MAKALAH POLYMER MATRIX COMPOSITES

Disusun guna melengkapi tugas Mata Kuliah Komposit

Dosen Pengampu :

Yuyun Estriyanto, S.T., M.T.

Disusun Oleh :

1. Wida Rusmayasari K K2508033

2. Aditya Moch S N K2510003

3. Andri Setiyawan K2510008

4. Angga Setiyawan P U K2510009

5. Anggar Dian Pahlevianto K2510010

6. Ari Widodo K2510011

7. Arif Kurniawan K2510012

PENDIDIKAN TEKNIK MESINFAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA

2012

1

KATA PENGANTAR

Segala puji bagi Allah SWT yang dengan izin-Nya kami telah berhasil menyusun

tugas laporan mata kuliah Komposit. Mata kuliah Komposit ini merupakan salah satu mata

kuliah yang sangat penting untuk setiap mahasiswa yang mengambil konsentrasi di bidang

produksi. Karena di dalamnya membahas tentang pengetahuan mengenai komposit yang

bermanfaat untuk bekal mengajar nantinya. Adapun tujuan dari pengerjaan tugas ini adalah

agar mahasiswa lebih mengenal dan menguasai tentang macam – macam komposit dan

aplikasinya, dalam makalah ini pada umumnya membahas tentang pengerjaan komposit.

Selain itu, untuk mematangkan pengetahuan yang kami dapat dari perkuliahan komposit ini.

Tentunya makalah ini tidak luput dari kesalahan, oleh karena itu harapan saya semua

pihak berkenan memberikan saran dan kritik yang bersifat membangun dalam rangka

perbaikan ke arah yang lebih baik. Akhirnya, harapan kami semoga makalah ini dapat

bermanfaat bagi semua pihak yang membacanya dan dapat digunakan sebagaimana mestinya.

Surakarta, 27 Desember 2012

Penyusun

2

Daftar Isi

HALAMAN JUDUL ................................................................................... 1

KATA PENGANTAR ................................................................................. 2

DAFTAR ISI ............................................................................................ 3

BAB I PENDAHULUAN............................................................................. 5

BAB II PEMBAHASAN.............................................................................. 6

1. Termoset...................................................................................... 6

2. Termoplastik................................................................................. 7

3. Getah............................................................................................ 13

Aplikasi PMC dalam kehidupan sehari – hari ......................................... 13

Daftar Pustaka....................................................................................... 15

3

BAB IPENDAHULUAN

Komposit merupakan material teknik yang tersusun atas dua atau lebihbahan yang

memiliki fasa yang berbeda menjadi suatu material baru dengan sifatyang berbeda dan lebih

baik dari keduanya. Definisi lain menyatakan bahwakomposit adalah perpaduan dari bahan

yang dipilih berdasarkan sifat masingmasingbahan penyusun untuk menghasilkan material

baru dengan sifat yang unikdibandingkan sifat material dasar sebelum dicampur dan terjadi

ikatan permukaanmasing-masing material penyusun. Berdasarkan definisi tersebut maka

kondisiikatan permukaan sangat berpengaruh terhadap kekuatan komposit.Persyaratandasar

kekuatan komposit terletak pada kekuatan antar muka matrik dan penguat.Ikatan antar muka

inilah yang menjadi jembatan transmisi tegangan luar yangdiberikan dari matrik menuju

partikel penguat.Jika ikatan antarmuka terjadidengan baik maka transmisi tegangan ini dapat

berlangsung dengan baik pula.

Material komposit tersusun atas 2 (dua) bagian yang berbeda yaitu matrik

danpenguat.Matrik merupakan fasa utama dan kontinu, berfungsi menahan fasapenguat dan

meneruskan beban.Sedangkan penguat merupakan fasa kedua dandiskontinu yang

dimasukkan kedalam matrik. Matrik memiliki sifat ulet,sementara itu penguat umumnya

memiliki kekuatan lebih tinggi dari pada matrik, sehingga disebut fasa penguat (reinforcing

phase).

Bahan komposit dikembangkan sebagai bahan alternatif untuk mendapatkan sifat

yang lebih baik seperti high strength/modulus dan densitas rendah yang sangat sesuai

diterapkan dalam industri penerbangan, antariksa sertaindustri otomotif. Pada industri

tersebut memang membutuhkan komponen yang lebih ringan namun memiliki karakteristik

yang handal. Secara prinsip bahwa penguat yang kontinu memberikan sifat kekuatan spesifik

lebih baik. Namunsayangnya, high strength fibre dan metode pembuatanya lebih mahal

4

disbanding jenis komposit lainya dan hal inilah yang membatasi penggunaanya dalam

industri. Oleh karena keterbatasan dari continous reinforce tersebut maka sekarang banyak

dan intensif dikembangkan jenis komposit lain, yaitu komposit dengan discontinous renforce.

Meskipun komposit dengan penguat diskontinu tidak menghasilkan sifat yang sama

dan cenderung lebih rendah, akan tetapi biaya lebih murah, metode pembuatanya lebih

mudah dan dapat diterapkan pada metode pembuatan yang konvensional. Kelebihan lainya

dari komposit dengan penguat diskontinu memberikan sifat yang isotropik, yaitu sifat yang

sama dalam segala arah. Komposit dapat digolongkan berdasarkan jenis matrik dan

bentukpenguatnya.

Sekarang, pada umumnya komposit yang dibuat manusia dapat dibagi kedalam tiga

kelompok utama:

1. Komposit Matrik Polimer (Polymer Matrix Composites – PMC)

2. Komposit Matrik Logam (Metal Matrix Composites – MMC)

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

Komposit Matrik Polimer (Polymer Matrix Composites – PMC)

Bahan ini merupakan bahan komposit yang sering digunakan disebut, Polimer Berpenguatan

Serat (FRP – Fibre Reinforced Polymers or Plastics) – bahan ini menggunakan suatu polimer-

berdasar resin sebagai matriknya, dan suatu jenis serat seperti kaca, karbon dan aramid

(Kevlar) sebagai penguatannya.

Komposit Matrik Logam (Metal Matrix Composites – MMC)

Ditemukan berkembang pada industri otomotif, bahan ini menggunakan suatu logam seperti

aluminium sebagai matrik dan penguatnya dengan serat seperti silikon karbida.

Komposit Matrik Keramik (Ceramic Matrix Composites – CMC)

Digunakan pada lingkungan bertemperatur sangat tinggi, bahan ini menggunakan keramik

sebagai matrik dan diperkuat dengan serat pendek, atau serabut-serabut (whiskers) dimana

terbuat dari silikon karbida atau boron nitride

5

BAB IIPEMBAHASAN

Komposit Matrik Polimer (Polymer Matrix Composites – PMC)

A. Terdapat 3 sebab mengapa polimer digunakan secara meluas sebagai bahan

matriks

Kekuatan dan kekakuan bahan polimer tidak mencukupi untuk tujuan struktur, dengan

penambahan bahan tetulang dapat memperbaiki sifat-sifat polimer

Alat dan cara pemprosesan PMC mudah, tidak memerlukan suhu dan tekanan yang

tinggi

Peralatan lebih mudah & murah Kelemahan PMC

Suhu penggunaannya yang rendah

Pengembangan termal yang tinggi- menyebabkan dimensi tidak stabil

Sensitif terhadap radiasi dan kelembapan. Penyerapan air ke dlm struktur akan

mengurangkan prestasi mekanikal

B. Pengkelasan Matriks Polimer

1. Termoset

merupakan cecair monomer atau oligomer yang berkelikatan rendah.

Pematangan berlaku dengan kehadiran agen pematang, haba dan tekanan.Proses

pematangan dikenali sebagai ‘Curing’.Semasa pematangan, tindakbalas yang tak

berbalik berlaku, hasilnya jaringan 3 dimensi atau sambung silang. Sambung silang

ini akan menghadkan pergerakan rantaian polimer, kaku, kebolehrintangan kimia

yang baik, kestabilan dimensi yang baik dan tidak boleh diubah bentuk dengan haba.

