Makalah Pengetahuan Bahan Teknik

"Komposit"

Anggota Kelompok

PrimeiroDima Mufti (2109100023)

Hanggar Sangra Avianto (2109100125)

Yesty Magfiroh (2109100025)

Jothan Agus H (2109100092)

Kevin Yoga P (2109100054)

Deanandya (2109100062)

Ari Mukti Danang (2109100 )

Jurusan Teknik Mesin

Fakultas Teknologi Industri

Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Surabaya

2010

KOMPOSIT

A. Pengertian dan Sejarah Perkembangan Komposit

Komposit merupakan perpaduan dari dua material atau lebih yang memiliki

fasa yang berbeda menjadi suatu material baru yang memiliki propertis lebih baik dari

keduanya. Jika perpaduan ini terjadi dalam skala makroskopis maka disebut sebagai

komposit

Kata komposit (composite) merupakan kata sifat yang berarti susunan atau

gabungan. Komposit berasal dari kata kerja “to compose” yang berarti menyusun atau

menggabung. Jadi secara sederhana bahan komposit berarti bahan gabungan dari dua

atau lebih bahan yang berlainan.

material komposit didefinisikan sebagai campuran makroskopik antara serat

dan matriks. Serat berfungsi memperkuat matriks karena, umumnya, serat jauh lebih

kuat dari matriks. Matriks berfungsi melindungi serat dari efek lingkungan dan

kerusakan akibat benturan (impact). Komposit dikategorikan menjadi beberapa jenis:

komposit serat kontinu, komposit serat anyam, komposit serat acak, komposit hibrid

dan komposit serat-logam. Serat terbuat dari karbon, aramid, boron, silicon carbide,

alumina atau material lainnya. Matriks terbuat dari polimer (misal: epoksi), keramik

dan logam (aluminum, titanium, etc). Dua istilah penting dalam komposit adalah

lamina dan laminate. Lamina merujuk pada satu lembar komposit dengan arah serat

tertentu, sedangkan laminate adalah gabungan beberapa lamina. Di pasaran, komposit

ada juga yang dijual dalam bentuk pre-preg (pre-impregnated). Laminate bisa dibuat

dengan cara memasukkan prepreg ini ke dalam autoclave (oven bertekanan) dalam

waktu, tekanan dan temperatur tertentu.

Komposit telah dipakai di industri pesawat terbang lebih dari 40 tahun, dan

kini, aplikasi komposit telah merambah ke industri lain seperti otomotif (misal: bodi

mobil balap F1), olahraga (misal: raket tenis), perkapalan; industri minyak dan gas

juga telah memakai komposit untuk membangun infrastrukturnya. Komposit

memiliki kekuatan yang bisa diatur (tailorability), memiliki kekuatan lelah (fatigue)

yang baik, memiliki kekuatan jenis (strength/weight) yang tinggi dan tahan korosi.

Namun demikian, komposit masih cukup mahal untuk diproduksi, sehingga hanya

komponen atau bagian tertentu saja yang dibuat dari komposit. (FYI, meski mahal,

Boeing memakai komposit sebanyak 50% total struktur pesawat Boeing 787 yang

baru di-launch).

Sejak 1980an, komposit mulai dikenal di industri minyak dan gas setelah

sebuah panel anti-api untuk heli-deck dibangun memakai komposit serat gelas (glass-

fiber reinforced-plastics).

B. Macam-macam Komposit

Secara garis besar komposit dapat diklasifikasikan menjadi 4 macam (Jones, 1999:2),

yaitu:

*Fibrous composites materials

*Laminated composites materials

*Particulate composites materials

*Kombinasi dari ketiga tipe di atas

2.1 Fibrous composite material

Terdiri dari dua komponen penyusun yaitu matriks dan serat. Skema

penyusunan serat dapat dibagi menjadi 3.

fibrous composit material.

Gambar Skema penyusunan serat. (a) continous fibres, (b) discontinous

fibres, ( c) random discontinous fibres.

2.2 Laminated composites material

Terdiri sekurang-kurangnya dua lapis material yang berbeda dan digabung

secara bersama-sama. Laminated composite dibentuk dari dari berbagai lapisan-

lapisan dengan berbagai macam arah penyusunan serat yang ditentukan yang

disebut laminat.

