Kamis, 17 Maret 2011

Komposit

Riki Jose Satria
Teknik Mesin Universitas Andalas

BAB I
PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang
Manusia sejak dari dulu telah berusaha untuk menciptakan berbagai produk yang terdiri dari gabungan lebih dari satu bahan untuk menghasilkan suatu bahan yang lebih kuat, contohnya penggunaan jerami pendek untuk menguatkan batu bata di Mesir, panah orang Mongolia yang menggabungkan kayu, otot binatang, sutera, dan pedang samurai Jepang yang terdiri dari banyak lapisan oksida besi yang berat dan liat. Seiring dengan kemajuan zaman, untuk mengoptimalkan nilai efisiensi terhadap suatu produk maka dimulailah suatu pengembangan terhadap material, dan para ahli mulai menyadari bahwa material tunggal (homogen) memiliki keterbatasan baik dari sisi mengadopsi desain yang dibuat maupun kondisi pasar.
Kebanyakan teknologi modern memerlukan bahan dengan kombinasi sifat-sifat yang luar biasa yang tidak boleh dicapai oleh bahan-bahan lazim seperti logam besi, keramik, dan bahan polimer. Kenyataan ini adalah benar bagi bahan yang diperlukan untuk penggunaan dalam bidang angkasa lepas, perumahan, perkapalan, kendaraan dan industri pengangkutan. Karena bidang-bidang tersebut membutuhkan density yang rendah, flexural, dan tensile yang tinggi, viskosity yang baik dan hentaman yang baik.
Dalam prakteknya komposit terdiri dari suatu bahan utama (matrik-matrix) 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.

1.2. Tujuan
Tujuan dari pembelajaran komposit ini antara lain :
a) Untuk mengetahui tentang komposit secara umum
b) Untuk mengetahui aplikasi serta proses pembuatan komposit
c) Mengetahui jenis-jenis dari komposit tersebut
d) Mengetahui proses perlakuan yang diberikan terhadap pengaruh kekuatan dari komposit tersebut

1.3. Manfaat
Komposit mempunyai fungsi yang sangat banyak pada kehidupan sehari-hari. Baik pada kebutuhan rumah tangga hingga kebutuhan industri yang besar. Dari pembelajaran tentang komposit ini, pada bidang industri komposit dapat dihasilkan dengan proses dan bahan yang lebih tepat, sehingga mempunyai nilai kekuatan serta nilai jual yang lebih baik.



























BAB II
TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Definisi Bahan Komposit
Menurut Matthews dkk. (1993), komposit adalah suatu material yang terbentuk dari kombinasi dua atau lebih material pembentuknya melalui campuran yang tidak homogen, dimana sifat mekanik dari masing-masing material pembentuknya berbeda. Dari campuran tersebut akan dihasilkan material komposit yang mempunyai sifat mekanik dan karakteristik ini yang berbeda dari material pembentuknya. Material komposit mempunyai sifat dari material konvensional pada umumnya dari proses pembuatannya melalui percampuran yang tidak homogen, sehingga kita leluasa merencanakan kekuatan material komposit yang kita inginkan dengan jalan mengatur komposisi dari material pembentuknya. Komposit merupakan sejumlah sistem multi fasa sifat dengan gabungan, yaitu gabungan antara bahan matriks atau pengikat dengan penguat. Kita bisa melihat definisi komposit ini dari beberapa tahap seperti yang telah digariskan oleh Schwartz :
a. Tahap/Peringkat Atas
Suatu bahan yang terdiri dari dua atau lebih atom yang berbeda bolehlah dikatakan sebagai bahan komposit. Ini termasuk alloy polimer dan keramik. Bahan-bahan yang terdiri dari unsur asal saja yang tidak termasuk dalam peringkat ini.
b. Tahap/Peringkat Mikrostruktur
Suatu bahan yang terdiri dari dua atau lebih struktur molekul atau fasa merupakan suatu komposit. Mengikuti definisi ini banyak bahan yang secara tradisional dikenal sebagai komposit seperti kebanyakan bahan logam. Contoh besi keluli yang merupakan alloy multifusi yang terdiri dari karbon dan besi.
c. Tahap/Peringkat Makrostruktur
Merupakan gabungan bahan yang berbeda komposisi atau bentuk bagi mendapatkan suatu sifat atau ciri tertentu. Dimana konstituen gabungan masih tetap dalam bentuk asal, dimana dapat ditandai secara fisik dan melihatkan kesan antara muka antara satu sama lain.

Kroschwitz dan rekan telah menyatakan bahwa komposit adalah bahan yang terbentuk apabila dua atau lebih komponen yang berlainan digabungkan. Rosato dan Di Matitia pula menyatakan bahwa plastik dan bahan-bahan penguat yang biasanya dalam bentuk serat, dimana ada serat pendek, panjang, anyaman pabrik atau lainnya. Selain itu ada juga yang menyatakan bahwa bahan komposit adalah kombinasi bahan tambah yang berbentuk serat, butiran atau cuhisker seperti pengisi serbuk logam, serat kaca, karbon, aramid (kevlar), keramik, dan serat logam dalam julat panjang yang berbeda-beda didalam matriks.
Definisi yang lebih bermakna yaitu menurut Agarwal dan Broutman, yaitu menyatakan bahwa bahan komposit mempunyai ciri-ciri yang berbeda untuk dan komposisi untuk menghasilkan suatu bahan yang mempunyai sifat dan ciri tertentu yang berbeda dari sifat dan ciri konstituen asalnya. Disamping itu konstituen asal masih kekal dan dihubungkan melalui suatu antara muka. Konstituen-konstituen ini dapat dikenal pasti secara fisikal. Dengan kata lain, bahan komposit adalah bahan yang heterogen yang terdiri dari dari fasa tersebar dan fasa yang berterusan. Fasa tersebar selalunya terdiri dari serat atau bahan pengukuh, manakala yang berterusannya terdiri dari matriks.
Sehingga dapat disimpulkan bahwa bahan komposit (atau komposit) adalah suatu jenis bahan baru hasil rekayasa yang terdiri dari dua atau lebih bahan dimana sifat masing-masing bahan berbeda satu sama lainnya baik itu sifat kimia maupun fisika dan tetap terpisah dalam hasil akhir bahan tersebut (bahan komposit). Jika perpaduan ini terjadi dalam skala makroskopis, maka disebut sebagai komposit. Sedangkan jika perpaduan ini bersifat mikroskopis (molekular level), maka disebut sebagai alloy (paduan). Komposit berbeda dengan paduan, untuk menghindari kesalahan dalam pengertiannya, oleh Van Vlack (1994) menjelaskan bahwa alloy (paduan) adalah kombinasi antara dua bahan atau lebih dimana bahan-bahan tersebut terjadi peleburan sedangkan komposit adalah kombinasi terekayasa dari dua atau lebih bahan yang mempunyai sifat-sifat seperti yang diinginkan dengan cara kombinasi sistematik pada kandungan-kandungan yang berbeda tersebut.

2.2. Tujuan dibentuknya komposit
Berikut ini adalah tujuan dari dibentuknya komposit, yaitu sebagai berikut :
1. Memperbaiki sifat mekanik dan/atau sifat spesifik tertentu
2. Mempermudah design yang sulit pada manufaktur
3. Keleluasaan dalam bentuk/design yang dapat menghemat biaya
4. Menjadikan bahan lebih ringan



2.3. Bagian-bagian utama dari komposit
2.3.1 Reinforcement
Salah satu bagian utama dari komposit adalah reinforcement (penguat) yang berfungsi sebagai penanggung beban utama pada komposit.

Gambar 1. Ilustrasi reinforcement pada komposit

Berdasarkan bentuk dari reinforcement-nya, komposit dapat dibedakan menjadi :

Gambar 2. Pembagian komposit berdasarkan bentuk dari reinforcement-nya

Adapun ilustrasi dari komposit berdasarkan reinforcement-nya dapat dilihat pada gambar 3.

Gambar 3 Ilustrasi komposit berdasarkan reinforcement-nya


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
Metalurgi serbuk adalah metode yang terus dikembangkan dari proses manufaktur yang dapat mencapai bentuk komponen akhir dengan mencampurkan serbuk secara bersamaan dan dikompaksi dalam cetakan, dan selanjutnya disinter didalam dapur. Tahapan metalurgi serbuk meliputi pencampuran, penekanan dan sintering. Pencampuran adalah menggabungkan 2 bahan serbuk atau lebih agar lebih homogen. Penekanan adalah salah satu cara untuk memadatkan serbuk menjadi bentuk tertentu yang sesuai dengan cetakannya. Sintering merupakan teknik untuk memproduksi material dengan densitas yang terkontrol dan komponen logam dan atau serbuk keramik dengan aplikasi termal.
b) Stir Casting
c) Infiltration Process
d) Spray Deposition
e) In-Situ Process

Panjang partikel dibedakan menjadi dua, yaitu sebagai berikut :
1) Large particle
Komposit yang disusun oleh reinforcement berbentuk partikel, dimana interaksi antara partikel dan matrik terjadi tidak dalam skala atomik atau molekular. Partikel seharusnya berukuran kecil dan terdistribusi merata. Contoh dari large particle composite adalah cemet dengan sand atau gravel, cemet sebagai matriks dan sand sebagai atau gravel, cemet sebagai matriks dan sand sebagai partikel, Sphereodite steel (cementite sebagai partikulat), Tire (carbon sebagai partikulat), Oxide-Base Cermet (oksida logam sebagai partikulat).


a
b
Gambar 4. a. Flat flakes sebagai penguat (Flake composites) b. Fillers sebagai penguat (Filler composites)

2) Dispersion strengthened particle
a) Fraksi partikulat sangat kecil, jarang lebih dari 3%.
b) Ukuran yang lebih kecil yaitu sekitar 10-250 nm.

b. Fiber sebagai penguat (Fiber composites)
Fungsi utama dari serat adalah sebagai penopang kekuatan dari komposit, sehingga tinggi rendahnya kekuatan komposit sangat tergantung dari serat yang digunakan, karena tegangan yang dikenakan pada komposit mulanya diterima oleh matrik akan diteruskan kepada serat, sehingga serat akan menahan beban sampai beban maksimum. Oleh karena itu serat harus mempunyai tegangan tarik dan modulus elastisitas yang lebih tinggi daripada matrik penyusun komposit.
Fiber yang digunakan harus memiliki syarat sebagai berikut :
a) Mempunyai diameter yang lebih kecil dari diameter bulknya (matriksnya) namun harus lebih kuat dari bulknya
b) Harus mempunyai tensile strength yang tinggi

Parameter fiber dalam pembuatan komposit, yaitu sebagai berikut :

Gambar 5. Parameter fiber dalam pembuatan komposit
Proses produksi pada fiber-carbon yaitu sebagai berikut :
1. Open Mold Process
a. Hand Lay-Up
b. Spray Lay-Up
c. Vacuum Bag Moulding
d. Filament Winding
2. Closed Mold Process
a. Resin Film Infusion
b. Pultrusion

Berdasarkan penempatannya terdapat beberapa tipe serat pada komposit, yaitu :
:
Gambar 6. Tipe serat pada komposit

a) Continuous Fiber Composite
Continuous atau uni-directional, mempunyai susunan serat panjang dan lurus, membentuk lamina diantara matriksnya. Jenis komposit ini paling banyak digunakan. Kekurangan tipe ini adalah lemahnya kekuatan antar antar lapisan. Hal ini dikarenakan kekuatan antar lapisan dipengaruhi oleh matriksnya.

b) Woven Fiber Composite (bi-dirtectional)
Komposit ini tidak mudah terpengaruh pemisahan antar lapisan karena susunan seratnya juga mengikat antar lapisan. Akan tetapi susunan serat memanjangnya yang tidak begitu lurus mengakibatkan kekuatan dan kekakuan tidak sebaik tipe continuous fiber.
c) Discontinuous Fiber Composite (chopped fiber composite)
Komposit dengan tipe serat pendek masih dibedakan lagi menjadi :
1) Aligned discontinuous fiber
2) Off-axis aligned discontinuous fiber
3) Randomly oriented discontinuous fiber

Randomly oriented discontinuous fiber merupakan komposit dengan serat pendek yang tersebar secara acak diantara matriksnya. Tipe acak sering digunakan pada produksi dengan volume besar karena faktor biaya manufakturnya yang lebih murah. Kekurangan dari jenis serat acak adalah sifat mekanik yang masih dibawah dari penguatan dengan serat lurus pada jenis serat yang sama.

Gambar 7. Tipe discontinuous fiber

d) Hybrid fiber composite
Hybrid fiber composite merupakan komposit gabungan antara tipe serat lurus dengan serat acak. Pertimbangannya supaya dapat mengeliminir kekurangan sifat dari kedua tipe dan dapat menggabungkan kelebihannya.
Jenis fiber yang biasa digunakan untuk pembuatan komposit antara lain sebagai berikut :
a) Fiber-glass
Sifat-sifat fiber-glass, yaitu sebagai berikut :
1. Density cukup rendah (sekitar 2,55 g/cc)
2. Tensile strengthnya cukup tinggi (sekitar 1,8 GPa)
3. Biasanya stiffnessnya rendah (70GPa)
4. Stabilitas dimensinya baik
5. Resisten terhadap panas dan dengin
6. Tahan korosi
7. Komposisi umum adalah 50-60% SiO2 dan paduan lain yaitu Al, Ca, Mg, Na, dan lain-lain.

Keuntungan dari penggunaan fiber-glass yaitu sebagai berikut :
1. Biaya murah
2. Tahan korosi
3. Biayanya relatif lebih rendah dari komposit lainnya
4. Biasanya digunakan untuk piing, tanks, boats, alat-alat olahraga
Kerugian dari penggunaan fiber-glass yaitu sebagai berikut :
1. Kekuatannya relatif rendah
2. Elongasi tinggi
3. Kekuatan dan beratnya sedang (moderate)

Jenis-jenisnya antara lain :
1. E-glass
2. C-glass
3. S-glass
Tabel 1. Sifat-sifat dari jenis-jenis fiber-glass


Tabel 2. Komposisi senyawa kimia fiber-glass


b) Fiber-nylon
Sifat-sifat fiber-nylon, yaitu sebagai berikut :
1. Dibuat dari polyamide
2. Lebih kuat, lebih ringan, tidak getas dan tidak lebih kaku dari karbon
3. Contoh merek nylon yaitu Kevlar (DuPont) dan Kwaron (Akzo)

c) Fiber-carbon
Sifat-sifat fiber-carbon, yaitu sebagai berikut :
1. Densitas karbon cukup ringan yaitu sekitar 2,3 g/cc.
2. Struktur grafit yang digunakan untuk membuat fiber berbentuk seperti kristal intan.
3. Mempunyai karakteristik yang ringan, kekuatan yang sangat tinggi, kekakuan (modulus elastisitas) tinggi.
4. Memisahkan bagian yang bukan karbon melalui proses
5. Terdiri dari + 90% karbon
6. Dapat dibuat bahan turunan : grafit yang kekuatannya dibawah serat karbon
7. Diproduksi dari Polyacrylnitril (PAN), melalui tiga tahap proses, yaitu sebagai berikut:
a. Stabilisasi = Peregangan dan oksidasi.
b. Karbonisasi = Pemanasan untuk mengurangi O, H, N
c. Grafitisasi = Meningkatkan modulus elastisitas.

Tabel 3. Kelebihan Versus Kekurangan
Fiber Kelebihan Kekurangan
Fiber-glass 1. Kekuatan tinggi
2. Relatif murah Kurang elastis
Fiber-carbon 1. Kuat hingga sangat kuat
2. Stiffness(kuat+keras) besar
3. Koefisien pemuaian kecil
4. Menahan getaran 1. Agak getas
2. Nilai peregangan kurang
3. Agak mahal
Fiber-graphite 1. Lebih stiffness dari Carbon
2. Lebih ulet Kurang kuat disbanding Carbon
Fiber-nylon(aramid) 1. Agak stiff (kuat+keras) & sangat ulet
2. Tahan terhadap benturan
3. Kekuatanya besar (lebih kuat dari baja)
4. Lebih murah dari carbon 1. Kekutan tekan lebih rendah dari carbon
2. Ketahanan panas lebih rendah dari carbon (hingga 180*C)

Hybride Fiber (kombinasi dari berbagai jenis serat)
1) Glass Versus Carbon
a) Meningkatkan shock resistence (tahan benturan)
b) Meningkatkan fracture resistence (tahan patahan/ulet)
c) Mengurangi biaya

2) Glass Versus Nylon
a) Menigkatkan kekuatan tekan
b) Memperbaiki pemrosesan (manufaktur)
c) Mengurangi biaya
3) Carbon Versus Nylon
a) Meningkatkan kekuatan tarik
b) Meningkatkan kekuatan tekan
c) Meningkatkan kekuatan pada pembengkokan

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, ilustrasi dari kedua struktur komposit tersebut dapat dilihat pada Gambar 8.


a b
Gambar 8. Ilustrasi komposit berdasarkan Strukturnya : a. Struktur laminate b. Sandwich panel
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 dibawah ini :

Gambar 9. Mikrostruktur lamina


Gambar 10. Jenis-jenis dari fiber reinforced composites

Terdapat beberapa lamina, yaitu:
a) Continous fiber laminate, lamina jenis ini mempunyai lamina penyusun dengan serat yang tidak terputus hingga mencapai ujung-ujung lamina. Continous fiber laminate terdiri dari :
1. Unidirectional laminate (satu arah), yaitu bentuk laminate dengan tiap lamina mempunyai arah serat yang sama. Kekuatan terbesar dari komposit lamina ini adalah searah seratnya.
2. Crossplien quasi-isotropoic (silang), lamina ini mempunyai susunan serat yang saling silang tegak lurus satu sama lain antara lamina.
3. Random/woven fiber composite, lamina ini mempunyai susunan serat.
b) Discontinous fiber composite, berbeda dengan jenis sebelumnya maka laminate ini pada masing-masing lamina terdiri dari potongan serat pendek yang terputus dan mempunyai dua jenis yaitu :
1. Short Alighned Fiber, potongan serat tersusun dalam arah tertentu, sesuai dengan keperluan setiap lamina.
2. In-Plane Random Fiber, potongan serat disebarkan secara acak atau arahnya tidak teratur.
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.

Gambar 11. Structural composites sandwich panels
2.3.2. 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.


Gambar 12. Ilustrasi matriks pada komposit

Berdasarkan bentuk dari matriks-nya, komposit dapat dibedakan menjadi :

Gambar 13. Klasifikasi komposit Berdasarkan bentuk dari matriks-nya


Gambar 14. Matriks dari beberapa tipe komposit

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
• Aplikasi dari PMC :
1) Bathroom furniture
2) Aerospace
3) Construction material


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 ari 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 stanil bahkan lebih stabil daripada logam
2) Sangat tanggung , 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
• 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.

2.4. Properties Bahan Komposit
Kemajuan kini telah mendorong peningkatan dalam permintaan terhadap bahan komposit. Perkembangan bidang sciences dan teknologi mulai menyulitkan bahan konvensional seperti logam untuk memenuhi keperluan aplikasi baru. Bidang angkasa lepas, perkapalan, automobile dan industri pengangkutan merupakan contoh aplikasi yang memerlukan bahan-bahan yang berdensity rendah, tahan karat, kuat, kokoh dan tegar. Dalam kebanyakan bahan konvensional seperti keluli,walaupun kuat ianya mempunyai density yang tinggi dan rapuh. Sifat maupun karakteristik dari komposit ditentukan oleh :
a. Material yang menjadi penyusun komposit
Karakteristik komposit ditentukan berdasarkan karakteristik material penyusun menurut rule of mixture sehingga akan berbanding secara proporsional.
b. Bentuk dan penyusunan struktural dari penyusun
Bentuk dan cara penyusunan komposit akan mempengaruhi karakteristik komposit.
c. Interaksi antar penyusun
Bila terjadi interaksi antar penyusun akan meningkatkan sifat dari komposit.

2.5. 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 serta dapat menghasilkan komposit yang mempunyai kekuatan dan kekakuan yang lebih tinggi dari bahan konvensional seperti keluli.
1) Bahan komposit mempunyai density yang jauh lebih rendah berbanding 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 digunakan. 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

b. Biaya
Faktor 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.


2.6. Kekurangan Bahan Komposit
Ada beberapa kekurangan yang dimiliki oleh material komposit ini, antara lain:
a. Tidak tahan terhadap beban shock (kejut) dan crash (tabrak) dibandingkan dengan metal.
b. Kurang elastis
c. Lebih sulit dibentuk secara plastis

2.7. Kegunaan Bahan Komposit
Penggunaan bahan komposit sangat luas, yaitu untuk :
a) Pesawat terbang dan militer
• Komposit digunakan untuk mereduksi berat dari pesawat untuk meningkatkan kecepatan dan daya tahan.
• Pertama kali digunakan tahun 1969 pada pesawat tempur jenis F-14 pada bagian horizontal stabilizer.



• Pada pesawat komersil, komposit mulai digunakan tahun 1980an pada pesawat airbus A310
• Penggunaan bahan komposit pada bagian vertical stabilizer pada pesawat ini, lebih ringan hingga 400kg dibandingkan dengan bahan aluminum.
• Pada boing 777, 10% dari berat strukturnya berasal dari fiber-reinforced epoxy dan 50% dari aluminum alloy.
• Fiber-reinforced polymer juga digunakan pada baling-baling dari helikopter, yang jauh lebih ringan dari aluminum dan juga lebih mampu menahan getaran dari baling-baling



b. Aplikasi luar angkasa
• Pada umumnya, fiber-reinforced polymer digunakan untuk komponen-komponen kecil, seperti solar array, antena, optical platform, dll.
• Carbon fiber-reinforced epoxy tube digunakan untuk membangun rangka struktur dari low earth orbit satelite.
• Struktur ini mendukung untuk optical bench, solar array panel, antenna reflector dan modul-modul lainnya.


c. Bidang otomotif
Pada industri otomotif, penggunaan fiber-reinforced composit bisa dibagi 3:
 Komponen bodi
 Komponen chassis
 Komponen mesin
Pengaplikasiannya komponen bodi tersebut antara lain :
• Pada bagian luar, kap mesin dan pintu harus mempunyai kekuatan dan kemampuan menahan benturan.
• Material yang digunakan adalah penguat fiber E-glass sheet molding compound (SMC) composite.
• E-glass fiber digunakan karena jauh lebih murah daripada serat karbon
• Serat karbon hanya digunakan untuk kebutuhan balap (extrem),yang butuh daya tahan yang sangat tinggi



d. Peralatan olahraga
• Fiber-reinforced digunakan agar peralatan olahraga tersebut lebih ringan, tahan getaran, dan desainnya bisa lebih fleksible
• Pada sepeda balap, penggunaan serat karbon berhasil menurunkan bobot dari 9 kg (tahun 1980an) menjadi hanya 1,1kg (tahun 1990an).
• Untuk mengurangi ongkos,serat karbon biasanya dicampur dengan serat kaca atau dengan kevlar 49



e. . Kapal Laut
• Glass fiber-reinforced polyester pada umumnya digunakan untuk bermacam tipe dari kapal.
• Carbon fiber-reinforced epoxy biasanya hanya digunakan untuk keperluan racing boat/balap



f. Infrastruktur
• Penguat dengan serat fiber sangat berpotensi untuk menggantikan beton dan baja pada jembatan, bangunan dan berbagai infrastruktur lainnya.
• Hal ini dikarenakan material komposit ini lebih tahan terhadap korosi ,mempunyai daya tahan lebih lama dan rendah biaya perawatan.



g. Kesehatan (kaki palsu, Sambungan sendi pada pinggang dan lain-lain.)

.



2.8 Contoh material komposit
1. Plastik diperkuat fiber:
a. Diklasifikasikan oleh jenis fiber :
1) Wood (cellulose fibers in a lignin and hemicellulose matrix)
2) Carbon-fibre reinforced plastic atau CRP
3) Glass-fibre reinforced plastic atau GRP (informally, "fiberglass")
b. Diklasifikasikan oleh matriks:
1) Komposit Thermoplastik
a) long fiber thermoplastics or long fiber reinforced thermoplastics
b) glass mat thermoplastics
2) Thermoset Composites
2. Metal matrix composite MMC:
a. Cast iron putih
b. Hardmetal (carbide in metal matrix)
c. Metal-intermetallic laminate
3. Ceramic matrix composites:
a. Cermet (ceramic and metal)
b. concrete
c. Reinforced carbon-carbon (carbon fibre in a graphite matrix)
d. Bone (hydroxyapatite reinforced with collagen fibers)
4. Organic matrix/ceramic aggregate composites
a. Mother of Pearl
b. Syntactic foam
c. Asphalt concrete
5. Chobham armour (lihat composite armour)
6. Engineered wood
a. Plywood
b. Oriented strand board
c. Wood plastic composite (recycled wood fiber in polyethylene matrix)
d. Pykrete (sawdust in ice matrix)
7. Plastic-impregnated or laminated paper or textiles
a. Arborite
b. Formica (plastic)

2.9. Prospek Komposit Sebagai Trend Teknologi Masa Depan
Dengan perkembangan teknologi saat ini diperlukan suatu pengembangan metoda baru yang bisa menawarkan solusi teknik yang mengedepankan kemampuan sistem. Saat ini telah dikembangkan suatu metode komposit yang dikenal sebagai metode substitusi material.
Teknik dari Proses pembuatan Komposit sangat menarik, dikendalikan oleh kondisi-kondisi proses, penyusupan logam yang terjadi secara spontan, tanpa bantuan ruang hampa bertekanan. Dan ini merupakan metode yang paling hemat untuk memproduksi komposit. Teknologi pembuatan Komposit memiliki kemudahan dalam fabrikasi sehingga biayanya menjadi lebih murah. Terutama bila kita bandingkan dengan metode lainnya.
Produk material yang ulet dan material yang kuat dan tangguh adalah logis ada suatu pemikiran dan usaha menggabungkan kedua material tersebut untuk dijadikan suatu material yang baru yaitu komposit melalui proses pembuatan komposit. Hasil komposit yang diperoleh dengan proses pembuatannya mempunyai ketangguhan yang tinggi dan daya tahan goncangan yang berhubungan dengan panas yang baik seperti kekakuan, tahan aus dan stabil pada temperatur tinggi. Proses fabrikasi komposit ini dapat diaplikasikan pada berbagai komponen mesin seperti ; gas turbin, mesin roket, mesin piston, penukar panas, dapur temperatur tinggi, struktur pasawat terbang dan kemasan elektronik.



















BAB III
PENUTUP

3.1. Kesimpulan
• Komposit merupakan gabungan dari beberapa material pembentuk yang berupa matrik dengan seratnya yang bertujuan untuk mendapatkan kekuatan dan nilai fungsi yang lebih baik.
• Matrik komposit terdiri dari 3 jenis secara umum, yaitu :
 ceramic matrik composite,
 metal matrik composite
 polimer matrik composite
• berdasarkankan penguatannya matrik secara umum terdiri dari 3 jenis, yaitu :
 partikel reinforced
 fiber reinforced
 structural reinforced
• komposit ini telah banyak diaplikasikan pada berbagai bidang, mulai dari kebutuhan harian hingga industry besar.

3.2. Saran
Mungkin pada suatu saat nanti kita biasa mengembangkan penemuan material pembuat komposit baru yang dengan kemampuan yang baik dan juga mempunyai nilai ekonomis yang baik juga, sehingga aplikasi pada kehidupan nyata pun akan menekan biaya yang biasanya lebih tinggi untuk pembuatan komposit. Dan diharapkan juga untuk pemaksimalan penggunaan serat alam yang lebih ramah terhadap lingkungan.

3 komentar: