3. 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 fisikanya (Nurun, 2013).
material komposit dapat didefinisikan sebagai
kombinasi dari dua atau lebih bahan yang
menghasilkan sifat yang lebih baik daripada sifat
bahan penyusunnya (Campbell, 2010).
5. Matrik dan fiber/penguat/filler adalah bahan
pembentuk material komposit dimana fiber sangat
berperan dalam memberikan kekuatan dan kekakuan
komposit. Namun aspek lain yang menjadi sumber
kekuatan komposit di dapat dari matrik yang
memberikan ketahanan terhadap temperatur tinggi,
ketahanan terhadap tegangan geser dan mampu
mendistribusikan beban
Material Penyusun Komposit
6. 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.
1. Matriks
7. Salah satu bagian utama dari komposit adalah reinforcement (penguat) atau fiber yang
berfungsi sebagai penanggung beban utama pada komposit atau untuk menaikkan kekuatan
dan kekakuan komposit sehingga didapatkan material yang kuat dan ringan. Beberapa jenis fiber
yang umum digunakan adalah
A. Fiber glass: sangat umum digunakan dalam industri karena bahan baku yang sangat banyak
tersedia. Komposisi fiber glass mengandung silica yang berguna memberikan kekerasan,
flexibilitas dan kekakuan. Proses pembentukan fiber glass melalui proses fusion (melting)
terhadap silica dengan campuran mineral oksida. Pada proses inidiberikan pendingan yang
sangat cepat untuk pembentukan kristalisasi yang sempurna, proses ini biasa disebut dengan
fiberization
2. Reinforcement atau filler atau fiber
8. B. 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 temperature 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.
C. Aramid fiber: aramid fiber memiliki kekuatan yang sangat tinggi dibandingkan dengan ratio 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.
2. Reinforcement atau filler atau fiber
10. Sifat maupun karakteristik dari komposit ditentukan oleh:
• material yang menjadi penyusun komposit
karakteristik komposit ditentukan berdasarkan karakteristik material penyusun
menurut rule of mixture sehingga akan berbanding secara proporsional.
• Bentuk dan penyusunan struktural dari penyusun
bentuk dan cara penyusunan komposit akan mempengaruhi karakteristik komposit.
• Interaksi antar penyusun
bila terjadi interaksi antar penyusun akan meningkatkan sifat dari komposit.
Karakteristik Komposit
13. 1. Particulate composite
Bahan komposit partikel (particulate composite)
terdiri atas partikel-partikel yang diikat oleh
matriks (seperti pada gambar). Bahan komposit
partikel umumnya lebih lemah dibanding dengan
bahan komposit serat. Namun, memiliki
keunggulan seperti ketahanan terhadap aus, tidak
mudah retak dan mempunyai daya ikat dengan
matriks yang baik (rambe, 2011)
14. 2. Fiber composite
Bahan komposit serat (fiber composite) terdiri
atas serat-serat yang diikat oleh matriks seperti
pada gambar disamping. Penggunaan bahan
komposit serat sangat efisien dalam menerima
beban dan gaya. Karena itu bahan komposit serat
sangat kuat dan kaku apabila dibebani searah
serat, sebaliknya sangat lemah apabila dibebani
dalam arah tegak lurus serat (hadi, 2001)
15. 3. Structure Composites
Bahan komposit struktural (structure
composites) dibentuk oleh penguat yang
memiliki bentuk lembaran-lembaran seperti
ditunjukkan pada gambar di samping.
Berdasarkan struktur, komposit ini dapat
dibagi menjadi dua, yaitu struktur laminate
dan struktur sandwich.
16. Berdasarkan Jenis Matriksnya
pembagian komposit berdasarkan bahan
matriksnya adalah sebagai berikut:
1. Metal matrix composites (MMC)
2. Ceramic matrix composites (CMC)
3. Polymer matrix composites (PMC)
17. Komposit matrik logam (metal matrix composites)
yaitu komposit yang menggunakan matriks logam
pada umumnya ditemukan berkembang pada
industri otomotif. Bahan ini menggunakan suatu
logam seperti aluminium sebagai matrik dan
penguatnya dengan serat seperti silikon karbida
1. Metal matrix composites (MMC)
18. 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
1. Metal matrix composites (MMC)
19. Komposit matrik keramik (ceramic matrix composites) 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 nitrida. Penguat yang umum
digunakan pada CMC adalah oksida, carbide, dan nitrid
sedangkan matrik yang sering digunakan pada CMC yaitu, gelas
anorganik, keramik gelas, alumina, dan silikon nitrida.
2. Ceramic matrix composites (CMC)
20. 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. Ceramic matrix composites (CMC)
21. Komposit ini menggunakan bahan polimer sebagai matriknya.
Sifat-sifat komposit polimer ditentukan oleh sifat-sifat
penguat,Sifat-sifat polimer,rasio penguat terhadap polimer
dalam komposit (fraksi volume penguat), geometri dan
orientasi penguat pada komposit.
3. Polymer matrix composites (PMC)
22. Aplikasi PMC
1) Matrik berbasis poliester dengan serat gelas, seperti: alat-alat rumah tangga,
panel pintu kendaraan, lemari perkantoran, peralatan elektronika
2) matrik berbasis termoplastik dengan serat gelas = kotak air radiator
3) matrik berbasis termoset dengan serat carbon, seperti: rotor helicopter,
komponen ruang angkasa, rantai pesawat terbang
3. Polymer matrix composites (PMC)
24. PROSES CETAKAN TERBUKA
(OPEN-MOLD PROCESS)
1. Contact molding (hand lay up)
2. Vacuum bag
3. Pressure bag
4. Spray-up
5. Filament winding
25. Contact molding (hand lay up)
Hand lay-up adalah metoda yang paling sederhana
dan merupakan proses dengan metode terbuka dari
proses fabrikasi komposit.Adapun proses dari
pembuatan dengan metoda ini adalah dengan cara
menuangkan resin dengan tangan kedalam serat
berbentuk anyaman, rajuan atau kain, kemudian
memberi takanan sekaligus meratakannya
menggunakan rol atau kuas. Proses tersebut dilakukan
berulang-ulang hingga ketebalan yang diinginkan
tercapai. Pada proses ini resin langsung berkontak
dengan udara dan biasanya proses pencetakan
dilakukan pada temperatur kamar.Pada metoda hand
lay up ini resin yang paling banyak di gunakan adalah
polyester dan epoxies
26. Vacuum bag
• Proses vacuum bag merupakan penyempurnaan dari hand
lay-up, penggunaan dari proses vakum ini adalah untuk
menghilangkan udara terperangkap dan kelebihan resin..
• Pada proses ini digunakan pompa vacuum untuk menghisap
udara yang ada dalam wadah tempat diletakkannya komposit
yang akan dilakukan proses pencetakan. Dengan
divakumkan udara dalam wadah maka udara yang ada diluar
penutup plastic akan menekan kearah dalam. Hal ini akan
menyebabkan udara yang terperangkap dalam specimen
komposit akan dapat diminimalkan.
• Dibandingkan dengan hand lay-up, metode vakum
memberikan penguatan konsentrasi yang lebih tinggi, adhesi
yang lebih baik antara lapisan, dan kontrol yang lebih resin /
rasio kaca.
27. PRESSURE BAG
Pressure bag memiliki kesamaan dengan
metode vacuum bag, namun cara ini tidak
memakai pompa vakum tetapi
menggunakan udara atau uap
bertekanan yang dimasukkan malalui
suatu wadah elastis wadah elastis ini yang
akan berkontak pada komposit yang akan
dilakukan proses. Biasanya tekanan basar
tekanan yang di berikan pada proses ini
adalah sebesar 30 sampai 50 psi.
28. Spray-up
• Spray-up merupakan metode cetakan terbuka
yang dapat menghasilkan bagian-bagian yang
lebih kompleks ekonomis dari hand lay-up.
• Proses spray-up dilakukan dengan cara
penyemprotan serat (fibre) yang telah
melewati tempat pemotongan (chopper).
Sementara resin yang telah dicampur dengan
katalis juga disemprotkan secara bersamaan
wadah tempat pencetakan spray- up telah
disiapkan sebelumnya. Setelah itu proses
selanjutnya adalah dengan embiarkannya
mengeras pada kondisi atsmosfer standar.
29. Filament winding
Fiber tipe roving atau single strand dilewatkan melalui wadah
yang berisi resin, kemudian fiber tersebut akan diputar sekeliling
mandrel yang sedang bergerak dua arah, arah radial dan arah
tangensial. Proses ini dilakukan berulang, sehingga cara ini
didapatkan lapisan serat dan fiber sesuai dengan yang diinginkan.
Resin termoseting yang biasa di gunakan pada proses ini adalah
poliester, vinil ester, epoxies, dan fenolat.
Proses ini terutama digunakan untuk komponen belah
berlubang, umumnya bulat atau oval, seperti pipa dan tangki. Serat
TOWS dilewatkan melalui mandi resin sebelum ke mandrel dalam
berbagai orientasi, dikendalikan oleh mekanisme serat, dan tingkat
rotasi mandrel tersebut. Adapun aplikasi dari proses filament
winding ini digunakan untuk menghasilkan bejana tekan, motor
roket, tank, tongkat golf dan pipa.
30. PROSES CETAKAN TERTUTUP
(CLOSED MOLD PROCESSES)
1. Proses cetakan tekan (Compression
molding)
2. Injection molding
3. Continuous pultrusion
31. Compression molding
Proses cetakan ini menggunakan hydraulic sebagai
penekannya. Fiber yang telah dicampur dengan resin
dimasukkan ke dalam rongga cetakan, kemudian
dilakukan penekanan dan pemanasan. Resin termoset
khas yang digunakan dalam proses cetak tekan ini
adalah poliester, vinil ester, epoxies, dan fenolat.
32. Injection molding
Metoda injection molding juga dikenal sebagai reaksi
pencetakan cairan atau pelapisan tekanan tinggi.
Fiber dan resin dimasukkan kedalam rongga cetakan
bagian atas, kondisi temperature dijaga supaya tetap
dapat mencairkan resin. Resin cair beserta fiber akan
mengalir ke bagian bawah, kemudian injeksi
dilakukan oleh mandrel ke arah nozel menuju
cetakan.
33. Continuous pultrusion
Fiber jenis roving dilewatkan melalui
wadah berisi resin, kemudian secara
kontinu dilewatkan ke cetakan pra cetak
dan diawetkan (cure), kemdian
dilakukan pengerolan sesuai dengan
dimensi yang diinginkan. Atau juga bisa
di sebut sebagai penarikan serat dari
suatu jaring atau creel melalui bak resin,
kemudian dilewatkan pada cetakan yang
telah dipanaskan. Fungsi dari cetakan
tersebut ialah mengontrol kandungan
resin, melengkapi pengisian serat, dan
mengeraskan bahan menjadi bentuk
akhir setelah melewati cetakan.
35. Penggunaan meterial komposit sangat luas, yaitu;
1. Aerospace : komponen pesawat terbang, komponen helikopter, komponen
satelit.
2. Kesehatan : kaki palsu, sambungan sendi pada penggang
3. Marine : kapal layar dan kapal selam
4. Industri pertahanan : komponen jet tempur, tank amfibi dan bullets
5. Industri pembinaan : jembatan, rumah dan terowongan
6. Sports rec. : Sepeda, stik golf, raket tenis dan sepatu olahraga
7. Automobile : komponen mesin, komponen kereta
Aplikasi KOMPOSIT
37. 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.
2. Dalam industri angkasa lepas terdapat kecendrungan untuk menggantikan komponen
yang diperbuat dari logam dengan komposit karena telah terbukti komposit mempunyai
ketahanan terhadap fatigue yang baik, khususnya komposit yang menggunakan
serat karbon
3. 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.
Keunggulan komposit
38. 4. Massa jenis rendah (ringan)
5. Lebih kuat dan lebih ringan
6. Perbandingan kekuatan dan berat yang menguntungkan
7. Lebih kuat (stiff), ulet (tough) dan tidak getas
8. Koefisien pemuaian yang rendah
9. Tahan terhadap cuaca
10. Tahan terhadap korosi
11. Mudah diproses (dibentuk)
Keunggulan komposit
39. Surdia, T., & Saito, S. (1985). Pengetahuan bahan teknik, PT. Pradnya paramita,
jakarta.
Nurun, N. (2013). Teknologi material komposit.
Campbell, f. C. (2010). Structural composite materials. ASM international.
Hadi, B. K. 2001. Mekanika struktur komposit. Bandung : departemen pendidikan
nasional.
Harris, B. 1999. Engineering composite materials. London : the institute of
materials.
Callister, W. D. 2007. Materials science and engineering : an introduction 7th
Edition. New york : john wiley & sons inc.
Referensi
