Bab II Komposit Pinang
Transcript of Bab II Komposit Pinang
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Komposit
Komposit adalah suatu material yang terbentuk dari kombinasi dua atau
lebih material, dimana sifat mekanik dari material pembentuknya berbeda-beda.
Dikarenakan karakteristik pembentuknya berbeda-beda, maka akan dihasilkan
material baru yaitu komposit yang mempunyai sifat mekanik dan karakteristik
yang berbeda dari material-material pembentuknya.
2.1.1. Kegunaan Bahan Komposit
Kegunaan bahan komposit sangat luas yaitu untuk :
1. Angkasa luar, seperti komponen kapal terbang, komponen helikopter,
komponen satelit dan lain-lain
2. Automobile, seperti komponen mesin, badan kereta dan lain-lain
3. Olah raga dan rekreasi, seperti sepeda, stick golf, raket tenis, sepatu
olah raga dan lain-lain
4. Industri pertahanan, seperti komponen jet tempur, peluru, komponen
kapal selam dan lain-lain
5. Industri pembinaan, seperti jembatan, terowongan, rumah dan lain-
lain
6. Kesehatan, seperti kaki palsu, sambungan sendi pada pinggang dan
lain-lain
7. Kelautan, seperti kapal layar, kayak dan lain-lain
8. Dan lain-lain
Ciri-ciri bahan komposit adalah energi retakan besar, mudah dibuat dari
berbagai zat penguat dan matriks, dengan sifat-sifat sebagai berikut :
1. Kekuatan dapat jauh lebih besar dari pada bahan konstruksi biasa.
2. Dapat dibuat sangat tegar atau kaku.
3. Rapatannya rendah atau ringan.
4. Kuat lelehan ( fatigue ) besar.
5. Sifat produk dapat diatur.
1
Secara garis besar ada tiga macam jenis komposit berdasarkan penguat
yang digunakan :
1. Komposit serat (Fiber Composite)
Merupakan jenis komposit yang hanya terdiri dari satu lamina atau
satu lapisan menggunakan serat penguat. Fiber yang digunakan biasa
berupa glass fibers, carbon fibers, aramid fibers (poly aramide), dan
sebagainya.
2. Komposit laminat ( laminated composite)
Merupakan jenis komposit yang terdiri dari dua lapis atau lebih yang
digabungkan menjadi satu dan setiap lapisnya memiliki karakteristik
sifat terasendiri.
3. Komposit partikel (particulated composite)
Merupakan komposit yang menggunkan partikel atau serbuk sebagai
penguatnya dan terdistribusi secara merata dalam matriks.
2.1.2. Tipe-Tipe Komposit
Komposit terdiri dari dua macam yaitu komposit partikel (particulate
composite) dan komposit serat (fiber composit). Bahan komposit partikel terdiri
dari partikel-partikel yang diikat oleh matriks. Bentuk partikel ini dapat berupa
bulatan, kubik, tetragonal atau bahkan bentuk – bentuk yang tidak beraturan tetapi
secara rata – rata berdimensi sama.
Komposit yang diperkuat dengan serat dapat digolongkan menjadi dua
bagian yaitu :
1. Komposit serat pendek (Short Fiber Composite)
Komposit serat pendek biasanya seratnya dipotong-potong pendek sekitar
1mm-5mm. Material komposit yang diperkuat dengan serat pendek dapat dibagi
menjadi dua bagian yaitu :
a. Material komposit yang diperkuat dengan serat pendek
yang terorientasi atau sejajar satu dengan yang lainnya.
b. Material komposit yang diperkuat dengan serat pendek
yang mengandung orientasi secara acak.
2
2. Komposit serat panjang (Long Fiber Composite)
Secara teori serat panjang dapat menyalurkan pembebanan atau tegangan
dari satu titik kebagian lainnya. Komponen serat panjang mempunyai serat yang
lebih baik dari pada serat pendek, tetapi serat pendek lebih banyak bentuk
rancangannya.
Gambar 2.1. Diagram Klasifikasi Bahan Komposit Yang Umum Dikenal
2.2. Serat
Serat merupakan bahan yang kuat, kaku, getas. Karena serat yang
terutama menahan gaya luar, ada dua hal yang membuat serat menahan gaya
yaitu :
Perekatan (bonding) antara serat dan matriks (intervarsial bonding)
sangat baik dan kuat. Sehingga tidak mudah lepas dari matriks
(debonding).
Kelangsingan (aspec ratio) yaitu perbandingan antara panjang serat
dengan diameter serat cukup besar.
3
Arah serat penguat menentukan kekutan komposit, arah serat sesuai
dengan arah kekuatan maksimum. Arah serat mempengaruhi jumlah serat yang
dapat diisikan kedalam matrik. Makin cermat penataannya, makin banyak penguat
dapat dimasukkan. Bila sejajar berpeluang sampai 90%, bila separuh-separuh
saling tegak lurus peluangnya 75%, dan tatanan acak hanya berpeluang pengisian
15-50%. Hal tersebut menentukan optimum saat komposit maksimum (Surdia,
1995).
Gambar.2.2. Susunan arah serat acak
2.2.1. Serat Sebagai Penguat
Secara umum dapat dikatakan bahwa fungsi serat adalah sebagai penguat
bahan untuk memperkuat komposit sehingga sifat mekaniknya lebih kaku,
tangguh dan lebih kokoh dibandingkan dengan tanpa serat penguat, selain itu serat
juga menghemat penggunaan resin. Kaku adalah kemampuan dari suatu bahan
untuk menahan perubahan bentuk jika dibebani dengan gaya tertentu dalam
daerah elastis (pada pengujian tarik), tangguh adalah bila pemberian gaya atau
beban yang menyebabkan bahan-bahan tersebut menjadi patah (pada pengujian
tiga titik lentur) dan kokoh adalah kondisi yang diperoleh akibat benturan atau
pukulan serta proses kerja yang mengubah struktur komposit sehingga menjadi
keras (pada pengujian impak) (Nurdin Bukit, 1988). Beberapa syarat untuk dapat
memperkuat matriks antara lain :
1. Mempunyai modulus elastisitas yang tinggi.
2. Kekuatan lentur yang tinggi.
3. Perbedaan kekuatan diameter serat harus relatif sama.
4
4. Mampu menerima perubahan gaya dari matriks dan mampu
menerima gaya yang bekerja padanya.
2.2.2. Serat Alam
Serat alam dapat dapat diperoleh dari tanaman pisang, bambu, nenas,
rosela, kelapa, kenaf, lalang, dan lain-lain. Saat ini, serat alam mulai mendapatkan
perhatian dari para ahli material komposit karena :
1. Serat alam memiliki kekuatan spesifik yang tinggi karena serat alam
memiliki berat jenis yang rendah
2. Serat alam mudah diperoleh dan merupakan sumber daya alam yang
dapat diolah kembali, harganya relatif murah dan tidak beracun.
Jenis-jenis serat dan bahannya yang dapat digunakan sebagai penguat
pada material komposit dapat dilihat pada tabel 2.1.
Tabel 2.1. Klasifikasi material kompositNo Jenis Contoh
1 Komposit Alami Bambu, Kayu, Tulang
2 Komposit buatana. Mikro Kompositb. Makro Komposit
Paduan Logam, Termoplastik.
Tiang beton bertulang, baja, galvanis,
Baling-baling.
(Sumber : Bukit, N, 1988)
Aplikasi dan pemakian bahan komposit yang diperkuat dengan serat
secara luas dipakai dalam bidang-bidang Industri. Hal ini menunjukkan
perkembangan yang pesat dari material komposit. Perkembangan yang pesat ini
menyebabkan penggantian bahan-bahan tradisional dengan bahan-bahan komposit
yang mempunyai sifat lebih unggul. Aplikasi dan pemakaian komposit yang
diperkuat dengan serat ditunjukkan pada tabel 2.2.
Tabel 2.2. Aplikasi dan pemakian bahan komposit yang diperkuat dengan seratNo Industri Contoh Aplikasi
1 Pesawat terbang Sayap, Badan pesawat terbang, Roda pendarat,
Baling-baling helikopter.
5
2 Mobil Bagian badan mobil, bumper, lampu mobil, tempat
duduk, pegas, persneling.
3 Kapal Laut Badan kapal, Dek, Tiang kapal
4 Kimia Pipa, Tangki, selang
5 Listrik Panel, switch, Bahan Isolator
6 Olahraga Tangkai pancing, pemukul golf, kolam renang,ski, sampan
7 Perabot dan perlengkapannya
Panel, Kursi, Meja, Tangga
(sumber : Surdia, T, 1995)
2.2.2. Serat Pinang
Dalam makalah ini, sifat mekanik dari serat diekstrak dari buah pinang
yang ditentukan dan dibandingkan dengan serat alami lain yang dikenal.
Selanjutnya, pinang direndam dalam air selama 4 hari. Proses perendaman itu
digunakan untuk mengendur serat dan serat dapat diekstraksi dengan mudah.
serat pinang itu juga dapat diolah secara kimia untuk meningkatkan sifat mekanik
menggunakan NaOH.
Di antara semua serat alam, pinang tampaknya merupakan bahan yang
menjanjikan karena murah, ketersediaan melimpah dan tanaman yang berpotensial
tinggi. Sekam dari Areca adalah bagian keras berserat meliputi endosperma
tersebut. Ini merupakan 30% - 45% dari total volume buah. Areca adalah serat
kulit yang terdiri dari hemiselulosa.
serat Areca mengandung:
kadar selulose 70,2%,
air 10,92%
abu 6,02%.
Sifat dari serat alami terutama bergantung pada sifat tanaman, wilayah di
mana tumbuh, umur tanaman, dan metode ekstraksi serat.
6
2.3. Matriks
Matriks merupakan bahan yang digunakan untuk mengikat dan
menyatukan penguat tanpa bereaksi secara kimia dengan bahan pengisi tersebut.
Pada mumunya matriks berfungsi sebagai (Hyer,1998):
1. Untuk melindungi komposit dari kerusakan baik kerusakan mekanik
maupun kimiawi.
2. Untuk mengalihkan / meneruskan beban dari luar kepada serat.
3. Sebagai pengikat.
Bahan pengisi yang berfungsi sebagai penguat pada material komposit
dapat berbentuk serat, partikel dan serpihan. Dalam hal ini sebagai pengikat atau
penyatu antara serat dengan serat, partikel dengan partikel dan seterusnya
digunakan matriks.
Secara umum matriks terbagi atas dua kelompok yaitu (Feldman dan
Hartomo,1995):
1. Termoset merupakan bahan yang tidak dapat mencair atau lunak
apabila dipanaskan karena molekul-molekulnya mengalami ikatan
silang (cross linking) sehingga bahan tersebut tidak dapat didaur
ulang kembali.
Contohnya resin epoksi, polyester, urea formaldehyde, phonol
formaldehyde, melamine formaldehyde dan lain-lain.
2. Termoplastik merupakan bahan yang dapat menjadi lunak kembali
apabila dipanaskan dan mengeras apabila didinginkan sehingga
pembentukan dapat dilakukanberulang-ulang karna mempunyai
struktur yang linier.
Contoh termoplastik PVC (poli vinil clorida), FE(Polietilen), PP
(polipropilen), nilon 66, poliamida poliasetal dan lain-lain.
2.3.1. Resin Urea-Formaldehid
Jenis perekat yang digunakan untuk mempengaruhi ketahanan papan
partikel terhadap pengaruh kelembaban, yang selanjutnya menentukan
penggunannya. Ada standart yang mebedakan berdasarkan sipat perekatnya, yaitu
interior dan eksterior. Ada standart yang memakai pengolahan berdasarkan jenis
7
perekat yaitu Tipe U (urea formaldehid atau yang setara), Tipe M (melamin urea
formaldehid atau yang setara) dan Tipe P (phenol formaldehid atau yang setara).
Untuk yang memakai perekat urea formaldehid ada yang membedakan
berdasarkan emisi formaldehid dari papan partikelnya, yaitu yang rendah dan
yang tinggi atau yang rendah, sedang dan tinggi.
Urea adalah zat padat yang mudah larut dalam air dan berbentuk kristal
berwarna putih yang diproduksi dengan mereaksikan bahan amoniak dengan
karbon dioksida pada temperatur dan tekanan tinggi.
Formaldehid adalah suatu bahan kimia dengan rumus umum HCHO.
Formaldehid yang juga disebut metanal yang merupakan aldehida yang berbentuk
gas. Pada suhu normal dan tekanan atmosfer formaldehid berada dalam bentuk
gas yang tidak bewarna yang berbau sangat merangsang, beracun, mudah larut
dalam air dengan berat molekul 30,03. Formaldehid dalam bentuk padat disebut
trioksan yang bentuk polimer ada formaldehid, dengan formaldehid 8-100
unit.Tetapi pada suhu 150oC formaldehid akan terkomposisi menjadi metanol dan
karbon monoksida. Formaldehid dapat dihasilkan dari membakar bahan yang
mengandung karbon, misalnya: asap knalpot kendaraan, kebakaran hutan, asap
tembakau, dan lain-lain (Veloso, 2008).
Senyawa urea berasal dari hasil reaksi formaldehid dengan senyawa amino
yang mengandung senyawa NH2 . Urea-formaldehid tahan sampai suhu 62oC
sehingga lebih mudah pecah atau berubah bentuk pada perlakuan suhu ekstrim.
Perekat urea-formaldehid adalah resin yang paling umum digunakan untuk
pembuatan papan partikel. Biaya yang relatif rendah dan siklus pematangan yang
singkat adalah dua keuntungan perekat ini. Papan yang dihasilkan dengan tipe
resin ini dimaksudkan hanya pada penggunaan interior dan konstruksi lantai
rumah. Resin penol-formaldehid, resin dasar yang sama yang digunakan untuk
kayu lapis kayu lunak, digunakan untuk kebanyakan papan partikel yang
dimaksudkan untuk kegunaan eksterior atau structural. Resin tersebut digunakan
dalam produksi papan biskit, papan partikel untuk pembuatan dek lantai
perumahan,dan untuk produksi dinding sisi papan partikel.
8
Pada tabel berikut dapat dilihat sifat-sifat mekanik dari resin urea
formaldehid dengan pengisi selulosa dalam penggunaannya sebagai bahan
komposit.
Tabel 2.3. Kekuatan tarik, tekan dan lentur bahan polimer.
Resin termoset Kekuatan tarik
(kgf/mm2
)
Perpanjangan(%)
ModulusElastisitas
(kgf/mm2
x102
)
KekuatanTekan
(kgf/mm2
)
KekuatanLentur
(kgf/mm2
)
Resin fenol:Tanpa pengisiDengan seratGelas
4,9-5,63,6-7
1,0-1,50,2
5,2-723,1
7-2112,24
8,4-10,51-12
Resin melamin:Dengan selulosaDengan pengisi
4,9-9,1-
0,6-10-
8,4-9,8-
17,5-30,1-
7-11,2-
Resin urea:Dengan selulosa
4,2-9,1 0,4-1,0 7-10,5 17,5-31 7-11,2
Resin polyester:Dengan serat GelasDengan seratSintetik
17,5-213,1-4,2
0,5-5,0-
5,6-14-
10,5-2114-21
7-287-8,4
Resin epoksi:Dengan pengisiDengan seratGelas
2,8-9,19,8-21
3-64
2,42,1
10,5-17,521-26
9,3-14,714-21
Resin silicon:Dengan seratGelas
2,8-3,5 - - 7-10,5 7-9,8
(Sumber : Surdia Tata, 2000)
Formaldehid merupakan elektrofil, bisa dipakai dalam reaksi substitusi
aromatik elektrofilik dan senyawa aromatik serta dapat mengalami reaksi adisi
elektrofilik dan alkena. Didalam udara bebas formaldehid berada dalam wujud
gas, tetapi juga larut dalam air (kadar larutan 37 % menggunakan merek dagang
formalin atau formol). Dalam air, formaldehid mengalami polimerisasi, sedikit
sekali yang ada dalam bentuk monomer H2 CO. Umumnya, larutan ini
mengandung beberapa persen
methanol untuk membatasi polimerisasinya. Formaldehid menampilkan sifat
kimiawi seperti pada aldehida, senyawa ini juga lebih reaktif daripada aldehida
lainnya.
Formaldehid dapat membentuk trimer siklik, 1,3,5-trioksan atau polimer
linier polioksimetilen. Formasi zat ini menjadikan tingkah laku gas formaldehid
9
berbeda dari hukum gas ideal, terutama dalam tekanan tinggi atau udara dingin.
Formaldehid dapat dioksidasi oksigen atmosfer menjadi asam format.
O
| |
C
H H
Gambar 2.3 Bentuk selulosa dari formaldehid
Secara, industri formaldehid dibuat dari oksidasi katalitik methanol.
Katalis yang paling sering dipakai adalah logam perak atau campuran oksida besi
dan molybdenum serta vanadium. Dalam sistem oksida besi yang lebih sering
dipakai (proses Formox), reaksi methanol dan oksigen terjadi pada 2500
C dan
menghasilkan formaldehid, berdasarkan kimia:
2 CH3 OH + O2 → 2H2 CO + 2H2 O
Katalis yang menggunakan perak biasanya dilakukan dalam hawa yang
lebih panas, kira-kira 6500
C, dalam keadaan seperti ini aka nada dua reaksi kimia
yang menghasilkan formaldehid, yaitu pada persamaan diatas dan kedua adalah
reaksi dehidrogenasi:
CH3 OH → H2 CO + H2
Bila formaldehid ini dioksidasi kembali, dan menghasilkan asam format
yang ada dalam larutan formaldehid dalam kadar ppm
.
2.4. Perendaman
Menurut Kuncoro Diharjo (2006) pada komposit yang diperkuat dengan
serat tanpa perlakuan, maka ikatan (mechanical bonding) antara serat dan matriks
menjadi tidak sempurna karena terhalang oleh lapisan yang menyerupai lilin di
permukaan serat. Perlakuan NaOH ini bertujuan untuk melarutkan lapisan yang
menyerupai lilin di permukaan serat seperti lignin, hemiselulosa, dan kotoran
lainnya. Dengan hilangnya lapisan lilin ini maka ikatan antara serat dan matriks
menjadi lebih kuat, sehingga kekuatan mekanik komposit menjadi lebih tinggi
khususnya kekuatan tarik.
10
Na + O-+
2.4.1. Larutan NaOH
Larutan NaOH merupakan larutan yang bersifat basa dengan kekuatan
sedang. Larutan tersebut bereaksi dengan berbagai asam. Selain untuk
menetralkan sifat asam pada serat nenas, larutan ini sangat berpengaruh terhadap
kekuatan serat. Serat selulosa yang direndam dengan NaOH akan menggembung.
Serat yang menggembung ini tidak mengalami degradasi, tetapi hanya
meningkatkan daya serap dan kekuatan yang lebih baik dibandingkan keadaan
serat semula (Hendrodiyantopo, 1998). Dengan adanya perlakuan ini pada serat,
maka ikatan antara serat dan matriks menjadi lebih kuat, sehingga kerapatan dan
kekuatan pada lembaran lebih tinggi.
Natrium Hidroksida merupakan suatu oksida logam kumpulan 1 dan juga
sebagian ion. Oleh karena itu natrium hidroksida boleh larut dalam air. Apabila
dimasukkan sekeping kertas litmus berwarna merah ke dalam larutan narium
hidroksida maka kertas litmus tersebut berubah warna menjadi warna biru. Ini
menunjukan bahwa larutan yang terhasil bersifat alkali.
Na2O + H2O 2 NaOH
Natrium hidroksida bercerai menghasilkan ion-ion hidroksida dan ion
natrium yang bebas apabila dilarutkan dalam air. Dengan kehadiran ion hidroksida
maka sifat kealkalian suatu larutan alkali dapat ditunjukan. Maka alkali boleh
ditafsirkan sebagai bahan kimia yang menghasilkan ion hidroksida dalam air.
Perlakuan NaOH yang lebih lama dapat menyebabkan
kerusakan pada unsur selulosa. Padahal selulosa itu sendiri sebagai unsur
utama pendukung kekuatan serat. Akibatnya, serat yang dikenai perlakuan alkali
terlalu lama mengalami degradasi kekuatan yang signifikan. Sebagai akibatnya,
komposit yang diperkuat serat dengan perlakuan alkali yang lebih lama memiliki
kekuatan yang lebih rendah.
11
NaOH
2.4.2. Sifat Serat yang Direndam pada Alkali
Meski memiliki banyak kelebihan, serat alam juga mempunyai
kelemahan. Kelemahan serat alam antara lain kekuatannya terhadap beban kejut
rendah, memiliki keandalan rendah, mudah menyerap air, dan tidak tahan suhu
tinggi. Selain itu, kualitas serat alam bervariasi bergantung pada musim, umur,
kondisi tanah, dan lingkungan. Oleh sebab itu, untuk mengatasi kelemahan-
kelemahan itu, serat harus diolah dahulu. Pengolahan serat untuk beberapa jenis
tumbuhan, seperti flax, rami, dan kenaf dapat dilakukan secara alami oleh
mikroba. Tumbuhan terlebih dahulu direndam dalam air selama dua sampai tiga
minggu, bergantung pada kondisi cuaca. Perendaman itu akan memudahkan
pemisahan serat dari pektin, yaitu bagian tumbuhan yang menghubungkan ikatan
serat dengan inti kayu. Proses selanjutnya memisahkan serat dari hemiselulosa
dan lignin dengan perlakuan alkali. Peningkatan kekuatan komposit serat alam
dapat dilakukan dengan 2 cara yaitu dengan memberikan perlakuan kimia serat
atau dengan penambahan coupling agen (Diharjo, 2006). Perlakuan kimia serat
yang sering dilakukan adalah perlakuan alkali seperti NaOH karena harganya
lebih ekonomis. Perlakuan alkali yang dilakukan yaitu dengan melakukan
perendaman serat dengan NaOH sebelum dijadikan sebagai bahan pembuat
komposit. Proses alkali dapat meningkatkan kekasaran permukaan serat. Bahan
kimia sederhana dan efektif untuk perlakuan alkali pada serat adalah NaOH
dengan konsentrasi sebesar 5 %. Setelah itu, dilakukan pembersihan serat dari
lapisan lilin (dewaxing) melalui pembersihan dengan air suling. Tujuannya untuk
memperbaiki interaksi antara serat dan matrik dalam komposit.
2.5. Sifat – sifat Mekanik
Untuk mengetahui sifat sifat mekanik dari suatu bahan harus dilakukan
beberapa pengujian. Masing-masing pengujian memiliki cara yang berbeda-beda
secara umum dapat dikatakan pembebanan secara statik dan pembebanan secara
dinamik. Salah satu faktor penting yang menentukan karakteristik dari komposit
adalah perbandingan matriks dan penguat/serat. Perbandingan ini dapat
ditunjukkan dalam bentuk fraksi volume serat (Vf) atau fraksi berat serat (Wf).
Fraksi volume serat dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut:
12
V f =
W f
ρf
V c
x 100(2.1)
Dengan Vf =fraksi volume serat
Wf = berat serat
Vc = volume komposit
ρf = massa jenis serat
2.5.1. Pengujian Kekuatan Tarik
Pengujian tarik (tensile test) adalah pengujian mekanis secara statis
dengan cara sampel (benda uji) ditarik dengan pembebanan pada kedua ujungnya,
dimana gaya tarik yang diberikan adalah sebesar F (Newton). Tujuannya untuk
mengetahui sifat-sifat mekanik tarik (kekuatan tarik) dari komposit yang diperkuat
serat. Pengujian ini dilakukan dengan kecepatan perpanjangan tetap yang rendah
sekali. Mesin tarik mencatat beban yang diberikan dan perpanjangan dari benda
uji pada suatu grafik.
Apabila benda uji ditarik, maka panjang lo berubah menjadi l0+ Δl pada
beban P, makin besar P maka Δl semakin besar pula. Bentuk diagram pengujian
tarik untuk komposit yang dibuat oleh mesin tarik mempunyai bentuk umum
seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.4. setelah skala sumbu X diubah menjadi
regangan dan skala sumbu Y diubah menjadi tegangan, diagramnya akan tetap
bentuknya.
Tegangan adalah gaya persatuan luas,atau:
σ= P
A0 (2.2)
Regangan adalah perpanjangan per satuan panjang, atau:
ε= Δll0 (2.3)
dimana:
13
σ =tegangan ( N /m2 )ε =regangan ( % )P =kakas ( gaya ) (N )A0 =luas penampang benda uji (m2 )l0 = panjang mula−mula benda uji ( m)Δl = pertambahan panjang (m )
Karena A0 dan l0 merupakan besaran konstan maka bentuk diagram
σ vs ε sama dengan bentuk diagram P vs Δl yang dihasilkan oleh mesin tarik.
Pada permulaan penarikan hubungan antara beban dan perpanjangan atau
tegangan dan regangan mengikuti garis lurus ( diperlihatkan gambar 2.4. ) yaitu
garis OA, selama hubungan tersebut dikatakan mengikuti hukum Hooke,yaitu
perpanjangan Δl berbanding lurus dengan panjang mula-mula l0 dan beban P,
berbanding terbalik dengan penampang mula-mula A0 atau:
Δl = Cl0 P
A0 (2.4)
Atau:
PA0
= Δll0
x1C
Atau: σ = ε E
Dimana 1/C = E adalah modulus elastis yang sama dengan tg dengan
satuan N/mm2.
Grafik menunjukkan bahwa dari bagian awal kurva tegangan – regangan
mulai dari titik O sampai A merupakan daerah elastis, dimana daerah ini berlaku
hukum Hooke. Titik A merupakan batas plastis yang didefenisikan sebagai
tegangan terbesar yang dapat ditahan oleh suatu bahan tanpa mengalami regangan
permanen apabila beban ditiadakan. Dengan demikian, apabila beban ditiadakan
disembarang titik O dan A, kurva akan menelusuri jejaknya kembali dan bahan
yang bersangkutan akan kembali ke panjang awalnya. Titik B merupakan
tegangan tarik maksimum yang masih bisa ditahan oleh bahan. Titik C merupakan
titik putus/patah. Penambahan beban sehingga melampaui titik A akan sangat
14
menambah regangan sampai tercapai titik C dimana bahan menjadi putus. Dari
titik A sampai C dikatakan bahan mengalami deformasi plastis. Jika jarak titik O
dan A besar, maka bahan itu dikatakan kenyal (ductile). Jika pemutusan terjadi
segera setelah melewati batas elastis maka bahan itu dikatakan rapuh.
Tegangan (σ )
B
σ m
σ u C
σ p
O ε ε u ε u Regangan (ε )
Gambar 2.4. Kurva Tegangan – Regangan
Pada daerah antara titik O dan A berlaku hukum Hooke dan besarnya
modulus elastisitas pada daerah ini dapat ditulis dengan persamaan (Keyser,
1990):
E = σε (2.5)
dengan : E adalah modulus elastisitas atau modulus Young
Modulus young adalah ukuran suatu bahan yang diartikan ketahanan
material tersebut terhadap deformasi elastik. Makin besar modulusnya, maka
semakin kecil regangan elastik yang dihasilkan akibat pemberian tegangan
(Pasaribu Robert, 2006).
15
2.5.2. Pengujian Kekuatan Lentur (UFS)
Pengujian kekuatan lentur Ultimated Flexural strength dimaksudkan
untuk mengetahui ketahanan komposit terhadap pembebanan pada tiga titik lentur.
Disamping itu, pengujian ini juga dimaksudkan untuk mengetahui keelastisan
suatu bahan. Pada pengujian ini terhadap sample uji diberikan pembebanan yang
arahnya tegak lurus terhadap arah penguatan serat.
Pembebanan diberikan yaitu pembebanan dengan tiga titik lentur, dengan
titik-titik sebagai bahan berjarak 90 mm dan titik pembebanan diletakkan pada
pertengahan sample.
Persamaan berikut diberikan ini untuk memperoleh kekuatan lentur.
UFS= 3 PL
2 bh2(2.6)
dimana :
UFS = kekuatan lentur (Nm-2)
P = gaya penekan (N)
L = jarak dua penumpu (m)
b = lebar sample (m)
h = tebal sample uji (m)
16