BAB II TINJAUAN PUSTAKA

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 BAHAN KOMPOSIT Bahan komposit menunjukkan artian bahwa dua atau lebih material digabung pada skala makroskopis untuk membentuk material ketiga yang berbeda. Materialmaterial yang berbeda dapat digabung dalam skala mikroskopis seperti memadukan logam. Bila suatu komposit dirancang dengan baik maka akan memberikan kualitas yang bagus daripada komponen atau konstituen penyusunnya. Beberapa sifat yang dapat dikembangkan dengan membentuk bahan komposit yaitu [16] : kekuatan (strength), kekakuan (stiffness), tahanan korosi (corrosion resistance), tahanan aus (wear resistance), daya pikat (attractiveness), berat, perioda lelah (fatigue life), sifat ketergantungan suhu (temperature-dependent behavior), insulasi termal, konduktivitas termal, dan insulasi akustik (acoustical insulation). Secara umum, tidak semua sifat-sifat di atas dikembangkan pada waktu yang bersamaan karena dikhawatirkan malah akan mengganggu sifat material itu sendiri misalnya insulasi termal dan konduktivitas termal. Tujuan pembentukan bahan komposit itu sendiri yaitu untuk membentuk suatu bahan baru yang memiliki sifat khusus untuk keperluan tertentu pula. Bahan komposit memiliki sejarah penggunaan yang sangat panjang. Penggunaan komposit untuk pertama sekali tidak diketahui tetapi beberapa sejarah menunjukkan bahwa bahan komposit telah digunakan. Misalnya penggunaan jerami untuk meningkatkan kekuatan bata. Plywood yang dapat digunakan sebagai bahan pengganti kayu karena memiliki kekuatan dan tahanan termal yang baik. Dewasa ini, bahan komposit matriks-resin dengan penguat serat memiliki perbandingan kekuatan dan kekakuan terhadap berat yang sangat tinggi telah menjadi salah satu permasalahan yang dihadapi dalam industri mobil dan penerbangan [16]. 2.1.1 Konstituen Komposit Pada prinsipnya, komposit dibentuk berdasarkan kombinasi antara dua atau lebih material seperti bahan logam, organik ataupun nonorganik. Meskipun ada 5

terdapat kombinasi bahan yang tidak terbatas, tetapi bentuk konstituen lebih terbatas. Bentuk konstituen yang umum digunakan dalam bahan komposit yaitu serat, partikel, laminae (lapisan), serpihan (flakes), pengisi, dan matriks. Bentuk-bentuk ini ditunjukkan pada Gambar 2.1. Matriks merupakan konstituen utama yang melindungi dan memberikan bentuk pada komposit. Serat, partikel, laminae, serpihan, dan pengisi merupakan konstituen struktural. Hal ini berarti bahwa mereka menentukan struktur internal dari komposit. Secara umum, meskipun tidak selalu konstituen struktural dianggap sebagai fasa tambahan. FIBER PARTICLE FLAKE LAMINA FILLER Gambar 2.1 Bentuk-bentuk konstituen yang berbeda [17] Jenis komposit yang paling umum dijumpai adalah jenis dimana konstituen struktural dikelilingi dalam matriks, tetapi ada banyak komposit juga yang tidak memiliki matriks dan tersusun dari satu atau lebih bentuk konstituen yang merupakan gabungan dua atau lebih bahan. Sebagai contoh istilah sandwich dan laminates merupakan susunan dari beberapa lapis yang bila digabung akan memberikan bentuk komposit. Banyak barang tenunan tidak memiliki matriks konstituen tetapi terdiri dari serat dengan sejumlah komposisi dengan atau tanpa ikatan fasa [17]. 6

