MATERIAL KOMPOSIT

Istilah komposit diartikan sebagai penggabungan dua material atau lebih secara “makroskopis”. Makroskopis sendiri menunjukkan bahwa material pembentuk dalam komposit masih terlihat seperti aslinya, suatu hal yang berbeda dengan penggabungan dalam alloy (paduan), yang material pembentuknya sudah tidak terlihat lagi. Tujuan dari penggabungan tersebut tidak hanya untuk memperoleh sifat aditif dari material pembentuknya tetapi terutama untuk memperoleh sifat sinergisnya.

Dalam prakteknya komposit terdiri dari suatu bahan utama (matrik-matrik) 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.

Keunggulan bahan komposit

Bahan komposit memiliki banyak keunggulan, diantaranya berat yang lebih ringan, kekuatan dan kekuatan yang lebih tinggi, tahan korosi dan memiliki biaya perakitan yang lebih murah karena berkurangnya jumlah komponen dan baut-baut penyambung. Kekuatan tarik dari komposit serat karbon lebih tinggi daripada semua paduan logam. Semua itu menghasilkan berat pesawat yang lebih ringan, daya angkut yang lebih besar, hemat bahan bakar dan jarak tempuh yang lebih jauh.

Sifat-sifat Komposit

Sifat-sifat komposit yang biasa tampak pada bahan komposit, diantaranya adalah sebagai berikut :

a. Kekerasan dapat didefinisikan sebagai ketahanan suatu bahan terhadap deformasi dari tekanan yang diberikan padanya. Kekerasan resin komposit hybrid adalah sekitar 20-30 VHN.

b. Kekuatan adalah kemampuan suatu bahan untuk menahan tekanan yang diberikan kepadanya tanpa terjadi kerusakan.

Kekuatan masing-masing jenis komposit dapat dilihat pada tabel di bawah ini

1

SifatBahan Komposit

KompositTradisional

KompositMicrofiller

KompositHybrid

Kekuatan Kompresi 250-300 MPa 250-350 MPa 300-350 MPaKekuatan Tarik 50-65 Mpa 30-50 MPa 70-90 MPa

Kekuatan Elastik 8-15 GPa 2-6 GPa 7-12 GPa

c. Kepadatan bahan resin komposit bergantung pada jenis resin komposit berdasarkan bahan pengisinya. Kepadatan partikel bahan pengisi ini menentukan ketahanan komposit terhadap fraktur. Semakin banyak jumlah partikel bahan pengisi maka komposit tersebut semakin tahan terhadap fraktur.

d. Penyerapan air oleh resin komposit dapat didefinisikan sebagai jumlah air yang diserap oleh suatu material komposit ketika direndam dalam air selama jangka waktu tertentu. Jumlah air yang dapat diserap bergantung kepada jumlah matriks resin yang terdapat pada komposit dan kualitas ikatan antara matriks resin dengan bahan pengisi. Penyerapan air diukur dengan membandingkan antara berat air yang diserap oleh suatu material dengan berat material dalam keadaan kering. Jumlah air yang dapat diserap oleh resin komposit adalah sekitar 40-45 μm/mm3.

Definisi Komposit

Komposit adalah kombinasi dari dua bahan atau lebih yang tersusun dengan fasa matrik dan penguat yang dipilih berdasarkan kombinasi sifat mekanik dan fisik masing-masing material penyusun untuk menghasilkan material baru dengan sifat yang unik dibandingkan sifat material dasar sebelum dicampur dan terjadi ikatan permukaan antara masing-masing material penyusun. Dengan adanya perbedaan sifat material penyusun dimana antar material harus terjadi ikatan yang kuat, maka wetting agent perlu ditambahkan. Penyusun komposit terdiri dari matrik (penyusun dengan fraksi volume terbesar), fiber sebagai penguat (penahan beban utama), interfasa (pelekat antar dua penyusun) dan interface (permukaan fasa yang berbatasan dengan fasa lain.

