1. Abstrak

Pada era ini teknologi semakin berkembang. Salah satu contoh

perkembangannya ialah proses pembuatan serat polimer sebagai bahan baku

pembuatan pakaian. Pakaian pun bermacam-macam jenisnya, salah satunya

yaitu pakaian seragam yang digunakan oleh suatu instansi baik Nasional

maupun Internasional. Seragam yang pada umumnya dikenakan oleh tentara

memiliki fungsi lain yaitu sebagai pakaian anti peluru. Pakaian  jenis ini pada

umumnya  terbuat dari bahan serat aromatik polyamides atau aramid yang

dikenal dengan nama dagang  Kevlar,  Twaron, dan  sebagainya. Kevlar

memiliki banyak kelebihan antara lain tahan terhadap suhu tinggi,

kekuatannya lima kali lebih besar dari baja, sensitif terhadap sinar UV, dan

lain-lain. Karena kekuatan dan daya tahan seratnya terhadap tekanan yang

tinggi maka kevlar dapat diaplikasikan untuk pakaian pelindung berupa rompi

anti peluru dan helm anti peluru.

2. Pendahuluan

2.1 Latar belakang

Material komposit merupakan material yang terbentuk dari dua atau

lebih material pembentuknya melalui pencampuran yang tidak homogen,

dimana sifat mekanik masing-masing material pembentuknya berbeda.

Secara umum material komposit tersusun dari dua komponen utama yaitu

matrik (bahan pengikat) dan filler (bahan pengisi). Bahan pengisi (filler)

yang biasa digunakan biasanya berupa serat atau serbuk. Sedangkan

matrik secara umum berfungsi untuk mengikat serat menjadi satu struktur

komposit.

Pada era ini teknologi semakin berkembang. Salah satu contoh

perkembangannya ialah dalam proses pembuatan serat polimer. Pembuatan

serat polimer yang berasal dari material komposit ini telah dikembangkan

lebih lanjut untuk diolah menjadi tekstil agar memperoleh kualitas yang

lebih baik. Kini terdapat berbagai macam jenis serat yang disesuaikan

dengan tujuan pembuatan tekstil itu sendiri.

Pemanfaatan serat ini dapat digunakan sebagai bahan pembuatan

pakaian, salah satunya yaitu seragam yang digunakan oleh suatu instansi

baik Nasional maupun Internasional. Seragam yang pada umumnya

dikenakan oleh tentara dapat pula digunakan sebagai pakaian anti peluru.

Pakaian  pelindung   berupa  rompi anti  peluru yang  digunakan  oleh

militer,  kepolisian,  maupun  sipil (eksekutif)  pada  umumnya   terbuat 

dari   bahan  serat aromatik polyamides atau aramid yang dikenal dengan

nama dagang  Kevlar,  Twaron, dan  sebagainya.

Kevlar merupakan nama dagang dari polimer organik sintetik yaitu

poli (p-fenilena tereftalamida) (PPTA) yang termasuk dalam polimer

aramida (aromatik poliamida). Kevlar terkenal dengan sifatnya yang

sangat kuat dan tahan terhadap suhu tinggi. Dengan berat yang sama,

kevlar memiliki kekuatan lima kali lebih kuat dari baja.

Poli (p-fenilena tereftalamida) disintesis pertama kali pada tahun

1965 oleh DuPont, sebuah perusahaan kimia di Amerika. Stephanie Louise

Kwolek, seorang ahli kimia yang bekerja untuk perusahaan tersebut

berhasil menemukan senyawa itu saat melakukan riset untuk bahan

pembuat ban, poli(p-fenilena tereftalamida) didapat sebagai suatu cairan

kristal di dalam larutan. Pada tahun 1971 senyawa tersebut dipublikasikan

dengan nama kevlar.

Pemilihan materi kevlar sebagai inti makalah ini didasarkan atas

berbagai pertimbangan. Beberapa diantaranya ialah banyaknya manfaat

yang dapat diperoleh dari bahan ini, banyaknya bahan baku yang sangat

berpotensi yang belum dimanfaatkan, dan berbagai sifat- sifat unggul

lainnya. Seperti yang telah banyak diketahui, kevlar banyak dimanfaatkan

untuk baju anti peluru. Namun selain itu kevlar juga diketahui dapat

digunakan sebagai material penyusun pada berbagai peralatan, khususnya

peralatan militer.

Jumlah produksi kevlar di dunia mengalami peningkatan dari tahun

ke tahun. Pada tahun 2001, kevlar dihasilkan berkisar 41.000 ton/tahun

dan meningkat 5-10% pada tahun 2007 yang berkisar 55.000 ton/tahun.

Oleh karena ketersediaannya yang sangat banyak, maka kevlar dapat

digunakan dalam beberapa aplikasi tertentu. Penggunaannya pada

beberapa aplikasi juga sangat menguntungkan karena keunggulan sifat

yang dimilikinya. Selain memiliki ketahanan terhadap suhu yang cukup

tinggi, kevlar juga memiliki daya tahan terhadap tekanan dan kekuatan

yang sangat baik.

2.2 Tujuan

Pembuatan makalah ini bertujuan untuk mengetahui lebih dalam

kegunaan polimer secara spesifik dalam bentuk lain, yaitu kevlar, dan

untuk memahami aplikasi kevlar pada beberapa peralatan tertentu.

2.3 Manfaat

Pembuatan makalah ini memiliki beberapa manfaat sebagai berikut :

1. Dapat mengetahui kegunaan polimer sebagai kevlar

2. Dapat memahami aplikasi kevlar pada peralatan tertentu

3. Isi dan pembahasan

3.1 Sifat

Secara fisik, kevlar merupakan serat berwarna kuning yang keras,

kasar, anti gores, dan memiliki kestabilan bentuk yang tinggi. Kevlar

memiliki massa jenis 1,44 g/cm3, kekuatan tegangan (tensile strength) 3,6

– 4,1 Gpa. Sebagai perbandingan, baja yang memiliki massa jenis 7,8

g/cm3 memiliki tensile strength 1,65 GPa.

Kevlar tahan terhadap api, memiliki kalor pembakaran 35x106 J/Kg

dan kalor jenis 1400 J/Kg K. Kevlar tahan terhadap temperatur yang

sangat tinggi mencapai 370oC, tidak memiliki titik lebur tetapi pada

temperatur 427oC akan terdekomposisi menjadi gas. Kekuatan kevlar

semakin besar pada temperatur yang rendah dan pada temperatur yang

tinggi kekuatan kevlar menurun, seperti pada temperatur 160oC kekuatan

kevlar menurun 10% setelah 500 jam dan pada temperatur 260oC kekuatan

kevlar menurun 50% setelah 70 jam.

Semua sifat kekuatan dan ketahanan kevlar disebabkan oleh ikatan

hidrogen dalam molekul polimernya, ikatan hidrogen tersebut juga yang

mengakibatkan polimer kevlar berbentuk radial. Gugus-gugus bebas yang

dimiliki kevlar dapat membentuk ikatan hidrogen pada bagian luarnya,

sehingga dapat mengabsorp air dan mempunyai sifat ‘basah’ yang baik.

Sifat ketahanan panas dari kevlar juga berasal dari cincin aramidanya,

sedangkan kekuatannya juga dipengaruhi oleh struktur para.

Kevlar tidak mudah bereaksi dengan senyawa lain. Kevlar dapat

terdegradasi dengan asam kuat, basa kuat, atau dengan natrium hipoklorit,

namun hanya dalam suhu yang relatif tinggi dan dalam waktu yang relatif

lama. Misalnya dengan menggunakan asam sulfat pada suhu 100oC, kevlar

membutuhkan waktu 10 jam untuk dapat terdegradasi.

Kevlar sensitif terhadap sinar UV, mengakibatkan perubahan

warna dari kuning menjadi coklat. Paparan sinar UV terus menerus dapat

mengakibatkan hilangnya sifat mekanik dari kevlar. Degradasi dapat

terjadi akibat sinar UV dengan panjang gelombang tertentu yang memiliki

energi yang cukup untuk memutus ikatan polimer dan disertai dengan

adanya oksigen.

3.2 Struktur

Polimer kevlar dapat tersusun atas 5 sampai 1 juta repeating unit

berupa para-fenilena tereftalamida dengan rumus molekul sebagai berikut:

Tiap monomer mengandung 14 atom C, 2 atom N, 2 atom O, dan

10 atom H.

