Makalah Fragmentation Test

8/16/2019 Makalah Fragmentation Test

1/22

Tugas Material Komposit B

“FRAGMENTATION TEST”

Oleh :

1. Muhammad Bahtiyar Firdaus 2712100077

2. Arif Imbang Pambudi 2713100032

3. !ry Maghfir!h 271310003"

". Ferdiansyah I#bal $afandi 27131000"0%. $atna &ermastuti 27131000"2

'. Muhammad (u)haimi 27131000"3

7. Anggun *urhayati 27131000%"

+. Ilham $amadhan Putra 27131000,7

,. M Fi#hi -i/riansyah 2713100103

Jurusan Teknik Material an Metalurgi

Fakultas Teknologi Inustri! Institut Teknologi Sepulu" Nopem#er

Sura#a$a

%&'(


2/22

)atar Belakang Tes Fragmentasi

es fragmentasi di/embang/an !leh elly dan ys!n yang meneliti fiber tungsten getas

yang rusa/ /e dalam segmen berlais di dalam matri/s /!m!sit tembaga. (etia sesimen

terdiri satu fiber yang terdaat di dalam /asul di dalam sebuah matri/s !limer. Biasanya

berbentu/ seerti tulang aning 4seerti ui tari/ b!ssss5. Fiber di dalam resin rusa/ selama/enai/an fragmen6fragmen /e)il di l!/asi di mana tegangan a/sial dari fiber men)aai /e/uatan

tensilenya. &al ini membutuh/an sistem resin yang memili/i nilai stress6failure yang tinggi

dariada fibernya. eti/a fibernya rusa/ tegangan tari/ ada l!/asi atahan ber/urang menadi

n!l. -i/arena/an gaya geser yang /!nstan di dalam matri/s tegangan tari/ di dalam fiber

bertambah se)ara linear dari batas a/hir /e un)a/ ada fragmen yang lebih anang. (ema/in

tinggi tegangan a/sial ma/a atahan yang terbentu/ sema/in banya/ ada fiber tai ada

beberaa /asus framen6fragmen tersebut a/an menadi /!nstan /aren anuang fragmen itu

terlalu ende/ untu/ mentransfer tegangan /e dalam fiber untu/ menyebab/an /erusa/an

lainnya.

8ambar 1. iri : (esimen dengan 9umlah /erusa/an Fiber yang Mening/at untu/

Menambah leel $egangan di -alam Matri/s. anan : egangan di dalam Fiber sebagai FungsiP!sisi untu/ leel $egangan $ese/tif.

$ata6rata tegangan geser ada ermu/aan daat digambar/an sebagai beri/ut :

dimana ;f adalah tegangan fiber d adalah diameter fiber dan l ) adalah anang /ritis

fragmen dari fiber.

emudian gaya yang daat ditransfer /e fiber ada arah < dari fiber digambar/an :

/eti/a sesimen dianang/an tegangan tari/ dari fiber ;< bertambah samai men)aai

ultimate strength dari fiber ;


3/22

Fiber ini daat rusa/ ada beberaa titi/ ada batangnya. 9i/a bagian yang rusa/ melebihi

2


4/22

setia f!rm. eta/an di)uring selama semalam dalam temerature /amar. (ili/!n merah

diilih sebagai serat /a)a utih daat dilihat bai/ terhada latar bela/ang ini. 4Cihat

8ambar 3 4b55.

Figure 3: (a) Steel mould for production of silicon forms. (b) A silicon form for specimen

fabrication.

3. Pada setia uung serat berat l!gam 10g terasang dengan /lem l!gam. lem l!gamdilaisi dengan /aret hitam untu/ meluna//an bidang /!nta/ dengan serat.

". eta/an ditemat/an ada ra6tegang set6u di dalam !en untu/ menghindari ergera/an sesimen dan serat dengan b!b!t digambar di atas gulungan dan ditemat/an

dalam bentu/ 4lihat 8ambar "5. Pusat /esetimbangan erlu di/!ntr!l.

Figure 4: Pre-straining set-up. he !eights are fi"ed onto the fiber !ith metallic clamps.

%. eta/an sesimen diisi dengan resin mengguna/an iet. $esin yang ditugn/an

sebai/nya sedi/it berlebih untu/ menyegah teradinya enyusutan /eti/a resin mulai

mengering . Dntu/ resin dengan enyusutan )uring tinggi itu dierlu/an untu/ mengisi)eta/an setelah gel terbentu/.

'. )uring berlangsung sesuai dengan ad?al )uring.


5/22

7. (esimen di/eluar/an dari )eta/an dan di!les ertama dengan /ertas g!s!/ grade 1000

dan /emudian dengan "000 samai transaran dan serat daat dengan elas dilihat

terhada )ahaya.

Figure #: Pol$ester specimen.

1, *re2straining +i#er

Pre6straining fiber selama r!ses embuatan adalah hal yang sangat enting /arena :

1. Fiber glass memili/i strain6t!6failure yang tinggi yang de/at dengan /e/uatan yield dari

banya/ sistem matri/s !limer yang diguna/an dalam /!m!sit dan2. egangan sisa termal /arena resin yang mun)ul menyebab/an regangan te/an di serat

dan dengan demi/ian serat dengan !rientasi memanang harus lebih banya/ untu/

mengatasi hal ini.

(esimen hanya diguna/an untu/ enguian i/a beratnya masih terhubung /e serat ada

a/hir si/lus re6)uring. B!b!t 10 g menyebab/an re6strain se/itar 0'%E untu/ fiber glass

tertentu dengan 1'm dan M!dulus G!ung 7' 8Pa. Dntu/ serat /arb!n dengan diameter rata6rata

+ m dan M!dulus G!ung 320 8Pa menghasil/an 10 g dengan 0'E regangan. *ilai yang sama

uga berla/u untu/ M!dulus G!ung yang lebih tinggi.

Analisis tegangan tari/ satu dimensi yang ditera/an mengarah /e suer!sisi strain dan

stress sebagai beri/ut :

di mana fa/t!r Hf Hm menunu//an fra/si !lume /a)a dan resin. Fra/si ini diabai/an untu/

serat tunggal dalam area )r!ss6se)ti!nal dari " mm2. adalah temerature ruang 4temerature

enguian5 dan ref temeratur referensi dari sesimen di mana serat bebas dari stress. Dntu/ J6

/a)a /!efisien e/sansi termal adalah Kf L %.1


6/22

ditentu/an. Menurut -etassis et al untu/ e!


7/22

Bagian utama dari alat ui terdiri dari ui tari/ )ust!m6made

eralatan yang diran)ang untu/ menari/ /edua uung sesimen erlahan terisah. &al ini

menghasil/an distribusi tegangan tari/ seragam di bagian engu/ur dari sesimen. Aaratus ini

ditemat/an di atas sebuah mea


8/22

1. >6G able yang ditemel/an ada mi/r!s/!. >6G tabel ini memili/i lubang dan

dileta//an di ba?ah sesimen yang berguna untu/ menerus/an sumber )ahaya yang a/an

diguna/an.2. abel fle/sibel yang menghubung/an mesin dengan m!t!r

3. M!t!r dileta//an sedemi/an sehingga /abel hanya sedi/it mengalami bending sehingga

daat memindah/an


9/22

5, *er"itungan Kekuatan 6 Regangan ari Bo7 8ispla$ /Jem#atan 9"eatstone0

Per)!baan ini mengganti/an )!ntr!l dan diran)ang untu/ tida/ mengandung beban sel

untu/ erhitungan /e/uatan sebagai tie tes mini tensile. Dntu/ memer/ira/an /e/uatan dan

/arena regangan ada se)imen mengu/ur regangan di temat/an ada salah satu h!lder.

(elama er)!baan u/uran regangan a/an terindi/asi leel beban ada h!lder yang mana sama

seerti beban ada se)imen. *ilai a/an terlihat ada starain gauge b!


10/22

:, Kali#rasi Jem#atan 9"eatstone

Pen)!)!/an selesai dila/u/an ada mesin instr!n m!del +%32 dengan beban % /*. &!lder dari se)imen daat menerima beban se/itar 1 /*. Perhitungan /ura (tress6strain dari sesimen

e!