Gambar 2.1 Ilustrasi Material Penyusun Komposit

2

a. Matrik

Pada material komposit matrik memberikan pengaruh yang lebih besar dalam pengikatan material penyusun selain bertugas untuk mendistribusikan beban dan memberikan perlindungan dari pengaruh lingkungan. Polyester dan vinyl ester resin umumnya yang paling banyak digunakan sebagai bahan matrik dan biasanya digunakan untuk pembuatan produk-produk komersial, industri, dan transportasi. Namun bila produk yang dibutuhkan diharapkan untuk memiliki kekuatan yang lebih tinggi maka bahan epoksi menjadi pilihan sebagai matrik. Meskipun epoksi sensitif terhadap kelembaban, namun tetap masih lebih baik dibanding dengan polyester serta tahan terhadap penyusutan. Dalam aplikasinya epoksi terbatas terhadap termperatur hingga 120°C untuk pemakaian jangka panjang, bahkan pada kondisi tertentu temperatur tertinggi hanya pada sekitar 80°C sampai 105°C. Untuk pemakaian pada temperatur lebih tinggi sekitar 177°C sampai 230°C dapat menggunakan bismaleimide resins (BMI) sebagai matrik.

Gambar 2.2 Matriks Pada Komposit

b. Fiber

Pada material Komposit Matrik Polimer (KMP), fungsi utama fiber penguat adalah menaikkan kekuatan dan kekakuan komposit sehingga didapatkan material yang kuat dan ringan. Beberapa jenis fiber yang umum digunakan adalah sebagai berikut :

1. Fiber Glass

3

Sangat umum digunakan dalam industri karena bahan baku yang sangat banyak tersedia. Komposisi fiber glass mengandung silica yang berguna memberikan kekerasan, fleksibilitas, dan kekakuan. Proses pembentukan fiber glass melalui proses fusion (melting) terhadap silica dengan campuran mineral oksida. Pada proses ini diberikan pendingan yang sangat cepat untuk pembentukan kristalisasi yang sempurna, proses ini biasa disebut dengan fiberization. Produk fiber glass dibedakan dalam beberapa jenis berdasarkan propertis dan karakteristiknya.

Gambar 2.3 Fiber Glass

2. Karbon Fiber

Salah satu keunggulan karbon fiber adalah sangat unggul terhadap ketahanan fatik, tidak rentan terhadap beban perpatahan dan mempunyai elastic recovery yang baik. Pekembangan penggunaan karbon fiber tergolong sangat cepat untuk aplikasi penerbangan, produk olahraga, dan berbagai kebutuhan industri. Sebagai bahan anorganik, karbon fiber tida terpengaruh oleh kelembaban, atmosfir, pelarutan basa dan weak acid pada temperatur kamar. Namun oksidasi menjadi permasalahan pada fiber karbon pada suhu tinggi dimana impuritis dapat menjadi katalisator dan menghambat proses oksidasi yang menyebabkan kemurnian fiber karbon tidak tercapai.

Gambar 2.4 Carbon Fiber

4

3. Aramid Fiber Aramid fiber memiliki kekuatan yang sangat tinggi dibandingkan dengan rasio berat yang dimilikinya. Pada awalnya aramid fiber di produksi oleh E.I. Du Pont de Nemours & Company, Inc. dengan merek Kevlar yang dipakai sebagai fiber penguat dalam produksi ban dan plastik. Karena aramid fiber relatif flexible dan non-brittle maka aramid fiber dapat diproses dengan berbagai metode seperti twisting, weaving, knitting, carding, dan felting. Aramid Kevlar terdapat dalam tiga jenis, yaitu Kevlar 29 (high toughness), Kevlar 49 (high modulus), dan Kevlar 149 (ultrahigh modulus). Menurut Charley Yan, Kevlar memiliki nilai rasio kekuatan dan berat sebesar lima kali lebih kuat dari logam.

Gambar 2.5 Aramid Fiber

Klasifikasi Material Komposit

Komposit didefinisikan sebagai material yang terdiri dua atau lebih material penyusun yang berbeda, umumnya matriks dan penguat (reinforcement). Matriks adalah bagian komposit yang secara kontinyu melingkupi penguat dan berfungsi mengikat penguat yang satu dengan yang lain serta meneruskan beban yang diterima oleh komposit ke penguat. Sedangkan penguat adalah komponen yang dimasukkan ke dalam matriks yang berfungsi sebagai penerima atau penahan beban utama yang dialami oleh komposit.

Secara garis besar ada 3 macam jenis komposit berdasarkan penguat yang digunakannya, yaitu sebagai berikut :

a. Fibrous composite, yaitu komposit yang hanya terdiri dari satu lamina atau satu lapis dan berpenguat fiber. Kayu adalah komposit alam yang terdiri dari serat hemiselulosa dalam matriks lignin. Fiber yang digunakan untuk menguatkan matriks dapat pendek, panjang, atau kontinyu. Berdasarkan jenis seratnya, maka dibedakan menjadi :

Serat Kontinyu, dengan orientasi serat yang bermacam-macam antara lain arah serat satu arah (unidireksional), dua arah (biaksial), tiga arah (triaksial).

Serat Diskontinyu, serat menyebar dengan acak sehingga sifat mekaniknya tidak terlalu baik jika dibandingkan dengan serat kontinyu.

5

Gambar 2.6 Fibrous Composite

b. Laminated Komposit, yaitu komposit yang berlapis-lapis, paling sedikit terdiri dari dua lapis yang digabung menjadi satu, dimana setiap lapisan pembentuk memiliki karakteristik sifat tersendiri. Terdiri dari berbagai arah serat. Plywood, yang terdiri dari layer alternatif berupa kayu mengandung lem dengan layer serat kayu yang tegak lurus layer terdekat.

Gambar 2.7 Laminated Composite

c. Particulate composite, yaitu komposit dengan penguat berupa partikel atau serbuk yang tersebar pada semua luasan dan segala arah dari komposit.

6

Gambar 2.8 Particulate Composite

Campuran antara matriks dan partikel penguat yang ada pada sistem material komposit partikel dapat dibagi kedalam beberapa jenis, yaitu sebagai berikut :

a. Nonmetallic In Nonmetallic Particulate Composites, yaitu sistem material komposit partikel yang kedua atau lebih unsur pembentuknya (matriks dan penguat) tidak berupa material logam, misalnya berupa ceramics matrix-glass particulate.

b. Metallic in Nonmetallic Particulate Composites, yaitu sistem material komposit partikel yang memiliki matriks tidak berupa material logam, sementara partikel penguatnya berupa material logam, misalnya aluminium powder dalam matriks polyurethane atau polysulfide rubber.

c. Metallic In Metallic Particulate Composites, yaitu sistem material komposit partikel yang baik matriks maupun partikel penguatnya berupa material logam, namun tidak sama seperti model paduan logam (metal alloy), sebab penguat partikel logam tidak melebur di dalam matriks logam.

d. Nonmetallic In Metallic Particulate Composites, yaitu sistem material komposit partikel yang matriksnya berupa material logam, namun material penguatnya tidak berupa material logam, melainkan dari jenis material nonlogam, misalnya ceramics particulate dalam matriks stainless steel.

Gambar 2.9 Klasifikasi Komposit Berdasarkan Matriks

Berdasarkan matriknya, komposit dibagi menjadi :

1. Metal matrix composites (MMC) yaitu komposit yang menggunakan matriks logam. 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 baik2) Ketahanan terhadap temperatur tinggi

7

3) Tidak menyerap kelembapan4) Tidak mudah terbakar5) Kekuatan tekan dan geser yang baik6) Ketahanan aus dan muai termal yang lebih baik

Kekurangan MMC :1) Biayanya mahal2) Standarisasi material dan proses yang sedikit

Matrik pada MMC :1) Mempunyai keuletan yang tinggi2) Mempunyai titik lebur yang rendah3) Mempunyai densitas yang rendahContoh : Almunium beserta paduannya, Titanium beserta paduannya, Magnesium beserta paduannya.

Proses pembuatan MMC :1) Powder metallurgy2) Casting/liquid infiltration3) Compocasting4) Squeeze casting

Aplikasi MMC, yaitu sebagai berikut :1) Komponen automotif (blok-silinder-mesin, pully, poros gardan)2) Peralatan militer (sudu turbin, cakram, kompresor)3) Aircraft (rak listrik pada pesawat terbang)4) Peralatan Elektronik

8

9