KOMPOSIT

ISI: Pendahuluan Karakterisasi Umum Particle-Reinforced Composites Fiber-Reinforced Composites Fabrication

1. PENDAHULUAN DEFINISI Material Komposit, sering disebut sebagai komposit, merupa-kan material alami atau hasil rekayasa yang terbuat dari dua atau lebih material penyusun/konstituen dengan sifat fisik maupun kimia yang sangat berbeda, yang di dalam struktur komposit akhir, masing-masing penyusun tetap terpisah dan dapat dibedakan pada skala makroskopis maupun mikroskopis.

Composite material, light micrograph Composite material, light micrograph. The crystalline nature of the composite material with one component of the material (white) differing in color from the other component (blue). http://www.sciencephoto.com/media/129240/view

Komposit merupakan material struktur yang paling umum di dunia, dan selalu menjadi bagian penting dalam kehidupan manusia. Beton, kertas, cardboard, plywood, fiberglass, bambu, batang padi, pohon, bata, ….. semuanya merupakan komposit. Komposit pertama buatan manusia adalah batu bata yang dibuat dari lumpur dan tanah liat yang dibentuk dan dikeringkan. Bata seperti ini rapuh, tidak kuat menahan beban bata lain yang ditumpuk di atasnya. Inovasi pada saat itu menemukan bahwa rumput atau jerami kering yang dicampurkan ke lumpur dapat memperkuat bata.

Berbagai teknologi modern memerlukan material dengan gabungan sifat-sifat yang tak secara keseluruhan dijumpai pada logam, alloy konvensional, keramik, maupun polimer. Contohnya adalah material untuk keperluan teknologi ruang angkasa, pakaian dalam, dan keperluan transportasi. Sebagai contoh, dalam bidang industri pesawat terbang diperlukan material yang memiliki density kecil, kuat, keras, tahan korosi dan abrasi, serta tidak mudah mengalami korosi.

Skema klasifikasi sederhana berbagai tipe komposit

2. KARAKTERISTIK UMUM Material komposit lebih baik daripada semua material dasar dalam hal kekuatan (strength) dan kekakuan (stiffness), ketahanan pada temperatur tinggi, fatigue strength, dan sifat-sifat lainnya. Sifat kombinasi yang diinginkan dapat direkayasa. Material komposit merupakan material komplek yang komponen-komponennya memiliki sifat yang sangat berbeda, saling tidak larut atau hanya sedikit larut, dan terpisah oleh satu batasan yang jelas.

Prinsip pembuatan komposit meniru apa yang terjadi di alam Prinsip pembuatan komposit meniru apa yang terjadi di alam. Dahan dan ranting pohon serta tulang manusia dan binatang merupakan komposit alam. Dalam kayu, serat selulosa diikat oleh lignin yang bersifat plastis. Dalam tulang, serat fosfat yang tipis dan kuat diikat oleh kolagen yang bersifat plastis. Sifat komposit sangat tergantung pada sifat fisiko-mekanik dari komponen-komponennya dan kekuatan ikatan antara komponen-komponennya. Untuk mendapatkan sifat komposit yang optimal, maka komponen-komponennya harus memiliki sifat yang sangat berbeda tetapi saling melengkapi.

komponen pembentuk dan pengikat KOMPOSIT MATRIKS FILLER komponen pembentuk dan pengikat

MATRIKS Matriks merupakan komponen pembentuk dan pengikat dalam komposit. Dasar atau matriks dari komposit bisa terdiri dari logam atau alloy (komposit logam), polimer, karbon dan material keramik (komposit non logam). Sifat-sifatnya akan menentukan kondisi operasi pembuat- an komposit dan karakteristik komposit, seperti temperatur operasi, fatigue strength, ketahanan terhadap efek lingkungan, density, dan specific strength. Beberapa komposit memiliki matriks gabungan yang terdiri dari dua atau lebih lapisan dengan komposisi berbeda dan disusun selang-seling.

Komposit dengan matriks kombinasi disebut multi-matrix, atau multi-layer composite. Multi-matrix composites memiliki sifat-sifat yang lebih baik. Sebagai contoh, penambahan titanium pada aluminium akan menambah kekuatan komposit. Lapisan aluminimum akan menurunkan density komposit. Multi-matrix composite

FILLER Fillers merupakan komponen lain yang terdistribusi merata dalam matriks. Filler memegang peranan penting dalam menguatkan komposit, sehingga disebut penguat/ reinforcing material. Filler harus memiliki nilai kekuatan/strength, kekerasan/ hardness, dan elastic modulus yang besar. Sifat-sifat ini harus lebih besar daripada yang dimiliki matriks. Sifat-sifat material komposit bisa juga dipengaruhi oleh bentuk, ukuran, konsentrasi dan distribusi filler.

Sifat-sifat material komposit bisa juga dipengaruhi oleh bentuk, ukuran, konsentrasi dan distribusi filler. Berdasarkan bentuknya, filler dapat dibedakan menjadi 3 kelompok, yaitu nol dimensi satu dimensi, dan dua dimensi. Berdasarkan pola reinforcement, material komposit dibagi menjadi 3 kelompok: uniaxial reinforcement, biaxial reinforcement, dan triaxial reinforcement.

Filler dengan bentuk berbeda-beda digunakan untuk mendapatkan sifat-sifat yang lebih lengkap atau untuk meningkatkan sifat tertentu dari suatu komposit. Sebagai contoh, kuat ikatan antara elemen filler satu dimensi (serat kaca atau serat karbon) dan matriks polimer dapat ditingkatkan dengan menambahkan filler nol dimensi (partikel asbes, silikon karbida, dll).

Peningkatan kekuatan dapat pula dilakukan dengan menggunakan filler dengan bentuk sama tetapi komposisi berbeda. Sebagai contoh, modulus of elasticity suatu komposit dengan matriks polimer dan penguat serat kaca, dapat ditingkatkan dengan penambahan penguat serat boron. Material komposit dengan dua atau lebih jenis filler disebut complex- reinforced composites. Poly-fibre composite

Schematic representations of the various geometrical and spatial characteristics of particles of the dispersed phase that may influence the properties of composites: (a) concentration, (b) size, (c) shape, (d) distribution, and (e) orientation.

3. PARTICLE-REINFORCED COMPOSITE Berdasarkan mekanisme penguatan (reinforcement/ strengthening), komposit dapat diklasifikasikan dalam 2 sub- kelompok: (i) Komposit pertikel besar dan (ii) Dispersion- strengthened composite

KOMPOSIT Pertikel besar Fasa partikulat dalam komposit jenis ini biasanya lebih kuat dan lebih kaku daripada matriks. Partikel penguat ini akan menahan gerakan fasa matriks. Matriks mentrasfer sebagian tegangan/stress yang dialami- nya ke partikel-partikel tersebut. Derajat penguatan atau peningkatan sifat mekanik komposit tergantung pada kekuatan ikatan antara matriks dan partikel. Filler yang ditambahkan pada bahan polimer akan meng- hasilkan large-particle composites. Fillers memperbaiki sifat bahan dan/atau mengganti sebagian volume polimer dengan bahan filler yang lebih murah.

Komposit partikel besar digunakan dengan tiga jenis material: logam, polimer, dan keramik. Logam/Keramik Contoh: cermet (ceramic-metal composite), adalah Cemented carbide, yang tersusun atas partikel keramik karbida yang sangat keras seperti tungsten carbide (WC) atau titanium carbide (TiC), yang ditanam dalam matriks logam seperti Co atau Ni merupakan cermet yang paling umum. Komposit ini banyak digunakan sebagai alat pemotong baja.

Photomicrograph of a WC–Co cemented carbide Photomicrograph of a WC–Co cemented carbide. Light areas are the cobalt matrix; dark regions, the particles of tungsten carbide. 100 (Courtesy of Carboloy Systems Department, General Electric Company.)

Ceramic blade for heavy duty applications, especially for cutting stainless and acid-resistant steel. (http://www.exacttools.com/en/products/blades/default/details)

Polimer Elastomer dan plastik sering diperkuat dengan berbagai bahan partikulat. Contohnya adalah penggunaan carbon black sebagai penguat karet dalam proses pembuatan ban. Carbon black terdiri dari partikel-partikel berbentuk bulat yang sangat kecil. Carbon black sangat murah. Ketika carbon black ditambahkan ke dalam proses vulcanisasi akan meningkatkan kuat tarik (tensile strength), kekuatan (toughness), dan abrasion resistance, dan tear resistance. Ban mobil mengandung 15 – 30% volume carbon black. Agar carbon black dapat menguatkan, maka ukuran partikelnya harus sangat kecil, yaitu antara 20 – 50 nm. Partikel tersebut juga harus terdistribusi merata dan harus berikatan kuat dengan matriks karet.

Electron micrograph showing the spherical reinforcing carbon black particles in a synthetic rubber tire tread compound. The areas resembling water marks are tiny air pockets in the rubber. 80.000 (Courtesy of Goodyear Tire & Rubber Company.)

Beton Beton adalah komposit yang terdiri dari agregat partikel yang terikat bersama dalam padatan oleh media pengikat, yaitu semen. Ada dua macam beton, yaitu yang terbuat dari semen portland dan semen aspal, dengan agregat berupa pasir dan kerikil. Kandungan beton semen portland adalah semen protland, agregat halus (pasir), agregat kasar (kerikil), dan air. Partikel agregat berfungsi sebagai filler untuk mengurangi biaya pembuatan beton, karena harganya jauh lebih murah daripada semen. Proporsi bahan pembuat beton harus sedemikian rupa agar dapat diperoleh beton dengan kekuatan yang paling optimum.

Kekuatan beton semen portland dapat diperkuat dengan penguat tambahan, seperti batang baja, batang besi, kawat, atau anyaman baja/besi. Penguat tambahan ini akan menambah tensile, compressive and shear stresses. Koefisien muai panas dari baja hampir sama dengan beton, sehingga penguatannya tetap bertahan pada kondisi temperatur yang berubah. Disamping itu, baja tidak mudah mengalami korosi di dalam beton dan dapat berikatan kuat dengan beton.

concrete reinforcement steel rods Mesh For Concrete Reinforcement

Dispersion- strengthened composite Komposit jenis ini terdiri dari partikel berukuran kecil (disebut dispersoid) yang berfungsi menguatkan komposit dengan cara menghambat gerakan dislokasi. Dispersoid berupa oksida yang bersifat stabil. Contoh: Sintered aluminium powder (SAP). SAP memiliki matriks aluminium, yang mengandung Al2O3 sampai 14%. Pb–PbO, yang digunakan sebagai battery plates, Be–BeO, yang digunakan pada reaktor nuklir dan komponen pesawat ruang angakasa. High-temperature strength dari alloy nikel dapat ditingkatkan dengan penambahan 3% vol thoria (ThO2) sebagai disperoid.