Pengertian Material Atau Bahan [PDF]

Citation preview

A.



PENGERTIAN PEMILIHAN BAHAN Pemilihan material atau bahan ( material selection ) pada berbagai peralatan di industri kimia adalah salah satu aspek yang penting, karena dengan pemilihan material tepat akan dapat meningkatkan penggunaan ( long service ) dari peralatan yang bersangkutan, disamping itu juga berpengaruh terhadap cost



( atau



biaya



)



konstruksi



peralatan



proses



tersebut



serta biaya maintanance (NIcholas, 1996). 1. Pemilihan bahan yang tepat adalah bagian yang sangat penting dalam desain teknik (engineering design). 2. Ada banyak faktor yang harus diperhatikan sebelum melakukan kegiatan perancangan, di antaranya: kekuatan (strength), kekakuan (stiffness), ketahanan (durability), ketahanan terhadap korosi (corrosion resistance), harga (cost), kemampuan bentuk (formability), dan lain-lain.(S2C2DF) Beberapa aspek atau kriteria yang harus diperhatikan dalam pemilihan material peralatan adalah : 1. Faktor fisika



: Material tersebut harus tahan ( resistance ) terhadap



kondisi – kondisi operasi, seperti korosi, erosi , stress dan temperature 2. Faktor ekonomi: Biaya atau cost dari material tersebut. 3. Faktor kimia : Kontaminasi yang berhubungan dengan interaksi antara material dengan fluida proses dan akibatnya terhadap proses itu sendiri, misalnya deaktivasi katalis Sifat – sifat mekanikal. Pada saat melakukan pemilihan material, korosi menjadi salah satu aspek pertimbangan yang penting. Hal ini disebabkan oleh banyak kerugian – kerugian yang ditimbulkan oleh korosi. Hal – hal yang dapat mempengaruhi korosi adalah : 



Material itu sendiri







Lingkungan ( enviroment ) yang kontak dengan material Desain mekanikal dari komponen material







I.



MATERIAL BAHAN



A. Pengertian Material atau Bahan Material atau bahan adalah zat atau benda yang dari mana sesuatu dapat dibuat darinya, atau barang yang dibutuhkan untuk membuat sesuatu.Bahan kadangkala digunakan untuk menunjuk ke pakaian atau kain. Material adalah sebuah masukan dalam produksi. Material seringkali adalah bahan mentah - yang belum diproses, tetapi kadang kala telah diproses sebelum digunakan untuk proses produksi lebih lanjut. Umumnya, dalam masyarakat teknologi maju, material adalah bahan konsumen yang belum selesai. Beberapa contohnya adalah kertas dan sutra.



1. Material teknik Material teknik adalah jenis material yang banyak dipakai dalam proses rekayasa dan industri. Material teknik dikelompokkan menjadi 6 golongan, (Wikipedia, 2019) a. Logam : baja, besi cor, titanium, logam paduan, dll b. Polimer : polietilan, polipropilen, polikarbonat, dll c. Karet : isopren, neopren, karet alam, dll d. Gelas : gelas soda, gelas silika, gelas borosilikat e. Keramik : alumina, karbida silikon, nitrida silikon dll f. Hibrida : komposit, sandwich, foam



Gambar 1. Material Teknik



2. Sifat-sifat bahan a. Sifat mekanikal, meliputi kekuatan tarik dan tekan, elastisitas, kekuatan kejut, dll b. Sifat termal, meliputi konduktivitas panas, temperatur kerja maksimum, koefisien ekspansi termal, difusivitas termal, dll c. Sifat listrik dan magnetik, meliputi konduktivitas listrik, dielektrika, magnetisasi, dll d. Sifat optik, meliputi refraktivitas, reflektivitas, absostif, dll e. Sifat kimia, meliputi korosifitas, oksidasi, ketahanan terhadap sinar ultraviolet, dll B. Pengertian Logam Dalam kimia, sebuah logam atau metal (bahasa Yunani: μέταλλον Metallon) adalah material (sebuah unsur, senyawa, atau paduan) yang biasanya keras tak tembus cahaya, berkilau, dan memiliki konduktivitas listrik dan termal yang baik. Logam bermanfaat bagi manusia, karena penggunaannya di bidang industri, pertanian, dan kedokteran. Contohnya, raksa yang digunakan dalam proses kloralkali. Proses kloralkali merupakan proses elektrolisis yang berperan penting dalam industri manufaktur dan pemurnian zat kimia. Logam adalah konduktor yang baik, membuatnya berharga dalam peralatan listrik dan untuk membawa arus listrik dari kejauhan dengan sedikit energi yang hilang. Jaringan listrik mengandalkan kabel logam untuk mendistribusikan listrik. Sistem kelistrikan rumah sebagian besar dihubungkan dengan kabel tembaga memanfaatkan sifat hantarannya yang baik. Konduktivitas termal logam berguna untuk wadah untuk memanaskan bahan di atas api. Logam juga digunakan untuk pembuang panas (bahasa Inggris: heat sink) untuk melindungi peralatan sensitif dari pelewatpanasan (bahasa Inggris: overheating. Reflektivitas tinggi beberapa logam penting dalam konstruksi cermin, termasuk instrumen astronomi presisi. Sifat terakhir ini juga bisa membuat perhiasan metalik menarik secara estetika. Beberapa logam memiliki kegunaan khusus; logam radioaktif seperti uranium dan plutonium digunakan pada pembangkit listrik tenaga nuklir untuk menghasilkan energi melalui fisi nuklir. Raksa adalah cairan pada suhu kamar dan digunakan dalam saklar untuk menyelesaikan rangkaian saat mengalir di atas kontak saklar. Logam paduan bentuk memori digunakan untuk aplikasi seperti pipa, pengencang dan vaskular stent.



