Bahan komposit dapat dikatakan material lama, dapat juga dikatakan material baru. Dikatakan lama karena hamper seluruh bahan alami termasuk tubuh manusia, hewan, dan tumbuhan adalah komposit. Dikatakan baru karena baru sekitar tahun 60-an para ahli dan ilmuwan memberikan perhatian yang khusus terhadap potensi yang terkandung dalam pembuatan serat komposit. Saat ini perkembangan bahan – bahan komposit baru dan aplikasinya sedang berkembang pesat.
Kata komposit ( composite ) merupakan kata sifat yang berarti susunan atau gabungan. Komposit juga berasal dari kata kerja “ to compose “ yang berarti menyusun atau menggabung. Jadi, secara sederhana material komposit dapat diartikan sebagai material gabungan dari dua atau lebih material yang berlainan.
Penggabungan dua material atau lebih tersebut ada dua macam yaitu :
PENGGABUNGAN MAKRO KOMPOSIT
Ciri – ciri penggabungan makro adalah :
1. Dapat dibedakan secara langsung dengan cara melihat.
2. Penggabungannya lebih secara fisis dan mekanis.
3. Penggabungannya dapat dipisahkan secara fisis ataupun secara mekanis.
Contoh : Kevlar, Glass Fiber Reinforced Plastic ( GFRP )
PENGGABUNGAN MIKRO
Ciri – ciri penggabungan mikro adalah :
1. Tidak dapat dibedakan dengan cara melihat secara langsung.
2. Penggabungannya lebih secara kimiawi.
3. Penggabungannya tidak dapat dipisahkan secara fisis dan mekanis, tetapi dapat dilakukan dengan secara kimiawi. Contoh : Logam paduan, besi cor, aja, dll.
Dari penjelasan di atas dapat kita ketahui bahwa material komposit dibuat dengan penggabungan secara makro. Karena material komposit merupakan material gabungan secara makro, maka material komposit dapat didefinisikan sebagai “ suatu sistem material yang tersusun dari campuran / kombinasi dua atau lebih unsur – unsur utama yang secara makro berbeda di dalam bentuk dan atau komposisi material dan pada dasarnya tidak dapat dipisahkan “ ( Schwartz, 1984 ).
UNSUR UNSUR PEMBENTUK KOMPOSIT GFRP
Unsur – unsur utama penyusun komposit GFRP adalah matrik dan serat. Bahan – bahan pendukung pembuatan komposit meliputi katalis, akselerator, gel coat, dan pewarna. Bahan tambahan tersebut memiliki fungsi yang sangat penting untuk menentukan kualitas suatu produk komposit. Karena material komposit terdiri dari penggabungan unsur – unsur utama yang berbeda, maka munculah daerah perbatasan antara serat dan matrik ( interface ).
BAHAN SERAT
Sifat – sifat mekanik dari komposit sangat dipengaruhi oleh serat dan orientasinya, dimana kandungan serat yang tinggi akan menghasilkan kekuatan tarik yang tinggi pula. Di sisi lain, meningkatnya kandungan resin, berarti akan meningkatkan ketahanan produk cetaknya terhadap serangan kimia dan cuaca. Oleh karana itu perbandingan antara serat dan resin memegang peranan yang paling penting untuk menentukan sifat – sifat mekanisnya.
Sistem penguat dalam material komposit serat bekerja dengan mekanisme sebagai berikut : material berserat itu akan memanfaatkan aliran plastis dari bahan matriks ( yang bermodulus rendah ) yang sedang dikenai tegangan, untuk mentransferkan beban yang ada itu kepada serat – seratnya ( yang kekuatannya jauh lebih besar ). Hasilnya adalah bahan komposit yang memiliki kekuatan dan modulus yang tinggi. Tujuan menggabungkan keduanya adalah untuk menghasilkan material dan fase dimana fase primernya ( serat ) disebar secara merata dan diikat oleh fase sekundernya ( matrik ). Dengan demikian, konstituen utama yang mempengaruhi kemampuan komposit adalah serat sebagai penguat, matriks dan interface antara serat dengan matrik.
