1. Pengenalan
Manusia sejak dari dulu telah berusaha untuk manciptakan berbagai produk yang
terdiri dari gabungan lebih dari satu bahan untuk menghasilkan suatu bahan yang
lebih kuat, contohnya penggunaan jerami pendek untuk menguatkan batu bata di
Mesir, panah orang Mongolia yang menggabungkan kayu, otot binatang, sutera, dan
pedang samurai Jepang yang terdiri dari banyak lapisan oksida besi yang berat
dan liat. Seiring dengan
kemajuan zaman, untuk mengoptimalkan nilai efisiensi terhadap suatu produk maka
dimulailah suatu pengembangan terhadap material, dan para ahli mulai menyadari
bahwa material tunggal (homogen) memiliki keterbatasan baik dari sisi
mengadopsi desain yang dibuat maupun kondisi pasar. Kebanyakan teknologi modern
memerlukan bahan dengan kombinasi
sifat-sifat yang luar biasa yang tidak boleh dicapai oleh bahan-bahan lazim
seperti logam besi, keramik, dan bahan polimer. Kenyataan ini adalah benar bagi bahan yang diperlukan
untuk penggunaan dalam bidang angkasa lepas, perumahan, perkapalan, kendaraan
dan industri pengangkutan. Karena bidang-bidang tersebut membutuhkan density
yang rendah, flexural, dan tensile yang tinggi, viskosity yang baik dan
hentaman yang baik. Dalam prakteknya komposit terdiri dari suatu bahan utama
(matrik-matrix) dan suatu jenis penguatan (reinforcement)
yang ditambahkan untuk meningkatkan kekuatan dan kekakuan matrik. Penguatan ini
biasanya dalam bentuk serat (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.
2. Definisi Bahan Komposit
Menurut Matthews dkk. (1993), komposit adalah
suatu material yang terbentuk dari kombinasi dua atau lebih material
pembentuknya melalui campuran yang tidak homogen, dimana sifat mekanik dari
masing-masing material pembentuknya berbeda. Dari campuran tersebut akan
dihasilkan material komposit yang mempunyai sifat mekanik dan karakteristik ini
yang berbeda dari material pembentuknya. Material komposit mempunyai sifat dari
material konvensional pada umumnya dari proses pembuatannya melalui percampuran
yang tidak homogen, sehingga kita leluasa merencanakan kekuatan material komposit
yang kita inginkan dengan jalan mengatur komposisi dari material pembentuknya.
Komposit merupakan sejumlah sistem multi fasa sifat dengan gabungan, yaitu
gabungan antara bahan matriks atau pengikat dengan penguat. Kita bisa melihat
definisi komposit ini dari beberapa tahap seperti yang telah digariskan oleh
Schwartz :
a. Tahap/Peringkat Atas
Suatu bahan yang terdiri dari
dua atau lebih atom yang berbeda bolehlah dikatakan sebagai bahan komposit. Ini
termasuk alloy polimer dan keramik.
Bahan-bahan yang terdiri dari unsur asal saja yang tidak termasuk dalam
peringkat ini.
b. Tahap/Peringkat
Mikrostruktur
Suatu bahan yang terdiri dari
dua atau lebih struktur molekul atau fasa merupakan suatu komposit. Mengikuti
definisi ini banyak bahan yang secara tradisional dikenal sebagai komposit
seperti kebanyakan bahan logam. Contoh
besi keluli yang merupakan alloy multifusi yang terdiri dari karbon dan besi.
c. Tahap/Peringkat
Makrostruktur
Merupakan gabungan bahan yang
berbeda komposisi atau bentuk bagi mendapatkan suatu sifat atau ciri tertentu.
Dimana konstituen gabungan masih tetap dalam bentuk asal, dimana dapat ditandai
secara fisik dan melihatkan kesan antara muka antara satu sama lain.
Kroschwitz dan rekan telah menyatakan bahwa
komposit adalah bahan yang terbentuk apabila dua atau lebih komponen yang
berlainan digabungkan. Rosato dan Di Matitia pula menyatakan bahwa plastik dan bahan-bahan
penguat yang biasanya dalam bentuk serat, dimana ada serat pendek, panjang, anyaman
pabrik atau lainnya. Selain itu ada juga yang menyatakan bahwa bahan komposit
adalah kombinasi bahan tambah yang berbentuk serat, butiran atau cuhisker
seperti pengisi serbuk logam, serat kaca, karbon, aramid (kevlar), keramik, dan
serat logam dalam julat panjang yang berbeda-beda didalam matriks.
Definisi yang lebih bermakna yaitu menurut Agarwal
dan Broutman, yaitu menyatakan bahwa bahan komposit mempunyai ciri-ciri yang
berbeda untuk dan komposisi untuk menghasilkan suatu bahan yang mempunyai sifat
dan ciri tertentu yang berbeda dari sifat
dan ciri konstituen asalnya.
Disamping itu konstituen asal masih kekal dan dihubungkan melalui suatu antara
muka. Konstituen-konstituen ini dapat dikenal pasti secara fisikal. Dengan kata
lain, bahan komposit adalah bahan yang heterogen yang terdiri dari dari fasa
tersebar dan fasa yang berterusan. Fasa tersebar selalunya terdiri dari serat
atau bahan pengukuh, manakala yang berterusannya terdiri dari matriks.
Sehingga dapat disimpulkan bahwa bahan komposit
(atau komposit) adalah suatu
jenis bahan baru hasil rekayasa yang terdiri dari dua atau lebih bahan dimana
sifat masing-masing bahan berbeda satu sama lainnya baik itu sifat kimia maupun
fisika dan tetap terpisah dalam hasil akhir bahan tersebut (bahan komposit).
Jika perpaduan ini terjadi dalam skala makroskopis, maka disebut sebagai
komposit. Sedangkan jika perpaduan ini bersifat mikroskopis (molekular level),
maka disebut sebagai alloy (paduan). Komposit
berbeda dengan paduan, untuk menghindari kesalahan dalam pengertiannya, oleh
Van Vlack (1994) menjelaskan bahwa alloy
(paduan) adalah kombinasi antara dua bahan atau lebih dimana bahan-bahan
tersebut terjadi peleburan sedangkan komposit adalah kombinasi terekayasa dari
dua atau lebih bahan yang mempunyai sifat-sifat seperti yang diinginkan dengan cara
kombinasi sistematik pada kandungan-kandungan yang berbeda tersebut.
3. Tujuan dibentuknya komposit
Berikut
ini adalah tujuan dari dibentuknya komposit, yaitu sebagai berikut :
1. Memperbaiki sifat
mekanik dan/atau sifat spesifik tertentu
2. Mempermudah design
yang sulit pada manufaktur
3. Keleluasaan dalam
bentuk/design yang dapat menghemat biaya
4. Menjadikan bahan
lebih ringan
4. Bagian-bagian utama dari
komposit
4.1 Reinforcement
Salah satu bagian utama dari komposit adalah reinforcement (penguat) yang berfungsi
sebagai penanggung beban utama pada komposit.
Gambar 1. Ilustrasi reinforcement pada komposit
Berdasarkan
bentuk dari reinforcement-nya, komposit dapat dibedakan menjadi :
Adapun
ilustrasi dari komposit berdasarkan reinforcement-nya
dapat dilihat pada gambar 3.
Gambar 3 Ilustrasi komposit berdasarkan reinforcement-nya
a.
Partikel sebagai
penguat (Particulate composites)
Keuntungan
dari komposit yang disusun oleh reinforcement
berbentuk partikel:
a) Kekuatan lebih
seragam pada berbagai arah
b) Dapat digunakan
untuk meningkatkan kekuatan dan meningkatkan kekerasan material
c) Cara penguatan dan
pengerasan oleh partikulat adalah dengan menghalangi pergerakan dislokasi.
Proses
produksi pada komposit yang disusun oleh reinforcement
berbentuk partikel:
a) Metalurgi Serbuk
Metalurgi
serbuk adalah metode yang terus dikembangkan dari proses manufaktur yang dapat
mencapai bentuk komponen akhir dengan mencampurkan serbuk secara bersamaan dan
dikompaksi dalam cetakan, dan selanjutnya disinter didalam dapur. Tahapan
metalurgi serbuk meliputi pencampuran, penekanan dan sintering. Pencampuran
adalah menggabungkan 2 bahan serbuk atau lebih agar lebih homogen. Penekanan
adalah salah satu cara untuk memadatkan serbuk menjadi bentuk tertentu yang
sesuai dengan cetakannya. Sintering merupakan teknik untuk memproduksi material
dengan densitas yang terkontrol dan komponen logam dan atau serbuk keramik
dengan aplikasi termal.
b) Stir Casting
c) Infiltration Process
d) Spray Deposition
Panjang
partikel dibedakan menjadi dua, yaitu sebagai berikut :
1) Large
particle
Komposit yang disusun oleh reinforcement berbentuk partikel, dimana interaksi antara partikel
dan matrik terjadi tidak dalam skala atomik atau molekular. Partikel seharusnya berukuran kecil dan terdistribusi merata. Contoh dari large particle composite adalah cemet dengan sand atau gravel, cemet sebagai
matriks dan sand sebagai atau gravel,
cemet sebagai matriks dan sand sebagai partikel, Sphereodite steel (cementite
sebagai partikulat), Tire (carbon sebagai partikulat), Oxide-Base Cermet
(oksida logam sebagai partikulat).
Gambar 4. a. Flat
flakes sebagai penguat (Flake composites) b. Fillers sebagai penguat (Filler composites)
2) Dispersion
strengthened particle
a) Fraksi partikulat
sangat kecil, jarang lebih dari 3%.
b) Ukuran yang lebih
kecil yaitu sekitar 10-250 nm.
b.
Fiber sebagai
penguat (Fiber composites)
Fungsi utama dari serat adalah sebagai penopang kekuatan dari komposit,
sehingga tinggi rendahnya kekuatan komposit sangat tergantung dari serat yang
digunakan, karena tegangan yang dikenakan pada komposit mulanya diterima oleh
matrik akan diteruskan kepada serat, sehingga serat akan menahan beban sampai
beban maksimum. Oleh karena itu serat harus mempunyai tegangan tarik dan
modulus elastisitas yang lebih tinggi daripada matrik penyusun komposit.
Fiber
yang digunakan harus memiliki syarat sebagai berikut :
a) Mempunyai diameter yang lebih kecil dari diameter bulknya
(matriksnya) namun harus lebih kuat dari
bulknya
b) Harus mempunyai tensile strength yang tinggi
Parameter
fiber dalam pembuatan komposit, yaitu sebagai berikut :
Gambar
5. Parameter fiber dalam pembuatan komposit
Proses
produksi pada fiber-carbon yaitu
sebagai berikut :
1. Open Mold Process
a. Hand Lay-Up
b. Spray Lay-Up
c. Vacuum Bag Moulding
d. Filament Winding
2. Closed Mold Process
a. Resin Film Infusion
b. Pultrusion
Berdasarkan
penempatannya terdapat beberapa tipe serat pada komposit, yaitu :
:
Gambar 6. Tipe serat
pada 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
antar lapisan. Hal ini dikarenakan
kekuatan antar lapisan dipengaruhi oleh matriksnya.
b) Woven Fiber
Composite (bi-dirtectional)
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.
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.
Gambar 7. Tipe
discontinuous fiber
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.
Jenis
fiber yang biasa digunakan untuk
pembuatan komposit antara lain sebagai berikut :
a) Fiber-glass
Sifat-sifat
fiber-glass, yaitu sebagai berikut :
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 baik
5. Resisten terhadap
panas dan dengin
6. Tahan korosi
7. Komposisi umum
adalah 50-60% SiO2 dan paduan lain yaitu Al, Ca, Mg, Na, dan
lain-lain.
Keuntungan
dari penggunaan fiber-glass yaitu sebagai berikut :
1. Biaya murah
2. Tahan korosi
3. Biayanya relatif
lebih rendah dari komposit lainnya
4. Biasanya digunakan
untuk piing, tanks, boats, alat-alat olahraga
Kerugian
dari penggunaan fiber-glass yaitu sebagai berikut :
1. Kekuatannya relatif
rendah
2. Elongasi tinggi
3. Kekuatan dan
beratnya sedang (moderate)
Jenis-jenisnya
antara lain :
1. E-glass
2. C-glass
3. S-glass
Tabel 1. Sifat-sifat dari jenis-jenis fiber-glass
Tabel 2. Komposisi senyawa kimia fiber-glass
b) Fiber-nylon
Sifat-sifat
fiber-nylon, yaitu sebagai berikut :
1. Dibuat dari
polyamide
2. Lebih kuat, lebih
ringan, tidak getas dan tidak lebih kaku dari karbon
3. Contoh merek nylon
yaitu Kevlar (DuPont) dan Kwaron (Akzo)
c) Fiber-carbon
Sifat-sifat
fiber-carbon, yaitu sebagai berikut :
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 proses
5. Terdiri dari +
90% karbon
6. Dapat dibuat bahan
turunan : grafit yang kekuatannya dibawah serat karbon
7. 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.
Tabel
3. Kelebihan Versus Kekurangan
|
Fiber
|
Kelebihan
|
Kekurangan
|
|
Fiber-glass
|
1. Kekuatan tinggi
2. Relatif murah
|
Kurang elastis
|
|
Fiber-carbon
|
1. Kuat hingga sangat
kuat
2. Stiffness(kuat+keras)
besar
3. Koefisien pemuaian
kecil
4. Menahan getaran
|
1. Agak getas
2. Nilai peregangan
kurang
3. Agak mahal
|
|
Fiber-graphite
|
1. Lebih stiffness
dari Carbon
2. Lebih ulet
|
Kurang kuat
disbanding Carbon
|
|
Fiber-nylon(aramid)
|
1. Agak stiff
(kuat+keras) & sangat ulet
2. Tahan terhadap
benturan
3. Kekuatanya besar
(lebih kuat dari baja)
4. Lebih murah dari
carbon
|
1. Kekutan tekan
lebih rendah dari carbon
2. Ketahanan panas
lebih rendah dari carbon (hingga 180*C)
|
Hybride
Fiber (kombinasi dari berbagai jenis serat)
1) Glass Versus Carbon
a) Meningkatkan shock
resistence (tahan benturan)
b) Meningkatkan
fracture resistence (tahan patahan/ulet)
c) Mengurangi biaya
2) Glass Versus Nylon
a) Menigkatkan kekuatan
tekan
b) Memperbaiki
pemrosesan (manufaktur)
c) Mengurangi biaya
3) Carbon Versus Nylon
a) Meningkatkan
kekuatan tarik
b) Meningkatkan
kekuatan tekan
c) Meningkatkan
kekuatan pada pembengkokan
c.
Fiber sebagai
sturktural (Structute composites)
Komposit struktural dibentuk oleh reinforce- reinforce yang memiliki
bentuk lembaran-lembaran. Berdasarkan struktur, komposit dapat dibagi menjadi
dua yaitu struktur laminate dan
struktur sandwich, ilustrasi dari
kedua struktur komposit tersebut dapat dilihat pada Gambar 8.
|
|
|
Gambar 8. Ilustrasi komposit berdasarkan Strukturnya
: a. Struktur
laminate b. Sandwich panel
1) Laminate
Laminate adalah gabungan dari dua atau lebih
lamina (satu lembar komposit dengan arah serat tertentu) yang membentuk elemen
struktur secara integral pada komposit. Proses pembentukan lamina
ini menjadi laminate dinamakan
proses laminai. Sebagai elemen sebuah
struktur, lamina yang serat penguatnya searah saja (unidirectional lamina) pada umumnya tidak
menguntungkan karena memiliki sifat yang buruk. Untuk itulah struktur
komposit
dibuat dalam bentuk laminate yang
terdiri dari beberapa macam lamina atau lapisan yang diorientasikan dalam arah
yang diinginkan dan digabungkan bersama sebagai sebuah unit struktur. Mikrostruktur lamina dan jenis-jenis dari arah serat dapat
dilihat pada gambar dibawah ini :
Gambar 9. Mikrostruktur
lamina
Gambar 10.
Jenis-jenis dari fiber reinforced
composites
Terdapat
beberapa lamina, yaitu:
a) Continous fiber
laminate, lamina jenis ini mempunyai
lamina penyusun dengan serat yang tidak terputus hingga mencapai ujung-ujung
lamina. Continous fiber laminate terdiri dari :
1. Unidirectional
laminate (satu arah), yaitu bentuk
laminate dengan tiap lamina mempunyai
arah serat yang sama. Kekuatan terbesar dari komposit lamina ini adalah searah
seratnya.
2. Crossplien
quasi-isotropoic (silang), lamina ini mempunyai susunan serat yang saling
silang tegak lurus satu sama lain antara lamina.
3. Random/woven fiber
composite, lamina ini mempunyai susunan
serat.
b) Discontinous fiber
composite, berbeda dengan jenis sebelumnya maka laminate ini pada masing-masing
lamina terdiri dari potongan serat pendek yang terputus dan mempunyai dua jenis
yaitu :
1. Short Alighned
Fiber, potongan serat tersusun dalam arah tertentu, sesuai dengan keperluan
setiap lamina.
2. In-Plane Random
Fiber, potongan serat disebarkan secara
acak atau arahnya tidak teratur.
2) Sandwich panels
Komposit sandwich merupakan salah satu jenis
komposit struktur yang sangat potensial untuk dikembangkan. Komposit sandwich
merupakan komposit yang tersusun dari 3 lapisan yang terdiri dari flat composite (metal sheet) sebagai kulit permukaan (skin) serta meterial inti (core)
di bagian tengahnya (berada di antaranya). Core yang biasa dipakai adalah core
import, seperti polyuretan (PU), polyvynil Clorida (PVC), dan honeycomb.Komposit sandwich dibuat dengan tujuan untuk efisiensi
berat yang optimal, namun mempunyai kekakuan dan kekuatan yang tinggi.
Sehinggga untuk mendapatkan karakteristik tersebut, pada bagian tengah diantara kedua skin dipasang core.
Komposit
sandwich merupakan jenis komposit yang sangat cocok untuk menahan beban
lentur, impak, meredam getaran dan suara. Komposit sandwich dibuat untuk mendapatkan struktur
yang ringan tetapi mempunyai kekakuan dan kekuatan yang tinggi. Biasanya
pemilihan bahan untuk komposit sandwich,
syaratnya adalah ringan, tahan panas dan korosi, serta harga juga
dipertimbangkan. Dengan menggunakan material inti yang sangat ringan, maka akan
dihasilkan komposit yang mempunyai sifat kuat, ringan, dan kaku. Komposit sandwich dapat diaplikasikan sebagai
struktural maupun non-struktural bagian
internal dan eksternal pada kereta, bus, truk, dan jenis kendaraan yang
lainnya.
Gambar
11. Structural composites sandwich panels
4.2 Matriks
Matriks adalah fasa dalam komposit yang mempunyai
bagian atau fraksi volume terbesar (dominan). Matriks mempunyai fungsi sebagai
berikut :
a) Mentransfer tegangan
ke serat.
b) Membentuk ikatan
koheren, permukaan matrik/serat.
c) Melindungi serat.
d) Memisahkan serat.
e) Melepas ikatan.
f) Tetap stabil setelah
proses manufaktur.
|
|
|
Gambar 12. Ilustrasi matriks pada komposit
Berdasarkan bentuk
dari matriks-nya, komposit dapat
dibedakan menjadi :
Gambar 13.
Klasifikasi komposit Berdasarkan bentuk dari
matriks-nya
Gambar 14. Matriks
dari beberapa tipe komposit
a.
Komposit Matrik
Polimer (Polymer Matrix Composites – PMC)
Komposit
ini bersifat :
1) Biaya pembuatan
lebih rendah
2) Dapat dibuat dengan
produksi massal
3) Ketangguhan baik
4) Tahan simpan
5) Siklus pabrikasi
dapat dipersingkat
6) Kemampuan mengikuti
bentuk
7) Lebih ringan.
Keuntungan
dari PMC :
1) Ringan
2) Specific stiffness tinggi
3) Specific strength tinggi
4) Anisotropy
Aplikasi
dari PMC :
1) Bathroom furniture
2) Aerospace
3) Construction material
Jenis
polimer yang banyak digunakan :
1) Thermoplastic
Thermoplastic adalah plastic yang dapat dilunakkan
berulang kali (recycle) dengan menggunakan panas. Thermoplastic merupakan
polimer yang akan menjadi keras apabila didinginkan. Thermoplastic meleleh pada
suhu tertentu, melekat mengikuti perubahan suhu dan mempunyai sifat dapat balik
(reversibel) kepada sifat aslinya, yaitu kembali mengeras bila didinginkan.
Contoh ari thermoplastic yaitu Poliester, Nylon 66, PP, PTFE, PET, Polieter
sulfon, PES, dan Polieter eterketon (PEEK).
2) Thermoset
Thermoset tidak dapat mengikuti perubahan suhu
(irreversibel). Bila sekali pengerasan telah terjadi maka bahan tidak dapat
dilunakkan kembali. Pemanasan yang tinggi tidak akan melunakkan termoset
melainkan akan membentuk arang dan terurai karena sifatnya yang demikian sering
digunakan sebagai tutup ketel, seperti jenis-jenis melamin. Plastik jenis
termoset tidak begitu menarik dalam proses daur ulang karena selain sulit
penanganannya juga volumenya jauh lebih sedikit (sekitar 10%) dari volume jenis
plastik yang bersifat termoplastik. Contoh dari thermoset yaitu Epoksida, Bismaleimida
(BMI), dan Poli-imida (PI).
Aplikasi
PMC, yaitu sebagai berikut :
1) Matrik berbasis
poliester dengan serat gelas
a) Alat-alat rumah
tangga
b) Panel pintu
kendaraan
c) Lemari perkantoran
d) Peralatan
elektronika.
2) Matrik berbasis
termoplastik dengan serat gelas = Kotak air radiator
3) Matrik berbasis
termoset dengan serat carbon
a) Rotor helikopter
b) Komponen ruang
angkasa
c) Rantai pesawat
terbang
b.
Komposit Matrik
Logam (Metal Matrix Composites – MMC)
Metal Matrix composites adalah salah satu 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
temperature tinggi
3) 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
Matrik
pada MMC :
1) Mempunyai keuletan
yang tinggi
2) Mempunyai titik
lebur yang rendah
3) Mempunyai densitas
yang rendah
4) Contoh : Almunium
beserta paduannya, Titanium beserta paduannya, Magnesium beserta paduannya.
Proses
pembuatan MMC :
1) Powder metallurgy
2) Casting/liquid
ilfiltration
3) Compocasting
4) Squeeze casting
Aplikasi MMC, yaitu
sebagai berikut :
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
c.
Komposit Matrik
Keramik (Ceramic Matrix Composites – CMC)
CMC merupakan material 2 fasa dengan 1 fasa
berfungsi sebagai reinforcement dan 1
fasa sebagai matriks, dimana matriksnya terbuat dari keramik. Reinforcement yang umum digunakan pada
CMC adalah oksida, carbide, dan nitrid. Salah satuproses pembuatan dari CMC
yaitu dengan proses DIMOX, yaitu proses pembentukan komposit dengan reaksi
oksidasi leburan logam untuk pertumbuhan matriks keramik disekeliling daerah
filler (penguat).
Matrik
yang sering digunakan pada CMC adalah :
1) Gelas anorganic.
2) Keramik gelas
3) Alumina
4) Silikon Nitrida
Keuntungan
dari CMC :
1) Dimensinya stanil bahkan lebih stabil daripada logam
2) Sangat tanggung , bahkan hampir sama dengan ketangguhan dari cast iron
3) Mempunyai karakteristik permukaan yang tahan aus
4) Unsur kimianya stabil pada
temperature tinggi
5) Tahan pada
temperatur tinggi (creep)
6) Kekuatan &
ketangguhan tinggi, dan ketahanan korosi
Kerugian
dari CMC
1) Sulit untuk diproduksi dalam jumlah besar
2) Relative mahal dan non-cot effective
3) Hanya untuk aplikasi tertentu
Aplikasi
CMC, yaitu sebagai berikut :
1) Chemical processing
= Filters, membranes, seals, liners, piping, hangers
2) Power generation =
Combustorrs, Vanrs, Nozzles, Recuperators, heat exchange tubes, liner
3) Wate inineration =
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) SiC/litium
aluminosilikat (LAS) untuk calon material mesin panas.
5. Properties Bahan Komposit
Kemajuan kini telah mendorong peningkatan dalam
permintaan terhadap bahan komposit. Perkembangan bidang sciences dan teknologi mulai menyulitkan
bahan konvensional seperti logam untuk memenuhi keperluan aplikasi baru.
Bidang angkasa lepas, perkapalan, automobile dan industri pengangkutan merupakan contoh aplikasi yang
memerlukan bahan-bahan yang berdensity rendah, tahan karat, kuat, kokoh dan
tegar. Dalam kebanyakan bahan konvensional
seperti keluli,walaupun kuat ianya mempunyai density yang tinggi dan
rapuh. Sifat maupun karakteristik dari
komposit ditentukan oleh :
a. Material yang
menjadi penyusun komposit
Karakteristik komposit
ditentukan berdasarkan karakteristik material penyusun menurut rule of mixture
sehingga akan berbanding secara proporsional.
b. Bentuk dan
penyusunan struktural dari penyusun
Bentuk dan cara penyusunan komposit
akan mempengaruhi karakteristik komposit.
c. Interaksi antar
penyusun
Bila terjadi interaksi antar
penyusun akan meningkatkan sifat dari komposit.
6. Kelebihan Bahan Komposit
Bahan komposit mempunyai beberapa kelebihan berbanding dengan bahan konvensional seperti
logam. Kelebihan tersebut pada
umumnya dapat dilihat dari beberapa sudut yang penting seperti sifat-sifat
mekanikal dan fisikal, keupayaan
(reliability), kebolehprosesan dan biaya. Seperti yang diuraikan dibawah ini :
a. Sifat-sifat mekanikal
dan fisikal
Pada umumnya pemilihan bahan matriks dan serat
memainkan peranan penting dalam menentukan sifat-sifat mekanik
dan sifat komposit. Gabungan matriks dan serta dapat menghasilkan komposit yang
mempunyai kekuatan dan kekakuan yang lebih tinggi dari bahan
konvensional seperti keluli.
1) Bahan komposit
mempunyai density yang jauh lebih rendah berbanding dengan bahan
konvensional. Ini memberikan implikasi yang penting dalam konteks penggunaan
karena komposit akan mempunyai kekuatan
dan kekakuan spesifik yang lebih tinggi dari bahan konvensional. Implikasi
kedua ialah produk komposit yang dihasilkan akan mempunyai kerut yang lebih
rendah dari logam. Pengurangan berat adalah satu aspek yang penting dalam
industri pembuatan seperti automobile dan angkasa lepas. Ini karena berhubungan
dengan penghematan bahan bakar.
2) Dalam industri
angkasa lepas terdapat
kecendrungan untuk menggantikan komponen
yang diperbuat dari logam dengan komposit karena telah terbukti komposit
mempunyai rintangan terhadap fatigue yang baik terutamanya komposit yang
menggunakan serat karbon.
3) Kelemahan logam yang
agak terlihat jelas ialah rintangan terhadap kakisa yang lemah terutama produk
yang kebutuhan sehari-hari. Kecendrungan
komponen logam untuk mengalami kakisan menyebabkan biaya pembuatan yang tinggi.
Bahan komposit sebaiknya mempunyai rintangan terhadap kakisan yang baik.
4) Bahan komposit juga
mempunyai kelebihan dari segi versatility (berdaya guna) yaitu produk yang
mempunyai gabungan sifat-sifat yang
menarik yang dapat dihasilkan dengan
mengubah sesuai jenis matriks dan serat yang digunakan. Contoh dengan
menggabungkan lebih dari satu serat dengan matriks untuk
menghasilkan komposit hibrid.
5) Massa jenis rendah
(ringan)
6) Lebih kuat dan lebih
ringan
7) Perbandingan
kekuatan dan berat yang menguntungkan
8) Lebih kuat (stiff),
ulet (tough) dan tidak getas.
9) Koefisien pemuaian
yang rendah
10) Tahan terhadap cuaca
11) Tahan terhadap
korosi
12) Mudah diproses
(dibentuk)
13) Lebih mudah
disbanding metal
b. Biaya
Faktur biaya juga memainkan peranan yang sangat penting dalam membantu
perkembangan industri komposit. Biaya yang berkaitan erat dengan
penghasilan suatu produk yang
seharusnya memperhitungkan
beberapa aspek seperti biaya bahan mentah, pemrosesan, tenaga manusia, dan
sebagainya.
7. Kekurangan Bahan Komposit
a. Tidak tahan terhadap
beban shock (kejut) dan crash (tabrak) dibandingkan dengan metal.
b. Kurang elastis
c. Lebih sulit dibentuk
secara plastis
8. Kegunaan Bahan Komposit
Penggunaan
bahan komposit sangat luas, yaitu untuk :
a. Angkasa luar =
Komponen kapal terbang, Komponen Helikopter, Komponen satelit.
|
|
|
|
|
b. Automobile =
Komponen mesin, Komponen kereta
|
|
|
c. Olah raga dan
rekreasi = Sepeda, Stick golf, Raket tenis, Sepatu olah raga
|
|
|
|
d. Industri Pertahanan
= Komponen jet tempur, Peluru, Komponen kapal selam
e. Industri Pembinaan =
Jembatan, Terowongan, Rumah, Tanks.
|
|
|
g. Marine / Kelautan =
Kapal layar, Kayak
|
|
|
Militer Amerika Serikat adalah pihak
yang pertama kali mengembangkan dan memakai bahan komposit. Pesawat AV-8D
mempunyai kandungan bahan komposit 27% dalam struktur rangka pesawat pawa awal
tahu 1980-an. Penggunaan bahan komposit dalam skala besar pertama kali terjadi
pada tahun 1985. Ketika itu Airbus A320 pertama kali terbang dengan stabiliser
horisontal dan vertikal yang terbuat dari bahan komposit. Airbus telah
menggunakan komposit sampai dengan 15% dari berat total rangka pesawat untuk
seri A320, A330 dan A340.
9.
Contoh
material komposit
1. Plastik diperkuat
fiber:
a. Diklasifikasikan
oleh jenis fiber :
1) Wood (cellulose
fibers in a lignin and hemicellulose matrix)
2) Carbon-fibre
reinforced plastic atau CRP
3) Glass-fibre
reinforced plastic atau GRP (informally, "fiberglass")
b. Diklasifikasikan
oleh matriks:
1) Komposit
Thermoplastik
a) long fiber
thermoplastics or long fiber reinforced thermoplastics
b) glass mat
thermoplastics
2) Thermoset Composites
2. Metal matrix
composite MMC:
a. Cast iron putih
b. Hardmetal (carbide
in metal matrix)
c. Metal-intermetallic
laminate
3. Ceramic matrix
composites:
a. Cermet (ceramic and
metal)
b. concrete
c. Reinforced
carbon-carbon (carbon fibre in a graphite matrix)
d. Bone (hydroxyapatite
reinforced with collagen fibers)
4. Organic
matrix/ceramic aggregate composites
a. Mother of Pearl
b. Syntactic foam
c. Asphalt concrete
5. Chobham armour (lihat
composite armour)
6. Engineered wood
a. Plywood
b. Oriented strand
board
c. Wood plastic
composite (recycled wood fiber in polyethylene matrix)
d. Pykrete (sawdust in
ice matrix)
7. Plastic-impregnated
or laminated paper or textiles
a. Arborite
b. Formica (plastic)
10. Prospek Komposit Sebagai Trend Teknologi Masa
Depan
Dengan perkembangan teknologi saat ini diperlukan
suatu pengembangan metoda baru yang bisa menawarkan solusi teknik yang
mengedepankan kemampuan sistem. Saat ini telah dikembangkan suatu metode
komposit yang dikenal sebagai metode substitusi material.
Teknik dari Proses pembuatan Komposit sangat
menarik, dikendalikan oleh kondisi-kondisi proses, penyusupan logam yang
terjadi secara spontan, tanpa bantuan ruang hampa bertekanan. Dan ini merupakan
metode yang paling hemat untuk memproduksi komposit. Teknologi pembuatan
Komposit memiliki kemudahan dalam fabrikasi sehingga biayanya menjadi lebih
murah. Terutama bila kita bandingkan dengan metode lainnya.
Produk material yang ulet dan material yang kuat
dan tangguh adalah logis ada suatu pemikiran dan usaha menggabungkan kedua
material tersebut untuk dijadikan suatu material yang baru yaitu komposit
melalui proses pembuatan komposit. Hasil komposit yang diperoleh dengan proses
pembuatannya mempunyai ketangguhan yang
tinggi dan daya tahan goncangan yang berhubungan dengan panas yang baik seperti
kekakuan, tahan aus dan stabil pada temperatur tinggi. Proses fabrikasi
komposit ini dapat diaplikasikan pada berbagai komponen mesin seperti ; gas turbin, mesin roket, mesin piston,
penukar panas, dapur temperatur tinggi, struktur pasawat terbang dan kemasan
elektronik.
Agus Edy
Pramono1&2; Anne Zulfia2; Johny Wahyuadi2
1Staf Pengajar
Teknik Mesin Politeknik Negeri Jakarta
2Dept. Teknik Metalurgi dan Material, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia
2Dept. Teknik Metalurgi dan Material, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia
Abstrak
Penelitian ini adalah rekayasa
dan karakterisasi material komposit karbon karbon berbasis limbah organik
dengan meman-faatan karbon limbah organik tempurung kelapa, limbah
batubara sebagai partikel penguat dengan matrik coal tar pitch.
Penelitian eksperimen ini
menggunakan 2 jenis partikel pe-nguat komposit: serbuk karbon tempurung kelapa,
serbuk batubara, sebagai matrik perekat digunakan coal tar pitch. Penelitian
dimulai dengan mengkarbonisasi limbah tempu-rung kelapa dan serbuk limbah
batubara, melalui tungku vakum. Proses karbonisasi limbah organik batok kelapa
menghasilkan karbon 99,27%C, Batu bara 72,31%C, coal tar pitch sebagai matrik
perekat mengandung karbon 84%.
Hasil karbonisasi digiling mesin
ballmilling sampai menca-pai mesh < 325, diayak siever mesh 325.
Selanjutnya partikel kar-bon dari tiap jenis bahan dicampur coal tar pitch
dengan ratio 70 : 30% bobot, dalam pencampuran panas >80OC. Campuran
dipadat-kan dingin dengan tekanan 40 x 10f640 bar
dalam cetakan, menghasilkan preform dengan ukuran + [mm], bobot 25 [gram]. Preform selanjutnya di
curing dalam tungku vakum kontinyu dengan tempe-ratur bervariasi dari 200 s/d
500OC, ditahan pada temperatur tersebut selama 15 menit.
Observasi penelitian ini telah
menguji sifat mekanik kuat tekan dan kekerasan komposit karbon karbon. Komposit
dengan ba-han partikel bahan BB 11,68 [N/mm2] pada suhu 400OC, bahan ABK 8,41
[N/mm2] pada suhu 400OC. ABK pada suhu curing 400OC, menghasilkan maksimum BHN
811,49 pada suhu 400OC, dengan bahan BB menghasilkan maksimum BHN 575,82 pada
suhu 400OC. Komposit dengan bahan ABK menghasilkan porositas terendah 4,53 %
pada suhu 200OC, bahan BB terendah 5,31% pada suhu 400OC. Komposit dengan
bahan ABK menghasilkan densitas maksimum 1,45 [gram/cm3] pada suhu 400OC,bahan
BB maksimum 1,25 [gram/cm3], pada suhu 500OC. Porositas tertinggi yaitu 35,74%
dihasilkan oleh komposit dengan bahan penguat ABK pada suhu curing 400OC.
Catatan: ABK = arang batok
kelapa; BB = batubara; ABB = arang batubara dipanaskan ulang 1000OC; BHN =
brinell hardness number.
Post a Comment