BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Kemajuan teknologi belakangan ini sangat begitu pesat, baik di

negara-negara maju maupun di negara-negara yang sedang berkembang.

Dalam industri sekarang telah diproduksi bahan-bahan konstruksi dari

material komposit. Perkembangan material komposit sebagai pengganti

logam cukup diminati, hal ini karena komposit memiliki sifat mekanik yang

baik, tahan korosi, dan juga ramah lingkungan. Komposit adalah suatu

material yang terbentuk dari kombinasi dua atau lebih material

pembentuknya melalui campuran yang tidak homogen, dimana sifat

mekanik dari masing - masing material pembentuknya berbeda.

Kelebihan daripada material ini jika dibandingkan dengan logam adalah

perbandingan kekuatan tehadap berat densitas yang lebih baik serta sifat

ketahanan korosinya. Sehingga banyak dikembangkan material alternatif

sebagai pengganti logam dikarenakan keterbatasan jumlah yang ada di alam.

Komposit dengan matrik polimer di dunia semakin pesat

perkembanganya, salah satu alternatif terbaru yang mulai dilakukan adalah

memanfaatkan serat alam sebagai pengganti serat sintetis yang telah

banyak digunakan sebelumnya. Komposit polimer yang diisi dengan filler

banyak dikembangkan karena aplikasinya yang luas dan harga yang relatif

murah. Penggunaan filler merupakan metode yang cepat dan murah untuk

memodifikasi sifat mekanik. Karena Negara Indonesia memiliki potensi serat

alam yang sangat banyak dan bervariasi, sehingga berpeluang

mengembangkan polimer komposit dengan menggunakan serat alam

terbaru. Berdasarkan latar belakang tersebut, diperlukan produksi komposit

matrik polimer sebagai alternatif terbaru dalam pengganti logam.

1

1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang tersebut, maka rumusan masalah dalam

makalah ini adalah :

1. Bagaimana proses pembuatan komposit matriks polimer?

2. Apa saja aplikasi komposit matriks polimer dalam kehidupan sehari-hari

maupun industri?

3. Apa hubungan antara komposit matriks polimer dengan teknik kimia?

1.3 Tujuan

Adapun tujuan dari pembuatan makalah ini adalah :

1. Mengetahui proses-proses pembuatan komposit matriks polimer.

2. Mengetahui aplikasi komposit matriks polimer dalam kehidupan sehari-

hari dan industri.

3. Mengetahui hubungan antara komposit matriks polimer dengan teknik

kimia.

1.4 Manfaat

Manfaat dari pembuatan makalah ini adalah untuk memberikan informasi

kepada pembaca proses pembuatan komposit matriks polimer serta

aplikasinya dalam kehidupan sehari-hari maupun dalam kehidupan industri.

2

BAB II

ISI

2.1 Tinjauan Pustaka

2.1.1 Komposit

Komposit adalah 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). 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. Bahan komposit merupakan

bahan gabungan secara makro yang didefinisikan sebagai suatu sistem

material yang tersusun dari campuran atau kombinasi dua atau lebih

unsur-unsur utama yang secara makro berbeda dalam bentuk dan atau

komposisi material yang tidak dapat dipisahkan (Schwartz, 1984).

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

Material komposit mempunyai beberapa keuntungan diantaranya

(Schwartz, 1997) :

1. Bobotnya ringan

2. Mempunyai kekuatan dan kekakuan yang baik

3. Biaya produksi murah

4. Tahan korosi

3

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.

Material komposit terdiri dari dua buah penyusun yaitu filler (bahan

pengisi) dan matriks. Adapun definisi dari keduanya adalah sebagai

berikut :

1. Filler adalah bahan pengisi yang digunakan dalam pembuatan

komposit, biasanya berupa serat atau serbuk. Serat yang sering

digunakan dalam pembuatan komposit antara lain serat E-Glass,

Boron, Carbon dan lain sebagainya. Bisa juga dari serat alam

antara lain serat kenaf, jute, rami, cantula dan lain sebagainya.

