15
dengan : m
m
= massa matrik m
r
= massa renforce b
Volume komposit V
c
V
c
= V
m
+V
r
+V
v
2.2 Dengan : V
m
= volume matrik V
r
= volume reinforce V
v
= volume voids rongga,cacat c
Kerapatan komposit ρ
c
ρ
c
= ρ
c
= f
m
x ρ
m
+f
r
x ρ
r
2.3 dengan : ρ
m
= kerapatan matrik ρ
r
= kerapatan reinforce f
m
= fraksi volume matrik
2.10 kerusakan pada komposit
pada umumnya ada tiga macam pembebanan yang menyebabkan rusaknya suatu bahan komposit, yaitu pembebanan Tarik tekan baik dalam arah longitudinal
maupun transversal, serta geser.
2.11 Kerusakan Internal Mikroskopik
Kerusakan Mikroskopik yang terjadi pada komposit dapat berupa : e
Patah pada serat fiber breaking f
Retak mikro pada matrik matric micro crack g
Terkelupasnya serat dari matrik debounding h
Terlepasnya lamina satu dengan yang lain nya delamination PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
16
2.11.1 Fraksi Volume Minimum Reinforcing
Gambar 2.3 a Model komposit berpenguat serat, b Kurva tegangan Vs regangan
Modulus elastis komposit kearah longitudinal E
c
E
c
= f
m
E
m
+ f
r
E
r
2.4 Dengan : E
m
= modulus elastis matrik E
r
= modulus elastis reinforced Jika suatu bahan komposit mendapat beban tarik maka, dalam kondisi ini
pase reinforcing dan matriknya mempunyai perpanjangan yang sama sehingga dapat ditulis :
Ɛ
r
= Ɛ
m
= Ɛ
c
2.5 Kekuatan tarik bahan komposit σ
u c
σ
u c
= V
r
σ
u r
+1-V
r
σ
m
2.6 dengan σ
m
= tegangan tarik matrik saat reinforcing putus karena tarikan. Pada saat tegangan σ
m
dan matrik yang digunakan getas ɛ
c
= ɛ
m
maka berlaku : PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
17
σ
m =
u r
x E
m
= A
r
E
m
2.7 dengan A
r
= perpanjangan saat reinforcing putus. Maka untuk bahan komposit berlaku :
E
c
= V
r
E
r
+ 1-V
r
u m
2.8 dengan
u m
= tangent dari kurfa tarik. Apabila pembebanan berada dalam daerah elastis bahan sama dengan
modulus elastis dari matriknya, maka daerah pembebanan yang elastik maka berlaku :
E
c
= V
r
E
r
+ V
m
E
m
2.9 Agar suatu bahan komposit memiliki sifat mekanis yang baik, fraksi
volume V
r
lebih besar dari harga kritis. Tetapi pada kenyataanya, apabila fraksi volume relatif kecil tidak akan efektif. Ini disebabkan karena tegangan yang
terjadi akan ditahan oleh bahan matrik tersebut. Dalam kondisi ini σ
u c
sama dengan tegangan tarik matriknya σ
u m
. maka akan dipakai rumus : σ
u c
= 1-V
t
σ
u m
2.10 Fraksi volume minimum rainforcing adalah
V
r min
=
u m u
u r u m
m
2.11 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
18
2.11.2 Susunan serat
Berdasarkan susunan seratnya dapat dibedakan menjadi dua jenis serat yaitu serat kontinu dan serat tidak kontinu. Berdasarkan teori serat yang
panjang akan lebih efektif dalam menyalurkan beban jika dibandingkan dengan serat yang pendek. Tetapi teori tersebut sulit untuk diwujudkan dalam praktek
pembuatannya. Hal ini disebabkan karena pada serat yang panjang akan terjadi ketimpangan pada saat menerima beban antar serat, dimana sebagian serat akan
mengalami tegangan dan serat yang lain bebas dari tegangan. Jika komposit tersebut dibebani hingga mendekati kekuatan patahnya, sebagian serat akan
patah sebelum serat yang lain menjadi patah. Komposit dengan bahan serat pendek dapat menghasilkan kekuatan yang lebih besar dibandingkan dengan
serat yang panjang, yaitu dengan cara memasang orientasi serat pada arah optimum yang dapat ditahan oleh serat.
