people.utm.my€¦ · ATMA (SP) 01/2005 UNIVERSITI TEKNOLOGI MALAYSIA AKADEMI TENTERA MALAYSIA...

ATMA (SP) 01/2005

UNIVERSITI TEKNOLOGI MALAYSIA AKADEMI TENTERA MALAYSIA

PENGESAHAN STATUS PSM

JUDUL : DETERMINATION OF CFRP PULTRUDED PLATE SHEAR

MODULUS BY ARCAN TEST METHOD

SESI PENGAJIAN: 2005 / 2006

Saya SHAMSUL IZWARI BIN NAWAWI(HURUF BESAR)

mengaku membenarkan Projek Sarjana Muda ini disimpan di Perpustakaan Akademi Tentera Malaysia dan Perpustakaan Universiti Teknologi Malaysia dengan syarat-syarat berikut:

1. Hakmilik PSM adalah di bawah penulis melainkan penulisan sebagai projek bersama dan

dibiayai oleh ATMA, hakmiliknya adalah kepunyaan ATMA dan UTM.

2. Naskah salinan di dalam bentuk kertas atau mikro hanya boleh dibuat dengan kebenaran bertulis daripada penulis.

3. Perpustakaan ATMA dan Universiti Teknologi Malaysia dibenarkan membuat salinan untuk

tujuan pengajian sahaja.

4. PSM hanya bolah diterbitkan dengan kebenaran penulis. Bayaran royalti adalah megikut kadar yang dipersetujui kelak.

5. *Saya membenarkan / tidak membenarkan Perpustakaan ATMA dan UTM membuat salinan

PSM ini sebagai bahan pertukaran di antara institusi pengajian tinggi.

6. **Sila tandakan (√ )

SULIT (Mengandungi maklumat yang berdarjah keselamatan atau kepentingan Malaysia seperti yang termaktub di dalam AKTA RAHSIA RASMI 1972).

TERHAD (Mengandungi maklumat TERHAD yang telah ditentukan oleh

organisasi/badan di mana penyelidikan dijalankan). √ TIDAK TERHAD

(TANDATANGAN PENULIS) (TANDATANGAN PENYELIA) Alamat Tetap: NO, 2A LOT 627, LRG SRI AMAN, EN. SHUKUR B. HJ ABU HASSAN PDG JAWA, 41300 KLANG, SELANGOR DARUL EHSAN. Nama Penyelia

Tarikh: 7 /12/2005 Tarikh: 7/12/ 2005__

CATATAN: * Potong yang tidak berkenaan.

** Jika PSM ini SULIT atau TERHAD, sila lampir surat pihak berkuasa/organisasi berkenaan dengan menyatakan sekali tempoh PSM ini perlu dikelaskan sebagai SULIT atau TERHAD.

Fakulti Kejuruteraan Mekanikal

Universiti Teknologi Malaysia

PENGESAHAN PENYEDIAAN SALINAN E-THESIS

Judul tesis : DETERMINATION OF CFRP PULTRUDED PLATE SHEAR MODULUS BY

ARCAN TEST Ijazah : Sarjana Muda Kejuruteraan Mekanikal Fakulti : Fakulti Kejuruteraan Mekanikal Sesi Pengajian : 2005/2006 Saya SHAMSUL IZWARI BIN NAWAWI (HURUF BESAR)

No Kad Pengenalan N/403477 mengaku telah menyediakan salinan e-thesis sama seperti tesis asal yang

telah diluluskan oleh panel pemeriksa dan mengikut panduan penyediaan Tesis dan Disertasi Elektronik

(TDE), Sekolah Pengajian Siswazah; Universiti Teknologi Malaysia, November 2002. (Tandatangan pelajar) (Tandatangan penyelia sebagai saksi)

Alamat tetap:

NO, 2A LOT 627, LRG SRI AMAN Nama penyelia : EN. SHUKUR B. HJ ABU HASSAN

PDG. JAWA, 41300 KLANG, Fakulti : Fakulti Kejuruteraan

SELANGOR DARUL EHSAN. Mekanikal

Tarikh : 7 /12/2005 Tarikh : 7 /12/2005

DETERMINATION OF CFRP PULTRUDED PLATE

SHEAR MODULUS BY ARCAN TEST METHOD

SHAMSUL IZWARI BIN NAWAWI

Laporan projek ini dikemukakan sebagai memenuhi sebahagian daripada syarat

penganugerahan Ijazah Sarjana Muda Kejuruteraan Mekanikal

Fakulti Kejuruteraan Mekanikal

Akademi Tentera Malaysia

Universiti Teknologi Malaysia

2005/2006

ii

“Saya akui bahawa saya telah membaca karya ini dan pada pandangan saya karya ini

adalah memadai dari skop dan kualiti untuk tujuan penganugerahan Ijazah

Sarjana Muda Kejururuteraan Mekanikal”

Tandatangan : ………………………

Nama Penyelia : ENCIK SHUKUR BIN HJ. ABU HASSAN

Tarikh : ……………………… 7/12/05

iii

“Saya akui ini adalah hasil kerja saya sendiri kecuali nukilan dan ringkasan yang

tiap-tiap satunya telah saya jelaskan sumbernya”

Tandatangan : ………………………

Nama Penulis : SHAMSUL IZWARI BIN NAWAWI

Tarikh : ……………………… 7/12/05

iv

Teristimewa buat ayahbonda tercinta, Nawawai Bin Nordin

dan Zainab Bt Ahmad

serta adik-adik yang disayangi,

Semoga kehiduapan kita sekeluarga sentiasa

dirahmati dan diberkati Allah S.W.T untuk selama-lamanya.

v

PENGHARGAAN

Dengan nama Allah s.w.t yang maha pemurah lagi maha mengasihani. Segala

puji bagi Allah, tuhan sesemta alam. Syukur Alhamdulillah, dengan limpah kurnia dan

keizinanNya dapatlah Projek Sarjana Muda (PSM) ini dilaksanakan dengan jayanya.

Semoga mendapat kebaikan dan pengatahuan kepada semua.

Penulis ingin merakamkan setinggi-tinggi penghargaan ikhlas kepada penyelia

projek, EN. Shukur Bin Hj. Abu Hassan, di atas bimbingan dan panduan yang diberikan

sepanjang tempoh penyelidikan dan kajian ini dijalankan.

Tidak lupa juga ucapan ini untuk Dr. Yob Saed Bin Ismail sebagai pembantu

penyelia projek di atas kerjasama yang diberikan.

Ditujukan juga kepada juruteknik Fakulti Kejuruteraan Mekanikal yang telah

banyak membantu dan kerjasama yang diberikan sepanjang projek ini dijalankan.

Juga tidak dilupakan kepada rakan-rakan yang dikasihi, Fahis, Amar dan Wan

serta kepada sesiapa yang sama ada secara langsung atau tidak lansung membantu dalam

menjayakan projek ini.

Kepada semua, semoga Allah s.w.t memberkati segala usaha sepanjang

perjalanan hidup sehingga akhir hayat.

Shamsul Izwari Nawawi

Disember, 2005

vi

ABSTRAK

CFRP adalah bahan komposit yang terdiri daripada gentian tetulang karbon

dicampur dengan bahan matrik polimer bagi menghasilkan satu bahan polimer komposit

yang mempunyai sifat-sifat mekanikal yang terbaik bagi tujuan tertentu. Dalam

penentuan sifat-sifat mekanikal ricih bahan CFRP terdapat pelbagai kaeadah pengujian

yang boleh digunakan. Dalam tesis ini, penentuan dan perbandingan tegasan ricih, τ, dan

modulus ricih, G, bagi plat CFRP gentian ekarah berorientasi 0º dan 90º secara

pengujian menggunakan Kaedah Pengujian Arcan telah dibuat. Kaedah Pengujian Arcan

telah dibuktikan dapat menghasilkan tegasan ricih tulin di sepanjang tolok [1,2,3,4,5].

Hasil ujian menunjukkan penggunaan Keadah Pengujian Arcan dapat disesuaikan

dengan data rujukan piawai ataupun data ujikaji daripada kaedah-kaedah ujikaji lain.

Plat CFRP berorientasi gentian 90º mencatatkan nilai tegasan dan modulus ricih yang

lebih tinggi berbanding plat CFRP berorientasi gentian 0º. Keseragaman terikan ricih

berlaku pada bahagian tumpuan di mana dapat dilihat pada profil terikan ε+45º dan ε-45º.

Hasil ujian juga menunjukkan keseragaman pengagihan dan keserasian bahan matrik

dengan gentian bagi menghasilkan ikatan antara muka yang baik serta dapat

mempengaruhi kekuatan ricih plat CFRP.

vii

ABSTRACT

CFRP is a composite material consisting of mixture of carbon fiber reinforced

and best polymer matrix material to produce a composite material with best mechanical

properties to be used for certain purposes. In identifying the properties of CFRP

composite material, there are many test method that can be used. This thesis explains the

methods used to compare and determine shear stress, τ, and Shear Modulus, G, for

unidirectional 0º and 90º-oriented CFRP plate under tensile process using Arcan Test

Method. Arcan test method have been proven to be able to produce pure shear stress

along gauge section [1,2,3,4,5]. Experimental result shows that the use of Arcan Test

Method can suit standard reference data or experimental data from other test methods.

CFRP plate that is 90º oriented recorded shear modulus and stress values which were

higher than CFRP plate that is 0º oriented fiber. Shear strain uniformity occurred at

significant section where it can be seen on the strain profile ε+45º and ε-45º. Test result also

show uniform distribution and compatibility of the matrix material with fiber to achieve

good interface effect and better shear strength of CFRP plate.

viii

KANDUNGAN

BAB PERKARA HALAMAN

PENGHARGAAN v

ABSTRAK vi

ABSTRACT vii

KANDUNGAN viii

SENARAI JADUAL xi

SENARAI RAJAH xii

SENARAI SIMBOL xv

SENARAI LAMPIRAN xvi

1 LATAR BELAKANG KAJIAN

1.1 Pengenalan Kepada Permasalahan 1

1.2 Objektif Kajian 2

1.3 Skop Kajian 2

1.4 Metodologi 3

1.5 Perancangan Kajian 4

1.6 Kesimpulan 5

2 GENTIAN KARBON BERMATRIK POLIMER

2.1 Pengenalan Kepada Bahan Komposit 6

2.2 Pengenalan CFRP 7

2.2.1 Gentian Karbon 8

2.3 Bahan Matriks 13

2.3.1 Resin Termoset 14

ix

2.3.1.1 Resin Vinylester 15

2.3.1.2 Resin Epoksi 15

2.3.2 Sifat Mekanikal Bahan Matriks 17

2.3.3 Keretakan-Mikro 18

2.4 Proses Pembuatan Bahan Komposit 20

2.4.1 Proses Penarikan (Pultrusion) 22

2.5 Kekuatan Ricih 24

2.6 Kaedah Ujikaji Ricih 26

2.7 Kesimpulan 27

3 KAJIAN LITERATUR DAN ANALISIS KAEDAH

PENGUJIAN ARCAN

3.1 Pengenalan 28

3.2. Evolusi Rig Pengujian dan Spesimen Arcan 30

3.3 Teori Analisis Tegasan Satah 36

3.4 Analisis Terikan Ricih Terhadap Spesimen 42

3.5 Kesimpulan 46

4 PENYEDIAAN SPESIMEN DAN UJIKAJI

4.1 Pengenalan 47

4.2 Plat CFRP 48

4.3 Geometri Spesimen 49

4.4 Proses Penghasilan Spesimen 50

4.5 Pemasangan Tolok Terikan 53

4.6 Program Pengujian 56

4.7 Jangkaan Keputusan 57

4.8 Rig Pengujian Arcan 57

4.9 Prosedur Ujikaji kaedah Arcan 59

4.10 Peralatan Pengukuran 61

4.11 Kesimpulan 63

x

5 KEPUTUSAN DAN PERBINCANGAN

5.1 Pengenalan 64

5.1.1 Keputusan 64

5.1.2 Perbincangan 65

5.2 Keputusan Ujikaji Sampel Berorientasi 0° 65

5.2.1 Perbincangan Keputusan Ujikaji

Sampel Berorientasi 0° 66

5.2.1.1 Hubungan Tegasan-Terikan Ricih 75

5.2.1.2 Profil Terikan Pada Kawasan Significant 76

5.3 Keputusan Ujikaji Sampel Berorientasi 90º 77

5.3.1 Perbincangan Keputusan Ujikaji

Sampel Berorientasi 90° 78

5.3.1.1 Hubungan Tegasan -Terikan Ricih 87

5.3.1.2 Profil Terikan Pada Kawasan Significant 88

5.4 Contoh Pengiraan 89

5.5 Perbincangan Keseluruhan Ujikaji 92

5.6 Mod Kegagalan 96

5.6.1 Mod Kegagalan Bagi Sampel CFRP

Arah Gentian 0º 96

5.6.2 Mod Kegagalan Bagi Sampel CFRP

Arah Gentian 90º 99

5.7 Kesimpulan 100

6 KESIMPULAN DAN CADANGAN

6.1 Kesimpulan 101

6.2 Masalah-Masalah Yang Dihadapi 103

6.3 Cadangan Kajian Masa Depan 104

RUJUKAN 106

LAMPIRAN A1- E4 109 – 133

xi

SENARAI JADUAL

NO. JADUAL TAJUK HALAMAN

2.1 Sifat mekanikal gentian karbon [12] 12

2.2 Perbandingan sifat-sifat bahan matrik termoset pada

suhu 23 °C [13,14] 14

2.3 Ciri-ciri umum resin epoksi [15] 17

2.4 Kesan proses pembutan terhadap modulus elastik [23] 21

2.5 Sifat mekanikal kesan daripada pemilihan jenis gentian [11] 23

2.6 Data modulus ricih (GPa) bagi gentian ekaarah FRP [20] 26

2.7 Data tegasan ricih (GPa) bagi gentian ekaarah FRP [20] 27

4.1 Progaram ujikaji 48

4.2 Sifat-sifat mekanikal plat CFRP 49

4.3 Spesifikasi tolok terikan rossette 53

5.1 Keputusan ujikaji bagi spesimen (0º) 66

5.2 Data ujikaji CFRP Exchem (A) A001 69

5.3 Data ujikaji CFRP Sika B001 71

5.4 Data ujikaji CFRP Fosroc C001 72

5.5 Data ujikaji Exchem (B) D003 74

5.6 Keputusan ujikaji bagi spesimen (90º) 77

5.7 Data ujikaji CFRP Exchem (A) A903 81

5.8 Data ujikaji CFRP Sika B901 82

5.9 Data ujikaji CFRP Fosroc C902 84

5.10 Data ujikaji CFRP Exchem (B) D902 85

xii

SENARAI RAJAH

NO. RAJAH TAJUK HALAMAN

2.1 Hubungan tegasan tegangan dengan terikan bahan FRP [13] 8

2.2 Contoh gentian karbon berasaskan PAN [12] 9

2.3 Nilai kekuatan dan terikan maksima gentian sebelum gagal [13] 10

2.4 Proses penghasilan gentian karbon menggunakan

PAN dan pitch [12] 11

2.5 Struktur kimia resin vinylester [14] 15

2.6 Struktur Kimia resin Epoksi [13] 16

2.7 Lengkuk tegasan-terikan untuk sistem bahan

matriks yang unggul [15] 18

2.8 Graf tegasan terikan FRP [15] 19

2.9 Lengkuk tegasan terikan bahan matrik [15] 20

2.10 Rajah skematik proses penarikan (pultrusion) [22] 22

2.11 Pergantungan kadar tegasan ricih membujur dan tegasan

ricih bahan matrik di atas isipadu pecahan bagi gentian [21] 25

3.1 Spesimen berbentuk bulatan dengan antisymmetric cut outs [1,18] 30

3.2 Spesimen butterfly yang delikat pada plat aluminium [2] 31

3.3 Alat pengujian yang diubahsuai [3] 32

3.4 Peralatan pengujian Arcan yang diubahsuai [5] 33

3.5 Kesan susunan arah gentian terhadap profil tegasan di sepanjang

kawasan significant menggunakan FEA [5] 33

3.6 Pengukuran profil terikan pada bahagian tengah paksi

spesimen dari pengujian CFRP 0° [5] 34

xiii

3.7 Graf tegasan-terikan ricih ujikaji Arcan ke atas

spesimen CFRP 0º/90° [5] 35

3.8 Kesan perubahan jejari kambi terhadap tegasan ricih

di sepanjang kawasan significant menggunakan FEA [5] 35

3.9 Kesan perubahan sudut α terhadap spesimen butterfly 37

3.10 Purata tegasan normal dan ricih pada

kawasan significant AB pada sudut α [4] 38

3.11 Unsur segitiga ABC 39

3.12 Ubahbentuk elemen kepada ricihan 42

4.1 Plat CFRP bersama nama pengeluar 48

4.2 Geometri spesimen butterfly 49

4.3 Proses pemotongan plat CFRP menggunakan

Mesin Gergaji Automatik 50

4.4 Plat Alumium dijadikan sebagai ‘Guide Plate’ 51

4.5 Proses pemotongan spesimen (bentuk butterfly) 52

4.6 Bentuk akhir spesimen 52

4.7 Orientasi gentian spesimen 53

4.8 Menggesek permukaan spesimen 54

4.9 Pembersihan permukaan 54

4.10 Membina garisan lakaran pada spesimen 55

4.11 Memasang dan melekat tolok terikan rosette 55

4.12 Perekat disapu 56

4.13 Menekan tolok terikan 56

4.14 Contoh spesimen siap untuk diuji 56

4.15 Alat pengujian Arcan [18] 58

4.16 Melekatkan double sided tape (adhasive film) 59

4.17 Melekatkan spacer 59

4.18 Menempatkan pesimen 60

4.19 Pemasangan grip male 60

4.20 Proses mengetatkan rig 60

4.21 Proses memateri tolok terikan 60

xiv

4.22 Pemasangan pemegang grip pada load cell mesin 61

4.23 Pemasangan lengkap rig Arcan pada mesin 61

4.24 Penyediaan lengkap alat pengujian Arcan 62

5.1 Hubungan tegasan-terikan rich bagi kesemua sampel berorientasi 0º 67

5.2 Hubungan tegasan-terikan ricih bagi CFRP A001 70

5.3 Profil terikan yang diukur pada kawasan significant bagi CFRP A001 70

5.4 Hubungan tegasan-terikan ricih bagi CFRP B001 71

5.5 Profil terikan yang diukur pada kawasan significant bagi CFRP B001 72

5.6 Hubungan tegasan-terikan ricih bagi CFRP C001 73

5.7 Profil terikan yang diukur pada kawasan significant bagi CFRP C001 73

5.8 Hubungan tegasan-terikan ricih bagi CFRP D003 74

5.9 Profil terikan yang diukur pada kawasan significant bagi CFRP D003 75

5.10 Hubungan tegasan-terikan ricih bagi kesemua sampel 90° 79

5.11 Hubungan tegasan-terikan ricih bagi CFRP A903 81

5.12 Profil terikan yang diukur pada kawasan significant bagi CFRP A903 82

5.13 Hubungan tegasan-terikan ricih bagi CFRP B901 83

5.14 Profil terikan yang diukur pada kawasan significant bagi CFRP B901 83

5.15 Hubungan tegasan-terikan ricih bagi CFRP C902 84

5.16 Profil terikan yang diukur pada kawasan significant bagi CFRP C902 85

5.17 Hubungan tegasan-terikan ricih bagi CFRP D902 86

5.18 Profil terikan yang diukur pada kawasan significant bagi CFRP D902 86

5.19 Keadaan spesimen 90º gagal (tidak sejajar) bagi spesimen B901 88

5.20 Bulatan Mohr yang dibina berdasarkan terikan utama spesimen B001 90

5.21 Graf perbandingan tegasan ricih setiap jenis plat CFRP 91

5.22 Sampel berorientasikan 0º 94

5.23 Sampel berorientasikan 90º 94

5.24 Graf perbandingan modulus ricih bagi setiap jenis plat CFRP 95

5.25 Keadaan patah (fracture) spesimen 0° bagi sampel C002 97

5.26 Keadaan patah (fracture) spesimen 0° bagi sampel A001 98

5.27 Keadaan patah (fracture) spesimen 90° bagi sampel B902 99

6.1 Jenis-jenis mod kegagalan 102

xv

SENARAI SIMBOL

f - Gentian

m - matriks resin

l - panjang

h - Tebal

W - Pecahan berat

V - Pecahan isipadu

Δ - Perubahan kecil suatu kuantiti

ε - Terikan

G - Modulus ricih

τ - Tegasan ricih

γ - Terikan ricih

σ - tegasan normal

θ - sudut

α - sudut dari paksi menegak

x, y, z - Koordinat rektangular, arah-x, arah-y, arah-z

P - Daya

A - luas

Ao - luas kawasan AB (significant)

E11 - Modulus kekenyalan pada arah gentian 0º.

υ12 - Nisbah Poisson major

σuts - Tegasan muktamad

xvi

SENARAI LAMPIRAN

NO. LAMPIRAN TAJUK HALAMAN

A1 Carta alir kajian 109

A2 Jadual kerja PSM I 110

A2 Jadual kerja PSM II 111

B1 Hubungan modulus gentian karbon dengan bentuk kristalnya 112

B2 Carta alir proses penghasilan gentian karbon

menggunakan PAN dan pitch.[2] 113

B3 Jenis-jenis gentian karbon yang dihasilkan oleh beberapa pengeluar [6] 114

C1 Data ujikaji CFRP Exchem (A) A001 (0º) 115


C3 Data ujikaji CFRP Sika B001 (0º) 117


C5 Data ujikaji CFRP Fosroc C001 (0º) 118


C7 Data ujikaji CFRP Exchem (B) D002 (0º) 119










xvii





D1 Keputusan ujikaji sampel Exchem (A) A002 berorientasi gentian 0º 126

D2 Keputusan ujikaji sampel Sika B002 berorientasi gentian 0º 127

D3 Keputusan ujikaji sampel Fosroc C002 berorientasi gentian 0º 128

D4 Keputusan ujikaji sampel Exchem (B) D002 berorientasi gentian 0º 129

E1 Keputusan ujikaji sampel Exchem (A) berorientasi gentian 90º 130

E2 Keputusan ujikaji sampel Sika berorientasi gentian 90º 131

E3 Keputusan ujikaji sampel Fosroc berorientasi gentian 90º 132

E4 Keputusan ujikaji sampel Exchem (B) berorientasi gentian 90º 133

BAB 1

LATAR BELAKANG KAJIAN

1.1 Pengenalan Kepada Permasalahan

Gentian karbon bertetulangkan polimer (CFRP) yang dihasilkan melalui kaedah

penarikan (pultrusion) sering digunakan di dalam bidang kejuruteraan adalah

berketebalan 1 mm hingga 6.4 mm di mana mempunyai keratan rentas yang seragam.

Bentuk-bentuk yang sering dihasilkan adalah seperti rod, tiub, bentuk ‘T’, bentuk ‘I’ dan

plat. CFRP adalah bahan komposit yang terdiri daripada bahan matrik polimer

diperkuatkan gentian tetulang karbon bagi menghasilkan satu bahan komposit yang

mempunyai sifat-sifat mekanikal yang terbaik bagi tujuan tertentu.

Dalam pada itu, penentuan nilai sifat-sifat bahan komposit adalah merupakan

penting untuk memastikan keadaannya boleh digunakan apabila dikenakan beban dan

tidak gagal pada sesuatu mod kegagalannya. Sistem komposit FRP menunjukkan sifat

bahan yang tidak linear apabila di dalam keadaan ricih kerana kebanyakan FRP berada

dalam keadaan tak isotropi, ortotropi dan tak homogeneus sebagai contoh dalam bentuk

berlapis. Hal ini lebih jelas kelihatan apabila sistem komposit FRP dikenakan beban

pelbagai paksi [10].

2

Dalam penentuan sifat-sifat mekanikal bahan CFRP terdapat pelbagai kaeadah

pengujian yang boleh digunakan. Di dalam tesis ini, menerangkan penentuan nilai

modulus ricih bahan komposit CFRP dengan menggunakan kaedah pengujian Arcan.

1.2 Objektif kajian

Objektif utama kajian ini adalah untuk menentukan sifat ricih bagi bahan plat

CFRP menggunakan kaedah pengujian Arcan. Berikut adalah fokus kajian yang

dilaksanakan.

a) Mendapatkan dan membandingkan nilai tegasan ricih, τ, dan modulus

ricih, G, bagi plat CFRP yang berorientasi 0º dan 90° dihasilkan secara

kaedah pultrusion.

b) Mengkaji mod kegagalan bahan komposit CFRP di bawah beban ricih

tulen.

1.3 Skop kajian

Bagi memastikan objektif kajian ini tercapai, skop kajian perlu ditetapkan.

Berikut adalah kajian yang dijalankan sepanjang penghasilan projek sarjana muda ini:

a) Kajian literatur bagi plat gentian karbon bertetulangkan polimer yang

diproses menggunakan kaedah penarikan.

b) Kajian literatur bagi kaedah pengujian Arcan.

c) Penyedian spesimen.

3

d) Menjalankan ujikaji terhadap spesimen.

e) Menganalisis keputusan yang diperolehi.

f) Menghasilkan laporan kajian.

1.4 Metodologi

Berikut adalah bagi butir-butir metodologi untuk projek ini;

a) Kajian literatur

Kajian literatur adalah merupakan kajian secara am untuk mendapatkan

segala maklumat mengenai kajian yang akan dijalankan. Semua maklumat

adalah berdasarkan buku-buku, jurnal, tesis-tesis yang lepas dan laman web

yang berkenaan mengenai projek kajian ini. Pertama sekali kajian umum

mengenai bahan komposit yang digunakan iaitu plat gentian karbon

bertetulangkan polimer (CFRP) yang melalui proses penarikan dibuat.