Pada polimer kevlar, terjadi cross linking berupa ikatan hidrogen

yang mengakibatkan kevlar menjadi sangat kuat. Susunan monomer-

monomer pada poli (p-fenilena tereftalamida) digambarkan sebagai

berikut:

3.3 Pemrosesan sintesis

Secara umum, kevlar disintesis melalui reaksi polikondensasi antara

tereftaloil klorida dan p-fenilenadiamina. Reaksi ini merupakan reaksi

interfacial polymerization, yaitu polimerisasi yang membutuhkan dua

macam pelarut yang tidak saling bercampur. Monomer dalam pelarut

pertama akan bereaksi dengan monomer lain pada pelarut kedua. Reaksi

polimerisasi ini terjadi dalam waktu yang sangat cepat. Produk samping

yang diperoleh adalah asam klorida.

Kevlar disintesis dari monomer 1,4-fenil-diamina (para-

phenylenediamine) dan klorida tereftaloil atau asam tereftalat. Hasilnya

adalah polimer aromatik amida (aramid) dengan cincin benzena dan gugus

amida. Ketika diproduksi, lembaran polimer tergabung secara acak. Saat

pembuatan Kevlar bahan dilarutkan dan dipintal untuk mengorientasikan

ke arah serat. Kevlar memiliki harga yang mahal karena proses

produksinya membutuhkan kondisi yang ekstrim seperti kesulitan yang

disebabkan oleh penggunaan asam sulfat pekat dalam

produksinya. Kondisi yang ekstrim ini dibutuhkan untuk menjaga polimer

yang sangat tidak larut dalam larutan selama sintesis dan pemintalan.

Berikut ini adalah mekanisme reaksi sintesis  secara umum:

Langkah sintesis :

Pada awalnya diamina dilarutkan dalam campuran pelarut

heksametilfosforamida (HMPA) dan dimetilasetamida (DMAC) (2:1)

dalam suatu ketel yang disertai dengan pengaduk dan nitrogen inlet. Lalu

campuran didinginkan hingga 3oC dengan penangas es. Setelah itu serbuk

tereftaloil klorida ditambahkan dan segera diaduk dengan cepat. Reaksi

tersebut menghasilkan cairan pasta yang kental, lalu cairan tersebut

dibiarkan selama satu malam. Campuran kemudian diaduk dengan blender

untuk memisahkan pelarut, dan kemudian polimer yang terbentuk disaring

dan dikeringkan hingga diperoleh berat yang konstan. Sintesis juga dapat

dilakukan dengan variasi pelarut yang lain yaitu mengganti

dimetilasetamida (DMAC) dengan N-methyl pyrrolidone (NMP) atau

tetrahidrofuran (THF).

Kevlar yang terbentuk dari proses sintesis di atas merupakan kevlar

dengan susunan acak sehingga masih belum bisa dimanfaatkan. Untuk

dapat digunakan, bahan dasar kevlar yang terbentuk harus dipintal (spun)

terlebih dahulu melalui proses wet spinning dengan menggunakan

spinneret, yaitu sebuah alat untuk menghasilkan serat yang panjang, tipis,

dan kuat. Sebelum dipintal, kevlar dilarutkan dahulu dalam asam sulfat

anhidrat 100%. Proses inilah yang mengakibatkan biaya produksi kevlar

menjadi sangat mahal.

Reaksi sintesis kevlar akan terhambat dengan adanya air, karena

dapat menghidrolisis monomer tereftaloil klorida sehingga akan terjadi

terminasi pertumbuhan rantai. Sebagai suatu catatan, pada umumnya

reaksi polikondensasi berlangsung selama berjam-jam, karena merupakan

reaksi yang bertahap (stepwise chain reaction). Namun pada reaksi

polikondensasi kevlar, hampir semua monomer telah bereaksi setelah 50

detik, dan koagulasi terjadi setelah 330 detik (6,5 menit). Reaksi koagulasi

terus berlanjut hingga 8 jam.

Pada awal proses pencampuran, temperatur yang rendah

dibutuhkan untuk reaksi polikondensasi. Namun setelah campuran

mengental, tidak lagi dibutuhkan temperatur yang rendah. Bahkan

temperatur yang lebih tinggi akan meningkatkan derajat kekentalan

(viskositas) yang juga berarti memperbesar berat molekul kevlar.

3.4 Kinerja

Nanoindentation test dan tensile test dapat digunakan untuk

menunjukkan kekuatan mekanis dari kevlar-29. Sampel yang diuji

memnunjukkan bahwa kekuatan tarik dan regangnya hampir sempurna.

Kevlar memiliki kekuatan dan modulus elastis yang tinggi. Modulus

elastis dari serat dievaluasi oleh nanoindentation menunjukkan bahwa di

semua penampang serat adalah homogen, tetapi empat kali lebih rendah

daripada yang diperoleh dalam arah longitudinal dengan tensile test.

Perbedaan serat dengan arah radial dan longitudinal karena tingginya

anisotropi pada serat.

Berdasarkan jurnal yang kami peroleh, serat kevlar (Kevlar-29)

memiliki penampang radial yang halus, namun beberapa menunjukkan

kecacatan, kurang kuat, dan kurang sempurna. Dari pengamatan diperoleh

bahwa komposit kevlar mampu menahan tekanan dan menghasilkan

tegangan sekitar 0,7%. Penelitian oleh Dobb et al. mengungkapkan bahwa

serat tersusun dari lembaran radial yang berlipat-lipat pada struktur serat.

Sifat morfologi tersebut memiliki dampak langsung pada sifat-sifat fisik

dari serat radial maupun longitudinal.

Gambar 3.4.1 Kurva stress-strain dari kevlar-29

Gambar diatas menunjukkan kurva hampir lurus sempurna dari hasil

penelitian untuk kevlar yang diuji dalam ketegangan dan ditekuk.

Hasil dari nanoindentation test menunjukkan bahwa modulus

elastis dari kevlar jauh lebih rendah dari tensile test. Perbedaan hasil

tersebut menunjukkan perbedaan anisotropi dari struktur serat. Selain itu

karena ada pemutusan ikatan kovalen, sedangkan dengan nanoindentation,

yang berlaku beban rendah, ikatan hidrogen tidak terganggu dan tidak ada

ikatan kovalen.

3.5 Pemanfaatan

Manfaat kevlar yang umum adalah digunakan untuk peralatan

perang seperti, rompi anti peluru dan helm anti peluru karena sifatnya yang

mendukung seperti yang dijelaskan di atas. Namun, selain berguna untuk

peralatan perang, kevlar juga masih memiliki manfaat lainnya, antara lain :

3.5.1 Rompi Anti Peluru

Rompi anti peluru ini biasanya digunakan sebagai pelindung yang

digunakan oleh militer, kepolisian, maupun sipil (eksekutif). Rompi

anti peluru adalah pakaian yang melindungi bagian tubuh seperti dada,

perut, dan punggung orang yang memakainya. Rompi ini melindungi

pemakainya dari proyektil peluru dan serpihan dari ledakan granat.

Biasanya dipakai oleh polisi, tentara, pasukan keamanan dan orang-

orang yang memiliki risiko menjadi sasaran tembak yang tinggi.

Prinsip kerjanya adalah dengan mengurangi sebanyak mungkin

lontaran energi kinetik peluru, dengan cara menggunakan lapisan-

lapisan kevlar untuk menyerap energi laju tersebut dan memecahnya

kepenampang baju yang luas, sehingga energi tersebut tidak cukup lagi

untuk membuat peluru dapat menembus baju. Analoginya seperti laju

bola yang dapat ditahan oleh jaring gawang. Jaring gawang terdiri dari

rangkaian tali yang saling terhubung satu sama lain. Apabila bola

tertangkap oleh jaring gawang, maka energi kinetik bola tersebut akan

diserap oleh jaring gawang, yang menyebabkan tali disekitarnya

bertambah panjang dan kemudian tekanan (tarikan) tali akan dialirkan

ke tiang gawang.

Dalam menyerap laju energi peluru, baju (kevlar) mengalami

deformasi yang menekan ke arah dalam (shock wave), tekanan

kedalam ini akan diteruskan sehingga mengenai tubuh pengguna.

Batas maksimal penekanan kedalam tidak boleh lebih dari 4,4 cm. Jika

batasan tersebut dilewati, maka pengguna baju akan mengalami luka

dalam yang tentunya akan membahayakan keselamatan jiwa.

Tidak jarang akibat ‘tekanan’ yang ditimbulkan peluru tadi,

pemakai baju akan menderita luka memar hingga patah tulang. Perlu

ditekankan sekali lagi, bahwa fungsi utama baju anti peluru hanyalah

untuk menahan peluru, sehingga peluru tidak sampai masuk kedalam

tubuh pemakai baju yang dapat menyebabkan kematian.

3.5.2 Helm Anti Peluru

Helm ini terbuat dari bahan kevlar yang menjadi pelindung,

biasanya digunakkan untuk instansi militer. Pada dunia otomotif dan

balap, bahan kevlar juga digunakan untuk pelindung kepala.

Pembuatan helm kevlar ini cukup lama. Satu buah helm membutuhkan

130 pola potongan kain. Satu buah helm kevlar juga dibuat dari 20

lapis kain kevlar yang dimampatkan dengan getah damar (pada suhu

tinggi).

Tumpukan kain di tersebut nantinya akan ditumpuk-tumpuk lagi

yang kemudian disatukan dan dibentuk melengkung seperti mangkok

terbalik. Mangkok-mangkok ini berikutnya akan dicetak lagi dengan

mesin pencetak dan dipanaskan dalam suhu 180 °C. Setelah dicetak,

pinggiran ‘kain’ tadi dibersihkan dari serabut-serabut serat kevlar.

Tahapan berikutnya, helm kevlar (yang sudah keras) tersebut akan

dibuat menjadi lebih indah dan nyaman dengan memasang karet, tali,

dan cat luar.

Kegunaan lain dari kevlar :

Bahan baju balap, terutama pada bagian siku dan lutut.

Sebagai bahan tali busur panah.

Sebagai bahan layar pada olahraga windsurfing.

Lapisan dalam ban sepeda, untuk menghindari kebocoran.

Sebagai drumhead pada drum head, dengan penambahan resin

serta dilapisi nilon.

Sebagai pengganti teflon dalam beberapa panci anti lengket.

Digunakan untuk tali dan kabel, biasanya dikombinasikan dengan

polietilena dan bahan lain (disebut parafil).

Digunakan sebagai pengganti asbestos pada rem (brake pads).

Sebagai bahan sarung tangan pelindung yang tahan api dan

goresan.

Meski memiliki kekuatan dan daya tahan yang baik, kevlar juga

memiliki beberapa kelemahan yaitu cepat menyerap uap air, yang berarti

lebih sensitif terhadap lingkungan. Kevlar sulit dipotong sehingga gunting

khusus diperlukan untuk memotong dan laminasi hanya dapat ditembus

oleh mata bor yang dibuat khusus. Kevlar juga dapat terdekomposisi pada

kondisi alkalin atau terpapar klorida. Karena kevlar juga memiliki tekanan

kompresif yang buruk sehingga kevlar seringkali dikombinasikan dengan

material yang memiliki tekanan kompresif yang unggul.

4. Kesimpulan

Polimer sintetik yang memiliki nilai guna tinggi salah satunya yaitu

kevlar. Kevlar memiliki banyak keunggulan diantaranya adalah daya tahan

yang tinggi terhadap tekanan, tahan terhadap suhu tinggi, memiliki

kekuatan lima kali lebih kuat dari baja. Namun proses pembuatannya tidak

mudah karena memerlukan kondisi ekstrim yang menggunakan asam

sulfat pekat dalam proses sintesis dan pemintalan. Strukturnya yang sangat

kuat berasal dari crosslinking yang terjadi pada ikatan hidrogen dari

penyusunnya. Dengan teknologi yang tinggi, kevlar mampu diaplikasikan

sebagai pakaian anti peluru yang biasa digunakan tentara, militer, maupun

anggota sipil. Selain sebagai rompi anti peluru, kevlar juga dapat

dimanfaatkan sebagai helm anti peluru, bahan ban dalam sepeda, bahan

sarung tangan tahan api, dan masih banyak lain.

5. Daftar Pustaka

1. http://www.sciencedirect.comsciencearticlepiiS0925838811021153

2. http://www.sciencedirect.com.pustaka.ubaya.ac.id/science/article/pii/

S1359836898000535

3. http://evgust.wordpress.com/2011/04/14/

4. http://vadoc.wordpress.com/tag/struktur-senyawa-kevlar/