Bentuk yang paling dasar dalam suatu bahan komposit adalah bahan yang terdiri atas sedikitnya dua unsur – unsur yang bekerja bersama untuk menghasilkan kekuatan material yang berbeda. Unsur – unsur itu semua tergantung pada bahan itu sendiri. Dalam prakteknya, kebanyakan komposit terdiri dari material curah ( Matriks ) dan terdiri beberapa penguat, yang ditambahkan terutama untuk meningkatkan kekuatan dan kekakuan dari acuan / matriks itu. Penguatan ini pada umumnya si ( dalam ) adalah serat. Sekarang, komposit yang biasa dibuat paling umum dapat dibagi menjadi tiga kelompok yang utama :
· Polymer Composites Acuan / Matriks ( PMCS )- Ini adalah paling umum dan akan disini. Juga seperti FRP – Fibre Reinforced Polymers ( or Plastics ) – bahan – bahan yang digunakan sebuah polymer – sebagai acuan / matriks, dan berbagai bahan penguat seperti serat gelas, karbon dan aramid.
· Metal Matriks Composites ( MMCS )- penggunaannya terus meningkat, penggunaannya dapat ditemukan di industri permobilan, bahan – bahan yang digunakan adalah metal seperti alumunium sebagai matriks, dan penguatannya dengan serat seperti karbid – silisium.
· Ceramic Matrix Composites ( CMC’s ) – Digunakan dalam temperature yang sangat tinggi. Bahan yang digunakan adalah keramik sebagai matrik dan berpenguat serat pendek atau seperti dibuat dari karbida silicon dan boron nitride.
Polymer Matrix Composites
Sisitim Resin seperti epoxies dan polyesters memiliki banyak keterbatasan untuk digunakan dalam manufakktur, karena sifat mekanis mereka tidaklah sangat tinggi saat dilakukan pengujian, kemampuan paling khusus adalah mudah dibentuk ke dalam bentuk yang kompleks. Bahan – bahan seperti gelas / kaca, aramid dan borium mempunyai tingkat regangan yang sangat tinggi dan kuat, tetapi dalam ‘bentuk yang padat’ bahan ini mustahil digunakan. Fakta membuktikan bahwa ketika ditekankan, pada permukaan terdapat letusan ( gelembung – gelembung ) baik didalam maupun diluar sehingga akan menurunkan tingkat kekuatan materialnya. Oleh karena itu, sebuah gulungan serat menggambarkan ketelitian jumlah capaian maksimum dari material itu. Bagaimanapun, kekuatan serat hanya tergantung dari kemampuan serat dapat diregangkan, sistem resin yang dikombinasikan dengan penguatan serat seperti gelas / kaca, karbon dan aramid kekuatan mekanisnya dapat diperoleh. Matrik dapat mentransformasikan beban keseluruh gabungan serat dan juga melindungi serat dari kerusakan disebabkan oleh lecet / pengausan. PMC berkombinasi dengan sisitim resin dengan penguatan serat, aka menghasilkan kekuatan yang baik.
Umumnya bahan komposit ditentukan oleh :
I. Serat
II. Resin
III. Perbandingan dari serat terhadap resin dalam komposit tersebut. ( Fraksi Volume Serat )
IV. Ukuran dan orientasi serat dalam komposit.
Rasio serat terhadap resin yang besar digunakan dalam proses pabrikasi untuk kombinasi resin dengan serat. Bagaimanapun, serat dipengaruhi oleh jenis sistem resin yang digunakan, dan bentuk gabungan seratnya. Secara umumnya, sifat mekanis dari serat adalah jauh lebih tinggi dibanding resinnya, Fraksi Volume serat yang lebih tinggi akan berpengaruh terhadap kekuatan mekanika komposit. Dalam prakteknya, perlu adanya pelapisan serat dengan resin dalam jumlah maksimum agar bisa efektif. Sebagai tambahan, proses pabrikasi yang digunakan untuk kombinasi serat dengan resin yang bermacam – macam bertujuan untuk mengurangi cacat / ketidak sempurnaan karena masuknya udara. Secara khusus, suatu proses hand lay – up uang umum digunakan di industry pembuatan kapal, batasannya untuk FVF 30 – 40 %. Dengan mutu yang lebih tinggi, proses lebih tepat dan canggih digunakkan di industry penerbangan luar angkasa, FVF 70 % masih dapat digunakan. Ukuran serat dalam komposit penting karena serat mempunyai sifat mekanis yang paling tinggi sepanjang serat tersebut, ini merupakan bahan komposit anisotropy, yang berbeda dengan metal, sifat mekanis dari kompasit akan Nampak sangat berbeda ketika akan diuji di dalam arah yang berbeda. Artinya sangat penting sebagai pertimbangan akan menggunakan bahan komposit.dalam kondisi beban yang diterapkan. Kekuatan anisotropy sangat menguntungkan karena hanya ditaruh pada material di mana beban akan diterapkan, dengan begitu penggunaan material yang berlebihan dapat dihindarkan. Penting juga untuk dicatat bahwa dengan kekuatan dari bahan – bahan ini sebagian besar ditentukan oleh material penyalur pembebanan. Ada empat macam pembebeanan dalam struktur material diantaranya : tegangan, tekanan, tegangan geser dan kelenturan.
Tegangan
Gambar 1 menunjukkan pembebanan tegangan pada bahan komposit. Respon bahan komposit terhadap tegangan tarik tergantung pada ketebalan dan kekuatan bahan penguatan seratnya yang jauh lebih tinggi disbanding sistem resinnya sendiri.
Tekanan
Gambar 2 menunjukkan komposit dibawah pembebanan tekanan. Disini, zat tambahan dan ketebalan bahan untuk sistem resin sangat penting sekali. Karena itu peran dari untuk memelihara serat ketika terjadi tekukan.
Geser
Gambar 3 menunjukkan pembebananbahan komposit dibawah tegangan geser. Beban yang bekerja pada bagian atas benda tersebut pada kondisi luncur, pemindahan menekkankan ke seberang gabungan itu.
Flexure
Beban kelenturan adalah suatu kombinasi dari tegangan, tekanan bagian atas diberi tekanan, dapat menurunkan bagian atas ke dalam tegangan pada bagian pusat.
Klasifikasi Komposit
Bahan komposit dapat diklasifikasikan dalam beberapa jenis, tergantung pada geometrid an jenis seratnya. Hal ini dapat dimengerti, karena serat merupakan unsure utama dalam bahan komposit tersebut. Diagram berikut adalah klasifikasi bahan komposit secara umum.
Unsure – unsure penyusun komposit
Unsure – unsure utama penyusun komposit lamina adalah matrik dan serat. Bahan – bahan pendukung pembuatan komposit meliputi katalis dan gel coat. Bahan tambahan tersebut memiliki fungsi yang sangat pentung untuk menentukan kualitas suatu produk komposit. Secara umum komposit tersusun atas.
A. Komponen penguat
Komponen penguat, yaitu serat dan partikel merupakan struktur internal.\
Serat
Seperti ditunjukkan dalam table berikut, banyaknya jenis serat baik serat alam maupun serat buatan.
Serat Gelas
Glass fiber atau carbon fiber adalah bahan yang tidak mudah terbakar. Hubungannya dengan pemilihan resin adalah untuk menentukan katarestik api, serat gelas merupakan serat sintesis yang paling banyak digunakan. Harganya relative murah dan sudah tersedia cukup banyak dipasaran. Serat jenis ini biasanya digunakan sebagai penguat matrik jenis polymer. Komposisi kimia serat gelas sebagian besar adalah SiO2 dan sisanya adalah oksida – oksida alumunium ( Al ), kalsium ( Ca ), magnesium ( Mg ) dan natrium ( Na ) dan unsure – unsure lainnya.
Beberapa bentuk serat gelas antara lain :
1. Waven roving ( berupa benang panjang yang dianyam dan digulung pada silinder ).
2. Choped strand ( Strand yang dipotong dengan ukuran 3.2 mm – 50.8 mm ).
3. Reinforcing mat ( berupa chopped strand mat dan continous mat yang tersusun secara acak ) serta bentuk yang lain ( Schwartz, 1984 ).
Type Serat Glass
Dengan variasi dari “ recipe “, menghasilkan jenis gelas / kaca yang berbeda. Jenis yang digunakan untuk structural reinforcement adalah sebagai berikut :
a. E – Glass ( elektrik ) berisi akali rendah dan lebih kuat dari A gelas / kaca ( Alkali ). Kekuatan tarik dan kekuatan tekan dan kekakuan, baik untuk komponen – komponen elektrik dan biaya yang relative rendah, tetapi berdampak pada tek tahan lama. Tergantung pada harga tipe E gelas / kaca sekitar £ 1-2/ kg. E- glass yang biasa digunakan sebagai polymer metric komposit.
b. C-Glass ( chemical ) tahan terhadap bahan kimia. Sebagaian besar digunakan untuk melapisi bagian luar pada penampung bahan kimia dan pipa air dan tangki.
C R, S dan T- Glass merupakan nama dagang pabrikan untuk serat yang sebanding mempunyai kekuatan tarik dan modulus yang lebih tinggi disbanding E glass/ kaca, lebih baik dari pada acak. Lebih tinggi ILSS dan acak dapat dibuat dengan diameter fillamen yang lebih kecil. S glass diproduksi di USA oleh OCF, R-Glass di Eropa dibuat oleh Vetrotex dan T- Glass dibuat di jepang oleh Nittobo. Perkembangan industry penerbangan luar angkasa dan industry pertahanan, dan digunakan pada rudal balistik. Faktor lemahnya volume produksi membuat bahan ini relative mahal. Tergantung pada jenis R atau S gelas / kaca yang berharga sekitar £12-2-/ kg.
Tipe Serat E Glass
Serat E gelas / kaca yang tersedia dalam bentuk :
a. Strand, adalah suatu bundel yang dengan lengkap dihubungkan pada filament. Strand jarang tersedia di pasaran dan pada umumnya digulung bersama – sama seperti benang.
b. Yarns suatu bundel yang lekat dihubungkan pada filament atau strand. Masing – masing diameter helai biasanya 4 – 13 um. Helai mempunyai bermacam – macam beratnya yang digambarkan ‘tex’ ( beratnya dalam gramme dari 1000 linier meter ) atau setara ( berat dalam lbs dari 10,000 yard ), dengan tipe tingkatan yang biasa antara 5 dan 400.
c. Rovings adalah bundel yang dengan bebas dihubungkan pada filament atau strand. Tiap diameter dalam roving adalah sama, dan pada umumnya antara 13- 24 um. Roving juga mempunyai bermacam – macam antara 300 dan 4800. Dimana filament dikumpulkan bersama –sama secara langsung setelah proses melelehkan. Bebrapa strand dapat juga dibawa bersama –sama secara terpisah setelah pembuatan dari gelas / kaca, untuk tahu assembled moving. Pembuatan roving biasanya memiliki filament dengan diameter yang tercantum di table bawah ini.
4. kompponen pengikat
Komponen pengikat, yaitu yang berguna mengikat serat, melindungi serat dari kerusakan luar, dan meneruskan beban yang diterapkan keserat
1. sistem resin
Banyak sistem resin yang digunakan dalam material komposit diantarnya yang memiliki :
a. sifat mekanis yang baik
b. kekuatan ikatan yang baik
c. ketangguhan yang baik
d. tahan terhadap temperature
Sifat mekanis dari sistem resin
Grafik di bawah, menunjukkan kurva tekanan / ketegangan yang ideal sistem resin. Kurva ini menun jukkan kekuatan yang tinggi, kekakuan yang tinggi ( yang ditandai oleh gradient ) dan suatu ketegangan yang tinggi yang berdampak pada kegagalan.
Yang perlu menjadi catatan bahwa ketika sebuah komposit terbebani tegangan, karena sifat mekanis yang membebani bagian serat telah tercapai maka rsin harus mampu menahan seminimal mungkin.
Gambar diatas memperlihatkan ketegangan pada kegagalan E glass, S- Glass, aramid dan kekuatan tertinggi serat karbon ( bukan bentuk komposit ). Di sini dapat dilihat bahwa, sebagai contoh, serat E-Glass, dengan pemanjangan untuk putus 5,3 % akan memerlukan sebuah resin dengan sebuah pemanjangan mencapai kekuatan regangan maksimum.
Kekuatan ikatan sistem Resin
Ikatan adhesi yang tinggi antara serat sebagai penguatan dan resin beban akan ditransfer secara efisien dan yang akan mencehgah timbulnya pecah atau dammar / serat yang debonding ketika ditekankan.
Ikatan adhesi yang tinggi antara serat sebagai penguatan dan resin
Beban akan ditransfer secara efisien dan yang akan mencegah timbulnya pecah atau dammar / serat yang debonding ketika ditekankan.
Keunggulan pada sistem resin
Ketangguhan adalah suatu ukuran suatu perlawanan material untuk bertepuk / retak perkembangbiakan, tetapi di dalam komposit hal ini susah untuk diukur dengan teliti. Bagaimanapun, kurva ketegangan / tekanan sistem resin diatas sendiri menyediakan beberapa indikasi menyangkut ketangguhan material. Umumnya kelaina bentuk resin akibat kegagalan yang lebih material nantinya. Dan sebaliknya, suatu sistem resin dengan suatu ketegangan rendah kegagalan akan cenderung menciptakan suatu komposit rapuh, berakibat retak dengan mudah. Sistem resin penting untuk digunakan di lingkungan angkatan laut.
Tipe resin terbagi dalam dua jenis, yaitu :
a. Resin Termoplastis
termoplastis adalah bahan yang menjadi plastis karena pemanasan dan bentuknya dapat berubah dalam keadaan plastis tersebut. Bebapa jenis termoplastis yang digunakan sebagai matrik pada komposit serat, misalnya : polypropylene, nylon, acetal, polycarbonate, dan lain- lain.
b. Resin termoset
Termoset adalah bahan yang tidak menjadi plastis karena pemanasan dan tidak mencair. Resin termoset bila dipanaskan akan mengurangi sifat kekakuannya pada temperature distorsi ( temperatur batas efektif untuk penggunaan komponen struktur ) ( sumber . Hull, 1981 ). Resin termoset itu diantaranya adalah Phenolik, Epoksi, Urea, Melamin, Poliester tak jenuh, poliuretan, dsb ( sumber : Surdia T. 1981 “ Pengetahuan Bahan Logam” ). Meskipun banyak sekali tipe resin yang digunakan dalam industry komposit, mayoritas bagian strukturnya dibuat dengan tiga tipe utama, diantaranya polyester, vinylester dan epoxy.
Sistem resin lain yang digunakan dalam komposit
Disamping polyester, vinylester, epoxies ada sejumlah lain sitem resin khusus yang digunakan secara unik untuk menghasilkan apa yang mereka diperlukan:
Phenolics
Utamanya digunaka nuntuk ketahanan api, phenolics juga memiliki kekuatan baik pada temperatur tinggi. Untuk curing material pada sushu kamar, korosi terjadap zat asam bila penangannya tidak sesuai proses pemadatan dengan metode curing alami akan berdampak pada masuknya udara yang berakibat masuknya udara dan cacat permukaan, struktur menjadi rapuh dan tidak memiki kekuatan mekanik yang tinggi.
Cyanate Esters
Banyak digunakan di industry pesawat udara. Material ini sangat bagus untuk dielektrikum sempurna pembuatannya sangat pantas dengan menggunakan serat dielektrikum yang rendah seperti kwarsa untuk pembuata kubah radar. Material ini juga mempunyai stabilitas temperature sekitar 2000C basa.
Silicones
Resin buatan ini menggunakan silisium sebagai penguatnya bukannya karbon dari organic. Kekuatan tahan api yang baik, dan mampu melawan temperature yang tinggi. Temperature yang tinggi sangat diperlukan untuk cure. Digunakan untuk proyektil.
Polyurethanes
Ketangguhan bahan yang baik, kadang kala dicampur hybrid dengan resin yang lain, dalam kaitan dengan rendahnya laminasi memiliki sifat mekanis didalam tekanan. Sangat berbahaya bila menggunakan isocyanates sebagai agen.
Bismaleimides (BMI )
Banyak digunakan untuk pesawat terbang di mana dapat operasi pada temperature yang lebih tinggi ( 2300C basah / 2500kering ) diperlukan pada bagian inlet mesin, kecepatan tinggi pada oermukaan penerbangan pesawar.
Polymides
Digunakan dalam operasi temperature yang lebih tinggi dibanding bismaeleimides ( digunakan sampai ke 2500C basah / 3000 kering ). Aplikasi khusus meliputi proyektil dan komponen mesin pesawat terbang. Resin ini sangat mahal, merupakan bahan baku yang beracun dalam pembuatannya. Polymides juga cenderung relative rapuh. PMR 15 dan Lare 160 adalah dua diantaranya yang paling umum digunakan polyimides dalam bahan komposit.
C. Komponen Tambahan
Komponen tambaha, yaitu filler yang dicampur dengan matriks saat pembuatan. Pada komponen tambahan ini biasanya ditambahkan katalis seperti mepoxi, kobalt, alumunium sbd. Penambahan komponen tergantung dari karakteristik resin itu sendiri dan keinginan pengguna.
Menurut bentuk material dan penyusunnya, komposit dapat dibedakan dalam lima jenis, yaitu :
1. komposit serat ( fibrous komposit)
2. komposit partikel ( particulate komposit )
3. komposit serpih ( flake )
4. komposit sketal ( filled )
5. Komposit laminat ( laminate komposite)
Komposit serat merupakan jenis komposit yang paling banyak digunakan untuk struktur. Hal ini disebabkan karena serat lebih kuat dari pada bentuk butiran, mempunyai kakauan serat yang solid dan matriknya lebih fleksibel. Komposit serat terdiri dari serat sebagai bahan penguat dan matrik seagai bahan pengikat, pengisi volume dan pelindung serat – serat untuk mendistribusikan gaya atau beban antara serat – serat.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar