polimer merupakan molekul raksasa

7/22/2019 Polimer Merupakan Molekul Raksasa

1/15

1

DEFINISI POLIMER, KOMPOSIT DAN KERAMIK

1. PENGERTIAN DEFINISI POLIMER

Polimer merupakan molekul raksasa (makromolekul) yang merupakan gabungan

dari monomer - monomer. polimer mempunyai massa molekul relatif yang sangat

besar, yaitu sekitar 500-10.000 kali berat molekul unit ulangnya. istilah polimer

berasal dari bahasa yunani, polys = banyak dan meros = bagian, yang berarti

banyak bagian atau banyak monomer.

Penggolongan polimerberdasarkan asalnya :

1. polimer alam : yang berada dialam dan berasal dari mahkluk hidup2. polimer sintesis / buatan : polimer yang tidak terdapat di alam dan harus

dibuat terlebih dahulu oleh manusia.

Merupakan moleku besar yang terbentuk dari molekul-molekul kecil yang

terangkai secara berulang. Molekul-molekul kecil penyusun polimer disebut

monomer. Reaksi pembentukan polimer disebut reaksi polimerisasi

Dua jenis polimerisasi:1. Polimerisasi adisi: polimer yang terbentuk melalui

reaksi adisi dari berbagai monomer

Contoh polimer adisi:

Yang termasuk ke dalam polimer adisi adalah polistirena (karet ban), polietena

(plastik), poliisoprena (karet alam), politetraflouroetena (teflon), PVC, dan

poliprepilena (plastik).

Polimerisasi kondensasi: polimer yang terbentuk karena monomer-monomer

saling berikatan dengan melepaskan molekul kecil.


2/15

2

Contoh:pembentukan plastik stirofoam tersusun dari dua monomer berbeda yaitu

urea dan metanal. Dua molekul metanal bergabung dengan satu molekul urea

menjadi suatu molekul disebut dimer. Dimer-dimer ini selanjutnya

berpolimerisasi.

Yang termasuk ke dalam polimer kondensasi adalah bakelit, poliuretan,

poliamida, (melamin), poliester (nilon), teteron, dan protein.

Perbedaan antara polimerisasi adisi dan kondensasi adalah bahwa pada

polimerisasi kondensasi terjadi pelepasan molekul kecil seperti H2O dan NH3,

sedangkan pada polimerisasi adisi tidak terjadi pelepasan molekul. Penggolongan

polimer.

Berdasarkan asal polimer:

Polimer alam: polimer yang tersedia secara alami di alam. Contoh: karet alam

(dari monomer-monomer 2-metil-1,3-butadiena/isoprena), selulosa (dari

monomer-monomer glukosa), protein (dari monomer-monomer asam amino),

amilum, asam nukleat.

Polimer sintetik:polimer buatan hasil sintetis indukstri/pabrikan. Contoh: nilon

(dari asam adipat dengan heksametilena), PVC (dari vinil klorida), polietilena,

poliester (dari diasil klorida dengan alkanadiol)

Berdasarkan jenis monomer:

Homopolimer: terbentuk dari monomer-monomer sejenis. Contoh: polisterina,

polipropilena, selulosa, PVC, teflon.

Kopolimer: terbentuk dari monomer-monomer yang tak sejenis. Contoh: nilon

66, tetoron, dakron, protein (dari berbagai macam asam amino), DNA (dari


3/15

3

pentosa, basa nitrogen, dan asam fosfat), bakelit (dari fenol dan formaldehida),

melamin (dari urea dan formaldehida)

Berdasarkan penggunaan polimer:

Serat: polimer yang dimanfaatkan sebagai serat. Misalnya: untuk kain dan benang.

Contoh: poliester, nilon, dan dakron.

Plastik: polimer yang dimanfaatkan untuk plastik. Contoh: bakelit, polietilena,

PVC, polisterina, dan polipropilena.

Berdasarkan sifatnya terhadap panas:

Polimer termoplas/termoplastis: polimer yang melunak ketika dipanaskan dan

dapat kembali ke bentuk semula. Contoh: PVC, polietilena, polipropilena.

