BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Komposit

Komposit adalah perpaduan dari bahan yang dipilih berdasarkan kombinasi sifat

fisik masing-masing material penyusun untuk menghasilkan material baru dengan

sifat yang unik dibandingkan sifat material dasar sebelum dicampur dan terjadi

ikatan permukaan antara masing-masing material penyusun (Pramono,1999).

Sifat maupun Karakteristik dari komposit ditentukan oleh :

Material yang menjadi penyusun komposit.

Karakteristik komposit ditentukan berdasarkan karakteristik material

penyusun menurut rule of mixture sehingga akan berbanding secara

proporsional.

Bentuk dan penyusunan struktural dari penyusun

Bentuk dan cara penyusunan komposit akan mempengaruhi karakteristik

komposit.

Interaksi antar penyusun

Bila terjadi interaksi antar penyusun akan meningkatkan sifat dari komposit

(Pramono,1999).

Komposit dibentuk dari dua jenis material yang berbeda, yaitu:

1. Penguat (reinforcement), yang mempunyai sifat kurang ductile tetapi lebih

rigid serta lebih kuat.

2. Matriks, umumnya lebih ductile tetapi mempunyai kekuatan dan rigiditas

yang lebih rendah.

Komposit memiliki sifat mekanik yang lebih bagus dari logam, kekakuan jenis

(modulus Young/density) dan kekuatan jenisnya lebih tinggi dari logam. Beberapa

lamina komposit dapat ditumpuk dengan arah orientasi serat yang berbeda, gabungan

lamina ini disebut sebagai laminat.

Secara garis besar ada 3 macam jenis komposit berdasarkan penguat yang

digunakannya, yaitu :

1. Fibrous Composites ( Komposit Serat ) Merupakan jenis komposit yang hanya

terdiri dari satu lamina atau satu lapisan yang menggunakan penguat berupa serat /

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 Composites ( Komposit Laminat ) Merupakan jenis komposit yang

terdiri dari dua lapis atau lebih yang digabung menjadi satu dan setiap lapisnya

memiliki karakteristik sifat sendiri.

3. Particulalate Composites ( Komposit Partikel ) Merupakan komposit yang

menggunakan partikel/serbuk sebagai penguatnya dan terdistribusi secara merata

dalam matriksnya (Vendik,2012).

Komposit dapat dibedakan menjadi lima jenis berdasarkan konstituennya

(Schwartz, 1992) yaitu :

a) Komposit serat yang terdiri dari serat dengan atau tanpa matriks.

b) Komposit kepingan yang terdiri dari kepingan dengan atau

tanpa matriks.

c) Komposit pertikel yang terdiri dari partikel dengan atau

tanpa matriks.

d) Komposit yang terisi atau komposit rangka yang terdiri dari

matriks rangka yang terisi dengan bahan kedua.

e) Komposit laminat yang terdiri daripada konstituen lapisan

atau laminat (Maulida,2003)

Gambar 2.1 Pembagian Komposit

(Maulida,2003).

Dalam memilih bahan komposit agar dapat memperkuat matrik dari komposit

perlu diperhatikan persyaratan sebagai berikut :

1. Resin yang dipakai perlu memiliki viskositas rendah, dapat sesuai dengan

bahan penguat.

2. Mempunyai penyusutan yang kecil saat pencetakan.

3. Memiliki kelengketan yang baik dengan bahan penguat.

4. Mempunyai sifat yang baik untuk diawetkan (Hardana,2006).

2.2 Matriks

Matriks berfungsi sebagai perekat untuk pengisi (penguat) yang terdapat

didalamnya. Untuk memperoleh suatu pelekatan yang baik antara fase matriks dan

fase pengisi atau fase tersebar, yaitu pembasahan yang sempurna oleh fase matriks

perlu interaksi yang baik antara fase matriks dan fase tersebar menghasilkan

kekuatan sejajar yang baik (Hanafi, 2004).

Secara umum fase matriks memiliki fungsi sebagai berikut (Hanafi, 2004) :

1. Matriks adalah bahan padat yang mampu memindahkan tegangan yang

dikenakan pada fase tersebar, yang berfungsi sebagai media alas beban.

Disamping itu, fase matriks juga berusaha untuk menahan beban yang

dikenakan selama fase penguat yang berdekatan.

2. Matriks berupaya menjaga fase penguat dari kerusakan karena lingkungan

sekitar, seperti panas dan kelembaban. Contoh penguat yang mengalami

kerusakan karena kelembaban adalah serat kaca dan poliester.

