1.

2. Hitunglah kekuatan dari komposit yang terbuat dari serat gelas di dalam resin polimer

dengan fraksi volume : (i) 40 dan (ii) 60%, diketahui kekuatan serat dan resin adalah

300 dan 30 MPa, masing-masing

Diketahui : Vf = 40% (i) dan 60% (ii)

: Ef = 300 MPa

: Em = 30 MPa

Ditanya : Ec (i) dan (ii)

Asumsi : isostrain

Jawab :

(i) Fraksi volume serat 40%

(ii) Fraksi volume serat 60%

3.

4.

5. Tentukanlah persamaan rasio beban yang ditanggung serat terhadap matrik (Pf/Pm)

dan serat terhadap komposit (Pf/Pc).

(a) Pf/Pm. Pada kondisi isostrain, berlaku :

Kedua ruas dibagi dengan Pm sehingga :

Karena P = A = EA sehingga persamaan tersebut juga dapat dinyatakan dengan:

Perbandingan luas penampang (Ac/Am) sama dengan perbandingan fraksi volume

(Vc/Vm) dimana fraksi volume komposit adalah 1, dan juga untuk komposit dan

matriks sama (isostrain), sehingga:

Persamaan modulus kekakuan pada kondisi isostrain Ec = EmVm + EfVf dimasukkan

sehingga:

(b) Pf/Pc. Pada kondisi isostrain, berlaku :

Kedua ruas dibagi dengan Pc sehingga :

Karena P = A = EA sehingga persamaan tersebut juga dapat dinyatakan dengan:

Perbandingan luas penampang (Am/Ac) sama dengan fraksi volume matriks (Vm)

dan juga untuk komposit dan matriks sama (isostrain), sehingga:

Persamaan modulus kekakuan pada kondisi isostrain Ec = EmVm + EfVf dimasukkan

sehingga:

Supaya bisa dinyatakan sebagai fungsi dari Ef/Em (untuk menghitung nomor 7),

pembilang dan penyebut ruas kanan dibagi dengan Em

(

)

(

)

6. Hitunglah persentase beban yang ditanggung oleh serat pada soal sebelumnya.

Berikanlah analisis anda untuk no 3 dan 6 ini. Kesimpulan apa yang dapat anda

peroleh?

Diketahui : E serat gelas = 70 Gpa

E serat karbon = 350 Gpa

E matriks epoksi = 3,5 Gpa

Vf (i) = 10%

Vf (ii) = 50 %

Ditanya : Persentase beban yang ditanggung oleh serat (Pf/Pc)

Jawab :

(a) Serat gelas-epoksi 10% Vf

(b) Serat gelas epoksi 50% Vf

( )

(c) Serat karbon-epoksi 10% Vf

( )

(d) Serat karbon-epoksi 50% Vf

( )

Tabel Ringkasan :

Fiberglass - epoxy Serat karbon - epoxy

Vf 10% 68,96% 91,74%

Vf 50% 95,24% 98,23%

Analisis dan Kesimpulan :

7. Dari persamaan yang berhasil anda buat di poin 5 buatlah grafik-grafik Pf/Pc sebagai

fungsi fraksi volume serat (Vf: 0-80%) dengan variasi Ef/Em dari 1, 2, 5, 10, 20, 50

dan 100.

Dapat dilihat bahwa ...

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Pf/

Pc

% Fraksi Volume Serat

Pf/Pc Sebagai Fungsi Dari Vf 1106007804 :: Muhammad Reza Ardian

Ef/Em = 1

Ef/Em = 2

Ef/Em = 5

Ef/Em = 10

Ef/Em = 20

Ef/Em = 50

Ef/Em = 100

8. Untuk menanggung beban tarik, serat gelas dipakai untuk memberikan support

longitudinal terhadap matrik nylon. Diameter serat adalah 20 m dan fraksi

volumenya 45%. Diketahui modulus kekakuan serat gelas 70 000 MPa dan nilon 2800

MPa.

(a) Berapa persen beban yang ditanggung oleh serat gelas?

(b) Berapa tegangan di dalam serat gelas bila tegangan rata-rata komposit adalah 14

MPa?

Diketahui : d serat = 20 m

Vf = 45%

E serat gelas = 70 000 MPa

E nylon = 2800 MPa

Pembebanan longitudinal dengan P=14 MPa

Ditanya : Persen beban yang ditanggung oleh serat gelas (a) dan tegangan di

dalam serat gelas.

Jawab : (a) Persen beban yang ditanggung fiberglass

(b) Tegangan di dalam serat gelas

9. Sebuah material komposit dibuat dengan memasukkan 30 vol% serat karbon

berkekuatan tinggi di dalam matriks polyester. (a) tentukanlah persentase volume

yang dibutuhkan bila serat polietilena dipakai untuk menggantikan serat karbon untuk

mendapatkan modulus yg sama; (b) bandingkanlah modulus spesifik komposit

poliester yang diperkuat serat polietilena dengan komposit poliester berpenguat serat

karbon. Diketahui berat jenis poliester adalah 1.28 Mg/m3 dan modulus poliester

adalah 4.55 Gpa

Diketahui : poliester = 1,28 Mg/m3

E poliester = 4,55 Gpa

Vf = 30%

Ditanya : (a) Vf jika polietilena sebagai serat dan (b) Perbandingan modulus

Spesifik

Asumsi : E serat karbon = 350 Gpa (dari soal nomor 3)

E UHMWPE = 117 Gpa (dari Callister)

serat karbon = 1800 kg/m3

UHMWPE = 970 kg/m3

Jawab : (a)

( ) ( )

( ) ( )

(b)

Modulus spesifiknya lebih besar komposit berpenguat serat karbon dibandingkan

yang berpenguat polietilena, dimana E spesifik komposit serat karbon sebesar 194,4

Gpa sedangkan E spesifik komposit polietilena sebesar 120,6 GPa

10. Sebuah komposit hibrida (campuran) diproduksi dengan cara memperkuat matriks

poliester dengan serat karbon berkekuatan tinggi dan serat Kevlar. Persentase volume

serat karbon adalah dua kali serat kevlar. Jika berat jenis komposit adalah 1.4 Mg/m3,

maka perkirakanlah: (a) persentase volume dari serat karbon, serat kevlar, dan matriks

polyester; (b) persentase berat serat karbon, serat Kevlar dan matriks polyester.

Diketahui berat jenis polyester adalah 1.28 Mg/m3.

Diketahui : poliester 1,28 Mg/m3

komposit 1,4 Mg/ m3

Vf serat karbon = 2 Vf kevlar

Ditanya : (a) persentase volume dan (b) persentase berat serat karbon, kevlar,

dan matriks

Asumsi : serat karbon = 1800 kg/m3 (dari Callister)

kevlar = 1400 kg/m3 (dari Callister)

Jawab :

(a) Persentase volume

(b) Persentase berat