Mempunyai sifat mekanikal dan kimia yang baik, kos yang rendah tetapi tidak boleh

6

diedar ulang (recyclability).Contoh epoksi, polyester tak tepu, fenolik, bismaleimid,

dll

a) Poliester

Dihasilkan pada 1942.Terdiri drp poliester linear tidak tepu (ada double

bond di antara atom2 karbon) larut di dalam styrene.Styrene merupakan monomer

sambung silang.Agen pematangan adalah organic peroxide.Tidak begitu mahal

(banyak digunakan dalam proses fabrication) dan mempunyai kelikatan yang

rendah

b) Epoksi

Lebih mahal jika dibandingkan dengan poliester dan lebih likat.Kelebihan

epoksi, proses pematangan berlaku dalam 2 atau lebih peringkat (boleh digunakan

dalam pemprosesan prapreg)

Kebiasaan bermula dengan polimer linear dengan berat molekul yang

rendah.Kebiasaan bermula dengan polimer linear dengan berat molekul yang

rendah.Pelbagai jenis agen pematangan boleh digunakan iaitu polyamides dan

polyamines.Epoksi lebih kaku & kuat, lebih rapuh dan mengekalkan sifat2 pada

suhu tinggi jika dibandingkan dengan poliester

2. Termoplastik

Terdiri daripada rantai-rantai yang linear ataupun bercabang, berbentuk

pepejal dalam suhu bilik. Apabila haba dibekalkan, termoplastik akan melembut

hingga ke tahap mengalir dan memejal apabila sejuk. Oleh kerana tidak mengalami

pematangan atau sambung-silang, ia boleh diedar ulang. Ikatan van der waals wujud

diantara rantai2 polimer, oleh itu ianya mudah terurai apabila dikenakan haba dan

7

menyebabkan ianya flow pd suhu tinggi. Berdasarkan keadaan penyusunan rantai,

termoplastik terbahagi kepada:

amorfus (penyusunan rawak)

semihablur (campuran penyusunan rawak dan tersusun)

Contoh termoplastik ialah ABS, PP, PE, Nylon, PMMA, PC, etc

Penyusunan rantaian (struktur molekul) penting dalam menentukan samaada

sesuatu polimer itu amorfus atau semihablur.Kenapa linear HDPE mencapai 90%

penghabluran jika dibandingkan dengan LDPE (60%)???.Polyetheretherketone

(PEEK) merupakan termoplastik yang tahan pada suhu tinggi (Tg= 143C dan Tm=

343C). Boleh digunakan sehingga suhu 230C)

Pencampuran (blend) di antara 2 atau lebih polimer untuk memperoleh multi-

fasa juga biasa dilakukan bagi meningkatkan sifat2 tertentu.Cth. Multi-phase

termoplastik adalah acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS). Partikel Butadiene telah

meningkatkan keliatan dengan meghalang perambatan retak.

Jenis2 termoplastik yang biasa digunakan : polypropylene (PP), polystryrene

(PS), polyethylene (PE), dll. Berikut lambang dari masing2 jenis polymer.

8

1. PETE Polyethylene Terephthalate

Biasanya, pada bagian bawah kemasan botol plastik, tertera logo daur

ulang dengan angka 1 di tengahnya dan tulisan PETE atau PET (polyethylene

terephthalate).Biasa dipakai untuk botol plastik yang jernih, transparan atau

tembus pandang seperti botol air mineral, botol jus, dan hampir semua botol

minuman lainnya.Botol Jenis PET atau PETE ini direkomendasikan hanya sekali

pakai, kenapa? Bila terlalu sering dipakai, apalagi digunakan untuk menyimpan

air hangat apalagi panas, akan mengakibatkan lapisan polimer pada botol tersebut

akan meleleh dan mengeluarkan zat karsinogenik (dapat menyebabkan kanker).

Di dalam membuat PET, menggunakan bahan yang disebut dengan

antimoni trioksida, yang berbahaya bagi para pekerja yang berhubungan dengan

pengolahan ataupun daur ulangnya, karena antimoni trioksida masuk ke dalam

tubuh melalui sistem pernafasan, yaitu akibat menghirup debu yang mengandung

senyawa tersebut.

Terkontaminasinya senyawa ini dalam periode yang lama akan

mengalami: iritasi kulit dan saluran pernafasan. Bagi pekerja wanita, senyawa ini

meningkatkan masalah menstruasi dan keguguran, pun bila melahirkan, anak

mereka kemungkinan besar akan mengalami pertumbuhan yang lambat hingga

usia 12 bulan.

2. HDPE – High Density Polyethylene

Umumnya, pada bagian bawah kemasan botol plastik, tertera logo daur

ulang dengan angka 2 di tengahnya, serta tulisan HDPE (high density

polyethylene) di bawah segitiga. Biasa dipakai untuk botol susu yang berwarna

putih susu, tupperware, galon air minum, kursi lipat, dan lain-lain. HDPE

merupakan salah satu bahan plastik yang aman untuk digunakan karena

9

kemampuan untuk mencegah reaksi kimia antara kemasan plastik berbahan HDPE

dengan makanan dan minuman yang dikemasnya.

HDPE memiliki sifat bahan yang lebih kuat, keras, buram dan lebih tahan

terhadap suhu tinggi.Sama seperti PET, HDPE juga direkomendasikan hanya

untuk sekali pemakaian, karena pelepasan senyawa antimoni trioksida terus

meningkat seiring waktu.

3. V – Polyvinyl Chloride

Tertera logo daur ulang (terkadang berwarna merah) dengan angka 3 di

tengahnya, serta tulisan V – V itu berarti PVC (polyvinyl chloride), yaitu jenis

plastik yang paling sulit didaur ulang. Plastik ini bisa ditemukan pada plastik

pembungkus (cling wrap), dan botol-botol.

PVC mengandung DEHA yang dapat bereaksi dengan makanan yang

dikemas dengan plastik berbahan PVC ini saat bersentuhan langsung dengan

makanan tersebut karena DEHA ini lumer pada suhu -15 C. Reaksi yang terjadi

antara PVC dengan makanan yang dikemas dengan plastik ini berpotensi

berbahaya untuk ginjal, hati dan berat badan. Sebaiknya kita mencari alternatif

pembungkus makanan lain yang tidak mengandung bahan pelembut, seperti

plastik yang terbuat dari polietilena atau bahan alami (daun pisang misalnya).

4. LDPE – Low Density Polyethylene

Tertera logo daur ulang dengan angka 4 di tengahnya, serta tulisan LDPE

– LDPE (low density polyethylene) yaitu plastik tipe cokelat (thermoplastic atau

dibuat dari minyak bumi), biasa dipakai untuk tempat makanan, plastik kemasan,

dan botol-botol yang lembek.

Sifat mekanis jenis plastik LDPE adalah kuat, agak tembus cahaya,

fleksibel dan permukaan agak berlemak. Pada suhu di bawah 60C sangat resisten

10

terhadap senyawa kimia, daya proteksi terhadap uap air tergolong baik, akan

tetapi kurang baik bagi gas-gas yang lain seperti oksigen.

Plastik ini dapat didaur ulang, baik untuk barang-barang yang memerlukan

fleksibilitas tetapi kuat, dan memiliki resistensi yang baik terhadap reaksi

kimia.Barang berbahan LDPE ini sulit dihancurkan, tetapi tetap baik untuk tempat

makanan karena sulit bereaksi secara kimiawi dengan makanan yang dikemas

dengan bahan ini.

5. PP – Polypropylene

Tertera logo daur ulang dengan angka 5 di tengahnya, serta tulisan PP – PP

(polypropylene) adalah pilihan terbaik untuk bahan plastik, terutama untuk yang

berhubungan dengan makanan dan minuman seperti tempat menyimpan makanan,

botol minum dan terpenting botol minum untuk bayi.

Karakteristik adalah biasa botol transparan yang tidak jernih atau

berawan.Polipropilen lebih kuat dan ringan dengan daya tembus uap yang rendah,

ketahanan yang baik terhadap lemak, stabil terhadap suhu tinggi dan cukup

mengkilap.Carilah dengan kode angka 5 bila membeli barang berbahan plastik

untuk menyimpan kemasan berbagai makanan dan minuman.

6. PS – Polystyrene

Tertera logo daur ulang dengan angka 6 di tengahnya, serta tulisan PS – PS

(polystyrene) ditemukan tahun 1839, oleh Eduard Simon, seorang apoteker dari

Jerman, secara tidak sengaja. PS biasa dipakai sebagai bahan tempat makan

styrofoam, tempat minum sekali pakai, dan lain-lain.

Polystyrene merupakan polimer aromatik yang dapat mengeluarkan bahan

styrene ke dalam makanan ketika makanan tersebut bersentuhan. Selain tempat

makanan, styrene juga bisa didapatkan dari asap rokok, asap kendaraan dan bahan

11

konstruksi gedung.Bahan ini harus dihindari, karena selain berbahaya untuk

kesehatan otak, mengganggu hormon estrogen pada wanita yang berakibat pada

masalah reproduksi, dan pertumbuhan dan sistem syaraf, juga karena bahan ini

sulit didaur ulang. Pun bila didaur ulang, bahan ini memerlukan proses yang

sangat panjang dan lama.Bahan ini dapat dikenali dengan kode angka 6, namun

bila tidak tertera kode angka tersebut pada kemasan plastik, bahan ini dapat

dikenali dengan cara dibakar (cara terakhir dan sebaiknya dihindari). Ketika

dibakar, bahan ini akan mengeluarkan api berwarna kuning-jingga, dan

meninggalkan jelaga.

Perbedaan antara sifat-sifat tipikal termoset dan termoplastik

Sifat-sifat t/set t/plastik

Modulus Young (GPa) 1.3-6.0 1.0-4.8

Kekuatan tensil (MPa) 20-180 40-190

Max suhu servis (ºC) 50-450 25-230

Keliatan pecah ,KIc 0.5-1.0 1.5-6.0

(MPa1/2)

Termoplastik dijangka mendapat perhatian berbanding dengan termoset:

Pemprosesan pantas

Boleh diedar ulang

Tidak memerlukan penyimpanan yang spesifik

Sifat keliatan dan toleransi kerosakan yang tinggi

3. Getah

Getah asli diperolehi daripada lateks daripada pokok getah Hevea

Brasiliensis yang terdiri lebih drp.98% poliisoprena.Getah sintetik kebanyakannya

dihasilkan daripada butadiene, spt styrene-butadiene (SBR) dan nitrile-butadiene

12

(NBR). Untuk memperolehi sifat-sifat tertentu, molekul panjang getah akan

tersambung-silang. Agen sambung-silang dalam proses vulcanization biasanya

ialah sulfur. Keliatan dan kekuatan getah akan meningkat dengan meningkatnya

bilangan sambung-silang

C. Aplikasi PMC dalam kehidupan sehari - hari

Rompi Anti Peluru (Armor)

Sampai dengan Perang Dunia ke-2, rompi anti peluru (armor) secara umum terbuat dari

material logam. Perkembangan lebih lanjut menunjukkan adanya tekanan terhadap

berbagai perlengkapan tempur, termasuk body armor, ini agar lebih kecil sehingga lebih

mobile saat digunakan. Hal ini berkaitan langsung dengan penggunaan material yang

lebih baik sifat mekanisnya, berat lebih ringan, ukuran lebih kecil dan harga lebih murah.

Prinsip kerja armor adalah dengan mengurangi sebanyak mungkin lontaran energi kinetik

peluru, dengan cara menggunakan lapisan-lapisan material untuk menyerap laju energi

tersebut dan memecahnya ke penampang baju yang luas, sehingga energi tersebut tidak

cukup lagi untuk membuat peluru dapat menembus baju. Berdasarkan penjelasan ini

didapat kesimpulan bahwa material untuk armor harus mampu mentransmisikan beban

yang diterimanya dengan optimal agar tidak terjadi penetrasi peluru yang dapat

menyebabkan cedera bagi pemakainya. Dalam menyerap laju energi peluru, armor akan

mengalami deformasi yang menekan ke arah dalam (shock wave). Tekanan ke dalam ini

akan diteruskan sehingga mengenai tubuh pengguna. Batas maksimal penekanan ke

dalam tidak boleh lebih dari 44 mm. Jika batasan tersebut dilewati, maka pengguna baju

akan mengalami luka dalam (internal organs injuries) yang akan membahayakan

keselamatan jiwa.

13

Material yang digunakan sebagai armor umumnya memiliki berat yang medium sampai

dengan ringan dan memiliki permukaan frontal yang keras dipadu dengan bagian backing

yang lebih lunak. Permukaan frontal ini biasanya terbuat dari material keramik atau

logam yang telah diperkuat, contohnya adalah aluminium dan fiber reinforced polymer

composites. Alasan mengapa permukaan frontal ini mengunakan material yang keras

adalah untuk menghambat dan mencegah destructive impact ketika proyektil mengenai

armor. Sedangkan bagian yang lunak berfungsi sebagai ‘catcher’ terhadap pecahan-

pecahan residual sehingga mencegah adanya penetrasi lebih dalam. Namun, kekurangan

penggunaan material yang keras sebagai permukaan frontal adalah material ini umumnya

brittle dan menunjukkan adanya collateral damage pada area yang terkena dynamic

impact.

14

DAFTAR PUSTAKA

15