11/22

(, *engukuran Regangan paa Spesimen

Pengu/uran yang a/urat terhada regangan ada suatu sesimen dila/u/an melalui

enematan enanda ada sesimen. erdaat dua buah garis yang disertai dengan enanda

ermanen ada bagian tei sesimen atau memberi/an tanda indentasi yang /e)il yang dibuat

dengan alat er/a/as yang )u/u taam 4isau5. ara tersebut dihara/an tida/ merusa/ bagian

sesimen yang di/ha?atir/an a/an menyebab/an /erusa/an lebih a?al. Dntu/ setia leel yang

diteliti gambar er)!baan diambil dan ara/ antara enanda diu/ur setelahnya. Penanda tersebut

seharusnya ditemat/an ada ara/ /urang dari ,mm sehingga enanda tersebut bisa teraga

terhada gambar digital dengan erbesaran !bye/tif se/itar 1'. e/ni/ tersebut memunyai

beberaa manfaat terhada engu/uran regangan ada sesimen : 415 Met!de tersebut

memerlu/an ?a/tu rearasi yang sing/at 425 Penanda memerlu/an ruang yang )u/u 435 tida/

ada nilai batasan terhada regangan ma/simum yang diu/ur 4se)ara n!rmal regangan bisa diu/ur

samai 3E5.

;, Gam#ar engan


12/22

Fen!mena bias ganda tegangan dan regangan ini teradi /arena adanya gaya e/sternal dan atau

def!rmasi a/tif ada material yang tida/ mengalami fen!mena bias ganda se)ara alami.

Misalnya sebuah laisan 4 film5 dan serat 4 fiber 5 yang di!t!ng gelas dan lensa lasti/ yang

terdef!rmasi serta enge)!ran !limer yang terdaat tegangan.

-i area interface !la i/atan menadi terganggu /eti/a teradi sebuah crac&. Area

interface tersebut terdaat tegangan geser dan fri/si!nal yang dibentu/ di dalam matri/s terlihat

adanya ?arna /eti/a )ahaya silang yang di!larisasi/an ditransmisi/an melalui gambar 11 di

ba?ah ini. -i dalam daerah interface /edua serat dan matri/s a/an /elihatan gela yang berarti

mere/a merua/an material yang tida/ mengalami fen!mena bias ganda.

Interpretasi =asil

Penguian fragmentasi serat tunggal memberi/an berbagai /emung/inan untu/ menafsir/an

adhesi ermu/aan antara serat dan matri/s. Peng!lahan data terdiri dari erhitungan arameter

adhesi antar mu/a bai/ dari distribusi fragmen anang dengan mengguna/an ende/atan

/eseimbangan gaya berdasar/an m!del elly6ys!n atau dari engu/uran anang debonding

mengguna/an s/ema /eseimbangan energi. (elanutnya engamatan !ti/ dari bentu/ reta/an di

se/itar area serat yang rusa/ uga memberi/an indi/asi yang bai/ dari erbedaan ada adhesi

serat dan matri/s.

1. *erilaku S-shape

9enis analisis ini men)atat strain matri/s dan umlah serat yang rusa/. Pada strain rendah

tida/ a/an ada serat yang rusa/ samai teradinya regangan /egagalan serat ter)aai. (etelah

serat ertama rusa/ fre/uensi a/an mening/at dan memerlambat r!ses ini hingga

men)aai titi/ enuhnya. (ebuah l!t erila/u ini S-shaped daat dilihat ada 8ambar 12

untu/ membanding/an antara serat /a)a dan /arb!n serat. (eerti ada serat /arb!n yang

sifatnya lebih rauh r!ses fragmentasi a/an mulai lebih a?al.


13/22

8ambar 12. -ensitas atahan *ersus applied strain dari serat +-glass dan serat AS4-,arbon

8ambar 13 menunu//an erila/u yang sama untu/ beberaa enguian yang dila/u/an

ada AFM6$isR untu/ serat +-glass dengan erla/uan ermu/aan yang berbeda dan resin

!liester sebagai matri/s. ura tersebut elas menunu//an m!difi/asi yang su/ses dari

interface antara serat dan matri/s. Strain serat te/an selama r!ses manufa/tur a/an menggeser

/etegangan sesimen di a?al fra/tur dengan nilai6nilai yang sedi/it lebih tinggi.

8ambar 13. S-cur*es yang menunu//an erbedaam enis erla/uan ermu/aan

Dntu/ sistem resin dan r!sedur manufa/tur yang sama timbulnya !nset fragmentasi

serat hanya tergantung ada serat tetai tida/ ada erla/uan ermu/aan i/a 415 serat teri/at

seragam dengan resin dan 425 erla/uan ermu/aan tida/ memengaruhi /e/uatan serat. 8ambar

13 elas menunu//an ergeseran /e fragmentasi !nset dengan i/atan interface yang lemah. &al

ini mendalil/an bah?a adanya debonding serat arsial sebelum fra/tur serat ertama a/an

menghasil/an strain serat yang lebih rendah dan dilanut/an !nset fragmentasi !nset. Area

debonding sebelum fragmentasi daat diamati selama ui fragmentasi tetai me/anisme

erlambatan reta/annya tida/ daat dielas/an. Penurunan /e/uatan serat uga daat diguna/an

sebagai enelasan untu/ ergeseran !nset fragmentasi.

%, *an3ang Fragmentasi

(etelah /eenuhan fragmentasi anang fragmen indiidu diu/ur dengan menaga sesimen

yang diberi beban. 8ambar 1" menunu//an gambar mi/r!s/! /has dengan anang fragmen


14/22

ditunu//an antara dua fiber brea&s. Interretasi dari bentu/ reta/ diberi/an ada bagian

beri/utnya.

8ambar 1". Bagian dari serat fragmen ada matri/s !liester. Area hitam menunu//an adanya

atahan dan anah mengindi/asi/an anang fragmen. 4a5 (ebagai enerima u/uran ermu/aan

serat /a)a 4b5 ermu/aan APJ( yang telah dim!difi/asi.

(ebuah l!t hist!gram seerti ada 8ambar 1% daat diguna/an untu/ memisualisasi/an

distribusi anang fragmen. -alam l!t ini distribusi anang fragmen ditamil/an sebagai

hist!gram untu/ sesimen fiber glass pol$ester dengan erla/uan yang berbeda dan anang

fragmen yang berbeda. &ist!gram adalah )ara yang bai/ untu/ membanding/an hasil distribusi

yang berbeda sehubungan dengan a?al dan nilai a/hir tetai uga distribusi fragmen dalam bins.

8ambar 1%. &ist!gram distribusi dari anang fragmen

nterfacial shear strength S daat dihitung dengan )ara sebagai beri/ut :

τ =σ f (lc )d2lc

dimana σ f adalah /e/uatan serat ada anang /ritis sebagai ealuasi dari enguian

serat tunggal dan statisti/ Neibull d adalah diameter serat dan lc adalah anang fragmen


15/22

/ritis serat. Panang fragmen /ritis dihitung dari rata6rata anang fragmen ĺ !leh

lc=4 /3 ĺ

e/uatan serat σ f itu e/serimen dier!leh hraner dan erlu di/!re/si untu/

anang fragmen /ritis lebih ende/ dengan mengguna/an statisti/ Neibull.

abel 2. Perhitungan shear strength

5, 8istri#usi Kumulati+ 8ari *an3ang Fragmen

ara lain untu/ meren)ana/an inf!rmasi distribusi anang fragmen adalah distribusi

/umulatif seerti yang ditunu//an ada 8ambar 1'. -i sini /ita melihat dua &asil: 415

Pergeseran /ura /e anang fragmen yang lebih tinggi atau lebih rendah yang memberi/an

indi/asi adhesi antara serat dan matri/s dan 425 erubahan dalam bentu/ /umulatif l!t yang

daat disebab/an !leh adhesi yang lebih rendah tetai uga /arena erbedaan ariabilitas

/e/uatan serat.


16/22

8ambar 1'. -istribusi umulatif

:, Bentuk #reak

Bentu/ brea/ serat daat memberi/an indi/asi yang signifi/an dari /e/uatan i/atan antara

serat dan matri/s. (ebuah i/atan yang /uat antara serat dan matri/s sering memer/enal/an

/erusa/an matri/s di daerah se/itar brea/ dan /esenangan antara serat uung6uungnya dari

urutan diameter serat. -engan mening/atnya stres sebagian besar mere/a memerluas tetai

tida/ lebih dari dua /ali mere/a anang ga a?al. -ef!rmasi /e resin sering dimulai dengan

membentu/ bentu/6 di salah satu sisi serat brea/ dan dua yang lebih /e)il di sisi lain. Dntu/

i/atan antarmu/a yang sangat /uat reta/ e/stensif r!agasi dalam matri/s daat teradi dan

uga menyebab/an sesimen /egagalan.


17/22

8ambar 17 I/atan yang /uat antara fiber dan mati/s menyebab/an )ra)/s yang memengaruhi

/e dalam sistem matri/s

Dntu/ sistem antarmu/a yang lemah di sisi lain sebagian besar reta/ serat tida/ merusa/

resin dan menunu//an elebaran segera /esenangan melanggar. !nt!h ini daat dilihat ada

se/tr!s/!i 8ambar 1+. $aman menegas/an bah?a ?ilayah hitam memang h!ll!? )!re

terisah dari tengah di mana beberaa fragmen serat daat terdete/si T1%U. Beberaa /esenangan

ini menadi lebih dari % /ali lebih lebar dari serat diameter dengan embebanan lebih lanut.

8ambar 1+ i/atan yang lemah antara serat dan matri/s hanya menyebab/an sedi/it /erusa/an di

matri/s. serat telah tergelin)ir sehingga memerlebar urang antara uung6uung serat sangat.

(ebelumnya tes ada sifat ma/r!s/!i/ T1'U diidentifi/asi nilai6nilai /e/uatan transersa

30 MPa 4/uat5 dan 1"% MPa 4lemah5 untu/ dua sistem sehingga membenar/an interretasi

i/atan antarmu/a yang /uat dan lemah.

(, Keunggulan Fotoelastik

Penggunaan )ahaya )r!ss6!larised daerah se/itar atahan fiber menunu//an susunan

?arna. &al ini disebut dengan birefringen)e atau !la f!t!elasti/. Fen!men dalam /asus

/!m!sit fiber tunggal disebab/an !leh tegangan geser dan gese/an interfa)ial serta regangan

interfa)e. &al ini daat dilihatbah?a tegagan6tegangan ini mun)ul se)ara simetri di se/irar

atahan fiber yang diamati. -i atas saturasi a/hir dari !la ini /ebanya/an menyentuh satu sama

lain 4lihat gambar 1, 4b5 dan 4)55 yang mana menunu//an bah?a transfer tegangan geser teradi


18/22

di seanang anang fragmen se)ara /eseluruhan. Patahan fiber yang selanutnya /emudian

tida/ disu/ai.

Met!de birefringen)e untu/ menentu/an atahan fiber dibutuh/an /eti/a /arb!n fiber

diguna/an. arena /arb!n fiber ini tida/ transaran hal ini tida/lah mudah untu/ menemu/an

atahnya fiber i/a mere/a atah tida/ menyebar /e daerah se/itar matriona 8e#oning

Dntu/ /!m!sit dengan reinf!r)e fiber salah satu hal yang menadi erhatian adalah

untu/ mengamati deb!nding interfa)ial antara fiber dan matri/s !limeri/. eti/a fiber atah

ada saat tes fragmentasi deb!nding antara fiber dan matri< ter/adang terlihat serenta/

bergantung ada /e/uatan dari i/atan. Dntu/ itu engamatan dari atahan fiber uga merua/an

sebuah )ara untu/ memahami r!ses deb!nding interfa)ial.

