Edukatif, Investigatif, Faktual, Berimbang

Mengenal Komposit di Sekitar Kita

0 54

Article posted by May 13, 2021

Oleh: Yeremias M. Pell, ST., M.Eng

Dosen pada Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknik Undana

KORANTIMOR.COM – KUPANG – Seringkali kita mendengar bahan komposit dari seorang ahli teknik (engineer) atau pun dari artikel yang dibaca. Bagi mereka, para engineer itu, komposit barangkali sudah seperti “barang mainan” sehari-harinya. Tetapi bagi kaum awam, apa itu komposit, mungkin masih jauh dari bayangan.  Hal ini karena hampir semua artikel tentang bahan komposit, yang dibahas adalah sifat mekanik yang mngedepankan kekuatan, ketangguhan, kekerasan, dan sifat-sifat lainnya yang dimiliki bahan komposit. Beberapa artikel penulis, juga sedikit tidaknya membahas hal-hal yang sama seperti itu.

Sementara di sisi lain, penerapan bahan komposit akan sangat langsung berhubungan dengan orang-orang yang mungkin sama sekali “awam” terhadap bahan yang satu ini. Padahal bahan atau material kompsoit sangat banyak dijumpai dalam kehidupan kita sehari-hari.

Oleh karena itu, dalam artikel kali ini, penulis mencoba menghantar pembaca sekalian untuk mengenal lebih dekat tentang bahan komposit dan menampilkan beberapa penerapan atau penggunaan bahan komposit yang bisa dijumpai dalam keseharian kita.

Pengertian Komposit

Kata komposit berasal dari bahasa Inggris “composite” yang berarti gabungan. Menurut Gibson (1994), “Composites, which consist of two or more separate materials combined in a macroscopic structural unit, are made from various combinations of the other three material. although many man-made materials have two or more constituents, they are generally not referred to as composites if the stuctural unit is formed at the microscopic level rather than at the macroscopic level.”

Lebih lanjut Gibson menjelaskan bahwa sifat dari material-material pembentuk sebelum digabung berbeda satu dengan lainnya, dan setelah digabung menjadi material baru, akan memiliki sifat yang berbeda dari material-material sebelumnya.

Schwartz (1984), memberikan defenisi material komposit yaitu suatu material yang merupakan gabungan dua atau lebih penyusun yang berbeda dalam bentuk dan komposisi, dimana mereka tidak saling melarutkan. Material penyusun ini terdiri dari body constituent  yang berfungsi memberi bentuk pada komposit dan stuctural constituent  yang menentukan struktur internal dari komposit.

Sementara Akovali (2001), menjelaskan bahwa komposit secara umum digambarkan sebagai kombinasi dua atau lebih komponen yang berbeda, bentuk atau komposisi dalam macroscale,  dengan dua atau lebih fasa terpisah dan mempunyai ikatan interface di antara mereka.

Dari beberapa pengertian tentang komposit di atas, dapat dikatakan bahwa ada tiga syarat yang menjadi dasar terbentuknya suatu material komposit yaitu, pertama ada dua atau lebih material yang mempunyai sifat berbeda yang akan digabung. Kedua, material yag digabung terjadi secara makroskopik dan menghasilkan sifat yang berbeda dari material pembentuknya. Ketiga, harus ada ikatan yang baik antara material-material pembentuk itu. Dan karena prinsip saling mengikat inilah sehingga sifat bahan komposit yang dihasilkan menjadi lebih baik.

Tujuan Pembuatan Material Komposit

Apa tujuan pembuatan material komposit? Bukankah sudah banyak material teknik yang sudah teruji dalam penggunaanya? Apa keunggulan dan kekurangan material komposit ini dibandingkan dengan material teknik lainnya?

Untuk menjawab pertanyaan-pertanyaan ini, yang pertama kita tahu dulu tentang material teknik. Material teknik adalah semua jenis material yang digunakan dalam proses rekayasa dan industri yang menghasilkan suatu produk dengan memiliki sifat-sifat yang telah ditentukan. Jenis-jenis material teknik dalam proses rekayasa yaitu logam, keramik, polimer dan komposit (penggabungan dari dua atau lebih material ini).

Dibandingkan dengan ketiga material ini khususnya logam, komposit masih memiliki beberapa keunggulan antara lain mempunyai densitas yang relatif rendah sehingga lebih ringan, mempunyai kekakuan dan kekuatan spesifik yang tinggi, tahan terhadap beban fatik atau beban lelah dan tahan juga terhadap korosi.

Selain itu, dalam proses pabrikasinya, pembuatan komposit jauh lebih mudah dengan tingkat kepresisian yang tinggi. Bahkan sifat mekanik dari suatu produk berbahan komposit bisa diatur sesuai dengan kebutuhan.

Namun ada juga kekurangannya antara lain tidak tahan terhadap beban kejut atau beban tumbuk, sifatnya sangat dipengaruhi oleh suhu dan kelembaban dan relatif mahal.

Walaupun ada beberapa kekurangan ini, tetapi karena keunggulannya maka material komposit menjadi semakin diminati untuk dikembangkan dalam penerapannya.

Jadi dapat dikatakan bahwa tujuan pembuatan komposit adalah untuk memperbaiki sifat mekaniknya seperti kekuatan dan kekakuan, mempermudah desain yang rumit dalam proses pabrikasinya, bentuk dan desain dapat lebih mudah sehingga dapat menghemat biaya, dan yang lebih disukai yaitu menjadikan suatu produk lebih ringan.

Mengapa lebih ringan? Salah satunya yaitu berdampak pada penghematan penggunaan bahan bakar baik dalam proses pabrikasinya maupun dalam penggunaannya.  

Proses Pembuatan Komposit

Ada banyak metode atau proses dalam pembuatan (pabrikasi) dari komponen-komponen komposit. Pemilihan sebuah proses sangat tergantung pada material pembentuknya, bentuk desain dan pengunaan komponen tersebut.

Proses-proses tersebut  antara lain spray lay-up, vacuum bag moulding, felament winding, resin transfer molding, resin injection molding, resin film infusion, compression molding, injection molding, hybrid injrction-molding, dan pultusion. Di sini penulis tidak akan menyajikan proses-proses pembuatan komposit itu secara menyeluruh.

Sengaja penulis tidak memasukkan dalam artikel ini, karena berkaitan dengan teknologi-teknologi khusus. Tetapi ada satu proses pembuatan yang sangat mudah dan tidak membutuhkan teknologi tinggi yaitu proses hand lay-up  termasuk dalam salah satu proses pencetakan terbuka (open mold process).

Penerapan proses ini bisanya pada komposit yang diperkuat serat. Caranya sangat sederhana secara berurutan yaitu; menyiapkan cetakan dan memberi olesan wax atau pelumas dibagian dalam cetak, yang bertujuan agar proses melepaskan komposit dari cetakan bisa dilakukan dengan mudah.

Selanjutnya resin dan serat dicampur, hasil campuran itu dimasukan ke dalam cetakan, lalu diratakan dengan kwas atau sejenisnya menggunakan tangan. Setelah mengering pada temperatur ruang, komposit dilepaskan dari cetakannya. Inilah gambar singkat proses hand lay-up. Terkadang proses hand lay-up diikuti atau dilanjutkan dengan penekanan dengan besaran tertentu dan ditahan selama waktu tertentu pula.

Komponen Utama Material Komposit:

1. Matriks

Ingat syarat terbentuknya sebuah material komposit, yaitu ada dua atau lebih material pembentuk yang memiliki ikatan yang baik dan bisa digabungkan menghasilkan material baru dengan sifat mekanik (kekuatan dan kekakuan) yang lebih baik. Pada umumnya material pembentuk komposit terdiri dari  matriks dan penguat. Inilah dua komponen utama dalam komposit.

Matriks (matrix) sebagai komponen pertama, merupakan body constituent yang memberi bentuk pada komposit (Schwarts, 1984). Sehingga merupakan bagian terbesar dalam komposit, yang biasa ditentukan dalam bentuk persentasi volume yang lebih besar dari 50% dari komposit. Matriks juga berfungsi untuk mengikat dan melindungi penguat (serat) sebagai komponen yang kedua.

Berdasarkan matriks ini, komposit dapat dibagi menjadi 3 kelompok yaitu Metal Matrix Composite (MMC), Ceramics Matrix Composite (CMC) dan   Polymers Matrix Composite (PMC). MMC berarti matriksnya adalah logam seperti Aluminium dan Magnesium. CMC berarti matriksnya dari bahan keramik. Dan PMC berarti matriksnya dari bahan polimer atau plastik.

Dalam artikel ini akan dikedepankan material komposit bermatriks polimer. Ada  dua jenis polimer yang dikenal sebagai resin yaitu thermosets dan thermoplastics. Kedua polimer inilah yang selalu menjadi objek penelitian komposit polimer. Dari bahan termoset seperti resin : epoxy, poliester, vinylester, fenolik dan uretan. Dari bahan termoplastik seperti resin :  polypropylene, polyether ether ketone, polymide, poliethylene, polyphenylene dan lain-lain.

Perbedaan mendasar dari kedua jenis resin ini yaitu pada suhu kamar resin termoset dalam keadaan cair sedangkan resin termoplastik dalam keadaan padat. Dengan demikian penerapan resin termoset sebagai matriks jauh lebih mudah untuk dikerjakan dibandingkan dengan resin termoplastik.

Proses manufaktur pada komposit dengan matriks resin termoset memungkinkan proses impregnasi yang baik dari serat sebagai penguatnya. Selain itu, pelepasan udara selama proses pembuatannya dapat berlangsung pula dengan mudah apalagi jika menggunakan proses manufaktur yang tertutup ataupun vakum.

Sedangkan penerapan resin termoplastik dalam komposit harus dilakukan dalam kondisi dipanaskan sampai meleleh dan dengan tekanan tertentu barulah proses impregnasi pada serat bisa tercapai, kemudian dilanjutkan lagi dengan pendinginan. Dengan sendirinya dari proses ini, komposit bermatriks resin termoset lebih murah daripada komposit bermatriks resin termoplastik.

2. Penguat. Komponen kedua dalam komposit yaitu penguat (reinforcement), yang merupakan structural constituent yang menentukan struktur internal dari komposit (Schwarts, 1984).  Sebagai penguat, berarti dia berfungsi untuk memberikan penguatan pada komposit.

Dengan demikian sifat mekaniknya pun harus lebih baik dari matriksnya. Ini menjadi syarat utama bahan penguat. Salah satu indikatornya yaitu ketika terjadi pembebanan lebih yang menyebabkan kegagalan pada komposit, maka yang gagal atau rusak terlebih dahulu adalah matriks dan bukan penguatnya. Sehingga jika penguatnya mengalami kegagalan terlebih dahulu maka sebenarnya bahan tersebut tidak bisa menjadi penguat dalam komposit.

Jika matriks menempati persentasi volume di atas 50% maka penguat tidak lebih dari 50%. Hal ini disebabkan karena jika penguatnya lebih besar daripada matriks maka akan mengurangi daya ikat antar permukaan penguat dengan matriksnya. Akibat selanjutnya yaitu kekuatan komposit akan menurun.

Oleh karena itu persentasi penguat dan matriks harus diatur sedemikian rupa agar keduanya dapat berfungsi secara maksimal. Istilah ini dalam ilmu komposit dikenal dengan fraksi volume (volume fraction). Dalam komposit, bahan penguat yaitu serat (fiber).

Ada yang seratnya panjang (continuous fiber) dan ada yang serat pendek (discontinuous fiber). Berdasarkan tipe penguat serat ini, komposit dapat dibagi menjadi 4 kelompok yaitu, komposit serat memanjang (continuous fiber composite), komposit serat anyam (woven fiber composite), komposit serat pendek (discontinuous fiber composite/chopped fiber composite) dan komposit hibrid (hybrid composite) yang merupakan gabungan dari serat pendek dan serat panjang. Selain itu juga dikenal komposit partikel (particulate composite) dan komposit serat chip (chip  fiber composite).  

Tentunya semua tipe komposit serat ini memiliki keunggulannya masing-masing. Serat sebagai penguat terdiri dari serat sintetis dan serta alam. Contoh serat sintetis seperti serat  kaca (glass fiber), serat karbon (carbon fiber), dan serat nilon (nylon fiber). Penggunaan serat sintetis sudah sangat berkembang pesat.

Penggunaan yang paling banyak dijumpai yaitu fiber glass, karena selain mempunyai kekuatan yang tinggi, juga relatif murah dibandingkan dengan serat sintetis lainnya. (Penggunaan fiber glass dan lainnya akan dibahas pada point khusus).

Munculnya isu dan fakta tentang pemanasan global dengan segala akibat yang ditimbulkan, maka mendorong pula para ahli teknik di bidang rekayasa material komposit untuk mencari material baru dan terbarukan.

Dengan tema back to nature dengan suatu cita-cita ideal untuk menyelamatkan bumi (lebih tepatnya menyegarkan bumi), maka penggunaan serat sintetis mulai coba dikurangi dan beralih ke serat alam. Berbagai alasan antara lain karena ketersediaan serat dari alam sangat melimpah dan akan selalu ada selama bumi ini ada. Serat alam dapat diperbaharui dan karena itu serat alam relatif murah.

Dari segi kekuatannya pun, serat alam masih boleh bersaing dengan serat sintetis dan ,mempunyai densitas yang rendah sehingga lebih ringan dari serat sintetis.  Dan karena itu, saat ini banyak sekali para ahli teknik di bidang rekayasa material sedang giat-giatnya melakukan serangkaian penelitian tentang potensi serat alam sebagai penguat komposit.

Serat alam yang banyak dikembangkan saat ini berasal dari tumbuh-tumbuhan. Bisa dari kulit batang seperti serat rami, melinjo, rosela, eceng gondok, kenaf, jute, widuri dan lain-lain. Dari buah seperti serat sabut kelapa dan serat buah lontar. Dari daun seperti serat nenas, sisal, sansievera dan lain-lainnya. Masih banyak lagi potensi pengembangan serat alam ini.

Pertanyaannya apakah semua serat alam ini sudah bisa dijadikan produk komposit? Beberapa diantaranya sudah dan ada juga yang masih dalam tahap ujicoba bahkan masih pada tingkat penelitian dasar. Kita berharap ke depannya serat alam dapat menjadi pengganti serat sintetis, sehingga kompositnya bisa lebih menjadi ramah lingkungan.  

Komposit dalam Kehidupan Sehari-hari

Dari uraian di atas, kita sudah tahu apa itu komposit, apa tujuan pembuatannya, dan apa saja komponen utamanya termasuk salah satu proses pembuatan komposit secara sederhana (tanpa alat atau mesin).

Salah satu tujuan pembuatan material komposit yaitu mendapatkan material yang ringan dan kukuatan yang tinggi. Maka sejak tahun 1950-an, penerapan komposit dalam berbagai konstruksi sudah mulai dikembangkan. Seperti komponen ortomotif, pesawat terbang, helikopter, satelit, kapal laut, peralatan olahraga, arsitektur, termasuk juga peralatan laboratorium dan peralatan medis.