3. Sebagai pengikat fase penguat, matriks diharapkan dapat menghasilkan

interfase fase matriks dan fase penguat yang kuat.

Dengan demikian, bahan yang digunakan sebagai fase matriks diharapkan

memiliki fungsi seperti yang telah disebutkan di atas dan penampilannya sebagai

matriks harus memperhatikan faktor-faktor sebagai berikut Keserasian dengan fase

penguat atau fase tersebar karena akan menentukan interaksi interfase fase matriks-

fase penguat (pengisi)

1. Sifat akhir komposit yang dihasilkan

2. Keperluan penggunaan dan masalah terhadap pengaruh lingkungan

sekitarnya, seperti masalah terhadap kelembaban dan masalah pelarut.

3. Gambaran bentuk komponen yang dihasilkan

4. Kemudahan fabrikasi dan pemprosesan

5. Biaya penggunaan (Hanafi, 2004)

2.3 Resin Poliester

Poliester merupakan resin cair dengan viskositas relatif rendah, mengeras

pada suhu kamar dengan penggunaan katalis tanpa menghasilkan gas sewaktu

pengesetan seperti resin termoset lainnya, sehingga tidak memerlukan penekanan

saat pencetakan.

Resin poliester dapat diproses dengan beberapa metode, antara lain metode

open handy lay-up, metode spray-up khususnya untuk volume material yang kecil,

dan metode pengecoran (casting). Proses pendinginan resin ini dapat terjadi pada

temperatur ruang tanpa atau dipengaruhi tekanan.

Polister jenuh ini adalah salah satu jenis resin yang bersifat polimer termoset,

di mana struktur tiga dimensinya terkeraskan karena pemanasan dan tidak mengalir

lagi setelah pemanasan terjadi. Resin ini dibuat dengan mereaksikan dihidrik-alkohol

dengan asam dikarboksilat. Hasilnya dapat berupa larutan jenuh atau tak jenuh. Hal

ini tergantung ada atau tidaknya ikatan rangkap yang ada dalam polimer liniernya.

Poliester jenuh (misalnya: polietilen terefalat) banyak digunakan untuk pembuatan

serat dan film.

Poliester tak jenuh biasanya dipakai sebagai resin laminasi atau digabung

dengan penguat berupa serat yang dipergunakan sebagai formulasi komposisi

komposit. Polimerisasi yang terjadi pada suhu kamar sangat lambat sehingga perlu

digunakan katalis untuk mempercepat reaksinya. Setting cepat dapat dilakukan pada

curing 140 ºC. Hal ini dapat mengakibatkan bahan akan tahan gesek secara mekanis

dan tahan kimia dalam keadaan ekstrim. Resin ini tahan air, asam dan basa (basa

kuat maupun basa lemah), juga pelarut organik. Stabil terhadap cahaya dan dapat

digunakan sampai 95 ºC.

Poliester tak jenuh (termoset) bentuk fisisnya adalah resin dalam pelarut tak

jenuh (misalnya : stiren) dan hardenernya adalah perokside, juga dapat diberi

extender/filler serbuk. Waktu simpan lebih dari 3 bulan. Penggunaan utama untuk

membuat komposit fiberglass, juga untuk logam, karet maupun kayu

(Hardana,2006).

2.3 Abu Sekam Padi

Padi merupakan produk utama pertanian di negara-negara agraris, termasuk

Indonesia. Beras yang merupakan hasil penggilingan padi menjadi makanan pokok

penduduk Indonesia. Sekam padi merupakan produk samping yang melimpah dari

hasil penggilingan padi, dan selama ini hanya digunakan sebagai bahan bakar untuk

pembakaran batu merah, pembakaran untuk memasak atau dibuang begitu saja.

Penanganan sekam padi yang kurang tepat akanmenimbulkan pencemaran terhadap

lingkungan (Putro,2007).

Sekam padi memiliki fungsi mengikat logam berat dari limbah yang

dihasilkan pabrik industri. Endapan abu sekam padi yang telah mengikat limbah

logam berat bisa dimanfaatkan lagi sebagai geopolimer. Manfaat dari geopolimer

adalah sebagai campuran bahan bangunan yang tahan api. Teknologi geopolimer

selain ramah lingkungn juga sederhana dan tepat guna (Maryono,2008)

2.4 Metoda Hand Lay-Up

Metoda hand lay-up merupakan metoda yang digunakan untuk mencetak

bahan polimer termoset yang mengalami pengeringan (curing) pada suhu ruangan.

Reaksi kimia pada resin polimer diawali dengan adanya penambahan katalis yang

mengakibatkan resin mengeras. Dalam pencetakan, sebuah cetakan terbuka (open

mold) digunakan. Untuk mendapatkan permukaan yang baik, maka terlebih dahulu

disemprotkan sebuah pigmen gel coat pada permukaan cetakan. Resin dan pengisi

kemudian ditempatkan di cetakan. Udara yang masih ada dihilangkan dengan

menggunakan kuas, roller, ataupun brush dabbing. Lapisan pengisi dan resin

ditambahkan dengan tujuan untuk penebalan kemudian ke dalamnya ditambahkan

katalis atau akselerator yang akan mengeringkan resin tanpa perlu adanya

penambahan panas. Oleh karena itu, proses curing pada metoda hand lay-up

dikatakan berlangsung pada suhu ruangan. Metoda hand lay up sangat cocok

digunakan untuk keperluan produksi yang rendah karena menggunakan peralatan dan

biaya yang tidak begitu besar (Schwartz, 1984).

Gambar 2. Metoda Hand Lay-Up

(Rice, 2004)

2.5 Pengujian/Karakterisasi Bahan Komposit

2.5.1 Analisa Kekuatan Tarik (Tensile Strength)

Kekuatan tarik merupakan salah satu sifat bahan polimer yang terpenting dan

sering digunakan untuk uji sifat suatu bahan polimer. Penarikan suatu bahan

biasanya menyebabkan terjadi perubahan bentuk dimana penipisan pada tebal dan

pemanjangan. Kekuatan tarik (tensile strength) suatu bahan ditetapkan dengan

membagi gaya maksimum dengan luas penampang mula-mula, dimensinya sama

dengan tegangan (Faisal, 2008). Persamaan untuk tegangan tarik adalah :

Tegangan tarik (kekuatan tarik) tergantung pada gaya yang diberikan, waktu,

suhu, struktur dan morfologi bahan polimer (non Kristal, semi kristal atau kristal).

Jika pada suatu bahan dikenakan beban tarik, maka bahan tersebut akan mengalami

perubahan panjang yang disebut dengan pemanjangan (elongation). Persamaan untuk

pemanjangan :

Sementara sifat elastisitas suatu bahan polimer (modulus young) merupakan

perbandingan antara tegangan tarik dengan pemanjangan, atau :

Pada peregangan suatu bahan polimer, pemanjangan tidak selalu berbanding

lurus dengan beban yang diberikan, dan pada penurunan kembali beban,sebahagian

regangannya hilang, karena bahan polimer bukan merupakan bahan sepenuhnya

elastis tetapi ada sifat viskositasnya, (Faisal, 2008).

2.5.2 Analisa Kekuatan Bentur (Impact Strength)

Kekuatan impak adalah suatu kriteria penting untuk mengetahui ketegasan

bahan atau ketahanan bahan terhadap daya dengan kecepatan tinggi (hantaman).

Kekuatan impak suatu bahan polimer dapat diukur dengan menggunakan alat impact

test.

Untuk kekuatan impak, bahan dapat dibagi dalam dua klasifikasi, yaitu bahan

yang rapuh (brittle) dan elastis (ductile). Kegagalan pada bahan yang rapuh dapat

terjadi pada energi yang rendah di mana keretakan bermula dan berlanjut sebelum

terjadinya yelding. Ciri-ciri yang ditunjukkan biasanya bagian yang putus/patah

menunjukkan permukaan yang halus dan kaku. Untuk bahan ductile, akan terbentuk

yelding di mana akan tampak stress whitening pada daerah yang putus. Pengujian

impak biasanya dilakukan dengan metoda Charphy atau Izod, (Van Vlack, 1989

dalam Faisal, 2008).

