BAB II 2.1 Dasar Teori
2.1.4 Komposit Matrik Polimer (Fiber Reinforced
Saat ini, bahan komposit yang sering dimanfaatkan adalah Fiber
Reinforced Polymer (FRP), dengan serat yang digunakan dapat berupa serat glass,
serat karbon dan Kevlar 49, sedangkan matrik yang digunakan dapat berupa resin
polyester dan resin epoksi. Komposit jenis ini mempunyai kandungan serat yang
cukup besar (lebih dari 50% volume). Beberapa keunggulan yang dimiliki oleh FRP adalah :
1. Kerapatan yang rendah
2. Memiliki tegangan fatik yang baik 3. Ketahanan terhadap korosi yang baik 4. Tegangan spesifik tinggi
5. Modulus spesifik tinggi
6. Mempunyai stabilitas ukuran yang baik, karena koefisien dilatasi rendah Saat ini bahan berpenguat serat telah mengalami banyak inovasi, peningkatan mutu, ringan dan relatif murah, serta penggunaanya semakin meluas. Dengan keuntungan yang didapat dari bahan tersebut, maka pengguna terbesar FRP adalah indrustri aerospace, industri pesawat terbang, industri otomotif dan industri alat-alat olahraga.
2.1.5 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
20 serat, dan sifat mekanik dari matrik serta ikatan yang ada dalam komposit tersebut.
2.1.5.1 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:
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 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.
21 Gambar 2.9. Orientasi Serat
Jumlah serat bahan komposit serat dapat dinyatakan dalam bentuk 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 2.10. Diagram Hubungan Antara Kekuatan, Fraksi Volume dan Susunan Serat
2.1.5.2 Jenis Serat
Berdasarkan ukuran panjang, serat dibagi menjadi serat kontinyu (continuous) dan tidak kontinyu (discontinuous). Ukuran panjang serat sangat
22 berpengaruh terhadap kemampuan bahan komposit dalam menahan gaya dari luar. Semakin panjang ukuran serat, semakin efisien menahan gaya dalam arah serat, selain itu secara teori serat panjang akan lebih efektif dalam hal transmisi beban dibandingkan serat pendek. Namun hal tersebut sulit dibuktikan dalam praktek, mengingat faktor manufaktur yang tidak memungkinkan untuk menghasilkan kekuatan optimum pada seluruh panjang serat, karena pada serat yang panjang terjadi ketidakmerataan pada penerimaan beban antara serat.
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 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.
2.1.5.3 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 komposisinya, serat yang digunakan sebagai bahan penguat komposit dibedakan menjadi:
1. Serat organik, yaitu serat yang berasal dari bahan organik, misalnya selulosa, polipropilena, grafit, serat jerami, serat pisang, serat kapas, dll
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