Beberapa perlengkapan dan peralatan militer juga sudah menggunakan material komposit seperti rompi anti peluru, material senjata, helm anti peluru dan sebagainya. Bahkan sekarang ini penerapan komposit juga merambah pada industri tekstil, seperti pakaian, sepatu, tas dan sebagainya.

Bukan hanya itu, kita juga bisa menemukan material komposit di sekitar kita, yang pada umumnya terbuat dari fiber glass dengan matriks poliester. Berikut ini beberapa contoh penerapan material komposit dalam kehidupan sehari-hari.

Tangki air atau bak air. Penggunaan tangki air berbahan komposit ini, sebagai alternatif pengganti bak air beton. Paling besar kapasitasnya yaitu 5000 liter. Ada yang terbuka dan ada juga yang tertutup. Selain tangki air, ada juga bak air berukuran kecil sampai besar. Bak air kecil bisa ditemukan dalam kamar mandi rumahan. Bisa diperoleh di toko bangunan dengan ukuran yang bervariasi dari 50 liter sampai 100 liter. Selain bak air, ada juga bak mandi, juga dengan berbagai ukurannya.  

Papan komposit.  Biasanya dari komposit berbahan dasar kayu, penerapannya bisa pada konstruksi bangunan seperti dinding, atap, bagian lantai, tangga, komponen kerangka, juga pada mebel dan lain-lain.

Panel Komposit. Hanya untuk membedakan dengan papan komposit. Merupakan material perpaduan dari plat aluminium dan composite. Juga banyak diterapkan pada konstruksi bangunan, seperti fasad rumah, penutup dinding bagian dalam rumah, tangga atau escalator panels, partisi atau pembatas ruangan, papan iklan, peralatan dapur, atap bangunan dan lain-lain.

Pintu fiber glass. Jika papan komposit berbahan dasar kayu, maka pintu fiber glass merupakan penggabungan resin termoset sebagai matriks dan fiber glass sebagai penguatnya.     

Bingkai jendela. Juga merupakan  penggabungan resin termoset sebagai matriks dan fiber glass sebagai penguatnya.

Komponen kendaraan bermotor. Seperti banper mobil, beberapa interior mobil, tameng perisai motor, dan spatbor. Biasanya produk-produk ini dari bahan plastik, namun dengan mengutamakan ketahanan terhadap beban impak/tumbuk, bahan produk ini mulai dipilih dari kompsoit polimer. Penguatnya bisa dari serat sintetis seperti fiber glass atau dari serat alam.

Peralatan olahraga.  Umumnya dari komposit diperkuat serat karbon. Seperti pemukul bola kasti atau baseball, tongkat, peralatan fitnes, rangka sepeda, skitboard dan lain-lain.

Blades (baling-baling). Seperti pada kincir angin, kipas angin, pada vacum cleaner, dan lain-lain.Masih banyak produk-produk dari bahan komposit di sekitar kita, yang mungkin saja tanpa kita ketahui tetapi kita sudah menggunakannya. Hal ini menunjukkan bahwa pengembangan material atau bahan komposit sudah sampai pada penerapannya dan akan terus dikembangkan pada masa yang akan datang.

Apalagi dengan teknologi nano (nano composite) saat ini. Ditambah lagi dengan kebutuhan energi yang sangat tinggi, memerlukan tindakan penghematan dalam pemanfaatan energi tersebut.

Salah satunya dari bidang material teknik yaitu menemukan material baru yang jauh lebih ringan namun mempunyai sifat mekanis yang baik seperti kekuatan, kekakuan, tahan panas, tahan korosi dan terlebih pula ketersediaannya selalu ada atau dapat diperbaharui.  