2. Matriks. Gibson R.F. (1994) mengatakan bahwa matriks dalam

struktur komposit bisa berasal dari bahan polimer, logam, maupun

keramik. Matriks secara umum berfungsi untuk mengikat serat

menjadi satu struktur komposit. Matriks memiliki fungsi:

1. Mengikat serat menjadi satu kesatuan struktur

2. Melindungi serat dari kerusakan akibat kondisi lingkungan

3. Mentransfer dan mendistribusikan beban ke serat

4. Menyumbangkan beberapa sifat seperti, kekakuan, ketangguhan

dan tahanan listrik.

4

Berdasarkan matriks yang digunakan komposit dapat dikelompokkan atas :

1. Komposit Matriks Polimer (Polymer Matrix Composites – PMC).

Bahan ini merupakan bahan komposit yang sering digunakan disebut,

Polimer Berpenguatan Serat (FRP – Fibre Reinforced Polymers or

Plastics).Bahan ini menggunakan suatu polimer-berdasar resin sebagai

matriknya, dan suatu jenis serat seperti kaca, karbon dan aramid (Kevlar)

sebagai penguatannya.

2. Komposit Matriks Logam (Metal Matrix Composites – MMC), ditemukan

berkembang pada industri otomotif, bahan ini menggunakan suatu logam

seperti aluminium sebagai matrik dan penguatnya dengan serat seperti

silikon karbida.

3. Komposit Matriks Keramik (Ceramic Matrix Composites – CMC),

digunakan pada lingkungan bertemperatur sangat tinggi, bahan ini

menggunakan keramik sebagai matrik dan diperkuat dengan serat pendek,

atau serabut-serabut (whiskers) dimana terbuat dari silikon karbida atau

boron nitrida.

2.1.2 Komposit Matriks Polimer

Bahan ini merupakan bahan komposit yang sering digunakan disebut,

Polimer Berpenguatan Serat (FRP – Fibre Reinforced Polymers or Plastics).

Bahan ini menggunakan suatu polimer-berdasar resin sebagai matriknya, dan

suatu jenis serat seperti kaca, karbon dan aramid (Kevlar) sebagai

penguatannya. Polimer merupakan matriks yang paling umum digunakan

pada material komposit. Karena memiliki sifat yang lebih tahan terhadap

korosi dan lebih ringan.

Komposit ini bersifat :

1) Biaya pembuatan lebih rendah

2) Dapat dibuat dengan produksi massal

3) Ketangguhan baik

4) Tahan simpan

5) Siklus pabrikasi dapat dipersingkat

5

6) Kemampuan mengikuti bentuk

7) Lebih ringan.

Keuntungan dari PMC :

1) Ringan

2) Specific stiffness tinggi

3) Specific strength tinggi

4) Anisotropy

Jenis polimer yang banyak digunakan :

1) Thermoplastic

Thermoplastic adalah plastic yang dapat dilunakkan berulang kali

(recycle) dengan menggunakan panas. Thermoplastic merupakan

polimer yang akan menjadi keras apabila didinginkan. Thermoplastic

meleleh pada suhu tertentu, melekat mengikuti perubahan suhu dan

mempunyai sifat dapat balik (reversibel) kepada sifat aslinya, yaitu

kembali mengeras bila didinginkan. Contoh ari thermoplastic yaitu

Poliester, Nylon 66, PP, PTFE, PET, Polieter sulfon, PES, dan Polieter

eterketon (PEEK).

2) Thermoset

Thermoset tidak dapat mengikuti perubahan suhu (irreversibel). 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 tutup ketel, seperti jenis-jenis

melamin. Plastik jenis termoset tidak begitu menarik dalam proses daur

ulang karena selain sulit penanganannya juga volumenya jauh lebih

sedikit (sekitar 10%) dari volume jenis plastik yang bersifat

termoplastik. Contoh dari thermoset yaitu Epoksida, Bismaleimida

(BMI), dan Poli-imida (PI).

6

Komposit polimer yang diisi dengan filler banyak dikembangkan karena

aplikasinya yang luas dan harga yang relatif murah. Penggunaan filler

merupakan metode yang cepat dan murah untuk memodifikasi sifat mekanik.