2.5.3 Analisa Karakterisitik Fourier Transform Infra Red (FT – IR).

Spektrofotometer infra merah terutama ditujukan untuk senyawa organik

yaitu menentukan gugus fungsional yang dimiliki senyawa tersebut. Pola pada

daerah sidikjadi sangat berbeda satu dengan yang lain, karenanya hal ini dapat

digunakan untuk mengidentifikasi senyawa tersebut. Penetapan secara kualitatif

dapat dilakukan dengan membandingkan tinggi peak (transmitansi) pada panjang

gelombang tertentu yang dihasilkan oleh zat yang diuji dan zat yang standar. Dalam

ilmu material analisa ini digunakan untuk mengetahui ada tidaknya reaksi atau

interaksi antara bahan-bahan yang dicampurkan. Selain itu, nilai intensitas gugus

yang terdeteksi dapat menentukan jumlah bahan yang bereaksi atau yang terkandung

dalam suatu campuran (Sitorus, 2009).

2.5.4 Analisa Fraksi Volume Serat

Dalam penyusunan bahan komposit, distribusi pengisi dalam matriks dapat

dideskripsikan berulang atau secara periodik. Meskipun susunan serat tidak teratur,

tetapi asumsi pertama bahwa serat yang tersusun dalam cross section dianggap

sebagai bentuk persegi (square packed) atau heksagonal (hexagonal packed). Asumsi

bahwa dua bentuk diatas mengikuti pola pada gambar 2.4. Dengan mengarahkan

perhatian pada unit sel model maka dapat dilihat luas penampang pada serat relatif

terhadap luas permukaan total pada unit sel merupakan pengukuran volume serat

terhadap volume total komposit. Fraksi ini merupakan parameter yang penting dalam

bahan komposit dan dikenal dengan istilah fraksi volume serat dan nilainya diantara

0-1 (Megat et al, 2008).

Gambar 2.4 Susuan Geometri Serat dalam Matriks

(Megat et al, 2008)

2.5.5 Analisa Penyerapan Air oleh Komposit

Menurut Lokantara dan Suardana (2009), penyerapan air (water-absorption)

dalam komposit merupakan kemampuan komposit dalam menyerap uap air dalam

waktu tertentu. Penyerapan air pada komposit merupakan salah satu masalah

terutama dalam penggunaan komposit di luar ruangan. Semua komposit polimer

akan menyerap air jika berada di udara lembab atau ketika polimer tersebut

dicelupkan di dalam air. Penyerapan air pada komposit berpenguat serat alami

memiliki beberapa pengaruh yang merugikan dalam sifatnya dan mempengaruhi

kemampuannya dalam jangka waktu yang lama juga penurunan secara perlahan dari

ikatan interface komposit serta menurunkan sifat mekanis komposit seperti kekuatan

tariknya. Penurunan ikatan antarmuka komposit menyebabkan penurunan sifat

mekanis komposit tersebut. Karena itu, pengaruh dari penyerapan air sangat vital

untuk penggunaan komposit berpenguat serat alami di lingkungan terbuka.

2.5.6 Analisa Scanning Electron Microscopy (SEM)

Analisa SEM dilakukan untuk mempelajari sifat morfologi terhadap sampel.

SEM adalah adalah alat yang dapat membentuk bayangan permukaan spesimen

secara mikroskopik. Berkas elektron dengan diameter 5-10 nm diarahkan pada

spesimen. Interaksi berkas elektron dengan spesimen menghasilkan beberapa

fenomena yaitu hamburan balik berkas elektron, sinar X, elektron sekunder, dan

absorpsi elektron.

Teknik SEM pada hakekatnya merupakan pemeriksaan dan analisa

permukaan. Data atau tampilan yang diperoleh adalah data dari permukaan atau dari

lapisan yang tebalnya sekitar 20 um dari permukaan. Gambar permukaan yang

diperoleh merupakan tofografi dengan segala tonjolan, lekukan dan lubang pada

permukaan. Gambar toforgrafi diperoleh dari penangkapan elektron sekunder yang

dipancarkan oleh spesimen. Sinyal elektron sekunder yang dihasilkan ditangkap oleh

detektor yang diteruskan ke monitor. Pada monitor akan diperoleh gambar yang khas

menggambarkan struktur permukaan spesimen. Selanjutnya gambar di monitor dapat

dipotret dengan menggunakan film hitam putih atau dapat pula direkam ke dalam

suatu disket.

Sampel yang dianalisa dengan teknik ini harus mempunyai konduktifitas

yang tinggi, karena polimer mempunyai konduktifitas rendah, maka bahan perlu

dilapisi dengan bahan konduktor (bahan pengantar) yang tipis. Bahan yang biasa

digunakan adalah perak, tetapi jika dianalisa dalam waktu yang lama, lebih baik

digunakan emas atau campuran emas dan pallladium (Sunariyo, 2008).