t. komposit

61
TEKNOLOGI KOMPOSIT TEKNOLOGI KOMPOSIT MAULIDA, ST., MSc MAULIDA, ST., MSc

Upload: caroline-oktaviana-hutagalung

Post on 05-Aug-2015

186 views

Category:

Documents


18 download

TRANSCRIPT

Page 1: T. Komposit

TEKNOLOGI KOMPOSITTEKNOLOGI KOMPOSITTEKNOLOGI KOMPOSITTEKNOLOGI KOMPOSIT

MAULIDA, ST., MScMAULIDA, ST., MSc

Page 2: T. Komposit

DEFENISI KOMPOSITSebenarnya tidak ada defenisi komposit secara khusus, tetapi terdapat tigapendekatan yang dapat dipakai untuk mendefinisikan komposit tersebut (Hull,1985 dan Schwartz, 1992) yaitu :

Tahap dasar Suatu bahan yang mengandung dua atau lebih atom yang berbeda dapat dikatakan sebagai komposit

Tahap mikrostruktur Suatu bahan yang mengandung dua atau lebih struktur molekul atau fasa

Tahap makrostrukturKomposit adalah gabungan bahan yang berbeda komposisi atau bentuk untuk mendapatkan suatu sifat atau ciri tertentu.

Berdasarkan pendekatan di atas maka defenisi komposit yaitu suatu bahan yang heterogen yang terdiri dari fasa tersebar dan fasa yang selanjar/berterusan. Kedua fasa ini dipisahkan oleh antar muka.

Page 3: T. Komposit

PENGELOMPOKAN KOMPOSITKomposit dapat dibedakan menjadi lima jenisberdasarkan konstituennya (Schwartz, 1992) yaitu :

a. Komposit serat yang terdiri dari serat dengan atau tanpa matriks

b. Komposit kepingan yang terdiri dari kepingan dengan atau

tanpa matriks

c. Komposit pertikel yang terdiri dari partikel dengan atau tanpa matriks

d. Komposit yang terisi atau komposit rangka yang terdiri dari

matriks rangka yang terisi dengan bahan kedua

e. Komposit laminat yang terdiri daripada konstituen lapisan

atau laminat.

Page 4: T. Komposit
Page 5: T. Komposit

KELEBIHAN KOMPOSITSaat ini komposit telah menjadi bahan teknik dan bahankomoditi yang amat penting yang telah digunakan untukmenghasilkan berbagai produk seperti ban yang diperkuat dengan serat, tangki air, pipa, komponen-komponen pesawat terbang, kabel dan sebagainya. Hal ini disebabkan karena bahan komposit memiliki banyak kelebihan dan keistimewaan dari sifat mekanik, fisik dan kimianya (Ismail, 2004) antara lain :

a. Sifat kekuatan, kekakuan dan keliatan yang dapat ditingkatkan

b. Kestabilan dimensi dan suhu yang dapat ditingkatkan

c. Peningkatan modulus spesifik dan kekuatan spesifik telah menyebabkan berat komposit yang dihasilkan semakin berkurang

d. Peningkatan ketahanan terhadap bahan kimia

e. Pengurangan biaya produksi

Page 6: T. Komposit

Secara umum komposit terdiri atas 3 komponen utama yaitu :

1. matriks2. pengisi3. interface

Page 7: T. Komposit

1. MATRIKS

Matriks merupakan fasa selanjar yang terdapat dalam suatu komposit dengan fasa penguat atau fasa

tersebar. Secara umum peranan fasa matriks (Reinhard, 1987 dan Schwartz,1992) adalah :

a. Matriks adalah bahan padatan dan mampu memindahkan tegasan yang dikenakan pada fasa penguat atau tersebar yang berfungsi sebagai media alas beban

b. Menjaga fasa penguat atau tersebar dari kerusakan oleh lingkungan seperti panas, kelembaban dan lain-lain

c. Sebagai pengikat yang memegang fasa penguat atau tersebar

untuk menghasilkan kawasan antara muka fasa matriks dan

fasa penguat yang kuat

Page 8: T. Komposit

Contoh Produk Komposit

Page 9: T. Komposit

Menurut Richardsons (1987) terdapat berbagai bahan matriks yang dapat digunakan pada komposit yaitu :1. Polimer (Polymer Matrix Composite/ PMC)

2. Logam (Metal Matrix Composite/MMC)3. keramik (Ceramic Matrix Composite/CMC)

Bahan yang digunakan sebagai fasa matriks harus memiliki kriteria sebagai berikut :a. Keserasiannya dengan fasa penguat atau fasa tersebar karena ia akan menentukan interaksi antara muka fasa matriks

dengan fasa penguat

b. Sifat akhir komposit yang akan dihasilkan

c. Keperluan penggunaan seperti ketahanan terhadap lingkungan, kelembaban dan sebagainya

d. Reka bentuk komponen yang akan dihasilkan

e. Kemudahan pemprosesan

f. Biaya pembuatan komposit

Page 10: T. Komposit

Komposit ini bersifat :1) Biaya pembuatan lebih rendah2) Dapat dibuat dengan produksi massal3) Ketangguhan baik4) Tahan simpan5) Siklus pabrikasi dapat dipersingkat6) Kemampuan mengikuti bentuk7) Lebih ringan.

Keuntungan dari PMC :1) Ringan2) Specific stiffness tinggi3) Specific strength tinggi4) Anisotropy

Aplikasi dari PMC : 1) Bathroom furniture 2) Aerospace 3) Construction material 4) Alat-alat rumah tangga 5) Panel pintu kendaraan 6) Lemari perkantoran 7) Peralatan elektroni

1. Komposit Matriks Polimer (Polymer Matrix Composites / PMC)

Page 11: T. Komposit

2. Komposit Matrik Logam (Metal Matrix Composites – MMC)Metal Matrix composites adalah salah satu jenis komposit yangmemiliki matrik logam. Material MMC mulai dikembangkan sejaktahun 1996. Pada mulanya yang diteliti adalah Continous Filamen

MMCyang digunakan dalam aplikasi aerospace.

Kelebihan MMC dibandingkan dengan PMC :1) Transfer tegangan dan regangan yang baik.2) Ketahanan terhadap temperatur tinggi3) Tidak menyerap kelembapan.4) Tidak mudah terbakar.5) Kekuatan tekan dan geser yang baik.6) Ketahanan aus dan muai termal yang lebih baik

Kekurangan MMC : 1) Biayanya mahal 2) Standarisasi material dan proses yang sedikit

Page 12: T. Komposit

Aplikasi MMC

1) Komponen automotive (blok-silinder-mesin,pully,poros gardan,dll)

2) Peralatan militer (sudu turbin,cakram kompresor,dll)

3) Aircraft (rak listrik pada pesawat terbang)

4) Peralatan Elektronik

Matrik pada MMC :

1) Mempunyai keuletan yang tinggi

2) Mempunyai titik lebur yang rendah

3) Mempunyai densitas yang rendahContoh : Almunium beserta paduannya, Titanium

beserta paduannya, Magnesium beserta

paduannya.

Page 13: T. Komposit

3. Komposit Matrik Keramik (Ceramic Matrix Composites – CMC)

CMC merupakan material 2 fasa dengan 1 fasaberfungsi sebagai reinforcement dan 1 fasa sebagaimatriks, dimana matriksnya terbuat dari keramik.Reinforcement yang umum digunakan pada CMC

adalahoksida, carbide, dan nitrid. Salah satu prosespembuatan dari CMC yaitu dengan proses DIMOX,yaitu proses pembentukan komposit dengan reaksioksidasi leburan logam untuk pertumbuhan matrikskeramik disekeliling daerah filler (penguat).

Page 14: T. Komposit

Matrik yang sering digunakan pada CMC adalah :1) Gelas anorganic.2) Keramik gelas3) Alumina4) Silikon Nitrida

Keuntungan dari CMC :1)Dimensinya stanil bahkan lebih stabil daripada logam2)Sangat tanggung , bahkan hampir sama dengan ketangguhan dari cast iron 3) Mempunyai karakteristik permukaan yang tahan aus4) Unsur kimianya stabil pada temperature tinggi5) Tahan pada temperatur tinggi (creep)6) Kekuatan & ketangguhan tinggi, dan ketahanan

korosi

Page 15: T. Komposit

Kerugian dari CMC1) Sulit untuk diproduksi dalam jumlah besar2) Relative mahal dan non-cot effective3) Hanya untuk aplikasi tertentu

Aplikasi CMC, yaitu sebagai berikut :1) Chemical processing = Filters, membranes, seals, liners, piping, hangers2) Power generation = Combustorrs, Vanrs, Nozzles, Recuperators,

heat exchange tubes, liner3) Water ineration = Furnace part, burners, heat pipes, filters, sensors.4) Kombinasi dalam rekayasa wisker SiC/alumina polikristalin untuk perkakas potong.5) Serat grafit/gelas boron silikat untuk alas cermin laser. 6) Grafit/keramik gelas untuk bantalan,perapat dan lem. 7) litium aluminosilikat (LAS) untuk calon material mesin panas.