Secara umum, Filler digunakan untuk meningkatkan kekerasan (hardness)

dan modulus elastisitasnya, tetapi juga dapat dilakukan modifikasi terhadap

nilai kekuatan (strength), ketangguhan (toughness), stabilitas, konduktivitas

panas dan listrik.Salah satu metode yang digunakan untuk menghasilkan

polimer komposit yang diisi dengan filler adalah dengan metode melt

compounding(pencampuran lelehan) dengan menggunakan ekstruder, baik

single screw extruder maupun twin screw extruder serta dilakukan injection

molding. Bahan baku dasar adalah polimer sebagai matriks yang diisi dengan

berbagai filler. Misalnya High Density Polyethylene (HDPE)dengan filler

conductive particle, Poystyrene (PS) dengan filler paduan Sn-Pb, Low

Density Polyethylene (LDPE)dengan filler montmorrillonite MMT),

Polypropylene dengan filler Ultrafine Full-Vulcanized Powdered Rubber

(UFPR).

2.2 Proses Pembuatan Komposit Matriks Polimer

Bahan polymer memiliki keunggulan dari pada bahan logam dan ceramic

yakni lebih liat juga lebih murah tetapi juga memiliki kekurangan antara lain

kurang kuat, kurang baik terhadap suhu tinggi juga kurang sesuai digunakan

untuk menanggung beban tinggi. Oleh sebab itu sifat bahan polymer ini

harus diperbaiki lagi. Salah satu metoda yang digunakan adalah dengan

mencampurkan bahan serat kedalamnya, yaitu dengan menjadikannya

komposit. Berbagai macam proses pembuatan produk komposit matriks

polymer:

1. Cara hand lay- up

Cara ini merupakan metode yang paling mudah dan murah namun lambat

dan membutuhkan tenaga kerja yang berpengalaman dan mahir. Prosesnya

dilakukan dengan tangan dan peralatan yang sederhana yakni roller dan

kuas saja. Adapun proses dari pembuatan dengan metoda ini adalah

7

dengan cara menuangkan resin dengan tangan kedalam serat berbentuk

anyaman, rajuan atau kain, kemudian memberi takanan sekaligus

meratakannya menggunakan rol atau kuas. Proses tersebut dilakukan

berulang-ulang hingga ketebalan yang diinginkan tercapai. Pada proses ini

resin langsung berkontak dengan udara dan biasanya proses pencetakan

dilakukan pada temperatur kamar. Bahan yang digunakan serat kaca

sebagai tulangan dan poliester resin sebagai matriksnya. Kebanyakan

produk yang dihasilkan adalah badan boat, sampan, tangki air dan

sebagainya.

2. Cara semprot/semburan

Semprotan/semburan dilakukan secara serentak dengan campuran

serat yang tak beraturan, biasanya serat kaca dan resin keatas permukaan

mal menggunakan alat penyemprot (spray gun) dengan tekanan yang

sesuai. Roller juga dipergunakan untuk meratakan dan mengeluarkan

udara yang Terperangkap. Proses spray-up dilakukan dengan cara

penyemprotan serat (fibre) yang telah melewati tempat pemotongan

(chopper). Sementara resin yang telah dicampur dengan katalis juga

disemprotkan secara bersamaan Wadah tempat pencetakan spray- up telah

disiapkan sebelumnya.Setelah itu proses selanjutnya adalah dengan

membiarkannya mengeras pada kondisi atsmosfer standar.Spray-up telah

sangat sedikit aplikasi di ruang angkasa. Teknologi ini menghasilkan

struktur kekuatan yang rendah yang biasanya tidak termasuk pada produk

akhir. Spray-up sedang digunakan untuk bergabung dengan struktur back-

up untuk lembaran wajah komposit pada alat komposit. Spray-up ini juga

digunakan terbatas untuk mendapatkan fiberglass splash dari alat transfer.

Aplikasi penggunaan dari proses ini adalah panel-panel, bodi karavan,bak

mandi, sampan,sampan.

3. Cara kantong vakum (vacum bag)

Melalui cara ini cairan komposit resin dan cetakan dimasukkan

kedalam kantong atau membran yang lentur kemudian bagian dalam

kantong dikeluarkan udaranya dengan cara divakum. Ini menyebabkan

8

tekanan atmosfir dariarah luar menekan kantong atau membran secara

seragam keatas resin komposit yang basah ini. penggunaan dari proses

vakum ini adalah untuk menghilangkan udara terperangkap dan kelebihan

resin. Pada proses ini digunakan pompa vacuum untuk menghisap udara

yang ada dalam wadah tempat diletakkannya komposit yang akan

dilakukan proses pencetakan. Dengan divakumkan udara dalam wadah

maka udara yang ada diluar penutup plastic akan menekan kearah dalam.

