23 2.
Serat anorganik, yaitu serat yang dibuat dari bahan-bahan anorganik, misalnya glass dan keramik. Adapun serat yang mempunyai kekuatan tinggi
dan tahan panas hybrid fiber.
2.1.5.4 Faktor Matrik
Sebagai bahan pengikat dalam pembuatan komposit, matrik dibedakan menjadi bermacam-macam jenis. Dari berbagai macam jenis yang ada, matrik
tersebut mempunyai fungsi yang sama yaitu: 1.
Sebagai transfer beban, yaitu dengan mendistribusikan beban ke serat yang memiliki modulus kekuatan yang lebih tinggi.
2. Sebagai pengikat fase serat pada posisinya. Pada proses pembuatan komposit,
matrik harus mempunyai sifat adhesi yang baik untuk menghasilkan struktur komposit yang baik. Jika sifat adhesinya kurang baik, maka transfer beban
tidak sempurna dan menyebabkan kegagalan berupa lepasnya ikatan antara matrik dengan serat debounding failure.
3. Melindungi permukaan serat, permukaan serat cenderung mengalami abrasi
yang diakbatkan oleh perlakuan secara mekanik, misalnya gesekan antar serat
2.1.5.5 Fase Ikatan
Kemampuan ikatan antara serat dan matrik dapat ditingkatkan dengan memberikan aplikasi permukaan yang disebut coupling agent. Tujuannya adalah
meningkatkan sifat adhesi antara serat dan matrik. Coupling agent diperlakukan pada serat sebagai perlakuan secara kimiawi dalam bentuk sizing perlakuan
permukaan ketika serat pada proses pembentukan dan finishing perlakuan yang diterapkan setelah serat dalam bentuk benang. Proses ini juga dapat melindungi
dan mencegah terjadinya kerusakan akibat gesekan antar serat sebelum dibuat menjadi struktur komposit
24
2.1.5.6 Suhu Curing
Pengaruh suhu pada polimer pada proses curing sangat besar. Apabila semakin tinggi suhu pada komposit maka akan mempengaruhi pada kekuatan
tariknya yang akan meningkat pula. Tetapi pada regangan akan mengalami penurunan. Suhu curing pada polimer perlu dilakukan untuk meningkatkan
kekuatan pada komposit. Kekuatan pada komposit dapat meningkat karena reaksi yang terjadi pada komposit akan lebih sempurna. Suhu curing maksimum dapat
terjadi tergantung pada jenis polimer yang digunakan.
2.1.6 Mekanika Komposit
Sifat mekanik bahan komposit berbeda dengan sifat bahan teknik konvensional lainnya. Tidak seperti bahan teknik lainnya yang pada umumnya
memiliki sifat homogen dan isotropik. Komposit memiliki sifat yang heterogen dan anisotropik, sifat heterogen komposit terjadi karena komposit tersusun atas
dua atau lebih bahan yang mempunyai sifat-sifat mekanis yang berbeda sedangkan sifat anisotropik yaitu sifat bahan antara satu lokasi dengan lokasi
lainnya mempunyai sifat yang berbeda tergantung pada pengukuran yang dilakukan. Sifat- sifat komposit ditentukan oleh tiga faktor, yaitu:
a. Phase matrik dan phase reinforcing sebagai penyusun komposit.
b. Bentuk geometri dari penyusun komposit.
c. Interaksi antar phase penyusun komposit.
Mekanika komposit dapat dianalisa dari dua sudut pandang, yaitu dengan analisa mikromekanik bahan komposit dengan memperlihatkan sifat-sifat
mekanik bahan penyusunnya, hubungan antara komponen penyusun tersebut dan sifat-sifat akhir dari komposit yang dihasilkan. Sedangkan analisa makromekanik
memperlihatkan sifat-sifat bahan komposit secara umum tanpa memperhatikan sifat maupun hubungan antara komponen penyusunnya Robert. J. M., 1975: 11.
Jika komposit lamina diambil sebagai komponen dasar analisa bahan komposit, analisa makromekanik dari lamina dapat diambil dari tegangan rata-rata, maupun
sifat mekanik rata-rata dari bahan homogen yang ekuivalen.
25
2.1.7 Kaidah Pencampuran Komposit Rules of Mixture
Dalam pemilihan bahan komposit, haruslah dipilih kombinasi yang optimum dari sifat masing-masing bahan penyusunnya. Pencampuran dengan
kombinasi yang optimum akan menghasilkan komposit dengan unjuk kerja yang baik pula. Sifat-sifat komposit ditentukan oleh phase matrik dan phase reinforcing
sebagai bahan penyusunnya, bentuk geometri bahan penyusunnya serta interaksi antar phase penyusun komposit. Rongga udara void, tidak merekatnya phase
reinforcing pada phase matrik interface, rusak atau retaknya serat crack dan adanya rongga antara phase reinforcing dan phase matrik interphase harus
dihindari.
Gambar 2.11. Interface dan Interphase
Gambar 2.12. a Crack b Interface
26 Bahan komposit dibuat untuk memperbaiki sifat-sifat dari bahan
penyusunnya. Komposit meningkatkan kekuatan tarik matrik dan mengurangi regangan matrik. Komposit juga menurunkan kekuatan tarik serat dan
meningkatkan regangan serat. Serat yang bersifat getas tetapi memiliki kekuatan tarik yang tinggi dipadukan dengan matrik yang memiliki kekuatan tarik rendah
dan regangan yang besar. Perpaduan tersebut menciptakan suatu bahan yang memiliki sifat-sifat yang lebih baik.