Gambar 2 Grafik Kekuatan Material Berikut ini adalah contoh nilai dari Ys dan Ts yang sering digunakan



C. Pengertian Polimer Suatu polimer adalah rantai berulang dari atom yang panjang, terbentuk dari pengikat yang berupa molekul identik yang disebut monomer. Sekalipun biasanya merupakan organik (memiliki rantai karbon), ada juga banyak polimer inorganik. Contoh terkenal dari polimer adalah plastik dan DNA. Polimer didefinisikan sebagai substansi yang terdiri dari molekul-molekul yang menyertakan rangkaian satu atau lebih dari satu unit monomer. 1. Klasifikasi polimer Teknologi polimer berdasarkan sumbernya dapat dikelompokkan dalam 3 kelompok, yaitu (1) Polimer Alam yang terjadi secara alami seperti karet alam, karbohidrat, protein, selulosa, dan wol. (2) Polimer Semi Sintetik yang diperoleh dari hasil modifikasi polimer alam dan bahan kimia seperti serat



rayon dan selulosa nitrat. (3) Polimer Sintesis, yaitu polimer yang dibuat melalui polimerisasi dari monomer-monomer polimer, seperti formaldehida." 2. Berdasarkan sumbernya a.



Polimer alami : kayu, kulit binatang, kapas, karet alam, rambut



b.



Polimer semisintetis : karet alam tervulkanisir



c.



Polimer sintetis 1) Tidak terdapat secara alami: nylon, poliester, polipropilen, polistiren 2) Terdapat di alam tetapi dibuat oleh proses buatan: karet sintetis 3) Polimer alami yang dimodifikasi: seluloid, cellophane (bahan dasarnya dari selulosa tetapi telah mengalami modifikasi secara radikal sehingga kehilangan sifat-sifat kimia dan fisika asalnya)



3. Berdasarkan jumlah rantai karbonnya a. 1 ~ 4 Gas (LPG, LNG) b. 5 ~ 11 Cair (bensin) c. 9 ~ 16 Cairan dengan viskositas rendah d. 16 ~ 25 Cairan dengan viskositas tinggi (oli, gemuk) e. 25 ~ 30 Padat (parafin, lilin) f. 1000 ~ 3000 Plastik (polistiren, polietilen, dll) Industri Sekarang ini utamanya ada enam komoditas polimer yang banyak digunakan, mereka adalah polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride, polyethylene terephthalate, polystyrene, dan polycarbonate. Mereka membentuk 98% dari seluruh polimer dan plastik yang ditemukan dalam kehidupan seharihari. Masing-masing dari polimer tersebut memiliki sifat degradasi dan ketahanan panas, cahaya, dan kimia. D. Pengertian Karet Karet adalah polimer hidrokarbon yang terkandung pada lateks beberapa jenis tumbuhan. Karet industri sekarang dapat diproduksi secara sintetis dan menjadi saingan dalam industri perkaretan. Karet adalah bahan utama pembuatan Ban, beberapa Alat-alat kesehatan, alat-alat yang memerlukan kelenturan dan tahan goncangan. dibeberapa tempat salah satunya Perkebunan karet di Jember biji karet bisa dijadikan camilan dengan proses tetentu, rasanya gurih namun jangan E. Pengertian Plastik Istilah plastik mencakup produk polimerisasi sintetik atau semi-sintetik. Mereka terbentuk dari kondensasi organik atau penambahan polimer dan bisa juga terdiri dari zat lain untuk meningkatkan performa atau ekonomi. Ada beberapa polimer alami yang termasuk plastik. Plastik dapat dibentuk menjadi



film atau fiber sintetik. Nama ini berasal dari fakta bahwa banyak dari mereka "malleable", memiliki properti keplastikan. Plastik didesain dengan variasi yang sangat banyak dalam properti yang dapat menoleransi panas, keras, "reliency" dan lain-lain. Digabungkan dengan kemampuan adaptasinya, komposisi yang umum dan beratnya yang ringan memastikan plastik digunakan hampir di seluruh bidang industri.



Gambar 3. Pellet atau bijih plastik



Pellet atau bijih plastik yang siap diproses lebih lanjut (injection molding, ekstrusi, dll). Plastik dapat juga menuju ke setiap barang yang memiliki karakter yang deformasi atau gagal karena shear stress, lihat keplastikan (fisika) dan ductile. Plastik dapat dikategorisasikan dengan banyak cara tetapi paling umum



dengan



melihat



tulang-belakang



polimernya



(vinyl{chloride},



polyethylene, acrylic, silicone, urethane, dll.). Klasifikasi lainnya juga umum. Plastik adalah polimer; rantai panjang atom mengikat satu sama lain. Rantai ini membentuk banyak unit molekul berulang, atau "monomer". Pengembangan plastik berasal dari penggunaan material alami (seperti: permen karet, "shellac") sampai ke material alami yang dimodifikasi secara kimia (seperti: karet alami, "nitrocellulose") dan akhirnya ke molekul buatan-manusia (seperti: epoxy, polyvinyl chloride, polyethylene). 1. Jenis plastik, Plastik dapat digolongkan berdasarkan: a. Sifat fisikanya 1)



Termoplastik.



Merupakan



jenis



plastik



yang



bisa



didaur-



ulang/dicetak lagi dengan proses pemanasan ulang. Contoh: polietilen (PE), polistiren (PS), ABS, polikarbonat (PC) 2)



Termoset. Merupakan jenis plastik yang tidak bisa didaurulang/dicetak lagi. Pemanasan ulang akan menyebabkan kerusakan



molekul-molekulnya. Contoh: resin epoksi, bakelit, resin melamin, urea-formaldehida b. Kinerja dan penggunaanya 1)



Plastik komoditas 



sifat mekanik tidak terlalu bagus







tidak tahan panas







Contohnya: PE, PS, ABS, PMMA, SAN







Aplikasi: barang-barang elektronik, pembungkus makanan, botol minuman



2)



3)



Plastik teknik 



Tahan panas, temperatur operasi di atas 100 °C







Sifat mekanik bagus







Contohnya: PA, POM, PC, PBT







Aplikasi: komponen otomotif dan elektronik



Plastik teknik khusus 



Temperatur operasi di atas 150 °C







Sifat mekanik sangat bagus (kekuatan tarik di atas 500 Kgf/cm²)







Contohnya: PSF, PES, PAI, PAR







Aplikasi: komponen pesawat



c. Berdasarkan jumlah rantai karbonnya 1)



1 ~ 4 Gas (LPG, LNG)



2)



5 ~ 11 Cair (bensin)



3)



9 ~ 16 Cairan dengan viskositas rendah



4)



16 ~ 25 Cairan dengan viskositas tinggi (oli, gemuk)



5)



25 ~ 30 Padat (parafin, lilin)



6)



1000 ~ 3000 Plastik (polistiren, polietilen, dll)



d. Berdasarkan sumbernya 1)



Polimer alami : kayu, kulit binatang, kapas, karet alam, rambut



2)



Polimer sintetis: 



Tidak terdapat secara alami: nylon, poliester, polipropilen, polistiren







Terdapat di alam tetapi dibuat oleh proses buatan: karet sintetis







Polimer alami yang dimodifikasi: seluloid, cellophane (bahan dasarnya dari selulosa tetapi telah mengalami modifikasi secara radikal sehingga kehilangan sifat-sifat kimia dan fisika asalnya)



Memahami Arti Kode Huruf di Bawah Kemasan Plastik Jika ada banyak tempat makan dan botol minum plastik di rumah Anda, coba periksa bagian bawahnya. Biasanya akan ada logo segitiga berpanah dengan kode angka 1 hingga 7 di dalamnya. Selain itu, ada pula kode huruf di bawah segitiga tersebut, yaitu PET atau PETE, HDPE, PVC atau V, LDPE, PP, PS, dan OTHER. Itu merupakan kode bahan baku plastik yang digunakan. 1. Kode 1 dengan PET atau PETE (polyethylene terephthalate) Ini berarti kemasan plastik terbuat dari polyethylene terephthalate. Kemasan plastik ini berwarna jernih/bening, permukaannya halus, tidak mudah rusak atau pecah, bisa dipakai untuk makanan atau minuman panas, dan kuat. PETE mampu menghalangi oksigen, air, dan karbon dioksida keluar atau masuk. Oleh karena itu, PETE sangat cocok dipakai untuk kemasan minuman ringan berkarbonasi (bersoda), air mineral, jus, minuman olahraga, bir, obat kumur, dan saus. Botol plastik berlabel PETE ini aman digunakan, namun hanya untuk satu kali pemakaian saja. Menggunakan kembali botol plastik yang terbuat dari PETE bisa berbahaya. PETE bisa luntur seiring berjalannya waktu dan larut ke dalam minuman. Selain itu, air pada botol yang digunakan ulang akan muncul racun DEHA yang terbukti menyebabkan masalah hati, masalah reproduksi, gangguan hormon, dan diduga menyebabkan kanker. 2. Kode 2 dengan HDPE atau PE-HD (high-density polyethylene) Ini adalah kemasan plastik berjenis high-density polyethylene. HDPE memiliki ketahanan kimia yang baik, oleh karena itu, digunakan untuk membuat botol plastik susu atau jus, sampo, conditioner, deterjen, pembersih, oli motor, pemutih, galon air minum isi ulang, dan lain-lain. Botol plastik bertuliskan HDPE aman digunakan lebih dari satu kali.



3. Kode 3 dengan PVC atau V (polyvinyl chloride) Polivinil klorida (PVC) bersifat stabil, kuat, dan fleksibel. PVC yang bersifat fleksibel digunakan untuk pembuatan penampung sampah medis, tirai kamar mandi, shrink wrap (plastik gulung untuk menutup wadah berisi makanan atau bahan mentah), dan bungkus daging. Sedangkan PVC yang kaku untuk membuat bahan bangunan, seperti pipa, dinding, bingkai jendela, dan pagar. Namun faktanya, PVC dapat menimbulkan ancaman kesehatan yang serius. Bahan kimia untuk membuat botol plastik PVC diklaim bisa menyebabkan kanker dan menghasilkan polusi klorin yang sangat tinggi. Ketika digunakan, zat aditif pada botol plastik berbahan ini dapat terlepas dan membuat manusia terpapar timbal, timah, serta bahan beracun lainnya. Oleh karena itu, PVC tidak diperbolehkan digunakan sebagai bahan pembuatan kemasan plastik tempat makanan dan minuman. 4. Kode 4 dengan LDPE atau PE-LD (low-density polyethylene) Plastik jenis ini relatif keras, fleksibel, dan berwarna transparan. Biasanya, plastik jenis ini digunakan untuk kantong plastik belanja, kantong plastik sampah, cling wrap, stretch film, tutup minuman, pelapis kertas karton susu, dan mainan. 5. Kode 5 dengan PP (polypropylene) Jenis bahan plastik ini tahan dengan suhu tinggi. Jenis kemasan berbahan polypropylene ini sering kali digunakan untuk tempat menyimpan makanan, botol minum, botol minuman bayi, wadah yoghurt dan margarin, bungkus makanan, botol obat, saus, dan sirup. Ini jenis plastik yang sangat aman untuk digunakan sebagai tempat makanan dan minuman. 6. Kode 6 dengan PS (polystyrene) Kemasan plastik berbahan polystyrene ini bisa dipakai dalam pembuatan cangkir, piring, mangkuk, sendok, garpu, kontainer plastik, botol, tempat makan styrofoam, tempat minum sekali pakai, dan sebagainya. Namun, kemasan plastik berkode 6 ini dianjurkan untuk dihindari karena dapat membahayakan kesehatan dan sulit didaur ulang. PS mengandung bahan beracun yang diduga dapat mengakibatkan iritasi mata, masalah pencernaan, kanker, dan kerusakan pada sistem saraf 7. Kode 7 dengan OTHER atau O Jika botol plastik yang Anda miliki berlabel OTHER di bagian bawahnya, ini berarti tempat minum tersebut tidak terbuat dari enam bahan di atas. Ada empat jenis plastik yang termasuk dalam kategori ini, yaitu styrene



acrylonitrile (SAN), acrylonitrile butadiene styrene (ABS), polycarbonate (PC), dan nylon. F. Pegertian Gelas Gelas juga mempunyai arti wadah air untuk minum. Lihat gelas (wadah). Gelas adalah benda yang transparan, lumayan kuat, biasanya tidak bereaksi dengan barang kimia, dan tidak aktif secara biologi yang bisa dibentuk dengan permukaan yang sangat halus dan kedap air. Ada beberapa sifat gelas yang bisa dikatakan memiliki kelebihan dibanding dengan material lainnya, antara lain: 1.



Sifat estetika atau keindahan



2.



Sifat tembus pandang secara optik (transparan)



3.



Sifat elastic



4.



Sifat ketahanan terhadap zat/reaksi kimia



Namun kekurangan dari gelas adalah sifat nya yang getas dan mudah pecah. G. Fiberglas Serat kaca (Bahasa Inggris: fiberglass) atau sering diterjemahkan menjadi serat gelas adalah kaca cair yang ditarik menjadi serat tipis dengan garis tengah sekitar 0,005 mm - 0,01 mm. Digunakan sebagai agen penguat untuk banyak produk plastik; material komposit yang dihasilkan dikenal sebagai plastik diperkuatgelas (glass-reinforced plastic, GRP) atau epoxy diperkuat glass-fiber (GRE), disebut "fiberglass" dalam penggunaan umumnya.



II.



Industri Manufaktur



A. Pengertian Industri Manufaktur Industry yang kegiatan utamanya adalah mengubah bahan baku, komponen, atau bagian lainnya menjadi baran jadi yang memenuhi standar spesifikasi. Industri manufaktur pada umumnya mampu memproduksi dalam skala besar (Ahli, 2019). Pengertian Industri Manufktur Industri pengolahan adalah suatu usaha yang mengolah atau mengubah bahan mentah menjadi barang jadi ataupun barang setengah jadi yang mempunyai nilai tambahyang dilakukan secara mekanis dengan mesin ataupun tanpa menggunakan mesin atau manual. Adapun perbedaan industry manufaktur dan jasa antara lain (Ahli, 2019) : a. Produk akhir dari industry manufaktur sifatnya tahan lama dan memiliki wujud sedangkan produk akhir industry jasa sama sekali tidak berwujud b. INdustri manufaktur wajib punya pabrik sedangkan industry jasa tidak punya pabrik melainkan kantor atau bahkan tidak punya kantor fisik sama sekali c. Kontak langsung antara konsumen pada insdustri manufaktur relative lebih kecil ketimbang industry jasa d. Industri manufaktur berkutat pada mengolah bahan mentah menjadi barang yang bernilai tambah. Sedangkan industry jasa menyediakan pelayanan jasa e. Produk dari industry manufaktur bias disimpan dalam periode tertentu, sedangkan produk dari industry jasa hanya dapat dinikmati saja, Contoh industry manufaktur di Indonesia antara lain : a.



PT Pabrik Kertas Tjiwi Kimia TBK



b.



PT Sepatu Bata Tbk



c.



PT Ultrajaya Milk Industry and Trading Company Tbk



d.



PT Astra Otoparts Tbk



e.



PT Djarum Tbk



f.



Pt Maspion , dll.



1. Bahan Konvensional Pengertian bahan konvensional adalah suatu material yang digunakan dalam bidang teknik dimana material ini adalah didapatkan secara alamiah dari alam yang umumnya adalah berasal dari bahan tambang. Material jenis ini dalam pengolahan dari bahan mentah menjadi bahan jadi dan penggunaannya dalam aplikasi teknis adalah tanpa mengalami rekayasa secara kimia untuk meningkatkan kualitasnya sehingga sesuai



dengan keinginan dari penggunaannya. Sedangkan iuntuk mengubah atau merekayasa sifat material tersebut hanya menggunakan proses pemanasan atau dengan penambahan zat lain sebagai campuran agar kualitas dan sifat bahan tersebut dapat berubah dari semula. Adapun untuk bahan konvensional yang digunakan dalam bidang teknik itu sendiri dibagi menjadi 2 macam yaitu : a. Bahan Logam Adalah semua bahan yang mengandung unsur logam atau terdapat sedikit unsur logam di dalamnya dan logam tersebut belum pernah mengalami proses rekayasa sebelumnya (masih berupa unsur bahan tambang) msekipun sudah mengalami proses perubahan sifat namun sifat dasar dan struktur kimianya tetap terjaga. Adapun unsur logam dibagi lagi menjadi 2 macam : 1). Logam besi (ferro), yaitu unsur logam yang mengandung unsur besi hingga 100 %. Logam ini dibagi menjadi 2 macam yaitu baja tuang dan besi tuang. 2). Logam Bukan Besi (Non Ferro), semua logam yang tidak mengandung unsur besi atau hanya sedikit mengandung unsur besi. Logam bukan besi dikelompokkan lagi menjadi logam berat dan logam ringan. b. Bahan Non Logam Adalah semua bahan non logam yang langsung didapat dari alam dan belum mengalami proses rekayasa kimia sama sekali (misalnya kayu, kaca, pasir, batu, dan sebagainya). 2. Bahan sintetis (komposit) Adapun pengertian bahan sintetis ada beberapa macam yaitu sebagai berikut : A. Menurut Matthews dkk. (1993), 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. Dari campuran tersebut akan dihasilkan material komposit yang mempunyai sifat mekanik dan karakteristik ini yang berbeda dari material pembentuknya. Material komposit mempunyai sifat dari material konvensional pada umumnya dari proses pembuatannya melalui percampuran yang tidak homogen, sehingga kita leluasa merencanakan kekuatan material komposit yang kita inginkan dengan jalan mengatur komposisi dari material pembentuknya. Komposit merupakan sejumlah sistem multi fasa sifat dengan gabungan, yaitu gabungan antara bahan matriks atau pengikat dengan penguat. Kita bisa melihat definisi komposit ini dari beberapa tahap seperti yang telah digariskan oleh Schwartz : a.



Tahap/Peringkat Atas



Suatu bahan yang terdiri dari dua atau lebih atom yang berbeda bolehlah dikatakan sebagai bahan komposit. Ini termasuk alloy polimer dan keramik. Bahan-bahan yang terdiri dari unsur asal saja yang tidak termasuk dalam peringkat ini.



b.



Tahap/Peringkat Mikrostruktur



Suatu bahan yang terdiri dari dua atau lebih struktur molekul atau fasa merupakan suatu komposit. Mengikuti definisi ini banyak bahan yang secara tradisional dikenal sebagai komposit seperti kebanyakan bahan logam. Contoh besi keluli yang merupakan alloy multifusi yang terdiri dari karbon dan besi. c.