Daftar Pustaka

  1. Gibson, F.R., 1994, Principles of Composite Materials Mechanics McGraw-Hill, Singapore.
  2. Schwartz, M. M., 1984, Composite Material Handbook, McGraw-Hill Book Company, New York USA.
  3. Pell, M.Yeremias., Jamasri., 2011, Wettability dan IFSS pada Serat Widuri (Calotropis Gigantea) sebagai Penguat Komposit, Prosiding Seminar Nasional Teknik Mesin X, Jurusan Mesin Fak. Teknik UB.
  4. Wowa, Vinsensius., 2013, Kaarakteristik Serat Widuri Akibat Perlakuan NaOH 5% terhadap Wettability dan Sifat mampu Rekat dengan Resin Polyester, Skripsi Teknik Mesin FST Undana.
  5. Mengga, M.Arisontae. Pell M.Yeremias, Jasron Ut Jahirwan, 2015, Pengaruh Panjang Serat dan Fraksi Volume terhadap Sifat Tarik Komposit Widuri Polyester, Lontar Jurnal Teknik Mesin Undana, Vol.02, No.02.
  6. Bate Yanuarius., Pell M.Yeremias., Maliwemu Erich., 2015, Pengaruh Panjang Serat dan Fraksi Volume terhadap Sifat Bending pada Komposit Widuri Polyester, Lontar Jurnal Teknik Mesin Undana, Vol.02, No.02.
  7. Amin, Muh., 2020, Bahan Komposit: Arti, Cara Membuat dan Aplikasi. https://muh-amin.com/bahan-komposit-arti-cara-membuat-dan-aplikasi/
  8. Komposit dan Di Mana Anda Akan Menemukannya di Rumah Anda
  9. https://www.greelane.com/id/sains-teknologi-matematika/ilmu/example-of-composites-820426/
  10. Adrian, P., and Gheorghe, B. Mihoc., 2014, Manufacturing Process and Aplications of Composite, https://www.researchgate.net/publication/228766301
  11. Khayal, Osama., 2019, Manufacturing and Processing of Composite Materials, https://www.researchgate.net/publication/334760547.
  12. PASUPULETI, D.Y., KAMALAKANNAN Gopalakrishnan., Guillermo GARCÍA DEL VALLE,  Larissa REUTER, Laurine DEHÉE,  Lucas MESTRE, 2017,  Cranfield Aerospace Composite Repair – Group Project Thesis, CRANFIELD UNIVERSITY.
  13. Alfari Shabrina, Mengenal Alumunium Composite Panel (ACP),

https://www.arsitag.com/article/mengenal-alumunium-composite-panel-acp

  1. Aplikasi Serat Karbon Dalam Peralatan Olahraga, http://id.t-composites.net/info/application-of-carbon-fiber-in-sports-equipmen-33526847.html
  2. Komposit dan Di Mana Anda Akan Menemukannya di Rumah Anda

https://www.greelane.com/id/sains-teknologi-matematika/ilmu/example-of-composites-820426/

  1. Bak mandi fiber persegi, https://www.tokopedia.com/graha-fibreglass/bak-mandi-fiber-persegi-uk-60x60x60-cm
  2. Tangki air toren fiber glass, https://www.tokopedia.com/pavirusjaya/tangki-air-toren-fiberglass-roof-tank-fiberglass
  3. Cara pasang spatbor carbon di yamaha, https://www.gridoto.com/read/221014664/cara-pasang-sepatbor-carbon-di-yamaha-nmax-
  4. Ekspres Bahari, https://twitter.com/vidy_lau/status/614229499304017920
  5. Peneliti IPB Ciptakan Helm Green Composite yang tahan benturan, https://m.trubus.id/baca/1612/peneliti-ipb-ciptakan-helm-green-composite-yang-tahan-benturan
  6. Pintu WPC, Kelebihan dan Kekurangan Pintu WPC, 2018, https://www.builder.id/pintu-wpc/

 

BIODATA PENULIS :

Nama lengkap             : Yeremias M. Pell, ST., M.Eng

Dosen pada Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknik Undana

E-mail : [email protected]

 

Comments
Loading...