Efek Orientasi Serat Terhadap Kekuatan

cetaknya yang baik, permukaannya yang licin, mengkilap dan tembus cahaya. Film yang diregangkan pada dua arah sumbu kuat dan baik ketahanan impaknya pada suhu rendah. Untuk memperbaiki permeabilitas gas dan ketahanan terhadap panas telah dikembangkan berbagai macam laminasi film. Benang celah dibuat dengan cara meregangkan film sampai putus pada panjang yang sama, dan benang pisah dengan robekan yang banyak, dipakai untuk membuat tali dan pita untuk keperluan pengepakan. Serat dipergunakan untuk tambang, karpet, tirai dan bahkan yang dicetak tiup untuk berbagai macam botol Ghanie, 2011.

2.6. SERAT

Serat merupakan bahan yang kuat, kaku, dan getas. Karena serat yang terutama menahan gaya luar, ada dua hal yang membuat serat menahan gaya yaitu: 1. Perekatan bonding antara seart dan matriks intervarsial bonding sangat baik dan kuat, sehingga tidak mudah lepas dari matriks debonding 2. Kelangsingan aspect ratio yaitu perbandingan antara panjang serat dan diameter serat yang cukup besar. Arah serat penguat menntukan kekuatan komposit, arah serat sesuai dengan arah kekuatan maksimum. Arah serat mempengaruhi jumlah serat yang dapat diisikan ke dalam matriks. Makin cermat penataannya, makin banyak penguat dapat dimasukkan. Bila sejajar berpeluang sampai 90, bila separuh separuh saling tegak lurus peluangnya 75, dan tatanan acak hanya berpeluang pengisian 15 sampai 50. Hal tersebut menentukan optimum saat komposit maksimum Surdia, 1995.

2.6.1 Efek Orientasi Serat Terhadap Kekuatan

Komposit diperkuat serat kontinu pada arah yang sama dengan arah tegangan kerja kekuatan komposit adalah kekuatan maksimal. Kekuatan komposit tipe anisotropik ini bervariasi secara linier dengan fraksi volume serat. Apabila orientasi serat membuat sudut dengan arah tegangan tarik yang diterapkan, Universitas Sumatera Utara maka terjadi penurunan gradient kurva kekuatan untuk nilai V f fraksi volume serat yang lebih besar dari V min . Efek pengurangan ini diperoleh dengan memasukkan faktor orientasi ή dalam persamaan kekuatan dasar yang menghasilkan: ...............................................................................2.1 Dimana: = Tegangan kekuatan komposit = Faktor orientasi = Tegangan kekuatanserat = Fraksi volume serat Vm = Fraksi volume matrik = Tegangan dimana matrik mulai mengalami deformasi plastis dan pengerasan –regangan. Bila sudut orientasi serat bertambah mulai dari nol, maka faktor orientasi η turun menjadi kurang dari satu. Untuk menyajikan analisis yang lebih rinci dari variasi kekuatan komposit dengan orientasi serat, lazim diterapkan teori “tegangan maksimum” berdasarkan kenyataan bahwa ada tiga mode kegagalan komposit. Selain sudut orientasi serat , terdapat tiga sifat komposit lain : kekuatan parallel dengan serat , kekuatan geser matrik parallel dengan serat , dan kekuatan tegak lurus pada serat . Setiap mode kegagalan dinyatakan dengan persamaan yang menghubungkan kekuatan komposit dengan tegangan terurai. Universitas Sumatera Utara Untuk model kegagalan pertama, yang dikendalikan oleh perpatahan serat akibat tegangan tarik, berlaku persamaan: ...................................................................................... 2.2 Persamaan kegagalan yang dikendalikan oleh geseran pada bidang parallel dengan serat adalah : ................................................................................ 2.3 Apabila temperature dinaikkan. Mode kegagalan ini lebih mudah terjadi pada komposit “off-axis” karena kekuatan geser turun lebih cepat dari . Pada mode kegagalan ketiga, terjadi rupture transvers, baik di matrik atau antar muka seratmatrik debonding. Persamaan yang berlakua ialah : ...................................................................................2.4 Gambar 2.3 Hubungan antara mode kegagalan, kekuatan, dan orientasi serat diagram skematik untuk komposit serat kontinu satu arah Smallman, 2000 Kegagalan dalam arah longitudinal Kegagalan geser Kekuatan komposit Kegagalan dalam arah transvers Sudut orientasi serat 4 5 9 Universitas Sumatera Utara Gambar 2.3 memperlihatkan bentuk karakteristik dari hubungan kekuatan komposit dan orientasi serat. Selain memperlihatkan ciri anisotropik tinggi dari penguatan-kontinu satu arah, juga memperlihatkan manfaat apabila nilai rendah. Perkiraan berdasarkan penerapan teori tegangan maksimum, dan hasil eksperimen menunjukkan kesesuaian dan memastikan validasi umum kurva ini. Untuk perhitungan ini diperlukan nilai terukur dari . Mode kegagalan ditentukan oleh persamaan yang menghasilkan nilai kekuatan komposit paling rendah, berarti bahwa rupture transvers dominan apabila besar. Untuk nilai yang relative rendah, kekuatan komposit turun dengan cepat, hal ini berkaitan dengan transisi dari kegagalan – tarik ke kegagalan geser pada serat. Dengan eliminasi dari dua persamaan pertama dari ketiga persamaan tadi dihasilkan sudut kritis untuk transisi ini: ..........................................................................2.5 Apabila kekuatan longitudinal sekitar sepuluh kali kekuatan geser matrik, maka sudut kritis ini adalah sekitar 6 . Dari hal di atas dapat disimpulkan bahwa mode kegagalan akibat pengaruh orientasi serat pada kekuatan komposit serat kontinyu adalah sebagai berikut: 1. Kegagalan tarik baik serat atau matriks akan tergantung pada kombinasi tertentu dari bahan serat dan matriks serta fraksi volume serat 2. Keruntuhan geser dari matriks sebagai akibat dari tegangan geser besar bertindak sejajar dengan serat Universitas Sumatera Utara 3. Kegagalan antarmuka matriks atau seratmatriks saat tarikan tegak lurus terhadap serat Apabila penerapan yang meliputi tegangan kerja yang tidak bekerja dalam satu arah, maka masalah anisotropi dapat diselesaikan secara efektif atau diminimalkan dengan penggunaan serat-kontinu dalam bentuk tenunan kain atau laminasi. Meskipun bentuk ini lebih isotropik dibandingkan komposit satu arah, selalu terjadi penurunan kekuatan sedikit tetapi masih wajar dan penurunan kekakuan yang tak terelakkan. Salah orientasi serat sering terjadi pada komposit, yang seringkali merupakan hasil fabrikasi yang tidak dapat dihindari Smallman, 2000. Orientasi serat adalah bagian penting dari informasi yang harus diperhitungkan untuk menganalisis kinerja struktural dari bagian dicetak komposit, tetapi umumnya diabaikan. Variasi tegangan regangan pada serat yang diorientasikan dapat digambarkan pada grafik berikut ini. Gambar 2.4 Grafik regangan-tegangan pada serat dengan variasi orientasi Sumber: The Madison Group: Polymer Processing Research Corporation Universitas Sumatera Utara

2.6.2 Serat Nanas