Makalah Pengetahuan Bahan Teknik "Komposit"
Anggota Kelompok PrimeiroDima Mufti (2109100023) Hanggar Sangra Avianto (2109100125) Yesty Magfiroh (2109100025) Jothan Agus H (2109100092) Kevin Yoga P (2109100054) Deanandya (2109100062) Ari Mukti Danang (2109100
)
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2010
KOMPOSIT A. Pengertian dan Sejarah Perkembangan Komposit Komposit merupakan perpaduan dari dua material atau lebih yang memiliki fasa yang berbeda menjadi suatu material baru yang memiliki propertis lebih baik dari keduanya. Jika perpaduan ini terjadi dalam skala makroskopis maka disebut sebagai komposit Kata komposit (composite) merupakan kata sifat yang berarti susunan atau gabungan. Komposit berasal dari kata kerja “to compose” yang berarti menyusun atau menggabung. Jadi secara sederhana bahan komposit berarti bahan gabungan dari dua atau lebih bahan yang berlainan. material komposit didefinisikan sebagai campuran makroskopik antara serat dan matriks. Serat berfungsi memperkuat matriks karena, umumnya, serat jauh lebih kuat dari matriks. Matriks berfungsi melindungi serat dari efek lingkungan dan kerusakan akibat benturan (impact). Komposit dikategorikan menjadi beberapa jenis: komposit serat kontinu, komposit serat anyam, komposit serat acak, komposit hibrid dan komposit serat-logam. Serat terbuat dari karbon, aramid, boron, silicon carbide, alumina atau material lainnya. Matriks terbuat dari polimer (misal: epoksi), keramik dan logam (aluminum, titanium, etc). Dua istilah penting dalam komposit adalah lamina dan laminate. Lamina merujuk pada satu lembar komposit dengan arah serat tertentu, sedangkan laminate adalah gabungan beberapa lamina. Di pasaran, komposit ada juga yang dijual dalam bentuk pre-preg (pre-impregnated). Laminate bisa dibuat dengan cara memasukkan prepreg ini ke dalam autoclave (oven bertekanan) dalam waktu, tekanan dan temperatur tertentu. Komposit telah dipakai di industri pesawat terbang lebih dari 40 tahun, dan kini, aplikasi komposit telah merambah ke industri lain seperti otomotif (misal: bodi
mobil balap F1), olahraga (misal: raket tenis), perkapalan; industri minyak dan gas juga telah memakai komposit untuk membangun infrastrukturnya. Komposit memiliki kekuatan yang bisa diatur (tailorability), memiliki kekuatan lelah (fatigue) yang baik, memiliki kekuatan jenis (strength/weight) yang tinggi dan tahan korosi. Namun demikian, komposit masih cukup mahal untuk diproduksi, sehingga hanya komponen atau bagian tertentu saja yang dibuat dari komposit. (FYI, meski mahal, Boeing memakai komposit sebanyak 50% total struktur pesawat Boeing 787 yang baru di-launch). Sejak 1980an, komposit mulai dikenal di industri minyak dan gas setelah sebuah panel anti-api untuk heli-deck dibangun memakai komposit serat gelas (glassfiber reinforced-plastics).
B. Macam-macam Komposit Secara garis besar komposit dapat diklasifikasikan menjadi 4 macam (Jones, 1999:2), yaitu: *Fibrous composites materials *Laminated composites materials *Particulate composites materials *Kombinasi dari ketiga tipe di atas 2.1 Fibrous composite material Terdiri dari dua komponen penyusun yaitu matriks dan serat. Skema penyusunan serat dapat dibagi menjadi 3. fibrous composit material.
Gambar Skema penyusunan serat. (a) continous fibres, (b) discontinous fibres, ( c) random discontinous fibres. 2.2 Laminated composites material Terdiri sekurang-kurangnya dua lapis material yang berbeda dan digabung secara bersama-sama. Laminated composite dibentuk dari dari berbagai lapisanlapisan dengan berbagai macam arah penyusunan serat yang ditentukan yang disebut laminat. Yang termasuk Laminated composites (komposit berlapis) yaitu : * Bimetals * Cladmetals * Laminated Glass * Plastic-Based Laminates 2.3 Particulate composite material Particulate composite material (material komposit partikel) terdiri dari satu atau lebih partikel yang tersuspensi di dalam matriks dari matriks lainnya. Partikel logam dan non-logam dapat digunakan sebagai matriks. Empat kombinasi yang dapat digunakan sebagai matriks komposit partikel: * Material komposit partikel non-logam di dalam matriks non-logam * Material komposit partikel logam di dalam matriks non-logam * Material komposit partikel non-logam di dalam matriks logam * Material komposit partikel logam di dalam matriks logam
C. Aplikasi Penggunaan Komposit Pada tahun 2001, satu dari empat jembatan (bahkan lebih) di Amerika Serikat dikategorikan sebagai "defisien", menurut sebuah analisis dari Associated Press terhadap arsip Badan Pusat Administrasi Jalan Bebas Hambatan. Dari jumlah total
587.755 jembatan, 167.993 diantaranya membutuhkan perbaikan atau terlalu lemah atau terlalu sempit untuk menangani muatan lalu lintas yang ada. Walaupun beberapa struktur berada dalam ancaman runtuh, departemen jalan bebas hambatan dalam beberapa negara bagian telah menutup sebagian jembatan untuk perbaikan atau menerapkan sistem batas beban untuk kendaraan yang melintas. Untuk beberapa tahun kedepan, pemerintah pusat sendiri akan menghabiskan lebih dari 20 miliar dolar Amerika untuk perbaikan jembatan atau penggantian. Namun terobosan terbaru oleh sekelompok peneliti di Universitas Illinois mungkin memberikan suatu harapan terhadap adanya "obat" jangka panjang yang lebih baik: sebuah material komposit yang memperbaiki dirinya sendiri. Sebuah komposit ialah senyawa yang terbuat dari dua material yang berbeda yang bila digabungkan, memiliki sifat yang lebih superior dari material asli. Sebagai contoh, sebuah komposit akan lebih kuat atau getas dibandingkan dengan komponen individualnya. Namun bahkan material terkuat pun pada waktunya akan melemah dibawah tekanan dari beribu-ribu kendaraan cepat dan pendedahan konstan terhadap elemennya. Tekanan terhadap material komposit menciptakan retakan mikroskopik yang kian dalam seiring waktu. Peneliti Illinois, dipimpin oleh Scott White, telah menghabiskan enam tahun dalam pengembangan suatu komposit yang menyembuhkan dirinya sendiri sebelum retakan ini menimbulkan kerusakan struktur yang serius. Tim peneliti ini menciptakan kapsul kecil yang terbuat dari campuran urea dan formaldehida yang dikeraskan kemudian diisi dengan disiklopentadiena (DCPD), suatu hidrokarbon yang digunakan untuk membuat polimer. Hidrokarbon ini disisipkan ke dalam kapsul mikro-hingga 200 inci per kubik-dalam sebuah komposit polimer yang mengandung dari resin yang dikeraskan dan serat pendukung. Ketika retakan terbentuk dalam komposit, kapsul akan pecah, melepaskan DCPD. Dalam beberapa menit, DCPD bereaksi dengan sebuah katalis dalam matriks komposit dan mengikat permukaan-permukaan dari retakan. Dalam studi mereka, material yang diperbaiki mendapatkan kembali 75 persen kekuatannya. Menentukan ukuran yang tepat dari kapsul bukan merupakan tugas yang mudah. Dinding dari kapsul-kapsul ini hanya setebal 1 mikron, dimana ini cukup kuat untuk
bertahan dalam proses manufaktur tetapi cukup lemah untuk pecah dengan sendirinya. Sebagai tambahan, jika kapsul-kapsul ini terlalu besar mereka justru memperlemah material komposit. Kapsul-kapsul terkini terukur dengan 10 mikron pada penampang melintangnya, namun White dan rekan kerjanya sedang bekerja untuk membuat kapisan yang lebih tipis. Komposit ini akan tersedia secara komersial dalam jangka waktu tiga hingga lima tahun ke depan. White melaporkan bahwa material ini memiliki aplikasi-aplikasi potensial yang luas, sehingga merupakan suatu masalah untuk menentukan arah mana yang diambil. Ini dapat berguna terutama untuk produk-produk yang sulit atau tidak mungkin diperbaiki, seperti satelit, antena angkasa, dan peralatan medis yang diimplan. Rentang kemungkinan lain mulai dari papan sirkuit hingga raket tenis. Dan di masa depan, kita mungkin akan melintasi jembatan dengan support yang terbuat dari polimer berteknologi tinggi ini.
D. Kelebihan dan Kekurangan Kelebihan material komposit diantaranya adalah : * Komposit memiliki densitas (kepadatan) yang rendah * Tahan karat dan korosi * Ringan, namun memiliki kekutan yang besar * Mempunyai kekuatan dan kekakuan yang baik * Biaya produksi murah Kekurangan material Komposit * Bebeapa jenis komposit (kevlar untuk baju anti peluru), harganya cukup mahal * Belum banyak kombinasi bahan yang digunakan
E.
Metode Produksi Komposit
Ada beberapa cara/metode untuk membuat produk komposit. Metode-metode tersebut disesuaikan pula dengan bahan yang akan dikombinasikan menjadi bahan komposit. Bahan polimer, misalnya, biasanya diberikan perlakuan berupa panas (thermal) dan kimia. Adapula bahan logam kebanyakan diberi perlakuan berupa tekanan tinggi dan suhu tinggi untuk mencampur menjadi komposit. Berikut beberapa metode produksi komposit yang banyak digunakan pada manufacturing: 5.1 Pultrusion
Pultrusion adalah proses pencetakan kontinyu yang menggabungkan bala serat dan thermosetting resin. Proses pultrusion digunakan dalam pembuatan bagian-bagian komposit yang mempunyai profil penampang konstan. Contoh-contoh khas termasuk berbagai batang dan bagian bar, sisi rel tangga, gagang perkakas, dan tray kabel komponen listrik dan sekarang jembatan balok dan deck. Kebanyakan pultruded laminasi dibentuk menggunakan roving selaras bawah sumbu utama bagian. Berbagai alur kontinu tikar, kain (dikepang, tenunan dan rajutan), dan Bertekstur atau roving bulked digunakan untuk mendapatkan kekuatan dalam salib sumbu atau arah melintang.
Proses ini biasanya terus menerus dan sangat otodies. Penguatan bahan, seperti keliling, tikar atau kain, ditempatkan di lokasi tertentu menggunakan pembentuk preforming atau panduan untuk membentuk profil. Bala bantuan diambil melalui pembersihan resin atau basah-di mana materi adalah sepenuhnya dilapisi atau diresapi dengan resin thermosetting cair. The-jenuh bala bantuan resin memasukkan pultrusion logam dipanaskan die. Dimensi dan bentuk die akan menentukan bagian yang selesai dibuat. Di dalam die logam, panas ditransfer diawali dengan kontrol suhu yang tepat untuk bala bantuan dan damar cair. Energi panas mengaktifkan penyembuhan atau polimerisasi dari resin termoset mengubahnya dari cair ke padat. Laminate padat muncul dari pultrusion dengan bentuk yang tepat dari rongga die. Laminate mengeras ketika
didinginkan dan terus ditarik melalui mesin pultrusion dan dipotong sesuai panjang yang diinginkan. Proses ini didorong oleh sistem ulat atau penarik tandem terletak antara pintu keluar die dan mekanisme cut-off.
5.2 Resin Transfer Molding (RTM) Resin Transfer Molding atau RTM karena sering disebut adalah "Closed Mold Proses" di mana bahan penguat ditempatkan di antara dua cetakan yang berpasangan, permukaan - satu sebagai laki-laki dan satu yang perempuan. Set pencocokan cetakan kemudian ditutup dan dijepit dan rendah viskositas termoset resin disuntikkan di bawah tekanan moderat (50-100 khas psi) ke dalam rongga cetakan melalui port atau serial port dalam cetakan. resin ini disuntikkan untuk mengisi semua rongga dalam set cetakan dan dengan demikian menembus dan membasahi semua permukaan bahan penguat. Bala bantuan dapat mencakup berbagai jenis serat, dalam berbagai bentuk seperti serat kontinu, tikar atau tenunan jenis konstruksi serta hibrida lebih bahwa satu jenis serat. Vacuum kadang-kadang digunakan untuk meningkatkan aliran resin dan mengurangi pembentukan void. bagian ini biasanya sembuh dengan panas. Pada beberapa aplikasi, eksotermik reaksi resin mungkin cukup untuk menyembuhkan yang tepat.
RTM sebagai sebuah proses, adalah multi-kompatibel dengan berbagai sistem termasuk resin polyester , vinyl ester , epoxy , phenolic , dimodifikasi dan hibrida resin akrilik seperti polyester dan urethane. Biasanya, membutuhkan viskositas resin dari 200600 centerpoise untuk menembus semua permukaan rongga cetakan. Keuntungan dari proses RTM meliputi:
Sebagai proses cetakan tertutup, emisi lebih rendah cetakan terbuka dibandingkan proses seperti semprotan ke atas atau tangan lay up Permukaan cetakan dapat menghasilkan hasil akhir berkualitas tinggi (seperti yang di mobil) Proses ini dapat menghasilkan komponen yang lebih cepat - sebanyak 5 -20 kali lebih cepat daripada teknik cetakan terbuka. RTM menghasilkan toleransi dimensi yang lebih ketat ke dalam ± 0,005 inci. Bentuk cetakan Kompleks dapat dicapai. Pemasangan kabel dan perlengkapan lain dapat dimasukkan ke dalam desain cetakan. Kekurangan dari proses RTM adalah: Volume produksi tinggi diperlukan untuk mengimbangi biaya perkakas tinggi dibandingkan untuk membuka teknik cetakan. Penguatan adalah serat bahan terbatas karena aliran resin dan saturasi. Ukuran bagian dibatasi oleh cetakan.
5.3 Vacuum Assisted Resin Transfer Molding (VARTM) Dalam proses RTM tradisional, yang set cetakan yang sesuai atau "cetakan tertutup" digunakan. Bala bantuan serat biasanya digunakan off line untuk meningkatkan siklus waktu produksi dari cetakan untuk tampil di tingkat produksi yang lebih baik. Resin disuntikkan pada tekanan tinggi, dan proses ini kadang-kadang dibantu dengan vakum. Namun, Vacuum Assisted Resin Transfer Molding (VARTM) berbeda karena berbagai alasan. Pertama, pembuatan bagian dapat dicapai pada suatu cetakan terbuka tunggal,. Kedua proses tersebut menggunakan injeksi resin dalam kombinasi dengan vakum dan ditangkap di bawah rongga untuk benar-benar meningkatkan penguatan serat. Pada akhir 1980-an, Bill Seemann ditemukan dan dipatenkan variasi untuk proses VARTM disebut berhemat TM, yang Seemann Komposit Resin Infusion Molding Proses. Proses ini telah digunakan dalam aplikasi baru dan banyak besar mulai dari pisau turbin dan perahu untuk mobil rel dan jembatan deck. Unik untuk proses ini adalah metode
manufaktur yang memungkinkan proses yang efisien dari VARTM untuk menghasilkan bentuk struktur besar yang hampir kosong-bebas. Proses ini telah digunakan untuk membuat keduanya sangat tipis dan tebal laminasi. Selain itu, bentuk-bentuk kompleks dengan serat arsitektur yang unik memungkinkan pembuatan bagian-bagian besar yang memiliki kinerja struktural yang tinggi.
Bagian menggunakan VARTM dibuat dengan menempatkan kain serat kering memperkuat ke cetakan, menerapkan tas vakum ke permukaan terbuka dan menarik kekosongan sementara pada saat yang sama menanamkan resin untuk menjenuhkan bagian serat sampai sembuh sepenuhnya. Proses ini memungkinkan untuk pemantauan visual mudah resin untuk memastikan cakupan yang lengkap untuk menghasilkan bagianbagian yang baik tanpa cacat.
5.4 Compression Molding Cetakan Kompresi adalah metode yang paling umum dari cetakan thermosetting bahan seperti SMC (lembar senyawa cetak) dan BMC (senyawa cetak massal). Teknik ini melibatkan bahan-bahan cetakan mengompresi berisi suhu-diaktifkan katalis dalam logam yang cocok dipanaskan die menggunakan tekan vertikal. Proses pencetakan dimulai dengan pengiriman tinggi viskositas uncured material komposit untuk cetakan. Jamur biasanya suhu berkisar dari 350 ° - 400 ° F. Seperti cetakan menutup, viskositas komposit berkurang di bawah panas dan tekanan aproksimasi 1000 psi. Resin dan isotropically aliran bala bantuan didistribusikan untuk mengisi rongga cetakan. Sementara cetakan tetap tertutup, termoset bahan mengalami perubahan kimia (obat) yang secara permanen mengeras ke dalam bentuk rongga cetakan. kali penutupan
Mold bervariasi dari 30 detik hingga beberapa menit tergantung pada bagian desain dan formulasi bahan. Ketika cetakan terbuka, bagian siap untuk menyelesaikan operasi seperti deflashing, lukisan, ikatan, dan instalasi sisipan untuk pengencang. Dengan memvariasikan perumusan bahan termoset dan bala bantuan, bagian dapat dibentuk untuk memenuhi aplikasi mulai dari A '' otomotif kelas panel bodi eksterior untuk anggota struktural seperti bumper mobil balok.
5.5 Filament Winding Filamen yang berliku proses yang digunakan dalam pembuatan bagian-bagian tabung komposit tank. Khas contoh komposit pipa listrik, saluran, dan komposit. keliling untaian Fiberglass yang diresapi dengan resin thermosetting cair dan dibungkus ke sebuah batang yang berputar dalam pola tertentu. Ketika operasi selesai berkelok-kelok, damar sudah sembuh atau polimerisasi dan bagian komposit dihapus dari batang . Modal investasi yang relatif lebih tinggi dibandingkan dengan membuka proses cetakan. Beban utama untuk sebuah pukulan filamen akan ada biaya dari batang berkelok-kelok untuk aplikasi tertentu.