Tahap/Peringkat Makrostruktur



Merupakan gabungan bahan yang berbeda komposisi atau bentuk bagi mendapatkan suatu sifat atau ciri tertentu. Dimana konstituen gabungan masih tetap dalam bentuk asal, dimana dapat ditandai secara fisik dan melihatkan kesan antara muka antara satu sama lain. B. Kroschwitz dan rekan telah menyatakan bahwa komposit adalah bahan yang terbentuk apabila dua atau lebih komponen yang berlainan digabungkan. Rosato dan Di Matitia pula menyatakan bahwa plastik dan bahan-bahan penguat yang biasanya dalam bentuk serat, dimana ada serat pendek, panjang, anyaman pabrik atau lainnya. Selain itu ada juga yang menyatakan bahwa bahan komposit adalah kombinasi bahan tambah yang berbentuk serat, butiran atau cuhisker seperti pengisi serbuk logam, serat kaca, karbon, aramid (kevlar), keramik, dan serat logam dalam julat panjang yang berbeda-beda didalam matriks C. Definisi yang lebih bermakna yaitu menurut Agarwal dan Broutman, yaitu menyatakan bahwa bahan komposit mempunyai ciri-ciri yang berbeda untuk dan komposisi untuk menghasilkan suatu bahan yang mempunyai sifat dan ciri tertentu yang berbeda dari sifat dan ciri konstituen asalnya. Disamping itu konstituen asal masih kekal dan dihubungkan melalui suatu antara muka. Konstituen-konstituen ini dapat dikenal pasti secara fisikal. Dengan kata lain, bahan komposit adalah bahan yang heterogen yang terdiri dari dari fasa tersebar dan fasa yang berterusan. Fasa tersebar selalunya terdiri dari serat atau bahan pengukuh, manakala yang berterusannya terdiri dari matriks. C. Kesimpulan : Sehingga dapat disimpulkan bahwa bahan komposit (atau komposit) adalah suatu jenis bahan baru hasil rekayasa yang terdiri dari dua atau lebih bahan dimana sifat masingmasing bahan berbeda satu sama lainnya baik itu sifat kimia maupun fisika dan tetap terpisah dalam hasil akhir bahan tersebut (bahan komposit). Jika perpaduan ini terjadi dalam skala makroskopis, maka disebut sebagai komposit. Sedangkan jika perpaduan ini bersifat mikroskopis (molekular level), maka disebut sebagai alloy (paduan). Komposit berbeda dengan paduan, untuk menghindari kesalahan dalam pengertiannya, oleh Van Vlack (1994) menjelaskan bahwa alloy (paduan) adalah kombinasi antara dua



bahan atau lebih dimana bahan-bahan tersebut terjadi peleburan sedangkan komposit adalah kombinasi terekayasa dari dua atau lebih bahan yang mempunyai sifat-sifat seperti yang diinginkan dengan cara kombinasi sistematik pada kandungan-kandungan yang berbeda tersebut. Contoh-contoh Bahan : Bahan konvensional : Semua jenis logam yang belum mengalami rekayasa kimia seperti besi, baja, seng, aluminium, tembaga, dan sebagainya. Adapun untuk bahan non logam contohnya adalah bahan serat tumbuhan, cotton, kayu dan lain-lainnya. Sedangkan contoh untuk bahan sintetis atau polimer misalnya adalah keramik, fiberglass, polimer dan lain-lain. Berikut adalah rincian contoh bahan sintetis 1.



Plastik diperkuat fiber:



a.



Diklasifikasikan oleh jenis fiber :



1) Wood (cellulose fibers in a lignin and hemicellulose matrix) 2) Carbon-fibre reinforced plastic atau CRP 3) Glass-fibre reinforced plastic atau GRP (informally, “fiberglass”) b.



Diklasifikasikan oleh matriks:



1) Komposit Thermoplastik a) long fiber thermoplastics or long fiber reinforced thermoplastics b) glass mat thermoplastics 2) Thermoset Composites 2.



Metal matrix composite MMC:



a.



Cast iron putih



b.



Hardmetal (carbide in metal matrix)



c.



Metal-intermetallic laminate



3.



Ceramic matrix composites:



a.



Cermet (ceramic and metal)



b.



concrete



c.



Reinforced carbon-carbon (carbon fibre in a graphite matrix)



d.



Bone (hydroxyapatite reinforced with collagen fibers)



4.



Organic matrix/ceramic aggregate composites



a.



Mother of Pearl



b.



Syntactic foam



c.



Asphalt concrete



5.



Chobham armour (lihat composite armour)



6.



Engineered wood



a.



Plywood



b.



Oriented strand board



c.



Wood plastic composite (recycled wood fiber in polyethylene matrix)



d.



Pykrete (sawdust in ice matrix)



7.



Plastic-impregnated or laminated paper or textiles



a.



Arborite



b.



Formica (plastic)



Keuntungan dan kerugian Produk dari Bahan Konvensional 1. Proses pembuatan produk dari bahan konvensional yang umumnya dibuat dengan pengecoran memungkinkan untuk membuat benda dengan interval ukuran coran produk yang sangat luas yaitu dari produk yang kecil seperti kawat dengan diameter 0,5 mm hingga benda seberat 200 ton dan proses pengecoran adalah metoda yang sangat cocok untuk membuat objek-objek tunggal yang pejal. 2. Proses pembuatannya (umumnya dengan proses penuangan) dapat digunakan untuk membuat benda – benda dengan bentuk yang paling sederhana hingga bentuk yang paling rumit sekalipun, yang sangat sulit untuk dibuat melalui cara lain seperti proses permesinan, tempa dan lain-lain. 3. Pembuatan benda melalui pengecoran bahan dapat menghemat bahan sehingga menjadi efisien dan ekonomis. 4. Proses pembuatannya idealnya cocok untuk membuat contoh contoh atau prototype untuk menciptakan rancangan produk baru. Karena umumnya bahan konvensional yang berupa logam dapat dicirkan dan didinginkan kembali untuk mebentuk suatu model yang baru. 5. Memungkinkan variasi yang luas dalam hal sifat bahan dan perubahan perubahannya untuk memenuhi tuntutan pemakai tanpa merubah sifat asli dari bahan material tersebut. 6. Proses pembuatannya umumnya merupakan suatu metoda termurah untuk membuat benda-benda pakai atau untuk diolah dalam bidang industri. 7. Benda-benda tersebut dapat diolah dengan tingkat keakuratan yang tinggi dapat dibuat melalui pemilihan metoda cetakan dan proses pengecoran yang tepat. 8. Proses pembuatan datri bahan mentahnya dapat beradaptasi ( cocok ) untuk segala tipe produksi, baik untuk tipe produksi job order ( berdasarkan pesanan dan biasanya berjumlah sedikit ) maupun untuk produksi massal (produksi dalam jumlah banyak). Kekurangan Produk Bahan Konvensional 1. Kurang ekonomis untuk produksi dalam jumlah kecil karena banyak dan rumitnya proses pembuatannya, terutama bahan logam yang membutuhkan tanur tinggi dan tingkat pendinginan yang berbeda-beda.