Polimer termosetting: polimer yang tidak melunak ketika dipanaskan dan tidak

dapat kembali ke bentuk semula. Contoh: melamin, selulosa.


4/15

4

2. PENGERTIAN KOMPOSITKata komposit (composite) merupakan kata sifat yang berarti susunan atau

gabungan. Komposit berasal dari kata kerja to compose yang berarti menyusun

atau menggabung. Jadi secara sederhana bahan komposit berarti bahan gabungan

dari dua atau lebih bahan yang berlainan. Dalam hal ini gabungan bahan ada dua

macam :

a. Gabungan makro :

Bisa dibedakan secara visual Penggabungan lebih secara fisis dan mekanis Bisa dipisahkan secara fisis dan mekanis

b. Gabungan mikro :

Tidak bisa dibedakan secara visual Penggabungan ini lebih secara kimia Sulit dipisahkan, tetapi dapat dilakukan secara kimia

Karena bahan komposit merupakan bahan gabungan secara makro, maka bahan

komposit dapat didefinisikan sebagai suatu sistem material yang tersusun dari

campuran / kombinasi dua atau lebih unsur-unsur utamanya yang secara makro

berbeda di dalam bentuk dan atau komposisi material pada dasarnya tidak dapat

dipisahkan.(Schwartz, 1984)

Material komposit terdiri dari dua buah penyusun yaitu filler (bahan pengisi) dan

matrik. Adapun definisi dari keduanya adalah sebagai berikut:

Filler adalah bahan pengisi yang digunakan dalam pembuatan komposit,biasanya berupa serat atau serbuk. serat yang sering digunakan dalam

pembuatan komposit antara lain serat E-Glass, Boron, Carbon dan lain

sebagainya. Bisa juga dari serat alam antara lain serat kenaf, jute, rami,

cantula dan lain sebagainya.


5/15

5

Matrik menurut Gibson R.F, (1994) mengatakan bahwa matrik dalamstruktur komposit bisa berasal dari bahan polimer, logam, maupun keramik.

Matrik secara umum berfungsi untuk mengikat serat menjadi satu struktur

komposit. Matrik memiliki fungsi :

a. Mengikat serat menjadi satu kesatuan strukturb. Melindungi serat dari kerusakan akibat kondisi lingkunganc. Mentransfer dan mendistribusikan beban ke seratd. Menyumbangkan beberapa sifat seperti, kekakuan, ketangguhan dan

tahanan listrik.

Penggunaan material komposit telah dikenal selama ribuan tahun pada alam

sekitar kita. Pada jaman mesir kuno, jerami digunakan pada dinding untuk

meningkatkan performa struktur. Kayu merupakan komposit alami yang sering

digunakan selama ini. Para pekerja kuno telah mengenal istilah komposit dengan

menggunakan ter untuk mengikat alang2 untuk membuat kapal komposit 7000

tahun yang lalu.

Perkembangan dari material komposit tidak terbatas hanya pada material

bangunan dan hal ini dapat dilihat pada abad pertengahan. Di Asia tengah, busur

dibuat dari otot binatang, getah kayu dan benang sutera dengan bahan perekat

sebagai pengikat. Hasil dari komposit yang berlapis2 (laminated) mimiliki

daktilitas dan kekerasan (hardness) dari unsur pokoknya namun kekuatan

merupakan efek sinergi dari gabungan sifat material.

Beton, material yang digunakan oleh seluruh dunia dan juga material berbasis

semen lainnya juga merupakan suatu komposit. Perilaku dan sifat dari beton dapat

dimengerti dan direncanakan, diprediksi dengan lebih baik bila dilihat sebagai

komposit dan begitu pula dengan beton bertulang.

Material komposit akan bersinergi bila memiliki sebuah sistem yang

mempersatukan material2 penunjang untuk mencapai sebuah sifat material baru

tertentu.