Yang termasuk Laminated composites (komposit berlapis) yaitu :

* Bimetals

* Cladmetals

* Laminated Glass

* Plastic-Based Laminates

2.3 Particulate composite material

Particulate composite material (material komposit partikel) terdiri dari satu

atau lebih partikel yang tersuspensi di dalam matriks dari matriks lainnya. Partikel

logam dan

non-logam dapat digunakan sebagai matriks. Empat kombinasi yang dapat

digunakan sebagai matriks komposit partikel:

* Material komposit partikel non-logam di dalam matriks non-logam

* Material komposit partikel logam di dalam matriks non-logam

* Material komposit partikel non-logam di dalam matriks logam

* Material komposit partikel logam di dalam matriks logam

C. Aplikasi Penggunaan Komposit

Pada tahun 2001, satu dari empat jembatan (bahkan lebih) di Amerika Serikat

dikategorikan sebagai "defisien", menurut sebuah analisis dari Associated Press

terhadap arsip Badan Pusat Administrasi Jalan Bebas Hambatan. Dari jumlah total

587.755 jembatan, 167.993 diantaranya membutuhkan perbaikan atau terlalu lemah

atau terlalu sempit untuk menangani muatan lalu lintas yang ada. Walaupun beberapa

struktur berada dalam ancaman runtuh, departemen jalan bebas hambatan dalam

beberapa negara bagian telah menutup sebagian jembatan untuk perbaikan atau

menerapkan sistem batas beban untuk kendaraan yang melintas.

Untuk beberapa tahun kedepan, pemerintah pusat sendiri akan menghabiskan

lebih dari 20 miliar dolar Amerika untuk perbaikan jembatan atau penggantian.

Namun terobosan terbaru oleh sekelompok peneliti di Universitas Illinois mungkin

memberikan suatu harapan terhadap adanya "obat" jangka panjang yang lebih baik:

sebuah material komposit yang memperbaiki dirinya sendiri.

Sebuah komposit ialah senyawa yang terbuat dari dua material yang berbeda yang

bila digabungkan, memiliki sifat yang lebih superior dari material asli. Sebagai

contoh, sebuah komposit akan lebih kuat atau getas dibandingkan dengan komponen

individualnya. Namun bahkan material terkuat pun pada waktunya akan melemah

dibawah tekanan dari beribu-ribu kendaraan cepat dan pendedahan konstan terhadap

elemennya.

Tekanan terhadap material komposit menciptakan retakan mikroskopik yang kian

dalam seiring waktu. Peneliti Illinois, dipimpin oleh Scott White, telah menghabiskan

enam tahun dalam pengembangan suatu komposit yang menyembuhkan dirinya

sendiri sebelum retakan ini menimbulkan kerusakan struktur yang serius. Tim peneliti

ini menciptakan kapsul kecil yang terbuat dari campuran urea dan formaldehida yang

dikeraskan kemudian diisi dengan disiklopentadiena (DCPD), suatu hidrokarbon yang

digunakan untuk membuat polimer. Hidrokarbon ini disisipkan ke dalam kapsul

mikro-hingga 200 inci per kubik-dalam sebuah komposit polimer yang mengandung

dari resin yang dikeraskan dan serat pendukung.

Ketika retakan terbentuk dalam komposit, kapsul akan pecah, melepaskan DCPD.

Dalam beberapa menit, DCPD bereaksi dengan sebuah katalis dalam matriks

komposit dan mengikat permukaan-permukaan dari retakan. Dalam studi mereka,

material yang diperbaiki mendapatkan kembali 75 persen kekuatannya.

Menentukan ukuran yang tepat dari kapsul bukan merupakan tugas yang mudah.

Dinding dari kapsul-kapsul ini hanya setebal 1 mikron, dimana ini cukup kuat untuk

bertahan dalam proses manufaktur tetapi cukup lemah untuk pecah dengan

sendirinya. Sebagai tambahan, jika kapsul-kapsul ini terlalu besar mereka justru

memperlemah material komposit. Kapsul-kapsul terkini terukur dengan 10 mikron

pada penampang melintangnya, namun White dan rekan kerjanya sedang bekerja

untuk membuat kapisan yang lebih tipis.

Komposit ini akan tersedia secara komersial dalam jangka waktu tiga hingga lima

tahun ke depan. White melaporkan bahwa material ini memiliki aplikasi-aplikasi

potensial yang luas, sehingga merupakan suatu masalah untuk menentukan arah mana

yang diambil. Ini dapat berguna terutama untuk produk-produk yang sulit atau tidak

mungkin diperbaiki, seperti satelit, antena angkasa, dan peralatan medis yang

diimplan. Rentang kemungkinan lain mulai dari papan sirkuit hingga raket tenis. Dan

di masa depan, kita mungkin akan melintasi jembatan dengan support yang terbuat

dari polimer berteknologi tinggi ini.

D. Kelebihan dan Kekurangan

Kelebihan material komposit diantaranya adalah :

* Komposit memiliki densitas (kepadatan) yang rendah

* Tahan karat dan korosi

* Ringan, namun memiliki kekutan yang besar

* Mempunyai kekuatan dan kekakuan yang baik

* Biaya produksi murah

Kekurangan material Komposit

* Bebeapa jenis komposit (kevlar untuk baju anti peluru), harganya cukup mahal

* Belum banyak kombinasi bahan yang digunakan

E. Metode Produksi Komposit

Ada beberapa cara/metode untuk membuat produk komposit. Metode-metode

tersebut disesuaikan pula dengan bahan yang akan dikombinasikan menjadi bahan

komposit. Bahan polimer, misalnya, biasanya diberikan perlakuan berupa panas (thermal)

dan kimia. Adapula bahan logam kebanyakan diberi perlakuan berupa tekanan tinggi dan

suhu tinggi untuk mencampur menjadi komposit. Berikut beberapa metode produksi

komposit yang banyak digunakan pada manufacturing:

5.1 Pultrusion

Pultrusion adalah proses pencetakan kontinyu yang menggabungkan bala serat

dan thermosetting resin. Proses pultrusion digunakan dalam pembuatan bagian-bagian

komposit yang mempunyai profil penampang konstan. Contoh-contoh khas termasuk

berbagai batang dan bagian bar, sisi rel tangga, gagang perkakas, dan tray kabel

komponen listrik dan sekarang jembatan balok dan deck. Kebanyakan pultruded laminasi

dibentuk menggunakan roving selaras bawah sumbu utama bagian. Berbagai alur kontinu

tikar, kain (dikepang, tenunan dan rajutan), dan Bertekstur atau roving bulked digunakan

untuk mendapatkan kekuatan dalam salib sumbu atau arah melintang.

Proses ini biasanya terus menerus dan sangat otodies. Penguatan bahan, seperti

keliling, tikar atau kain, ditempatkan di lokasi tertentu menggunakan pembentuk

preforming atau panduan untuk membentuk profil. Bala bantuan diambil melalui

pembersihan resin atau basah-di mana materi adalah sepenuhnya dilapisi atau diresapi

dengan resin thermosetting cair. The-jenuh bala bantuan resin memasukkan pultrusion

logam dipanaskan die. Dimensi dan bentuk die akan menentukan bagian yang selesai

dibuat. Di dalam die logam, panas ditransfer diawali dengan kontrol suhu yang tepat

untuk bala bantuan dan damar cair. Energi panas mengaktifkan penyembuhan atau

polimerisasi dari resin termoset mengubahnya dari cair ke padat. Laminate padat muncul

dari pultrusion dengan bentuk yang tepat dari rongga die. Laminate mengeras ketika

didinginkan dan terus ditarik melalui mesin pultrusion dan dipotong sesuai panjang yang

diinginkan. Proses ini didorong oleh sistem ulat atau penarik tandem terletak antara pintu

keluar die dan mekanisme cut-off.

5.2 Resin Transfer Molding (RTM)

Resin Transfer Molding atau RTM karena sering disebut adalah "Closed Mold

Proses" di mana bahan penguat ditempatkan di antara dua cetakan yang berpasangan,

permukaan - satu sebagai laki-laki dan satu yang perempuan. Set pencocokan cetakan

kemudian ditutup dan dijepit dan rendah viskositas termoset resin disuntikkan di bawah

tekanan moderat (50-100 khas psi) ke dalam rongga cetakan melalui port atau serial port

dalam cetakan. resin ini disuntikkan untuk mengisi semua rongga dalam set cetakan dan

dengan demikian menembus dan membasahi semua permukaan bahan penguat. Bala

bantuan dapat mencakup berbagai jenis serat, dalam berbagai bentuk seperti serat

kontinu, tikar atau tenunan jenis konstruksi serta hibrida lebih bahwa satu jenis serat.

Vacuum kadang-kadang digunakan untuk meningkatkan aliran resin dan mengurangi

pembentukan void. bagian ini biasanya sembuh dengan panas. Pada beberapa aplikasi,

eksotermik reaksi resin mungkin cukup untuk menyembuhkan yang tepat.

RTM sebagai sebuah proses, adalah multi-kompatibel dengan berbagai sistem

termasuk resin polyester , vinyl ester , epoxy , phenolic , dimodifikasi dan hibrida resin

akrilik seperti polyester dan urethane. Biasanya, membutuhkan viskositas resin dari 200-

600 centerpoise untuk menembus semua permukaan rongga cetakan. Keuntungan dari

proses RTM meliputi:

Sebagai proses cetakan tertutup, emisi lebih rendah cetakan terbuka dibandingkan

proses seperti semprotan ke atas atau tangan lay up

Permukaan cetakan dapat menghasilkan hasil akhir berkualitas tinggi (seperti

yang di mobil)

Proses ini dapat menghasilkan komponen yang lebih cepat - sebanyak 5 -20 kali

lebih cepat daripada teknik cetakan terbuka.

RTM menghasilkan toleransi dimensi yang lebih ketat ke dalam ± 0,005 inci.

Bentuk cetakan Kompleks dapat dicapai. Pemasangan kabel dan perlengkapan

lain dapat dimasukkan ke dalam desain cetakan.

