Serat

Serat atau fiber (dari bahasa Latin: fibra) adalah suatu zat atau bahan baik alami maupun buatan dimana memiliki dimensi panjang yang lebih signifikan dibandingkan dengan penampang lebar/melintangnya.

Serat sering digunakan dalam pembuatan bahan lain. Pembuatan bahan-bahan dengan kekuatan yang sangat tinggi biasanya memanfaatkan serat, misalnya serat karbon dan ultra-high-molecular-weight polyethylene atau polietilen modulus tinggi.

Serat sintetis seringkali dapat diproduksi dengan biaya yang relatif sangat murah dan dalam kapasitas yang besar dibandingkan apabila menggunakan serat alami (serat alam), tetapi untuk pakaian serat alami dapat memberikan beberapa keuntungan, seperti kenyamanan, dibandingkan serat sintetis.

 

 

Serat Alam (Natural Fiber)


Serat alam terjadi atau berkembang membentuk serat secara alami, diantaranya adalah yang dihasilkan oleh tumbuhan, hewan, dan proses geologi.

Serat alami dapat diklasifikasikan menurut asalnya sebagai berikut:

  • Serat nabati (vegetable fibers), umumnya didasarkan pada susunan selulosa, seringkali dengan lignin, contohnya adalah: kapas, hemp, jute, flax, abaca, piña, ramie, sisal, bagasse, dan pisang. Serat pada tumbuhan (plant fibers) digunakan dalam pembuatan kertas dan tekstil (kain), dan serat pada makanan (dietary fiber) merupakan komponen penting dari nutrisi manusia.
  • Serat kayu (wood fiber), dibedakan dari serat nabati dimana serat ini bersumber dari pohon. Termasuk groundwood, lacebark, thermomechanical pulp (TMP), dan kraft yang dikelantang atau tidak dikelantang atau sulfite pulp. Kraft dan sulfit mengacu pada jenis proses pulping yang digunakan untuk menghilangkan ikatan lignin pada struktur kayu asli, sehingga membebaskan serat untuk digunakan dalam kertas dan produk kayu rekayasa seperti serat papan (fiberboard).
  • Serat hewan (animal fiber), sebagian besar terdiri dari protein tertentu. Contohnya adalah sutra dari ulat sutra (silkworm), sutra laba-laba (spider), tendon (sinew), catgut (tali kuat yang terbuat dari usus hewan tertentu, terutama domba, digunakan untuk pengikat dan jahitan bedah, untuk senar biola, senar raket tenis dan busur panah), wol, sutra laut (sea silk) dan rambut seperti wol kasmir, mohair dan angora, bulu seperti kulit domba, kelinci, cerpelai, rubah, berang-berang, dll.
  • Serat mineral termasuk dalam kelompok asbes. Asbes adalah satu-satunya serat mineral panjang yang terbentuk secara alami. Enam mineral telah diklasifikasikan sebagai “asbes” termasuk chrysotile dari kelas serpentine dan yang termasuk dalam kelas amphibole: amosite, crocidolite, tremolite, anthophyllite dan actinolite. Yang pendek seperti serat mineral termasuk wollastonite dan palygorskite.
  • Serat biologis (Biological fibers), juga dikenal sebagai serat protein atau filamen protein, sebagian besar terdiri dari protein yang relevan secara biologis dan sangat penting secara biologis, di mana mutasi atau cacat genetik lainnya dapat menyebabkan penyakit parah. Contoh termasuk keluarga kolagen protein, tendon, protein otot seperti aktin, protein sel seperti mikrotubulus dan banyak lainnya, seperti sutra laba-laba (spider silk), otot (sinew), dan rambut (hair).

 

 

Serat Buatan (Artificial Fibers)


Serat buatan atau kimia (chemical fibers) adalah serat yang komposisi, struktur, dan sifat kimianya dimodifikasi secara signifikan selama proses pembuatan. Dalam fashion, serat adalah suatu untaian  panjang dan tipis atau benang dari bahan yang dapat dirajut atau ditenun menjadi kain. Serat buatan terdiri dari serat regenerasi (semi sintetis) dan serat sintetis.

 

Serat Semi-sintetis

Serat semi-sintetis dibuat dari bahan mentah dengan struktur polimer rantai panjang alami dan hanya dimodifikasi dan didegradasi sebagian melalui proses kimia, berbeda dengan serat sintetis seutuhnya seperti nilon (poliamida) atau dakron (poliester), yang disintesis dari senyawa dengan berat molekul rendah melalui reaksi polimerisasi (pembentukan rantai). Serat semi-sintetik paling awal adalah serat regenerasi selulosa, rayon. Sebagian besar serat semi-sintetik adalah serat regenerasi selulosa.

 

Serat regenerasi selulosa

Serat selulosa adalah bagian dari serat buatan, diregenerasi dari selulosa alami. Selulosa berasal dari berbagai sumber: rayon dari serat kayu pohon, serat bambu dari bambu, seacell dari rumput laut, dll. Dalam produksi serat ini, selulosa direduksi menjadi bentuk yang cukup murni sebagai massa kental dan dibentuk menjadi serat dengan ekstrusi melalui spinnerets. Oleh karena itu, produk akhir akan memiliki karakteristik yang khas dan berbeda dari bahan dasar alaminya.

Beberapa contoh jenis serat ini adalah:

  • rayon
  • Lyocell, merek rayon
  • Modal
  • serat diasetat
  • serat triasetat.

 

Secara historis, selulosa diasetat dan -triasetat diklasifikasikan di bawah rayon, tetapi sekarang dianggap sebagai bahan yang berbeda.

 

Serat Sintetis (Synthetic Fibers)

Sintetis seluruhnya berasal dari bahan sintetis seperti petrochemicals, tidak seperti serat buatan yang berasal dari bahan alami seperti selulosa atau protein.

Klasifikasi serat dalam memperkuat plastik (reinforced plastics) terbagi menjadi dua kelas: (i) serat pendek, juga dikenal sebagai serat diskontinyu (discontinuous fibers), dengan general aspect rasio (perbandingan panjang serat terhadap diameter) antara 20 dan 60, dan (ii) serat panjang, juga dikenal sebagai serat kontinu (continuous fibers), general aspect rasio antara 200 dan 500.

Plastik adalah bahan sintetis yang terbuat dari berbagai macam polimer organik seperti polietilen, PVC, nilon, dll., yang dapat dicetak menjadi bentuk saat lunak dan kemudian diatur menjadi bentuk yang kaku atau sedikit elastis.

 

Serat logam

Serat logam dapat ditarik dari logam (ductile metals) seperti tembaga, emas atau perak dan diekstrusi untuk yang lebih getas, seperti nikel, aluminium atau besi.

Proses ekstrusi adalah proses dimana logam dibentuk dengan cara menekannya melalui rongga cetakan. Tekanan yang digunakan sangat besar. Proses ini dapat digunakan untuk membuat batang silinder, tabung atau profil-profil tertentu.

 

Serat karbon

Serat karbon sering didasarkan pada polimer teroksidasi dan melalui pirolisis berkarbonisasi seperti Poliakrilonitril (PAN), tetapi produk akhirnya mendekati karbon murni.

Pirolisis adalah salah satu dari berbagai jenis proses degradasi kimia yang terjadi pada suhu yang lebih tinggi (di atas titik didih air atau pelarut lainnya). Ini berbeda dari proses lain seperti pembakaran dan hidrolisis karena biasanya tidak melibatkan penambahan reagen lain seperti oksigen (O2, dalam pembakaran) atau air (dalam hidrolisis). Pirolisis menghasilkan padatan (char), cairan yang dapat terkondensasi (tar), dan gas yang tidak mengembun/permanen.

 

Serat silikon karbida (Silicon carbide fiber)
Silicon carbide (SiC), juga dikenal sebagai carborundum, adalah senyawa kimia keras yang mengandung silikon dan karbon. Serat silikon karbida, di mana polimer dasarnya bukan hidrokarbon, sekitar 50% atom karbon digantikan oleh atom silikon, yang disebut poli-karbo-silana. Pirolisis menghasilkan silikon karbida amorf (amorphous silicon carbide), termasuk sebagian besar elemen lain seperti oksigen, titanium, atau aluminium, tetapi dengan sifat mekanik yang sangat mirip dengan serat karbon.

 

Fiberglass

Fiberglass, terbuat dari kaca tertentu, dan serat optik, terbuat dari kuarsa alami yang dimurnikan, juga serat buatan yang berasal dari bahan baku alami, serat silika, terbuat dari natrium silikat dan serat basal yang terbuat dari basal leleh (melted basalt).