Page 16: T. Komposit

KLASSIFIKASI KOMPOSIT POLIMER

Komposit polimer secara umum dapat dibagi 4 menurut fasa matriks yang digunakan :

a. Termoplastik (PP, PE, ABS,PMMA, dll)b. Termoset (epoksi, poliester fenolik,

dsb)c. Karet (karet alam, ENR, dsb)d. Elastomer termoplastik/ETP

Page 17: T. Komposit

TERMOPLASTIKTermoplastik adalah suatu polimer yang akan melebur apabila diberikan panas dan menjadi padatan kembali apabila didinginkan. Peleburan dan penyejukan kembali dapat dilakukan berulang-ulang karena tidak terjadinya ikatan sambung silang. Hal ini disebabkaan karena kekusutan rantai molekulnya tinggi.

Termoplastik dapat dibagi atas duajenis yaitu amorfus semihablur

Untuk amorfus susunan rantai molekulnya tersusun secara rawak/acak contohnya PS dan PC sedangkan termoplastik semihablur mempunyai struktur rantai molekul yang tersusun contohnya PE dan PP.

Page 18: T. Komposit

Termoplatik yang banyak digunakan sebagai matriks

pada pembuatan komposit ialah PP, PE dll. Ada beberapa kelebihan termoplastik sebagai bahan matriks ialah :

Waktu pemprosesan yang lebih pendek sehingga tenaga buruh yang digunakan sedikit

Tidak mempunyai batasan waktu penyimpanan Memiliki sifat keliatan yang baik Memiliki ketahanan terhadap lingkungan yang

baik terutama termoplastik semihablur Bahan sisa dapat digunakan kembali Kebanyakan termoplastik tahan terhadap air

Page 19: T. Komposit

Jenis-jenis termoplastik :

1. Polifenilina sulfida (PFS)2. Polieter eter keton (PEEK)3. Polieter sulfon (PES)4. Polisulfon5. Polieter imida6. Piliimida7. Poliamida imida8. Polieter keton (PEK)9. Polietilena (PE)10.Polipeopilena (PP)11.Polimetil meta krilat (PMMK)12.dsb

Page 20: T. Komposit

TERMOSET

Termoset adalah bahan yang mempunyai sifatmekanik dan kimia yang lebih baik daripada termoplastik. Pada suhu kamar termoset memiliki bentuk padatan, cairan dan berperekat. Bahan ini hanya dapat dibentuk satu kali saja karena adanya ikatan sambung silang atau pematangan apabila diberikan panas atau reaksi kimia. Ikatan sambung silng pada matriks termoset sangat kuat sekali dibandingkan pada matriks termoplastik (Ismail, 2004).

Page 21: T. Komposit

Termoset biasanya terdiri dari :• Monomer• Bahan pematang (curing agent)• Pengeras (hardener)• Pemplastik (platicizer)• Bahan penghambat (inhibitor)

Secara umum kebanyakan resin termoset memp. BM yang tinggi karena itu resin termoset selalu rapuh (brittle) dan mudah pecah. Oleh karena itu resin termoset digunakan bersama pengisi untuk memberikan sifat-sifat yang lebih baik.

Page 22: T. Komposit

Resin termoset selalunya didapat dalam bentuk :

1. Cair, yg tdd monomer atau bbrp monomer yg blm matang. Resin termoset dlm btk cair ad tahap A (A-stage)

2. Serbuk3. Granul, tahap B (B-stage)yaitu yahap

separuh matang4. Tahap C (C-stage), ad resin termoset

yg telah matang yg tdk dpt dileburkan atau dilarutkan

Page 23: T. Komposit

Parameter untuk pematangan (curing)resin termoset :1. Suhu, mempercepat atau mengawal

laju reaksi yg berlaku pd pemprosesan2. Tekanan, membantu reaksi kimia,

memberikan keseragaman pengaliran matriks dan memberikan tekanan pd komposit

3. Vacuum, mengeluarkan udara yg terperangkap dan mengeluarkan bahan menguap untuk menghilangkan rongga yang terbentuk

Page 24: T. Komposit

Terdapat dua tahap pematangan :

1. Tahap pengaliran (densitas rendah – cair)

– Matriks yg berlbh dikeluarkan– Udara dan bahan menguap akan keluar– Penyebaran matriks lbh seragam– Matriks akan mengisi ruang2 yg kosong– Matriks akan berinteraksi dgn sesamanya

2. Tahap gel - Resin akan mengeras (terjadi ikatan samnbung silang) - Pembentukan komposit

Page 25: T. Komposit

Sifat-sifat resin termoset :

• Tdd banyak ikatan sambung silang• Kaku dan rapuh• Terjadi sambung silang kimia secara

pematangan• Tdd fua bgn yi resin dan agen

pematangan, pengeras atau katalis• Teruai bila dipanaskan ttp tdk melebur• Memp. Sifat utk menyerap kelembaban• amorfus

Page 26: T. Komposit

Jenis-jenis resin termoset :

1. Polieater2. Epoksi3. Fenolik4. Vinil ester 5. Bismaleimida (BMI)6. Poliimida7. Polibenzimidazol (PBI)

Page 27: T. Komposit

KARET

Menurut ASTM D 1566 – 90 karet didefenisikan bahan yang kembali lagi ke bentuk semula apabila diberikan beban cepat dan tidak larut tetapi dapat membengkak didalam pelarut seperti benzena, metil etil keton

dan sebagainya.

Berbagai jenis karet, baik karet alam seperti karet asli terepoksi seperti ENR 25 maupun karet sintetis seperti SBR, karet etilena propilena terpolimer (EPDM) dapat digunakan pada pembuatan komposit karet yang diperkuat dengan serat sintetis maupun serat alamiah.

Page 28: T. Komposit

Pemprosesan karet konvensional

Bahan2 KaretPengisiMinyakSulfurOksida besiAsam stearatAkseleratorantioksidan

Pencampuran Pembentuka

n

Vulkanisasi Produk akhir

skraf

skraf

Page 29: T. Komposit

ELASTOMER TERMOPLASTIK

Elastomer termoplastik ialah suatu kopolimer blok yang memiliki sifat elastis pada suhu antara suhu kamar hingga 700 C. ETP dapat diproses seperti termoplastik tanpa perlu proses vulkanisasi.

Sebenarnya sifat elastis dari ETP disebabkan adanya ikatan sambung silang secara fisikal daripada daya-daya antar molekul seperti ikatan hidrogen. Daya-daya ini akan putus apabila ETP dipanaskan melebihi suhu tertentu dan terbentuk kembali apabila didinginkan

Page 30: T. Komposit

Dominan amorfus

Dominan tegar (ik. sambung silang)

Morfologi ETP

Page 31: T. Komposit

Pemprosesan ETP

Bahan ETP

Pembentukan Produk akhir

Page 32: T. Komposit

Kriteria pemilihan bahan matriks :

1. Sifat-sifat mekanik tujuan penghasilan bahan komposit ad. utk meningkatkan sifat- sifat mekanik spt : - tensile strength - impact strength - flexural strength - hardeness - fatigue - dsb Pemilihan matriks yg sesuai akan menentukan sifat-sifat yg optimum2. Keserasian antara bahan penguat dengan matriks Slh satu kriteria yg penting utk menghslkan komposit yg kuat Cth. - Serat kevlar matriks yg sesuai yi PEEK - interaksi yg baik antara matriks – serat secara langsung akan meningkatkan pembasahan antara serat - matriks

Page 33: T. Komposit

3. Sifat ketahanan terhadap bahan kimia Cth ; Pengaruh hidrolisis akan merusakan permukaan serat maka hrs dilindungi matriks yg sesuai Matriks PES sesuai dgn serat kaca, tahan thd pelarut asam alkali, minyak, dll.4. Sifat fisikal Kestabilan panas, kestabilan dimensi, ringan, dll sangat

diperlukan utk menghslkan produk komposit yg diinginkan Cth, - Tangki air maka resin poliester biasa digunakan krn poliester memp. suhu 50 – 100 °C - Pipa uap panas dlm pabrik maka matriks yg sesuai yi PEEK (150 – 200 °C) dan Polisulfon ( > 230 °C)5. Kemampuan proses matriks pemilihan matriks jg tergantung pd kemampuan proses.

