1. Abstr Abstrak ak
Pada Pada era era ini ini tekn teknol olog ogii sema semaki kin n berk berkem emba bang ng.. Sala Salah h satu satu cont contoh oh perkembangannya ialah proses pembuatan serat polimer sebagai bahan baku pembuatan pakaian. Pakaian pun bermacam-macam jenisnya, salah satunya yaitu yaitu pakaian pakaian seragam seragam yang yang diguna digunakan kan oleh oleh suatu suatu instan instansi si baik baik Nasion Nasional al maupun Internasional. Seragam yang pada umumnya dikenakan oleh tentara memiliki fungsi lain yaitu sebagai pakaian anti peluru. Pakaian jenis ini pada umumnya terbuat dari bahan serat aromatik aromatik polyamides polyamides atau aramid yang dikena dikenall dengan dengan nama nama dagang dagang Kevlar, Twaron, dan sebaga sebagainy inya. a. Kevlar Kevlar memi memili liki ki bany banyak ak kele kelebi biha han n anta antara ra lain lain taha tahan n terh terhad adap ap suhu suhu ting tinggi gi,, kekuatannya lima kali lebih besar dari baja, sensitif terhadap sinar UV, dan lain-lain. Karena kekuatan dan daya tahan seratnya terhadap tekanan yang tinggi maka kevlar dapat diaplikasikan untuk pakaian pelindung berupa rompi anti peluru dan helm anti peluru.
2. Pendahul Pendahuluan uan
2.1 Latar belakang belakang Material komposit merupakan material yang terbentuk dari dua atau lebih material pembentuk pembentuknya nya melalui melalui pencampura pencampuran n yang tidak homogen, homogen, dimana dimana sifat mekanik mekanik masing-masin masing-masing g material material pembentukn pembentuknya ya berbeda. berbeda. Secara umum material komposit tersusun dari dua komponen utama yaitu matrik (bahan pengikat) dan filler (bahan pengisi). Bahan pengisi ( filler ) yang yang biasa biasa diguna digunakan kan biasan biasanya ya berupa berupa serat serat atau atau serbuk. serbuk. Sedang Sedangkan kan matrik secara umum berfungsi untuk mengikat serat menjadi satu struktur komposit. Pada Pada era ini tekno teknolog logii semaki semakin n berkem berkemban bang. g. Salah Salah satu satu contoh contoh perkembangannya ialah dalam proses pembuatan serat polimer. Pembuatan serat polimer yang berasal dari material komposit ini telah dikembangkan lebih lanjut untuk diolah menjadi tekstil agar memperoleh kualitas yang lebih lebih baik. baik. Kini Kini terdap terdapat at berbag berbagai ai macam macam jenis jenis serat serat yang yang disesu disesuaik aikan an dengan tujuan pembuatan tekstil itu sendiri.
Pemanfaatan serat ini dapat digunakan sebagai bahan pembuatan pakaian, salah satunya yaitu seragam yang digunakan oleh suatu instansi baik Nasional maupun Internasional. Seragam yang pada umumnya dikenakan oleh tentara dapat pula digunakan sebagai pakaian anti peluru. Pakaian pelindung
berupa rompi anti peluru yang digunakan oleh
militer, kepolisian, maupun sipil (eksekutif) pada umumnya terbuat dari bahan serat aromatik polyamides atau aramid yang dikenal dengan nama dagang Kevlar, Twaron, dan sebagainya. Kevlar merupakan nama dagang dari polimer organik sintetik yaitu poli (p-fenilena tereftalamida) (PPTA) yang termasuk dalam polimer aramida (aromatik poliamida). Kevlar terkenal dengan sifatnya yang sangat kuat dan tahan terhadap suhu tinggi. Dengan berat yang sama, kevlar memiliki kekuatan lima kali lebih kuat dari baja. Poli (p-fenilena tereftalamida) disintesis pertama kali pada tahun 1965 oleh DuPont, sebuah perusahaan kimia di Amerika. Stephanie Louise Kwolek, seorang ahli kimia yang bekerja untuk perusahaan tersebut berhasil menemukan senyawa itu saat melakukan riset untuk bahan pembuat ban, poli(p-fenilena tereftalamida) didapat sebagai suatu cairan kristal di dalam larutan. Pada tahun 1971 senyawa tersebut dipublikasikan dengan nama kevlar. Pemilihan materi kevlar sebagai inti makalah ini didasarkan atas berbagai pertimbangan. Beberapa diantaranya ialah banyaknya manfaat yang dapat diperoleh dari bahan ini, banyaknya bahan baku yang sangat berpotensi yang belum dimanfaatkan, dan berbagai sifat- sifat unggul lainnya. Seperti yang telah banyak diketahui, kevlar banyak dimanfaatkan untuk baju anti peluru. Namun selain itu kevlar juga diketahui dapat digunakan sebagai material penyusun pada berbagai peralatan, khususnya peralatan militer. Jumlah produksi kevlar di dunia mengalami peningkatan dari tahun ke tahun. Pada tahun 2001, kevlar dihasilkan berkisar 41.000 ton/tahun dan meningkat 5-10% pada tahun 2007 yang berkisar 55.000 ton/tahun.
Oleh karena ketersediaannya yang sangat banyak, maka kevlar dapat digunakan dalam beberapa aplikasi tertentu. Penggunaannya pada beberapa aplikasi juga sangat menguntungkan karena keunggulan sifat yang dimilikinya. Selain memiliki ketahanan terhadap suhu yang cukup tinggi, kevlar juga memiliki daya tahan terhadap tekanan dan kekuatan yang sangat baik.
2.2 Tujuan Pembuatan makalah ini bertujuan untuk mengetahui lebih dalam kegunaan polimer secara spesifik dalam bentuk lain, yaitu kevlar, dan untuk memahami aplikasi kevlar pada beberapa peralatan tertentu.
2.3 Manfaat Pembuatan makalah ini memiliki beberapa manfaat sebagai berikut : 1. Dapat mengetahui kegunaan polimer sebagai kevlar 2. Dapat memahami aplikasi kevlar pada peralatan tertentu
3. Isi dan pembahasan
3.1 Sifat Secara fisik, kevlar merupakan serat berwarna kuning yang keras, kasar, anti gores, dan memiliki kestabilan bentuk yang tinggi. Kevlar memiliki massa jenis 1,44 g/cm 3, kekuatan tegangan (tensile strength) 3,6 – 4,1 Gpa. Sebagai perbandingan, baja yang memiliki massa jenis 7,8 g/cm3 memiliki tensile strength 1,65 GPa. Kevlar tahan terhadap api, memiliki kalor pembakaran 35x10 6 J/Kg dan kalor jenis 1400 J/Kg K. Kevlar tahan terhadap temperatur yang sangat tinggi mencapai 370oC, tidak memiliki titik lebur tetapi pada temperatur 427oC akan terdekomposisi menjadi gas. Kekuatan kevlar semakin besar pada temperatur yang rendah dan pada temperatur yang tinggi kekuatan kevlar menurun, seperti pada temperatur 160 oC kekuatan
kevlar menurun 10% setelah 500 jam dan pada temperatur 260 oC kekuatan kevlar menurun 50% setelah 70 jam. Semua sifat kekuatan dan ketahanan kevlar disebabkan oleh ikatan hidrogen dalam molekul polimernya, ikatan hidrogen tersebut juga yang mengakibatkan polimer kevlar berbentuk radial. Gugus-gugus bebas yang dimiliki kevlar dapat membentuk ikatan hidrogen pada bagian luarnya, sehingga dapat mengabsorp air dan mempunyai sifat ‘basah’ yang baik. Sifat ketahanan panas dari kevlar juga berasal dari cincin aramidanya, sedangkan kekuatannya juga dipengaruhi oleh struktur para. Kevlar tidak mudah bereaksi dengan senyawa lain. Kevlar dapat terdegradasi dengan asam kuat, basa kuat, atau dengan natrium hipoklorit, namun hanya dalam suhu yang relatif tinggi dan dalam waktu yang relatif lama. Misalnya dengan menggunakan asam sulfat pada suhu 100 oC, kevlar membutuhkan waktu 10 jam untuk dapat terdegradasi. Kevlar sensitif terhadap sinar UV, mengakibatkan perubahan warna dari kuning menjadi coklat. Paparan sinar UV terus menerus dapat mengakibatkan hilangnya sifat mekanik dari kevlar. Degradasi dapat terjadi akibat sinar UV dengan panjang gelombang tertentu yang memiliki energi yang cukup untuk memutus ikatan polimer dan disertai dengan adanya oksigen.
3.2 Struktur Polimer kevlar dapat tersusun atas 5 sampai 1 juta repeating unit berupa para-fenilena tereftalamida dengan rumus molekul sebagai berikut:
Tiap monomer mengandung 14 atom C, 2 atom N, 2 atom O, dan 10 atom H. Pada polimer kevlar, terjadi cross linking berupa ikatan hidrogen yang mengakibatkan kevlar menjadi sangat kuat. Susunan monomermonomer pada poli (p-fenilena tereftalamida) digambarkan sebagai berikut:
3.3 Pemrosesan sintesis Secara umum, kevlar disintesis melalui reaksi polikondensasi antara tereftaloil klorida dan p-fenilenadiamina. Reaksi ini merupakan reaksi interfacial polymerization, yaitu polimerisasi yang membutuhkan dua macam pelarut yang tidak saling bercampur. Monomer dalam pelarut pertama akan bereaksi dengan monomer lain pada pelarut kedua. Reaksi polimerisasi ini terjadi dalam waktu yang sangat cepat. Produk samping yang diperoleh adalah asam klorida.
Kevlar
disintesis
dari
monomer
1,4-fenil-diamina
(para-
phenylenediamine) dan klorida tereftaloil atau asam tereftalat. Hasilnya
adalah polimer aromatik amida (aramid) dengan cincin benzena dan gugus amida. Ketika diproduksi, lembaran polimer tergabung secara acak. Saat pembuatan Kevlar bahan dilarutkan dan dipintal untuk mengorientasikan ke arah serat. Kevlar memiliki harga yang mahal karena proses produksinya membutuhkan kondisi yang ekstrim seperti kesulitan yang disebabkan
oleh
penggunaan
asam
sulfat
pekat
dalam
produksinya. Kondisi yang ekstrim ini dibutuhkan untuk menjaga polimer yang sangat tidak larut dalam larutan selama sintesis dan pemintalan. Berikut ini adalah mekanisme reaksi sintesis secara umum:
Langkah sintesis : Pada awalnya diamina
dilarutkan dalam campuran pelarut
heksametilfosforamida (HMPA) dan dimetilasetamida (DMAC) (2:1) dalam suatu ketel yang disertai dengan pengaduk dan nitrogen inlet . Lalu campuran didinginkan hingga 3 oC dengan penangas es. Setelah itu serbuk tereftaloil klorida ditambahkan dan segera diaduk dengan cepat. Reaksi tersebut menghasilkan cairan pasta yang kental, lalu cairan tersebut dibiarkan selama satu malam. Campuran kemudian diaduk dengan blender
untuk memisahkan pelarut, dan kemudian polimer yang terbentuk disaring dan dikeringkan hingga diperoleh berat yang konstan. Sintesis juga dapat dilakukan
dengan
variasi
pelarut
yang
lain
yaitu
mengganti
dimetilasetamida (DMAC) dengan N-methyl pyrrolidone (NMP) atau tetrahidrofuran (THF). Kevlar yang terbentuk dari proses sintesis di atas merupakan kevlar dengan susunan acak sehingga masih belum bisa dimanfaatkan. Untuk dapat digunakan, bahan dasar kevlar yang terbentuk harus dipintal ( spun) terlebih dahulu melalui proses wet spinning dengan menggunakan spinneret, yaitu sebuah alat untuk menghasilkan serat yang panjang, tipis, dan kuat. Sebelum dipintal, kevlar dilarutkan dahulu dalam asam sulfat anhidrat 100%. Proses inilah yang mengakibatkan biaya produksi kevlar menjadi sangat mahal. Reaksi sintesis kevlar akan terhambat dengan adanya air, karena dapat menghidrolisis monomer tereftaloil klorida sehingga akan terjadi terminasi pertumbuhan rantai. Sebagai suatu catatan, pada umumnya reaksi polikondensasi berlangsung selama berjam-jam, karena merupakan reaksi yang bertahap ( stepwise chain reaction). Namun pada reaksi polikondensasi kevlar, hampir semua monomer telah bereaksi setelah 50 detik, dan koagulasi terjadi setelah 330 detik (6,5 menit). Reaksi koagulasi terus berlanjut hingga 8 jam. Pada
awal
proses
pencampuran,
temperatur
yang
rendah
dibutuhkan untuk reaksi polikondensasi. Namun setelah campuran mengental, tidak lagi dibutuhkan temperatur yang rendah. Bahkan temperatur yang lebih tinggi akan meningkatkan derajat kekentalan (viskositas) yang juga berarti memperbesar berat molekul kevlar.
3.4 Kinerja Nanoindentation test dan tensile test dapat digunakan untuk menunjukkan kekuatan mekanis dari kevlar-29. Sampel yang diuji memnunjukkan bahwa kekuatan tarik dan regangnya hampir sempurna.
Kevlar memiliki kekuatan dan modulus elastis yang tinggi. Modulus elastis dari serat dievaluasi oleh nanoindentation menunjukkan bahwa di semua penampang serat adalah homogen, tetapi empat kali lebih rendah daripada yang diperoleh dalam arah longitudinal dengan tensile test. Perbedaan serat dengan arah radial dan longitudinal karena tingginya anisotropi pada serat. Berdasarkan jurnal yang kami peroleh, serat kevlar (Kevlar-29) memiliki penampang radial yang halus, namun beberapa menunjukkan kecacatan, kurang kuat, dan kurang sempurna. Dari pengamatan diperoleh bahwa komposit kevlar mampu menahan tekanan dan menghasilkan tegangan sekitar 0,7%. Penelitian oleh Dobb et al. mengungkapkan bahwa serat tersusun dari lembaran radial yang berlipat-lipat pada struktur serat. Sifat morfologi tersebut memiliki dampak langsung pada sifat-sifat fisik dari serat radial maupun longitudinal.
Gambar 3.4.1 Kurva stress-strain dari kevlar-29 Gambar diatas menunjukkan kurva hampir lurus sempurna dari hasil penelitian untuk kevlar yang diuji dalam ketegangan dan ditekuk. Hasil dari nanoindentation test menunjukkan bahwa modulus elastis dari kevlar jauh lebih rendah dari tensile test . Perbedaan hasil tersebut menunjukkan perbedaan anisotropi dari struktur serat. Selain itu karena ada pemutusan ikatan kovalen, sedangkan dengan nanoindentation, yang berlaku beban rendah, ikatan hidrogen tidak terganggu dan tidak ada ikatan kovalen.
3.5 Pemanfaatan Manfaat kevlar yang umum adalah digunakan untuk peralatan perang seperti, rompi anti peluru dan helm anti peluru karena sifatnya yang mendukung seperti yang dijelaskan di atas. Namun, selain berguna untuk peralatan perang, kevlar juga masih memiliki manfaat lainnya, antara lain :
3.5.1
Rompi Anti Peluru Rompi anti peluru ini biasanya digunakan sebagai pelindung yang
digunakan oleh militer, kepolisian, maupun sipil (eksekutif). Rompi anti peluru adalah pakaian yang melindungi bagian tubuh seperti dada, perut, dan punggung orang yang memakainya. Rompi ini melindungi pemakainya dari proyektil peluru dan serpihan dari ledakan granat. Biasanya dipakai oleh polisi, tentara, pasukan keamanan dan orangorang yang memiliki risiko menjadi sasaran tembak yang tinggi. Prinsip kerjanya adalah dengan mengurangi sebanyak mungkin lontaran energi kinetik peluru, dengan cara menggunakan lapisanlapisan kevlar untuk menyerap energi laju tersebut dan memecahnya kepenampang baju yang luas, sehingga energi ters ebut tidak cukup lagi untuk membuat peluru dapat menembus baju. Analoginya seperti laju bola yang dapat ditahan oleh jaring gawang. Jaring gawang terdiri dari rangkaian tali yang saling terhubung satu sama lain. Apabila bola tertangkap oleh jaring gawang, maka energi kinetik bola tersebut akan diserap oleh jaring gawang, yang menyebabkan tali disekitarnya bertambah panjang dan kemudian tekanan (tarikan) tali akan dialirkan ke tiang gawang. Dalam menyerap laju energi peluru, baju (kevlar) mengalami deformasi yang menekan ke arah dalam ( shock wave), tekanan kedalam ini akan diteruskan sehingga mengenai tubuh pengguna. Batas maksimal penekanan kedalam tidak boleh lebih dari 4,4 cm. Jika
batasan tersebut dilewati, maka pengguna baju akan mengalami luka dalam yang tentunya akan membahayakan keselamatan jiwa. Tidak jarang akibat ‘tekanan’ yang ditimbulkan peluru tadi, pemakai baju akan menderita luka memar hingga patah tulang. Perlu ditekankan sekali lagi, bahwa fungsi utama baju anti peluru hanyalah untuk menahan peluru, sehingga peluru tidak sampai masuk kedalam tubuh pemakai baju yang dapat menyebabkan kematian.
3.5.2
Helm Anti Peluru Helm ini terbuat dari bahan kevlar yang menjadi pelindung,
biasanya digunakkan untuk instansi militer. Pada dunia otomotif dan balap, bahan kevlar juga digunakan untuk pelindung kepala. Pembuatan helm kevlar ini cukup lama. Satu buah helm membutuhkan 130 pola potongan kain. Satu buah helm kevlar juga dibuat dari 20 lapis kain kevlar yang dimampatkan dengan getah damar (pada suhu tinggi). Tumpukan kain di tersebut nantinya akan ditumpuk-tumpuk lagi yang kemudian disatukan dan dibentuk melengkung seperti mangkok terbalik. Mangkok-mangkok ini berikutnya akan dicetak lagi dengan mesin pencetak dan dipanaskan dalam suhu 180 °C. Setelah dicetak, pinggiran ‘kain’ tadi dibersihkan dari serabut-serabut serat kevlar. Tahapan berikutnya, helm kevlar (yang sudah keras) tersebut akan dibuat menjadi lebih indah dan nyaman dengan memasang karet, tali, dan cat luar. Kegunaan lain dari kevlar : •
Bahan baju balap, terutama pada bagian siku dan lutut.
•
Sebagai bahan tali busur panah.
•
Sebagai bahan layar pada olahraga windsurfing .
•
Lapisan dalam ban sepeda, untuk menghindari kebocoran.
•
Sebagai drumhead pada drum head, dengan penambahan resin serta dilapisi nilon.
•
Sebagai pengganti teflon dalam beberapa panci anti lengket.
•
Digunakan untuk tali dan kabel, biasanya dikombinasikan dengan polietilena dan bahan lain (disebut parafil).
•
Digunakan sebagai pengganti asbestos pada rem (brake pads).
•
Sebagai bahan sarung tangan pelindung yang tahan api dan goresan.
Meski memiliki kekuatan dan daya tahan yang baik, kevlar juga memiliki beberapa kelemahan yaitu cepat menyerap uap air, yang berarti lebih sensitif terhadap lingkungan. Kevlar sulit dipotong sehingga gunting khusus diperlukan untuk memotong dan laminasi hanya dapat ditembus oleh mata bor yang dibuat khusus. Kevlar juga dapat terdekomposisi pada kondisi alkalin atau terpapar klorida. Karena kevlar juga memiliki tekanan kompresif yang buruk sehingga kevlar seringkali dikombinasikan dengan material yang memiliki tekanan kompresif yang unggul.
4. Kesimpulan
Polimer sintetik yang memiliki nilai guna tinggi salah satunya yaitu kevlar. Kevlar memiliki banyak keunggulan diantaranya adalah daya tahan yang tinggi terhadap tekanan, tahan terhadap suhu tinggi, memiliki kekuatan lima kali lebih kuat dari baja. Namun proses pembuatannya tidak mudah karena memerlukan kondisi ekstrim yang menggunakan asam sulfat pekat dalam proses sintesis dan pemintalan. Strukturnya yang sangat kuat berasal dari crosslinking yang terjadi pada ikatan hidrogen dari penyusunnya. Dengan teknologi yang tinggi, kevlar mampu diaplikasikan sebagai pakaian anti peluru yang biasa digunakan tentara, militer, maupun anggota sipil. Selain sebagai rompi anti peluru, kevlar juga dapat
dimanfaatkan sebagai helm anti peluru, bahan ban dalam sepeda, bahan sarung tangan tahan api, dan masih banyak lain.
5. Daftar Pustaka
1. http://www.sciencedirect.comsciencearticlepiiS0925838811021153 2. http://www.sciencedirect.com.pustaka.ubaya.ac.id/science/article/pii/S1 359836898000535 3. http://evgust.wordpress.com/2011/04/14/ 4. http://vadoc.wordpress.com/tag/struktur-senyawa-kevlar/
