Klasifikasi Komposit

DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA

A. Pengertian Komposit

3. Klasifikasi Komposit

Klasifikasi komposit dapat dipengaruhi oleh banyak faktor, diantaranya:

a. Faktor Matriks

Gambar 2.1 Klasifikasi Komposit Berdasarkan Fase Matrik a) Metal Matrix Composite (MMC) adalah komposit dengan fase

matriknya berupa logam, komposit ini terbentuk dari campuran logam dan keramik seperti karbida wolfram.

b) Ceramic Matrix Composite (CMC) adalah komposit dengan fase matriknya berupa keramik, pada komposit jenis ini untuk reinforce agent digunakan oksida aluminium, karbida silikon, dan serat dengan tujuan untuk meningkatkan sifat tahan terhadap suhu tinggi.

c) Polymer Matrix Composite (PMC) adalah komposit dengan fase matrik polimer, polimer yang digunakan biasa berupa resin thermosetting epoxy, dan polyester dengan reinforce agent berupa fiber.

b. Faktor Orientasi Serat

Orientasi serat dalam pembuatan komposit dapat menentukan kekuatan dari bahan komposit yang dihasilkan. Secara umum orientasi arah serat tersebut adalah sebagai berikut:

a) 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.

b) Pseudoisotropic, yaitu serat disusun secara acak dan kekuatan tarik pada satu titik pengujian mempunyai nilai kekuatan yang sama.

c) Bidirectional, yaitu serat disusun tegak lurus satu sama lainnya (orthogonal) contohnya pada woven roving. Pada susunan ini kekuatan tertinggi terdapat pada arah serat 0° dan 90° dan kekuatan terendah terdapat pada arah serat 45°.

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.Dibawah ini adalah contoh gambar beberapa orientasi serat.

Gambar 2.2 orientasi serat

9OK

Gambar 2.3 Diagram Hubungan Antara Kekuatan, Fraksi Volume dan Susunan Serat

c. Faktor Susunan serat

Serat dibagi menjadi beberapa bentuk menurut dari orientasi seratnya, antara lain:

a) Countinous Roving

mempunyai serat panjang dan lurus, membentuk lapisan diantara matriksnya. Jenis komposit ini paling sering digunakan. Tipe ini mempunyai kelemahan pada pemisahan

antar lapisan. Hal ini dikarenakan kekuatan antar lapisan dipengaruhi oleh matriksnya. Countinous Roving dapat dilihat pada Gambar 2.4.

Gambar 2.4 Countinous RovingFiber b) Woven Roving Fiber Composite

Woven Roving adalah jenis serat fiberglass yang arah seratnya dipintal dan kemudian disusun hingga menyerupai bentuk anyaman. Woven Roving dapat dilihat pada gambar 2.5.

Gambar 2.5 Woven Roving Fiber Composite

c) Chopped Strant Mat

Chopped Strant Mat merupakan serat yang tersusun dari bulu-buku yang disatukan sehingga membentuk lembaran dan susunannya yang tidak beraturan atau acak. Chopped Strant Mat dapat dilihat aoda Gambar 2.6.

Gambar 2.6 Chopped Strant Mat

Berdasarkan bentuk dan strukturnya komposit diklasifikasikan menjadi 4 bagian yaitu :

1) Fibrous Composites 2) Laminated Composites 3) Particular Composites 4) Flake Composite

d. Jenis Serat

Serat merupakan filamen dari bahan reinforcing. Penampangnya dapat berbentuk bulat, segitiga atau heksagonal.Serat juga berfungsi sebagai

penahan beban sehingga besar kecil kekuatan komposit sangan bergantung pada serat pembentuknya. Prosentase jenis serat, bentuk serat, jumlah serat, dan orientasi serat yang dipakai dalam membuat komposit menentukan karakteristik komposit yang terbentuk.

Fungsi utama serat adalah sebagai berikut : 1. Sebagai pembawa beban

2. Memberi sifat kekauan,kekuatan 3. Penghantar listrik yang baik

Beberapa jenis bahan serat yang sering digunakan ialah sebagai berikut:

1. Glass

Digunakan sebagai serat pada matrik polimer. Fiberglass adalah glass-fiber-reinforced plastic (GFRP). Ada dua jenis glass fiber yang umum di pasaran yaitu: serat E-glass dan S-glass. E-glass cukup kuat dan harganya relatif murah, tetapi modulus elastisnya lebih rendah dibandingkan S-glass, S-glass cukup kaku dan memiliki tegangan tarik terbesar diantara bahan serat, hal ini menyebabkan bahan ini menjadi lebih mahal.

2. Carbon

Carbon dapat menjadi serat dengan modulus elastis tinggi. Di samping kekakuan yang tinggi, Carbon memiliki kerapatan dilatasi yang rendah. Serat C (C-fiber) merupakan perpaduan antara grafit dengan Carbon amorphous.

3. Boron

Boron memiliki modulus elastis sangat tinggi, tetapi bahan ini mahal sehingga pemakaiannya dibatasi pada komponen peralatan aerospace.

4. Kevlar 49

bahan ini terutama digunakan sebagai serat untuk polimer.

Kerapantannya rendah dan memberi kekuatan spesifik (strenght to weight) terbesar untuk semua fiber yang ada.

5. Keramik

Karbide silicon (SiC) dan oksida aluminium (𝐴𝐿₂𝑂₃) merupakan serat utama yang sering dijumpai pada keramik. Kedua bahan ini mempunyai modulus elastis tinggi dan dapat digunakan untuk menguatkan logam-logam dengan kerapatan dan modulus elastisitas rendah seperti aluminium dan magnesium.

6. Logam

Filamen baja (kontinyu atau tidak kontinyu) sering digunakan sebagai serat dalam plastik.

Berikut perbandingan Sifat-sifat serat yang digunakan dalam FRP dapat dilihat pada Tabel 2.3.

Tabel 2.3 Sifat-sifat serat yang digunakan dalam FRP

(Sumber: Rafaat M. Husein, Composite Panel/Panels, halaman 7) e. Kaidah Pencampuran Komposit

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 2.7 Interface dan Interphase dalam komposit

Gambar 2.8 crack dan Interface

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

Crack

Matrix Fiber Matrix

Fiber

Fiber Matrix

InterFaces Void

InterFaces

Coupling agent

InterFaces zone InterPhase

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 : 1. Massa komposit (𝑚_𝑐)

Vv = volume voids (rongga,cacat) 3. Kerapatan komposit (⍴_𝑐)

atau,

⍴_𝑟 = (𝑓_𝑚𝑥⍴_𝑚) + (𝑓_𝑟𝑥⍴_𝑟)

Dengan: 𝑓_𝑚 = ^𝑣𝑚

𝑣_𝑐 𝑑𝑎𝑛 𝑓_𝑟 = ^𝑣𝑟

𝑣_𝑐

f. 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: Hasil dari pengujian tarik juga dapat digunakan untuk mencari regangan dari benda uji, yaitu dengan menggunakan rumus:

𝜀 =^∆𝐿

𝐿𝑜 𝑥 100%

dimana: 𝜀 = regangan (%)

∆𝐿 = Pertambahan panjang (mm) Lo = Panjang mula mula(mm)

g. Kecacatan Pada Komposit

Pada umumnya ada tiga macam pembebanan yang menyebabkan kerusakan suatu bahan komposit, yaitu pembebanan tarik tekan baik dalam arah longitudinal maupun transversal, serta geser.

1. Kecacatan pada Komposit

Pada bahan komposit yang diberi beban searah dengan serat.

Kecacatan 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. Jika serat yang patah dalam jumlah yang banyak, maka ada tiga kemungkinan yang akan terjadi:

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 2.9 Kecacatan pada komposit akibat beban tarik longitudinal 2. Kecacatan 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

Gambar 2.10 kecacatan pada komposit akibat beban tarik transversal

h. Tinjauan Pustaka

Laurensius Kristianto (2018) telah meneliti tentang pengaruh persenatse serat fiberglass terhadap kekuatan tarik komposit matriks polimer polyester. Tujuan dari penelitian ini adalah mengetahui pengaruh penambahan persentase serat dan jumlah lapisan komposit fiberglass polyester(arah serat anyam) terhadap kekuatan tarik, regangan dan modulus elastisitas. Komposit ini menggunakan 4-6 lapisan dengan arah serat anyam. Bahan yang digunakan sebagai matriks dalam penelitian tersebut adalah resin Polyester Yukalac C-108 B Justus dan menggunakan katalis MEPOXE sebagai bahan pengeras. Pengujian tarik menggunakan standar ASTM D368-02a. Dari hasil pengujian tarik yang dilakukan, dapat disimpulkan bahwa nilai kekuatan Tarik pada matriks adalah sebesar 25,73 Mpa . Kekuatan Tarik komposit fiberglass dengan 4 lapisan adalah sebesar 127,60 MPa. Komposit fiberglass dengan 5 lapisan adalah138,99 Mpa, dan komposit fiberglass dengan 6 lapisan adalah 185,24 Mpa dimana semakin banyak jumlah lapisan maka kekuatan tariknya semakin meningkat.

Gugun Gundara (2017) telah melakukan penelitian yang berjudul

“Analisis sifat fisis dan mekanis komposit serat gelas berlapis” bertujuan untuk mengetahui kekuatan mekanis komposit serat E-glass kontinyu.

Komposit serat merupakan jenis komposit yang paling banyak digunakan dalam aplikasi teknik. Dalam penelitian ini komposit dibuat dengan menggunakan serat E-glass. Metode proses produksi yang dipakai adalah dengan sistem hand lay up. Orientasi serat yang dipakai yaitu 0 ° , 90° , 0° , yang kemudian dilakukan pengujian tarik dan pengujian lengkung, berdasarkan variasi fraksi volume 5,2%, 11,0%, 15,4% untuk setiap lamina komposit.

Penelitian ini ditujukan untuk mengetahui kekuatan mekanis komposit serat E-glass kontinyu. Dari hasil pengujian tarik diperoleh bahwa kuat Tarik komposit serat E-glass kontinyu mengalami kenaikan dengan semakin naiknya fraksi volume serat Besarnya kuat tarik untuk 𝑉_𝑓= 5,2% adalah = 57 MPa, untuk 𝑉_𝑓= 11,0% adalah = 59 MPa, dan 𝑉_𝑓= 15,4% = 98 MPa.

Kemudian untuk hasil pengujian lengkung diperoleh nilai kekuatanya naik pula dengan semakin besarnya fraksi volume serat. Untuk 𝑉_𝑓= 5,2% adalah

= 182 MPa, untuk 𝑉_𝑓= 11,0% adalah = 274 MPa, dengan 𝑉_𝑓= 15,4% = 290 MPa. Sedangkan untuk penataan yang kurang merata akan menimbulkan patahan, daerah yang kurang serat akan mengakibatkan patahan terlebih dahulu. Orientasi sudut serat 0° sangat dominan dibandingkan dengan orientasi sudut serat 90° , baik pada spesimen uji tarik maupun spesimen uji lengkung. Hal ini diakibatkan serat yang menahan beban yaitu orientasi

sudut serat 0° , sedangkan arah serat yang tegak lurus beban mengalami debounding.

26 BAB III

METODE PENELITIAN