Viscositas merupakan ciri yg penting dr segi pembasahan matriks dan serat

Page 34: T. Komposit

Resin termoset :o Cair pd suhu kamaro Viscositas rendaho Berupaya membasahkan serat dgn berkesan tanpa

menyebabkan serat patah

Termoplastik :o Viscositas tinggio Kerusakan pd serat

6. Sifat racun7. Suhu/waktu pematangan8. Kandungan bahan menguap9. Kesan penyerapan air10. Koefisien pemanjangan panas

Page 35: T. Komposit

11. Modulus 12. Kekuatan 13. Ketahanan thd fatigue14. Mudah didapat15. Biaya bahan, mesin, pemprosesan,

dll. Pemilihan matriks yg sesuai akan Menghemat tenaga dan waktu pemprosesan serta menghslkan sifat-sifat akhir yg sesuai

Page 36: T. Komposit

Fasa penguat merupakan fasa tersebar yang digunakan untuk membentuk suatukomposit. Fasa ini bertindak sebagai medium alas beban atau komponen dimana tegangan diberikan.

Bentuk yang paling kuat pada semua kelas bahan penguat adalah serat (ASM Handbook,1978). Oleh karena itu banyak bahan penguat terutama serat yang telah digunakan secara komersil untuk

beberapa jenis matriks tertentu. Terdapat banyak bentuk serat penguat seperti serat pendek, serat panjang, serat continuous, tikar anyaman dan lain-lain.

2. PENGISI

Page 37: T. Komposit

Ciri-ciri Pengisi Berbagai jenis pengisi digunakan dalam

polimer alamiah dan polimer sintetik untuk memperbaiki dan meningkatkan sifat-sifat fisik bahan. Penambahan pengisi bertujuan untuk mengurangi biaya, mewarnai atau menguatkan bahan polimer. Secara umum, keupayaan penguat suatu pengisi dipengaruhi oleh tiga faktor utama yaitu ukuran dan luas permukaan, bentuk dan struktur permukaaan serta aktifitas dan sifat-sifat kimia permukaaan. Pengisi umumnya memiliki ukuran yang kecil, permukaaan yang aktif secara kimia, permukaan yang poros dan bentuk yang tidak seragam dapat diterangkan seperti di bawah ini (Hanafi, 2000) :

Page 38: T. Komposit

1. Ukuran dan luas permukaan partikel Peningkatan sifat fisik bahan polimer dapat dikaitkan

dengan ukuran partikel pengisi. Contohnya, tegasan dan modulus polimer berpengisi tergantung pada ukuran pertikel. Ukuran partikel pengisi yang kecil akan meningkatkan tingkat penguatan polimer dibandingkan dengan ukuran partikel yang besar (Leblanc, 2002). Ukuran partikel mempunyai hubungan secara langsung dengan permukaan per gram pengisi. Oleh sebab itu, ukuran partikel yang kecil akan memperluas permukaaan sehingga interaksi diantara polimer matrik dan pengisi seterusnya akan meningkatkan penguatan bahan polimer. Ringkasnya, semakin kecil ukuran partikel semakin tinggi interaksi antara pengisi dan matrik polimer. Kohls & Beaucage (2002) melaporkan bahwa luas permukaan dapat ditingkatkan dengan adanya permukaan yang poros pada permukaaan pengisi maka polimer dapat menembus masuk ke dalam permukaaan yang poros sewaktu proses pencampuran.

Page 39: T. Komposit

Selain dari luas permukaan, kehomogen penyebaran di dalam matriks polimer juga penting untuk menentukan kekuatan interaksi diantara pengisi dan matriks polimer. partikel yang berserakan secara homogen dapat meningkatkan interaksi mulai penyerapan polimer pada permukaan pengisi. Sebaiknya, partikel yang tidak berserakan secara homogen mungkin menghasilkan anglomerat dalam matriks polimer. Adanya aglomerat akan memperkecil luas permukaan dan seterusnya akan melemahkan interaksi diantara pengisi dan matriks dan mengakibatkan penurunan sifat fisik bahan polimer.

Page 40: T. Komposit

2. Bentuk dan Struktur partikel Bentuk partikel pengisi merupakan ciri yang

penting selain dari pada ukuran partikel. Pengisi organik dan mineral memiliki bentuk yang berbeda. Terdapat tiga bentuk partikel pengisi yang utama yaitu sfera, platelet dan rod. Bentuk partikel dapat mempengaruhi sifat mekanik polimer. Sifat akhir karet akan meningkat apabila bentuk pengisi berubah dari sfera menjadi platelet dan rod (Hanafi, 2000). Aglomerat di kenal sebagai agregat sekunder. Walaupun aglomerat mudah dipecahkan sewaktu pencampuran disebabkan karena ikatan Van der Waals diantara agregat lemah.

Page 41: T. Komposit

3. Aktivitas dan Sifat KimiaUkuran dan struktur partikel dikatagorikan sebagai

ciri fisikal pengisi tetapi aktifitas permukaan dikatagorikan sebagai ciri kimia pengisi yang memberi kesan terhadap penguatan polimer (Kohls & Beucage, 2002). Kimia permukaan pengisi merupakan keupayaan pengisi untuk berinteraksi dengan polimer yang seterusnya akan menghasilkan ikatan. Pembentukan ikatan diantara polimer dan pengisi akan meningkatkan kekuatan bahan. Ikatan diantara polimer dan pengisi dapat dibentuk apabila pengisi memiliki tempat yang aktif untuk berinteraksi dengan rantai polimer.

Pengisi dapat diklasifikasikan menurut sifat - sifat kimia dan fisikanya. Pada awalnya pengisi dapat dibagi atas pengisi organik dan anorganik tetapi dapat juga dibagikan pada pengisi berserat dan partikulat seperti gambar berikut ini.

Page 42: T. Komposit

Pengisi

AnorganikOrganik

Berserat:-kapas-serbuk kayu-kelapa sawit -dsb

Tidak berserat:-karbon hitam-grafit-abu sekam padi-dsb

Berserat:-asbestos-serat kaca-serat kevlar-serat aramid-dsb

Tidak berserat:-silika-tanah liat-kalsium-mika-dsb

Page 43: T. Komposit

a) Continuous Fiber Composite Continuous atau uni-directional, mempunyai susunan serat panjang dan lurus, membentuk lamina diantara matriksnya. Jenis komposit ini paling banyak digunakan. Kekurangan tipe ini adalah lemahnya kekuatan antar lapisan. Hal ini dikarenakan kekuatan antar lapisan dipengaruhi oleh matriksnya.

b) Woven Fiber Composite (bi-directional) Komposit ini tidak mudah terpengaruh pemisahan antar lapisan karena susunan seratnya juga mengikat antar lapisan. Akan tetapi susunan serat memanjangnya yang tidak begitu lurus mengakibatkan kekuatan dan kekakuan tidak sebaik tipe continuous fiber.

Berdasarkan penempatannya terdapat beberapa tipe serat pada komposit, yaitu :

Page 44: T. Komposit

c) Discontinuous Fiber Composite (chopped fiber composite) Komposit dengan tipe serat pendek masih dibedakan lagi menjadi : 1) Aligned discontinuous fiber 2) Off-axis aligned discontinuous fiber 3) Randomly oriented discontinuous fiber

Randomly oriented discontinuous fiber merupakan komposit dengan serat pendek yang tersebar secara acak diantara matriksnya. Tipe acak sering digunakan pada produksi dengan volume besar karena faktor biaya manufakturnya yang lebih murah. Kekurangan dari jenis serat acak adalah sifat mekanik yang masih dibawah dari penguatan dengan serat lurus pada jenis serat yang sama.

Page 45: T. Komposit

d) Hybrid fiber composite Hybrid fiber composite merupakan komposit gabungan antara tipe serat lurus dengan serat acak. Pertimbangannya supaya dapat mengeliminir kekurangan sifat dari kedua tipe dan dapat menggabungkan kelebihannya.