Perbaikan sifat-sifat inilah yang membuat komposit banyak digunakan sebagai bahan yang digunakan dalam bidang teknik dan industri. Perpaduan
bahan-bahan terus dilakukan untuk mendapatkan bahan baru yang mempunyai sifat-sifat lebih baik dari bahan-bahan yang sudah ada.
Dibawah ini adalah perhitungan tentang bahan komposit: a.
Massa Komposit m
c
�
�
= �
�
+ �
�
2.1 Dengan: m
m
= massa matrik
m
r
= massa reinforcing b.
Volume komposit V
c
�
�
= �
�
+ �
�
+ �
�
2.2 Dengan: V
m
= volume matrik V
r
= volume reinforcing V
v
= volume voids rongga, cacat c.
Kerapatan komposit ρ
c
�
�
= �
�
�
�
= �
�
+ �
�
�
�
= �
�
× �
�
+ �
�
× �
�
�
�
2.3 Dengan:
ρ
m
= kerapatan matrik ρ
r
= kerapatan reinforcing atau:
�
�
= �
�
× �
�
+ �
�
× �
�
2.4
Dengan: �
�
=
�
�
�
�
dan �
�
=
�
�
�
�
2.5
27
2.1.8 Rumus Perhitungan Tegangan dan Regangan
Pada pengujian tarik yang dilakukan, hasilnya berupa print-out grafik hubungan beban dan pertambahan panjang. Untuk menghitung besarnya kekuatan
tarik dari pengujian tersebut, maka rumus yang digunakan adalah rumus tegangan, yaitu:
� =
� �
2.6 Dimana:
σ = kekuatan tarik kgmm
2
P = beban kg A = luas penampang mm
2
= lebar x tebal Hasil dari pengujian tarik juga dapat digunakan untuk mencari regangan
dari benda uji, yaitu dengan menggunakan rumus: � =
∆� ��
× 2.7
Dimana: ε = regangan
ΔL = pertambahan panjang mm Lo = panjang mula-mula mm
2.1.9 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.
2.1.9.1 Kerusakan Akibat Beban Tarik Longitudinal
Pada bahan komposit yang akan diberi beban tarik searah serat, keruskan bermula dari serat-serat yang patah pada penampang terlemah. Semakin besar
beban, akan semakin banyak pula serat yang patah. Pada kebanyakan kasus, serat tidak patah sekaligus secara bersamaan. Apabila serat yang patah semakin banyak,
maka akan terjadi beberapa kemungkinan:
28 a.
Bila serat mampu menahan gaya geser dan meneruskan ke serat sekitar, maka serat yang patah akan semakin banyak. Hal ini akan menimbulkan yang
disebut retakan. Patahan yang terjadi disebut patah getas brittle failure. b.
Bila matrik tidak mampu menahan konsentrasi tegangan geser yang timbul di ujung, serat dapat terlepas dari matrik debounding dan komposit akan rusak
tegak lurus arah serat. c.
Kombinasi dari kedua tipe diatas, pada kasus ini terjadi di sembarang tempat disertai dengan kerusakan matrik. Kerusakan yang terjadi berupa patahan
seperti sikat brush type.
Gambar 2.13. Kerusakan pada komposit akibat beban tarik longitudinal
2.1.9.2 Kerusakan Akibat Beban Tarik Transversal
Serat pada komposit yang mengalami pembebanan tegak lurus arah serat transversal, akan mengalami konsentrasi tegangan pada interface antar serat dan
matrik itu sendiri. Oleh karena itu, bahan komposit yang mengalami beban transversal akan mengalami kerusakan pada interface. Kerusakan transversal ini
juga dapat terjadi pada komposit dengan jenis serat acak dan lemah dalam arah transversal. dengan demikian, kerusakan akibat beban tarik transversal terjadi
karena: a.
Kegagalan tarik matrik b.
Debounding pada interface antara serat dan matrik
29 Gambar 2.14. Kerusakan Pada Komposit Akibat Beban Tarik Transversal
2.1.9.3 Kerusakan Internal Mikroskopik
Definisi kerusakan suatu bahan disesuaikan dengan kebutuhan. Beberapa struktur dapat dianggap rusak apabila terjadi kerusakan total. Namun
untuk struktur tertentu, deformasi yang sangat kecil sudah dapat dianggap sebagai kerusakan.
Hal ini sangat dapat terjadi pada komposit. Pada bahan ini, kerusakan internal mikroskopik dapat jauh terjadi sebelum kerusakan yang sebernarnya
terjadi. Kerusakan mikroskopik yang terjadi pada komposit dapat berupa: a.
Patah pada serat fiber breaking b.
Retak mikro pada matrik matrix micro crack c.
Terkelupasnya serat dari matrik debounding d.
Terlepasnya lamina satu dengan yang lainnya delamination Untuk melihat kerusakan ini maka harus menggunakan mikroskop, dan
foto mikro akan menunjukkan jenis-jenis kerusakannya. Karena kerusakan ini tidak dapat dilihat oleh mata secara langsung, maka akan sulit menentukan kapan
dan dimana suatu komposit akan rusak. Oleh karena itu, suatu komposit dikatakan mengalami kerusakan apabila kurva tegangan-regangan didapat dari pengujian
tarik tidak lagi linear, atau ketika bahan tersebut telah rusak total. Hal ini berlaku baik pada komposit satu lapis lamina maupun laminat.
