FIBER

PENDAHULUAN

Kalau kita berjalan-jalan di salah satu mal atau plaza, sering ada kios yang menjual berbagai mainan yang aneh-aneh. Dari mulai laba-laba besar yang bisa meluncur turun kalau kita bertepuk tangan sampai berbagai jenis hantu yang bisa melayang-layang atau tertawa. Tetapi kadang ada sebentuk tanaman plastik yang berputar sambil memancarkan cahaya dengan indahnya. Kadang ia hanya terdiri dari helaian-helaian sehalus rambut manusia sehingga mirip rumput. Jika dipegang terasa mirip plastik. Tetapi ia bukan terbuat dari plastik. Fiber-optic, atau serat optik, itulah nama bahan pembuat bahan-bahan tersebut.Untuk lebih jelasnya maka akan di bahas pada bagian selanjutnya.

1.1 Asal Mula Fiber

Fiber diciptakan dari sebuah buntelan dari gelas kecil atau plastic. Buntelan ini membolehkan cahaya untuk masuk tanpa harus bocor. Karena cahaya ini tidak dapat keluar, crystal clear image melewati fiber-optic dari titik awal hingga tujuan dimana mereka dapat dilihat oleh user. Fiber-optic digunakan untuk menciptakan data dan image Internet, image dari internal organ,vocal sound pada telepon, dan lebih dari 80% dari kabel dan image televise satellite. Berdasarkan kejernihan kabel dari fiber-optic, image dan sound dapat berpindah dengan kecepatan tinggi tanpa disimpangkan.

Pada tahun 1880, Alexander Graham Bell mendemonstrasikan bagaimana caha dapat digunakan untuk mentransfer suara ari satu area ke area lain. Walaupun hal ini tidak bekerja hari ini, penemuannya mengatur stage untuk fiber-optic. Beberapa decade berikutnya, set yang pertama dari kabel fiber-optic dikembangkan, walaupun belum dinamakan fiber-optic pada saat itu.

Pada tahun 1930, seorang pelajar asal Jerman yang bernama Heinrich Lamm mendemonstrasikan bagaimana cara menggunakan fiber-optic untuk melatih tubuh bagian dalam. Karena image tidak begitu jelas, ia tidak menerima sebuah paten untuk penemuannya. Pada tahun 1956, term fiber-optic lahir ketika Narinder Kapany menemukan term setelah mengikat beberapa balok gelas. Kemudian ia mendemonstrasikan bahwa batang batang tersebut dapat menghasilkan cahaya tanpa harus bocor.

1.2 KLASIFIKASI FIBER

Fiber optik adalah sebuah kaca murni yang panjang dan tipis serta berdiameter sebesar rambut manusia. Dan dalam pengunaannya beberapa fiber optik dijadikan satu dalam sebuah

tempat yang dinamakan kabel optik dan digunakan untuk mengantarkan data digital yang berupa sinar dalam jarak yang sangat jauh.Core adalah kaca tipis yang merupakan bagian inti dari fiber optik yang dimana pengiriman sinar dilakukan.Cladding adalah materi yang mengelilingi inti yang berfungsi memantulkan sinar kembali ke dalam inti(core).Buffer Coating adalah plastic pelapis yang melindungi fiber dari kerusakan.Jenis nya.Beikut contoh gambarnya

1. Single-mode fibers

serat optik dengan core yang sangat kecil (berdiameter 0.00035 inch atau 9 micron). diameter mendekati panjang gelombang sehingga cahaya yang masuk ke dalamnya tidak terpantul-pantul ke dinding cladding.

2. Multi-mode fibers

serat optik dengan diameter core yang agak besar (berdiameter 0.0025 inch atau 62.5 micron) yang membuat laser di dalamnya akan terpantul-pantul di dinding cladding yang dapat menyebabkan berkurangnya bandwidth dari serat optik jenis ini.contoh gambar

Cara Kerja Fiber Optik

Cara kerja fiber itu yaitu sinyal awal yang berbentuk sinyal listrik pada transmitter diubah oleh transducer elektrooptik (Dioda / Laser Dioda) menjadi gelombang cahaya yang kemudian ditransmisikan melalui kabel serat optik menuju penerima / receiver yang terletak pada ujung lainnya, pada penerima/reciever sinyal optik tadi diubah kembali menjadi sinyal listrik oleh transducer Optoelektronik (Photo Dioda / Avalanche Photo Dioda).Akan tetapi dalam perjalanan sinyal optik dari transmitter menuju reciever akan terjadi redaman cahaya sehingga jika jarak transmisinya jauh maka diperlukan repeater untuk memperkuat sinyal kembali.

1.3 Fiber Sebagai Penguat (Fiber Composites)

Fungsi utama dari serat adalah sebagai penopang kekuatan dari komposit, sehingga tinggi rendahnya kekuatan komposit sangat tergantung dari serat yang digunakan, karena tegangan yang dikenakan pada komposit mulanya diterima oleh matrik akan diteruskan kepada serat, sehingga serat akan menahan beban sampai beban maksimum. Oleh karena itu serat harus mempunyai tegangan tarik dan modulus elastisitas yang lebih tinggi daripada matrik penyusun komposit.

Fiber yang digunakan harus memiliki syarat sebagai berikut :

a) Mempunyai diameter yang lebih kecil dari diameter bulknya (matriksnya) namun harus lebih kuat dari bulknya

b) Harus mempunyai tensile strength yang tinggi

Parameter fiber dalam pembuatan komposit, yaitu sebagai berikut :

Gambar 5. Parameter fiber dalam pembuatan komposit

Proses produksi pada fiber-carbon yaitu sebagai berikut :

1. Open Mold Processa. Hand Lay-Upb. Spray Lay-Upc. Vacuum Bag Mouldingd. Filament Winding

2. Closed Mold Processa. Resin Film Infusionb. Pultrusion

Berdasarkan penempatannya terdapat beberapa tipe serat pada komposit, yaitu :

a) Continuous Fiber Composite Continuous atau uni-directional, mempunyai susunan serat panjang dan lurus, membentuk

lamina diantara matriksnya. Jenis komposit ini paling banyak digunakan. Kekurangan tipe ini adalah lemahnya kekuatan antar antar lapisan. Hal ini dikarenakan kekuatan antar lapisan dipengaruhi oleh matriksnya.

b) Woven Fiber Composite (bi-dirtectional) Komposit ini tidak mudah terpengaruh pemisahan antar lapisan karena susunan seratnya

juga mengikat antar lapisan. Akan tetapi susunan serat memanjangnya yang tidak begitu lurus mengakibatkan kekuatan dan kekakuan tidak sebaik tipe continuous fiber.

c) Discontinuous Fiber Composite (chopped fiber composite) Komposit dengan tipe serat pendek masih dibedakan lagi menjadi :

1) Aligned discontinuous fiber 2) Off-axis aligned discontinuous fiber 3) Randomly oriented discontinuous fiber

Randomly oriented discontinuous fiber merupakan komposit dengan serat pendek yang tersebar secara acak diantara matriksnya. Tipe acak sering digunakan pada produksi dengan volume besar karena faktor biaya manufakturnya yang lebih murah. Kekurangan dari jenis serat acak adalah sifat mekanik yang masih dibawah dari penguatan dengan serat lurus pada jenis serat yang sama.

Gambar 7. Tipe discontinuous fiber

d) Hybrid fiber composite Hybrid fiber composite merupakan komposit gabungan antara tipe serat lurus dengan serat acak. Pertimbangannya supaya dapat mengeliminir kekurangan sifat dari kedua tipe dan dapat menggabungkan kelebihannya.