Kekurangan dari proses RTM adalah:

Volume produksi tinggi diperlukan untuk mengimbangi biaya perkakas tinggi

dibandingkan untuk membuka teknik cetakan.

Penguatan adalah serat bahan terbatas karena aliran resin dan saturasi.

Ukuran bagian dibatasi oleh cetakan.

5.3 Vacuum Assisted Resin Transfer Molding (VARTM)

Dalam proses RTM tradisional, yang set cetakan yang sesuai atau "cetakan

tertutup" digunakan. Bala bantuan serat biasanya digunakan off line untuk meningkatkan

siklus waktu produksi dari cetakan untuk tampil di tingkat produksi yang lebih baik.

Resin disuntikkan pada tekanan tinggi, dan proses ini kadang-kadang dibantu dengan

vakum.

Namun, Vacuum Assisted Resin Transfer Molding (VARTM) berbeda karena

berbagai alasan. Pertama, pembuatan bagian dapat dicapai pada suatu cetakan terbuka

tunggal,. Kedua proses tersebut menggunakan injeksi resin dalam kombinasi dengan

vakum dan ditangkap di bawah rongga untuk benar-benar meningkatkan penguatan serat.

Pada akhir 1980-an, Bill Seemann ditemukan dan dipatenkan variasi untuk proses

VARTM disebut berhemat TM, yang Seemann Komposit Resin Infusion Molding Proses.

Proses ini telah digunakan dalam aplikasi baru dan banyak besar mulai dari pisau turbin

dan perahu untuk mobil rel dan jembatan deck. Unik untuk proses ini adalah metode

manufaktur yang memungkinkan proses yang efisien dari VARTM untuk menghasilkan

bentuk struktur besar yang hampir kosong-bebas. Proses ini telah digunakan untuk

membuat keduanya sangat tipis dan tebal laminasi. Selain itu, bentuk-bentuk kompleks

dengan serat arsitektur yang unik memungkinkan pembuatan bagian-bagian besar yang

memiliki kinerja struktural yang tinggi.

Bagian menggunakan VARTM dibuat dengan menempatkan kain serat kering

memperkuat ke cetakan, menerapkan tas vakum ke permukaan terbuka dan menarik

kekosongan sementara pada saat yang sama menanamkan resin untuk menjenuhkan

bagian serat sampai sembuh sepenuhnya. Proses ini memungkinkan untuk pemantauan

visual mudah resin untuk memastikan cakupan yang lengkap untuk menghasilkan bagian-

bagian yang baik tanpa cacat.

5.4 Compression Molding

Cetakan Kompresi adalah metode yang paling umum dari cetakan thermosetting

bahan seperti SMC (lembar senyawa cetak) dan BMC (senyawa cetak massal). Teknik ini

melibatkan bahan-bahan cetakan mengompresi berisi suhu-diaktifkan katalis dalam

logam yang cocok dipanaskan die menggunakan tekan vertikal.

Proses pencetakan dimulai dengan pengiriman tinggi viskositas uncured material

komposit untuk cetakan. Jamur biasanya suhu berkisar dari 350 ° - 400 ° F. Seperti

cetakan menutup, viskositas komposit berkurang di bawah panas dan tekanan

aproksimasi 1000 psi. Resin dan isotropically aliran bala bantuan didistribusikan untuk

mengisi rongga cetakan.

Sementara cetakan tetap tertutup, termoset bahan mengalami perubahan kimia

(obat) yang secara permanen mengeras ke dalam bentuk rongga cetakan. kali penutupan

Mold bervariasi dari 30 detik hingga beberapa menit tergantung pada bagian desain dan

formulasi bahan.

Ketika cetakan terbuka, bagian siap untuk menyelesaikan operasi seperti

deflashing, lukisan, ikatan, dan instalasi sisipan untuk pengencang. Dengan

memvariasikan perumusan bahan termoset dan bala bantuan, bagian dapat dibentuk untuk

memenuhi aplikasi mulai dari A '' otomotif kelas panel bodi eksterior untuk anggota

struktural seperti bumper mobil balok.

5.5 Filament Winding

Filamen yang berliku proses yang digunakan dalam pembuatan bagian-bagian

tabung komposit tank. Khas contoh komposit pipa listrik, saluran, dan komposit. keliling

untaian Fiberglass yang diresapi dengan resin thermosetting cair dan dibungkus ke

sebuah batang yang berputar dalam pola tertentu. Ketika operasi selesai berkelok-kelok,

damar sudah sembuh atau polimerisasi dan bagian komposit dihapus dari batang .

Modal investasi yang relatif lebih tinggi dibandingkan dengan membuka proses

cetakan. Beban utama untuk sebuah pukulan filamen akan ada biaya dari batang

berkelok-kelok untuk aplikasi tertentu.