P!la birefringen)e telah diguna/an dalam literatur untu/ menentu/an anang deb!nding

ada setia atahan fiber untu/ resin e!/si. (e)ara te!riti/al tegangan geser terbesar dalam

fiber seharusnya ditemu/an de/at uung dari fragmen 4tegangan tari/ sama dengan 05. *amun

aabila sebuah r!ses deb!nding dii/uti dengan atahnya fiber tegangan geser a/an menurun

hingga n!l ada daerah deb!nded. 8ambar 20 membanding/an dua /emung/inan !la

birefringen)e yaitu untu/ atahan fiber tana deb!nding dan atahan fiber dengan deb!nding.


19/22

Perbandinan dengan atau tana beban ada !la birefringen)e enentuan dari anang

daerah deb!nded ditunu//an ada gambar 21. Berdasar/an engamatan im dan *airn briefringen)e di se/itar atahan fiber memili/i dua erbedaan ?arnaV !na ?arna merah ada

interfa)e antara fiber dan matri< de/at dengan ga atahan fiber dan birefringen)e yang lebih

besar di se/itar !na merah. arena tida/ ada embebanan birefringen)e yang lebih besar

menghilang tetai ita ?arna merah yang lebih dalam teta terlihat. Pengarang mengangga

bah?a selama embebanan anang dari daerah deb!nd sama dengan anang dari daerah

?arna merah ada interfa)e seerti yang terlihat ada gambar.

*amun dari engamatan terbaru /ami sendiri /ami mengira bah?a !na deb!nding

seharusnya ada fa/tanya dides/risi/an se)ara berbeda. 8ambar 22 menunu//an erbandingan

!la birefringen)e f!t!elasti/ dan gambar )ahaya utih unut/ sesimen glass fibere!


20/22

Patahan fiber yang lebih lanut saat ini diinestigasi untu/ memberi/an inf!rmasi yang lebih

banya/ seutar anang deb!nding dan dibanding/an dengan m!del analisis untu/ menghitung

anang deb!nding.

(etelah er/embangan atahan deb!nding antara matri< dan fiber daat diamati

dengan dan tana )ahaya ter!larisasi. 8ambar 23 menunu//an ini untu/ /eadaan tana

dibebani. -ari erbandingan dua !la anang deb!nding tida/ elas ada /!ndisi ini.

Inestigasi lebih lanut dari !la birefringen)e sedang dila/u/an saat ini.


21/22

8a+tar *ustaka

Pit/ethly M.9. et al. 6. A round robin programme on interfacial test methods. !m!sites

()ien)e and e)hn!l!gy "+ 20%621"

$i)h M.9. -ral C. . &unst!n -. &!lmes 8. and M)-!n!ugh N.$!und $!bin. 2002.

Assessment /f he Single Fiber Fragmentation est . Pr!)edings !f the Ameri)an (!)ietyf!r !m!sites 17th e)hni)al !nferen)e.

im B. N. and *airn 9. A. 2002. /bser*ations of Fiber Fracture and nterfacial 0ebonding

Phenomena 1sing the Fragmentation est in Single Fiber ,omposites. 9!urnal !f

!m!site Materials 3' 1+2%61+%+.Wh!u >.F. *airn 9.A. Nagner &.-. 1,,,. Fiber-matri" adhesion from the single fiber

composite test: nucleation of interfacial debonding . !m!sites Part A: 30 13+761"00.Nagner &.-. and Wh!u >.6F. 1,,+. A t?in6fiber fragmentati!n e


22/22

esting !ith +mphasis on lass Fibers. $isR *ati!nal Cab!rat!ry $isR6I6211"4J*5.

htt:???.)am.a).u/d!it!mstllib-1mi)r!s)!y.h Polarised light microscop$

Dniersity !f ambridge.Wafeir!!ul!s *.J. Baillie .A. and &!dg/ins!n 9.M. 2002. +ngineering and

characterisation

of the interface in fla" fibrepol$prop$lene composite materials. Part II. he effe)t !fsurfa)e treatments !n the interfa)e. !m!sites Part A 33 11+%611,0.

Documents

Makalah Fragmentation Test