COMPOSITE TASK
Penyebab struktur fiber lebih kuat:
a) Distribusi Tegangan yang Lebih Baik
• Pada material masif, beban/tegangan terkonsentrasi pada satu titik atau area, yang dapat menyebabkan kegagalan material
• Struktur fiber mendistribusikan beban secara merata sepanjang serat, sehingga mengurangi konsentrasi tegangan
b) Mekanisme Penghentian Retak
• Dalam material masif, retak dapat menyebar dengan mudah karena tidak ada penghalang
• Pada struktur fiber, setiap serat individual bertindak sebagai penghalang perambatan retak
• Jika satu serat putus, serat di sekitarnya masih dapat menahan beban c) Orientasi Serat Sesuai Arah Beban
• Serat dapat disusun sesuai arah beban utama (anisotropik)
• Hal ini memungkinkan optimalisasi kekuatan pada arah yang dibutuhkan
• Material masif umumnya isotropik (kekuatan sama ke segala arah) d) Rasio Kekuatan-Berat yang Tinggi
• Struktur fiber memiliki densitas lebih rendah
• Memberikan kekuatan spesifik (strength-to-weight ratio) yang lebih tinggi
Struktur fiber memiliki kekuatan yang jauh lebih tinggi dibanding struktur masif karena tujuh keunggulan yang bekerja bersama: distribusi tegangan yang lebih merata di sepanjang serat, kemampuan menghentikan retak melalui berbagai mekanisme, isolasi kerusakan sehingga kegagalan satu serat tidak menyebabkan kegagalan total, pengaruh ukuran yang minimal terhadap kekuatan, kemampuan menahan deformasi elastis yang lebih baik, transfer beban yang efisien antara serat dan matriks, serta kemampuan menyerap energi melalui berbagai mekanisme. Kombinasi ini menghasilkan material yang jauh lebih kuat namun lebih ringan dibanding material masif konvensional.
Perbandingan Material Matrix dan Reinforcement:
a) Matrix Material
b) Reinforcement Material
1. Material Matrix:
• Berfungsi sebagai pengikat dan pelindung reinforcement
• Mentransfer beban ke reinforcement
• Memberikan ketahanan terhadap lingkungan
• Properties utama yang dibutuhkan:
✓ Adhesi yang baik dengan reinforcement
✓ Ketahanan kimia
✓ Kecocokan thermal expansion coefficient
✓ Ketahanan fatigue
Matrix Type Tensile Strength (MPa)
Young's Modulus
(GPa) Poisson's Ratio Glass Transition Temp (°C)
Thermal Expansion Coeff. (10⁻⁶/°C)
Epoxy 40-90 2.1-3.8 0.38-0.40 120-180 45-65
Polyester 34-104 2.1-3.4 0.37-0.39 60-120 50-100
Vinyl Ester 73-81 3.0-3.5 0.36-0.39 102-150 53-57
PEEK 92-95 3.6-3.8 0.4 143 47
PPS 82 3.3 0.37 85 49
Aluminum 70-700 69 0.33 660 (melting) 23
Titanium 900 110 0.34 1668 (melting) 8.6
Thermoplastic Matrices:
Thermoset Matrices:
Metal Matrices:
Fiber Type Tensile Strength (MPa)
Young's Modulus (GPa)
Elongation at Break
(%) Density (g/cm³) Diameter (μm)
High Strength 3500-7000 230-250 1.4-1.8 1.8 5-7
High Modulus 2500-3500 350-700 0.5-0.8 1.9 5-7
Ultra High Modulus 2000-2500 700-825 0.2-0.4 2 5-7
E-Glass 3100-3800 72-85 4.5-4.9 2.54 10-20
S-Glass 4400-4600 85-87 5.4-5.8 2.48 10-20
Kevlar 29 2800-3000 70-80 3.6-4.0 1.44 12
Kevlar 49 3600-3800 110-120 2.8-3.2 1.44 12
Aramid Fibers:
Glass Fibers:
Carbon Fibers:
2. Material Reinforcement:
• Memberi kekuatan dan kekakuan utama
• Menentukan sifat mekanik komposit
• Karakteristik penting:
✓ Aspect ratio (length/diameter ratio)
✓ Surface treatment untuk adhesi
✓ Orientasi serat
✓ Volume fraction dalam komposit 3. Interaksi Matrix-Reinforcement:
• Interface bonding menentukan transfer beban
• Weak bonding → mudah delaminasi
• Strong bonding → transfer beban optimal1
• Critical length fiber menentukan efektivitas penguatan