Diameter serat juga memegang peranan yang sangat penting dalam memaksimalkan tegangan. Makin kecil diameternya akan memberikan luas permukaan per satuan berat yang lebih besar, sehingga akan membantu transfer tegangan tersebut. Semakin kecil diameter serat ( mendekati ukuran Kristal ) semakin tinggi kekuatan bahan serat. Hal ini dikarenakan cacat yang timbul semakin sedikit. Serat yang sering dipakai untuk membuat komposit antara lain : serat gelas, serat karbon, serat logam ( whisker ), serat alami, dan lain sebagianya.
Komposit dengan penguat serat ( fibrous composite ) sangat efektif, karena bahan dalam bentuk serat jauh lebih kuat dan lebih kaku dibandingkan dengan bahan yang sama dalam bentuk padat ( bulk ). Sebagai contohnya, gelas padat patah pada tegangan kurang dari 10.000 psi, sedangkan serat gelas patah pada tegangan antara 400.000 – 700.000 psi.
Serat gelas tersusun dari butiran silica ( SiO2 ). Molekul silicon dioksida ini mempunyai konfigurasi tetrahedral, dimana satu ion silicon memegang empat ion oksigen. Jaringan dari silica tetrahedral ini adalah dasar dari terbentuknya serat gelas. Ada tiga macam serat gelas berdasarkan jenisnya, yaitu E gelas, S gelas, D gelas. Berdasarkan bentuknya serat gelas dapat dibedakan menjadi beberapa macam antara lain : roving, chopped strand, reinforcing mat, yarn, woven fabric, dan woven roving.
BAHAN MATRIK
Syarat utama yang harus dimiliki oleh bahan matrik adalah bahan matrik tersebut harus dapat meneruskan beban. Oleh karena itu, serat harus dapat melekat pada matrik secara chemical bond dan kompatibel antara serat dan matrik ( tidak ada reaksi kimia yang mengganggu ). Biasanya matrik yang dipilih adalah matrik yang memiliki ketahanan panas tinggi. Pada bahan komposit, matrik memiliki kegunaan sebagai berikut :
1. Memegang dan mempertahankan serat tetap pada posisinya.
2. Pada saat dikenai beban, matrik harus mampu mendistribusikan tegangan kepada serat.
3. Memberikan sifat tertentu, misalnya : keuletan, kekasaran, sifat elektrik.
Dalam proses pembuatan material komposit, matrik harus memiliki kemampuan meregang yang lebih tinggi dibandingkan dengan serat. Apabila tidak demikian, maka material komposit tersebut akan mengalami patah pada bagian matriknya terlebih dahulu. Dan apabila hal itu dipenuhi, maka material komposit tersebut akan patah secara alami bersamaan antara serat dan matrik.
Berdasarkan bahan penyusunnya matrik terbagi atas matrik organic dan inorganic. Matrik organic adalah matrik yang terbuat dari bahan – bahan organik. Matrik ini banyak digunakan karena proses penggunaannya menjadi komposit cepat dan mudah serta engan biaya yang rendah. Salah satu contoh matrik organik adalah resin polyester. Matrik inorganik adalah matrik yang terbentuk dari bahan logam yang pada umumnya memiliki berat dan kekuatan tinggi.
Berdasarkan karakteristik termalnya matrik dapat dibagi dua yaitu matrik thermosetting dan matrik termoplastik. Ada dua macam resin thermosetting yang banyak digunakan saat ini, yaitu epoxy dan polyester. Resin unsaturated polyester ( UP ) adalah matrik thermosetting yang paling banyak dipakai untuk pembuatan komposit GFRP. Resin UP ini digunakan mulai dari proses pembuatan dengan metode hand lay up hingga metode yang lebih kompleks seperti filament winding, resin injection molding, dan resin transfer molding.
Polyester berarti polimer yang disusun dari monomer yang mengandung gugus ester. UP adalah polimer tak jenuh yang memiliki ikatan kovalen ganda karbon – karbon rektif yang dapat dihubung – silangkan selama proses curing guna membentuk suatu material thermosetting.
Curing pada polyester
Curing merupakan proses pengeringan untuk merubah material pengikat ( resin ) dari keadaan cair menjadi padat. Curing ini terjadi melalui reaksi kopolimerisasi radikal antara molekul jenis vinil yang membentuk hubungan silang melalui bagian tak jenuh dari polyester. Reaksi ini dipicu oleh katalis yang ada ( MEPOXE ), yang mulai diaktifkan oleh sejumlah kecil akselerator.
Standar yang dianjurkan untuk penggunaan katalis adalah 1% pada suhu kamar. Semakin banyak penggunaan katalis maka waktu pengerasan cairan matrik ( curing time ) akan semakin cepat. Akan tetapi apabila kita mengikuti aturan berdasarkan standar ( 1% ) maka hal tersebut akan menyebabkan curing time menjadi sangat cepat, sehingga dapat merusak produk komposit yang dibuat. Jal ini dikarenakan temperature ruangan pada saat pembuatan produk komposit tidaklah terkontrol dengan baik ( sumber : Pengamatan secara langsung dan wawancara dengan para pekerja di PT. INKA ). Temperature pada saat pembuatan sangat dipengaruhi oleh kondisi cuaca yang terjadi pada saat pembuatan produk komposit. Temperatur rata – rata pembuatan produk komposit di Indonesia adalah sekitar 35 – 380 C. Oleh karena itu, maka dalam penelitian ini penggunaan katalis dibatasi sebesar 0,3% dari volume matrik.
Akselerator memiliki fungsi sama dengan katalis, tetapi pengaruhnya tidaklah sekuat katalis. Jenis akselerator yang digunakan pada pembuatan bodi mobil ini adalah cobalt naphtenate. Jenis akselerator yang digunakan sangat tergantung pada jenis matrik yang dipakai. Pada pembuatan bodi ini akselerator hanyadigunakan untuk membuat gel coat.
Gel coat adalah lapisan pelindung yang beerfungsi untuk mencegah masuknya air kedalam komposit, menahan reaksi kimia, melindungi dari sinar ultraviolet, serta untuk menahan gesekan. Disamping itu, gel coat juga dapat mempertinggi sifat mekanis bahan komposit.
Bahan peambah yang lain adalah pewarna yang berfungsi untuk member warna kepada prosuk komposit yang akan dibuat, sehingga memperindah tampilan dari bahan komposit. Pemberian warna ini dapat juga menutupi cacat akibat timbulnya void selama proses pembuatan bahan komposit. Zat pewarna yang akan digunakan dicampurkan ke dalam matrik yang akan digunakan untuk membuat gel coat.
FAKTOR FAKTOR YANG MEMPENGARUHI KEKUATAN KOMPOSIT GFRP
ARAH SERAT GELAS.
Kekuatan komposit sangat dipengaruhi oleh arah serat. Pada pembuatan bodi mobil ini digunakan arah serat yang acak tidak beraturan. Ada tiga jenis penguatan arah serat gelas yaitu penguatan satu dimensi, penguatan dua dimensi, dan penguatan tiga dimensi.
Penguatan satu dimensi memiliki kekuatan mekanik maksimum pada arah serat. Penguatan dua dimensi memiliki kekuatan ang berbeda pada tiap arah orientasi serat. Penguatan tiga dimensi adalah isotropic tetapi nilai penguatannya sangat kecil ( 1/3 dari nilai penguatan satu dimensi pada arah serat ). Yang termasuk dalam serat isotropik adalah chopped strand.
JENIS SERAT GELAS
Pemilihan jenis serat gelas dapat mempengaruhi kekuatan bahan komposit. Hal ini erat kaitannya dengan pola penguatan serat. Pada serat gelas chopped strand pola penguatannya adalah penguatan tiga dimensi.
JUMLAH SERAT GELAS
Banyak sedikitnya serat gelas yang terkandung di dalam suatu bahan komposit sangat mempengaruhi kekuatannya. Komposit yang mengandung serat gelas hingga 80% dari beratnya akan memiliki kekuatan sekitar 4 kali lipat dibandingkan komposit dengan komposisi sebaliknya.
Jumlah maksimum serat gelas sangat tergantung dari kemampuan matrik untuk mengikat serat. Apabila jumlah serat gelas terlalu banyak, akan mengakibatkan adanya serat gelas yang saling bersentuhan tanpa adanya matrik yang mengikat. Apabila salah satu serat putus, maka beban yang akan terjadi tidak dapat diteruskan ke serat yang lain secara sempurna. Hal ini akan menyebabkan terjadinya kegagalan dini pada bahan komposit.
Banyaknya serat gelas yang digunakan juga tergantung pada metode pembuatan yang dilakukan. Untuk proses hand lay up komposisi serat gelas biasanya 70/30 ( 70% matrik dan 30% serat ), 75/25 atau 60/40.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar