MATERIAL KOMPOSIT
Istilah komposit diartikan sebagai penggabungan dua material atau lebih secara “makroskopis”. Makroskopis sendiri menunjukkan bahwa material pembentuk dalam komposit masih terlihat seperti aslinya, aslin ya, suatu hal yang berbeda dengan penggabungan dalam dalam alloy (paduan), yang material pembentuknya sudah tidak terlihat lagi. Tujuan dari penggabungan tersebut tidak hanya hanya untuk memperoleh sifat aditif dari material pembentuknya tetapi terutama untuk memperoleh memperoleh sifat sinergisnya. Dalam prakteknya komposit terdiri dari suatu bahan utama (matrik-matri k) dan suatu jenis penguatan (reinforcement) yang ditambahkan untuk meningkatkan kekuatan dan kekakuan matrik. Penguatan ini biasanya dalam bentuk serat (fiber). (fiber). Komposit merupakan teknologi rekayasa material yang banyak dikembangkan dewasa ini karena material komposit mampu mengabungkan beberapa sifat material yang berbeda karakteristiknya menjadi sifat yang baru dan sesuai dengan disain yang direncanakan.
Keunggulan bahan komposit
Bahan komposit memiliki banyak keunggulan, diantaranya berat yang lebih ringan, kekuatan dan kekuatan yang lebih tinggi, tahan korosi dan memiliki biaya perakitan yang lebih murah karena berkurangnya jumlah komponen dan baut-baut penyambung. Kekuatan tarik dari komposit serat karbon lebih tinggi daripada semua paduan logam. Semua itu menghasilkan berat pesawat yang lebih ringan, daya angkut yang lebih besar, hemat bahan bakar dan jarak tempuh yang lebih jauh.
Sifat-sifat Komposit
Sifat-sifat komposit yang biasa tampak pada bahan komposit, diantaranya adalah sebagai berikut : a. Kekerasan dapat didefinisikan sebagai ketahanan suatu bahan terhadap deformasi dari tekanan yang diberikan padanya. Kekerasan resin komposit hybrid adalah sekitar 2030 VHN. b. Kekuatan adalah kemampuan suatu bahan untuk menahan te kanan yang diberikan kepadanya tanpa terjadi kerusakan. Kekuatan masing-masing jenis komposit dapat dilihat pada tabel di bawah ini
1
Sifat
Kekuatan Kompresi Kekuatan Tarik Kekuatan Elastik
Bahan Komposit Komposit Microfiller 250-350 MPa 30-50 MPa 2-6 GPa
Komposit Tradisional 250-300 MPa 50-65 Mpa 8-15 GPa
Komposit Hybrid 300-350 MPa 70-90 MPa 7-12 GPa
c. Kepadatan bahan resin komposit bergantung pada jenis resin komposit berdasarkan bahan pengisinya. Kepadatan partikel bahan pengisi ini menentukan ketahanan komposit terhadap fraktur. Semakin banyak jumlah partikel bahan pengisi maka komposit tersebut semakin tahan terhadap fraktur. d. Penyerapan air oleh resin komposit dapat didefinisikan sebagai jumlah air yang diserap oleh suatu material komposit ketika direndam dalam air selama jangka waktu tertentu. Jumlah air yang dapat diserap bergantung kepada jumlah matriks resin yang terdapat pada komposit dan kualitas ikatan antara matriks resin dengan bahan pengisi. Penyerapan air diukur dengan membandingkan antara berat air yang diserap oleh suatu material dengan berat material dalam dal am keadaan kering. Jumlah air yang dapat diserap oleh resin komposit adalah sekitar 40-45 40- 45 μm/mm3.
Definisi Komposit
Komposit adalah kombinasi dari dua bahan atau lebih yang tersusun dengan fasa matrik dan penguat yang dipilih berdasarkan kombinasi sifat mekanik dan fisik masingmasing material penyusun untuk menghasilkan material baru dengan sifat yang unik dibandingkan sifat material dasar sebelum dicampur dan terjadi ikatan permukaan antara masing-masing material penyusun. Dengan adanya perbedaan sifat material penyusun dimana antar material harus terjadi ikatan yang kuat, maka wetting agent perlu agent perlu ditambahkan. Penyusun komposit terdiri dari matrik (penyusun dengan fraksi volume terbesar), fiber terbesar), fiber sebagai penguat (penahan beban utama), interfasa (pelekat antar dua penyusun) dan interface (permukaan fasa yang berbatasan dengan fasa lain.