2.1.1.1 Matriks Pada penelitian ini, matriks yang digunakan adalah poliester tidak jenuh (UPR). Unsaturated Polyester Resin (UPR) merupakan sebuah makromolekul dengan adanya gugus poliester dan tergolong kategori resin termoset dimana resin ini merupakan produk dari reaksi tahap demi tahap (step-growth) antara asam jenuh seperti asam phtalat atau isophtalat dengan asam tidak jenuh seperti asam maleat atau fumarat yang dikondensasikan dengan alkohol dihidris [6]. UPR berupa resin cair dengan viskositas yang cukup rendah, mengeras pada suhu kamar dengan penggunaan katalis tanpa menghasilkan gas sewaktu resin termoset lainnya. pengesetan seperti banyak Unsaturated Polyester Resin (UPR) yang digunakan dalam penelitian ini adalah seri Yukalac 157 BQTN-EX Series, dimana memiliki beberapa spesifikasi sendiri, yaitu : Tabel 2.1 Spesifikasi Unsaturated Polyester Resin Yukalac 157 BTQN-EX [18] Item Satuan Nilai Tipikal Catatan Berat Jenis - 1,215 250 C Kekerasan _ 40 Barcol/GYZJ 934-1 Suhu distorsi panas oc 70 Penyerapan air ( suhu ruang) % 0,188 24 jam % 0,466 7 hari Kekuatan Fleksural kg/mm2 9,4 _ Modulus Fleksural kg/mm2 300 _ Daya Rentang kg/mm2 5,5 _ Modulus Rentang kg/mm2 300 _ Adapun salah satu reaksi pembentukan poliester ditunjukkan pada Gambar 2.4 dimana terjadi reaksi antara 1,3-bis(karboksimetoksi) benzena, asam benzoat 2-[3- karboksipropenoil amino], dan maleat anhidrat dengan diol-diol jenuh seperti etilen, dietilen, propilen, 1,4-tetrametilen dan 1,6-heksametilen glikol. 7

asam benzoat 2-[3- karboksipropenoil 1,3- bis(karboks Maleat Diol amino] Anhidrat Poliester Tidak Jenuh Dimana : 2-amino-benzena 1,3- bis (metoksi benzena) Gambar 2.2 Reaksi Pembentukan Poliester Tidak Jenuh [20] Pada umumnya katalis yang digunakan untuk mengeraskan poliester tidak jenuh yaitu metil etil keton peroksida (MEKP). Katalis ini termasuk senyawa polimer dengan bentuk cair, berwarna bening. Fungsi dari katalis adalah mempercepat proses pengeringan (curing) pada bahan matriks suatu komposit. Semakin banyak katalis yang dicampurkan pada cairan matriks akan mempercepat proses laju pengeringan, tetapi akibat mencampurkan katalis terlalu banyak adalah membuatan komposit menjadi getas. Penggunaan katalis sebaiknya diatur berdasarkan kebutuhannya [25]. 8

Reaksi curing yang terjadi pada matriks poliester tidak jenuh dengan katalis metil etil keton peroksida (MEKP) ditunjukkan pada Gambar 2.3. Poliester tidak jenuh Curing Stirena Metil Etil Keton Peroksida Dimana : 2-amino-benzena 1,3- bis (metoksi benzena) Gambar 2.3 Reaksi Curing Poliester Tidak Jenuh [20] Mekanisme reaksi dari reaksi curing poliester tidak jenuh yaitu [27]: a) Katalis peroksida terurai menjadi radikal bebas yang bertindak sebagai inisiator menyerang ikatan rangkap pada poliester tidak jenuh (R =C 4 H 9 O 2 / tersier butil dioksi) R'''OOR''' 2R'''O. b) Akibat adanya serangan katalis yang merupakan radikal bebas akan membuat terbentuknya elekron tidak berpasangan pada poliester tidak jenuh. 9

R'''O. R'''O. O O O O O O O [ C-CH=CH-C-R'-C-ORO C-R"-C-ORO-C-CH=CH-C-ORO 2 ] O R'''O. O O O O O R'''O. [.. C-R"-C-ORO-C-CH.. CH-C-ORO] C-CH CH-C-R'-C-ORO 2 O c) Elektron yang tidak berpasangan pada ikatan rangkap poliester tidak jenuh kemudian menyerang ikatan rangkap pada stirena sehingga terbentuklah suatu ikatan sambung silang antara poliester tidak jenuh dengan stirena. O OR''' O O [. C-R"-C-ORO-C-CH CH-C-ORO. ] C-CH CH-C-R'-C-ORO 2 O O O OR''' O CH=CH 2 CH=CH 2 d) Setelah terbentuknya ikatan sambung silang antara poliester tidak jenuh dengan stirena, maka terbentuklah lagi elektron tidak berpasangan pada molekul stirena. Elektron tidak berpasangan ini kemudian menyerang molekul poliester tidak jenuh lainnya dan terbentuk suatu radikal bebas baru yang akan menyerang molekul stirena lainnya. Reaksi ini terus berlangsung hingga poliester tidak jenuh telah mengeras (cured). O OR''' O O [ C-R"-C-ORO-C-CH CH-C-ORO] C-CH CH-C-R'-C-ORO 2 O O O OR'''.CH CH 2. CH CH 2 O O O O O O O O [ C-CH=CH-C-R'-C-ORO C-R"-C-ORO-C-CH=CH-C-ORO 2 ] 10