6/15

6

Seperti yang dikatakan oleh Aristotle pada 350SM The Whole is more than just

the sum of components. Aristotle berkeyakinan bahwa skema konseptual secara

keseluruhan dari alam perlu untuk dipersatukan dan tidak dapat ditinjau dari segi

komponen yang terpisah-pisah. Hal ini yang penting untuk diperhatikan dalam

perencanaan struktur oleh seorang engineer.

Material komposit mempunyai beberapa keuntungan diantaranya (Schwartz,

1997) :

1. Bobot ringan

2. Mempunyai kekuatan dan kekakuan yang baik

3. Biaya produksi murah

4. Tahan korosi

2. Klasifikasi komposit

Secara garis besar komposit dapat diklasifikasikan menjadi 4 macam (Jones, 1999

: 2), yaitu:

Fibrous composites materials Laminated composites materials Particulate composites materials Kombinasi dari ketiga tipe di atas

2.1 F ibrous composite material

Terdiri dari dua komponen penyusun yaitu matriks dan serat. Skema penyusunan

serat dapat dibagi menjadi 3.


7/15

7

fibrous composit material

Gambar Skema penyusunan serat.(a) continous fibres, (b) discontinous fibres, (c)

random discontinous fibres.

2.2 Laminated composites material

Terdiri sekurang-kurangnya dua lapis material yang berbeda dan digabun g secara

bersama-sama. Laminated composite dibentuk dari dari berbagai lapisan-lapisan

dengan berbagai macam arah penyusunan serat yang ditentukan yang disebut

laminat.

Yang termasukLaminated composites (komposit berlapis) yaitu :

Bimetals Cladmetals Laminated Glass Plastic-Based Laminates

2.3 Parti culate composite material

Particulate composite material (material komposit partikel) terdiri dari satu atau

lebih partikel yang tersuspensi di dalam matriks dari matriks lainnya. Partikel

logam dan
http://arumaarifu.files.wordpress.com/2010/02/komposit1.jpg


8/15

8

non-logam dapat digunakan sebagai matriks. Empat kombinasi yang dapat

digunakan sebagai matriks komposit partikel:

Material komposit partikel non-logam di dalam matriks non-logam Material komposit partikel logam di dalam matriks non-logam Material komposit partikel non-logam di dalam matriks logam Material komposit partikel logam di dalam matriks logam

Contoh Komposit

Komposit Kayu

Komposit kayu merupakan istilah untuk menggambarkan setiap produk yang

terbuat dari lembaran atau potonganpotongan kecil kayu yang direkat bersama-

sama (Maloney,1996). Mengacu pada pengertian di atas, komposit serbuk kayu

plastik adalah komposit yang terbuat dari plastik sebagai matriks dan serbuk kayu

sebagai pengisi (filler), yang mempunyai sifat gabungan keduanya. Penambahan

fillerke dalam matriks bertujuan mengurangi densitas, meningkatkan kekakuan,

dan mengurangi biaya per unit volume. Dari segi kayu, dengan adanya matrik

polimer didalamnya maka kekuatan dan sifat fisiknya juga akan meningkat

(Febrianto, 1999).

Pembuatan komposit dengan menggunakan matriks dari plastik yang telah didaur

ulang, selain dapat meningkatkan efisiensi pemanfaatan kayu, juga dapat

mengurangi pembebanan lingkungan terhadap limbah plastik disamping

menghasilkan produk inovatif sebagai bahan bangunan pengganti kayu.

Keunggulan produk ini antara lain : biaya produksi lebih murah, bahan bakunya

melimpah, fleksibel dalam proses pembuatannya, kerapatannya rendah, lebih

bersifat biodegradable (dibanding plastik), memiliki sifat-sifat yang lebih baik

dibandingkan bahan baku asalnya, dapat diaplikasikan untuk berbagai keperluan,

serta bersifat dapat didaur ulang (recycleable). Beberapa contoh penggunaan

produk ini antara lain sebagai komponen interior kendaraan (mobil, kereta api,


9/15

9

pesawat terbang), perabot rumah tangga, maupun komponen bangunan (jendela,

pintu, dinding, lantai dan jembatan) (Febrianto, 1999: Youngquist, 1995).

Aluminium M atrix Composites

Salah satu dari jenis komposit yang dipakai luas dalam berbagai aplikasi adalah

komposit Al/Al203.Komposit ini adalah pengembangan dari komposit bermatriks

logam yaitu aluminium, biasa disebut Aluminium Matrix Composites (AMCs)

dengan alumina (Al203) sebagai fasa penguat.

Bertitik tolak dari pengertian komposit, maka komposit Al-Al203diharapkan dapat

menggabungkan sifat terbaik dari matriks aluminium (Al) sebagai material yang

ringan, konduktivitas panas dan listrik baik, serta ketahanan korosi tinggi (mudah

membentuk lapisan oksida yang kuat dan tahan terhadap korosi) dengan penguat

alumina (Al2O3) yang memiliki kekerasan tinggi (hard) sehingga tahan terhadap

wear, kekuatan (strength) dan kekakuan (stiffness) tinggi, sifat dielektrik yang

excellentdari DC ke frekuensi GHz, konduktivitas termal baik, kapabilitas ukuran

dan bentuk yang baik, serta resisten terhadap serangan asam kuat dan alkali pada

temperatur tinggi.

Aluminium sebagai matriks pada komposit Al/Al2O3, merupakan logam dengan

kelimpahan terbesar di kerak bumi. Selain itu, logam ini memiliki melting point

yang relatif rendah yaitu 6580C, sehingga dengan penambahan unsur seperti

tembaga (Cu), silikon (Si), atau magnesium (Mg) akan menghasilkan paduan

aluminium yang memiliki kekuatan yang besar. Namun, jika dibandingkandengan kekuatan baja paduan, maka paduan aluminium masih berada jauh di

bawahnya. Sementara itu, beberapa kekurangan dari logam ini seperti: stiffness

yang rendah, koefisien ekspansi termal yang sulit dikontrol, tidak memilki resisten

yang baik terhadap abrasi dan wear, serta sifat miskinnya pada temperatur

tinggi. Kombinasi dari keunggulan dan kelemahan di atas, menjadikan aluminium

sebagai logam yang paling banyak dijadikan obyek riset pada komposit yang

bermatrik logam.


10/15

10

Tentu saja, berbeda antara aluminium dengan alumina (Al2O3), walaupun unsur

utama penyusun kedua material ini sama. Alumina (Al2O3) banyak digunakan

dalam fabrikasi material keramik, karena merupakan bahan baku yang

menghasilkan keramik dengan performa tinggi dan hemat biaya (cost effective).

Beberapa aplikasi khusus dari alumina (Al2O3) yaitu Gas laser tubes(tabung laser

gas), wear pads (Baju anti peluru), seal rings, isolator lisrik temperatur dan

voltase tinggi,Furnace liner tubes, Thread and wire guides, electronic substrates,

Senjata balistik, abrasion resistant tube and elbow liners, thermometry sensors,

laboratory instrument tubes and sample holders, instrumentation parts for

thermal property test machines, dan media gerinda.

Ikatan antar atom pada alumina merupakan ionic bondingyang kuat, tidak heran

jika memiliki karakteristik yang diinginkan. Artinya, ia tetap stabil walaupun pada

temperatur yang sangat tinggi, karena membentuk fasa kristal heksagonal alpha

(-hexagonal) yang sangat stabil. Pada oksida keramik, fasa ini merupakan yang

paling kuat dan kaku. Lebih lanjut, fasa ini memiliki kekerasan tinggi dan sifat

dielektrik yang excellent. Dengan demikian, banyak digunakan dalam cakupan

aplikasi yang sangat luas.

Alumina murni, memiliki fungsi ganda baik sebagai atmosfer pengoksidasi

maupun pereduksi sampai 19250C. Sedangkan kehilangan berat material ini dalam

ruang vakum berkisar dari 10-7sampai 10-6g/cm2.det di atas temperatur 17000C

sampai 20000C. Kemudian dari pada itu, alumina sangat resisten terhadap

serangan segala gas kecuali fluorine, dan tahan terhadap semua reagen terkecuali

asam hydrofluoricdan phosphosric. Adapun serangan pada suhu tinggi, alumina

dengan kemurnian rendah, mudah diserang oleh partikulat gas logam alkali.

Komposit Al/Al2O3

Telah dijelaskan, sifat-sifat dari komponen penyusun komposit Al/Al2O3 yang

terdiri dari aluminium sebagai matriks dan alumina sebagai fasa penguat. Dalam


11/15

11

hal ini, banyak keunggulan dari AMCs jika dibandingkan dengan aluminium

maupun paduan aluminium yang tidak dikuatkan, yaitu:

Greater strength (kekuatan lebih besar) Improved stiffness (kekakuan diperbaiki) Reduced density/weight(mengurangi densitas/berat) Improved high temperature properties (memperbaiki sifat temperatur

tinggi)

Controlled thermal expansion coefficient (koefisien ekspansi termalterkontrol)

Thermal/heat management Enhanced and tailored electrical performance(peningkatan performa dan

kinerja elektrik)

Improved abrasion and wear resistance (memperbaiki ketahanan abrasidan aus)

Control of mass (especially in reciprocating applications) (control massa(terutama dalam aplikasi khusus), dan

Improved damping capabilities(memperbaiki kapabilitas damping)

Keunggulan-keunggulan di atas, terlihat dari apresiasi yang lebih baik pada

alumunium murni yang semula memiliki modulus elastic 70 GPa meningkat

menjadi 240 GPa dengan diberi penguat 60% volume serat alumina yang kontinu.

Sebaliknya, pemberian 60% volume penguat dalam aluminium murni justru

menurunkan koefisien ekspansi dari 24 ppm/0C menjadi 7 ppm/0C. Hal ini,

menunjukkan bahwa sesuatu hal yang mungkin mengadakan perubahan terhadap

propertiesaluminium sampai 2 atau 3 tingkat dengan penambahan variasi volume

penguat yang sesuai.

Sistem komposit AMCs menawarkan kombinasi dari properties yang sedemikian

rupa, yang dari tahun ke tahun telah dicoba dan digunakan di dalam banyak

aplikasi-aplikas structural, fungsional dan bukan structural di dalam bidang

engineering yang bermacam-macam. Kekuatan yang menggerakkan untuk


12/15

12

penggunaan AMCs ini meliputi keunggulan dalam aspek performa, ekonomi dan

lingkungan. Penggunaan utama dari AMCs ini di dalam sector transportasi yang

memberikan keuntungan seperti pemakaian bahan bakar yang lebih sedikit, suara

yang kecil, dan menurunkan emisi di udara. Dengan melihat kecenderungan

perubahan peraturan yang semakin ketat di bidang lingkungan dan penekanan

pada perbaikan aspek keekonomian bahan bakar, penggunaan AMCs pada sektor

transportasi akan diutamakan dan tidak bisa terelakkan untuk tahun mendatang.

AMCs diharapkan dapat mengganti bahan-bahan monolitik seperti paduan

aluminium, paduan besi, paduan titanium, dan polimer berbasis komposit dalam

aplikasi tertentu. Sekarang, dengan penggantian bahan monolitik dengan AMCs

dalam system rekayasa semakin bertambah luas. Seakan ada yang memaksa

kepada keperluan untuk merancang ulang keseluruhan system untuk mendapatkan

keuntungan dari penambahan berat dan volume.

Beberapa jenis dari komposit AMCs berdasarkan bentuk reinforce, adalah sebagai

berikut (komposit Al/Al2O3, termasuk dalam no. 1, 2, dan 3):

1. Particle-reinforcedAMCs (PAMCs)

2. Whisker-or short fibre-reinforcedAMCs (SFAMCs)

3. Continuous fibre-reinforcedAMCs (CFAMCs)

4. Mono filament-reinforcedAMCs (MFAMCs)

Propertis Material Komposit

Kemajuan kini telah mendorong peningkatan dalam permintaan terhadap

bahan komposit. Perkembangan bidang sciences dan teknologi mulai

menyulitkan bahan konvensional seperti logam untuk memenuhi keperluan

aplikasi baru. Bidang angkasa lepas, perkapalan, automobile dan industri

pengangkutan merupakan contoh aplikasi yang memerlukan bahan-bahan yang

berdensity rendah, tahan karat, kuat, kokoh dan tegar. Dalam kebanyakan bahan


13/15

13

konvensional seperti keluli, walaupun kuat ia mempunyai density yang tinggi dan

rapuh. Sifat maupun karakteristik dari komposit ditentukan oleh :

a. Material yang menjadi penyusun komposit

Karakteristik komposit ditentukan berdasarkan karakteristik material

penyusun menurut rule of mixture sehingga akan berbanding secara

proporsional.

b. Bentuk dan penyusunan struktural dari penyusun

Bentuk dan cara penyusunan komposit akan mempengaruhi karakteristikkomposit.

c. Interaksi antar penyusun

Bila terjadi interaksi antar penyusun akan meningkatkan sifat dari komposit.

Kelebihan Material Komposit

Material 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

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 dankekakuan yang lebih tinggi dari bahan konvensional seperti keluli.

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.


14/15

14

Kekurangan Material Komposit

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

dengan metal.

b. Kurang elastis

c. Lebih sulit dibentuk secara plastis.

Kegunaan Material Komposit

Penggunaan material komposit sangat luas, yaitu untuk :

a. Angkasa luar = Komponen kapal terbang, Komponen Helikopter, Komponen

satelit.

b. Kesehatan = Kaki palsu, Sambungan sendi pada pinggang

c. Marine / Kelautan = Kapal layar, Kayak

d. Industri Pertahanan = Komponen jet tempur, Peluru, Komponen kapal selam

e. Industri Pembinaan = Jembatan, Terowongan, Rumah, Tanks.

f. Olah raga dan rekreasi = Sepeda, Stick golf, Raket tenis, Sepatu olah raga

g. Automobile = Komponen mesin, Komponen kereta

h. Angkasa luar = Komponen kapal terbang, Komponen Helikopter, Komponen

satelit.


15/15

15

3. PENGERTIAN KERAMIK

Al2O3 adalah material teknik yang disebut keramik, atau Aluminium oksida

(Al2O3) mempunyai 2 keunggulan. Pertama, Al2O3 stabil secara kimia dalam

lingkungan yang beraneka ragam, karena Al akan di oksidasi. Pada kenyataannya

hasil reaksi oksidasi dari aluminium akan memberikan aluminium oksida yang

lebih stabil.

Kedua, keramik Al2O3 mempunyai titik lebur lebih tinggi (2020oC) daripada

logam Al (660o). Hal ini membuat Al2O3 sukar lebur dan dipakai secara

luasdalamindustripeleburan.

Contoh material keramik yang lain yang banyak dipakai adalah magnesium oksida

(MgO) dan silika (SiO2). Material keramik ini sering dipadukan dengan

aluminium oksida (Al2O3) untuk mendapatkan sifat yang lebih baik. Material

keramik silikon nitrida Si3N4 dapat diurai menjadi keramik oksida yang penting.

Selanjutnya, material keramik yang berdaya jual tinggi adalah keramik yang

mempunyai gabungan unsur antara satu unsur logam dan satu unsur bukan logam

(C, N, 0, P, S ).

Logam dari keramik mempunyai ciri susunan yang sama pada skala atomik.

Susunannya kristalin, artinya atom-atomnya tertumpuk dalam sebuah keteraturan

atau pola yang berulang. Perbedaan antara bahan logam dan keramik adalah pada

material keramik dengan pengolahan yang sederhana dan bersih dapat dibuat

dalam bentuk nonkristalin, sehingga atom-atom tertumpuk atau tersusun dalam

ketidakteraturan atau pola yang acak.

polimer merupakan molekul raksasa

Documents