2. Susunan struktural komponen. Dimana bentuk serta orientasi dan ukuran tiap-
tiap komponen penyusun struktur dan distribusinya merupakan faktor penting yang memberi kontribusi dalam penampilan komposit secara keseluruhan.
3. Interaksi antar komponen. Karena komposit merupakan campuran atau
kombinasi komponen-komponen yang berbeda baik dalam hal bahannya maupun bentuknya, maka sifat kombinasi yang diperoleh pasti akan berbeda
Sirait, 2010. Secara umum material komposit tersusun dari dua komponen utama yaitu
matrik bahan pengikat dan filler bahan pengisi. Filler adalah bahan pengisi yang digunakan dalam pembuatan komposit, biasanya berupa serat atau serbuk.
Gibson 1984 mengatakan bahwa matrik dalam struktur komposit bisa berasal dari bahan polimer, logam, maupun keramik. Matrik secara umum berfungsi
untuk mengikat serat menjadi satu struktur komposit.
2.2 KLASIFIKASI MATERIAL KOMPOSIT
Berdasarkan bahan penguat, material komposit dapat diklasifikasikan menjadi komposit serat, komposit lamina, komposit partikel dan komposit serpihan
2.2.1 Komposit serat fiber komposite
Komposit serat merupakan jenis komposit yang menggunakan serat sebagai penguat. Serat yang digunakan biasanya berupa serat gelas, serat karbon, serat
aramid dan sebagainya. Serat ini bisa disusun secara acak maupun dengan orientasi tertentu bahkan bisa juga dalam bentuk yang lebih kompleks seperti
anyaman. Bila peningkatan kekuatan menjadi tujuan utama, komponen penguat harus
mempunyai rasio aspek yang besar, yaitu rasio panjang terhadap diameter harus tinggi, agar beban ditranfer melewati titik dimana mungkin terjadi perpatahan
Vlack L. H., 2004. Tinggi rendahnya kekuatan komposit sangat tergantung dari serat yang
digunakan, karena tegangan yang dikenakan pada komposit mulanya diterima
Universitas Sumatera Utara
oleh matrik akan diteruskan kepada serat, sehingga serat akan menahan beban sampai beban maksimum. Oleh karena itu serat harus mempunyai tegangan tarik
dan modulus elastisitas yang lebih tinggi daripada matrik penyusun komposit Vlack L. H., 1985.
Komposit yang diperkuat dengan serat dapat digolongkan menjadi dua bagian yaitu:
a. Komposit serat pendek short fiber composite Berdasarkan arah orientasi material komposit yang diperkuat dengan serat
pendek dapat dibagi lagi menjadi dua bagian yaitu serat acak inplane random orientasi dan serat satu arah.
Tipe serat 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.
b. Komposit serat panjang long fiber composite Keistimewaan komposit serat panjang adalah lebih mudah diorientasikan,
jika dibandingkan dengan serat pendek. Secara teoritis serat panjang dapat menyalurkan pembebanan atau tegangan dari suatu titik pemakaiannya.
Perbedaan serat panjang dan serat pendek yaitu serat pendek dibebani secara tidak langsung atau kelemahan matriks akan menentukan sifat dari produk
komposit tersebut yakni jauh lebih kecil dibandingkan dengan besaran yang terdapat pada serat panjang.
Hubungan antara penguat serat dan panjang serat ditunjukkan dalam persamaan berikut ini:
�
�
= �
�
�1 −
�
�
�
� �
�
+ �
�
�
�
2.1 �
�
�
�
= �
�
2 �
�
Universitas Sumatera Utara
dengan: �
�
= kekuatan tarik material komposit N �
�
= kekuatan tarik serat N �
�
= kekuatan tarik resin N V
f
= kadar serat dalam volume m
3
V
R
= kadar resin dalam volume m
3
D
f
L = diameter serat m
c
L = panjang serat m
= Panjang kritis serat m
2 �
�
= kekuatan mulur geser pada antar muka serat dengan resin Surdia, 1995 Beberapa prinsip dasar tentang respon elastis terhadap tegangan dapat
diperoleh dari model mekanik dimana serat kontinu memiliki satu-arah undirectional dalam matrik isotropic tanpa void seperti terlihat pada Gambar
2.2a dan 2.2b di bawah ini
Gambar 2.2 Model pengarahan filament satu arah dalam komposit a paralel dan b seri Smallman, 2000
Diasumsikan bahwa rasio Poisson material serat sama dengan rasio Poisson matrik. Menggunakan notasi c, t , m, l, dan t kita dapat menengarai nilai sifat
untuk komposit c, serat f, matrik m, arah longitudinal l, dan arah transversal t. V
f
V
m
adalah rasio fraksi volume serat dan matrik, dimana 1 - V
f
= V
m
. Beberapa sifat longitudinal tertentu dari komposit dapat dijabarkan dari model
“parallel” pada Gambar 2.2a dan penerapan kaidah campuran. Untuk keadaan iso regangan isostrain, tegangan dapat saling ditambahkan dan persaaman untuk
teganganan kekuatan dan modulus elastisitas adalah sebagai berikut:
b a
F F
F F
Universitas Sumatera Utara
�
�
= �
�.
�
�
+ �
�
�
�
2.2 dengan :
�
�
= Kekuatan tarik komposit N �
�.
= Kekuatan tarik serat N �
�
= Kekuatan tarik matrik N
Modulus elastisitas komposit dapat dihitung berdasarkan ROM dengan : �
�
= �
�
. �
�
+ �
�
. �
�
2.3
dengan: �
�
= Modulus elastisitas komposit �
�
= Modulus elastisitas serat �
�
= Modulus elastisitas matrik
Hubungan tegangan dan modulus elastisitas komposit dijabarkan dalam persamaan berikut:
��
�
�
�
⁄ � = ��
�
�
�
⁄ ���
�
�
�
⁄ � 2.4
Apabila rasio modulus danatau fraksi volume serat meningkat, maka semakin banyak tegangan ditransfer ke serat. Apabila rasio modulus sama dengan
satu maka komposit sedikitnya harus mengandung 50 �
�
�
�
⁄ serat bilamana serat harus memikul beban yang sama dengan matrik.
Susunan alternatif dari serat terhadap tegangan kerja dapat dilihat pada Gambar 2.2b yaitu filamen tersusun secara seri, dimana tegangan kerja yang
diberikan tegak lurus terhadap filamen. Arah orientasi serat merupakan hal penting dalam penguatan komposit, karena arah orientasi berkaitan erat dengan
penyebaran gaya yang bekerja pada komposit. Distribusi dari serat paling maksimum jika arah serat paralel dengan arah pebebanan Gambar 2.2a.
Universitas Sumatera Utara
kekuatan komposit akan berkurang dengan perubahan sudut serat, kekuatan akan melemah jika arah keduanya saling tegak lurus Gambar 2.2b
Pada pembandingan kurva tipikal tegangan tarik terhadap regangan untuk material serat dan matrik Gambar 2.3a dapat dilihat bahwa regangan kritis
ditentukan oleh regangan pada saat serat putus, �
�
, dan apabila regangan kritis ini dilampaui komposit kehilangan efektivitasnya. Pada nilai regangan ini, ketika
matrik mulai mengalami deformasi plastis dan pengerasan regangan, tegangannya adalah
�
� ′
. Jadi, antara limit �
� ′
dan �
�
, bergantung pada fraksi volume serat. Bila jarak serat besar dan jumlahnya sedikit, maka beban yang dipikul oleh matrik
lebih besar daripada serat. Selanjutnya, sesuai kaidah campuran ROM, kekuatan komposit turun dengan berkurangnya fraksi volume serat.
Gambar 2.3 a Kurva tegangan-regangan untuk filamen dan matrik, b kebergantungan kekuatan komposit pada fraksi volume
filamen kontinu Smallman, 2000
Garis kontruksi yang menggambarkan kedua efek ini berpotongan dititik minimum, V
min
. Gambar 2.3b Jelas bahwa V
f
harus lebih besar dari V
crit
agar kekuatan-tarik matrik memanfaatkan kehadiran serat. Dengan demikian, limit atas
untuk V
f
adalah sekitar 70 sampai 80. Pada nilai yang lebih tinggi, Serat hanya akan merusak sesamanya. Kaidah ini hanya akan berlaku apabila V
f
V
min
�
� =
�
�
dan V .
f
= V
crit
berlaku unutuk volume kritis serat. Dari kaidah persamaan kita turunkan :
σ
f
- σ
m
- σ
m
σ
m
Tegangan tarik
σ
filamen
matrik Regangan ε
σ
f
σ
c
= σ
f
V
f
+ σ
m
1-V
f
V
m
V
Kr
σ
m
σ
V
f
σ
c
= σ
m
1-V
f
Universitas Sumatera Utara
�
����
= �
�
− �
� ′
��
�
− �
� ′
� 2.5
Umumnya diinginkan V
crit
2.2.2 Komposit Laminat laminated composite
