BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA
2.2 Komposit Serat
2.2.6 Faktor-faktor yang mempengaruhi kekuatan FRP
Fiber Reinforced Polymer atau FRP adalah suatu bahan komposit yang diperkuat oleh serat yang diikat dalam matrik. Adapun beberapa faktor yang mempengaruhi kekuatan FRP adalah orientasi serat, panjang, bentuk, komposisi serat, dan sifat mekanik dari matrik serta ikatan yang ada dalam komposit tersebut.
2.2.6.1 Orientasi Serat
Dalam komposit, orientasi serat sangat mempengaruhi dan dapat menentukan kekuatan suatu bahan komposit. Secara umum penyusunan dari arah serat tersebut adalah sebagai berikut:
1. Unidirectional, yaitu serat disusun paralel satu sama yang lainnya. Disini kekuatan tarik terbesar terdapat pada bahan yang sejajar dengan arah serat. Sedangkan kekuatan yang terkecil pada bahan yang tegak lurus arah serat.
2. Pseudoisotropic, yaitu serat disusun secara acak dan kekuatan tarik pada satu titik pengujian mempunyai nilai kekuatan yang sama.
3. Bidirectional, yaitu serat disusun tegak lurus satu sama lainnya (orthogonal) contohnya pada woven roving. Pada susunan ini kekuatan tertinggi terdapat pada arah serat 0o dan 90o dan kekuatan terendah terdapat pada arah serat 45o.
Sifat mekanik dari pemasangan satu arah ini adalah jenis yang paling proporsional, karena pada pemasangan satu arah serat ini dapat memberi kontribusi pemakaian serat paling banyak. Hal tersebut disebabkan karena pemasangan serat yang semakin acak maka konstribusi serat yang dipasang akan semakin sedikit (fraksi volume kecil) sehingga menyebabkan kekuatan komposit semakin menurun.
(a) (b)
(c)
Gambar 2.5 orientasi serat
Jumlah serat pada bahan komposit serat dapat dinyatakan dalam fraksi volume serat (Vf) yaitu perbandingan volume serat (Vf) terhadap volume bahan komposit (Vc). Semakin besar kandungan volume serat dalam komposit maka akan meningkatkan kekuatan dari komposit tersebut.
Gambar 2.6 Diagram Hubungan Antara Kekuatan, Fraksi Volume dan Susunan Serat
2.2.6.2 Jenis Komposit Serat
Berdasarkan ukuran panjang, serat terbagi menjadi serat kontinyu (continuous) dan tidak kontinyu (discontinuous). Kemampuan serat sangat dipengaruhi oleh ukuran panjang serat pada bahan komposit dalam menahan gaya dari luar. Ukuran serat yang semakin panjang, maka akan semakin efisien menahan gaya dalam arah serat, dan juga secera teori lebih efektif dalam hal transmisi beban dibandingkan serat pendek. Namun dalam hal praktek cukup sulit untuk dibuktikan, karena faktor manufaktur yang tidak memungkinkan untuk menghasilkan kekuatan optimum pada seluruh panjang serat, dan pada serat yang panjang terjadi penerimaan beban yang tidak merata antara serat dan beban.
Sebagian serat mengalami ketegangan sedangkan yang lain dalam posisi bebas dari tegangan, sehingga jika komposit tersebut dibebani sampai kekuatan patahnya, sebagian serat akan patah terlebih dahulu dibanding yang lainnya. Serat yang panjang juga menghilangkan kemungkinan terjadinya retak sepanjang batas pertemuan antara serat dan matrik. Oleh sebab itu bahan komposit serat kontinyu
Unidireksional
Pseuidootropic
Bidireksional
Fraksi Volume Serat
K
e
k
u
a
t
a
n
sangat kuat dan liat jika dibandingkan dengan komposit serat tidak kontinyu. Tetapi adakalanya komposit yang diperkuat dengan serat pendek akan menghasilkan kekuatan yang lebih besar daripada yang diperkuat dengan serat panjang, yaitu dengan cara pemasangan orientasi pada arah optimum yang dapat ditahan serat.
2.2.6.3 Komposisi dan Bentuk Serat
Berdasarkan bentuk, secara umum serat penguat mempunyai bentuk penampang lingkaran, segitiga, heksagonal atau bentuk yang lain, misalnya bujur sangkar. Diameter suatu serat tergantung pada bahannya, dan bervariasi. Kekuatan serat juga dapat dilihat dari diameter serat itu sendiri. Diameter serat yang semakin kecil maka pertambahan kekuatan semakin cepat, namun sebaliknya pertambahan diameter akan mengakibatkan kekuatan semakin berkurang. Perbandingan antara panjang dan diameter serat harus cukup besar, hal ini agar tegangan geser yang terjadi pada permukaan antar serat dan matrik kecil.
Berdasarkan komposisi serat, serat yang digunakan sebagai bahan penguat komposit dibagi menjadi:
1. Serat organik, yaitu serat yang berasal dari bahan organik, misalnya selulosa, polipropilena, grafit, serat jerami, serat pisang, serat kapas, serat serabut kelapa dll
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).
2.2.6.4 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 diakibatkan oleh perlakuan secara mekanik, misalnya gesekan antar serat.
2.2.6.5 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.
2.2.5.6 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.