BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Dasar Teori
Komposit adalah penggabungan dua atau lebih material yang berbeda sebagai suatu kombinasi yang menyatu. Bahan komposit pada umumnya terdiri dari dua unsur, yaitu serat (fiber) sebagai pengisi dan bahan pengikat serat yang disebut matrik. Didalam komposit unsur utamanya serat, sedangkan bahan pengikatnya polimer yang mudah dibentuk. Penggunaan serat sendiri yang utama adalah menentukan karakteristik bahan komposit, seperti kekakuan, kekuatan serta sifat mekanik lainnya. Sebagai bahan pengisi, serat digunakan untuk menahan gaya yang bekerja pada bahan komposit, matrik berfungsi melindungi dan mengikat serat agar dapat bekerja dengan baik terhadap gaya-gaya yang terjadi. Oleh karena itu untuk bahan serat digunakan bahan yang kuat, kaku dan getas, sedangkan bahan matrik dipilih bahan-bahan yang liat, lunak dan tahan terhadap perlakuan kimia.
Komposit memiliki sifat mekanik dan karateristik yang berbeda dari material pembentuknya. Komposit memiliki sifat mekanik yang lebih bagus dari logam , kekakuan jenis (modulus Young/density) dan kekuatan jenisnya lebih tinggi dari logam. Beberapa lamina komposit dapat ditumpuk dengan arah orientasi serat yang berbeda, gabungan lamina ini disebut sebagai laminat. Komposit dibentuk dari dua jenis material yang berbeda, yaitu:
a. Penguat (reinforcement), yang mempunyai sifat kurang ulet tetapi lebih rigid serta lebih kuat, yang digunakan adalah serat alam.
b. Matrik, umumnya lebih ulet tetapi mempunyai kekuatan rigiditas yang lebih rendah.
Secara garis besar ada 3 macam jenis komposit berdasarkan penguat yang digunakannya yaitu:
1. Fibrous Composites (Komposit Serat) merupakan jenis komposit yang hanya terdiri dari satu laminat atau satu lapisan yang menggunakan penguat berupa
6
serat atau fiber. Fiber yang digunakan bisa berupa glass fibers, carbon fibers, aramid fibers (poly aramide), dan sebagainya. Fiber ini bisa disusun secara acak maupun dengan orientasi tertentu bahkan bisa juga dalam bentuk yang lebih kompleks seperti anyaman.
2. Laminated Composites (Komposit Laminat) merupakan jenis komposit yang terdiri dari dua lapis atau lebih yang digabung menjadi satu dan setiap lapisnya memiliki karakteristik sifat sendiri.
3. Particulalate Composites (Komposit Partikel merupakan komposit yang menggunakan partikel/serbuk sebagai penguatnya dan terdistribusi secara merata dalam matriksnya.
Sehingga komposit dapat disimpulkan sebagai dua macam atau lebih material yang digabungkan atau dikombinasikan dalam sekala makroskopis (dapat terlihat langsung oleh mata) sehingga menjadi material baru yang lebih berguna. Komposit terdiri dari 2 bagian utama yaitu :
a. Matriks berfungsi untuk perekat atau pengikat dan pelindung filler (pengisi) dari kerusakan eksternal. Matriks yang umum digunakan : carbon, glass, kevlar, dll
b. Filler (pengisi), berfungsi sebagai Penguat dari matriks. Filler yang umum digunakan : carbon, glass, aramid, kevlar.
2.1.2 Klasifikasi Bahan Komposit
Klasifikasi bahan komposit dapat dibentuk dari sifat dan strukturnya. Bahan komposit dapat diklasifikasikan kedalam beberapa jenis. Secara umum klasifikasi komposit yang sering digunakan antara lain seperti :
1. Klasifikasi menurut kombinasi material utama, seperti metal-organic atau metal anorganic.
2. Klasifikasi menurut karakteristik bult-from, seperti system matrik atau laminate. 3. Klasifikasi menurut instribusi unsur pokok, seperti continous dan dicontinous. 4. Klasifikasi menurut fungsinya, seperti elektrikal atau structural (Schwartz,1984)
Sedangkan klasifikasi menurut komposit serat (fiber-matrik composites) dibedakan menjadi beberapa macam antara lain :
7
1. Fiber composite (komposit serat) adalah gabungan serat dengan matrik
2. Filled composite adalah gabungan matrik continous dengan matrik yang kedua 3. Flake composite adalah gabungan serpih rata dengan matrik
4. Particulate composite adalah gabungan partikel dengan matrik
5. Laminate composite adalah gabungan lapisan atau unsur pokok lamina (Schwartz, 1984 : 16)
Secara umum bahan komposit terdiri dari dua macam, yaitu bahan komposit partikel (particulate composite) dan bahan komposit serat (fiber composite). Bahan komposit partikel terdiri dari partikel–partikel yang diikat oleh matrik. Bentuk partikel ini dapat bermacam–macam seperti bulat, kubik, tetragonal atau bahkan berbentuk yang tidak beraturan secara acak. Sedangkan bahan komposit serat terdiri dari serat – serat yang diikat oleh matrik. Bentuknya ada dua macam yaitu serat panjang dan serat pendek.