2.1.1.2 Pengisi Ada beberapa cara untuk mengklasifikasikan bahan komposit. Klasifikasi yang disebutkan di sini yaitu berdasarkan bentuk konstituen struktural. Hal ini memberikan pembagian lima kelas dari komposit, yaitu [18]: 1. Komposit serat (fiber composite), terdiri dari serat dengan atau tanpa matriks. 2. Komposit serpihan (flake composite), terdiri dari serpihan datar dengan atau tanpa matriks. 3. Komposit partikulat (particulate composite), terdiri dari partikel dengan atau tanpa matriks. 4. Komposit berpengisi (skeletal) (filled composite), terdiri dari matriks skeletal kontinu yang diisi dengan material kedua. 5. Komposit laminar (laminar composite), terdiri dari lapisan konstituen. FIBER CO PARTICULATE COMP LAMINAR CO FLAKE COMP FILLED COMP Gambar 2.4 Kelas Komposit [18] Pada penelitian ini, jenis pengisi yang digunakan adalah berbentuk serat yaitu selulosa. Selulosa merupakan polimer dengan berat molekul tinggi yang tersusun oleh unit-unit anhidroglukosa yang terikat satu sama lain dengan ikatan β-glukosida yang membentuk rantai ikatan panjang dan tidak bercabang. Selulosa memiliki ikatan hidrogen antar rantainya yang menyebabkan selulosa sukar untuk dihidrolisis. 11

Selulosa memiliki rumus kimia (C 6 H 10 O 5 ) n dengan n adalah jumlah pengulangan unit-unit gula atau ukuran rantai polimer yang dinyatakan dengan derajat polimerisasi (DP). Besarnya DP bervarasi sesuai dengan sumber selulosa dan pengolahan yang dilakukan. Pulp komersial yang berasal dari bahan kayu biasanya memiliki DP rata-rata antara 600-1500, sedangkan rayon berkisar antara 100-600. Selulosa merupakan homipolisakarida yang tersusun atas unit-unit β-dglukopiranosa yang terikat satu sama lain dengan ikatan 1,4 glikosida. Hidrolisis sempurna dalam larutan HCl 40%, hanya menghasilkan D-glukosa. Molekul-molekul selulosa seluruhnya berbentuk linier dan mempunyai kecendrungan kuat membentuk ikatan hidrogen intra dan intermolekular [20]. Gambar 2.5 Struktur Primer Selulosa [21] Mikrofibril merupakan kumpulan dari molekul selulosa dalam bentuk benang dengan diameter sekitar 3,5 nm yang mempunyai fasa kristalin dan amorf. Mikrofibril terdapat pada dinding sel sekunder pada tumbuhan. Mikrofibril terorientasi pada arah yang berbeda pada masing-masing lapisan dalam dinding sel sekunder [21]. Kegunaan selulosa yang utama adalah sebagai bahan baku pembuatan kertas dan sebagai bahan untuk pembuatan turunan selulosa seperti selulosa nitrat, selulosa asetat, selulosa butirat, multiselulosa dan sebagainya [20]. Sifat-sifat serat selulosa dapat dilihat pada Tabel 2.2 12

Tabel 2.2 Sifat-Sifat Umum Serat Selulosa [22] Sifat Nilai Rumus kimia (C 6 H 10 O 5 ) n Kandungan selulosa 44-99,6 % Densitas 1-1,1 g/cm 3 Temperatur baker 290 o C Temperatur maksimum penggunaan 200 o C Kandungan kelembapan 2-10 % Adsorpsi kelembapan 420-1000 % Kandungan abu 0,13-1,4 % Ukuran pori 100 o A (hanya polimer BM<10.000) Panjang serat 22-290 µm Diameter serat 5-30 µm Luas permukaan spesifik 1 m 2 /g (kering) atau 100-200 m 2 /g (basah) Penelitian tentang penggunaan selulosa sebagai pengisi pada bahan-bahan polimer telah banyak dilakukan diantaranya : 1. Wahyu dkk (2011) melakukan penelitian tentang penggunaan selulosa dan selulosa asetat sebagai pengisi pada matriks high density polyethylene (HDPE) [23]. 2. Kuboki dkk (2009) membuat komposit high density polyethylene (HDPE) berpengisi serat selulosa nanofibril [24]. 3. Talib dkk (2010) membuat komposit low density polyethylene (LDPE) berpengisi selulosa yang diambil dari serat tandan kosong sawit [25]. 2.1.1.3 Antarmuka dan Antarfasa Adanya pencampuran bahan yang berbeda dalam bahan komposit, maka dalam komposit tersebut akan selalu terdapat daerah berdampingan (contiguous region). Definisi sederhananya yaitu sebuah antarmuka (interfaces) atau dengan kata lain permukaan membentuk batasan dalam konstituen. Pada beberapa kasus, daerah berdampingan sering juga dianggap sebagai fasa tambahan yang dinamakan dengan antarfasa (interphases). Sebagai contoh, pada lapisan serat gelas dalam plastik berpengisi dan bahan adesif yang mengikat lapisan bersamaan. Ketika terdapat suatu antarfasa maka akan terdapat dua antarmuka, yaitu pada permukaan antarfasa dan konstituen di tengahnya [17]. Gambar 2.6 menunjukkan bentuk interface matriks dengan serat 13

INTERPHASE (BONDING AGENT) MATRIX FIBER INTERFACE Gambar 2.6 Bentuk interface antara matriks dengan serat [17] 2.2 METODA PENYEDIAAN KOMPOSIT Metoda penyediaan komposit yang umum dilakukan, yaitu [28]: 1. Metoda Vacuum Bagging yang menggunakan kombinasi ruang vakum dan sebuah film penyerap resin. 2. Metoda Vacuum Resin Transfer Moulding (RTM) menggunakan pemanasan dan proses pemvakuman. 3. Metoda Filament Winding menggunakan sebuah mesin pemintal untuk membentuk jaringan filament. 4. Metoda Pultrusi menggunakan peralatan untuk membentuk komposit menjadi bentuk-bentuk struktural. Metoda ini banyak digunakan untuk produksi dalam skala besar. 5. Metoda Hand Lay-Up Pada penelitian ini metoda yang digunakan adalah metoda hand lay-up. Metoda ini 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 14

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 [17]. Dry Reinforcement Fabric Consolidation Roll Resin Optional Gel Coat Mould Tool Gambar 2.7 Metoda Hand Lay-Up [28] 2.3 PENGUJIAN / KARAKTERISASI BAHAN KOMPOSIT 2.3.1 Uji 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 [29]. 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 [29]. 15

2.3.2 Uji Kekuatan Bentur (Impact Strength) Pengujian impak dilakukan untuk mengetahui karakteristik patah dari bahan. Pengujian ini biasanya mengikuti dua metoda yaitu metoda Charpy dan Izod yang dapat digunakan untuk mengukur kekuatan impak, yang kadang juga disebut seabgai ketangguhan ketok (notch toughness). Untuk metoda Charpy dan Izod, spesimen berupa dalam bentuk persegi dimana terdapat bentuk V-notch (Gambar 2.8). Gambar 2.8 Spesimen V-Notch Metoda Charpy dan Izod [30] Peralatan untuk melakukan kekuatan impak spesimen V-notch ditunjukkan pada Gambar 2.9. Beban didapat dari tumbukan pendulum yang dilepas dari ketinggian h. Spesimen diletakkan di dasar seperti pada Gambar 2.8. Ketika dilepas ujung pisau pada pendulum akan menghantam dan mematahkan spesimen pada titik ketoknya (notch) yang bekerja sebagai titik tegangan untuk benturan kecepatan tinggi. Pendulum terus berayun, naik sampai ketinggian maksimum h' yang lebih rendah dari h. Energi yang diserap, yang diukur dari perbedaan ketinggian h dan h' merupakan pengukuran kekuatan impak. Perbedaan antara metoda Charpy dan Izod yaitu bergantung pada peletakan support spesimen seperti ditunjukkan pada Gambar 2.9 [30]. 16

Scale Pointer Starting Position Hammer End of Swing Specimen Anvil Gambar 2.9 Skema Pengujian Impak [30] 2.3.3 Uji Kekuatan Lentur (Flexural Strength) Material komposit mempunyai sifat tekan lebih baik dibanding tarik, pada perlakuan uji lentur spesimen, bagian atas spesimen terjadi proses tekan dan bagian bawah terjadi proses tarik sehingga kegagalan yang terjadi akibat uji bending yaitu mengalami patah bagian bawah karena tidak mampu menahan tegangan tarik [31]. 2.3.4 Karakterisasi 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 [32]. 17

2.3.5 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 2.10. 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 [8]. Gambar 2.10 Susuan Geometri Serat dalam Matriks [8] 2.3.6 Analisa Penyerapan Air oleh Komposit 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 [33]. 18

2.3.7 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 [34]. 2.3.8 Analisa Thermogravimetric Analysis (TGA) Analisa TGA dipakai terutama untuk menetapkan stabilitas panas bahan polimer. Metoda TGA yang paling banyak dipakai didasarkan pada pengukuran berat yang kontinu terhadap suatu neraca sensitif (disebut neraca panas) ketika suhu sampel dinaikkan dalam udara atau dalam suatu lingkungan yang bersifat inert. Jenis TGA ini dinyatakan sebagai TGA nonisotermal. Data dicatat sebagai termogram berat versus temperatur. Berat yang hilang bisa diakibatkan oleh karena terjadinya evaporasi lembab yang tersisa atau pelarut, tetapi pada suhu yang lebih tinggi bisa diakibatkan oleh terurainya bahan polimer. Selain memberikan informasi mengenai 19

stabilitas panas, TGA bisa dipakai untuk mengkarakterisasi polimer melalui hilangnya suatu entitas yang diketahui, seperti asam klorida (HCl) dari polivinil klorida. Dengan demikian kehilangan berat bisa dikorelasikan dengan persen vinil klorida dalam suatu kopolimer. TGA juga bermanfaat untuk penetapan volatilitas bahan pemlastik dan bahan-bahan tambahan lainnya. Adapun juga dikenal istilah TGA isotermal yang kurang umum dipakai yaitu metoda yang mencatat kehilangan berat dengan waktu pada suhu konstan [22]. 2.4 APLIKASI DAN KEGUNAAN PRODUK KOMPOSIT Penggunaan serat alam pada komposit banyak dikembangkan dalam sektor industri automotif. Spesifikasi pasar yang sesuai untuk komposit serat alam meliputi pemanjangan (elongation) dan energi patahan tertinggi (ultimate breaking force), kekuatan lentur, kekuatan bentur, penyerapan akustik, kecocokan pemrosesan dan sifat hancur (crash behaviour). Serat-serat dari tanaman ini biasanya digunakan sebagai bagian dari interior mobil dan kabin truk. Penggunaan bahan automotif berbasis serat alam meliputi panel yang bervariasi, bagian trim dan rem sepatu lebih dipilih karena bahan-bahan ini dapat mengurangi 10% berat, 80% energi pemrosesan dan 5% biaya [35]. Serat alam memiliki konsumsi energi yang rendah dalam pemrosesannya bila dibandingkan dengan serat sintetik seperti serat gelas dan karbon. Hal ini ditunjukkan oleh Tabel 2.3. Dari Tabel 2.3 dapat dilihat bahwa beberapa serat alam seperti kayu dan flax memiliki harga yang jauh lebih murah dibandingkan serat gelas [36]. Tabel 2.3 Perbandingan Harga antara Serat Alam dan Serat Sintetik [36] Harga Spesifik Graviti Harga Serat $/m 3 kg/m 3 $/kg Kayu 420 1600 0,26 Flax 600 1500 0,40 Gelas 4850 2600 1,87 Selulosa* 500 1440 0,55 *Untuk Penelitian ini Beberapa perusahaan pembuat mobil seperti Volkswagen, BMW, Mercedes- Benz, Ford dan Opel sekarang menggunakan komposit berpengisi serat alam untuk 20

pembuatan produk seperti yang diberikan di Tabel 2.4 dan ditunjukkan pada Gambar 2.11. Tabel 2.4 Perusahaan Mobil dan Penggunaan Komposit Serat Alam [36] Perusahaan Aplikasi Model Mengunakan Serat AUDI A2, A3, A6,A8, Roadster, Rami, Sisal Coupe Tempat duduk, panel pintu samping dan belakang BMW Seri 3,5,7 Rami, Sisal Panel pintu, panel headliner, boot lining, tempat duduk, panel insulasi suara DAIMLER- Model kelas A,C,E,S Rami CHRYSLER Panel pintu, windshield, dashboard, meja bisnis FORD Mondeo CD 162, Focus Wool, Kapas Panel pintu, 8-pillar, boot liner LOTUS Eco Elise Rami, Eco wool, Sisal Panel bodi, spoiler, tempat duduk, karpet interior MERCEDES-BENZ Truk Rami Penutup mesin dalam, insulasi mesin, penghalang matahari, insulasi interior, bumper, kotak roda, dan penutup atap TOYOTA Brevis, Harrier, Celsior, Raum Kenaf Panel pintu, tempat duduk, penutup ban serap VOLKSWAGEN Golf, Passat, Bora Rami Panel pintu, tempat duduk, panel boot lid, boot liner VOLVO C70, V70 Kursi bantalan, busa alami, Busa berbasis kedelai Gambar 2.11 Contoh Penggunaan Serat Alam di Industri Automotif [37] 21

Komposit serat alam yang diproduksi oleh BMW yaitu meliputi kombinasi komposit hibrida antara 80% flax dan 20% sisal untuk meningkatkan kekuatan benturan pada perpanelan. Sementara itu, pabrikan mobil Volvo mulai menggunakan buih kacang kedelai (soy based foam) untuk membuat lapisan pada tempat duduk. Dua faktor yang paling berperan penting dalam penggunaan komposit serat alam yaitu biaya dan berat, tetapi kemudahan daur ulang dari komponen kendaraan juga merupakan suatu pertimbangan yang patut diperhatikan dalam penggunaan komposit serat alam [35]. Perkembangan penggunaan serat alam di komponen mobil seperti pada panel bodi, spoiler, tempat duduk, karpet interior terdapat pada Lotus Eco Elise yang menggunakan bahan rami, eco wool, dan sisal yang merupakan bahan dengan tingkat biodegradasi tinggi [36]. Gambar 2.12 Mobil Lotus Eco Elise [36] Penggunaan lain dari komposit serat alam tidak hanya sebatas pada industri automotif tetapi juga pada aplikasi lain seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.13. Gambar 2.13 Aplikasi Lain Penggunaan Komposit Serat Alam [37] 22

Dalam penelitian ini, produk berupa komposit berpengisi serat tandan kosong sawit dan selulosa dapat digunakan sebagai bahan baku untuk berbagai macam aplikasi industri seperti yang ditunjukkan Gambar 2.13. Untuk pemakaian di bidang automotif, komposit UPR-selulosa belum begitu cocok untuk diterapkan karena penggunaan matriks UPR yang merupakan jenis resin termoset tidak begitu unggul bila dibandingkan dengan jenis resin termoplastik dalam biaya pemrosesan. Selain itu, matriks dari kelas termoplastik memiliki kefleksibilitas rancangan dan kemudahan pencetakan bagian kompleks [35]. Sifat inilah yang membuat mayoritas pabrikan mobil menggunakan matriks termoplastik bila dibandingkan dengan matriks termoset. 2.5 ANALISA BIAYA Dalam penelitian ini, dilakukan suatu analisa biaya terhadap pembuatan komposit poliester tidak jenuh (UPR) berpengisi selulosa. Rincian biaya diberikan dalam Tabel 2.5 berikut. Tabel 2.5 Rincian Biaya Pembuatan Komposit UPR Berpengisi Selulosa Bahan dan Peralatan Jumlah Harga (Rp) Biaya Total (Rp) Poliester Tidak Jenuh 2 kg Rp 31.000,-/kg 62.000,- Yukalac 157 BTQN-EX Katalis Metil Etil Keton 1 botol Rp 7.000,-/botol 7.000,- Peroksida (MEKP) Lilin Cetakan (Malam) 4 buah Rp 5.000,-/buah 20.000,- Selulosa 300 gram Rp 750,-/gram 225.000,- Pembuatan Besi Cetakan Uji 1 buah Rp 5.000,-/ buah 5.000,- Bentur Pembuatan Besi Cetakan Uji 1 buah Rp 5.000,-/ buah 5.000,- Lentur Pembuatan Besi Cetakan Uji 1 buah Rp 5.000,-/ buah 5.000,- Absorpsi Air Kaca 8 buah - - Reparasi Alat UTM Gotech - Rp 200.000,- 200.000,- Al-7000 M Analisa Fourier Transform 3 sampel Rp 150.000,- 450.000,- Infra-Red (FTIR) /sampel Analisa Thermogravimetric Analysis (TGA) 3 sampel Rp 150.000,- /sampel 450.000,- Tabel 2.5 Rincian Biaya Pembuatan Komposit UPR Berpengisi Selulosa (Lanjutan) 23

Bahan dan Peralatan Jumlah Harga (Rp) Biaya Total (Rp) Biaya International - - 1.800.000,- Conference of Advance Materials Science and Technology 2013 Biaya Perjalanan Medan- - - 1.691.000,- Jogjakarta PP TOTAL 4.920.000,- Dari rincian biaya yang telah dilakukan diatas maka total biaya yang diperlukan untuk membuat komposit UPR-Selulosa yaitu sebesar Rp 4.920.000,-. Salah satu produk yang bisa dibuat adalah bumper mobil. Bahan baku pembuatan talenan yaitu : 1. Poliester tidak jenuh 2. Metil etil keton peroksida 3. Selulosa 4. Malam / lilin 5. Kuas 6. Cetakan bumper mobil 7. Kaca Prosedur pembuatan bumper mobil sama seperti prosedur penelitian ini. Ukuran bumper mobil yang akan diproduksi berukuran : 53 x 2.75 x 1/2 inci Gambar 2.14 BumpTek RP-53 - (53" Rear Bumper Guard) [54] Diketahui : Panjang : 53 inci = 134.62 cm sebanyak : Lebar : 2.75 inci = 6.985 cm Tinggi : 1/2 inci = 1.27 cm Pada pembuatan bumper membutuhkan selulosa dan polyester tidak jenuh Volume bumper = p x l x t 24

= 134.62 cm x 6.985 cm x 1.27 cm = 1194.21 cm 3 Densitas bumper = Densitas Komposit pada komposisi 95:5 = 1.130 gr/cm 3 Massa bumper = Densitas telanan x Volume bumper = 1,130 gr/cm 3 x 1194.21 cm 3 = 1349.45 gram = 1.349 kg Pembuatan bumper dibuat atas dasar perbandingan polyester tidak jenuh : selulosa (95 : 5) b/b Massa selulosa yang digunakan = 5% x massa bumper = 0.05 x 1349.45 gram = 67.47 gram 67.5 gram Massa Poliester tidak jenuh yang digunakan = 95% x massa bumper Biaya pembuatan bumper adalah : = 0.95 x 1349.45 gram = 1281.97 gram 1282 gram = 1,28 kg Tabel 2.6 Rincian Biaya Pembuatan Bumper Bahan dan Peralatan Jumlah Harga (Rp) Biaya Total (Rp) Poliester Tidak Jenuh 1,28 kg 31.000,-/kg 39.680,- Yukalac 157 BTQN-EX Katalis Metil Etil Keton 1 botol 7.000,-/botol 7.000,- Peroksida (MEKP) Lilin Cetakan (Malam) 10 buah 5.000,-/buah 50.000,- Selulosa 67.5 gram 750,-/gram 50.625,- Kaca 8 buah - - Cetakan bumper 1 buah 50.000,- 50.000,- Analisa uji 1 sampel 100.000,- 100.000,- TOTAL 297.305,- Total biaya yang diperkirakan untuk membuat 1 buah produk bumper yaitu sebesar Rp 297.305,-. Harga produk sejenis di pasaran memiliki rentang harga Rp 200.000,- s/d Rp 600.000,- [54]. Syarat sebuah bumper mobil layak untuk dipakai apabila memiliki kekuatan lentur di atas 32 Mpa [55] pada produk ini memiliki nilai 25

kekuatan lentur 50.872 MPa. Oleh karena itu, maka produk ini memiliki potensi untuk dipasarkan dan bersaing dengan produk lainnya yang sejenis. 26