 

Serat mineral
Serat mineral bisa sangat kuat karena dibentuk dengan jumlah cacat permukaan yang rendah, asbes adalah yang paling umum.

 

Serat polimer

  • Serat polimer termasuk bagian dari serat buatan, yang didasarkan pada bahan kimia sintetik (seringkali dari sumber petrokimia/petrochemical) dan bukan berasal dari bahan alami melalui proses fisik murni. Serat-serat polimer diantaranya terbuat dari:
    • nilon poliamida (polyamide nylon)
    • Poliester PET atau PBT (PET atau PBT polyester)
    • fenol-formaldehida (phenol-formaldehyde (PF))
    • serat polivinil klorida (vinyon polyvinyl chloride fiber (PVC) vinyon)
    • serat olefin poliolefin (polyolefins (PP and PE) olefin fiber)
    • poliester akrilik, serat PAN poliester murni digunakan untuk membuat serat karbon dengan memanggangnya di ruangan beroksigen rendah. Serat akrilik tradisional lebih sering digunakan sebagai pengganti wol sintetis. Serat karbon dan serat PF merupakan dua serat berbasis resin yang tidak termoplastik, sedangkan sebagian besar yang lainnya dapat dilelehkan.
    • poliamida aromatik (aramid) seperti Twaron, Kevlar dan Nomex terdegradasi secara termal pada suhu tinggi dan tidak meleleh. Serat ini memiliki ikatan yang kuat di antara rantai-rantai polimer.
    • polyethylene (PE),
    • Elastomer bahkan dapat digunakan, mis. spandex meskipun serat uretan mulai menggantikan teknologi spandex.
    • serat poliuretan
    • Elastolefin
  • Serat coextruded memiliki dua polimer berbeda yang membentuk serat, biasanya sebagai selubung inti atau pun saling berdampingan. Serat berlapis (coated fibers) ada seperti berlapis nikel untuk memberikan eliminasi statis, berlapis perak untuk memberikan sifat anti-bakteri dan berlapis aluminium untuk memberikan defleksi RF untuk radar chaff.

 

Serat mikro (Microfibers)

Diciptakan di Jepang pada awal 1980-an, serat mikro juga dikenal sebagai serat mikrodenier. Akrilik, nilon, poliester, lyocell dan rayon dapat diproduksi menjadi serat mikro. Pada tahun 1986, Hoechst A.G. dari Jerman memproduksi microfiber di Eropa. Serat ini berhasil masuk ke Amerika Serikat pada tahun 1990 oleh DuPont.

Dalam tekstil serat mikro mengacu pada serat sub-denier (seperti poliester yang ditarik hingga 0,5 denier). Denier dan Dtex adalah dua jenis pengukuran serat berdasarkan berat dan panjang. Jika kepadatan serat diketahui, Anda juga mendapatkan diameter serat, jika tidak, lebih mudah untuk mengukur diameter dalam mikrometer.

Serat mikro secara teknis mengacu pada serat ultra-halus yang sering digunakan dalam filtrasi. Desain serat yang lebih baru termasuk serat ekstrusi yang terbagi menjadi beberapa serat yang lebih halus. Sebagian besar serat sintetis berbentuk bulat pada penampang, tetapi desain khusus ada yang berongga, lonjong, berbentuk bintang atau trilobal. Desain yang terakhir memberikan lebih banyak sifat reflektif optik. Serat tekstil sintetis sering dikerutkan untuk mendapatkan sifat bulky dalam struktur anyaman, non-anyaman atau rajutan. Permukaan serat juga bisa kusam atau cerah. Permukaan yang kusam memantulkan lebih banyak cahaya sementara yang terang cenderung mentransmisikan cahaya dan membuat serat lebih transparan.

Serat yang sangat pendek dan/atau tidak beraturan disebut fibril. Selulosa alami, seperti kapas atau bleached kraft, memperlihatkan fibril yang lebih kecil menonjol keluar dan menjauh dari struktur serat utama.

