PENGENDALIAN BAHAN KOMPOSIT M. HENDRA S. GINTING, ST Fakultas Teknik Jurusan Teknik Kimia Universitas Sumatera Utara 1. Pengenalan Manusia sejak dari dulu telah berusaha untuk manciptakan 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. 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. 2. Definisi Bahan Komposit Perkataan komposit memberikan suatu pengertian yang sangat luas dan berbeda-beda mengikut situasi dan perkembangan bahan itu sendiri. Gabungan dua atau lebih bahan merupakan suatu konsep yang diperkenalkan untuk menerangkan definisinkomposit. Walaupun demikian defenisi ini terlalu umum karena komposit ini merangkumi semua bahan termasuk plastik yang diperkuat dengan serat, logam alloy, keramik, kopolimer, plastik berpengisi atau apa saja campuran dua bahan atau lebih untuk mendapatkan suatu bahan yang baru. Kita bisa melihat definisi komposit ini dari beberapa tahap seperti yang telah digariskan oleh Schwartz : 1. Tahap/Peringkat Atas Suatu bahan yang terdiri dari dua atau lebih atom yang berbeda bolehlah dikatakan sebagai bahan komposit. Ini termasuk alloyr polimer dan keramik. Bahan-bahan yang terdiri dari unsur asal saja yang tidak termasuk dalam peringkat ini. 2. 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. 3. 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
2002 digitized by USU digital library
1
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 berbedabeda didalam matriks. Definisi yang lebih bermakna yaitu menurut Agarwal dan Broutman, yaitu menyartakan 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. 3. Kepentingan 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 (5,10). Dalam kebanyakan bahan konvensional seperti keluli,walaupun kuat ianya mempunyai density yang tinggi dan rapuh. Oleh sebab itu bahan komposit yang mempunyai gabungan sifat yang diperlukan seperti yang tertera pada tabel di bawah ini yang mulai mendapatkan perhatian untuk menggantikan bahan konvensional. Tabel 1. Perbandingan sifat-sifat mekanikal antara bahan konvensional dan komposit Bahan Spesifik Kekuatan Kekuatan Modulus Modulus Grafity Tensile Spesifik Tensile Spesifik (Mpa) (MNm/kg) (Gpa) (MNm/kg) Keluli Allumenium Epoksi Epoksi/Kevlor 46(60%) Nylon Nylon/Serat Kaca (25%)
7,2 2,7 1,2 1,4 1,1 1,5
103,4-206,8 55,2-179,3 41,0 650,0 70,0 207,0
2002 digitized by USU digital library
14,4-28,7 20,4 34,2 646,3
82,7 68,9 4,5 40,0
11,5 25,5 3,8 28,6
61,4 138,0
2,0 14,0
1,8 9,3
2
4. 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. - 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. - 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. - 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. - 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. b. Sifat-sifat mekanikal dan fisikal Kebolehprosesan merupakan suatu kriteria yang penting dalam penggunaan suatu bahan untuk menghasilkan produk. Ini karena dikaitkan dengan produktivitas dan mutu suatu produk. Perbandingan antara produktiviti dan kualiti adalah penting dalam konteks pemasaran produk yang dipabrikasi. Selain dari itu kebolehprosesan juga dikaitkan dengan keberbagai teknik fabrikasi yang dapat digunakan untuk memproses suatu produk. Adalah jelas bahwa bahan komposit dibolehprosesan dengan berbagai teknik fabrikasi yang merupakan daya tarik yang dapat membuka ruang luas bagi penggunaan bahan komposit. Contohnya untuk komposit termoplastik yang mempunyai kelebihan dari segi pemrosesan yaitu ianya dapat diproses dengan berbagai teknik fabrikasi yang umum yang biasadigunakan untuk memproses termoplastik tanpa serat.
2002 digitized by USU digital library
3
c. Biaya Faktur 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. 5. Kegunaan Bahan Komposit Penggunaan bahan komposit sangat luas, yaitu untu : a. Angkasa luar - Komponen kapal terbang - Komponen Helikopter - Komponen satelit - Dan lain-lain b. Automobile - Komponen mesin - Komponen kereta - Dan lain-lain c. Olah raga dan rekreasi - Sepeda - Stick golf - Raket tenis - Sepatu olah raga - Dan lain-lain d. Industri Pertahanan - Komponen jet tempur - Peluru - Komponen kapal selam - Dan lain-lain e. Industri Pembinaan - Jembatan - Terowongan - Rumah - Dan lain-lain f.
Kesehatan - Kaki palsu - Sambungan sendi pada pinggang - Dan lain-lain g. Marine / Kelautan - Kapal layar - Kayak - Dan lain-lain h. Dan lain-lain
2002 digitized by USU digital library
4
DAFTAR PUSTAKA
1. Hull,D, “An Introduction to Composite Material”, Cambridge University Press, Cambridge, 1985 2. Reinhard, T.J, Linda, L.C,”Engineer Materials Handbook Composite” Vol.1 ASM International, Ohio.1987. 3. Kroschwitz, J.I, Grestle< F.P, “Encyclopedia of Polymer Science and Engineering”, 2 nd ed ., John Wiley and Sons Inc., New York, 1987. 4. Richardson, T.L., “Composite A design Guide”, Industrial Technology Departemant, Northen State College, South Dakota, Industrial Press Int, 1987. 5. Schwartz, M.M, ”Composite Materials Handbook:, 2 nd ed., Mc. Graw – Hill Inc., 1992. 6. Rosato, D.V, Di Matitia, D.P, “Disigning with Plastic and Composite : A Handbook”, Van Nostrand Reinhold, New York, 1991. 7. Agarwal, B.D, Broutman. L,J, “Analysis and Performance of Fubre Composite”, Wiley – Interscience, New York, 1990.
2002 digitized by USU digital library
5
