MATERIAL KOMPOSIT

Bahan komposit (atau komposit) adalah suatu jenis bahan baru hasil

 rekayasayang terdiri dari dua atau lebih bahan dimana sifat masing-masing bahan berbeda satu sama lainnya baik itu sifat kimia maupun fisikanya dan tetap terpisah dalam hasil akhir bahan tersebut

(bahan komposit).

Dengan adanya perbedaan dari material penyusunnya maka komposit

antar material harus berikatan dengan kuat, sehingga perlu adanya penambahan wetting

agent.

Tujuan pembuatan material komposit:

• Memperbaiki sifat mekanik dan/atau sifat spesifik tertentu

• Mempermudah design yang sulit pada manufaktur 

• Keleluasaan dalam bentuk/design yang dapat menghemat biaya

• Menjadikan bahan lebih ringan

Penyusun Komposit

Komposit pada umumnya terdiri dari 2 fasa:

1.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.

2.Reinforcement atau Filler atau Fiber

 Salah satu bagian utama dari komposit adalah reinforcement (penguat) yang berfungsi sebagai

 penanggung beban utama pada komposit.

Secara strukturmikro material komposit tidak merubah material pembentuknya (dalam orde

kristalin) tetapi secara keseluruhan material komposit berbeda dengan material pembentuknya

karena terjadi ikatan antar permukaan antara matriks dan filler.

Syarat terbentuknya komposit: adanya ikatan permukaan antara matriks dan filler. Ikatan antar

 permukaan ini terjadi karena adanya gaya adhesi dan kohesi.

Klasifikasi komposit

Berdasarkan matrik, komposit dapat diklasifikasikan kedalam tiga kelompok

 besar yaitu:

a. Komposit matrik polimer (KMP), polimer sebagai matrik

 b. Komposit matrik logam (KML), logam sebagi matrik

  c. Komposit matrik keramik (KMK), keramik sebagai matrik

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

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 dari 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

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 stabil bahkan lebih stabil daripada logam

2) Sangat tangguh , 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 tinggi.

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.

Komposit berdasakan jenis penguatnya dapat dijelasakan sebagai

berikut :

a. Particulate composite, penguatnya berbentuk partikel

 b. Fibre composite, penguatnya berbentuk serat

c. Structural composite, cara penggabungan material komposit

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

 b) Stir Casting

c) Infiltration Process

d) Spray Deposition

e) In-Situ Process

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,

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

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.

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 serat dapat

menghasilkan komposit yang mempunyai kekuatan dan kekakuan yang lebih tinggi dari bahan

konvensional.

1. Bahan komposit mempunyai density yang jauh lebih rendah berbandig 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. 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

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.

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.

f. Kesehatan = Kaki palsu, Sambungan sendi pada pinggang

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.

sumber: http://www.academia.edu/9001374/Mekanika_Bahan_Komposit