 

 

Karakteristik Serat


Serat dapat dikelompokkan dalam serat alami dan serat buatan dimana masing-masing karakternya akan berpengaruh terhadap performa pengaplikasiannya. Material serat sintetis semakin banyak menggantikan material konvensional lainnya seperti kaca dan kayu dalam sejumlah aplikasi. Hal ini disebabkan serat buatan dapat direkayasa secara kimiawi, fisik, dan mekanis sesuai dengan rekayasa teknis tertentu. Dalam Memilih jenis serat, manufaktur akan berusaha menyeimbangkan sifat-sifatnya dengan persyaratan teknis aplikasi. Berbagai macam serat tersedia untuk dipilih dan diproduksi. Berikut adalah contoh sifat khas serat alam dibandingkan dengan sifat serat buatan.

 

 

Tabel sifat-sifat khas sampel serat alam
Jenis Serat Diameter Serat(in) Berat Jenis Kekuatan Tarik / Tensile Strength(Ksi) Modulus Elastisitas / Elastic Modulus(Ksi) Penambahan panjang saat putus / Elongation at Break(%) Penyerapan Air / Water Absorption(%)
Wood Fiber(Kraft Pulp) 0.001-0.003 1.5 51-290 1500-5800 N/A 50-75
Coconut 0.004-0.016 1.12-1.15 17.4-29 2750-3770 10-25 130-180
Sisal 0.008-0.016 1.45 40-82.4 1880-3770 3-5 60-70
Sugar Cane Bagasse 0.008-0.016 1.2-1.3 26.7-42 2175-2750 1.1 70-75
Bambu 0.002-0.016 1.5 50.8-72.5 4780-5800 N/A 40-45
Jute 0.004-0.008 1.02-1.04 36.3-50.8 3770-4640 1.5-1.9 28.64
Rumput gajah 0.003-0.016 0.818 25.8 710 3.6 N/Ab

 

Tabel sifat-sifat sampel serat buatan
Fiber type Fiber Diameter(0.001 in) Specific Gravity Tensile Strength (Ksi) Elasticity Modulus  (Ksi) Elongation at Break(%) Water Absorption(%) Melting Point(℃) Maximum WorkingTemp (℃)
Steel 4-40 7.8 70-380 30,000 0.5-3.5 nil 1370 760
Glass 0.3-0.8 2.5 220-580 10,400-11,600 2-4 N/A 1300 1000
Carbon 0.3-0.35 0.90 260-380 33,400-55,100 0.5-1.5 nil 3652-3697 N/A
Nylon 0.9 1.14 140 750 20-30 2.8-5.0 220-265 199
Acrylics 0.2-0.7 1.14-1.18 39-145 2,500-2,800 20-40 1.0-2.5 Decomp 180
Aramid 0.4-0.5 1.38-1.45 300-450 9,000-17,000 2-12 1.2-4.3 Decomp 450
Polyester 0.4-3.0 1.38 40-170 2,500 8-30 0.4 260 170
Polypropylene 0.8-8.0 0.9 65-100 500-750 10-20 nil 165 100
Polyethylene   Low

   High

1.0-40.0 0.92

0.95

11-17

50-71

725 25-50

20-30

nil

nil

110

135

55

65

a  Adapted from ACI 544. IR-96 P40, reference [12] P240, [11] P209 and [13]b  N/A means properties not readily available or not applicable

 

Tabel di atas hanya menunjukkan beberapa sifat-sifat khas serat, sebenarnya masih banyak karakteristik lain yang dapat dirujuk, seperti berikut ini:

  • Arc Resistance,
  • Biodegradable,
  • Coefficient of Linear Thermal Expansion,
  • Continuous Service Temperature, Density of Plastics, Ductile / Brittle Transition Temperature,
  • Elongation at Break,
  • Elongation at Yield,
  • Fire Resistance,
  • Flexibility,
  • Gamma Radiation Resistance,
  • Gloss,
  • Glass Transition Temperature,
  • Hardness, 
  • Heat Deflection Temperature,
  • Shrinkage, 
  • Stiffness,
  • Ultimate tensile strength,
  • Thermal Insulation,
  • Toughness,
  • Transparency,
  • UV Light Resistance,
  • Volume Resistivity,
  • Water absorption,
  • Young’s Modulus.

 

 

 

Referansi:

  • wikipedia.org
  • dll.

1 komentar untuk “Serat”

  1. Pingback: Serat Tekstil - fesyendesign.com

Tinggalkan Komentar

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *