lingkungan dan menjaga permukaan serat dari pengikisan. Matrik harus memiliki kompatibilitas yang baik dengan serat. Beberapa jenis matrik polimer termoset yang sering digunakan ialah polyester, epoxy, phenolics, dan polyamids, sedangkan yang termasuk jenis matrik polimer termoplast adalah polyethylene, polypropylene, nilon, polycarbonate, dan polyether-ether keton (Moncrieff, 1975).

Mazumdar (2002) menjelaskan fungsi penting matriks dalam komposit yaitu :

  1. Mengikat serat menjadi satu dan mentransfer beban ke serat. Hal ini akan menghasilkan kekakuan dan membentuk struktur komposit.
  2. Mengisolasi serat sehingga serat tunggal dapat berlaku terpisah. Hal ini dapat menghentikan atau memperlambat penyebaran retakan.
  3. Memberikan suatu permukaan yang baik pada kualitas akhir komposit dan menyokong produksi bagian yang berbentuk benang-benang.
  4. Memberikan perlindungan untuk memperkuat serat terhadap serangan kimia dan kerusakan mekanik karena pemakaian.
  5. Berdasarkan matrik yang digunakan, karakteristik perfomansi meliputi kelenturan, kekuatan impak, dan sebagainya, juga turut dipengaruhi. Sebuah matrik yang ulet akan meningkatkan ketangguhan struktur komposit.

2. Serat

Serat secara umum terdiri dari dua jenis yaitu serat alam dan serat sintetis. Serat alam adalah serat yang dapat langsung diperoleh dari alam. Biasanya berupa serat yang dapat langsung diperoleh dari tumbuh-tumbuhan dan binatang. Serat ini telah banyak digunakan oleh manusia diantaranya adalah kapas, wol, sutera, pelepah pisang, sabut kelapa, ijuk, bambu, nanas dan knaf atau goni. Serat alam memiliki kelemahan yaitu ukuran serat yang tidak seragam, kekuatan serat sangat dipengaruhi oleh usia. Serat sintetis adalah serat yang dibuat dari bahan-bahan anorganik dengan komposisi kimia tertentu. Serat sintetis mempunyai beberapa kelebihan yaitu sifat dan ukurannya yang relatif seragam, kekuatan serat dapat diupayakan sama sepanjang serat. Serat sintetis yang telah banyak digunakan antara lain serat gelas, serat karbon, kevlar, nylon, dan lain-lain (Schwartz, 1984).

Beberapa serat alam dan sifat mekaniknya

Serat Diameter (µm) Ultimate tensil stress, ∂ (Mpa) Modulus E (GPa) Berat Jenis
Wood 15-20 160 23 1,5
Bamboo 15-30 550 36 0,8
Jute 10-50 580 22 1,5
Cotton 15-40 540 28 1,5
Wool 75 170 5,9 1,32
Coir 10-20 250 5,5 1,5
Bagasse 25 180 9 1,25
Rice 5-15 100 6 1,24
Natural silk 15 400 13 1,35
Spider silk 4 1750 12,7
Linen 270
Sisal 560
Asbestos 0.2 1700 160 2,5

Sumber : Vasiliev & Morozov (2001)

Stark dan Rowlands (2002) mengungkapkan bahwa komposit yang diperkuat serat tanaman, sifat-sifat mekanisnya akan meningkat secara linear seiring dengan pertambahan persen berat serat, karakteristik mekanik yang meningkat adalah kekuatan mekanik yang meningkat adalah kekuatan tarik, kekuatan bending, serta kekuatan impak.

Menurut Biswas, et al. (2001), beberapa karakteristik yang juga merupakan kelebihan dari komposit yang diperkuat serat alam yaitu, 1) dapat dicat, dipoles, maupun dilaminasi, 2) tahan terhadap penyerapan air, 3) murah karena bahan baku seratnya banyak tersedia di alam dan proses pembuatannya relatif muda dan sederhana, 4) kuat dan kaku, 5) ramah lingkungan, karena materialnya merupakan bahan organik dan bisa didaur ulang secara alami oleh lingkungan, 6) memiliki kemampuan dan diproses dengan baik.

Disamping kelebihan-kelebihan di atas, komposit serat alam juga memiliki beberapa kelemahan, Rowell (1997) menyebutkan beberapa kelemahan komposit serat alam yaitu, 1) penurunan karena faktor biologi, yaitu adanya organisme yang mungkin tumbuh dan memakan karbohidrat yang terkandung dalam serat, sehingga menimbulkan enzim khusus yang akan merusak struktur serat, dan melepaskan ikatan antara serat dan matrik, 2) penurunan kualitas karena panas atau thermal, 3) penurunan panas karena radiasi ultraviolet, hal ini terjadi karena penyinaran ultraviolet akan menyebabkan meningkatnya karbohidrat dan berkurangnya lignin. Serat yang banyak mengandung karbohidrat akan memiliki kemampuan ikatan dengan matrik yang rendah, sehingga kekuatan matrik akan turun, 4) kekuatannya masih lebih rendah jika dibanding serat buatan.

Serat berperan sebagai penyangga kekuatan dari struktur komposit, beban yang awalnya diterima oleh matrik kemudian diteruskan ke serat oleh karena itu serat harus mempunyai kekuatan tarik dan elastisitas yang lebih tinggi daripada matrik. Schwartz (1984) menjelaskan bahwa serat sebagai penguat dalam struktur komposit harus memenuhi persyaratan 1) modulus elastisitas yang tinggi, 2) kekuatan patah yang tinggi, 3) kekuatan yang seragam di antara serat, 4) stabil selama penanganan proses produksi, 5) diameter serat yang seragam.

Secara teoritis komposit serat yang menggunakan serat panjang akan memberikan nilai penguatan yang lebih efisien dan seragam dibanding serat pendek karena beban yang terjadi disalurkan secara merata sepanjang serat. Namun dalam prakteknya hal tersebut sulit dicapai karena sulit didapatkan nilai kekuatan optimum sepanjang serat serta tegangan yang terjadi tidak terbagi merata ke semua serat (Schwartz, 1984).

Serat tanaman, seperti kenaf, flax dan hamp, sangat berpotensi untuk dimanfaatkan sebagai penguat komposit untuk menggantikan serat gelas karena serat tanaman memiliki beberapa kelebihan, seperti dapat diperbaharui, jumlahnya berlimpah, murah, ringan, dapat didegradasi, tidak kasar untuk pembuatan peralatan, ketika dibakar menetralkan CO2 dapat dibakar dengan menghasilkan energi, tidak menyebabkan iritasi kulit, sifat mekanis yang baik, sifat akustik dan isolasi panas yang baik. Massa jenis serat tanaman adalah 40% dibawah massa jenis serat gelas (Peijs, 2002).

Menurut Building Material and Technology Promotion Council, komposisi unsur kimia serat alam yang ditunjukkan pada tabel berikut dan sifat mekanis dan dimensi dari beberapa serat alam ditunjukkan oleh tabel  di bawah ini

Komposisi unsur kimia serat alam

Serat Selulosa (%) Hemiselulosa (%) Lignin (%) Kadar air(%)
Pisang 60-65 6-8 5-10 10-15
Sabut 43 <1 45 10-12
Flax 70-72 14 4-5 7
Jute 61-63 13 5-13 12,5
Rami 80-85 3-4 0,5 5-6
Sisal 60-67 10-15 8-12 10-12
Sun hemp 70-78 18-19 4-5 10-11
Cotton 90 6 7

Sumber: Building Material and Technology Promotion Council

Sifat Mekanis Beberapa Serat Alam

Serat Panjang (mm) Diameter (mm) Massa jenis (Kg/m3) Modulus Youg (GPa) Kekuatan Tarik (MPa) Regangan (%)
Bambu 0,1-0,4 1500 27 575 3
Pisang 0,8-2,5 1350 1,4 95 5,9
Sabut 50-350 0,1-0,4 1440 0,9 200 29
Flax 500 NA 1540 100 1000 2
Jute 1800-3000 0,1-0,2 1500 32 350 1,7
Kenaf 30-750 0,04-0,09 22 295
Sisal 0,5-2 1450 100 1100

Sumber: Building Material and Technology Promotion Council

 

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s