Jenis komposit serat antara lain : a
Serat kontinu : 1
Serat satu arah 2
Serat dua arah b
Serat tidak kontinu : 1
Serat arah acak Gambar 2.4 Fraksi volume serat.
19
2 Serat arah teratur
c Serat multilapis :
1 Laminat
2 Hybrid
2.12 Mekanika komposit
Sifat mekanik bahan komposit berbeda dengan bahan yang lainnya. Tidak
seperti bahan teknik yang lain yang memiliki sifat homogen dan isontropik, bahan
komposit memiliki sifat heterogen dan anisontropik. Sifat heterogen bahan komposit terjadi karena bahan komposit tersusun dari dua atau lebih bahan yang
memiliki sifat mekanik yang berbeda, sehingga analisis mekanik pada komposit berbeda dengan bahan konvensional yang lain. Sifat mekanikpada bahan komposit
merupakan fungsi dari : a.
Sifat mekanik komponen penyusunnya b.
Geometri susunan masing-masingkomponen c.
Interface antara komponen Mekanika komposit dapat dianalisis dari dua sudut pandang, yaitu dengan
analisis mikromekanik dengan memperlihatkan sifat-sifat mekanik bahan penyusunnya. Analisis makromekanik memperlihatkan sifat-sifat bahan komposit
secara umum tanpa memperlihatkan sifat ataupun hubungan antara komponen penyusunnya.
2.12.1 Kondisi isostrain
Kondisi isostrain merupakan komposit dengan kondisi regangan yang sama. Dalam hal ini tegangan pada material mengakibatkan regangan yang sama
pada semua lapisan komposit. Kita asumsikan bahwa ikatan antar lapisan tetap utuh selama dikenai tegangan. Pada contoh komposit ini disebut dengan kondisi
regangan yang sama. Kita mendapatkan penjumlahan rata-rata modulus elastisitas dari komposit
dengan hubungan antara modulus elastis dari serat, matrik, dan presentase dari volume masing-masing seperti pada gambar 2.5
20
2.12.2 Isostres
Maksud dari isostres condision adalah komposit dengan kondisi tegangan yang sama. Misalnya struktur komposit berlapis yang ideal dan terdiri dari lapisan
serat dan matrik dengan masing-masing susunan lapisan tegak lurus terhadap tegangan yang ditarik. Dalam kasus ini tegangan pada struktur komposit
menghasilkan kondisi tegangan yang sama, seperti pada gambar 2.5 Gambar 2.5 Komposit dengan kondisi
regangan sama
Gambar 2.6 Komposit dengan kondisi tegangan sama.
21
2.13 Modus kegagalan lamina
Pada umumnya ada tiga macam pembebanan yang menyebabkan suatu bahan komposit menjadi rusak, antara lain pembebanan tarik, tekan dalam arah
longitudinal maupun transversal dan geser.
2.13.1 Modus kegagalan akibat beban tarik longitudinal
Pada bahan komposit lamina yang diberi beban searah dengan serat. Kegagalan berawal dari serat-serat yang patah pada penampang yang paling
lemah. Apabila beban yang diberikan semakin besar, maka semakin banyak serat yang akan patah. Kebanyakan komposit serat tidak sekaligus patah pada waktu
yang bersamaan. Variasi kerusakan serat yang patah relatif kecil kurang dari 50 beban maksimum.
Apabila serat yang patah semakin banyak, ada tiga kemungkinan : a.
Bila matrik mampu menahan gaya geser dan meneruskan serat disekitarnya, maka serat yang patah akan semakin banyak sehingga akan
menimbulkan retak. Bahan komposit akan patah getas seperti gambar 2.7 a
b. Apabila matrik tidak mampu menahan konsentrasi tegangan geser yang
timbul diujung serat dapat terlepas dari matrik dan komposit rusak searah dengan serat seperti pada gambar 2.7 b
c. Kombinasi dari kedua tipe patahan pada kasus ini adalah patah serat yang
terjadi di sebarang tempat bersamaan dengan rusaknya matrik. Modus kerusakan berbentuk seperti sikat, seperti pada gambar 2.7 c
22
Gambar 2.7 Modus kerusakan pada bahan komposit akibat beban Tarik longitudinal
2.13.2 Modus kegagalan akibat beban tarik transversal
Bahan yang memiliki susunan serat tegak lurus dengan arah pembebanan, menyebabkan konsentrasi tegangan pada interface antara serat dan matrik itu
sendiri. Karena bahan komposit yang mendapat beban transversal akan gagal pada intervase antar serat dan matrik, meskipun terjadi juga kegagalan tarnsversal pada
serat bila arah serat acak dan lemah dalam arah transversal. Dengan demikian modus kegagalan akibat beban tarik transversal terjadi
karena: 1
Kegagalan matrik 2
Debonding pada interface antara serat dan matrik
Gambar 2.8 Kegagalan pada komposit akibat beban tarik transversal PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
23
2.14 Tinjauan Pustaka
Aris Suprianto 2005, peneliti membahas tentang ketebalan komposit serat terhadap kekutan tarik, cetakan yang dipergunakan 26 x 15 x 2,5. Benda uji
yang dibuat dengan komposisi serat dengan komposisi berat serat 1, 2, 3, 4, 5 dari berat matrik. Benda uji komposit fraksi berat 2 dibuat dengan tebal
3mm, 5mm, 7mm, 9mm. benda uji dibuat dengan ukuran panjang 180mm dengan diameter 3mnm. Komposit diuji dengan standar ASTM. Dari hasil pengujian dan
analisis dari pengujian tersebut dapat disimpulkan bahwa, fraksi berat serat menaikan kekuatan tarik bahan komposit. Ketebalan komposit mempengaruhi
turunnya kekuatan tarik komposit. Kekuatan tarik tertinggi ada pada komposit dengan ketebalan 3mm, sekitar 7,5kgmm
2
. Kerusakan yang terjadi pada komposit tergolong patah getas.
Franswell Saragih 2005, penelitian ini membahas tentang pengaruh fraksi beratserat terhadap komposit yang berpengaruh terhadap kekuatan tarik
setelah dilakukan pengujian tarik. Cetakan utama terbuatdari kaca dengan ukuran 26 x 15 x 0,5cm. Pembuatan benda uji serat dengan panjang 12cm dan diameter
3mm, kemudian dilakukan uji tarik sebanyak dua kali. Membuat benda uji komposit dengan fraksi berat 1, 2, 3, 4, 5. Bahan komposit kemudian
dipotong dan diuji tarik dengan mengacu pada standar pengujian ASTM D 3039- 76. Pengujian dilakukan sebanyak 4 kali pada setiap fraksi masa serat. Setelah
proses pengujian dilakukan didapatkan nilai uji tarik kemudian didapatkan nilai kekuatan tarik pada komposit. Berdasarkan hasil penelitian maka didapatkan
kesimpulan sebagai berikut: pertama, fraksi berat serat menaikan kekuatan tarik bahan komposit dibandingkan dengan kekuatan tarik matrik pengikat, kekuatan
yang paling besar sekitar 6,9kgmm
2
. Kedua, semakin besar presentase serat maka regangan akan semakin kecil. Ketiga, kerusakan yang terjadi pada komposit
tergolong kerusakan getas. Kesimpulan dari kedua tinjauan pustaka diatas adalah komposisi antara
serat, resin, dan katalis sangat berpengaruh terhadap kekuatan tarik, selain itu jumlah lapisan serat yang digunakan juga mempengaruhi hasil uji tarik yang akan
dilakukan. Perhitungan banyak nya resin, katalis, dan serat harus dihitung dengan PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
24
teliti, karena semua bahan saling melengkapi dan sangat mempengaruhi hasil akhir pada penelitian komposit.
25
BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Skema Penelitian
Skema yang dilakukan pada penelitian ini dapat dilihat dalam gambar 3.1
Gambar 3.1 Alur skema penelitian. Pembelian bahan
Analisis Serat Alam Serat Kulit Pohon Terap
Hasil penelitian Resin Yukalac
235
Kesimpulan Pembuatan Benda Uji :
1. Resin tanpa serat 2. Komposit dengan variasi lapisan serat
1 lapis 2 lapis, dan 3 lapis
Pengujian : 1. Pengujian tarik
Katalis Mepoxe
Mencari bahan Mulai
a. Perendaman dengan NaOH
5 b. Tanpa
perendaman NaOH 5