Jenis fiber yang biasa digunakan untuk pembuatan komposit antara lain sebagai berikut :

a) Fiber-glassSifat-sifat fiber-glass, yaitu sebagai berikut :

1. Density cukup rendah (sekitar 2,55 g/cc)2. Tensile strengthnya cukup tinggi (sekitar 1,8 GPa)3. Biasanya stiffnessnya rendah (70GPa)4. Stabilitas dimensinya baik5. Resisten terhadap panas dan dengin6. Tahan korosi7. Komposisi umum adalah 50-60% SiO2 dan paduan lain yaitu Al, Ca, Mg, Na, dan lain-lain.

Keuntungan dari penggunaan fiber-glass yaitu sebagai berikut :

1. Biaya murah2. Tahan korosi3. Biayanya relatif lebih rendah dari komposit lainnya4. Biasanya digunakan untuk piing, tanks, boats, alat-alat olahraga

Kerugian dari penggunaan fiber-glass yaitu sebagai berikut :

1. Kekuatannya relatif rendah

2. Elongasi tinggi3. Kekuatan dan beratnya sedang (moderate)

Jenis-jenisnya antara lain :

1. E-glass2. C-glass3. S-glass

Tabel 1. Sifat-sifat dari jenis-jenis fiber-glass

Tabel 2. Komposisi senyawa kimia fiber-glass

b) Fiber-nylonSifat-sifat fiber-nylon, yaitu sebagai berikut :

1. Dibuat dari polyamide2. Lebih kuat, lebih ringan, tidak getas dan tidak lebih kaku dari karbon3. Contoh merek nylon yaitu Kevlar (DuPont) dan Kwaron (Akzo)

c) Fiber-carbonSifat-sifat fiber-carbon, yaitu sebagai berikut :

1. Densitas karbon cukup ringan yaitu sekitar 2,3 g/cc.2. Struktur grafit yang digunakan untuk membuat fiber berbentuk seperti kristal intan.

3. Mempunyai karakteristik yang ringan, kekuatan yang sangat tinggi, kekakuan (modulus elastisitas) tinggi.

4. Memisahkan bagian yang bukan karbon melalui proses5. Terdiri dari + 90% karbon6. Dapat dibuat bahan turunan : grafit yang kekuatannya dibawah serat karbon7. Diproduksi dari Polyacrylnitril (PAN), melalui tiga tahap proses, yaitu sebagai berikut :

a. Stabilisasi = Peregangan dan oksidasi.b. Karbonisasi = Pemanasan untuk mengurangi O, H, Nc. Grafitisasi = Meningkatkan modulus elastisitas.

Tabel 3. Kelebihan Versus Kekurangan

Fiber Kelebihan Kekurangan

Fiber-glass 1. Kekuatan tinggi2. Relatif murah

Kurang elastis

Fiber-carbon1. Kuat hingga sangat kuat2. Stiffness(kuat+keras) besar3. Koefisien pemuaian kecil4. Menahan getaran

1. Agak getas2. Nilai peregangan kurang3. Agak mahal

Fiber-graphite 1. Lebih stiffness dari Carbon2. Lebih ulet

Kurang kuat disbanding Carbon

Fiber-nylon(aramid)

1. Agak stiff (kuat+keras) & sangat ulet

2. Tahan terhadap benturan3. Kekuatanya besar (lebih kuat

dari baja)4. Lebih murah dari carbon

1. Kekutan tekan lebih rendah dari carbon

2. Ketahanan panas lebih rendah dari carbon (hingga 180*C)

Hybride Fiber (kombinasi dari berbagai jenis serat)

1) Glass Versus Carbona) Meningkatkan shock resistence (tahan benturan)b) Meningkatkan fracture resistence (tahan patahan/ulet)c) Mengurangi biaya

2) Glass Versus Nylona) Menigkatkan kekuatan tekanb) Memperbaiki pemrosesan (manufaktur)c) Mengurangi biaya

3) Carbon Versus Nylona) Meningkatkan kekuatan tarikb) Meningkatkan kekuatan tekan

c) Meningkatkan kekuatan pada pembengkokan

1.4 Fiber Sebagai Sturktural (Structute Composites)

Komposit struktural dibentuk oleh reinforce- reinforce yang memiliki bentuk lembaran-lembaran. Berdasarkan struktur, komposit dapat dibagi menjadi dua yaitu struktur laminate dan struktur sandwich, ilustrasi dari kedua struktur komposit tersebut dapat dilihat pada Gambar 8.

A b

Gambar 8. Ilustrasi komposit berdasarkan Strukturnya : a. Struktur laminate b. Sandwich panel

1) Laminate Laminate adalah gabungan dari dua atau lebih lamina (satu lembar komposit dengan arah

serat tertentu) yang membentuk elemen struktur secara integral pada komposit. Proses pembentukan lamina ini menjadi laminate dinamakan proses laminai. Sebagai elemen sebuah struktur, lamina yang serat penguatnya searah saja (unidirectional lamina) pada umumnya tidak menguntungkan karena memiliki sifat yang buruk. Untuk itulah struktur

komposit dibuat dalam bentuk laminate yang terdiri dari beberapa macam lamina atau lapisan yang diorientasikan dalam arah yang diinginkan dan digabungkan bersama sebagai sebuah unit struktur. Mikrostruktur lamina dan jenis-jenis dari arah serat dapat dilihat pada gambar dibawah ini :

Gambar 9. Mikrostruktur lamina

Gambar 10. Jenis-jenis dari fiber reinforced composites

Terdapat beberapa lamina, yaitu:

a) Continous fiber laminate, lamina jenis ini mempunyai lamina penyusun dengan serat yang tidak terputus hingga mencapai ujung-ujung lamina. Continous fiber laminate terdiri dari :1. Unidirectional laminate (satu arah), yaitu bentuk laminate dengan tiap lamina mempunyai

arah serat yang sama. Kekuatan terbesar dari komposit lamina ini adalah searah seratnya. 2. Crossplien quasi-isotropoic (silang), lamina ini mempunyai susunan serat yang saling

silang tegak lurus satu sama lain antara lamina.3. Random/woven fiber composite, lamina ini mempunyai susunan serat.

b) Discontinous fiber composite, berbeda dengan jenis sebelumnya maka laminate ini pada masing-masing lamina terdiri dari potongan serat pendek yang terputus dan mempunyai dua jenis yaitu :1. Short Alighned Fiber, potongan serat tersusun dalam arah tertentu, sesuai dengan

keperluan setiap lamina. 2. In-Plane Random Fiber, potongan serat disebarkan secara acak atau arahnya tidak teratur.

2) Sandwich panels

Komposit sandwich merupakan salah satu jenis komposit struktur yang sangat potensial untuk dikembangkan. Komposit sandwich merupakan komposit yang tersusun dari 3 lapisan yang terdiri dari flat composite (metal sheet) sebagai kulit permukaan (skin) serta meterial inti (core) di bagian tengahnya (berada di antaranya). Core yang biasa dipakai adalah core import, seperti polyuretan (PU), polyvynil Clorida (PVC), dan honeycomb.Komposit sandwich dibuat dengan tujuan untuk efisiensi berat yang optimal, namun mempunyai kekakuan dan kekuatan yang tinggi. Sehinggga untuk mendapatkan karakteristik tersebut, pada bagian tengah diantara kedua skin dipasang core.

Komposit sandwich merupakan jenis komposit yang sangat cocok untuk menahan beban lentur, impak, meredam getaran dan suara. Komposit sandwich dibuat untuk mendapatkan struktur yang ringan tetapi mempunyai kekakuan dan kekuatan yang tinggi. Biasanya pemilihan bahan untuk komposit sandwich, syaratnya adalah ringan, tahan panas dan korosi, serta harga juga dipertimbangkan. Dengan menggunakan material inti yang sangat ringan, maka akan dihasilkan komposit yang mempunyai sifat kuat, ringan, dan kaku. Komposit sandwich dapat diaplikasikan sebagai struktural maupun non-struktural bagian internal dan eksternal pada kereta, bus, truk, dan jenis kendaraan yang lainnya.

Gambar 11. Structural composites sandwich panels