Hal ini akan menyebabkan udara yang terperangkap dalam specimen

komposit akan dapat diminimalkan. Dibandingkan dengan hand layup,

metode vakum memberikan penguatan konsentrasi yang lebih tinggi,

adhesi yang lebih baik antara lapisan, dan kontrol yang lebih resin / rasio

kaca. Tekanan kerja sekitar 383 kPa.

4. Cara kantong tekanan (pressure bag)

Cara kantong tekanan digunakan apabila dibutuhkan tekanan yang lebih

besar dari tekanan kantong vakum . Tekanan yang diberikan dari sebelah

luar.

5. Cetakan Autoklaf

Cara ini dilakukan apabila tekanan kerja melebihi dari kantong bertekanan.

Tekanan yang diberikan dapat mencapai 1380 kPa. Umumnya produk

yang dihasilkan dengan standar aeronautical dipergunakan antara lain

untuk komponen struktur pesawat terbang (bagian ekor dan sayap), mobil

racing F1 dan raket tenis.

6. Cara cetakan suntikan (injection moulding)

Metoda suntikan sesuai untuk produksi masal tetapi hanya untuk

komponen yang kecil. Cara ini dapat menghemat tenaga buruh/tenaga

kerja selain juga lingkungan kerja yang bersih dan terjamin keselamatan

kerja. Cara ini merupakan penggabungan antara metoda suntik dan juga

dibantu dengan alat vakum. Produk yang dihasilkan banyak digunakan

untuk komponen otomotif dan tempat duduk kereta api.

9

7. Proses Pultrusi (Pultrusion)

Pultrusi merupakan teknik pemrosesan istimewa yang menggabungkan

serat penguat dan resin matriks dalam alat yang sesuai untuk menghasilkan

profil penguatan dengan ketahanan membujur yang baik. Serat ditarik

keluar melalui rendaman resin juga melalui pewarna yang dipanaskan.

Proses ini merupakan cara yang cepat dan ekonomis dimana kandungan

resin dan serat dapat diatur takarannya sesuai Pembantu vakum yang

diinginkan. Sifat struktur juga sangat baik karenaprofil yang dihasilkan

mempunyai serat yang lurus dan pecahan isi paduan serat yang tinggi.

Contoh produk yang dihasilkan adalah sambungan yang digunakan dalam

struktur jembatan, tangga, dan sebagainya.

2.3 Aplikasi Komposit Matriks Polimer dalam Kehidupan Sehari-hari dan

Industri

1) Matriks berbasis poliester dengan serat gelas

a) Alat-alat rumah tangga

b) Panel pintu kendaraan

c) Lemari perkantoran

d) Peralatan elektronika.

2) Matriks berbasis termoplastik dengan serat gelas

a) Kotak air radiator

b) Temperatur servis dapat dinaikkan sampai 300°C dengan menggunakan

fiber dari silika yang sangat murni dan polimer temperatur tinggi seperti

resin poliamida.

c) Fiberglas diaplikasikan pada bodi mobil dan kapal, pipa plastik,

kontainer, dan lantai.

d) Industri transportasi semakin banyak memanfaatkan plastik yang

diperkuat dengan fiberglas untuk mengurangi berat kendaraan.

3) Matriks berbasis termoset dengan serat carbon

a) Rotor helikopter

b) Komponen ruang angkasa

10

c) Tangki bertekanan

d) Rantai pesawat terbang

2.4 Hubungan antara Komposit Matriks Polimer dengan Teknik Kimia

Sistem resin seperti epoksi dan poliester mempunyai batasan

penggunaan dalam manufaktur strukturnya, dikarenakan sifat-sifat mekanik

tidak terlalu tinggi dibandingkan sebagai contoh sebagian besar logam.

Bagaimanapun, bahan tersebut mempunyai sifat-sifat yang diinginkan,

sebagian besar khususnya kemampuan untuk dibentuk dengan mudah

kedalam bentuk yang rumit. Bahan seperti kaca, aramid dan boron

mempunyai kekuatan tarik dan kekuatan tekan yang luar biasa tinggi tetapi

dalam ‘bentuk padat’ sifat-sifat ini tidak muncul. Hal ini berkenaan dengan

kenyataan ketika ditegangkan, serabut retak permukaan setiap bahan menjadi

retak dan gagal dibawah titik tegangan patah teoritisnya. Untuk mengatasi

permasalahan ini, bahan diproduksi dalam bentuk serat, sehingga, meskipun

dengan jumlah serabut retak yang terjadi sama, serabut retak tersebut terbatasi

dalam sejumlah kecil serat dengan memperlihatkan sisa kekuatan teoritis

bahan. Oleh karena itu seikat serat akan mencerminkan lebih akurat kinerja

optimum bahan. Bagaimanapun juga satu serat dapat hanya memperlihatkan

sifat-sifat kekuatan tarik sesuai panjang serat, seperti halnya serat dalam suatu

tali.

Jika sistem resin dikombinasikan dengan serat penguat seperti kaca,

karbon dan aramid, sifat-sifat yang luarbiasa dapat diperoleh. Matrik resin

menyebarkan beban yang dikenakan terhadap komposit antara setiap individu

serat dan juga melindungi serat dari kerusakan karena abrasi dan benturan.

Kekuatan dan kekakuan yang tinggi, memudahkan pencetakan bentuk yang

rumit, ketahanan terhadap lingkungan yang tinggi dengan berat jenis rendah,

membuat kesimpulan komposite lebih superior terhadap logam dalam banyak

aplikasi.

11

Bila Komposit Matrik Polimer mengabungkan sistem resin dan serat penguat,

sifat-sifat yang dihasilkan bahan komposit akan memadukan beberapa hal

sifat-sifat yang dimiliki oleh resin dan yang dimiliki oleh serat.

Secara umum, sifat-sifat komposit ditentukan oleh :

1. Sifat-sifat serat

2. Sifat-sifat resin

3. Rasio serat terhadap resin dalam komposit (Fraksi Volume Serat – Fibre

Volume Fraction)

4. Geometri dan orientasi serat pada komposit

Bahan komposit dibentuk pada saat yang sama ketika struktur tersebut

dibuat. Hal ini berarti bahwa orang yang membuat struktur menciptakan sifat-

sifat bahan komposit yang dihasilkan, dan juga proses manufaktur yang

digunakan merupakan bagian yang kritikal yang berperanan menentukan

kinerja struktur yang dihasilkan.

Karena Teknik Kimia adalah suatu ilmu rekayasa maka dengan bahan

komposit yang memiliki kelebihan dari segi versality (berdaya guna) yaitu

produk yang mempunyai gabungan sifat-sifat yang menarik yang dapat

dihasilkan dengan mengubah sesuai jenik matriks dan serat yang digunakan.

12

BAB III

PENUTUP

3.1 Kesimpulan

Polimer merupakan matriks yang paling umum digunakan pada

material komposit. Karena memiliki sifat yang lebih tahan terhadap

korosi dan lebih ringan. Matriks polimer terbagi 2 yaitu termoset dan

termoplastik. Aplikasi Komposit matriks polimer sangat luas diantaranya

untuk alat-alat rumah tangga, peralatan elektronik, tangki bertekanan dan

komponen pesawat terbang baik militer maupun komersial seperti sayap

dan helikopter.

3.2 Saran

Diperlukan pengembangan lebih lanjut mengenai produksi polimer

komposit dalam bidang industri karna komposit matriks polimer

aplikasinya sangat luas.

13

DAFTAR PUSTAKA

Gibson, Ronald F. 1994. Principle Of Composite Material Mechanics. New York

Mel. M. Schwartz, Composite Material Processing, Fabrication and Applications.Vol II, Prencitice-Hall, Inc. New Jersey (1997) 143-201

Schwartz, M.M. (1984). Composite Materials Handbook. New York: McGrawHill Inc.

Pramono, Agus. Komposit Sebagai Trend Teknologi Masa Depan. FakultasTeknik Metalurgi & Material Universitas Sultan Ageng Tirtayasa

Anonim. 2010. Komposit. http://uj3n9.blogspot.com/2010_05_16_archive.html.

diakses pada 16 Mei 2015. 19:30

Elly.2008.Panduan Untuk Komposit.

http://ellyawan.dosen.akprind.ac.id/?p=6#comments. Diakses pada 16 Mei

2015. 12:35

14