2. Produk yang dihasilkan umumnya tidak terlalu jauh sifatnya dengan sifat asalnya. Disamping itu, kualitas yang diahsilkan pun belum tentu sesuai dengan yang diinginkan (cacat material lebih besar kemungkinannya). 3. Massa benda yang lebih berat memungkinkan dlam pengunaannya akan sedikit banyak berpengaruh terhadap kinerja benda dimana dia diaplikasikan (misal akselerasi, daya, berat kendaraan dan lainnya)(. 4. Membutuhkan pengetahuan yang cukup luas dari seorang perancang mencakup: a. Pengetahuan tentang jenis, sifat dan kegunaan bahan-bahan yang diperlukan, agar dapat menentukan atau memilih bahan yang sesuai dengan benda yang akan dibuat. b. Penguasaan beberapa metoda pengerjaan agar mendapatkan pilihan metoda pengerjaan yang paling cepat dan ekonomis. mengetahui standar, aturan dan ketentuan yang ada, agar hasil rancangan dapat dibandingkan dan memenuhi kriteria yang umum berlaku. Kelebihan dan Kekurangan Material Sintetis Bahan komposit mempunyai beberapa



kelebihan berbanding dengan bahan



konvensional seperti logam. Kelebihan tersebut pada umumnya dapat dilihat dari beberapa sudut yang penting seperti sifat-sifat mekanikal dan fisikal, keupayaan (reliability), kebolehprosesan dan biaya. Seperti yang diuraikan dibawah ini : a.



Sifat-sifat mekanikal dan fisikal



Pada umumnya pemilihan bahan matriks dan serat memainkan peranan penting dalam menentukan sifat-sifat mekanik dan sifat komposit. Gabungan matriks dan serta dapat menghasilkan komposit yang mempunyai kekuatan dan kekakuan yang lebih tinggi dari bahan konvensional seperti keluli. 1)



Bahan komposit mempunyai density yang jauh lebih rendah berbanding dengan



bahan konvensional. Ini memberikan implikasi yang penting dalam konteks penggunaan karena komposit akan mempunyai kekuatan dan kekakuan spesifik yang lebih tinggi dari bahan konvensional. Implikasi kedua ialah produk komposit yang dihasilkan akan mempunyai kerut yang lebih rendah dari logam. Pengurangan berat adalah satu aspek yang penting dalam industri pembuatan seperti automobile dan angkasa lepas. Ini karena berhubungan dengan penghematan bahan bakar. 2)



Dalam industri angkasa lepas terdapat kecendrungan untuk menggantikan



komponen yang diperbuat dari logam dengan komposit karena telah terbukti komposit mempunyai rintangan terhadap fatigue yang baik terutamanya komposit yang menggunakan serat karbon. 3)



Kelemahan logam yang agak terlihat jelas ialah rintangan terhadap kakisa yang



lemah terutama produk yang kebutuhan sehari-hari. Kecendrungan komponen logam



untuk mengalami kakisan menyebabkan biaya pembuatan yang tinggi. Bahan komposit sebaiknya mempunyai rintangan terhadap kakisan yang baik. 4)



Bahan komposit juga mempunyai kelebihan dari segi versatility (berdaya guna)



yaitu produk yang mempunyai gabungan sifat-sifat yang menarik yang dapat dihasilkan dengan mengubah sesuai jenis matriks dan serat yang digunakan. Contoh dengan menggabungkan lebih dari satu serat dengan matriks untuk menghasilkan komposit hibrid. 5) Massa jenis rendah (ringan) 6)



Lebih kuat dan lebih ringan



7) Perbandingan kekuatan dan berat yang menguntungkan 8)



Lebih kuat (stiff), ulet (tough) dan tidak getas.



9) Koefisien pemuaian yang rendah 10) Tahan terhadap cuaca 11) Tahan terhadap korosi 12) Mudah diproses (dibentuk) 13) Lebih mudah disbanding metal b.



Biaya



Faktur biaya juga memainkan peranan yang sangat penting dalam membantu perkembangan industri komposit. Biaya yang berkaitan erat dengan penghasilan suatu produk yang seharusnya memperhitungkan beberapa aspek seperti biaya bahan mentah, pemrosesan, tenaga manusia, dan sebagainya. Kekurangan Bahan Sintetis a.



Tidak tahan terhadap beban shock (kejut) dan crash (tabrak) dibandingkan dengan



metal. b.



Kurang elastis



c.



Lebih sulit dibentuk secara plastis



Kelebihan dan Kekurangan Contoh Jenis Bahan (Gambaran Khusus) a) Continuous Fiber Composite Continuous atau uni-directional, mempunyai susunan serat panjang dan lurus, membentuk lamina diantara matriksnya. Jenis komposit ini paling banyak digunakan. Kekurangan tipe ini adalah lemahnya kekuatan antar antar lapisan. Hal ini dikarenakan kekuatan antar lapisan dipengaruhi oleh matriksnya. b) Woven Fiber Composite (bi-dirtectional) Komposit ini tidak mudah terpengaruh pemisahan antar lapisan karena susunan seratnya juga mengikat antar lapisan. Akan tetapi susunan serat memanjangnya yang tidak begitu lurus mengakibatkan kekuatan dan kekakuan tidak sebaik tipe continuous fiber.



c)



Discontinuous



Fiber



Composite



(chopped



fiber



composite)



Randomly oriented discontinuous fiber merupakan komposit dengan serat pendek yang tersebar secara acak diantara matriksnya. Tipe acak sering digunakan pada produksi dengan volume besar karena faktor biaya manufakturnya yang lebih murah. Kekurangan dari jenis serat acak adalah sifat mekanik yang masih dibawah dari penguatan dengan serat lurus pada jenis serat yang sama. d) Hybrid fiber composite Hybrid fiber composite merupakan komposit gabungan antara tipe serat lurus dengan serat acak. Pertimbangannya supaya dapat mengeliminir kekurangan sifat dari kedua tipe dan dapat menggabungkan kelebihannya. Jenis fiber yang biasa digunakan untuk pembuatan komposit antara lain sebagai berikut : Fiber-glass Sifat-sifat fiber-glass, yaitu sebagai berikut : 1.



Density cukup rendah (sekitar 2,55 g/cc)



2.



Tensile strengthnya cukup tinggi (sekitar 1,8 GPa)



3.



Biasanya stiffnessnya rendah (70GPa)



4.



Stabilitas dimensinya baik



5.



Resisten terhadap panas dan dengin



6.



Tahan korosi



7.



Komposisi umum adalah 50-60% SiO2 dan paduan lain yaitu Al, Ca, Mg, Na, dan



lain-lain. Keuntungan dari penggunaan fiber-glass yaitu sebagai berikut : 1.



Biaya murah



2.



Tahan korosi



3.



Biayanya relatif lebih rendah dari komposit lainnya



4.



Biasanya digunakan untuk piing, tanks, boats, alat-alat olahraga



Kerugian dari penggunaan fiber-glass yaitu sebagai berikut : 1.



Kekuatannya relatif rendah



2.



Elongasi tinggi



3.



Kekuatan dan beratnya sedang (moderate)



Fiber-nylon Sifat-sifat fiber-nylon, yaitu sebagai berikut : 1.



Dibuat dari polyamide



2.



Lebih kuat, lebih ringan, tidak getas dan tidak lebih kaku dari karbon



3.



Contoh merek nylon yaitu Kevlar (DuPont) dan Kwaron (Akzo)



Fiber-carbon



Sifat-sifat fiber-carbon, yaitu sebagai berikut : 1.



Densitas karbon cukup ringan yaitu sekitar 2,3 g/cc.



2.



Struktur grafit yang digunakan untuk membuat fiber berbentuk seperti kristal



intan. 3.



Mempunyai karakteristik yang ringan, kekuatan yang sangat tinggi, kekakuan



(modulus elastisitas) tinggi. 4.



Memisahkan bagian yang bukan karbon melalui proses



5.



Terdiri dari + 90% karbon



6.



Dapat dibuat bahan turunan : grafit yang kekuatannya dibawah serat karbon



7.



Diproduksi dari Polyacrylnitril (PAN), melalui tiga tahap proses, yaitu sebagai



berikut : a.



Stabilisasi = Peregangan dan oksidasi.



b.



Karbonisasi = Pemanasan untuk mengurangi O, H, N



c.



Grafitisasi = Meningkatkan modulus elastisitas.



Tabel 3. Kelebihan Versus Kekurangan Fiber Fiber-glass



Fiber-carbon



Fiber-graphite



Kelebihan 1.



Kekuatan tinggi



2.



Relatif murah



1.



Kuat hingga sangat kuat



2.



Stiffness(kuat+keras) besar



3.



Koefisien pemuaian kecil



4.



Menahan getaran



1.



Lebih stiffness dari Carbon



2.



Lebih ulet



1.



Agak stiff (kuat+keras) & sangat



ulet Fiber-



2.



nylon(aramid)



3.



Kurang elastis



1. Agak getas 2. Nilai peregangan kurang 3. Agak mahal



Kurang kuat disbanding Carbon



1. Tahan terhadap benturan



Kekutan tekan lebih rendah dari



carbon



Kekuatanya besar (lebih kuat 2. Ketahanan panas lebih rendah dari



dari baja) 4.



Kekurangan



carbon (hingga 180*C)



Lebih murah dari carbon



Komposit Matrik Polimer (Polymer Matrix Composites – PMC) 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 6) Kemampuan mengikuti bentuk 7)



Lebih ringan.



Keuntungan dari PMC : 1) Ringan 2) Specific stiffness tinggi 3) Specific strength tinggi 4) Anisotropy Aplikasi dari PMC : 1) Bathroom furniture 2) Aerospace 3) Construction material 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). Aplikasi PMC, yaitu sebagai berikut : 1) Matrik berbasis poliester dengan serat gelas a)



Alat-alat rumah tangga



b)



Panel pintu kendaraan



c)



Lemari perkantoran



d)



Peralatan elektronika.



2) Matrik berbasis termoplastik dengan serat gelas = Kotak air radiator 3) Matrik berbasis termoset dengan serat carbon



a)



Rotor helikopter



b) Komponen ruang angkasa c)



Rantai pesawat terbang



b.



Komposit Matrik Logam (Metal Matrix Composites – MMC)



Metal Matrix composites adalah salah satu jenis komposit yang memiliki matrik logam. Material MMC mulai dikembangkan sejak tahun 1996. Pada mulanya yang diteliti adalah Continous Filamen MMC yang digunakan dalam aplikasi aerospace. Kelebihan MMC dibandingkan dengan PMC : 1) Transfer tegangan dan regangan yang baik. 2) Ketahanan terhadap temperature tinggi 3) Tidak menyerap kelembapan. 4) Tidak mudah terbakar. 5) Kekuatan tekan dan geser yang baik. 6) Ketahanan aus dan muai termal yang lebih baik Kekurangan MMC : 1) Biayanya mahal 2) Standarisasi material dan proses yang sedikit Komposit Matrik Keramik (Ceramic Matrix Composites – CMC) CMC merupakan material 2 fasa dengan 1 fasa berfungsi sebagai reinforcement dan 1 fasa sebagai matriks, dimana matriksnya terbuat dari keramik. Reinforcement yang umum digunakan pada CMC adalah oksida, carbide, dan nitrid. Salah satuproses pembuatan dari CMC yaitu dengan proses DIMOX, yaitu proses pembentukan komposit dengan reaksi oksidasi leburan logam untuk pertumbuhan matriks keramik disekeliling daerah filler (penguat). Keuntungan dari CMC : 1) Dimensinya stanil bahkan lebih stabil daripada logam 2) Sangat tanggung , bahkan hampir sama dengan ketangguhan dari cast iron 3) Mempunyai karakteristik permukaan yang tahan aus 4) Unsur kimianya stabil pada temperature tinggi 5) Tahan pada temperatur tinggi (creep) 6) Kekuatan & ketangguhan tinggi, dan ketahanan korosi Kerugian dari CMC 1) Sulit untuk diproduksi dalam jumlah besar 2) Relative mahal dan non-cot effective 3) Hanya untuk aplikasi tertentu Perkembangan pemakaian bahan sintetis



Dengan perkembangan teknologi saat ini diperlukan suatu pengembangan metoda baru yang bisa menawarkan solusi teknik yang mengedepankan kemampuan sistem. Saat ini telah dikembangkan suatu metode dengan menggunakan bahan sintetis yang dikenal sebagai metode substitusi material. Maka dari itu, dalam perkembangannya kini material logam sebagai bahan konvensional dalam industri transportasi mulai ditinggalkan dan diganti dengan menggunakan bahan sintetis dalam penggunaannya. Teknik dari Proses pembuatan bahan-bahan sintetis sangat menarik, dikendalikan oleh kondisi-kondisi proses, penyusupan logam yang terjadi secara spontan, tanpa bantuan ruang hampa bertekanan. Dan ini merupakan metode yang paling hemat untuk memproduksi bahan tersebut. Teknologi pembuatan bahan sintetis ini memiliki kemudahan dalam fabrikasi sehingga biayanya menjadi lebih murah. Terutama bila kita bandingkan dengan metode lainnya. Produk material yang ulet dan material yang kuat dan tangguh adalah logis ada suatu pemikiran dan usaha menggabungkan kedua material tersebut untuk dijadikan suatu material yang baru dengan mengubah sifat sifat kimia bahan tersebut sehingga akan menciptakan bahan baru yang lebih bagus dan trangguh dari sebelumnya. Hasil yang diperoleh dengan proses pembuatannya mempunyai ketangguhan yang tinggi dan daya tahan goncangan yang berhubungan dengan panas yang baik seperti kekakuan, tahan aus dan stabil pada temperatur tinggi. Disamping daya tahan yang lebih daripada materi konvensional, materi ini juga tergolong memiliki berat yang relatif lebih ringna sehingga dalam penggunaannya akan lebih meningkatkan efisiensi kerja dari mesin bila dibandingkan dengan materi logam.n Proses fabrikasi bahan ini dapat diaplikasikan pada berbagai komponen mesin seperti ; gas turbin, mesin roket, mesin piston, penukar panas, dapur temperatur tinggi, struktur pasawat dan sebagainya. Misalnya pada suatu ketika, kita harus mencari bahan pengganti yang dipakai sekarang ini agar dapat : A. Mencegah/tahan terhadap panas tinggi B. Mencegah terlalu aus atau terkikis dalam pemakaiannya (tidak terlalu lunak). C. Mudah dibuat. Maka yang harus dilakukan adalah : Untuk mencegah panas yang tinggi kita dapat mencari suatu bahan atau membuat bahan dengan kandungan silikon di dalamnya. Titik didih silikon sangat tinggi, dapaty mencapai 1400 C sehingga jika digunakan untukm panas ekstrem (misal tabung reaksi nuklir atau campuran bahan body roket) dapat bertahan. Namun, silikon bersifat semi konduktor sehingga dibutuhkan suatu unsur penyeimbang lain dan dijauhkan dari komponen elektrik. Kita dapat pula menggunakan bahan yang mengandung campuran MgO (Magnesium Oksida) yang memiliki titik leleh 2800 C dan termasuk tahan panas



dan elektricity sehingga bahan dengan kandungan zat ini cocok jika digunakan untuk suhu ekstrem dan banyak medan listrik statis. Sedangkan untuk mencari bahan yang tahan terhadap tekanan tinggi kita dapat menggunakan bahan yang mengandung silika semisal keramik karena memiliki sifat tahan terhadap tekanan tinggi dan tahan terhadap korosi dan juga yang terpenting memiliki berat yang relatif lebih ringan bila dibandingkan dengan unsur logam. Namun karena sifat silika (keramik) ini adalah kurang elastis maka perlu adanya proses tambahan yang tepat untuk meningkatkan elastisitasnya. Nah, apabila suatu ketika kita diminta untuk menggabungkan kedua bahan tersebut, maka yang terpenting dari semua itu adalah bagaimana proses dia dibuat. Tentunya kita harus menggabungkan kedua bahan di atas (magnesium oksida dengan keramik atau silika) maka kita harus menggunakan teknik khusus sgar rantai kimianya dapat menjadi satu.Bahan silika termasuk keramik dalam unsur tabel kimia banyak yang memiliki elektron valensi 4. bahan alkali dan alkali tanah seperti magnesium elektron valensinya adalah 2. oksigen memiliki elektron valensi 6. meilhat jumlah elektron valensinya tersebut sepertinya tidak terlalu rumit untuk menggabungkan komponen di atas menjadi satu hanya tinggal kita eprdalam lagi bagaimana untuk mereaksikannya, apakah menggunakan elektron dari arus listrik, menggunakan katalis atau menggunakan unsur lain intuk melangsungkan reaksi kimianya sehingga akan didapatkan sifat bahan yang bisa tahan panas, tahan tekanan yaitu bahan MgnSinOn. Bahan tersebut diharapkan mampu memiliki sifat-sifat seperti tersebut di atas dan berat yang lebih ringan karena memiliki massa unsur yang lebih rendah dari unsur logam.