Page 46: T. Komposit

1. SERAT SINTETISSerat sintetis telah digunakan secara meluas pada pembuatan komposit. Contohnya serat kaca, serat karbon, serat kevlar dan sebagainya. Kelebihan penggunaan serat sintetis adalah kekuatan yang tinggi karena serat ini dapat menghasilkan

kekuatan yang diinginkan tetapi meningkatkan biaya pembuatan komposit karena serat sintetis mahal. Komposit yang dihasilkan dengan menggunakan

serat sintetis mempunyai ketahanan terhadap panas,

dingin dan kelembaban.

Page 47: T. Komposit

Beberapa contoh serat sintetis :a)Fiber-glass

Sifat-sifat fiber-glass, yaitu :1. Density cukup rendah (sekitar 2,55 g/cc)2. Tensile strengthnya cukup tinggi (sekitar 1,8 GPa)3. Biasanya stiffnessnya rendah (70GPa)4. Stabilitas dimensinya baik5. Resisten terhadap panas dan dengin6. Tahan korosi7. Komposisi umum adalah 50-60% SiO2 dan paduan lain yaitu Al, Ca, Mg, Na, dan lain-lain.

Keuntungan dari penggunaan fiber-glass yaitu :1. Tahan korosi2. Biayanya relatif lebih rendah dari komposit lainnya3. Biasanya digunakan untuk piing, tanks, boats, alat-alat olahraga

Kerugian dari penggunaan fiber-glass yaitu :1. Kekuatannya relatif rendah2. Elongasi tinggi3. Kekuatan dan beratnya sedang

Page 48: T. Komposit

Jenis-jenis fiber glass antara lain :1. E-glass2. C-glass3. S-glass

b) Fiber-nylonSifat-sifat fiber-nylon, yaitu :1. Dibuat dari polyamide2. Lebih kuat, lebih ringan, tidak getas dan

tidak lebih kaku dari karbon3. Contoh merek nylon yaitu Kevlar (DuPont)

dan Kwaron (Akzo)

Page 49: T. Komposit

c) Fiber-carbonSifat-sifat fiber-carbon, yaitu :1. Densitas karbon cukup ringan yaitu sekitar 2,3 g/cc.2. Struktur grafit yang digunakan untuk membuat fiber

berbentuk seperti kristal intan.3. Mempunyai karakteristik yang ringan, kekuatan yang sangat

tinggi, kekakuan (modulus elastisitas) tinggi.4. Memisahkan bagian yang bukan karbon melalui proses5. Terdiri dari + 90% karbon6. Dapat dibuat bahan turunan : grafit yang kekuatannya dibawah

serat karbon7. Diproduksi dari Polyacrylnitril (PAN), melalui tiga tahap

proses, yaitu sebagai berikut: a. Stabilisasi = Peregangan dan oksidasi. b. Karbonisasi = Pemanasan untuk mengurangi O, H, N c. Grafitisasi = Meningkatkan modulus elastisitas.

Page 50: T. Komposit

Contoh Hybride Fiber 1) Glass Versus Carbona) Meningkatkan shock resistence (tahan benturan)b) Meningkatkan fracture resistence (tahan patahan/ulet)c) Mengurangi biaya

2) Glass Versus Nylona) Menigkatkan kekuatan tekanb) Memperbaiki pemrosesan (manufaktur)c) Mengurangi biaya

3) Carbon Versus Nylona) Meningkatkan kekuatan tarikb) Meningkatkan kekuatan tekanc) Meningkatkan kekuatan pada pembengkokan

Page 51: T. Komposit

2. SERAT ALAMIAH Serat alamiah ialah suatu serat lignoselulosa yang berasal

dari tumbuh-tumbuhan yang memiliki komponen kimia yang

terdiri dari karbohidrat, lignin dan bahan ekstrak. Sedangkan karbohidrat terdiri dari sellulosa dan hemisellulosa.

Serat alamiah digunakan sebagai bahan penguat pada teknologi

polimer komposit (Smook, 1992) karena :• Serat alamiah dapat terikat sendiri antara satu sama

lain karena adanya ikatan hidrogen antara molekul selulosa

• Memiliki sifat lenturan (flexural) yang tinggi. Hal ini mewujudkan suatu ikatan yang padat sehingga mengurangkan ruang-ruang yang kosong di dalam menghasilkan prapreg

• Penggunaan serat alamiah pada pembuatan komposit juga dipengaruhi harga, kriteria ekonomi yaitu faktor kesediaan bahan mentah dalam jumlah yang banyak dan juga biaya yang lebih murah dibandingkan dengan serat sintetis

Page 52: T. Komposit

KOMPOSISI SERAT ALAMI

Serat Alamiah

Lignin Karbohidrat Bahan Ekstrak

Selulosa

Glukosa

Hemi selulosa

Glukosa

Manosa

Galaktosa

Xilosa

Arabinosa

Page 53: T. Komposit

Kriteria pemilihan serat :1. Biaya 2. sifat-sifat mekanik3. Densitas 4. Keserasian5. Kestabilan uv6. Kemampuan proses7. Coeffisient thermal expansion

Page 54: T. Komposit

Fasa antar muka merupakan kawasan yang paling tinggi Menerima tegangan semasa dikenakan beban dari luar. Peranannya memindahkan tegangan dari serat ke serat melalui matriks dan menjadi pelindung pada permukaan serat dari lingkungan.

Ikatan antar muka yang kuat maka pemindahan beban atau tegangan berlaku efektif akan menghasilkan beban yang kuat tetapi rapuh. Sebaliknya ikatan antar muka yang lemah mengakibatkan serat terurai dari matriks bila tegangan yang diterima lebih besar dari ikatan antara muka. Kesannya dapat dilihat pada serat yang putus pada titik tegangan yang paling tinggi maka serat yang putus tersebut tertarik keluar dari matriks. Hal ini menunjukan bahwa komposit lebih liat karena tenaga untuk meretakannya lebih besar semasa pelepasan ikatan serat dengan matriks dan geseran antara serat yang tertarik keluar dengan matriks. Apabila adanya ikatan antara muka yang kuat retak tidak akan merambat sepanjang serat. Oleh sebab itu fungsi serat tetap kekal walaupun serat putus pada beberapa titik di sepanjang serat.

3. INTERFACE

Page 55: T. Komposit

Berdsrkan bbrp penelitian mk dpt dirumuskan antar muka matriks – serat :1. Menentukan sifat mekanik bahan

komposit2. Ada bbrp mekanisme utk menjelaskan

pembtkan ikatan antar muka matriks - serat

3. Antar muka serat – matriks sangat sensitif thd lingkungan

4. Ada bbrp strategi yg digunakan utk meningkatkan ikatan antar muka serat- matriks spt, mengolah permukaan, ukuran, dsb

Page 56: T. Komposit

Ada 5 mekanisme pembentukan ikatan antar muka matriks – serat yi :1. Penyerapan/pembasahan Utk pembshan matriks pengisi yg berkesan leburan fasa matriks/resin hrs menutupi seluruh permukaan pengisi agar udara dpt disingkirkan. Mekanisme ini diberikan oleh pers. termodinamika

Page 57: T. Komposit

2. Resapan Mnrt mekanisme ini ikatan akan

terbentuk apabila molekul2 polimer meresap dr

satu permukaan ke dlm struktur molekul permukaan yg lain. Kekuatan ikatan tergantung pd jlh kekusutan molekul dan

jlh molekul yg terlibat. Jlh peresapan tergantung pd konformasi molekul, konstituen yg terlibat dan

mudah/tdknya pergerakan molekul.

Page 58: T. Komposit

3. Daya tarik eloktrostatis mekanisme pengikatan ini berhsl apabila

ada berbedaan muatan elektrostatik antara dua konstituen. Mekanis me ini tdk meningkatkan ikatan antaramuka kecuali bila menggunakan coupling agent/compatabilizer agent

Page 59: T. Komposit

4. Pengikatan kimia pengikatan kimia terjadi bila menggunakan coupling /compatabilizer agent secara bersama2. pengikatan terbtk sebagai hsl reaksi kimia antara permukaan pengisi dgn permukaan matriks

Page 60: T. Komposit

5. Pengikatan mekanik pengikatan mekanik terjadi secara

interlocking apabila geometri permukaan pengisi dan matriks tdk rata. Faktor yg mempengaruhi pengikatan mekanik ad. kasar/tdknya pemukaan, aspek geometri, tegasan dalam dan tegasan selama proses fabrikasi

Page 61: T. Komposit

Faktor2 yg mempengaruhi sifat mekanik

komposit yi :

1. Keadaan pemprosesan, suhu, waktu dan tekanan2. Kesan mikrostruktur3. Sifat matriks dan pengisi4. Pengolahan kimia