Gambar 2.1 Ilustrasi Material Penyusun Komposit
2
a. Matrik
Pada material komposit matrik memberikan pengaruh yang lebih besar dalam pengikatan material penyusun selain bertugas untuk mendistribusikan beban beban dan memberikan perlindungan dari pengaruh lingkungan. lingkungan. Polyester Polyester dan vinyl ester resin umumnya yang paling banyak digunakan sebagai bahan matrik dan biasanya digunakan untuk untuk pembuatan produk produk komersial, industri, dan transportasi. transportasi. Namun bila produk yang dibutuhkan dibutuhkan diharapkan untuk memiliki kekuatan yang lebih tinggi maka bahan epoksi menjadi pilihan sebagai matrik. Meskipun epoksi sensitif terhadap kelembaban, namun tetap masih lebih baik dibanding dengan polyester dengan polyester serta tahan terhadap penyusutan. Dalam aplikasinya epoksi terbatas terhadap termperatur ter mperatur hingga 120°C untuk pemakaian jangka panjang, bahkan pada kondisi tertentu temperatur tertinggi hanya pada sekitar 80°C sampai 105°C. Untuk pemakaian pada temperatur lebih tinggi sekitar 177°C sampai 230°C dapat dapat menggunakan bismaleimide resins (BMI) sebagai matrik.
Gambar 2.2 Matriks Pada Komposit
b.
Fiber
Pada material Komposit Matrik Polimer (KMP), fungsi utama fiber utama fiber penguat penguat adalah menaikkan kekuatan dan kekakuan komposit sehingga didapatkan material yang kuat dan ringan. Beberapa jenis fiber jenis fiber yang umum digunakan adalah sebagai berikut :
3
1.
F iber Gl ass ass
Sangat umum digunakan dalam industri karena bahan baku yang sangat banyak tersedia. Komposisi fiber glass mengandung silica yang berguna memberikan kekerasan, fleksibilitas, dan kekakuan. Proses pembentukan fiber pembentukan fiber glass melalui proses fusion proses fusion (melting) terhadap silica terhadap silica dengan campuran mineral oksida. Pada proses ini diberikan pendingan yang sangat cepat untuk pembentukan kristalisasi yang sempurna, proses ini biasa disebut dengan fiberization dengan fiberization.. Produk fiber Produk fiber glass dibedakan dalam beberapa jenis berdasarkan propertis dan karakteristiknya.
Gambar 2.3 Fiber Glass Fiber Glass
2. Karbon Fiber Salah satu keunggulan karbon fiber adalah sangat unggul terhadap ketahanan fatik, tidak rentan terhadap beban perpatahan dan mempunyai elastic recovery yang baik. Pekembangan penggunaan karbon fiber tergolong sangat cepat untuk aplikas i penerbangan, produk olahraga, dan berbagai berbagai kebutuhan industri. Sebagai bahan anorganik, anorganik, karbon fiber tida terpengaruh oleh kelembaban, atmosfir, pelarutan basa dan weak acid pada acid pada temperatur kamar. Namun oksidasi menjadi permasalahan pada fiber karbon pada pada suhu tinggi dimana impuritis dapat menjadi katalisator dan menghambat proses oksidasi yang menyebabkan kemurnian fiber karbon tidak tercapai.
Gambar 2.4 Carbon Fiber
4
3. Aramid Fiber Aramid fiber memiliki kekuatan yang sangat tinggi dibandingkan dengan rasio berat yang dimilikinya. Pada awalnya aramid fiber di produksi oleh E.I. Du Pont de Nemours & Company, Company, Inc. dengan merek Kevlar yang dipakai sebagai fiber penguat penguat dalam produksi ban dan plastik. Karena aramid fiber relatif flexible dan non-brittle maka aramid fiber dapat diproses dengan berbagai metode seperti twis ting, weaving, knitting, carding, dan felting. Aramid Kevlar terdapat dalam tiga jenis, yaitu Kevlar 29 (high toughness), Kevlar 49 (high modulus), dan Kevlar 149 (ultrahigh modulus). Menurut Charley Yan, Kevlar memiliki nilai rasio kekuatan dan berat sebesar lima kali lebih kuat dari logam.
Aramid Fiber Gambar 2.5 Aramid Fiber
Klasifikasi Material Komposit
Komposit didefinisikan sebagai material yang terdiri dua atau lebih mate rial penyusun yang berbeda, umumnya matriks dan penguat ( reinforcement ). ). Matriks adalah bagian komposit yang secara kontinyu melingkupi penguat dan berfungsi mengikat penguat yang satu dengan yang lain serta meneruskan beban yang diterima oleh komposit ke penguat. Sedangkan penguat adalah komponen yang dimasukkan ke dalam matriks yang berfungsi sebagai penerima atau penahan beban utama yang dialami oleh komposit. Secara garis besar ada 3 macam jenis komposit berdasarkan penguat yang digunakannya, yaitu sebagai berikut : a. Fibrous composite, yaitu komposit yang hanya terdiri dari satu lamina atau s atu lapis dan berpenguat fiber. Kayu adalah komposit alam yang terdiri dari serat hemiselulosa dalam matriks lignin. Fiber yang digunakan untuk menguatkan matriks dapat pendek, panjang, atau kontinyu. Berdasarkan Berdasarkan jenis seratnya, maka dibedakan menjadi : Serat Kontinyu, dengan orientasi serat yang bermacam-macam antara lai n arah serat satu arah (unidireksional), dua arah (biaksial), tiga arah (triaksial). Serat Diskontinyu, serat menyebar dengan acak sehingga sifat mekaniknya tidak terlalu baik jika dibandingkan dengan serat kontinyu.
5
Gambar 2.6 Fibrous Composite
b. Laminated Komposit, yaitu komposit yang berlapis-lapis, paling sedikit terdiri dari dua lapis yang digabung menjadi satu, dimana setiap lapisan pembentuk memiliki karakteristik sifat tersendiri. Terdiri dari berbagai arah serat. Plywood, Pl ywood, yang terdiri dari layer alternatif berupa kayu ka yu mengandung mengandung lem dengan layer serat ka yu yang tegak lurus layer terdekat.
Gambar 2.7 Laminated Composite
c. Particulate composite, yaitu komposit dengan penguat berupa partikel atau serbuk yang tersebar pada semua luasan dan segala arah dari komposit.
Gambar 2.8 Particulate Composite
6
Campuran antara matriks dan partikel penguat yang ada pada sistem material komposit partikel dapat dibagi kedalam beberapa jenis, yaitu sebagai berikut : a. Nonmetallic In Nonmetallic Particulate Composites, yaitu sistem material komposit partikel yang kedua atau lebih unsur pembentuknya (matriks dan penguat) tidak berupa material logam, misalnya berupa ceramics matrix-glass particulate. b. Metallic in Nonmetallic Particulate Composites, yaitu sistem material komposit partikel yang memiliki matriks tidak berupa material logam, sementara partikel penguatnya berupa material logam, misalnya aluminium powder powder dalam matriks polyurethane atau polysulfide rubber. rubber. c. Metallic In Metallic Particulate Composites, yaitu sistem material komposit partikel yang baik matriks maupun partikel penguatnya penguatnya berupa material logam, namun tidak sama seperti model paduan logam (metal alloy), sebab penguat partikel logam tidak melebur di dalam matriks logam. d. Nonmetallic In Metallic Particulate Composites, yaitu sistem material komposit partikel yang matriksnya berupa material logam, namun material penguatnya penguatnya tidak berupa material logam, melainkan dari jenis material nonlogam, misalnya ceramics particulate dalam matriks stainless steel.
Gambar 2.9 Klasifikasi Komposit Berdasarkan Matriks Berdasarkan matriknya, komposit dibagi menjadi : 1. Metal matrix composites (MMC) yaitu komposit yang menggunakan matriks logam. l ogam. Metal Matrix composites adalah salah satu sat u jenis komposit yang memiliki matrik logam. Material MMC mulai dikembangkan sejak tahun 1996. Pada mulanya yang diteliti adalah Continous Filamen MMC yang digunakan dalam aplikasi aerospace. Kelebihan MMC dibandingkan dengan PMC : 1) Transfer tegangan dan regangan yang baik 2) Ketahanan terhadap temperatur tinggi 3) Tidak menyerap kelembapan 4) Tidak mudah terbakar 5) Kekuatan tekan dan geser yang baik 7
6) Ketahanan aus dan muai termal yang lebih baik Kekurangan MMC : 1) Biayanya mahal 2) Standarisasi material dan proses yang sedikit Matrik pada MMC : 1) Mempunyai keuletan yang tinggi 2) Mempunyai titik lebur yang rendah 3) Mempunyai densitas yang rendah Contoh : Almunium beserta paduannya, Titanium beserta p aduannya, Magnesium beserta paduannya. Proses pembuatan MMC : 1) Powder metallurgy 2) Casting/liquid infiltration 3) Compocasting 4) Squeeze casting Aplikasi MMC, yaitu sebagai berikut : 1) Komponen automotif (blok-silinder-mesin, pully, poros gardan) 2) Peralatan militer (sudu turbin, cakram, kompresor) 3) Aircraft (rak listrik pada pesawat terbang) 4) Peralatan Elektronik
8
9