Disamping itu juga penyelidikan mengenai sifat bahan serta mekanisma

kegagalan bahan komposit tersebut dilakukan. Dalam pada itu juga kajian

umum mengenai kaedah pengujian Arcan turut dilakukan. Segala

pemahaman mengenai kaedah serta formula yang digunakan bagi ujian

tersebut turut diketahui.

b) Penyediaan alat ujikaji

Selepas kajian literatur dilakukan, kajian mengenai penggunaan alat kaedah

pengujian Arcan dan penyedian alat semasa ujikaji turut difahami.

c) Mengenal pasti masalah serta penyelasaian

Segala masalah yang timbul semasa kajian dan ujikaji dijalankan dibincang

bersama dengan serta penyelia projek dan beberapa pensyarah.

4

d) Penyediaan dan menguji spesimen

Setelah selesai mengenal pasti masalah dan penyedian alat ujikaji, spesimen

dihasilkan dengan mengikut geometri dan ukuran yang telah ditetapkan.

e) Memperolehi dan menganalisis data

Data yang diperolehi semasa pengukuran ujikaji dianalisis untuk

mendapatkan nilai-nilai parameter yang dikehedaki dalam projek ini. Dalam

pada itu, mengkaji mod kegagalan dilakukan dengan melihat mod kegagalan

yang berlaku hasil daripada ujikaji.

f) Penulisan laporan

Segala keputusan yang diperolehi daripada eksperimen yang dijalankan,

dirumus dan dibincangkan dalam bentuk penulisan laporan. Disamping itu

juga perbandingan keputusan ujikaji dengan penyelidikan yang lepas perlu

dilihat dan dibincang serta dimasukkan kedalam laporan tersebut.

1.5 Perancangan Kajian

Perancangan amat penting dalam proses perlaksanaan sesuatu kajian. Dengan

adanya perancangan, kajian terhadap penentuan nilai modulus ricih bahan komposit

CFRP dengan menggunakan kaedah pengujian Arcan dapat dibuat mengikut langkah-

langkah yang ditetapkan. Carta alir kajian dipamerkan pada Lampiran A1. Jadual

perancangan projek dalam bentuk Carta Gantt dilampirkan pada Lampiran A2 dan

Lampiran A3.

5

1.6 Kesimpulan

Bab ini menjelaskan tujuan kajian ini dijalankan, iaitu untuk menyelesaikan

masalah keperluan ujikaji ricihan terhadap bahan komposit plat CFRP menggunakan

kaedah pengujian Arcan. Kajian ini juga memungkinkan penentuan sifat ricihan sesuatu

bahan komposit CFRP penting bagi keperluan semasa di mana banyak komponen

kejuruteraan dapat dihasilkan.

Skop kajian melibatkan kajian literatur terhadap bahan komposit plat CFRP yang

dihasilkan dengan kaedah penarikan serta kajian terhadap kaedah pengujian Arcan.

Pengujian Arcan melibatkan penyediaan spesimen, menjalankan ujikaji dan

menganaslisis data serta keputusan yang diperolehi. Secara amnya, objektif kajian

adalah untuk membandingkan nilai tegasan ricih, τ, dan modulus ricih, G, bagi plat

CFRP yang berlainan orientasi. Selaian daripada itu, mod kegagalan bahan komposit

CFRP di bawah beban ricih tulin turut dikaji.

BAB 2

GENTIAN KARBON BERMATRIK POLIMER

2.1 Pengenalan Kepada Bahan Komposit

Komposit boleh definasikan sebagai bahan pepejal yang dihasilkan daripada

gabungan dua atau lebih bahan menjadi bahan yang berlainan untuk memperolehi ciri

atau sifat yang lebih baik yang berlainan dari sifat bahan asalnya. Secara pratikalnya,

komposit menganduangi dua bahan yang dipanggil bahan matrik dan unsur tambahan

atau gentian. Pada amnya terdapat pelbagai jenis komposit dan boleh diklasifikasikan

kepada tiga kumpulan utama iaitu:

a) Komposit Bermatriks Polimer (Polymer Matrix Composite – PMC).

Jenis komposit ini paling meluas penggunaannya di dalam industri. Juga

dikenali sebagai sebagai FRP – Fiber Reinforced Polymers/Plastics.

Komposit ini diperkuat dengan gentian seperti kaca, karbon dan aramid.

b) Komposit Bermatrik Logam (Metal Matrix Composite – MMC)

Dibangunkan di dalam industri automatif, ruang angkasa, bidang

ketenteraan dan sukan iaitu dalam menghasilkan komponen atau peralatan

yang ringan, kekerasan dan kekuatan tinggi serta dapat mengekalkan

kekuatan pada suhu yang lebih tinggi berbanding keupayaan logam asal.

Logam yang sering digunakan sebagai bahan matriks ialah logam mulur

seperti aluminium, magnesim, nikel dan kuprum manakala diantara bahan

7

yang digunakan sebagai gentian pula ialah seramik seperti silikon karbida,

alumina dan grafit.

c) Komposit Bermatrik Seramik( Ceramic Matrix Composite – CMC)

Digunakan dalam persekitaran yang bersuhu tinggi, komposit ini

menggunakan bahan seramik sebagai matrik dan diperkuat dengan gentian

pendek atau berbentuk partikel yang diperbuat daripada silikon karbida dan

boron nitrida.

Secara amanya bahan matriks merupakan bahan yang bersifat lebih mulur dan

kurang kuat, manakala bahan gentian pula terdiri bahan yang keras dan rapuh. Dalam

keadaan asal sebelum kedua-dua bahan ini digabungkan, bahan matriks adalah kuat dan

tidak dapat menanggung beban yang tinggi, manakala bahan gentian pula merupakan

bahan yang rapuh dan ianya mudah patah atau gagal apabila dikenakan beban. Walau

bagaimanapun setelah kedua-dua bahan ini digabungkan suatu bahan komposit akan

terhasil yang menggabungkan kedua-dua sifat bahan tersebut. Komposit yang dihasilkan

bukan sahaja mempunyai sifat mekanik yang lebih baik malahan juga sifat kimia, sifat

terma dan pelbagai sifat lain turut diperbaiki.

2.2 Pengenalan FRP

FRP adalah singkatan daripada perkataan Fiber-Reinfoced Polimer di mana

merupakan sejenis bahan komposit yang mengandungi rangkaian yang bertetulangkan

gentian (fiber) di dalam bahan matrik polimer samaada termoplastik ataupun termoset.

Selain daripada kedua-dua bahan tersebut terdapat bahan lain yang tidak begitu penting

dalam unsur-unsur komposit iaitu bahan pengisi (filler) dan bahan pewarna (pigmen).

Bahan seperti kaca, aramid dan karbon mempunyai nilai kekuatan tegangan dan

mampatan yang tinggi dalam bentuk pepejal di mana sifat-sifatnya tidak begitu jelas. Ini

8

merujuk kepada kajian bahawa apabila mengalami tegangan, calar pada permukaan

(random surface flaws) akan menyebabkan setiap bahan menjadi retak dan gagal di

bawah nilai teori nilai titik retakan.

Bahan matrik seperti epoksi dan vinylester digabungkan dan diperkuat dengan

bahan gentian seperti kaca, karbon dan aramid menghasilkan satu sifat kekuatan,

kekakuan, kelesuan yang lebih tinggi dari bahan asalnya. Bahan FRP juga bersifat linear

bagi lengkuk tegasan-terikan untuk gagal. Hubungan ini boleh dilihat melalui bahan

matrik, gentian dan bahan komposit seperti Rajah 2.1.

Rajah 2.1: Hubungan tegasan tegangan dengan terikan bahan FRP [13]

Kajian ini hanya memfokuskan FRP yang menggunakan karbon sebagai gentian

manakala epoksi dan vinylester sebagai bahan matrik yang dikenali sebagai CFRP.

2.2.1 Gentian Karbon

Gentian adalah merupakan bahan utama dalam komposit yang memerlukan sifat-

sifat fizikal dan mekanikal yang dikehendaki oleh sesuatu komposisi komposit tersebut.

9

Gentian mempunyai pelbagai bentuk dan keratan rentas seperti bulat, segitiga, ribon dan

lain-lain lagi. Saiz gentian pula kebiasaannya bersaiz antara 0.003mm hingga 0.02mm.

Semakin besar saiz gentian itu maka kebolehlenturannya akan berkurangan. Rajah 2.2

menunjukkan gentian karbon yang sering digunakan dalam perindustrian komposit.

Rajah 2.2: Contoh gentian karbon berasaskan PAN [12]

Bahan komposit bergentian karbon dengan polimer sebagai bahan matriknya

banyak diguna dan dijadikan pelbagi jenis komponen seperti dalam bidang automatif,

aero angkasa, penghasilan alatan sukan dan lain-lain lagi. Hal ini adalah kerana sifat

bahannya yang mempunyai nilai kekuatan dan modulus yang tinggi serta berketumpatan

rendah.

Gentian karbon merujuk kepada gentian yang mempunyai sekurang-kurangnya

92 % kandungan karbon dalam komposisi komposit. Gentian karbon wujud dalam

bentuk pendek dan panjang berterusan. Dari segi strukturnya pula boleh wujud dalam

bentuk crystalline, amorphous atau separa crystalline. Setiap struktur yang berbeza

mempunyai sifat-sifat mekanikal dan fizikal yang berbeza. Lampiran B1 menunjukkan

hubungan antara saiz dan orientasi crystal dengan modulus gentian karbon. Semakin

besar saiz crystal semakin tinggi nilai modulusnya. Rajah 2.3 menunjukkan

perbandingan nilai kekuatan dan terikan maksima antara gentian karbon dengan gentian

yang lain. Kecerunan setiap garisan menunjukkan kekakuan (modulus) gentian.

10

Rajah 2.3: Nilai kekuatan dan terikan maksima gentian sebelum gagal [13]

Biasanya, sifat-sifat mekanikal bagi gentian karbon bergantung kepada sifat

matrik, susunan arah gentian, nisbah campuran di antara gentian dan matrik serta kaedah

pembuatannya. Terdapat 3 jenis gred yang biasa digunakan iaitu polyacrylonitrile (PAN)

atau serabut tiruan, pitch dan staple rayon fibre.

Bagi PAN, proses penghasilan sumber ini adalah dengan memanaskan bahan

organik di bawah tegangan untuk menstabilkan struktur molekul pada suhu 920K ke

1140K. Pada suhu ini bahan bukan karbon contohnya oksigen, nitrogen dan hidrogen

akan terbebas meninggalkan gentian dengan kandungan karbon yang tinggi. Gentian

untuk gred ini mempunyai sifat kekuatan yang tinggi tetapi mempunyai nilai modulus

Young yang sederhana.

Satu lagi gred bagi gentian karbon yang menghasilkan nilai modulus yang tinggi

adalah jenis pitch. Untuk menghasilkan pitch ini, bahan pitch petroleum akan ditukar

kepada cecair sebelum diproses ke dalam bentuk gentian. Bahan pitch daripada

petroleum ini adalah lebih murah jika dibandingkan dengan gred petroleum yang lain.

Gentian karbon yang terhasil daripada pitch petroleum ini mempunyai nilai modulus

11

yang tinggi tetapi mempunyai kekuatan yang lebih rendah jika dibandingkan dengan

gred PAN.

Gentian karbon dapat dihasilkan dengan 2 jenis bahan permulaan (precursors)

iaitu textile precursors dan pitch precursors. PAN sering digunakan bagi menghasilkan

gentian karbon dengan kaedah textile precursors. Rajah 2.4 menunjukkan urutan proses

penghasilan gentian karbon dengan menggunakan kedua-dua bahan tersebut. Lampiran

B2 pula menunjukkan carta alir proses penghasilan gentian karbon menggunakan PAN

dan pitch.

Rajah 2.4: Proses penghasilan gentian karbon menggunakan PAN dan pitch [12]

Gentian karbon juga dapat dikategorikan dalam 3 kategori iaitu general-purpose

(GP), high performance (HP) dan activated carbon fiber (AFC). Bagi gentian karbon GP

ianya mempunyai struktur amorphous dan isotropik, kekuatan dan modulus tegangan

rendah. Manakala bagi gentian karbon HP pula mempunyai nilai modulus dan kekuatan

yang lebih tinggi daripada gentian karbon GP.

12

Gentian karbon juga dapat dikelaskan mengikut sifat-sifat mekanikalnya iaitu

kekuatan tegangan dan modulus. Jadual 2.1 menunjukkan pengkelasan gentian karbon

mengikut sifat-siafat mekanikalnya.

Jadual 2.1: Sifat mekanikal gentian karbon [12]

Sifat Kekuatan

Tinggi (HT)

Modulus

Tinggi (HM)

Modulus Ultra-

Tinggi (UHM)

Ketebalan (g/cm3) 1.8 1.9 2.0 – 2.1

Modulus Young (GPa) 230 370 520 – 620

Kekuatan Tegangan (GPa) 2.48 1.79 1.03 – 1.31

Pemanjangan Tegangan (%) 1.1 0.5 0.2

Lampiran B3 menunjukkan pelbagai jenis gentian yang dihasilkan oleh beberapa

pengeluar.

2.3 Bahan Matriks

Secara umumnya, gentian kurang berguna kecuali apabila ianya digabungkan

membentuk sesuatu unsur struktur yang boleh menanggung beban. Bahan pengikat

tersebut kebiasaannya dipanggil matriks. Ia berfungsi sebagai bahan pengikat dan

penghantaran tegasan pada bahan gentian yang digunakan dalam komposit. Sesuatu

bahan matriks mestilah mempunyai nilai modulus sekurang-kurangnya 3 GPa untuk

memperolehi tegasan yang optimum dan modulus ricih yang mencukupi untuk

menghalang daripada berlakunya ledingan semasa beban mampatan dikenakan kepada

bahan komposit. Untuk memperolehi fasa pengikatan yang baik antara bahan matriks

dengan gentian, pembasahan yang sempurna oleh bahan matriks perlu dihasilkan supaya

interaksi yang baik (integrasi) wujud antara bahan matriks dengan gentian dan

seterusnya menghasilkan kekuatan interlamina yang baik. Fungsi bahan matriks adalah

seperti berikut:

13

a) Memindahkan tegasan seragam yang dikenakan kepada bahan gentian.

Disamping itu ia berupaya mengagihkan beban yang dikenakan kepada bahan

gentian.

b) Mengawal gentian daripada kerosakan oleh kesan persekitaran seperti haba

dan lembapan. Contoh bahan matriks yang mengalami kakisan lembapan

adalah gentian kaca dan polyester.

c) Mengikat gentian bagi menghasilkan kekuatan antara muka (layer) dan

antara gentian.

Dalam memilih bahan matriks yang sesuai bagi pencampuran dengan bahan

gentian terdapat beberapa faktor yang perlu dipertimbangkan antaranya ialah:

a) Kesesuaian antara bahan matriks dan bahan gentian kerana akan menentukan

kekuatan antara muka kedua-duanya.

b) Kemampuan bahan matrik untuk meresap kedalam gentian sebagai pengisi.

c) Peratus pengecutan setelah mengalami proses rawatan haba.

d) Kemudahan fabrikasi dan pemprosesan.

e) Keperluan penggunaan seperti julat suhu dan rintangan terhadap bahan

pelarut.

Dalam komposit matriks polimer, bahan matriks polimer yang digunakan boleh

samaada bahan polimer termoset, polimer termoplastik ataupun elastomer. Pengunaan

polimer termoset sebagai bahan matriks boleh memberikan sifat ketahanan suhu yang

baik. Ini adalah kerana sifat polimer jenis ini tidak peka kepada haba. Di antara contoh

polimer jenis termoset yang sering dipilih termasuklah epoksi, poliester, fenolik dan

poliamida. Manakala contoh polimer jenis termoplastik yang digunakan termasuklah

polikarbonat, nilon, polietilena dan polipropilena.

14

2.3.1 Resin Termoset

Resin termoset adalah molekul telechelic oligomers yang ringan dimana

mempunyai kelikatan yang medium yang memerlukan agen pengeras apabila digunakan

sebagai bahan matriks dan tidak boleh dikitar semula. Proses pengerasan ini adalah

proses pempolimeran kondensasi di mana hasil sampingan seperti air diperolehi selepas

tindak balas kimia selesai. Terdapat beberapa jenis resin termoset yang sering digunakan

bersama gentian karbon iaitu resin epoksi, vinylester dan resin polyester. Antara resin

termoset yang lain adalah phenolic furane dan resin silicon. Jadual 2.2 menunjukkan

perbandingan sifat-sifat mekanikal antara resin epoksi, vinylester dan resin polyester.

Jadual 2.2: Perbandingan sifat-sifat bahan matrik termoset pada suhu 23 °C [13,14]

Sifat Polyester Vinylester Epoksi

Kekuatan Tegangan (MPa) 34.5 – 103.5 70.0 – 85.0 55.0 – 130.0

Modulus Young (GPa) 2.1 – 4.1 3.3 2.8 – 4.1

Kekuatan Lenturan (MPa) 110 - 140 110 – 130 90 - 130

Pemanjangan (%) 0.9 – 2.6 1.0 – 4.0 1.0 – 3.5

Pemulihan atau penyembuhan adalah istilah yang digunakan untuk proses

pengerasan resin cair, ia biasanya dimulakan dengan mencampurkan bahan pemangkin

(catalyst) dalam kuantiti tertentu ke dalam resin, yang mana bahan ini bertindak agen

pengeras. Bagi mempercepat proses pemulihan ini, biasanya suhu tindakbalas perlu

ditingkatkan. Bahan pemangkin adalah biasanya sebatian organik peroxide dan

dibekalkan dalam bentuk cecair dengan kepekatan tertentu.

15

2.3.1.1 Resin Vinylester

Resin jenis ini mempunyai struktur molekul yang hampir sama dengan poliester

tetapi kedudukan molekul-molekulnya adalah berbeza. Resin jenis ini adalah kukuh

berbanding dengan polyester kerana rantaian molekul ini berupaya menyerap hentakan.

Molekul resin ini turut mengandungi kumpulan ester yang menyebabkan resin ini

mempunyai ketahanan yang baik terhadap penurunan (degradation) air melalui proses

hidrolisis. Rajah 2.5 menunjukkan struktur kimia bagi resin vinylester. Kelebihan ini

digunakan dalam industri marin sebagai lapisan pelindung (coating agent) yang

menghalang air menyerap masuk ke dalam lapisan komposit badan bot.

Rajah 2.5: Struktur kimia resin vinylester [14]

2.3.1.2 Resin Epoksi

Resin Epoksi merupakan hasilan daripada mengkondensasikan bahan

epichloroydrin dan bisphonel A yang mengeras diakibatkan oleh ikatan silang yang

terhasil melalui tindakbalas dengan pelbagai jenis bahan pengeras. Bahan pengeras ini

bertindakbalas secara catalyst atau terlibat secara lansung untuk menghasilkan ikatan

silang apabila tindakbalas kimia berlaku. Rajah 2.6 munjukkan struktur kimia resin

epoksi.

16

Resin epoksi mempunyai prestasi yang sangat baik berbanding resin-resin

polyester dan vinylester. Resin epoksi merupakan resin yang lebih mahal berbanding

dengan resin polyester tetapi ianya masih digunakan kerana mempunyai sifat-sifat

mekanikal yang lebih baik daripada resin polyster seperti ketahanan kimia, kekuatan

mekanik dan rintangan terhadap elektirk. Epoksi mempunyai sifat mekanikal dan

elektrik yang sangat baik, dimensinya stabil, mempunyai perekat yang kuat dan dapat

merintangi haba serta bahan kimia dengan baik.

Rajah 2.6: Struktur Kimia resin Epoksi [13]

Dalam sistem matriks yang biasa digunakan adalah bahan amine dan asid

anhydrides dan kuantitinya adalah di antara 1% hingga melebihi 50% daripada resin

yang dipulihkan bergantung kepada sistem dan bahan pengeras yang digunakan. Pada

kebiasaannya proses pemulihan dilakukan pada suhu bilik atau pada keadaan suhu yang

lebih tinggi di mana bergantung kepada jenis bahan pengeras yang digunakan. Jadual

2.3 menujukkan ciri-ciri resin untuk digunakan dalam penglaminat tekanan rendah di

mana julat tekanan antara 0 - 1.4 MN/m2.

Pengunaannya yang lazim adalah untuk membuat komponen elektrik yang

memerlukan kekuatan dan penebatan yang tinggi, alatan, acuan dan perekat. Epoksi

bertetulang gentian mempunyai sifat mekanikal yang baik dan digunakan sebagai bahan

untuk membuat benjana tekanan, penutup motor roket, tangki dan struktur-struktur

komponen kejuruteraan. Antara sebab-sebab lain resin epoksi dijadikan pilihan sebagai

bahan matriks dalam bahan komposit bergentian karbon ialah:

17

a) Mempunyai kadar rayapan yang lebih rendah berbanding dengan resin matrik

yang berasaskan polimer termoplastik.

b) Mempunyai rintangan terhadap kelembapan yang baik.

c) Mengalami pengecutan yang rendah semasa proses pengawetan.

Jadual 2.3: Ciri-ciri umum resin epoksi [15]

Ciri-ciri Nilai

Graviti tentu 1.1 – 1.4

Kekerasan (Rockness M) 100 – 115

Kekuatan tegangan (MPa) 35 – 100

Kekuatan mampatan (MPa) 100 – 200

Kekuatan hentaman (Charpy, 3mm thick spesimen)(KJ/m2) 30 -70

Modulus young (GPa) 3 -6

Nisbah poisson 0.38 – 0.4

Pekali kekonduksian haba (W/m °C) 0.1

Kadar serapan air 24 jam pada suhu 200 °C 0.1 – 0.4%

2.3.2 Sifat Mekanikal Bahan Matriks

Rajah 2.7 menunjukkan lengkung tegasan-terikan untuk bahan matrik yang

unggul. Lengkung tersebut menunjukkan nilai kekuatan muktamad yang tinggi, nilai

kekakuan yang tinggi (cerun lengkung yang agak mendatar) dan nilai terikan yang tinggi

sebelum gagal. Ini bermakna, kebanyakan jenis resin mempunyai nilai kekakuan yang

baik tetapi pada masa yang sama tidak akan mengalami patah rapuh kerana bahan

polimer yang menunjukkan sifat kemuluran (ductility).

18

Rajah 2.7: Lengkuk tegasan-terikan untuk sistem bahan matriks yang unggul [15]

2.3.3 Keretakan Mikro

Kekuatan sesuatu laminat dilihat sebagai berapa beban yang boleh ditanggung

sebelum ia gagal sepenuhnya. Kekuatan muktamad atau alah adalah satu titik di mana

bahan matrik dan tetulang gentian memperlihatkan kegagalan sepenuhnya.

Walaubagaimanapun, sebelum tahap kekuatan muktamad ini dicapai, laminat

selalunya akan mencapai tahap tegasan di mana resin akan mula retak daripada tetulang

yang tidak selari dengan beban yang dikenakan. Keretakan ini akan tersebar melalui

bahan matrik. Keadaan ini dikenali sebagai keratakan mikro melintang (transverse

micro-cracking) dan walaupun laminat tidak gagal sepenuhnya pada titik tersebut tetapi

proses gagal sudahpun bermula. Rajah 2.8 menunjukkan keratakan mikro FRP mula

berlaku pada satu nilai terikan sebelum ia gagal sepenuhnya.

19

Rajah 2.8: Graf tegasan terikan FRP [15]

Tahap terikan yang mampu dicapai laminat sebelum keretakan mikro bergantung

kepada kekuatan dan sifat perekat pada bahan matrik. Untuk sesuatu bahan matrik rapuh

seperti polyester, titik ini terjadi sebelum kegagalan laminat berlaku dan seterusnya

menghadkan nilai terikan yang boleh ditanggung oleh laminat. Contohnya, ujian-ujian

yang telah dilakukan sebelum ini [12] menunjukkan untuk laminat woven roving

kaca/polyester, keratakan mikro selalunya terjadi pada 0.2% terikan dan kegagalan

sepenuhnya tidak mencapai sehingga 2.0% terikan. Ini bersamaan dengan kekuatan

gunaan yang tidak mencapai sehingga 10% terikan daripada kekuatan alah.

Disebabkan kekuatan muktamad sesuatu laminat dalam tegasan yang ditetapkan

oleh kekuatan gentian, maka keretakan mikro bahan matrik tidak secara tiba-tiba

mengurangkan sifat muktamad sesuatu laminat FRP. Walaubagaimanapun, dalam

keadaan lembab atau berair, laminat yang retak akan menyerap air lebih banyak daripada

laminat yang tidak retak. Ini akan menyebabkan pertambahan berat meningkat, serangan

kelembapan pada bahan matrik, kekakuan semakin berkurangan dan akhirnya

menyebabkan penurunan sifat muktamad berbanding dengan masa.

20

Rekatan bahan matrik dengan gentian dapat ditingkatkan daripada sifat kimia

bahan matrik dan keserasiannya degan permukaan pada bahan gentian. Sebagai contoh

resin epoksi boleh meningkatkan nilai terikan keratakan mikro seperti yang dinyatakan

sebelum ini. Kekuatan bahan matrik adalah satu nilai yang sukar diukur, tetapi secara

amnya dapat ditunjukkan oleh terikan muktamad apabila ditindaki sesuatu beban.

Perbandingan bahan matrik berlainan dapat ditunjukkan pada Rajah 2.9.

Rajah 2.9: Lengkuk tegasan terikan bahan matrik [15]

2.4 Proses Pembuatan Bahan Komposit

Bagi menghasilkan suatu komponen atau produk yang berasaskan penggunaan

CFRP yang mempunyai sifat fizikal dan mekanikal yang tertentu, maka adalah perlu

bagi gentian karbon dan bahan matrik dicampurkan pada nisbah campuran yang tepat

serta arah susunan bahan gentian mesti mengikut spesifikasi yang ditetapkan. Susunan

gentian juga memainkan peranan penting untuk menghasilkan sifat mekanikal yang

sesuai dengan penggunaan bahan tersebut.

21

Proses pembuatan juga memainkan peranan penting kepada sifat mekanikal

sesuatu bahan komposit terutamanya kepada sifat ricih bahan tersebut. Ini kerana semasa

proses pembuatan terdapat gelumbung udara atau kecacatan mikro kecil terutamanya

menggunakan resin jenis termoset di mana membebaskan bahan meruap semasa proses

pengawetan dan pengerasan. Gelembung udara atau kecacatan mikro yang banyak akan

mengurangkan kekuatan ikatan antara bahan matrik dengan gentian [22]. Jadual 2.4

menunjukkan contoh kesan perbezaan proses pembuatan terhadap kekakuan bagi

laminat gentian karbon modolus ultra tinggi (UHM).

Jadual 2.4: Kesan proses pembutan terhadap modulus elastik [23]

Proses Isipadu pecahan

bahan gentian, Vf

Kandungan

gelembung udara (%)

Kekakuan , 0º

(kN/mm2)

Bengkalai Tangan 0.4 ≈ 5 230

RIFT (resin infusion

under flxible tooling) 0.54 <1 310

Beg bertekanan 0.6 1-2 360

Proses pembuatan melibatkan bahan komposit umumnya boleh dibahgikan

kepada dua kaedah utama iaitu Acuan Terbuka (Open Moulds) dan Kaedah Acuan

Tertutup (Closed Moulds). Kaedah Acuan Terbuka terdiri daripada beberapa kaedah

iaitu Bengkalai Tangan (Hands Lay-Up), Semburan (Spray-Up), Beg Bertekanan,

Belitan Filamen (Filament Winding), dan Pengacuan empar. Manakala Kaedah Acuan

Tertutup pula meliputi kaedah Pengacuan Tekanan Panas (Hot-Press Moulding),

Pengacuan Tekanan-Sejuk (Cold-Press Moulding), Pengacuan Suntikan (Injection

Moulding), dan Penarikan (Pultursion).

22

2.4.1 Proses Penarikan (Pultrusion)

Kaedah penarikan adalah satu proses berterusan yang dipraktikkan untuk

menghasilkan produk bahan polimer komposit yang mempunyai keratan rentas yang

seragam. Antara bentuk-bentuk yang biasa dihasilkan adalah seperti rod, tiub,plat, rasuk

‘T’, ‘L’, ‘I’ dan beberapa bentuk yang lebih kompleks. Mesin penarikan kebiasaanya

berkeupayaan mengeluarkan 100 m profil produk perjam pada sesuatu operasi kawalan.

Kaedah ini dapat menghasilkan struktur komposit yang mempunyai ciri-ciri

ketahanan serta jangka hayat yang lama di mana dapat memenuhi keperluan bidang

pembuatan komersial. Kaedah ini mendapat nama daripada proses itu sendiri di mana

bahan mentah yang telah melalui acuan akan ditarik secara berterusan oleh alat yang

dipanggil penarik (puller). Fungsi penarik ini adalah untuk memegang produk dan

menarik bagi memastikan produk terus bergerak secara berterusan. Rajah 2.10

menunjukkan rajah skematik proses penarikan.

Rajah 2.10: Rajah skematik proses penarikan (pultrusion) [22]

23

Proses penarikan bermula dengan penarikan bahan gentian ke bahagian pre-

forming. Bahan gentian seperti benang berterusan disusun di atas rak sebelum memasuki

bahagian pre-forming. Bahan gentian akan melalui plat-plat yang akan menumpukan

bahan tersebut kepada satu satu kumpulan yang lebih kecil.

Dalam satu-satu proses yang dijalankan bentuk-bentuk gentian yang digunakan

adalah bergantung kepada produk yang hendak dihasilkan dan terdapat keadaan di mana

lebih dari satu bentuk gentian digunakan untuk sesuatu produk. Gentian utama yang

selalu digunakan dalam kaedah ini adalah seperti gentian kaca dan karbon atau gentian

kaca berterusan untuk tetulang searah, woven roving dan spun roving di mana dapat

menghasilkan kekuatan melintang.

Pemilihan jenis gentian dan kombinasi dengan pelbagai bahan matrik

menghasilkan sifat mekanikal yang baik. Arah kekuatan dalam komposit pultruded

dipengaruhi oleh arah paksi bahan tetulang seperti gentian ekaarah ataupun gentian tikar.

Jadual 2.5 menununjukkan kesan sifat mekanikal dari segi pemilihan beberapa jenis

bahan gentian.

Jadual 2.5: Sifat mekanikal kesan daripada pemilihan jenis gentian [11]

Jenis Gentian Graviti Tentu

Kekuatan Tegangan

(MPa)

Modulus Tegangan

(GPa)

Kekuatan Mampatan

(MPa)

Kekonduksian Terma

(W/m K) Kaca(E-kaca, gentian satu arah) 2.0 690 40 410 0.30

Karbon (AS-gentian grafit) 1.65 1000-1500 100-140 620-970 0.85-1.40

Gentian Aramid kevlar-49 1.28 1400 80 280 0.15

Setelah itu, bahan gentian berkenaan akan ditarik memasuki sebuah basin yang

mengandungi resin yang dipanggil resin bath. Resin seperti polyester, epoksi, vinylester

sering digunakan dalam proses ini kerana ia mempunyai tahap kelikatan yang rendah

24

pada pengisitepuan gentian. Di dalam basin tersebut terdapat roller yang membantu

pergerakan bahan gentian berkenaan. Proses ini juga dikenali sebagai wet out. Selepas

melalui resin bath bahan gentian/resin akan memasuki acuan (die) yang berfungsi untuk

mendapatkan bentuk akhir yang dikehendaki. Pada bahagian acuan (die) terdapat sistem

elemen pemanas yang berfungsi untuk memanaskan acuan (die) seterusnya bertindak

untuk merawat bahan pengacuan. Kebiasaanya julat suhu pada elemen pemanas ialah di

antara 110 ºC hingga 180 ºC dan ia bergantung kepada bahan matrik yang digunakan.

Selepas bentuk akhir produk diperolehi, produk akan ditarik oleh dua sistem

penarik untuk dihantar ke bahagian pemotong di mana mesin tersebut memerlukan dua

penarik untuk memastikan proses penarikan dapat dilakukan secara berterusan. Setelah

produk ditarik oleh sistem tersebut, produk akan dibawa ke bahagian pemotongan. Pada

kebiasaannya pemotongan jenis dry-cut dan wet-cut sering digunakan untuk proses

pemotongan produk akhir.

2.5 Kekuatan Ricih

Struktur geometri dalam FRP pada ricih membujur membentuk satu keadaan

tegasan tak homogeneus. Kadar penumpuan tegasan ini berkembang pada kadar yang

meningkat berbanding dengan modulus ricih pada gentian dan bahan matrik serta

isipadu pecahan Vf, bagi gentian. Skudra dan Bulvas [21] menyatakan di mana nilai

tegasan ricih di dalam sesuatu kawasan yang kritikal telah mencapai nilai kekuatan pada

bahan matrik tetapi keretakan pada keseluruhan bahan belum lagi bermula. Ini berbeza

dengan keadaan tegangan melintang. Apabila nilai tegasan meningkat untuk menyamai

dengan nilai tegasan ricih pada bahan matrik, aliran pada polimer matrik bermula pada

pusat penumpuan maksimum dan di situ berlakunya pengagihan kawasan penumpuan

tegasan pada medan tegasan.

25

Keputusan yang sama juga diperolehi oleh beberapa pengkaji yang mengkaji

sifat-sifat kekuatan pada bahan FRP yang dikenakan beban ricih. Kadar ricih membujur

pada FRP ekaarah dan kekuatan bahan matrik dengan isipadu pecahan bagi gentian yang

berbeza ditunjukkan pada Rajah 2.11. Berdasarkan pada rajah tersebut menunjukkan

kekuatan ricih membujur pada ekaarah adalah tidak dipengaruhi oleh isipadu pecahan

Vf, tetapi bergantung sepenuhnya kepada kekuatan bahan matrik. Dengan menggunakan

pendekatan ini penumpuan tegasan di dalam bahan matrik sentiasa berada pada kadar

yang rendah dan ia juga tidak mempengaruhi pada keseluruhan bahan komposit.

Rajah 2.11: Pergantungan kadar tegasan ricih membujur dan tegasan ricih bahan matrik di atas isipadu pecahan bagi gentian [21]

Apabila kekuatan bahan matrik lebih rendah daripada kekuatan penyambungan,

ia boleh dianggarkan bahawa kekuatan tegasan ricih membujur boleh menggunakan

formula di bawah di mana τxy adalah tegasan ricih membujur dan τm tegasan ricih bahan

matrik.

mxy ττ = (2.0)

Untuk beberapa jenis FRP kegagalan pada komposit bermula dengan kegagalan

pada ikatan bahan matrik [21].

26

2.6 Kaedah Ujikaji Ricih

Pelbagai spesimen dan kaedah ujian yang telah dipekenal dan digunakan dalam

menentukan sifat ricih bahan FRP. Ujikaji ricih yang unggul boleh menghasilkan kedua-

dua modulus ricih dan tegasan ricih. Terdapat tujuh kaedah ujikaji yang sering

digunakan dalam menentukan sifat ricih bagi bahan FRP iaitu [20] :

a) Ujian tegangan satu paksi (uniaxial tension) ± 45º

b) Ujian tegangan satu paksi (uniaxial tension) 10º off-axis

c) Ujikaji ricih two-rail dan three-rail

d) Kaedah pengujian Arcan

e) Ujikaji rasuk V-notched (Iosipescu)

f) Ujian piuhan ke atas laminat rata

g) Ujian kilasan silinder nipis

Jadual 2.6 dan 2.7 menunjukkan modulus dan tegasan ricih bagi beberapa jenis bahan

FRP mengikut kaedah ujikaji yang digunakan.

Jadual 2.6: Data modulus ricih (GPa) bagi gentian ekaarah FRP [20] Kaedah ujikaji Kabon/epoksi FRP Kaca/epoksi Karbon/PEEK

V-notched (Iosipescu) 4.13 5.86 5.19

Tegangan ± 45º 4.83 6.99 6.57

Two-rail 4.75 6.79 -

27

Jadual 2.7: Data tegasan ricih (MPa) bagi gentian ekaarah FRP [20] Kaedah ujikaji Kabon/epoksi FRP Kaca/epoksi Kabon/PEEK

V-notched (Iosipescu) 50.3 90.9 50.0

Tegangan ± 45º 115.0 167.4 58.0

Two-rail 67.9 85.4 -

2.7 Kesimpulan

CFRP boleh definasikan sebagai bahan komposit yang dihasilkan daripada

gabungan gentian tetulang karbon dengan bahan matrik polimer. CFRP boleh dihasilkan

dengan pelbagai kaedah pembuatan. Dalam kajian ini plat CFRP yang dihasilkan

melalui proses pultrusion dan beg bertekanan dikaji daripada segi sifat-sifat ricihnya.

Terdapat pelbagai kaedah ujikaji yang diperkenal dan digunakan untuk mengkaji

sifat-sifat ricih bahan CFRP. Dalam kajian ini kaedah pengujian Arcan digunakan untuk

mengkaji sifat-sifat ricih plat CFRP. Pelbagai jenis dan geometri spesimen yang

diperkenalkan bagi ujikaji ini yang mempunyai kelebihannya tersendiri. Literatur

peralatan ujikaji Arcan, geometri spesimen dan analisis teori dibuat berdasarkan

beberapa hasil ujikaji [1,2,3,4,5] serta Shukur et al. [18] diterangkan pada bab yang

seterusnya.

BAB 3

KAJIAN LITERATUR DAN ANALISIS KAEDAH PENGUJIAN ARCAN

3.1 Pengenalan

Pada masa kini pelbagai kaedah ujikaji telah diperkenalkan untuk mengkaji sifat

bahan komposit yang begitu kompleks untuk keperluan rekabentuk. Pada awal peringkat

komposit diperkenalkan kaedah ujikaji dibangunkan untuk mengukur kekuatan dan

kekakuan bahan komposit dengan mengenakan bebanan tegangan, mampatan dan ricih

yang mudah sahaja. Memandangkan penggunaan bahan komposit dalam aplikasi

rekabentuk struktur telah meningkat maka kajian yang lebih mendalam kepada sifat-sifat

bahan tersebut seperti multi axial loading, hayat lesu dan notched strenght adalah amat

diperlukan.

Bank [8] mengatakan ricihan tidak linear wujud dalam spesimen komposit

pultruded dengan menggunakan Iosipescu fixture. Beberapa kaedah telah digunakan

untuk mengukur sifat ricihan di dalam satah komposit pultruded. Ini termasuk kaedah

ujian off-axis seperti ujian ± 45˚ tegangan/mampatan, kaedah cylinder torsion dan

pelbagai variasi kepada spesimen Iosipescu. Haj-Ali dan Kilic [6] mencadangkan

penggunaan ujian mampatan ± 45˚ untuk bahan komposit pultruded yang nipis. Namun

aplikasi untuk sistem komposit berlaminat adalah sangat terhad, ini disebabkan oleh

ketidakupayaan menghalang ledingan sebelum ricihan menghampiri kegagalan. Dalam

kaedah cylinder torsion, kilasan diaplikasi kepada spesimen silinder nipis pada

hujungnya untuk menghasilkan bahagian ricihan. Keburukan terbesar menggunakan

29

kaedah cylinder torsion adalah kegagalan awal (premature failure) spesimen pada

bahagian hujungnya (grip). Babero et al. [9] menggunakan ujian kilasan pada rod

pultruded daripada laminat terjalin untuk mengenal pasti kekakuan dan kekuatan ricihan.

Davalos et al. [10] menggunakan ujian kilasan pada bar segiempat untuk mengenal pasti

modulus ricihan E-glass/vinylester komposit pultruded. Oleh itu kaedah ini sesuai

digunakan apabila tindakbalas tegasan-terikan menghampiri linear diawal peringkat

pembebanan. Zureik et al. mencadangkan penggunaan spesimen diubahsuai Iosipescu

untuk pengukuran sifat ricihan dalam komposit pultruded. Kelebihan terbesar kaedah ini

dibandingkan dengan ujian paksi tertutup (off-axis) adalah peringkat terendah pada

terikan membujur dan bahagian terbesar tolok.

Dalam tesis ini kaedah pengujian Arcan digunakan untuk menentukan nilai

modulus ricih bagi bahan plat CFRP. Alat pengujian Arcan pertama kali diperkenalkan

dan dibangunkan pada tahun 1978 untuk menghasilkan tegasan satah yang seragam bagi

spesimen pepejal. M. Arcan [1] telah memperkenalkan kaedah ujian ini untuk

menentukan kelakuan mekanikal bagi bahan komposit isotropi dan juga ortotropi di

bawah keadaan tegasan satah yang seragam. Untuk menjalankan ujikaji ini spesimen

berbentuk butterfly telah diperkenalkan. Kaedah pengujian Arcan adalah lebih baik

daripada keadah ujian Cylinder torsion di mana alat pengujian Arcan akan memberikan

keadaan tegasan ricih tulin yang seragam pada kawasan significant dengan mengenakan

bebanan tegasan satah. Selain daripada itu, kaedah ujian ini boleh digunakan untuk

menguji spesimen yang bersaiz kecil atau spesimen tak isotropi. Kawasan significant

adalah kawasan bebanan purata yang tertumpu pada kawasan berkenaan sahaja. Ini

memudahkan untuk pengukuran bagi mendapatkan bacaan yang lebih tepat.

30

3.2 Evolusi Rig Pengujian dan Spesimen Arcan

M. Arcan [1] telah memperkenalkan alatan dwipaksi yang dikenali sebagai

Arcan test fixture untuk menghasilkan tegasan dalam keadaan dwipaksi. Alatan ini boleh

digunakan untuk mengenakan daya ricih dan daya paksi pada spesimen. Volishin dan M.

Arcan [1] menggunakan kaedah ini untuk menentukan nilai modulus ricih bagi bahan

komposit FRP dalam bentuk ekarah. Keputusan yang diperolehi oleh mereka adalah

lebih baik jika dibandingkan dengan keputusan ujian cylinder torsion. Rajah 3.1 (a)

menunjukkan konsep awal yang telah diperkenalkan.

Pada awal penemuan keadaan ujian ini, spesimen berbentuk bulatan dengan

antisymmetric cut outs telah dibuat. Rajah 3.1 (b) menunjukkan spesimen yang telah

dihasilkan oleh M. Arcan. Walaubamanapun rekabentuk spesimen tidak praktikal dan

memerlukan kos yang tinggi untuk proses pembuatan.

(a) (b)

Rajah 3.1: Spesimen berbentuk bulatan dengan antisymmetric cut outs

(a) konsep awal [18] (b) spesimen [1]

Kawasan significant bagi spesimen adalah panjang jarak AB didarab dengan ketebalan

purata spesimen. Spesimen ini direka bentuk supaya tegasan yang dikenakan pada AB

31

adalah seragam. Spesimen tersebut dikenakan daya mampatan atau tegangan, P, sama

tetapi pada arah yang bertentangan seterusnya menghasilkan beban ricih tulin pada

kawasan significant.

Pada tahun 1980 M. Arcan dan Voloshin [2] telah mengubahsuai spesimen

sebelum ini kepada spesimen yang dilekat pada plat aluminium yang berbentuk bulatan

dengan antisymmetric cut outs dengan bahan perekat. Spesimen dimesin kepada bentuk

buttterfly di mana saiznya lebih kecil daripada spesimen sebelum ini. Spesimen dilekat

pada kedua-dua bahagian plat aluminum dengan menggunakan perekat diperbuat

daripada bahan polimer jenis termoset eposki atau polyester di mana dikeringkan

melebihi 12 jam sebelum spesimen diuji. Rajah 3.2 menunjukkan keadaan spesimen

yang telah dilekatkan pada plat rig pengujian aluminium.

Rajah 3.2: Spesimen butterfly yang dilekat pada plat aluminium [2]

Pada tahun 1988, satu pendekatan baru telah diperkenalkan di mana alat

pengujian Arcan telah diubahsuai oleh S. C. Yen [3]. Alat pengujian Arcan diubahsuai

adalah untuk mengelakkan penggunaan perekat. Beliau telah merekabentuk sepasang

plat yang sama saiz mengikut rupa bentuk asal alat pengujian Arcan. Lurah yang

berbentuk trapezoidal cut out telah dimesin pada kedalaman separuh daripada ketebalan

setiap plat supaya boleh menempatkan spesimen. Tiga lubang telah ditebuk pada lurah

32

setiap plat supaya kedua-dua plat itu boleh diketatkan bersama dengan menggunakan

skru. Rajah 3.3 menunjukkan rig pengujian yang telah dimodifikasi oleh beliau [18].

Beliau mendapati sifat ricih bagi aluminium, plexiglass dan FRP menggunakan kaedah

pengujian Arcan boleh disesuaikan dengan data rujukan piawai ataupun data ujikaji

daripada kaedah-kaedah ujikaji lain.

Rajah 3.3: Alat pengujian yang diubahsuai [3]

Rani El-Hajjar dan Rami Haj Ali [5] menentukan sifat-sifat ricih bahan komposit

pultruded menggunakan kaedah pengujian Arcan yang diubahasuai. Alat pengujian yang

digunakan adalah berkonsepkan Arcan [1] dan pengubahsuaian oleh Yen [3]. Daripada

ujikaji yang dijalankan mendapati, peralatan pengujian Arcan dan spesimen berbentuk

butterfly sesuai digunakan untuk mengukur sifat ricih bahan komposit. Objektif ujikaji

tersebut adalah untuk menentukan modulus ricih dan ketidaklinearan tindakbalas di

antara tegasan-terikan ricih bagi bahan komposit pultruded sehingga had gagal. Rajah

3.4 menunjukkan peralatan pengujian Arcan yang diubahsuai.

33

Rajah 3.4: Rig pengujian Arcan yang diubahsuai [5]

Disamping itu, model analisis tak terhingga (FEA) turut dilakukan bagi mengkaji

kesan jejari kambi (notch radius) dengan menganggap bahan komposit yang digunakan

adalah isotropik dan menggunakan sifat-sifat mekanikal komposit ortotropik. Rajah 3.5

menunjukkan kesan susunan arah gentian pada profil tegasan pada kawasan significant

dengan jejari kambi 2.54 mm. Spesimen dengan getian sepaksi, menyebabkan

pengagihan tegasan ricih yang lebih seragam. Manakala spesimen dengan gentian

melintang mempunyai tumpuan tegasan yang lebih besar pada bahagian takuk.

Rajah 3.5: Kesan susunan arah gentian terhadap profil tegasan di sepanjang

kawasan significant menggunakan FEA [5]

34

Rajah 3.6 menunjukkan keputusan ujikaji bagi data tolok terikan berlawanan

tegasan ricih purata yang diukur pada kawasan significant semasa beban ricih tulin (α =

0º) dikenakan. Dapat dilihat, nilai-nilai terikan arah ε+45 yang diplot sentiasa simetri dan

seragam dengan terikan-terikan ε-45 yang pada bahagian tengah kawasan significant. Ini

menunjukkan keseragaman terikan ricih pada kedua-dua aarah kawasan significant.

Rajah 3.6: Pengukuran profil terikan pada bahagian tengah paksi spesimen dari pengujian CFRP 0° [5]

Rajah 3.7 mununjukkan graf tegasan-terikan ujikaji Arcan ke atas spesimen

CFRP pada (α = 0º). Dapat diperhatikan keputusan tersebut lebih baik jika dibandingkan

dengan keputusan ujikaji mampatan off-axis [5]. Rajah 3.8 menunjukkan keputusan

kesan perubahan jejari kambi terhadap tegasan ricih di sepanjang kawasan significant

menggunakan FEA.

35

Rajah 3.7: Graf tegasan-terikan ricih ujikaji Arcan ke atas spesimen CFRP 0º dan 90° [5]

Rajah 3.8: Kesan perubahan jejari kambi terhadap tegasan ricih di sepanjang kawasan significant menggunakan FEA [5]

36

3.3 Teori Analisis Tegasan Satah

Alat pengujian Arcan yang telah diubahsuai boleh digunakan untuk ujian bagi

keadaan ricih dan tegasan dwipaksi. Tindak balas yang terhasil dengan kehadiran

pelbagai keadaan tegasan dwipaksi, boleh dihasilkan dengan cara yang mudah dan

pengubahan sudut (α) apabila beban dikenakan. Dengan menganggap pengagihan

tegasan yang seragam, kedua-dua tegasan ricih dan daya dwipaksi akan dipindahkan

kepada spesimen yang diuji dengan mengenakan bebanan ke atas rig Arcan seperti yang

ditunjukkan pada Rajah 3.9. Tegasan ricih tulin akan terhasil apabila sudut (α) yang

ditindaki daya tegangan pada rig bersudut 0° (iaitu segaris dengan garis significant).

Pengujian Arcan mempunyai satu bahagian yang digunakan sebagai rujukan

pengiraan iaitu kawasan significant di mana tegasan yang terhasil pada bahagian

berkenaan adalah dianggap seragam. Keseragaman yang berlaku adalah hasil daripada

pemilihan geometri yang sesuai bagi spesimen yang berbentuk butterfly yang seiring

dengan bahan yang diuji dan sudut bebanan dwipaksi. Kelebihan menggunakan

spesimen berbentuk butterfly ialah tegasan pada kawasan significant menghasilkan

tegasan paling tinggi dan titik permulaan kegagalan berkemungkinan berlaku pada

bahagian berkenaan. Rajah 3.9 menunjukkan perbezaan arah daya serta elemen tegasan

satah yang terhasil dari beban yang dikenakan.

37

Rajah 3.9: Kesan perubahan sudut α terhadap spesimen butterfly

Tegasan ricih τxy dan normal σ y purata dapat diterangkan menggunakan sistem

koordinat, di mana pasksi-x ialah selari dan paksi y ialah berserenjang kepada kawasan

siginificant. Kedua-dua komponen tegasan boleh ditentukan daripada daya yang

dipindahkan oleh sambungan Arcan test fixture dengan mesin pengujian. Merujuk daya-

daya yang bertindak sepanjang paksi positif, sebagai daya pugak PV manakala daya yang

berserenjang dari daya pugak tersebut dirujuk sebagi daya mendatar, PH. Sudut α adalah

sudut bebanan yang dirujuk dari paksi menegak yang selari dengan paksi tetap mesin

ujikaji. Dalam kajian ini sudut (α = 0) dan akhir sekali, Ao menerangkan luas keratan

rentas kawasan significant AB (panjang AB x ketebalan spesimen, h).

38

Rajah 3.10: Purata tegasan normal dan ricih pada kawasan significant AB pada sudut α [4]

Berdasarkan Rajah 3.10 dapat diketahui bahawa daya yang dikenakan ke atas rig

menghasilkan tegasan ricih dan normal pada kawasan AB α ≠ 0. Untuk menentukan

tegasan normal σx dan tegasan ricih τxy, yang dikenakan keatas permukaan berserenjang

pada paksi-y, maka dianggap sebagai unsur segitiga di mana permukaan berserenjang

pada paksi x, y dan paksi x’ masing-masing. Dapat diperhatikan di sini bahawa jika luas

permukaan condong diwakili oleh ΔA, luas permukaan menegak dan melintang yang

masing-masing bersamaan A cos θ dan A sin θ. Daya yang bertindak pada ketiga-tiga

permukaan dapat ditunjukkan pada Rajah 3.11. Dengan menganggap tegasan normal dan

tegasan ricih adalah sifar pada paksi-z, maka tiada daya yang bertindak pada paksi

berkenaan.

39

(a) (b)

Rajah 3.11: Unsur segitiga ABC

Rajah 3.11 (a) dan (b) menunjukkan unsur segitiga yang dipotong daripada unsur

asalnya yang terdapat pada Rajah 3.10. Luas permukaan bagi satah condong AA’CC’

dianggapkan sebagai ΔA, adalah bersudut θ, diukur dari satah-x (atau dari permukaan

AB, yang juga merupakan arah paksi-y). Komponen-komponen tegasan yang bertindak

di atas satah condong AA’CC’ dianggap sebagai tegasan normal σθ dan tegasan ricih τθ

(atau σ x’ dan τ x’y’) masing-masing bertindak di dalam arah bersudut tepat dan tangen

(atau selari) kepada satah condong itu. Dengan mengambil keseimbangan statik daya-

daya yang bertindak ke atas unsur segitiga ABC, persamaan-persamaan berikut didapati:

Keseimbangan daya-daya dalam arah x’, iaitu → ∑−

F x = 0

→ ∑−

F x = 0 σ x’ ΔA - σ x(ΔA cosθ )cosθ - τ xy (ΔA cosθ )sinθ

- σ y (ΔA sinθ )sinθ - τ xy(ΔA sinθ )cosθ = 0 (3.1)

atau persamaan (3.1) dibahagikan dengan ΔA, dipermudahkan dan disusun semula

memberikan:

σ x’ = σ xcos2θ + σ ysin2θ + 2τ xy sinθ cosθ (3.2)

40

Keseimbangan daya-daya dalam arah x’, iaitu;

→ ∑−

F y = 0 τ x’y’ ΔA + σ x (ΔA cosθ )sinθ - τ xy(Δ A cosθ ) cosθ

- σ y (ΔA sinθ )cosθ + τ xy (ΔA sinθ )sinθ = 0 (3.3)

dipermudahkan dan disusun semula memberikan:

τ x’y’ = -(σ x - σ y) sinθ cosθ + τ xy(cos2θ - sin2θ )

(3.4)

Jika digantikan sifat-sifat geometri berikut:

2sinθ cosθ = sin 2θ cos2θ - sin2θ = cos 2θ

dan

cos2θ = 2

2cos1 θ+ sin2θ = 2

2cos1 θ−

ke dalam persamaan (3.2) dan (3.4) dan kemudiannya disusun semula memberikan:

σ x’ = 2

yx σσ + +

2yx σσ −

cos 2θ + τ xy sin 2θ (3.5)

dan

τ x’y’ = - 2

yx σσ − sin2θ + τ xy cos 2θ (3.6)

Jika digantikan θ = (θ + 90°) ke dalam persamaan (3.5), maka persamaan berikut

didapati:

41

σ y’ = 2

yx σσ + -

2yx σσ −

cos 2θ - τ xy sin2θ (3.7)

Dengan menambahkan persamaan (3.5) dan persamaan (3.7) menjadi:

σ x’ + σ y’ = σ x + σ y (3.8)

Ini bermaksud, jumlah tegasan-tegasan nomal di atas satah-x’y’ (merupakan satah-xy

yang baru) adalah bersamaan dengan jumlah tegasan-tegasan yang beritindak di atas

satah-xy yang asal. Hubungan ini sentiasa benar bagi sebarang sudut transformasi

iaitu θ.

Berdasarkan Rajah 3.9, jika kedua-dua tegasan ricih dan normal masing-masing

pada kawasan significat AB adalah seragam, maka didapati dari analisis sebelum ini

adalah [1];

σ xx = oA

P sinα dan τ xy = oA

P cosα (3.9)

dimana Ao = luas keratan rentas AB

σ xx = σ yy = oA

P sinα (3.10)

dan tegasan tegasan-tegasan utama adalah;

σ 1 = σ xx + τ xy = oA

P (sinα + cosα )

σ 2 = σ xx - τ xy = oA

P (sinα - cosα ) (3.11)

43

3.4 Analisis Terikan Ricih Terhadap Spesimen

Daripada analisis sebelum ini [1], dapat diketahui tegasan maksima berlaku pada

sudut ±45° dari paksi mendatar (paksi-x). Oleh itu, terikan dapat dikira dengan

meletakkan tolok terikan jenis Rossete pada kawasan AB dengan sudut ±45° dari paksi

mendatar. Satu analisis telah dibuat untuk menghubungkan terikan normal dan terikan

ricih.

Apabila suatu bahan atau struktur berada dalam keadaan terikan satah, semua

komponen terikan yang wujud di dalam arah ketiga (arah-z) adalah dianggapkan sifar.

Dengan itu hanya terikan nomal dan terikan ricih yang wujud di dalam satah x-y, iaitu

εx, εy, dan γxy sahaja yang wujud di dalam atau pada sesuatu badan atau struktur itu.

Rajah 3.12 (a) menunjukkan satu unsur terikan satah yang dibayangkan telah terhasil

pada titik Q dimana keaadaan unsur ABCD yang belum berterikan, iaitu sebelum

terdapatnya bebenan atau tegasan-tegasan bertindak ke atas sesuatu badan satu struktur.

(a) (b) (c)

Rajah 3.12: Ubahbentuk elemen kepada ricihan

(a), (b) Sebelum ubahbentuk dan (c) Selepas ubahbentuk

44

Untuk memudahkan analisis, satu unsur segitiga ABC telah dibuat sepertimana

yang ditunjukkan pada Rajah 3.12 (b) di mana unsur tersebut belum lagi belum ditindaki

sebarang tegasan (sebelum berlaku deformasi). Apabila unsur ABC mengalami

deformasi ia dianggapkan berubah kepada bentuk baru, A’B’C’, seperti yang ditunjukkan

dalam Rajah 3.12 (c). Unsur tersebut berada dalam keadaan terikan satah dengan

komponen-komponen terikan yang dihasilkan iaitu εx, εy, dan γxy. Persamaan terikan

normal, εθ, yang dihasilkan akibat daripada perubahan panjang sempadan AB = Δs

kepada A’B’, [= (Δs + ds)], bersudut θ dengan arah paksi-x boleh diterbitkan seperti

berikut;

Panjang asal AB =Δs

Panjang akhir AB = A’B’ = Δs + ds = Δs (s

dsΔ

+1 ), dimana ds mewakili

perubahan panjang AB kepada A’B’. Dengan menggantikan s

dsΔ

dalam sebutan terikan

normal ε , maka hubungan di atas menjadi;

A’B’ = Δs (1 + εθ) dengan, εθ sdsΔ

(a)

Dengan keadaan yang sama;

A’C’ = (Δx + dx) = Δx (1 + εx), dengan εx = x

dxΔ

(b)

B’C’ = (Δy + dy) = Δy (1 + εy), dengan εy = y

dyΔ

(c)

Begitu juga dengan perubahan sudut ABC = π/2 (radian) berubah kepada sudut A’B’C’ =

(π/2 + γxy). Seterusnya dengan menggunakan hukum kosine terhadap segitiga A’B’C’

didapati;

45

(A’B’)2 = (A’C’)2 + (C’B’) - 2 (A’C)(C’B’) cos ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ + xyγπ

2 (3.12)

Dengan menggantikan semua persamaan (a), (b), (c) ke dalam persamaan (3.12) akan

menghasilkan hubungan berikut;

( s)Δ 2[1 + ε (θ )]2 = ( x)Δ 2(1 + xε )2 + (Δ y)2(1 + yε )2

-2(Δ x)(1 + xε )(Δ y)(1 + yε )cos ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ + xyγπ

2 (3.13)

Tetapi pada Rajah 3.12 (b);

Δ x = ( s)cosΔ θ Δ y = (Δ s)sinθ (3.14)

manakala perubahan sudut γxy yang amat kecil itu, anggapan berikut juga diambil ;

cos ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ + xyγπ

2 = - sin γ xy ≈ γ xy (3.15)

Maka dengan penggantian persamaan (3.13) dan (3.14) ke dalam persamaan (3.12)

seterusnya dileraikan dan menggantikan, (cos2 θ + sin2 θ) = 1, maka apabila

dipermudahkan menjadi;

ε (θ ) = ε x cos2 θ + ε y sin2θ + γ xy sinθ cos θ (3.16)

Apabila sifat trigonometri bagi sebutanεcos2 θ ,ε sin2θ , γ sinθ cos θ digantikan

dalam bentuk lainnya akan menghasilkan;

ε x’ = 2

yx εε + +

2yx εε −

cos 2θ + 2xyγ

sin 2θ (3.17)

46

Seterusnya nilai terikan normal yang bertindak sepanjang paksi-y diperolehi dengan

menggantikan θ = (θ +90 ) dan juga menggantikan sifat geometri cos (20 θ + 180 ) =

-cos 2

0

θ dan sin (2θ + 180 ) = - sin 20 θ menjadi;

ε y’ = 2

yx εε + -

2yx εε −

cos 2θ - 2xyγ

sin 2θ (3.18)

Seterusnya dengan menjumlahkan persamaan (3.16) dengan (3.17) menghasilkan;

ε x’ + ε y’ = ε x + ε y (3.19)

Apabila menggantikan sudut θ kedalam persamaan (3.17) atau (3.18) didapati

Jika θ = 0° maka akan memberikan ε0 = εx

Jika θ = 90° maka akan memberikan ε90 = εy

Jika θ = 45° maka akan memberikan γ xy = 2ε45 – (εx + εy) (3.20)

Dari analisis ujikaji sebelum ini, [1], didapati apabila Rosset terikan diletakkan pada

kawasan AB (rujuk Rajah 3.9) maka tiada nilai bacaan bagi ε0 = εx dan ε90 = εy

menjadikan nilai tersebut adalah sifar. Dengan itu persamaan (3.19) menjadi;

γ xy = 2ε45 = ε 45

o-ε -45

o (3.21)

Diketahui Modulus ricih adalah;

G = xy

o

xy

xy APγγ

τ= (3.22)

dan akhir sekali menggantikan persamaan (3.10) ke dalam persamaan (3.10), menjadi;

G = ( )°−°° −=

45450452 εεε AP

AP

o

(3.23)

47

3.5 Kesimpulan

Dalam bab ini, apa yang ingin ditunjukkan adalah bagaimana kaedah pengujian

Arcan digunakan untuk menentukan nilai modolus ricih bagi bahan plat CFRP

pultruded. Bagi mengatahui kebolehupayaan kaedah pengujian ini teori analisis turut

dipamerkan. Daripada kajian literatur yang dijalankan dapat disimpulkan bahawa kaedah

pengujian Arcan adalah lebih baik daripada keadah ujian yang lain seperti Cylinder

torsion di mana alat pengujian Arcan akan memberikan keadaan tegasan ricih tulin yang

seragam pada kawasan significant dengan mengenakan bebanan tegasan satah. Selain

daripada itu, kaedah ujian ini boleh digunakan untuk menguji spesimen yang bersaiz

kecil atau spesimen tak isotropi. Kawasan significant adalah kawasan bebanan purata

yang tertumpu pada kawasan berkenaan sahaja. Ini memudahkan untuk pengukuran bagi

mendapatkan bacaan yang lebih tepat.

BAB 4

PENYEDIAAN SPESIMEN DAN UJIKAJI

4.1 Pengenalan

Di dalam menjalankan projek yang berteraskan eksperimen, penyediaan

spesimen adalah pekara penting kerana ia akan mempengaruhi hasil ujikaji yang

dijalankan. Bab ini menerangkan tentang proses penyediaan spesimen berbentuk

butterfly dan kaedah menjalankan ujikaji berkenaan pengujian Arcan. Dalam projek ini,

plat CFRP yang dihasilkan oleh beberapa pengeluar telah digunakan untuk

menghasilkan spesimen berbentuk butterfly. Bentuk spesimen yang dihasilkan adalah

dengan menggunakan kaedah kerja tangan dan sedikit proses pemesinan. Selain itu

beberapa alatan sokongan untuk menghasilkan spesimen juga disediakan seperti support

jig. Selepas proses penyediaan spesimen, proses memasang tolok terikan pada spesimen

dilakukan dan seterusnya ujian ke atas spesimen dijalankan mengikut prosedur yang

telah dibuat. Kaedah pengujian Arcan yang digunakan dalam projek ini adalah seperti

eksperimen yang telah dilakukan oleh Rani El Hajjar and Rami Haj-Ali [5].

48

4.2 Plat CFRP

Di dalam projek ini empat jenis plat CFRP yang dihasilkan oleh beberapa

pembekal telah digunakan. Plat CFRP tersebut telah melalui dua proses penghasilan

iaitu proses penarikan (pultrusion) dan beg bertekanan (Vacum Bagging). Rajah 4.1

menunjukkan empat jenis plat CFRP yang digunakan bersama nama pengeluarnya.

Butiran lengkap beberapa sifat mekanikal utama masing-masing spesimen ditunjukkan

di dalam Jadual 4.1 dan 4.2.

(a) Exchem (A) (b) Sika

(c) Fosroc (d) Exchem (B)

Rajah 4.1: (a), (b), (c) dan (d) Plat CFRP bersama nama pengeluar

Jadual 4.1: Program ujikaji

Jumlah Spesimen Orientasi

Nama Pengeluar

Kod Spesimen

Proses Pembuatan

0º 90º

Bahan Matrik

Exchem (A) A Penarikan 2 3 Vinylester

Sika B Penarikan 2 3 Epoksi

Fosroc C Beg Bertekanan 2 3 Epoksi

Exchem (B) D Penarikan 2 3 Vinylester

49

Jadual 4.2: Sifat-sifat mekanikal plat CFRP

Sampel Plat CFRP

Tegasan Alah σuts (MPa)

Modulus Kekenyalan E11 (GPa)

Nisbah Poisson, υ12

Exchem (A) 2500.00 180.00 0.28

Sika 2800.00 165.00 0.26

Fosroc 965.00 60.00 0.30

Exchem (B) 2700.00 160.00 0.31

4.3 Geometri Spesimen

Geometri spesimen adalah berdasarkan kaedah pengujian Arcan [5] ditunjukkan

pada Rajah 4.2.

Rajah 4.2: Geometri spesimen berbentuk butterfly

50

4.4 Proses Penghasilan Spesimen

Untuk menghasilkan setiap spesimen berbetuk butterfly, beberapa proses telah

dilalui. Pertamanya plat CFRP yang dihasilkan oleh pengeluar mempunyai lebar antara

50mm hingga 120mm. Rajah 4.1 menunjukkan plat CFRP yang asal sebelum proses

penghasilan spesimen dihasilkan. Kemudian plat CFRP dipotong menggunakan mesin

gergaji automatik menjadikan plat bersaiz 48 X 63 mm. Mesin pemotong yang

digunakan ditunjukkan pada Rajah 4.3. Mesin pemotong jenis ini dipilih untuk

memotong plat CFRP adalah bertujuan memudahkan pemotongan dilakukan secara

kuantiti yang banyak. Dengan mengawal halaju alat pemotongan ketahap yang perlahan

dapat mengelakkan berlakunya pecah ataupun retak pada bahagian hujung plat.

Rajah 4.3: Proses pemotongan plat CFRP menggunakan Mesin Gergaji Automatik

Dua plat aluminium setebal 4.5mm dipotong mengikut saiz dimensi yang

ditunjukkan pada Rajah 4.2 dengan proses pemesinan menggunakan mesin kisar (milling

machine) konvensional. Plat aluminium tersebut digunakan sebagai plat pengawal

(guide plate) yang mengapit plat CFRP semasa proses menghasilkan spesimen.

51

Rajah 4.4: Plat Alumium dijadikan sebagai ‘Guide Plate’

Seterusnya proses pemotongan plat CFRP berbentuk butterfly dilakukan. Guide

plate pada Rajah 4.4 digunakan bagi mengelakkan spesimen dari pecah . Pada proses

pemotongan seterusnya adalah menggunakan gergaji besi. Tiga hingga empat keping

plat CFRP diapit sekali supaya memudahkan proses pemotongan. Rajah 4.5 (a)

menunjukkan teknik memotong bahagian berbentuk ‘V’. Proses penyudahan pada

pinggir spesimen dilakukan dengan menggunakan kikir rata seperti yang ditunjukkan

pada Rajah 4.5 (b). Untuk mengurangkan kemungkinan kadar tegasan yang tinggi pada

bahagian A dan B (Rajah 4.2) iaitu pada kawasan significant, maka penghasilan kambi

dibuat dengan menggunakan kikir segitiga seperti yang ditunjukkan pada Rajah 4.5 (c)

dan (d). Dimensi akhir spesimen adalah seperti Rajah 4.2. Kambi juga dibuat pada

bahagian (C, D, E, dan F) spesimen berbentuk butterfly supaya dapat dipadankan dengan

rig pengujian Arcan.

(a) (b)

52

(c) (d)

Rajah 4.5: (a),(b),(c) dan (d) Proses pemotongan spesimen (bentuk butterfly)

Bentuk akhir spesimen dapat ditunjukkan pada Rajah 4.6. Untuk projek ini hanya

gentian laminat plat CFRP berorientasikan 0° dan 90° sahaja digunakan bagi pengujian.

Untuk gentian yang bersudut 0º adalah dirujuk kepada paksi di mana arah gentian selari

dengan arah daya yang dikenakan. Penerangan lanjut ditunjukkan pada Rajah 4.7.

Rajah 4.6: Bentuk akhir spesimen

53

Rajah 4.7: Orientasi gentian spesimen

4.5 Pemasangan Tolok Terikan

Dalam ujikaji ini tolok terikan jenis Rosette telah digunakan. Tolok terikan ini

diletakkan pada kawasan significant bagi mengukur keterikan pada arah ± 45º dirujuk

dari paksi mendatar spesimen. Spesifikasi bagi tolok terikan yang digunakan

ditunjukkan pada Jadual 4.3.

Jadual 4.3: Spesifikasi tolok terikan Rosette

Pengeluar Tokyo Sokki Kenkyujo Co., Ltd

Jenis tolok FCA-2-8

Faktor tolok 2.11 ± 1%

Rintangan tolok 150 ± 0.5 Ω

Panjang tolok 2 mm

Kepekaan melintang 0.4 %

54

Pertama sekali adalah peggesekan permukaan untuk menghasilkan satu

permukaan yang sesuai untuk tujuan pemasangan tolok terikan Rosette. Permukaan

spesimen digosok dengan menggunakan kertas pasir gred 1000 di mana arah menggesek

adalah mengikut arah gentian. Rajah 4.8 berikut menunjukkan cara menggesek

permukaan spesimen.

Selepas itu pembersihan permukaan spesimen dengan menggunakan larutan

kimia Aceton. Pembersihan permukaan dilakukan sehingga kertas tisu yang digunakan

kelihatan bersih. Proses pembersihan permukaan dapat dilihat pada Rajah 4.9. Proses ini

penting untuk membersihkan permukaan dari kekotoran organik seperti minyak

(grease), bahan kimia yang tersejat dan lapisan permukaan yang kotor serta meratakan

permukaan spesimen.

Rajah 4.8: Menggesek permukaan spesimen Rajah 4.9: Pembersihan permukaan

Setelah pembersihan permukaan spesimen dibuat, garisan lakaran dengan

menggunakan pensil dibina pada bahagian tengah kawasan significant. Garisan yang

perlu dilukis adalah seperti yang ditunjukkan di dalam Rajah 4.10 (b). Garisan lakaran

ini penting bagi meletakkan tolok terikan pada keadaan yang tepat.

55

(a) Membina garisan (b) Garisan lakaran

Rajah 4.10: Membina garisan lakaran pada spesimen

Seterusnya proses melekat atau memasang tolok terikan terikan Rosette ke atas

permukaan yang dikehendaki seperti yang ditunjukkan di dalam Rajah 4.10 (b).

Pemasangan tolok terikan yang baik dapat memberikan bacaan yang kosisten dan tepat

serta meyakinkan. Tolok terikan Rosette telah direkabentuk untuk menghasilkan lekatan

secara optimum pada spesimen. Setelah dipastikan tolok terikan Rosette adalah sejajar

dengan garisan rentas yang ditandakan, filem perekat diangkat pada satu sudut sahaja

sehingga kelihatan tapak tolok terikan seperti yang ditunjukkan pada Rajah 4.11 (b).

Selepas itu barulah bahan perekat disapukan di bahagian bawah tolok seperti yang

ditunjukkan pada Rajah 4.12. Seterusnya tolok dilekatkan ke permukaan spesimen

dengan kadar segera untuk mengelak perekat kering sebelum proses lekatan pada

permukaan berlaku.

(a) Memasang (b) Mengangkat solatape

Rajah 4.11: (a) dan (b) Memasang dan melekat tolok terikan rosette

56

Bagi mendapatkan pelekatan yang baik tolok terikan ditekan menggunakan ibu

jari selama lebih kurang seminit sehingga perekat yang digunakan benar-benar kering

seperti yang ditunjukkan pada Rajah 4.13. Spesimen siap untuk diuji ditunjukkan seperti

Rajah 4.14.

Rajah 4.12: Perekat disapu Rajah 4.13: Menekan tolok terikan

Rajah 4.14: Contoh spesimen siap untuk diuji

4.6 Program Pengujian

Semua spesimen dikenakan beban ricih tulin (pure shear) di mana keadaan daya

statik dikenakan pada rig pengujian Arcan seperti yang ditunjukkan pada Rajah 4.15.

Spesimen yang mempunyai panjang 60 mm dan lebar 45 mm serta mempunyai

57

ketebalan berbeza antara 1.4 mm hingga 3.5 mm, seperti yang ditunjukkan pada Rajah

4.2 digunakan dalam ujikaji ini. Semua spesimen berada di dalam bilik ujikaji dimana

suhu persekitaran bilik pada 25 ± 2°C dengan kelembapan relatif pada 55 ± 5 %.

4.7 Jangkaan Keputusan

Di dalam ujikaji ini, data dan keputusan adalah seperti berikut;

a) Terikan ± 45º, (µε)

b) Beban, (kN)

c) Tegasan ricih, (MPa)

d) Modulus ricih, (GPa)

e) Mod kegagalan

4.8 Rig Pengujian Arcan

Set rig pengujian Arcan yang digunakan di dalam ujikaji ini adalah sama dengan

set grip yang digunakan sebelum ini untuk menguji bahan epoksi (Sikadur 30) yang

mempunyai ketebalan 4 mm [18]. Oleh kerana ketebalan spesimen CFRP diantara 1.4

mm hingga 3.5 mm, maka beberapa perubahan ke atas rig telah dibuat. Rig pengujian

Arcan terdiri daripada sepasang grip seperti yang ditunjukkan pada Rajah 4.15 hingga

Rajah 4.16. Kedua-dua grip Arcan mempunyai lurah berbentuk seperti spesimen ujian.

Lurah tersebut adalah bertujuan untuk memegang atau menempatkan spesimen yang

diuji.

58

Spesimen yang siap untuk diuji, diapit bersama-sama grip alat pengujian Arcan.

Kedua-dua grip akan diketatkan menggunakan skru. Spesimen dipastikan berada dalam

keadaan yang ketat ataupun tepat dengan di dalam pasangan grip supaya mengelakkan

sebarang ralat semasa ujikaji dijalankan. Seterusnya pemegang grip Arcan dipasang

kepada mesin Instron 4206.

Rajah 4.15: Alat pengujian Arcan [18]

59

4.9 Prosedur Ujikaji Pengujian Arcan

Grip Arcan female dipasangkan dengan double sided tape (adhesive film) supaya

memastikan spesimen benar-benar ketat dan mengelakkan spesimen bergerak atau

tergelincir (slip) semasa ujikaji dijalankan. Proses tersebut dapat ditunjukkan pada Rajah

4.16. Disebabkan ke dalaman lurah asal grip Arcan lebih dalam daripada nilai yang

diperlukan, maka dua pasang spacer diletakkan ke dalam lurah grip female dan male

masing-masing seperti yang ditunjukkan pada Rajah 4.17. Spesimen dimasukkan ke

dalam lurah grip dan dipastikan keadaan spesimen tetap pada keseluruhan grip female

seperti yang ditunjukkan pada Rajah 4.18.

Rajah 4.16: Melekatkan double sided tape Rajah 4.17: Melekatkan spacer (adhasive film)

Seterusnya grip Arcan male dipadankan dan diapitkan bersama dengan grip

female seperti yang ditunjukkan pada Rajah 4.19. Grip Arcan male dan female

diketatkan bersama-sama dengan menggunakan empat unit skru seperti yang

ditunjukkan pada Rajah 4.20.

60

Rajah 4.18: Menempatkan pesimen Rajah 4.19: Pemasangan grip male

Selepas itu proses pematerian tolok terikan kepada teminal yang mempunyai

wayar di mana terdapat pada bahagian grip male seperti yang ditunjukkan pada Rajah

4.21. Pada proses ini keadaan kaki tolok terikan tidak begitu tegang supaya tidak putus

semasa proses ujikaji dijalankan. Proses pematerian ini dilakukan berhati-hati supaya

kerosakan tolok terikan dapat dielakkan kerana tolok terikan begitu sensitif terhadap

haba yang dikenakan.

Rajah 4.20: Proses mengetatkan rig Rajah 4.21: Proses memateri tolok terikan

Seterusnya pemegang grip Arcan dipasang kepada mesin Instron 4206

menggunakan pin seperti yang ditunjukkan pada Rajah 4.22. Rajah 4.23 menunjukkan

pemasangan lengkap alat pengujian Arcan pada mesin Instron 4206.

61

Rajah 4.22: Pemasangan pemegang Rajah 4.23: Pemasangan lengkap rig grip pada mesin Instron Arcan pada mesin Instron

4.10 Peralatan Pengukuran

Bagi Spesimen yang berorientasi 90°, daya tegangan dikenakan dengan kadar

kelajuan mesin 1mm/min manakala spesimen yang berorientasi 0º adalah 0.5 mm/min.

Ujian bebanan dikenakan sehingga spesimen gagal sepenuhnya.

Rajah 4.24 menunjukkan penyediaan lengkap alat pengujian Arcan pada mesin

ujian Instron 4206 dengan beberapa peralatan sokongan semasa ujikaji dijalankan. Nilai

daya direkodkan pada console seterusnya dimasukkan ke dalam komputer. Nilai daya

dibahagikan dengan luas keratan rentas kawasan significant AB (rujuk Rajah 3.4) bagi

memperolehi nilai tegasan ricih purata.

62

Rajah 4.24: Penyediaan lengkap alat pengujian Arcan

Bagi data terikan utama ε +45 dan ε-45 pada spesimen akan dibaca pada data

logger dan seterusnya dicetak secara manual. Bagi spesimen berorientsi 90°, data terikan

diambil pada setiap 0.1 kN manakala data bagi spesimen berorientasi 0º diambil pada

setiap 0.05 kN. Perbezaan ini adalah disebabkan proses kegagalan spesimen pada

orientasi 0º adalah lebih pantas berbanding dengan spesimen berorientasi 90º. Beban

maksimum, terikan menghampiri had alah dan mod kegagalan diperhatikan untuk setiap

spesimen semasa ujikaji dijalankan.

Berikut adalah persamaan yang digunakan untuk menganlisis data yang diperolehi;

Tegasan Ricih Purata

hlP

AP==τ

di mana:

τ = tegasan ricih, N/mm2

P = daya, N

63

l = panjang kawasan significant, mm

h = tebal kawasan significant, mm

Terikan Ricih

γ = 2 (εx) θ=45

di mana:

γ = terikan ricih

(εx) θ=45 = terikan ricih pada sudut 45º

Modulus ricih

γτ

ΔΔ

=G

di mana:

G = modulus ricih. N/mm2

γτ

ΔΔ = kecerunan graf linear di antara tegasan ricih melawan terikan ricih

4.11 Kesimpulan

Secara kesimpulannya bab ini menerangkan berkenaan proses penyedian

spesimen, pemasangan tolok terikan dan bagaimana ujikaji dijalankan mengikut

prosedur yang ditetapkan. Ini adalah penting bagi mendapatkan data-data ujikaji yang

tepat. Namun begitu terdapat beberapa masalah yang timbul semasa proses penyedian

spesimen dan semasa ujikaji dijalankan yang mana memberi kesan kepada data-data

ujikaji yang diperolehi. Dengan proses penyediaan spesimen dan ujikaji teliti, masalah

yang timbul boleh dielakkan serta memperolehi keputusan yang dijangka dengan lebih

meyakinkan.

BAB 5

KEPUTUSAN DAN PERBINCANGAN

5.1 Pengenalan

Ujikaji Arcan telah dijalankan melibatkan empat jenis sampel seperti yang

diterangkan dalam bab 4. Data-data yang diperolehi daripada ujikaji dianalisis dan

dibincangkan keputusannya. Analisis terhadap nilai-nilai terikan arah ±45º dan daya

yang diperolehi daripada ujikaji dilakukan bagi memperolehi nilai tegasan dan modulus

ricih setiap sampel CFRP.

5.1.1 Keputusan

Nilai tegasan ricih, τ dan modulus ricih, G bagi CFRP diperolehi setelah

menjalankan ujikaji menggunakan kaedah pengujian Arcan. Profil terikan diplot hasil

daripada bacaan nilai terikan yang diperolehi semasa ujikaji. Seterusnya kedua-dua

bacaan terikan pada arah +45° dan -45° masing-masing akan menunjukkan profil yang

simetri pada kawasan significant. Ini menunjukkan tahap keseragaman terikan ricih pada

kawasan significant.

Terikan-terikan utama pada arah +45° dan -45° yang diperolehi daripada ujikaji

digunakan untuk mengira nilai terikan ricih. Nilai terikan ricih tersebut diperolehi

65

dengan menolak nilai arah terikan +45° dengan nilai terikan arah -45° seperti pada

persamaan (3.21). Dengan itu, hubungan antara terikan ricih dengan tegasan ricih akan

diperolehi untuk semua jenis sampel. Nilai modulus ricih diperolehi dengan mengambil

kira kecerunan graf tegasan ricih melawan terikan dalam julat 5% – 20% dari keterikan

ricih maksimum.

5.1.2 Perbincangan

Perbicangan dalam bahagian ini dibahagikan kepada empat sub-bahagian perkara

utama dalam mencapai objektif kajian. Sub-bahagian tersebut adalah:

a) Ulasan graf – graf yang diplotkan (zon elastik) daripada data ujikaji ujian

Arcan untuk setiap jenis sampel.

b) Perbincangan – meliputi perbincangan ke atas setiap jenis sampel yang

terlibat berdasarkan graf yang diperolehi.

c) Perbandingan – meliputi keputusan ujikaji yang dijalankan dibandingkan

dengan keputusan yang diperolehi oleh pengkaji sebelum ini.

d) Mod kegagalan – melihat mod-mod kegagalan yang berlaku hasil daripada

ujikaji yang dijalankan pada setiap jenis sampel.

5.2 Keputusan Ujikaji Sampel Berorientasi 0°

Jadual 5.1 menunjukkan rumusan keputusan ujikaji ujian Arcan bagi kesemua

plat CFRP di mana arah gentian sepaksi dengan arah daya yang dikenakan, 0°. Secara

keseluruhan semua spesimen diuji sehingga gagal sepenuhnya.

66

Jadual 5.1: Keputusan ujikaji bagi spesimen (0º)

Terikan yang

Menghampiri Had

Alah,ε (με) Sampel

Kod

Spesimen

Beban

Alah

Maksimum,

P (kN) 45º -45º

Tegasan

Ricih pada

Beban Alah,

τ, (MPa)

Modulus

Ricih,

G, (GPa)

Terikan

Ricih pada

Beban Alah,

γ, (µε)

A001 0.38 2669 -3088 20.54 4.28 6057

A002 0.39 3289 -3408 21.08 4.06 6697 Exchem

(A) Purata 0.39 20.81 4.17 6377

B001 0.72 8321 -7532 43.32 4.95 15853

B002 0.78 8215 -7453 47.44 4.42 15668 Sika

Purata 0.75 45.38 4.69 15761

C001 1.03 27895 -16324 31.36 1.22 44219

C002 1.09 25260 -21840 33.56 1.32 47100 Fosroc

Purata 1.06 32.46 1.27 45660

D003 0.59 4180 -3825 35.35 4.22 7657

D002 0.56 2879 -2330 32.05 4.39 8005 Exchem

(B) Purata 0.58 33.70 4.40 7831

5.2.1 Perbincangan Keputusan Ujikaji Sampel Berorientasi 0°

Merujuk kepada Jadual 5.1, CFRP Exchem (A), gagal pada beban maksimum

purata iaitu 0.39kN di mana tegasan ricih pada beban alah maksimum adalah 20.81MPa.

Pada peringkat elastik menunjukkan nilai purata modulus ricih bagi CFRP Exchem (A)

adalah 4.17 GPa.

Bagi CFRP Sika, spesimen gagal pada beban purata maksimum iaitu sebanyak

0.75 kN di mana tegasan ricih maksimum adalah 45.38 MPa. Pada peringkat elastik

CFRP Sika menunjukkan nilai purata modulus ricih iaitu 4.69 GPa. Seterusnya bagi

CFRP Fosroc, spesimen gagal pada beban purata maksimum iaitu sebanyak 1.06 kN di

mana tegasan ricih maksimum adalah sebanyak 32.46 MPa. Pada peringkat elastik

CFRP Fosroc menunjukkan nilai purata modulus ricih iaitu sebanyak 1.27 GPa.

67

Manakala yang terakhir bagi CFRP Exchem (B), spesimen gagal pada beban purata

maksimum iaitu sebanyak 0.58 kN di mana tegasan ricih maksimum adalah sebanyak

33.70 MPa. Pada peringkat elastik CFRP Exchem (B) menunjukkan nilai purata

modulus ricih iaitu sebanyak 4.40 GPa.

Berikut adalah empat jenis sampel iaitu A001, B001, C001 dan D003 yang

dianalisis pada bahagian ini. Rajah 5.1 menunjukkan hubungan tegasan-terikan ricih

yang terhasil daripada ujikaji Arcan bagi keempat-empat sampel tersebut yang

berorientasi 0º.

Graf Tegasan Ricih lawan Terikan Ricih Plat CFRP 0º

0.00E+00

5.00E+06

1.00E+07

1.50E+07

2.00E+07

2.50E+07

3.00E+07

3.50E+07

4.00E+07

4.50E+07

0.000 0.005 0.010 0.015 0.020 0.025 0.030 0.035 0.040 0.045 0.050

Terikan Ricih (γ )

Tega

san

Ric

ih (P

a)

A001 B001

C001 D003

Rajah 5.1: Hubungan tegasan-terikan rich bagi kesemua sampel berorientasi 0º

Secara keseluruhan spesimen diuji sehingga gagal pada keadaan ricih tulen pada

(α = 0). Berdasarkan Rajah 5.1 semakin tinggi tegasan ricih tulen maka semakin tinggi

terikan ricih yang berlaku. Keempat-empat sampel menunjukkan hubungan tegasan-

terikan ricih yang linear pada peringkat awal bebanan dalam julat terikan antara 40 µε

hingga 7500 µε. Pada peningkatan beban seterusnya menunjukkan sifat tidak linear

68

sehingga spesimen gagal. Kecerunan lengkung mewakili modulus ricih setiap sampel

yang diuji.

Dapat dilihat dari kecerunan lengkuk pada graf tegasan terikan ricih, spesimen

B001 menghasilkan modulus ricih yang paling tinggi, diikuti dengan D003, A001 dan

akhir sekali spesimen C001 mempamirkan modulus ricih terendah. Tegasan ricih

muktamad untuk semua jenis sampel menunjukkan spesimen B001 mempunyai tegasan

ricih muktamad yang paling tinggi iaitu sebanyak 43.32 MPa, diikuti dengan D003 iaitu

33.70 MPa, C001 iaitu 31.36 MPa dan A001 iaitu 20.81 MPa. Manakala terikan ricih

bagi semua sampel menunjukkan spesimen D003 mempunyai terikan ricih maksimum

tertinggi iaitu sebanyak 44219 µε, diikuti dengan B001 iaitu 15853 µε, D003 iaitu 7657

µε dan A001 iaitu 6057 µε.

Dapat dirumuskan bahawa sampel A001, B001 dan D003 menunjukkan sifat

kerapuhan yang tinggi berbanding sampel C001 yang menunjukkan sifat kemuluran

yang terdapat pada bahan matrik itu sendiri. Walaubagaimanapun sifat keplastikan

bahan matrik dapat memberi CFRP C001 gagal pada keterikan maksimum yang lebih

tinggi. Keadaan ini adalah sama seperti yang diterangkan pada literatur sebelum ini di

mana kebanyakan jenis resin mempunyai nilai kekakuan yang baik tetapi pada masa

yang sama tidak akan mengalami patah rapuh [15].

Seterusnya Jadual 5.2 hingga Jadual 5.5 menunjukkan keputusan bagi setiap

jenis spesimen. Jadual keputusan lengkap dapat dilihat pada bahagian Lampiran C1

hingga Lampiran C8. Keputusan dan perbincangan kajian dibahagi kepada dua bahagian

utama iaitu hubungan tegasan-terikan ricih dan profil terikan yang diukur pada kawasan

significant (AB). Berikut adalah empat jenis sampel yang dianalisis pada bahagian ini.

69

a) CFRP Exchem (A)

Jadual 5.2: Data ujikaji CFRP Exchem (A) A001

Daya

(N)

Terikan Utama

pada +45°,

( )μεε 45+

Terikan Utama

pada -45°,

( )μεε 45−

Tegasan

Ricih,

maxτ (Mpa)

Terikan

Purata

aveε ( )με

Terikan

Ricih,

γ ( )με

10 56 -41 0.54 7.5 97

20 104 -90 1.08 7.0 194

30 165 -169 1.62 -2.0 334

40 208 -239 2.16 -15.5 447

50 259 -312 2.70 -26.5 571

60 310 -381 3.24 -35.5 691

70 362 -450 3.78 -44.0 812

80 404 -523 4.32 -59.5 927

90 459 -598 4.86 -69.5 1057

100 515 -669 5.40 -77.0 1184

110 575 -742 5.94 -83.5 1317

120 622 -801 6.48 -89.5 1423

130 700 -895 7.02 -97.5 1595

140 762 -967 7.56 -102.5 1729

150 841 -1055 8.10 -107.0 1896

160 912 -1119 8.64 -103.5 2031

170 988 -1165 9.18 -88.5 2153

180 1156 -1176 9.72 -10.0 2332

190 1252 -1240 10.26 6.0 2492

200 1330 -1324 10.80 3.0 2654

70

Graf Tegasan Ricih lawan Terikan Ricih CFRP Exchem (A) A001

y = 4.28E+09x

0.00E+00

2.00E+06

4.00E+06

6.00E+06

8.00E+06

1.00E+07

1.20E+07

1.40E+07

0.000 0.001 0.001 0.002 0.002 0.003 0.003

Terikan Ricih (γ )

Tega

san

Ric

ih (P

a)

Rajah 5.2: Hubungan tegasan-terikan ricih bagi CFRP A001

Terikan Normal ±45º Lawan Tegasan Exchem (A) Ricih A001

y = -1.24E-04x

y = 1.09E-04x

-1500

-1000

-500

0

500

1000

1500

0.00E+00 2.00E+06 4.00E+06 6.00E+06 8.00E+06 1.00E+07 1.20E+07

Tegasan Ricih τ , (Pa)Terik

an ε

,(μ

ε)

Terikan Utama ε +45 Terikan Utama ε -45

Rajah 5.3: Profil terikan yang diukur pada kawasan significant bagi CFRP A001

71

b) CFRP Sika

Jadual 5.3: Data ujikaji CFRP Sika B001

Daya

(N)

Terikan Utama

pada +45°,

( )μεε 45+

Terikan Utama

pada -45°,

( )μεε 45−

Tegasan

Ricih,

maxτ (Mpa)

Terikan

Purata

aveε ( )με

Terikan

Ricih,

γ ( )με

50 231 -170 3.01 30.50 401

100 543 -417 6.02 63.00 960

150 901 -712 9.03 94.50 1613

200 1258 -951 12.04 153.50 2209

250 1615 -1298 15.04 158.50 2913

300 1936 -1573 18.05 181.50 3509

350 2293 -1895 21.06 199.00 4188

400 2632 -2212 24.07 210.00 4844

450 3006 -2570 27.08 218.00 5576

500 3468 -2913 30.09 277.50 6381

Graf Tegasan Ricih lawan Terikan Ricih CFRP Sika B001

y = 4.95E+09x

0.00E+00

5.00E+06

1.00E+07

1.50E+07

2.00E+07

2.50E+07

3.00E+07

3.50E+07

0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007

Terikan Ricih (γ )

Tega

san

Ric

ih (P

a)

Rajah 5.4: Hubungan tegasan-terikan ricih bagi CFRP B001

72

Terikan Normal ±45º Lawan Tegasan Ricih Sika B001

y = -9.16E-05x

y = 1.10E-04x

-4000

-3000

-2000

-1000

0

1000

2000

3000

4000

0.00E+00 5.00E+06 1.00E+07 1.50E+07 2.00E+07 2.50E+07 3.00E+07 3.50E+07


an ε

,(μ

ε)


Rajah 5.5: Profil terikan yang diukur pada kawasan significant bagi CFRP B001

c) CFRP Fosroc

Jadual 5.4: Data ujikaji CFRP Fosroc C001

Daya

(N)

Terikan Utama

pada +45°,

( )μεε 45+

Terikan Utama

pada -45°,

( )μεε 45−

Tegasan

Ricih,

maxτ (Mpa)

Terikan

Purata

aveε ( )με

Terikan

Ricih,

γ ( )με

50 176 -137 1.53 19.50 313

100 922 -768 3.06 77.00 1690

150 1763 -1439 4.59 162.00 3202

200 2582 -2049 6.12 266.50 4631

250 3298 -2594 7.65 352.00 5892

300 4071 -3210 9.17 430.50 7281

350 4806 -3785 10.70 510.50 8591

400 5547 -4390 12.23 578.50 9937

450 6397 -5127 13.76 635.00 11524

500 7316 -5912 15.29 702.00 13228

73

Graf Tegasan Ricih lawanTerikan Ricih CFRP Fosroc C001

y = 1.22E+09x

0.00E+00

2.00E+06

4.00E+06

6.00E+06

8.00E+06

1.00E+07

1.20E+07

1.40E+07

1.60E+07

1.80E+07

0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014

Terikan Ricih (γ )

Tega

san

Ric

ih (P

a)

Rajah 5.6: Hubungan tegasan-terikan ricih bagi CFRP C001

Terikan Normal ±45º Lawan Tegasan Ricih Fosroc C001

y = 4.54E-04x

y = -3.62E-04x-8000

-6000

-4000

-2000

0

2000

4000

6000

8000

0.00E+00 3.00E+06 6.00E+06 9.00E+06 1.20E+07 1.50E+07 1.80E+07

Tegasan Ricih, τ (Pa)

Terik

an U

tam

a, ε

( με)


Rajah 5.7: Profil terikan yang diukur pada kawasan significant bagi CFRP C001

74

d) CFRP Exchem (B)

Jadual 5.5: Data ujikaji Exchem (B) D003

Daya

(N)

Terikan Utama

pada +45°,

( )μεε 45+

Terikan Utama

pada -45°,

( )μεε 45−

Tegasan

Ricih,

maxτ (Mpa)

Terikan

Purata

aveε ( )με

Terikan

Ricih,

γ ( )με

50 298 -256 2.95 21.00 514

100 768 -704 5.90 32.00 1482

150 1171 -1011 8.85 80.00 2182

200 1586 -1279 11.80 153.50 2865

250 1903 -1603 14.74 150.00 3506

300 2203 -1900 17.69 151.50 4103

350 2546 -2243 20.64 151.50 4789

400 2905 -2590 23.59 157.50 5495

450 3282 -2959 26.54 161.50 6241

500 3731 -3400 29.49 165.50 7131

Graf Tegasan Ricih lawan Terikan Ricih CFRP Exhem (B) D003

y = 4.22E+09x

0.00E+00

5.00E+06

1.00E+07

1.50E+07

2.00E+07

2.50E+07

3.00E+07

3.50E+07

0.000 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008 0.009

Terikan Ricih (γ )

Tega

san

Ric

ih (P

a)

Rajah 5.8: Hubungan tegasan-terikan ricih bagi CFRP D003

75

Profil Terikan Yang Diukur Bagi Exchem (B) D003

y = 1.25E-04x

y = -1.11E-04x

-4000

-3000

-2000

-1000

0

1000

2000

3000

4000

0.00E+00 5.00E+06 1.00E+07 1.50E+07 2.00E+07 2.50E+07 3.00E+07 3.50E+07Tegasan Ricih τ (Pa)

Terik

an U

tam

a, ε

(με)


Rajah 5.9: Profil terikan yang diukur pada kawasan significant bagi CFRP D003

5.2.1.1 Hubungan Tegasan-Terikan Ricih

Rajah 5.2, 5.4, 5.6, dan 5.8 menunjukkan hubungan tegasan terikan pada

peringkat elastik bagi setiap sampel CFRP berorientasi 0º. (Untuk spesimen yang lain

ditunjukkan pada bahagian Lampiran D1 hingga Lampiran D4). Hubungan tersebut

hanya diambil kira pada peringkat elastik berdasarkan kepada julat di mana tegasan ricih

berkadar langsung dengan terikan ricih bahan.

Secara umumnya, keputusan menunjukkan perubahan elemen tegasan ricih

berkadar langsung dengan nilai terikan apabila daya ricih tulen yang dikenakan semakin

meningkat. Ini berlaku disebabkan oleh bahan CFRP adalah bersifat rapuh. Nilai

modulus ricih untuk semua spesimen dikira berdasarkan kepada kecerunan lengkung

tegasan-terikan ricih pada julat terikan ricih pada 0.1% - 0.3% dari keterikan ricih

maksimum dan keputusan untuk semua spesimen yang berorientasi sudut 0º ditunjukkan

pada Jadual 5.1.

76

Rajah 5.2, 5.4, 5.6, dan 5.8 merupakan empat contoh graf yang terhasil dari

ujikaji yang dijalankan dimana nilai modulus ricih bagi CFRP A001 adalah 4.28 GPa,

diikuti dengan CFRP B001 iaitu 4.95 GPa, CFRP C001 iaitu 1.22 GPa dan akhir sekali

CFRP D003 iaitu 4.22 GPa. Dapat dilihat kecerunan lengkuk hubungan tegasan-terikan

yang diperolehi adalah hampir sama dengan keputusan yang diperolehi oleh para

pengkaji [3,5,7] untuk sampel yang berorientasi 0º. Penerangan perbezaan nilai modulus

ricih bagi setiap spesimen diterangkan pada bahagian perbincangan keseluruhan ujikaji.

5.2.1.2 Profil Terikan Pada Kawasan Significant

Rajah 5.3, 5.5, 5.7, dan 5.9 menunjukkan profil terikan melawan tegasan ricih

yang diukur pada kawasan significant ketika beban ricih tulen (α = 0º) untuk spesimen

yang berorientasi 0°. Profil terikan, ε+45° dan ε-45° yang terhasil adalah sama seperti

dengan teori dan literatur [3,5], di mana profil tersebut sentiasa simetri pada kedua-dua

bahagian walaupun terdapat ralat yang kecil yang dapat dilihat pada nilai kecerunan

lengkuk profil. Dapat dilihat purata peratusan ralat diantara kedua-dua lengkuk profil

terikan, ε+45° dan ε-45° bagi spesimen A001 adalah 6.4% manakala B001 adalah 9.1%,

C001 adalah 11.3% dan D003 adalah 5.9%.

Dapat dilihat pada Rajah 5.3, 5.5, 5.7, dan 5.9 bagi spesimen A001, B001, C001

dan D003 yang menunjukkan elemen tegasan teranjak sedikit dari kawasan tengah

lengkung tegasan-terikan ricih masing-masing. Ini mungkin berlakunya ketidaksejajaran

spesimen dengan rig Arcan semasa ujikaji dijalankan. Ketidaksejajaran ini dapat dilihat

pada ralat kecerunan antara terikan ε+45° dengan ε-45°. Di samping itu ralat antara kedua-

dua bacaan nilai terikan utama dapat dilihat pada terikan ricih purata, εx pada Jadual 5.2.

hingga Jadual 5.5. Berdasarkan keputusan pada Jadual 5.2, terikan purata, εx bagi

spesimen A001 teranjak sebanyak 0.2% hingga 15% ke sebelah positif dan negatif

apabila daya semakin meningkat. Ini menunjukkan A001 mempunyai peratusan anjakan

lebih tinggi jika dibandingkan dengan spesimen B001, C001 dan D003 yang teranjak

77

hanya sebanyak 2% hingga 10%. Terikan purata εx untuk spesimen B001, C001 dan

D003 dapat dilihat pada Jadual 5.3 hingga Jadual 5.5. Ketidaksejajaran ini juga dapat

dilihat pada bulatan Mohr yang diterangkan pada bahagian contoh pengiraan.

5.3 Keputusan Ujikaji Sampel Berorientasi 90º

Jadual 5.2 menunjukkan rumusan keputusan ujikaji bagi kesemua jenis plat

CFRP di mana arah gentian serenjang dengan arah daya yang dikenakan, 90º (rujuk

Rajah 4.7).

Jadual 5.6: Keputusan ujikaji bagi spesimen (90º)

Terikan yang

Menghampiri Had

Alah,ε (με) Sampel

Kod

Spesimen

Beban

Alah

Maksimum,

P (kN) 45º -45º

Tegasan

Ricih pada

Beban Alah,

τ, (MPa)

Modulus

Ricih,

G, (GPa)

Terikan

Ricih pada

Beban Alah,

γ, (µε)

A901 0.77 4815 -5735 47.38 5.22 25526

A902 0.75 4715 -5637 44.32 5.45 24726

A903 0.79 4804 -5724 49.13 5.21 23984

Exchem

(A)

Purata 0.77 46.94 5.29

B901 1.29 60893 -59760 82.38 5.32 120653

B902 1.34 65658 -60919 89.00 6.54 126577

B903 1.25 55459 -55422 88.63 5.29 110917 Sika

Purata 1.29 88.63 5.72

C901 1.98 26381 -25590 57.63 1.34 51971

C902 1.93 24300 -25891 54.71 1.37 50191

C903 1.92 26113 -25158 55.78 1.41 5127 Fosroc

Purata 1.94 56.04 1.37

D901 1.16 11154 -11842 70.13 6.32 22996

D902 1.14 13450 -16277 71.31 6.53 29727

D903 1.24 14837 -15885 76.57 6.18 30722

Exchem

(B)

Purata 1.18 72.67 6.34

78

5.3.1 Perbincangan Keputusan Ujikaji Sampel Berorientasi 90°

Merujuk kepada Jadual 5.6 CFRP Exchem (A), gagal pada beban maksimum

purata iaitu 0.77 kN di mana tegasan ricih pada beban alah maksimum adalah 46.94

MPa. Pada peringkat elastik menunjukkan purata nilai modulus ricih bagi CFRP

Exchem (A) adalah 5.29 GPa.

Bagi CFRP Sika, spesimen gagal pada beban purata maksimum iaitu sebanyak

1.29 kN di mana tegasan ricih maksimum adalah 88.63 MPa. Pada peringkat elastik

CFRP Sika menunjukkan nilai purata modulus ricih iaitu 5.72 GPa.

Seterusnya bagi CFRP Fosroc, spesimen gagal pada beban purata maksimum

iaitu sebanyak 1.94 kN di mana tegasan ricih maksimum adalah sebanyak 56.04 MPa.

Pada peringkat elastik CFRP Fosroc menunjukkan nilai purata modulus ricih iaitu

sebanyak 1.37 GPa.

Manakala bagi CFRP Exchem (B), spesimen gagal pada beban purata maksimum

iaitu sebanyak 1.18 kN di mana tegasan ricih maksimum adalah sebanyak 72.67 MPa.

Pada peringkat elastik CFRP Exchem (B) menunjukkan nilai modulus ricih iaitu

sebanyak 6.34 GPa.

Berikut adalah empat jenis sampel iaitu A903, B901, C902 dan D902 yang

dianalisis pada bahagian ini. Rajah 5.10 menunjukkan hubungan tegasan-terikan ricih

yang terhasil daripada ujikaji Arcan bagi keempat-empat sampel tersebut yang

berorientasi 90º.

79

Graf Tegasan Ricih lawan Terikan Ricih Plat CFRP 90º

0.00E+00

1.00E+07

2.00E+07

3.00E+07

4.00E+07

5.00E+07

6.00E+07

7.00E+07

8.00E+07

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14

Terikan Ricih (γ )

Tega

san

Ric

ih (P

a)

A903 B901

C902 D902

Rajah 5.10: Hubungan tegasan-terikan ricih bagi kesemua sampel 90°

Secara keseluruhan spesimen diuji sehingga gagal pada keadaan ricih tulen pada

(α = 0). Berdasarkan Rajah 5.10, semakin tinggi tegasan ricih tulen maka semakin tinggi

terikan ricih yang berlaku. Keempat-empat sampel menunjukkan hubungan tegasan-

terikan ricih yang linear pada peringkat awal bebanan pada julat terikan 300 µε hingga

6000 µε. Pada peningkatan beban seterusnya menunjukkan sifat tidak linear sehingga

spesimen gagal. Kecerunan lengkung menunjukkan mewakili ricih bagi setiap sampel

yang diuji.

Dapat dilihat daripada kecerunan lengkuk graf pada Rajah 5.10 tegasan terikan

ricih, spesimen D902 menunjukkan modulus ricih yang paling tinggi, diikuti dengan

D003, A001 dan akhir sekali spesimen C001 mempunyai modulus ricih yang paling

rendah. Tegasan ricih muktamad untuk semua jenis sampel menunjukkan spesimen

B901 mempunyai tegasan ricih muktamad yang paling tinggi iaitu sebanyak 82.38 MPa,

diikuti dengan D902 iaitu 71.31 MPa, C902 iaitu 54.71 MPa dan A001 iaitu 49.13 MPa.

Manakala terikan ricih bagi semua sampel menunjukkan spesimen B901 mempunyai

terikan ricih maksimum paling tinggi iaitu sebanyak 120653 µε, diikuti dengan C902

80

iaitu 51271 µε, D902 iaitu 29727 µε dan A903 iaitu 10528 µε. Dapat dirumuskan dari

kecerunanan garis pada graf tegasan terikan, bahawa sampel A903, B901 dan D902

menunjukkan sifat kerapuhan yang tinggi berbanding sampel C902 yang menunjukkan

sifat kemuluran yang ada pada bahan matrik yang digunakan.

Pada orientasi gentian 90º, jika spesimen D902 dibandingkan dengan spesimen

B901 menunjukkan D902 mempunyai kekakuan yang tinggi. Walaubagaimanapun

D902 mempunyai kekuatan muktamad yang rendah berbanding dengan spesimen B901.

Perbezaan kekakuan dan kekuatan ini adalah disebabkan pengunaan bahan matirk

terhadap plat CFRP bagi setiap sampel. Seperti yang diterangkan dalam bab 4, sampel

B901 menggunakan epoksi sebagai bahan matrik manakala sampel D902 menggunakan

bahan vinylester. Perbezaan sifat mekanikal kedua-dua bahan matrik yang digunakan

dapat dirujuk pada Bab 2.3.

Seterusnya Jadual 5.7 hingga Jadual 5.10 menunjukkan keputusan bagi setiap

jenis spesimen. Jadual keputusan lengkap dapat dilihat pada bahagian Lampiran C9

hingga Lampiran C20. Keputusan dan perbincangan kajian dibahagi kepada dua

bahagian utama iaitu hubungan tegasan-terikan ricih dan profil terikan yang diukur pada

kawasan significant (AB). Berikut adalah empat jenis sampel yang dianalisis pada

bahagian ini.

81

a) CFRP Exchem (A)

Jadual 5.7: Data ujikaji CFRP Exchem (A) A903

Daya

(N)

Terikan Utama

pada +45°,

( )μεε 45+

Terikan Utama

pada -45°,

( )μεε 45−

Tegasan

Ricih,

maxτ (Mpa)

Terikan

Purata

aveε ( )με

Terikan

Ricih,

γ ( )με

100 618 -682 6.22 -32.0 1300 200 1087 -1284 12.44 -98.5 2371 300 1618 -1916 18.66 -149.0 3534 400 2178 -2505 24.88 -163.5 4683 500 2730 -3308 31.09 -289.0 6038

Graf Tegasan Ricih Lawan Terikan Ricih CFRP Excham (A) A903

y = 5.21E+09x

0.00E+00

5.00E+06

1.00E+07

1.50E+07

2.00E+07

2.50E+07

3.00E+07

3.50E+07

0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007

Terikan Ricih (γ )

Tega

san

Ric

ih (P

a)

Rajah 5.11: Hubungan tegasan-terikan ricih bagi CFRP A903

82

Terikan Normal ±45º Lawan Tegasan Ricih Exchem(A) A903

y = -1.04E-04x

y = 8.77E-05x

-4000

-3000

-2000

-1000

0

1000

2000

3000

4000

0.00E+00 5.00E+06 1.00E+07 1.50E+07 2.00E+07 2.50E+07 3.00E+07 3.50E+07


an ε

,(μ

ε)


Rajah 5.12: Profil terikan yang diukur pada kawasan significant bagi CFRP A903

b) CFRP Sika B901

Jadual 5.8: Data ujikaji CFRP Sika B901

Daya

(N)

Terikan Utama

pada +45°,

( )μεε 45+

Terikan Utama

pada -45°,

( )μεε 45−

Tegasan

Ricih,

maxτ (Mpa)

Terikan

Purata

aveε ( )με

Terikan

Ricih,

γ ( )με

100 608 -682 2.84 -37.0 1290

200 1087 -1284 5.68 -98.5 2371

300 1618 -1926 8.52 -154.0 3544

400 2178 -2605 11.36 -213.5 4783

500 2730 -3308 14.20 -289.0 6038

83

Graf Tegasan Ricih Lawan Terikan Ricih CFRP Sika B901

y = 5.45E+05x

0.00E+00

5.00E+02

1.00E+03

1.50E+03

2.00E+03

2.50E+03

3.00E+03

3.50E+03

0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007

Terikan Ricih (γ )

Tega

san

Ric

ih (P

a)

Rajah 5.13: Hubungan tegasan-terikan ricih bagi CFRP B901

Terikan Normal ±45º Lawan Tegasan Ricih Sika B901

y = -1.02E-04x

y = 8.54E-05x

-4000

-3000

-2000

-1000

0

1000

2000

3000

4000

0.00E+00 5.00E+06 1.00E+07 1.50E+07 2.00E+07 2.50E+07 3.00E+07 3.50E+07


an ε

,(μ

ε)


Rajah 5.14: Profil terikan yang diukur pada kawasan significant bagi CFRP B901

84

c) CFRP Fosroc

Jadual 5.9: Data ujikaji CFRP Fosroc C902

Daya

(N)

Terikan Utama

pada +45°,

( )μεε 45+

Terikan Utama

pada -45°,

( )μεε 45−

Tegasan

Ricih,

maxτ (Mpa)

Terikan

Purata

aveε ( )με

Terikan

Ricih,

γ ( )με

100 934 -1070 2.86 -68.0 2004

200 1827 -2145 5.72 -159.0 3972

300 2756 -3216 8.58 -230.0 5972

400 3857 -4462 11.44 -302.5 8319

500 4963 -5677 14.29 -357.0 10640

Graf Tegasan Ricih Lawan Terikan Ricih CFRP Fosroc C902

y = 1.37E+09x

0.00E+00

2.00E+06

4.00E+06

6.00E+06

8.00E+06

1.00E+07

1.20E+07

1.40E+07

1.60E+07

1.80E+07

0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014

Terikan Ricih (γ )

Tega

san

Ric

ih (P

a)

Rajah 5.15: Hubungan tegasan-terikan ricih bagi CFRP C902

85

Terikan Normal ±45º Lawan Tegasan Ricih Fosroc C902

y = -3.92E-04x

y = 3.40E-04x

-8000

-6000

-4000

-2000

0

2000

4000

6000

0.00E+00 5.00E+06 1.00E+07 1.50E+07 2.00E+07

Tegasan Ricih τ , (Pa)

Terik

an ε

,(μ

ε)


Rajah 5.16: Profil terikan yang diukur pada kawasan significant bagi CFRP C902

d) CFRP Exchem (B)

Jadual 5.10: Data ujikaji CFRP Exchem (B) D902

Daya

(N)

Terikan Utama

pada +45°,

( )μεε 45+

Terikan Utama

pada -45°,

( )μεε 45−

Tegasan

Ricih,

maxτ (Mpa)

Terikan

Purata

aveε ( )με

Terikan

Ricih,

γ ( )με

100 355 -601 6.24 -123.0 956

200 693 -1145 12.49 -226.0 1838

300 1079 -1665 18.73 -293.0 2744

400 1477 -2258 24.98 -390.5 3735

500 1921 -3032 31.22 -555.5 4953

86

Graf Tegasan Ricih Lawan Terikan Ricih CFRP Exchem (B) D902

y = 6.53E+09x

0.00E+00

5.00E+06

1.00E+07

1.50E+07

2.00E+07

2.50E+07

3.00E+07

3.50E+07

4.00E+07

4.50E+07

0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007

Terikan Ricih (γ )

Tega

san

Ric

ih (P

a)

Rajah 5.17: Hubungan tegasan-terikan ricih bagi CFRP D902

Terikan Normal ±45º Lawan Tegasan Ricih Exchem (B) D902

y = -9.34E-05x

y = 5.97E-05x

-4000

-3000

-2000

-1000

0

1000

2000

3000

0.00E+00 5.00E+06 1.00E+07 1.50E+07 2.00E+07 2.50E+07 3.00E+07 3.50E+07

Tegasan Ricih τ , (Pa)

Terik

an ε

,(μ

ε)


Rajah 5.18: Profil terikan yang diukur pada kawasan significant bagi CFRP D902

87

5.3.1.1 Hubungan Tegasan -Terikan Ricih

Rajah 5.11, 5.33, 5.15, dan 5.17 menunjukkan hubungan tegasan terikan pada

peringkat elastik bagi setiap sampel CFRP berorientasi 90º. (Untuk spesimen yang lain

ditunjukkan pada bahagian Lampiran E1 hingga Lampiran E4). Sama seperti

perbincangan keputusan bagi spesimen 0º hubungan tersebut hanya diambil kira pada

peringkat julat elastik kerana pada peringkat tersebut didapati tegasan ricih berkadar

langsung dengan terikan ricih.

Secara umumnya, keputusan menunjukkan perubahan elemen tegasan ricih

berkadar langsung dengan nilai terikan apabila daya ricih tulen yang dikenakan semakin

meningkat. Ini berlaku kerana CFRP adalah satu bahan yang rapuh. Nilai modulus ricih

untuk semua spesimen dikira berdasarkan kepada kecerunan lengkung tegasan-terikan

ricih pada julat terikan pada 0.1% hingga 0.3% dari keterikan ricih maksimum dan

keputusan untuk semua spesimen yang berorientasi 90º ditunjukkan pada Jadual 5.6.

Rajah 5.11, 5.13, 5.15, dan 5.17 merupakan empat contoh graf yang terhasil dari

ujikaji yang dijalankan di mana nilai modulus ricih bagi CFRP A903 adalah 4.21 GPa,

diikuti dengan CFRP B901 iaitu 5.32 GPa, CFRP C001 iaitu 1.37 GPa dan akhir sekali

CFRP D003 iaitu 6.53 GPa. Dapat dilihat graf hubungan tegasan-terikan yang diperolehi

hampir sama dengan keputusan yang diperolehi oleh para pengkaji [3,5,7] untuk sampel

yang berorientasi 90º. Penerangan perbezaan nilai modulus ricih bagi setiap spesimen

diterangkan pada bahagian perbincangan keseluruhan ujikaji.

88

5.3.1.2 Profil Terikan Pada Kawasan Significant

Rajah 5.12, 5.14, 5.16, dan 5.18 menunjukkan profil terikan melawan tegasan

ricih yang diukur pada kawasan significant ketika beban ricih tulen (α = 0º) bagi sampel

yang berorientasi 90°. Profil terikan, ε+45° dan ε-45° yang terhasil adalah sama seperti

dengan teori, literatur [3,5] dan ujikaji bagi spesimen berorientasi 0° di mana profil

terikan, ε+45° dan ε-45° tersebut sentiasa simetri pada kedua-dua bahagian. Ini

menunjukkan tahap keseragaman terikan ricih pada kawasan significant.

Dapat dilihat pada Rajah 5.12, 5.14, 5.16, dan 5.18 bagi spesimen A903, B901,

C902 dan D902 menunjukkan elemen tegasan teranjak sedikit dari kawasan tengah

lengkung tegasan-terikan ricih masing-masing. Ini mungkin berlakunya ketidaksejajaran

spesimen dengan rig Arcan semasa ujikaji dijalankan. Ketidaksejajaran ini dapat dilihat

pada perbezaan nilai kecerunan antara terikan, ε+45° dengan ε-45°. Rajah 5.19

menunjukkan kesan ketidaksejajaran semasa ujikaji dijalankan spesimen ke atas

spesimen. Disamping itu, ketidaksejajaran dapat dilihat pada bulatan Mohr yang

diterangkan pada bahagian contoh pengiraan.

Rajah 5.19: Keadaan gagal (tidak sejajar) bagi spesimen B901

89

Merujuk kepada Rajah 5.14 (spesimen A903), lengkuk ε+45º, mempunyai

magnitud kecerunan sebanyak 8.54x10-5 manakala lengkuk ε-45° mempunyai magnitud

kecerunan sebanyak 1.02x10-4. Ini menunjukkan perbezaan diantara nilai kecerunan bagi

kedua-dua terikan utama tersebut adalah kecil iaitu sebanyak 8.9 % tetapi ia memberi

kesan kepada nilai modulus ricih menyebabkan nilai yang diperolehi kurang tepat.

Walaubagaimanapun keadaan ini masih boleh diterima kerana kesejajaran spesimen

pada rig sukar ditentukan dengan mata kasar. Seterusnya perbezaan nilai magnitud

kecerunan bagi spesimen A903, C902 dan D902 dapat dilihat pada Rajah 5.12, 5.16 dan

5.18 masing-masing.

Di samping itu ralat antara kedua-dua bacaan nilai terikan utama dapat dilihat

pada terikan ricih purata, εx pada Jadual 5.7 hingga Jadual 5.10. Berdasarkan kepada

keputusan pada Jadual 5.7, didapati terikan purata, εx bagi spesimen A903 teranjak

sebanyak 1% hingga 3% ke sebelah paksi negatif. Ini menunjukkan A001mempunyai

ralat lebih kecil jika dibandingkan dengan spesimen B901, C902 dan D902 yang

teranjak sebanyak 2% hingga 6% dan dapat dilihat pada Jadual 5.8 hingga Jadual 5.10.

Perbezaan ini berlaku akibat beberapa faktor antaranya ialah kedudukan tolok terikan

yang dipasang tidak tepat pada bahagian tengah kawasan significant. Ketepatan tolok

terikan pada kawasan significant sukar ditentukan oleh mata kasar.

5.4 Contoh Pengiraan

Daripada ujikaji Arcan yang dijalankan maka nilai tegasan ricih purata, terikan

ricih dan seterusnya modulus ricih akan diperolehi. Berikut adalah contoh pengiraan

yang digunakan untuk ujikaji ini bagi spesimen B001 pada beban 500 N.

Tebal, h = 1.45 mm Panjang, l = 11.34mm

90

l

P

P

A B

Daya yang dikenakan, P = 500 N Terikan Utama pada +45°, °+45ε = 3468 µε Terikan Utama pada -45°, °−45ε = – 2913 µε

Berikut adalah pengiraan untuk menentukan nilai tegasan ricih purata,τ dan terikan

ricih γ.

Luas kawasan significant, A = h x l

A = 1.45 mm x 11.34 mm

= 16.44 mm2

Tegasan ricih purata, τ

hlP

AP

==τ

51064.1500

−×=τ

= 30.09 MPa

Dalam pengiraan ini, tegasan ricih yang berlaku adalah seragam pada bahagian keratan

rentas dan bertindak disepanjang kawasan significant.

Terikan ricih, γ = °+45ε – °−45ε

γ = 3468 – (– 2913) µε

= 6381 µε

91

Kesejajaran (alignment) elemen tegasan dapat ditentukan melalui pengiraan berikut;

24545 °−°+ +

=εε

ε x

229133468 −

=xε

= 277.5 µε

Keadaan terikan elemen tegasan boleh dilihat daripada bulatan Mohr yang dikira

berdasarkan nilai tegasan seperti yang ditunjukkan pada Rajah 5.20.

Titik tengah bulatan C = εx = 2

4545 °−°+ + εε

= 277.5 µε

Jejari bulatan, R = 2γ =

26381

= 3190.5 Diameter bulatan , φ = 2R = 6181 µε

Rajah 5.20: Bulatan Mohr yang dibina berdasarkan terikan utama spesimen B001

92

Bulatan Mohr menunjukkan keadaan ricih tulen tidak berlaku pada bahagian

tengah spesimen di mana nilai terikan utama adalah sifar. Sebaliknya, nilai terikan

teranjak sedikit ke bahagian kanan. Walaubaimanapun, keputusan masih boleh diterima

kerana ianya teranjak dalam nilai yang kecil iaitu hanya 8.5 % daripada jejari bulatan

bulatan. Pada masa yang sama, ianya adalah hampir mustahil untuk mendapat nilai sifar

dalam ujikaji berbanding analisis teori. Oleh hal demikian, kaedah pengujian Arcan

untuk ujian ricih tulen pada sampel plat CFRP pultruded mempunyai keboleharapan

yang tinggi.

Keputusan menunjukkan anjakan elemen tegasan seperti yang ditunjukkan oleh

nilai terikan purata meningkat berkadaran dengan peningkatan bebanan. Ini kerana

keadaan bahan plat CFRP pultuded yang rapuh, di mana keretakan mikro selalunya

membesar dengan cepat semasa proses pembebanan berterusan berlaku.

Walaubagaimanapun, ketidaksejajaran kawasan ricih tulen masih kurang daripada 9 %.

Keputusan yang diperoleh dipengaruhi oleh kesejajaran kawasan rig ujikaji. Apabila

spesimen butterfly dilekatkan pada rig Arcan, kesemua empat bahagian male dan female

mestilah diselarikan dengan berhati-hati. Disebabkan pemasangan rig dilakukan tanpa

tolok dail (dial gauge) atau sebarang instrumen untuk memastikan kesejajaran rig, maka

adalah sukar untuk menyeragamkan kesejajaran keempat-empat bahagian rig dengan

mata kasar.

5.5 Perbincangan Keseluruhan Ujikaji

Hasil ujikaji Arcan pada kedua-dua orientasi sampel sudut 0º dan 90°, nilai

purata modulus ricih dan tegasan ricih dapat ditunjukkan pada Jadual 5.1 dan Jadual 5.6.

Perbandingan tegasan dan modulus ricih antara setiap jenis sampel dipamerkan pada

Rajah 5.21 dan Rajah 5.24.

93

0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

70.00

80.00

90.00

Tega

san

Ric

ih, τ

, (M

pa)

Graf Perbandingan Tegasan Ricih,τ melawan Setiap Jenis Sampel

Sampel 0° 20.81 45.38 32.46 33.70

Sampel 90° 46.94 88.63 56.04 72.76

Exchem (A) Sika Fosroc Exchem (B)

Rajah 5.21: Graf perbandingan tegasan ricih setiap jenis plat CFRP

Rajah 5.21 menunjukkan perbandingan tegasan purata ricih setiap jenis sampel

dan juga orientasi sampel. Merujuk kepada Rajah 5.21, untuk CFRP yang

berorientasikan 0º, CFRP Sika menunjukkan nilai tegasan ricih purata yang paling tinggi

diikuti dengan CFRP Exchem (B) , CFRP Fosroc dan paling rendah ialah CFRP Exchem

(A). Begitu juga bagi CFRP yang berorientasikan 90º menunjukkan turutan tegasan ricih

purata adalah sama seperti CFRP 0°. Dapat dilihat bahawa CFRP Sika mempunyai

kekuatan tegasan ricih yang tinggi akibat daripada penggunaan bahan matrik daripada

jenis epoksi di mana resin epoksi mempunyai kekuatan ricihan atau ikatan antara muka

(interface) yang tinggi berbanding resin vinylester. Diketahui daripada literatur [21]

kekutatan ricih membujur (bersudut 0º) tidak dipengaruhi oleh isipadu pecahan, Vf bagi

gentian, tetapi bergantung sepenuhnya kepada kekuatan ricih atau ikatan bahan matrik.

Disamping itu faktor proses pembuatan plat CFRP menggunakan kaedah

penarikan (pultrusion) menghasilkan CFRP Sika kekuatan ricih yang tinggi berdasarkan

94

kualiti ikatan bahan matrik dengan bahan gentian yang baik dan seragam. Melaui proses

penarikan kadar gelembung udara (voids) di dalam laminat diminimakan menghampiri

0%. Ini diperolehi akibat daripada tekanan yang seragam dan berterusan semasa proses

penarikan dilakukan. Bahan matrik berkemampuan untuk bercampur dengan bahan

gentian sebagai bahan pengisi yang mampu memindahkan tegasan ricih yang seragam

pada antara muka.

arah gentian arah

gentian

Rajah 5.22: Sampel berorientasikan 0º Rajah 5.23: Sampel berorientasikan 90º

Dapat dilihat pada Rajah 5.21 didapati sampel berorientasikan 0º mencatatakan

tegasan ricih purata lebih rendah di mana hampir separuh (50%) daripada sampel

berorientasikan 90º. Bagi CFRP Exchem (A), sampel 0º mencatatkan tegasan ricih

purata 44.5% lebih rendah daripada sampel 90º. Seterusnya sampel 0º bagi CFRP Sika

iaitu 51.2%, CFRP Fosroc iaitu 57.9% dan CFRP Exchem (B) iaitu 46.3 % mencatatkan

tegasan ricih purata lebih rendah daripada sampel 90º. Berdasarkan Rajah 5.22, sampel

0º, daya, P, yang dikenakan selari dengan arah gentian. Pada keadaan ini ricih tulen

selari dengan arah gentian menyebabkan kekuatan ricih bergantung sepenuhnya kepada

kualiti ikatan bahan matrik dengan gentian. Berbanding dengan sampel 90º pada Rajah

5.23, di mana arah daya, P, yang dikenakan berserenjang dengan arah gentian. Ini

menyebabkan kekuatan ricih bergantung kepada ikatan bahan matrik dengan gentian dan

juga kekuatan gentian itu sendiri untuk sampel gagal.

95

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

7.00

Mod

ulus

Ric

ih, G

(GPa

)

Graf Perbandingan Modulus Ricih, G melawan Sampel Ujian

Sampel 0° 4.17 4.69 1.27 4.40

Sampel 90° 5.29 5.72 1.37 6.34

Exchem(A) Sika Fosroc Exchem (B)

Rajah 5.24: Graf perbandingan modulus ricih bagi setiap jenis plat CFRP

Rajah 5.24 menunjukkan perbandingan nilai modulus ricih bagi setiap CFRP dan

orientasi sampel untuk sampel 0°, CFRP Sika mencatatkan nilai modulus ricih yang

paling tinggi diikuti dengan CFRP Exchem (B), Exchem (A) dan terendah adalah CFRP

Fosroc. Manakala bagi spesimen 90º, CFRP Sika mencatatkan nilai modulus yang paling

tinggi diikuti dengan CFRP Exchem (B), CFRP Exchem (A) dan yang paling rendah

adalah CFRP Fosroc. Ini menunjukkan plat CFRP yang diproses melalui kaedah

penarikan (pultrusion) mencatatkan nilai modulus ricih yang lebih tinggi berbanding

dengan CFRP Fosroc yang diproses melalui kaedah beg bertekanan (vacum bagging).

Di samping itu dapat dilihat sampel yang berorientasi 90º menunjukkan nilai

modulus ricih yang lebih tinggi berbanding dengan sampel 0°. Ini adalah kerana ketidak

lelurus dilihat pada lengkuk tegasan-terikan ricih untuk kedua-dua spesimen 0º dan 90º

(rujuk Rajah 5.1 dan 5.10), terutamanya 90º. Ini boleh dikatakan ketidaklelurus jelas

96

berlaku akibat perubahan elastik di dalam bahan matrik itu sendiri atau kelemahan pada

ikatan antra muka gentian degan bahan matrik.

Walaubagaimanapun, dapat diramalkan bahawa berlakunya mikro rekahan

ataupun ketidak stabilan gentian sebelum rekahan sebenar berlaku di mana akan

dibincangkan kemudian. Kelakuan tidak linear jelas kelihatan dari paras rendah terikan

ricih yang berlaku. Pada keadaan ini daya ikatan antara muka antara bahan gentian

dengan bahan matrik mula berkurang akibat wujudnya mikro rekahan. Keadaan ini sama

seperti yang dinyatakan oleh Jianmei et al [7] di mana mikro rekahan ataupun

ketidakstabilan gentian mungkin berlaku sebelum spesimen gagal sepenuhnya. Kajian

literatur pada Bab 2 (rujuk Rajah 2.8) menunjuk keadaan yang sama mungkin berlaku

pada spseimen semasa ujikaji terhadap sampel 90º.

5.6 Mod Kegagalan

Mod kegagalan pada kedua-dua jenis spesimen 0° dan 90º telah dikenalpasti

apabila spesimen tersebut dikenakan beban ricih tulen. Terdapat dua jenis mod

kegagalan yang dikenalpasti dan kedua-duanya berbeza mengikut arah orientasi gentian

spesimen.

5.6.1 Mod Kegagalan Bagi Sampel CFRP Arah Gentian 0°

Seperti yang diterangkan sebelum ini pada Rajah 5.1, dapat dilihat mod

kegagalan yang berlaku bagi setiap sampel 0º pada keadaan di mana terikan ricih

mencapai 1% - 3% daripada keterikan maksimum. Rajah 5.25 (a) menunjukkan keadaan

rig Arcan setelah spesimen gagal secara terus (putus) ataupun mod ricihan (Mod II). Ini

97

menunjukkan keadaan spesimen adalah berada dalam keadaan dikekang sepenuhnya di

dalam rig Arcan.

Ricih putus /mod ricihan

(a) (b)

Rajah 5.25: Keadaan patah (fracture) spesimen 0° bagi sampel C002

(a) pada rig Arcan ; (b) contoh patah lengkap

Rajah 5.25 (b) menunjukkan mod kegagalan bagi spesimen 0º di mana spesimen

gagal secara lengkap pada kawasan significant. Mod jenis ini dekenali sebagai mod

gelincir atau mod rihihan (Mod II). Patah (fracture) jenis ini merujuk kepada tegasan

ricih yang dikenakan selari dengan arah gentian dan normal kepada bahagian hadapan

retak. Semasa bukaan retak, permukaan retak akan teranjak pada arah selari dengan

garisan retakan dan arah gentian. Tegasan ricih yang lebih sesuai wujud di dalam sampel

berorientasi 0º. Perambatatan rekahan awal berlaku pada bahagian tengah takuk dan

seterusnya rekahan tersebut selari dengan daya ricih yang dikenakan. Nilai tegasan ricih

adalah minimum pada permulaan takuk dan semakin bertambah di sepanjang paksi

takuk menuju nilai maksimum. Walaubagaimanapun spesimen ini gagal lebih awal

disebabkan patah berkaitan dengan gabungan ricihan dan daya tegasan melintang pada

takuk.

98

Terdapat satu lagi jenis mod kegagalan yang dikenalpasti untuk spesimen 0º.

Rekahan awal dapat dilihat pada bahagian tepi titik persilangan diantara kawasan

siginificant di mana tidak tepat di bahagian tengah significant dan rekahan tersebut

adalah selari dengan arah daya ricihan tulen yang dikenakan. Gambaran ini lebih jelas

dengan merujuk kepada Rajah 5.26 (b)

Titik lemah pada spesimen

akibat daripada penyedian yang

tidak betul

Permulaan rekahan

(a) (b)

Rajah 5.26: Keadaan patah (fracture) spesimen 0° bagi sampel A001

(a) pada rig Arcan ; (b) contoh patah bahagian tepi

Rajah 5.26 (a) menunjukkan keadaan di mana spesimen telah gagal semasa

ujikaji dijalankan manakala Rajah 5.26 (b) menunjukkan contoh spesimen yang gagal

dalam mod jenis tersebut. Spesimen gagal dalam jenis ini disebabkan penghasilan

spesimen yang tidak simetri. Pada keadaan ini mungkin terdapat unsur tegasan baki pada

spesimen membolehkan perambatan kegagalan spesimen belaku di bahagian berkenaan.

Tegasan baki ini terbentuk akibat daripada proses pemotongan dan penyudahan

penghasilan spesimen yang tidak sekata di bahagian sisi spesimen. Disamping itu juga,

Spesimen gagal dalam bentuk ini kerana ketidaksejajaran spesimen dengan rig Arcan.

99

5.6.2 Mod Kegagalan Bagi Sampel CFRP Arah Gentian 90º

Rajah 5.27 (a) menunjukkan keadaan di mana spesimen dengan arah gentian 90°

telah gagal pada takat beban maksimum. Dapat dilihat keseimbangan rig male dan rig

female semasa beban dikenakan.

Rekahan mod

bukaan

Rekahan mod ricihan

(a) (b)

Rajah 5.27: Keadaan patah (fracture) spesimen 90° bagi sampel B902

(a) pada rig Arcan ; (b) contoh rekahan lengkap

Untuk spesimen dengan arah gentian 90º, didapati apabila terikan ricih mencapai

hampir 1% - 3% daripada keterikan maksimum, rekahan pada spesimen mula berlaku.

Terdapat dua jenis mod kegagalan yang dapat dikesan pada kawasan significant iaitu

mod bukaan (Mod I) dan mod ricihan (Mod II) seperti yang ditunjukkan pada rajah 5.27

(b). Pada awal rekahan, mod bukaan berlaku pada pada bahagian titik besebelahan

dengan persilangan takuk (notch) atas dan rekahan adalah beserenjang dengan daya ricih

yang dikenakan. Pada keadaan ini mikro rekahan berlaku dan seterusnya ikatan antara

muka antara bahan gentian dengan bahan matrik mula terbuka (debonding). Rekahan

tersebut akan terus merebak dan berhenti sehingga wujudnya rekahan kedua yang

100

berlaku dalam bentuk yang sama dengan rekahan pertama. Pada kebiasaannya lokasi

antara rekahan pertama dengan rekahan kedua adalah simetri.

Pada masa yang sama, mod ricihan juga berlaku pada bahagian tengah kawasan

significant. Dapat dilihat pada bahagian tengah kawasan significant terdapat beberapa

garis bukaan yang berbentuk rekahan antara gentian dengan bahan matrik di mana

permukaan retak akan teranjak pada arah selari dengan garisan retakan dan arah gentian.

Pada keadaan ini daya ikatan antara bahan matrik dengan gentian berkurangan dan

spesimen gagal setelah kedua-kedua mod kegagalan tersebut berlaku.

5.7 Kesimpulan

Melalui analisis yang dijalankan ke atas keempat-empat sampel CFRP, didapati

sampel CFRP berorientasi gentian 0º memberi keputusan lebih baik jika dibandingkan

dengan sampel CFRP berorientasi gentian 90º. Walaubagaimanapun untuk mengkaji

sifat kekuatan ricih, sampel berorientasi gentian 0º tidak sesuai digunakan. Ini adalah

kerana pada orientasi 0º hanya daya kecil sahaja diperlukan untuk sampel mecapai had

kegagalan. Disamping itu, dapat dilihat pada nilai tegasan ricih purata yang diperolehi

bagi kedua-dua orientasi, sampel berorientasi gentian 0º mencatatkan nilai jauh lebih

rendah berbanding dengan sampel 90º.

Daripada keputusan yang diperolehi dipadapati, sampel CFRP Sika menunjukkan

mempunyai kekuatan ricih yang lebih tinggi berbading dengan sampel CFRP lain. Ini

kerana penggunaan bahan matrik epoksi menghasilkan satu pengikatan yang kuat di

antara bahan gentian karbon. Disamping itu, proses pultrusion dapat menghasilkan

kekuatan ricih yag lebih baik daripada proses vacum bagging tehadap sesuatu plat

CFRP. Keseragaman pengagihan dan keserasian bahan matrik dengan gentian bagi

menghasilkan ikatan antara muka yang baik semasa proses penghasilan plat dapat

mempengaruhi kekuatan ricih.

BAB 6

KESIMPULAN DAN CADANGAN

6.1 Kesimpulan

Secara keseluruhannya, ujikaji yang dijalankan telah mencapai objektif dan

memenuhi skop kajian untuk mendapatkan dan membandingkan tegasan ricih, τ, dan

modulus ricih, G, bagi plat CFRP yang berorientasi 0º dan 90º dihasilkan secara proses

pultrusion dan dibekalkan oleh syarikat yang berbeza. Mod kegagalan sampel-sampel

CFRP di bawah bebanan ricih tulin menggunakan kaedah pengujian Arcan turut

dipamerkan.

Daripada graf-graf yang diplot dan pemerhatian terhadap mod-mod kegagalan

bagi plat CFRP pultruded dapat dirumuskan seperti berikut;

a) Kesemua sampel plat CFRP berorientasikan gentian 90° mencatatkan nilai

modulus ricih yang lebih tinggi berbanding dengan plat CFRP berorientasikan

gentian 0°.

b) Graf terikan utama melawan tegasan ricih menunjukkan profil terikan utama

bagi terikan °+45ε adalah sentiasa simetri dengan terikan utama °−45ε walaupun

mencatat peratusan ralat yang boleh dianggap kecil. Ini menunjukkan tahap

keseragaman terikan ricih pada kawasan significant.

102

c) Terdapat dua jenis mod kegagalan yang berlaku iaitu mod ricihan dan mod

bukaan. Mod kegagalan disebabkan ricihan pada sampel berorientasikan

gentian 0º seperti pada Rajah 6.1 (a) dan mod kegagalan disebabkan ricihan

dan bukaan sampel berorientasikan 90º seperti pada Rajah 6.1 (b).

Ricih putus/Mod ricihan (Mod II)

Rekahan bukaan partikal (Mod I) &

mod ricihan (Mod II)

(a) (b)

Rajah 6.1: Jenis-jenis mod kegagalan

(a) gentian ekarah berorientasi 0º , (b) gentian ekarah berorientasi 90º

d) Terdapat beberapa faktor-faktor yang mempengaruhi sifat kekuatan ricih bahan

CFRP antaranya;

i. Bahan matrik sebagai bahan pengikat.

ii. Proses pembuatan yang dapat mengawal konsistensi peratusan isipadu

pecahan gentian dapat menghasilkan keseragaman serapan bahan

matrik pada kesemua permukaan gentian serta meminimakan

gelumbung udara (voids) menghampiri 0%.

iii. Susunan arah dan keseragaman taburan gentian dalam sesuatu

laminat.

103

Kaedah pengujian Arcan sesuai digunakan untuk ujikaji ricih terutamanya bagi

bahan komposit. Alat pengujian Arcan boleh dinilai berdasarkan kepada keputusan

ujikaji yang dijalankan (modulus ricih dan tegasan ricih) yang diperolehi serta dan mod

kegagalan yang berlaku daripada ujikaji ke atas keempat-empat jenis sampel tersebut.

Dapat diketahui bahawa dengan penggunaan keadah pengujian Arcan untuk ujikaji

ricihan, data yang diperolehi dapat disesuaikan dengan data rujukan piawai ataupun data

ujikaji berbanding dengan kaedah-kaedah ujikaji lain. Kesimpulannya kaedah pengujian

Arcan didapati sesuai digunakan untuk menentukan sifat ricih bahan komposit.

6.2 Masalah-Masalah Yang Dihadapi

Semasa melaksanakan ujkaji ini terdapat beberapa masalah dihadapi samaada

penyediaan spesimen dan juga semasa ujikaji Arcan dijalankan. Di antara masalah-

masalah tersebut adalah:

a) Mendapatkan ukuran dimensi spesimen yang tepat;

Masalah ini timbul berdasarkan kepada kaedah pemotongan yang digunakan

adalah terhad iaitu dibuat secara manual. Oleh kerana geometri spesimen

adalah kecil terutamanya kawasan significant, maka semasa proses

pemotongan dan penyudahan menjadi sukar. Ini adalah kerana semasa proses

pemotongan, pergerakan gergaji tangan yang tidak sekata dan menghasilkan

gegaran. Spesimen mudah patah atau retak akibat daripada apitan pada ragum

yang melampau. Sifat kerapuhan CFRP adalah faktor kesukaran yang utama

yang perlu diberi perhatian.

b) Menentukan keadaan spesimen pada rig agar tetap;

Masalah ini berlaku kerana lurah pada rig tidak boleh dilaras mengikut

ketebalan spesimen yang digunakan. Walaupun spacer telah digunakan pada

104

bahagian berkenaan tetapi spesimen masih tidak dapat sepenuhnya dikekang

pada semua bahagian dalam lurah rig.

6.3 Cadangan Kajian Masa Depan

Berikut adalah merupakan cadangan-cadangan yang perlu di ambil kira untuk

memperbaiki nilai keputusan ujikaji pada masa hadapan;

a) Menggunakan alat pemotong dan peralatan yang sesuai semasa proses

pengahasilan spesimen bentuk butterfly agar ukuran dimensi spesimen

mempunyai ketepatan yang tinggi. Contoh alat pemotong yang boleh

digunakan ialah water jet, laser dan diamond cutter kawalan secara CNC.

b) Pengubahsuaian pada bahagian lurah rig Arcan yang digunakan di mana

bahagian berkenaan dibentuk agar boleh laras supaya dapat disesuaikan

dengan spesimen yang berketebalan diantara 1.5 mm hinggga 3.5 mm.

c) Analisis unsur tak terhingga (FEA) perlu dilakukan agar dapat merekabentuk

geometri spesimen butterfly yang lebih baik terutamanya pada kawasan takuk

(siginficant) supaya dapat mengetahui taburan tegasan ricih yang lebih

seragam terhasil.

d) Kajian terhadap jejari takuk kawasan significant perlu dilakukan supaya

dapat mengkaji mod kegagalan yang berlaku dan perbezaan keputusan yang

diperolehi.

e) Kajian terhadap bahan-bahan FRP yang mempunyai variasi orientasi gentian

yang berbeza supaya dapat diketahui mod kegagalan dan nilai-nilai ricih

yang terhasil.

105

f) Kajian secara mikro mekanik diperlukan supaya dapat dikaji punca

kegagalan sesuatu bahan dalam keadaan ricih dengan lebih mendalam.

g) Kajian ke atas bahan komposit hibrid juga dapat dilakukan bagi mengenal

pasti akan kesan penggunaan dua atau lebih bahan gentian yang berbeza dan

mengkaji kesan ricih.

h) Kajian hubungan ke atas kesan ricih dengan kaedah pembuatan. Ini penting

dalam mengenalpasti adakah teknik pembuatan memainkan peranan penting

dengan sifat ricih bahan polimer komposit.

i) Kajian ke atas perbandingan kaedah-kaedah pengujian yang lain dalam

memastikan adakah kaedah pengujian Arcan sesuai dijadikan piawaian bagi

bahan rapuh.

j) Pembangunan ke atas rig pengujian Arcan yang lebih mudah diubah-ubah

(flexible) dan mempunyai tahap kejituan kejuruteraan yang tinggi perlu

dihasilkan. Ini bagi menjimatkan masa penyediaan tolok pengukuran dan

instrumentasi yang lain. Rig ini turut perlu dilengkapi dengan beberapa alat

intrumentasi mikro yang berupaya dalam membuat pengukuran

ketidaksejajaran (misalignment). Penggunaan peralatan menggantikan tolok

terikan perlu dibuat bagi mengurangkan faktor-faktor ralat yang mungkin

timbul kesan daripada penyedian ke atas spesimen.

106

RUJUKAN

1. M. Arcan, Z. Hashin dan A. Voloshin (1978). A Method to Produce Uniform Plane-

Stress States with Application to Fiber-Reinforce Materials, Experimental Mechanic.

Vol (18) 141-146

2. A. Voloshin dan M. Arcan, (1980). Failure of Unidirectional Fiber-Reinforced

Material–New Methodology and Result, Experimental Mechanics. Vol (20): 280-

284.

3. S.–C. Yen, J.N Craddock and K. T. Teh (1999) Evaluation Of A Modified Arcan

Fixture For The In-Plane Shear Test Of Material, Experimental Mechanics.

4. D. Mohr dan M. Doyoyo (2002). Analysis of the Arcan Apparatus in the Clamped

Configuration. Journal of Composite Material, 36 (22): 2583-2594

5. Rani El-Hajjar, Rami Haj-Ali (2004) In-Plane Shear Testing Of Thick-Section

Pultruded FRP Composites Using A Modified Arcan Fixture, Composite Part B (35)

421-428.

6. Haj Ali RM, Klid H. Nonlinear Behavior of Pultruded FRP Composites. Composite

J. Part B: Engng; 33(3): 173-191

7. Jianmei He, Martin Y.M. Chiang, Donald L. Hunston, Charles C. Han (2002)

Application of the V-Notch Shear Test for Unidirectional Hybrid Composite,

Journal of Composite Material, 36 (23): 2653-2666.

8. Bank LC. “Shear Properties of Pultruded Glass FRP material (1990). Journal

Material Civil Engineering, 2(2): 118-22.

9. Barbero Ej, Makkapati S, Tomblin JS (1999). Experimental Determination of The

Compressive Strength of Pultruded Structural Shape. Composite Science Technology

(59) 2047-2054

107

10. Davalos JF, Qiao P, Wang J, Salim H, Schlusses J (2002): Shear Moduli of

Structural Composite From Torsion Test. Journal of Composite Material. 36(10):

1151-1573

11. Schwartz. M. M. (1996) Composite Material, Volume II, Processing. Fabrication

and Application. Prentice Hall, New Jersy.

12. John D. Buckly, Dan D. Edie. (1993) Carbon – Carbon Materials and Composites.

Noyes Publication, New Jersy.

13. Keiichi Ishii. (1995). Report No. 3, Advanced Composite Materials. Techno Alliance

Corporation, Tokyo Kyoto, Japan.

14. Chung, D. D. L. (1994). Carbon Fibre Composite. Newton: Butterworth-

Haniemenn.

15. Louis A. Pilato, Michael J. Michono. (1994) Advanced Composite Materials.

Springer-Verlagn, Germany.

16. Dr. Donal F. Adams. (1989) Test Methods for Composite Material –Seminar Notes.

Technomic Publishing Compony Lancester, Pennsylyvania.

17. J M Hodgkinson (2000). Mechanical Testing of Advanced Fiber Composites.

Woodhead Publishing Limited, Abington Hall, England.

18. Shukur Abu Hassan (2005). Experimental Study Cast Epoxcy Shear Properties

Using Arcan Test Method. UTM. Tidak diterbitkan.

19. Liu J.Y et al. (1999). An Improved Shear Test Fixture Using The Iosipescu

Spesimen. Mechanics of Cellulosic Material. Vol (231): 139-147.

20. J. M Hodgkinson (2000). Mechanical Testing of Advanced Fiber Composites. CRC

Pess Boca Raton Boston New York Washington DC.

108

21. G.C. Sih and A.M. Skudra (1985). Failure Mechanics of Composites. Handbook of

Composites. Vol 3. NHPC. North-Holland.

22. Timity G. Gutowski. (1997). Advanced Composite Manufacturing. John-Wiley

Canada.

23. SSj Moy. (2001) FRP composites life extension and strengthening of metallic

structure. Thomas Telford.

109

LAMPIRAN A1: Carta alir kajian

Mula

Kajian literatur

Mengenalpasti masalah, penyelesaian masalah

Mengumpul segala maklumat

Penyediaan spesimen untuk ujikaji

Menjalankan ujikaji

Mengumpul dan menganalisis data

Membuat perbincangan dan keputusan

Penyedian laporan

Penghantaran draf

Pembentangan projek

Tamat

PSM 1

PSM 2

112

LAMPIRAN B1: Hubungan modulus gentian karbon dengan bentuk kristalnya

(a) Hubungan modulus gentian dengan saiz kristal [5]

(b) Hubungan modulus gentian dengan orentasi kristal [5]

113

LAMPIRAN B2: Carta alir proses penghasilan gentian karbon menggunakan PAN dan

pitch.[2]

Bahan pemula Textile

polyacrynitrile

(PAN) Pitch (isotropic)

Putaran dan regangan basahan diitkuti dengan penstabilan pada suhu 220 °C

Rawatan haba pada

suhu 350 °C

Meso pitch

(Anistropic)

Putaran cair dikuti proses

pentsabilan haba

Pitch Filament

Pemanasan dan regangan pada suhu 1000°C dalam atmosfera

PAN Filament

Gentian karbon berkekuatan tinggi, modulus bandingan rendah

Pemanasan pada suhu 2000°C dengan atau tanpa regangan

gentian karbon (kekutan meningkat dengan regangan,

modulus bandingan tinggi tanpa regangan)

Pengkarbonan

Pengrafitan

114

LAMPIRAN B3: Jenis-jenis gentian karbon yang dihasilkan oleh beberapa pengeluar [6]

Jenis Nama

Gentian

Kekuatan Tegangan

(MPa)

Modulus Tegangan

Elastik (GPa)

Pemanjangan Maksimum

(%) Diameter

(μm) Pengeluar GP T-10IS 720 32 2.2 14.5 Kureha Chem T-201S 690 30 2.1 14.5 Kureha Chem S-210 784 39 2 13 Donac P-400 690 48 1.4 10 Ashland Petroluem GF-24 980 98 1 7-11 Nippon Carbon HP T-300 3530 230 1.5 7 Toray (PAN) T-400H 4410 250 1.8 7 Toray T-800H 5590 294 1.9 5.2 Toray T-IOOO 7060 294 2.4 5.3 Toray MR 50 5490 294 1.9 5 Mitsubishi Rayon MRE50 5490 323 1.7 6 Mitsubishi Rayon HMS-40 3430 392 0.87 6.2 Toho Rayon HMS-40X 4700 392 1.2 4.7 Toho Rayon HMS-60X 3820 588 0.65 4 Toho Rayon AS-1 3105 228 1.32 8 Hercules AS-2 2760 228 1.2 8 Hercules AS- 4 3795 235 1.53 8 Hercules AS-6 4140 242 1.65 5 Hercules IM-I 4328 276 1.5 5 Hercules HMS4 2484 338 0.7 8 Hercules HMU 2760 380 0.7 8 Hercules HP P-25 1400 160 0.9 11 Amoco (pitch) P-75S 2100 520 0.4 10 Amoco P-I20S 2200 827 0.27 10 Amoco E-35 2800 241 1.03 9.6 du Pont E-75 3100 516 0.56 9.4 du Pont E-130 3900 984 0.55 9.2 du Pont F-140 1800 140 1.3 10 Donac F-600 3000 600 0.52 9 Donac ACF FX-100 - 500a 18b 15 Toho Rayon FX-600 - I500a 50b 7 Toho Rayon A-10 245 I000a 20C 14 Donac A-20 98 2000" 45C 11 Donac

aSpecific surface area (m /g) bAdsorption amount of benzene (%)

c Adsorption amount of acetone (%)

115

LAMPIRAN C1: Data ujikaji CFRP Exchem (A) A001 (0º) Tebal kawasan significant, h : 1.51 mm Panjang kawasan significant, l : 12.26 mm Luas kawasan signifcant, A : 1.85 x 10-5 m2

P(N) )(Paτ ( )μεε 45+ ( )μεε 45− )(μεεΔ aveε ( )με γ ( )με γ

10 5.40E+05 56 -41 15 7.50 97 0.00009720 1.08E+06 104 -90 14 7.00 194 0.00019430 1.62E+06 165 -169 -4 -2.00 334 0.00033440 2.16E+06 208 -239 -31 -15.50 447 0.00044750 2.70E+06 259 -312 -53 -26.50 571 0.00057160 3.24E+06 310 -381 -71 -35.50 691 0.00069170 3.78E+06 362 -450 -88 -44.00 812 0.00081280 4.32E+06 404 -523 -119 -59.50 927 0.00092790 4.86E+06 459 -598 -139 -69.50 1057 0.001057100 5.40E+06 515 -669 -154 -77.00 1184 0.001184110 5.94E+06 575 -742 -167 -83.50 1317 0.001317120 6.48E+06 622 -801 -179 -89.50 1423 0.001423130 7.02E+06 700 -895 -195 -97.50 1595 0.001595140 7.56E+06 762 -967 -205 -102.50 1729 0.001729150 8.10E+06 841 -1055 -214 -107.00 1896 0.001896160 8.64E+06 912 -1119 -207 -103.50 2031 0.002031170 9.18E+06 988 -1165 -177 -88.50 2153 0.002153180 9.72E+06 1156 -1176 -20 -10.00 2332 0.002332190 1.03E+07 1252 -1240 12 6.00 2492 0.002492200 1.08E+07 1330 -1324 6 3.00 2654 0.002654210 1.13E+07 1416 -1418 -2 -1.00 2834 0.002834220 1.19E+07 1518 -1532 -14 -7.00 3050 0.003050230 1.24E+07 1595 -1616 -21 -10.50 3211 0.003211240 1.30E+07 1684 -1714 -30 -15.00 3398 0.003398250 1.35E+07 1759 -1800 -41 -20.50 3559 0.003559260 1.40E+07 1870 -1920 -50 -25.00 3790 0.003790270 1.46E+07 1982 -2042 -60 -30.00 4024 0.004024280 1.51E+07 2092 -2159 -67 -33.50 4251 0.004251290 1.57E+07 2200 -2271 -71 -35.50 4471 0.004471300 1.62E+07 2297 -2379 -82 -41.00 4676 0.004676310 1.67E+07 2507 -2601 -94 -47.00 5108 0.005108320 1.73E+07 2624 -2724 -100 -50.00 5348 0.005348330 1.78E+07 2706 -2810 -104 -52.00 5516 0.005516340 1.84E+07 2816 -2927 -111 -55.50 5743 0.005743350 1.89E+07 2969 -3088 -119 -59.50 6057 0.006057

116



10 5.73E+05 84 -65 19 9.50 149 0.00014920 1.15E+06 113 -109 4 2.00 222 0.00022230 1.72E+06 171 -170 1 0.50 341 0.00034140 2.29E+06 221 -235 -14 -7.00 456 0.00045650 2.87E+06 282 -309 -27 -13.50 591 0.00059160 3.44E+06 341 -378 -37 -18.50 719 0.00071970 4.01E+06 397 -454 -57 -28.50 851 0.00085180 4.59E+06 448 -534 -86 -43.00 982 0.00098290 5.16E+06 515 -610 -95 -47.50 1125 0.001125100 5.73E+06 590 -698 -108 -54.00 1288 0.001288110 6.31E+06 671 -796 -125 -62.50 1467 0.001467120 6.88E+06 712 -891 -179 -89.50 1603 0.001603130 7.45E+06 800 -995 -195 -97.50 1795 0.001795140 8.03E+06 872 -1077 -205 -102.50 1949 0.001949150 8.60E+06 961 -1175 -214 -107.00 2136 0.002136160 9.17E+06 1042 -1249 -207 -103.50 2291 0.002291170 9.75E+06 1128 -1305 -177 -88.50 2433 0.002433180 1.03E+07 1306 -1326 -20 -10.00 2632 0.002632190 1.09E+07 1412 -1400 12 6.00 2812 0.002812200 1.15E+07 1500 -1494 6 3.00 2994 0.002994210 1.20E+07 1596 -1598 -2 -1.00 3194 0.003194220 1.26E+07 1708 -1722 -14 -7.00 3430 0.003430230 1.32E+07 1795 -1816 -21 -10.50 3611 0.003611240 1.38E+07 1894 -1924 -30 -15.00 3818 0.003818250 1.43E+07 1979 -2020 -41 -20.50 3999 0.003999260 1.49E+07 2100 -2150 -50 -25.00 4250 0.004250270 1.55E+07 2222 -2282 -60 -30.00 4504 0.004504280 1.61E+07 2342 -2409 -67 -33.50 4751 0.004751290 1.66E+07 2460 -2531 -71 -35.50 4991 0.004991300 1.72E+07 2567 -2649 -82 -41.00 5216 0.005216310 1.78E+07 2787 -2881 -94 -47.00 5668 0.005668320 1.83E+07 2914 -3014 -100 -50.00 5928 0.005928330 1.89E+07 3006 -3110 -104 -52.00 6116 0.006116340 1.95E+07 3126 -3237 -111 -55.50 6363 0.006363350 2.01E+07 3289 -3408 -119 -59.50 6697 0.006697

117

LAMPIRAN C3: Data ujikaji CFRP Sika B001 (0º) Tebal kawasan significant, h : 1.45 mm Panjang kawasan significant, l : 11.34 mm Luas kawasan signifcant, A : 1.64 x 10-5 m2


50 3.01E+06 231 -170 61 30.50 401 0.000401100 6.02E+06 543 -417 126 63.00 960 0.000960150 9.03E+06 901 -712 189 94.50 1613 0.001613200 1.20E+07 1258 -951 307 153.50 2209 0.002209250 1.50E+07 1615 -1298 317 158.50 2913 0.002913300 1.81E+07 1936 -1573 363 181.50 3509 0.003509350 2.11E+07 2293 -1895 398 199.00 4188 0.004188400 2.41E+07 2632 -2212 420 210.00 4844 0.004844450 2.71E+07 3006 -2570 436 218.00 5576 0.005576500 3.01E+07 3468 -2913 555 277.50 6381 0.006381550 3.31E+07 4121 -3523 598 299.00 7644 0.007644600 3.61E+07 4756 -4113 643 321.50 8869 0.008869650 3.91E+07 5232 -4576 656 328.00 9808 0.009808700 4.21E+07 5961 -5273 688 344.00 11234 0.011234750 4.51E+07 7823 -7102 721 360.50 14925 0.014925800 4.81E+07 8321 -7532 789 394.50 15853 0.015853



50 3.04E+06 488 -336 152 76.00 824 0.000824100 6.08E+06 890 -654 236 118.00 1544 0.001544150 9.12E+06 1243 -948 295 147.50 2191 0.002191200 1.22E+07 1552 -1221 331 165.50 2773 0.002773250 1.52E+07 1921 -1553 368 184.00 3474 0.003474300 1.82E+07 2213 -1817 396 198.00 4030 0.004030350 2.13E+07 2530 -2122 408 204.00 4652 0.004652400 2.43E+07 2940 -2525 415 207.50 5465 0.005465450 2.74E+07 3351 -2982 369 184.50 6333 0.006333500 3.04E+07 3624 -3195 429 214.50 6819 0.006819550 3.34E+07 3950 -3391 559 279.50 7341 0.007341600 3.65E+07 4388 -3938 450 225.00 8326 0.008326650 3.95E+07 5061 -4574 487 243.50 9635 0.009635700 4.26E+07 5841 -5301 540 270.00 11142 0.011142

118

750 4.56E+07 6897 -6271 626 313.00 13168 0.013168800 4.87E+07 8215 -7453 762 381.00 15668 0.015668

LAMPIRAN C5: Data ujikaji CFRP Fosroc C001 (0º) Tebal kawasan significant, h : 3.00 mm Panjang kawasan significant, l : 10.90 mm Luas kawasan signifcant, A : 3.27 x 10-5 m2


50 1.53E+06 176 -137 39 19.50 313 0.000313100 3.06E+06 922 -768 154 77.00 1690 0.001690150 4.59E+06 1763 -1439 324 162.00 3202 0.003202200 6.12E+06 2582 -2049 533 266.50 4631 0.004631250 7.65E+06 3298 -2594 704 352.00 5892 0.005892300 9.17E+06 4071 -3210 861 430.50 7281 0.007281350 1.07E+07 4806 -3785 1021 510.50 8591 0.008591400 1.22E+07 5547 -4390 1157 578.50 9937 0.009937450 1.38E+07 6397 -5127 1270 635.00 11524 0.011524500 1.53E+07 7316 -5912 1404 702.00 13228 0.013228550 1.68E+07 7819 -6336 1483 741.50 14155 0.014155600 1.83E+07 8601 -7012 1589 794.50 15613 0.015613650 1.99E+07 9718 -8031 1687 843.50 17749 0.017749700 2.14E+07 11010 -9215 1795 897.50 20225 0.020225750 2.29E+07 12361 -10254 2107 1053.50 22615 0.022615800 2.45E+07 14139 -11548 2591 1295.50 25687 0.025687850 2.60E+07 15962 -12153 3809 1904.50 28115 0.028115900 2.75E+07 17974 -14347 3627 1813.50 32321 0.032321950 2.91E+07 22161 -13578 8583 4291.50 35739 0.035739

1000 3.06E+07 27895 -16324 11571 5785.50 44219 0.044219

119



50 1.55E+06 545 -601 -56 -28.00 1146 0.001146100 3.10E+06 1017 -1083 -66 -33.00 2100 0.002100150 4.64E+06 1524 -1569 -45 -22.50 3093 0.003093200 6.19E+06 2074 -2061 13 6.50 4135 0.004135250 7.74E+06 2670 -2598 72 36.00 5268 0.005268300 9.29E+06 3341 -3218 123 61.50 6559 0.006559350 1.08E+07 4048 -3867 181 90.50 7915 0.007915400 1.24E+07 4802 -4558 244 122.00 9360 0.009360450 1.39E+07 5627 -5297 330 165.00 10924 0.010924500 1.55E+07 6473 -6025 448 224.00 12498 0.012498550 1.70E+07 7477 -6876 601 300.50 14353 0.014353600 1.86E+07 8585 -7811 774 387.00 16396 0.016396650 2.01E+07 9847 -8860 987 493.50 18707 0.018707700 2.17E+07 11217 -9998 1219 609.50 21215 0.021215750 2.32E+07 12823 -11338 1485 742.50 24161 0.024161800 2.48E+07 14504 -12761 1743 871.50 27265 0.027265850 2.63E+07 16578 -14526 2052 1026.00 31104 0.031104900 2.79E+07 18759 -16360 2399 1199.50 35119 0.035119950 2.94E+07 21666 -18829 2837 1418.50 40495 0.040495

1000 3.10E+07 25260 -21840 3420 1710.00 47100 0.047100 LAMPIRAN C7: Data ujikaji CFRP Exchem (B) D002 (0º) Tebal kawasan significant, h : 1.58 mm Panjang kawasan significant, l : 11.06 mm Luas kawasan signifcant, A : 1.75 x 10-5 m2


50 2.86E+06 306 -299 7 3.50 605 0.000605100 5.72E+06 702 -531 171 85.50 1233 0.001233150 8.58E+06 1111 -747 364 182.00 1858 0.001858200 1.14E+07 1484 -989 495 247.50 2473 0.002473250 1.43E+07 1835 -1297 538 269.00 3132 0.003132300 1.72E+07 2119 -1592 527 263.50 3711 0.003711350 2.00E+07 2448 -1918 530 265.00 4366 0.004366400 2.29E+07 2879 -2330 549 274.50 5209 0.005209450 2.58E+07 3258 -2698 560 280.00 5956 0.005956500 2.86E+07 3689 -3124 565 282.50 6813 0.006813550 3.15E+07 4078 -3489 589 294.50 7567 0.007567

120

LAMPIRAN C8: Data ujikaji CFRP Exchem (B) D003 (0º) Tebal kawasan significant, h : 1.57 mm Panjang kawasan significant, l : 10.80 mm Luas kawasan signifcant, A : 1.70 x 10-5 m2


50 2.95E+06 298 -216 82 41.00 514 0.000514100 5.90E+06 714 -768 -54 -27.00 1482 0.001482150 8.85E+06 1171 -1011 160 80.00 2182 0.002182200 1.18E+07 1586 -1279 307 153.50 2865 0.002865250 1.47E+07 1903 -1603 300 150.00 3506 0.003506300 1.77E+07 2203 -1900 303 151.50 4103 0.004103350 2.06E+07 2546 -2243 303 151.50 4789 0.004789400 2.36E+07 2905 -2590 315 157.50 5495 0.005495450 2.65E+07 3282 -2959 323 161.50 6241 0.006241500 2.95E+07 3731 -3400 331 165.50 7131 0.007131550 3.24E+07 4180 -3825 355 177.50 8005 0.008005


P(N) )(Paτ ( )μεε 45+ ( )μεε 45− )(μεεΔ aveε ( )με γ ( )με γ 100 6.16E+06 609 -681 72 -36.0 1290 0.001290200 1.23E+07 958 -1265 307 -153.5 2223 0.002223300 1.85E+07 1535 -1962 427 -213.5 3497 0.003497400 2.46E+07 2078 -2515 437 -218.5 4593 0.004593500 3.08E+07 2732 -3308 576 -288.0 6040 0.006040600 3.69E+07 3515 -4248 733 -366.5 7763 0.007763700 4.31E+07 4815 -5735 920 -460.0 10550 0.010550

121






P(N) )(Paτ ( )μεε 45+ ( )μεε 45− )(μεεΔ aveε ( )με γ ( )με γ 100 6.39E+06 608 -682 74 -37.0 1290 0.001290200 1.28E+07 1087 -1284 197 -98.5 2371 0.002371300 1.92E+07 1618 -1926 308 -154.0 3544 0.003544400 2.56E+07 2178 -2605 427 -213.5 4783 0.004783500 3.19E+07 2730 -3308 578 -289.0 6038 0.006038

122

600 3.83E+07 3645 -4359 714 -357.0 8004 0.008004700 4.47E+07 4803 -5625 822 -411.0 10428 0.010428800 5.11E+07 7038 -8600 1562 -781.0 15638 0.015638900 5.75E+07 10364 -12007 1643 -821.5 22371 0.022371

1000 6.39E+07 17598 -19681 2083 -1041.5 37279 0.0372791100 7.03E+07 32928 -34221 1293 -646.5 67149 0.0671491200 7.67E+07 60893 -59760 -1133 566.5 120653 0.120653


P(N) )(Paτ ( )μεε 45+ ( )μεε 45− )(μεεΔ aveε ( )με γ ( )με γ 100 6.63E+06 316 -406 90 -45.0 722 0.000722200 1.33E+07 757 -904 147 -73.5 1661 0.001661300 1.99E+07 1269 -1463 194 -97.0 2732 0.002732400 2.65E+07 1855 -2127 272 -136.0 3982 0.003982500 3.31E+07 2544 -2885 341 -170.5 5429 0.005429600 3.98E+07 3380 -3778 398 -199.0 7158 0.007158700 4.64E+07 4805 -5370 565 -282.5 10175 0.010175800 5.30E+07 7013 -7699 686 -343.0 14712 0.014712900 5.97E+07 12016 -13056 1040 -520.0 25072 0.025072

1000 6.63E+07 19114 -20000 886 -443.0 39114 0.0391141100 7.29E+07 36764 -35588 -1176 588.0 72352 0.0723521200 7.95E+07 65658 -60919 -4739 2369.5 126577 0.126577



123

1000 7.09E+07 17068 -18690 1622 -811.0 35758 0.0357581100 7.80E+07 31041 -32752 1711 -855.5 63793 0.0637931200 8.51E+07 55495 -55422 -73 36.5 110917 0.110917


P(N) )(Paτ ( )μεε 45+ ( )μεε 45− )(μεεΔ aveε ( )με γ ( )με γ 100 2.91E+06 1154 -1163 9 -4.5 2317 0.002317200 5.82E+06 2302 -2337 35 -17.5 4639 0.004639300 8.73E+06 3103 -3148 45 -22.5 6251 0.006251400 1.16E+07 4224 -4273 49 -24.5 8497 0.008497500 1.46E+07 5488 -5531 43 -21.5 11019 0.011019600 1.75E+07 7009 -7029 20 -10.0 14038 0.014038700 2.04E+07 8851 -8808 -43 21.5 17659 0.017659800 2.33E+07 11279 -11119 -160 80.0 22398 0.022398900 2.62E+07 14289 -13988 -301 150.5 28277 0.028277

1000 2.91E+07 18760 -18259 -501 250.5 37019 0.0370191100 3.20E+07 26381 -25590 -791 395.5 51971 0.0519711200 3.49E+07 66508 -61001 -5507 2753.5 127509 0.127509



1000 2.84E+07 14633 -15756 1123 -561.5 30389 0.0303891100 3.12E+07 18560 -19840 1280 -640.0 38400 0.0384001200 3.41E+07 24300 -25891 1591 -795.5 50191 0.050191

124


P(N) )(Paτ ( )μεε 45+ ( )μεε 45− )(μεεΔ aveε ( )με γ ( )με γ 100 2.86E+06 954 -883 -71 35.5 1837 0.001837200 5.72E+06 1824 -1803 -21 10.5 3627 0.003627300 8.58E+06 2768 -2805 37 -18.5 5573 0.005573400 1.14E+07 3936 -4037 101 -50.5 7973 0.007973500 1.43E+07 5276 -5434 158 -79.0 10710 0.010710600 1.72E+07 6634 -6797 163 -81.5 13431 0.013431700 2.00E+07 8181 -8307 126 -63.0 16488 0.016488800 2.29E+07 10052 -10088 36 -18.0 20140 0.020140900 2.57E+07 12300 -12219 -81 40.5 24519 0.024519

1000 2.86E+07 15041 -14800 -241 120.5 29841 0.0298411100 3.14E+07 19198 -18715 -483 241.5 37913 0.0379131200 3.43E+07 26113 -25158 -955 477.5 51271 0.051271



1000 6.05E+07 11154 -11842 688 -344.0 22996 0.022996

125

LAMPIRAN C19: Data ujikaji CFRP Exchem (B) D902(90º) Tebal kawasan significant, h : 1.57 mm Panjang kawasan significant, l : 10.20 mm Luas kawasan signifcant, A : 1.60 x 10-5 m2


1000 6.24E+07 8090 -10790 2700 -1350.0 18880 0.0188801100 6.87E+07 13450 -16277 2827 -1413.5 29727 0.029727


P(N) )(Paτ ( )μεε 45+ ( )μεε 45− )(μεεΔ aveε ( )με γ ( )με γ 100 6.15E+06 544 -497 -47 23.5 1041 0.001041200 1.23E+07 985 -986 1 -0.5 1971 0.001971300 1.85E+07 1424 -1498 74 -37.0 2922 0.002922400 2.46E+07 1905 -2000 95 -47.5 3905 0.003905500 3.08E+07 2476 -2601 125 -62.5 5077 0.005077600 3.69E+07 3171 -3471 300 -150.0 6642 0.006642700 4.31E+07 3944 -4325 381 -190.5 8269 0.008269800 4.92E+07 4972 -5386 414 -207.0 10358 0.010358900 5.54E+07 6458 -6963 505 -252.5 13421 0.013421

1000 6.15E+07 9215 -9831 616 -308.0 19046 0.0190461100 6.77E+07 14837 -15885 1048 -524.0 30722 0.030722

126

LAMPIRAN D1: Keputusan ujikaji sampel Exchem (A) A002 berorientasi gentian 0º


0.00E+00

5.00E+06

1.00E+07

1.50E+07

2.00E+07

2.50E+07

0.000 0.002 0.004 0.006 0.008

Terikan Ricih (γ)

Tega

san

Ric

ih (P

a)


y = 4.06E+09x

0.00E+00

2.00E+06

4.00E+06

6.00E+06

8.00E+06

1.00E+07

1.20E+07

1.40E+07

0.000 0.001 0.001 0.002 0.002 0.003 0.003 0.004

Terikan Ricih (γ)

Tega

san

Ric

ih (P

a)

Profil Terikan ±45° Bagi Exchem (A) A002 (0°)

-4000

-3000

-2000

-1000

0

1000

2000

3000

4000

0.00E+00 5.00E+06 1.00E+07 1.50E+07 2.00E+07 2.50E+07

Tegasan Ricih τ (Pa)

Terik

an U

tam

a (μ

ε)

ε−45

ε+45

127

LAMPIRAN D2: Keputusan ujikaji sampel Sika B002 berorientasi gentian 0º

Graf Tegasan Ricih Lawan Terikan Ricih CFRP Sika B002

0.00E+005.00E+061.00E+071.50E+072.00E+072.50E+073.00E+073.50E+074.00E+074.50E+07

0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012

Terikan Ricih (γ)

Tega

san

Ric

ih (P

a)

`

Graf Tegasan Ricih lawan Terikan Ricih CFRP Sika B002

y = 4.42E+09x

0.00E+00

5.00E+061.00E+07

1.50E+07

2.00E+07

2.50E+073.00E+07

3.50E+07

0 0.002 0.004 0.006 0.008

Terikan Ricih (γ)

Tega

san

Ric

ih (P

a)

Profil Terikan ±45° Bagi Sika B002 (0°)

-6000

-4000

-2000

0

2000

4000

6000

8000

0.00E+00 1.00E+07 2.00E+07 3.00E+07 4.00E+07 5.00E+07


Terik

an U

tam

a (μ

ε)

ε−45

ε+45

128

LAMPIRAN D3: Keputusan ujikaji sampel Fosroc C002 berorientasi gentian 0º

Graf Tegasan Ricih lawan Terikan Ricih CFRP Fosroc B002

0.00E+00

5.00E+06

1.00E+07

1.50E+07

2.00E+07

2.50E+07

3.00E+07

3.50E+07

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05Terikan Ricih (γ)

Tega

san

Ric

ih (P

a)

Graf Tegasan Ricih lawanTerikan Ricih CFRP Fosroc C002

y = 1.32E+09x

0.00E+002.00E+064.00E+066.00E+068.00E+061.00E+071.20E+071.40E+071.60E+071.80E+07

0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014

Terikan Ricih (γ)

Tega

san

Ric

ih (P

a)

Profil Terikan ±45° Bagi Fosroc C002 (0°)

-30000

-20000

-10000

0

10000

20000

30000

0.00E+00 5.00E+06 1.00E+07 1.50E+07 2.00E+07 2.50E+07 3.00E+07


Terik

an U

tam

a (μ

ε)

ε−45

ε+45

129

LAMPIRAN D1: Keputusan ujikaji sampel Exchem (B) D002 berorientasi gentian 0º

Graf Tegasan Ricih Lawan Terikan Ricih CFRP Exchem (B) 0º

0.00E+00

5.00E+06

1.00E+07

1.50E+07

2.00E+07

2.50E+07

3.00E+07

3.50E+07

0.000 0.002 0.004 0.006 0.008

Terikan Ricih (γ)

Tega

san

Ric

ih (P

a)

Graf Tegasan Ricih lawan Terikan Ricih CFRP Exhem (B) D002

y = 4.39E+09x

0.00E+00

5.00E+06

1.00E+07

1.50E+07

2.00E+07

2.50E+07

3.00E+07

3.50E+07

0.000 0.002 0.004 0.006 0.008

Terikan Ricih (γ)

Tega

san

Ric

ih (P

a)

Profil Terikan ±45° Bagi Exchem (B) D002 (0°)

-3000

-2000

-1000

0

1000

2000

3000

4000

0.00E+00 5.00E+06 1.00E+07 1.50E+07 2.00E+07 2.50E+07


Terik

an U

tam

a (μ

ε)

ε−45

ε+45

130

LAMPIRAN E1: Keputusan ujikaji sampel Exchem (A) berorientasi gentian 90º

Graf Tegasan Ricih lawan Terikan Ricih CFRP Excham (A) 90º

0.00E+00

1.00E+07

2.00E+07

3.00E+07

4.00E+07

5.00E+07

0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012

Terikan Ricih (γ )

Tega

san

Ric

ih (P

a) A901

A902

Graf Tegasan Ricih Lawan Terikan Ricih Excham (A) CFRP

y = 5.45E+09x

y = 5.22E+09x

0.00E+005.00E+061.00E+07

1.50E+072.00E+072.50E+073.00E+07

3.50E+074.00E+07

0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007

Terikan Ricih (γ )

Tega

san

Ric

ih (P

a)

A901

A902

Profil Terikan ±45° Sampel Exchem (A) (90°)

-8000

-6000

-4000

-2000

0

2000

4000

6000

0.00E+00 1.00E+07 2.00E+07 3.00E+07 4.00E+07 5.00E+07

Tegasan Ricih τ , Mpa

Terik

an ε

,με

A901

A902

ε+45

ε−45

131

LAMPIRAN E2: Keputusan ujikaji sampel Sika berorientasi gentian 90º

Graf Tegasan Ricih lawan Terikan Ricih CFRP Sika CFRP 90º

0.00E+001.00E+072.00E+073.00E+074.00E+075.00E+076.00E+077.00E+078.00E+079.00E+07

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14

Terikan Ricih(γ )

Tega

san

Ric

ih (P

a) B902

B903

Graf Tegasan Ricih Lawan Terikan Ricih CFRP Sika

y = 6.54E+09x y = 5.29E+09x

0.00E+005.00E+061.00E+071.50E+072.00E+072.50E+073.00E+073.50E+074.00E+074.50E+07

0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008

Terikan Ricih (γ )

Tega

san

Ric

ih (P

a)

B902

B903

Profil Terikan ±45° Sampel Sika CFRP (90°)

-80000

-60000

-40000

-20000

0

20000

40000

60000

80000

0.00E+00 2.00E+07 4.00E+07 6.00E+07 8.00E+07 1.00E+08


Terik

an ε

,με

B902

B903

ε−45

ε+45

132

LAMPIRAN E3: Keputusan ujikaji sampel Fosroc berorientasi gentian 90º

Graf Tegasan Ricih Lawan Terikan Ricih CFRP Fosroc 90º

0.00E+005.00E+061.00E+071.50E+072.00E+072.50E+073.00E+073.50E+074.00E+07

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06

Terikan Ricih (γ )

Tega

san

Ric

ih (P

a)

C901

C903

Graf Tegasan Ricih Lawan Terikan Ricih CFRP Fosroc

y = 1.34E+09xy = 1.41E+09x

0.00E+002.00E+064.00E+066.00E+068.00E+061.00E+071.20E+071.40E+071.60E+071.80E+07

0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014Terikan Ricih (γ)

Tega

san

Ric

ih (P

a)

C901

C903

Profil Terikan ±45° Sampel Fosroc (90°)

-30000

-20000

-10000

0

10000

20000

30000

0.00E+00 1.00E+07 2.00E+07 3.00E+07 4.00E+07

Shear stress τ , Mpa

Stra

in ε

,με

C901

C903

ε−45

ε+45

133

LAMPIRAN E4: Keputusan ujikaji sampel Exchem (B) berorientasi gentian 90º

Graf Tegasan Ricih lawan Terikan Ricih CFRP Exchem (B) 90º

0.00E+001.00E+072.00E+073.00E+074.00E+075.00E+076.00E+077.00E+078.00E+07

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035

Terikan Ricih (γ )

Tega

san

Ric

ih (P

a)

D901

D903

Graf Tegasan Ricih Lawan Terikan Ricih CFRP Exchem (B)

y = 6.32E+09x y = 6.18E+09x

0.00E+005.00E+061.00E+071.50E+072.00E+072.50E+073.00E+073.50E+074.00E+07

0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006

Terikan Ricih (ε)

Tega

san

Ric

ih (P

a)

D901

D903

Profil Terikan ±45° Sampel Exchem (B) (90°)

-15000

-10000

-5000

0

5000

10000

15000

0.00E+00 1.00E+07 2.00E+07 3.00E+07 4.00E+07 5.00E+07 6.00E+07 7.00E+07


Terik

an ε

,με

D901

D903

ε+45

ε−45

people.utm.my€¦ · ATMA (SP) 01/2005 UNIVERSITI TEKNOLOGI MALAYSIA AKADEMI TENTERA MALAYSIA...

Documents

Transcript of people.utm.my€¦ · ATMA (SP) 01/2005 UNIVERSITI TEKNOLOGI MALAYSIA AKADEMI TENTERA MALAYSIA...