2.1.3 Bahan Komposit Partikel
Dalam struktur komposit, bahan komposit partikel tersusun dari partikel–
partikel disebut bahan komposit partikel (particulate composite) menurut definisinya partikel ini berbentuk beberapa macam seperti bulat, kubik, tetragonal atau bahkan berbentuk yang tidak beraturan secara acak, tetapi rata–rata berdimensi sama. Bahan komposit partikel umunya digunakan sebagai pengisi dan penguat bahan komposit keramik (ceramic matrik composites). Bahan komposit partikel pada umunya lebih lemah dibanding bahan komposit serat. bahan komposit partikel mempunyai keunggulan, seperti ketahanan terhadap aus, tidak muda retak dan mempunyai daya pengikat dengan matrik yang baik.
Bahan komposit partikel merupakan jenis dari bahan komposit dimana bahan penguatnya adalah terdiri dari partikel-partikel. Secara definisi partikel itu sendiri adalah bukan serat, sebab partikel itu tidak mempunyai ukuran panjang. Sedangkan pada bahan komposit ukuran dari bahan penguat menentukan kemampuan bahan komposit menahan gaya dari luar. Dimana semakin panjang ukuran serat maka semakin kuat bahan menahan beban dari luar, begitu juga dengan sebaliknya. Bahan komposit partikel pada umumnya lemah dan fracture toughness-nya lebih rendah
8
dibandingkan dengan serat panjang, namun disisi lain bahan ini mempunyai keunggulan dalam ketahanan terhadap aus.
Pada bahan komposit keramik (Ceramix Matrix Composite), partikel ini umumnya digunakan sebagai pengisi dan penguat, sedangkan keramik digunakan sebagai matrik.
2.1.4 Bahan Komposit Serat
Unsur utama komposit adalah serat yang mempunyai banyak keunggulan, oleh karena itu bahan komposit serat yang paling banyak dipakai. Bahan komposit serat terdiri dari serat–serta yang terikat oleh matrik yang saling berhubungan. Bahan komposit serat ini terdiri dari dua macam, yaitu serat panjang (continous fiber) dan serat pendek (short fiber dan whisker). Dalam laporan ini diambil bahan komposit serat (fiber composite). Penggunaan bahan komposit serat sangat efisien dalam menerima beban dan gaya. Karena itu bahan komposit serat sangat kuat dan kaku bila dibebani searah serat, sebaliknya sangat lemah bila dibebani dalam arah tegak lurus serat, Klasifikasi bahan komposit serat dapat di lihat pada Gambar 2.1 sebagai berikut:
9
10
Komposit serat dalam dunia industri mulai dikembangkan dari pada menggunakan bahan partikel. Bahan komposit serat mempunyai keunggulan yang utama yaitu strong (kuat), stiff (tangguh), dan lebih tahan terhadap panas pada saat didalam matrik (Schwartz, 1984). Dalam penggembangan teknologi pengolahan serat, membuat serat sekarang semakin diunggulkan dibandingkan material–
material yang digunakan. Cara yang digunakan untuk mengkombinasi serat berkekuatan tarik tinggi dan bermodulus elastisitas tinggi dengan matrik yang bermassa ringan, berkekuatan tarik rendah, serta bermodulus elastisitas rendah makin banyak dikembangkan guna untuk memperoleh hasil yang maksimal. Komposit pada umumnya mengunakan bahan plastik yang merupakan material yang paling sering digunakan sebagai bahan pengikat seratnya selain itu plastik mudah didapat dan mudah perlakuannya, dari pada bahan dari logam yang membutuhkan bahan sendiri.
2.1.5 Bagian Utama Komposit 2.1.5.1 Reinforcement
Salah satu bagian utama dari komposit adalah reinforcement (penguat) yang berfungsi sebagai penanggung beban utama pada komposit seperti contoh serat. Serat (fiber) adalah suatu jenis bahan berupa potongan-potongan komponen yang membentuk jaringan memanjang yang utuh. Serat dapat digolongkan menjadi dua jenis yaitu : a. Serat Alami b. Serat Sintesis (serat buatan manusia).
Jenis-jenis serat yang banyak tersedia untuk menggunakan komposit dan jumlahnya hampir meningkat. Kekakuan spesifik yang tinggi (kekakuan dibagi oleh berat jenisnya) dan kekuatan spesifik yang tinggi (kekuatan dibagi oleh berat jenisnya) serat-serat tersebut yang disebut Advanced Composit. Chawla (1987)
2.1.5.2 Matriks
Matriks adalah fasa dalam komposit yang mempunyai bagian atau fraksi volume terbesar (dominan). Matrik mempunyai fungsi sebagai berikut :
a. Mentransfer tegangan ke serat secara merata. b. Melindungi serat dari gesekan mekanik.
11
d. Melindungi dari lingkungan yang merugikan. e. Tetap stabil setelah proses manufaktur. Sifat-sifat matrik (Ellyawan, 2008) : a. Sifat mekanis yang baik.
b. Kekuatan ikatan yang baik. c. Ketangguhan yang baik. d. Tahan terhadap temperatur.
Menurut Gibson (1994) matrik dalam struktur komposit dapat dibedakan menjadi Komposit Matrik Polimer (Polymer Matrix Composites – PMC) Bahan ini merupajan bahan komposit yang sering digunakan, biasa disebut polimer berpenguat serat (FRP – Fibre Reinforced Polymers or Plastics).Bahan ini menggunakan suatu polimer berbahan resin sebagai matriknya, dan suatu jenis serat seperti kaca, karbon dan aramid (Kevlar) sebagai penguatannya.
Komposit ini bersifat :
1) Biaya pembuatan lebih rendah 2) Dapat dibuat dengan produksi massal 3) Ketangguhan baik
4) Tahan simpan
5) Siklus pabrikasi dapat dipersingkat 6) Kemampuan mengikuti bentuk 7) Lebih ringan.
2.1.6 Polimer
Polimer merupakan nama lain dari plastik, yaitu molekul yang besar atau makro molekul yang terdiri dari satuan yang berulang-ulang atau mer. Polimer telah mengambil peran penting dalam teknologi. Hal ini dikarenakan polimer memiliki sifat-sifat seperti ringan, mudah dibentuk. Polimer yang sering dipakai menurut (Sudira, 1985) adalah polimer yang sering disebut dengan plastik. Plastik dibagi dalam dua kategori menurut sifat-sifatnya terhadap suhu, yaitu:
12 1. Thermoplastic
Thermoplastic adalah plastik yang dapat dilunakkan berulang kali (recycle) dengan menggunakan panas. Thermoplastic merupakan polimer yang akan menjadi keras apabila didinginkan. Thermoplastic akan meleleh pada suhu tertentu, melekat mengikuti perubahan suhu dan mempunyai sifat dapat balik (reversibel) kepada sifat aslinya, yaitu kembali mengeras bila didinginkan. Contoh dari thermoplastic yaitu Poliester, Nylon 66, PP, PTFE, PET, Polieter sulfon, PES, dan Polieter erketon (PEEK).
2. Thermoset
Thermoset tidak dapat mengikuti perubahan suhu (irreversibel). Bila sekali pengerasan telah terjadi maka bahan tidak dapat dilunakkan kembali. Pemanasan yang tinggi tidak akan melunakkan thermoset melainkan akan membentuk arang dan terurai karena sifatnya yang demikian sering digunakan sebagai tutup ketel, seperti jenis-jenis melamin. Plastik jenis thermoset tidak begitu menarik dalam proses daur ulang karena selain sulit penanganannya juga volumenya jauh lebih sedikit (sekitar 10%) dari volume jenis plastik yang bersifat thermoplastic. Contoh dari thermoset yaitu Epoksida, Bismaleimida (BMI), dan Poli-imida (PI).
Tabel 2.1 Polymeric Matrix Materials For Fiberglass Polymer Characteristic and Applications Thermosetting
Epoxies Polyester
Phenolic Silicones
High strength (for filament-wound vessels) For general structures (usually fabric-reinforced) High-temperature applications
Electrical applications (printed-circuit panels) Thermoplastic
Nylon
Polycarbonate Polystyrene
13
Dalam pembuatan komposit, resin yang banyak digunakan adalah dari jenis polimer thermosetting yang terdiri dari:
1. Resin Poliester
Resin poliester adalah bahan matrik polimer yang paling luas penggunaanya sebagai matrik pengikat, dari proses pengerjaan yang sederhana sampai hasil produksi yang dikerjakan dengan proses cetakan mesin. Sebagai resin thermosetting, poliester memiliki kekuatan mekanis yang cukup bagus, ketahanan terhadap bahan kimia, selain itu harganya relatif cukup murah. Resin jenis ini banyak digunakan dalam fiber reinforced plastic karena jika diperkuat dengan serat gelas maka ketahanan panas akan lebih baik, tetapi kurang kuat. Resin poliester dapat mengalami proses curing dalam suhu kamar dan dapat dipercepat dengan menambahkan katalis. Bahan poliester banyak dipergunakan untuk komposit berpenguat serat gelas, contohnya: kapal, tangki penyimpan air dan perlengkapan bangunan.
2. Resin Epoksi
Resin ini harganya sedikit mahal, tetapi resin jenis ini memiliki keunggulan dalam hal kekuatan yang tinggi dan penyusutan yang relatif kecil setelah proses curing. Resin ini banyak dipakai sebagai matrik pada komposit polimer dengan penguatnya serat karbon atau Kevlar.
Tabel 2.2 Sifat Epoksi dan Resin Poliester Sifat Poliester Epoksi Kekuatan tarik (MPa) 40-90 55-130 Modulus elastis (GPa) 2,0-4,4 2,8-4,2 Kekuatan impak (J/m) 10,6-21,2 5,3-53
Kerapatan (g/cm3) 1,10-1,46 1,2-1,3
2.1.7Orientasi serat
Orientasi serat dapat menentukan suatu bahan komposit, secara umum penyusun serat pada komposit dapat dibedakan sebagai berikut :
14 a. Unidirectional :
Serat disusun secara paralel satu sama lain. Kekuatan tarik yang paling tinggi terdapat pada bahan yang sejajar dengan arah serat, sedangkan kekuatan yang paling rendah pada bahan yang tegak lurus.
b. Pseudoisotropic :
Serat disusun secara acak, pada susunan serat ini kekuatan yang terjadi pada satu titik pengujian mempunyai nilai yang sama
c. Bidirectional :
Serat disusun secara tegak lurus satu dengan yang lain. Pada susunan serat ini kekuatan tarik yang paling tinggi terdapat pada arah 00 dan 900, sedangkan kekuatan paling rendah pada serat dengan arah 450.
Gambar 2.2 Orientasi serat
(a dan b Sumber: James F.Shackelford., Introduction to Materials Science for Engineers. c. Mel M Schwartz)
Sifat mekanik dari pemasangan serat satu arah ini adalah yang paling proporsional, karena pemasangan serat satu arah ini dapat memberikan kontribusi pemakaian serat yang paling banyak. Hal ini disebabkan karena pemasangan serat acak kontribusi serat yang dipasang akan semakin sedikit (fraksi volume sedikit), hal ini mengakibatkan kekuatan pada komposit akan menurun, seperti pada Gambar 2.3.
15
Gambar 2.3 Diagram hubungan antara kekuatan,fraksi volume dan susunan serat (Sumber: Adiyono 1996)
Jumlah serat pada bahan komposit serat sering dinyatakan dalam fraksi volume serat (Vf), yaitu perbandingan volume serat terhadap volume bahan (Vc). Semakin besar kandungan volume serat pada komposit akan mengakibatkan meningkatnya kekuatan dari komposit tersebut.
2.1.8 Jenis serat
Pengelompokkan komposit dapat dilihat dari bahan penguat pada matrik atau dapat juga dilihat dari bahan yang menjadi matrik pengikat. Untuk komposit yang dilihat dari bahan penguat dibagi menjadi komposit dengan bahan penguat serat dibagi menjadi 2 bagian:
1. Komposit tradisional (komposit alam) yang biasa berupa serat kayu, jerami, kapas, wol, sutera, serat enceng gondok, serat pisang, dll.
2. Komposit sintesis, yaitu komposit yang mempunyai bahan penguat serat yang diproduksi dengan industri manufaktur, dimana komponen-komponennya diproduksi secara terpisah, kemudian digabungkan dengan teknik tertentu agar diperoleh struktur, sifat dan geometri yang diinginkan. Serat sintesis ini dapat berupa serat gelas karbon, nilon dan polyester. 2.1.9Pencampuran komposit
Dalam memilih suatu bahan kopmposit, kombinasi yang tepat dari sifat masing-masing bahan penyusunnya. Pencampuran bahan yang optimum akan menghasilkan suatu komposit dengan kualitas yang baik. Sifat komposit ditentukan oleh phase matrik dan phase reinforce sebagai bahan penyusun. Rongga udara
16
(void) terjadi karena, tidak merekatnya phase reinforce pada phase matrik. Hal ini akan menyebabkan rusak atau retak (crack) pada bahan komposit. Adanya rongga antara phase reinforce dan phase matrik harus dihindari. Seperti pada gambar 2.4
Gambar 2.4 Interphase dan Interfase dalam komposit
(Sumber: James A.J. dan Thomas F.K., Engineering Materials Technology, Structure Processing, Properties and Selection)
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 memiliki sifat getas tetapi memiliki kekuatan tarik tinggi dipadukan dengan matrik yang memiliki kekuatan tarik yang rendah dan kekuatan regangan yang besar, akan menjadi suatu bahan yang memiliki sifat yang lebih baik. Perbaikan sifat inilah yang membuat bahan dari komposit banyak digunakan sebagai bahan yang digunakan dalam bidang teknik dan industri.
Beberapa perhitungan bahan komposit antara lain : a) Massa komposit (mc)
mc = mm+mr
dengan : mm = massa matrik mr = massa renforce b) Volume komposit (Vc)
17 Vc = Vm+Vr+Vv
Dengan : Vm= volume matrik Vr= volume reinforce
Vv= volume voids (rongga,cacat) c) Kerapatan komposit (ρc)
ρc= ρc = (fmx ρm)+(frx ρr) dengan : ρm= kerapatan matrik
ρr = kerapatan reinforce fm = fraksi volume matrik
2.1.10 Fraksi Volume Minimum Reinforcing
Gambar 2.5 (a) Model komposit berpenguat serat, (b) Kurva tegangan Vs regangan
(Sumber: Viktor Malau, Diktat Mata Kuliah Komposit)
Modulus elastis komposit kearah longitudinal Ec
Ec = fmEm + frEr
18 Er= modulus elastis reinforced
Jika suatu bahan komposit mendapat beban tarik maka, dalamkondisi ini phase reinforcing dan matriknya mempunyai perpanjangan yang sama sehingga dapat ditulis :
Ɛr = Ɛm = Ɛc
Kekuatan tarik bahan komposit σu)c
σu)c = Vr σu)r+(1-Vr σm
dengan σm = tegangan tarik matrik saat reinforcing putus karena tarikan.
Pada saat tegangan σm dan matrik yang digunakan getas (ɛc = ɛm) maka berlaku :
σm = �u �
�r x Em = ArEm
dengan Ar = perpanjangan saat reinforcing putus. Maka untuk bahan komposit berlaku :
Ec = VrEr + (1-Vr) �u ԑm dengan �u
ԑm = tangent dari kurva tarik.
Apabila pembebanan berada dalam daerah elastis bahan sama dengan modulus elastis dari matriknya, maka daerah pembebanan yang elastic maka berlaku :
Ec = VrEr + VmEm
Agar suatu bahan komposit memiliki sifat mekanis yang baik, fraksi volume Vr 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 (σu)c sama dengan tegangan
19
σu)c = (1-Vt σu)m
Fraksi volume minimum rainforcing adalah (Vr)min = � �u m−�u
u r+ �u m−�m
Gambar 2.6 Fraksi volume serat
(Sumber: Robert M. Jones, Mechanics of Composite Materials)
2.1.11 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.
20 a) Serat kontinu
Serat satu arah Serat dua arah b) Serat tidak kontinu
Serat arah acak Serat arah teratur c) Serat multilapis
Laminat Hybrid 2.1.12 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.
2.1.13 Kondisi isostrain
Kondisi isostrain merupakan komposit dengan kondisi regangan yang sama. Dalam hal ini tegangan pada material mengakibatkan regangan yang sama pada
21
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 2.7
Gambar 2.7 Komposit dengan kondisi regangan sama
(Sumber: James A. Jacob, Thomas F. Kilduff Engineering Materials Technology, Structure, Processing, Properties and Selection 2nd Edition)
2.1.14 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 2.8
22
Gambar 2.8 Komposit dengan kondisi tegangan sama
(Sumber: James A. Jacob, Thomas F. Kilduff Engineering Materials Technology, Structure, Processing, Properties and Selection 2nd Edition)
2.1.15 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.
2.1.15.1 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 2.9 (a)
23
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 2.9 (b)
c. Kombinasi darikedua 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 2.9 (c)
Gambar 2.9 Modus kerusakan pada bahan komposit akibat beban tarik longitudinal
(Sumber: Adiyono, 1996) 2.1.15.2 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:
Kegagalan matrik
24
Gambar 2.10 Kegagalan pada komposit akibat beban tarik transversal (Sumber: Bambang Kismono Hadi, 2000:41)
2.1.16 Serat Kelapa
Buah kelapa terdiri dari epicarp yaitu bagian luar yang permukaannya licin, agak keras dan tebalnya ± 0,7 mm, mesocarp yaitu bagian tengah yang disebut