BAB II DASAR TEORI
2.5 Komposit
2.5.3 Klasifikasi Komposit
2.5.3.1 Klasifikasi Komposit Berdasarkan Matriks
Pada dasarnya komposit dapat dibagi kedalam tiga kelompok berdasarkan matriknya. Matrik sendiri berfungsi untuk perekat dan pelindung dari kerusakan. Berikut klasifikasi komposit berdasarkan matrik. Pada gambar 2.8 menunjukkan klasifikasi komposit berdasarkan matriksnya.
Gambar 2.8 Klasifikasi komposit berdasarkan matriknya
Sumber : https://yudiprasetyo53.com/2011/12/04/aplikasi-biokomposit-pada-bidang-otomotif/
a. Matrik Logam (Metal Matrix Composites - MMC)
Metal Matrix Composites adalah jenis komposit yang menggunakan logam sebagai matrik dan menggunakan serat sebagai penguatnya. Metal Matrix Composites mempunyai kelebihan dan kekurangan dibandingkan komposit yang menggunakan matrik lain.
Kelebihan Metal Matrix Composites.
a. Tahan terhadap temperatur tinggi dan tidak mudah terbakar
b. Kekuatan terhadap tekanan geser yang tinggi
c. Awet dan tahan aus sehingga bisa digunakan dalam jangka waktu yang panjang
d. Transfer regangan dan tegangan yang baik
Kekurangan Metal Matrix Composites.
a. Biaya dalam proses pembuatan mahal
b. Standarisasi material dan proses yang sedikit
b. Matrik Keramik (Ceramic Matrix Composites - CMC)
Ceramic Matrix Composites adalah jenis komposit yang menggunakan keramik sebagai matrik. Ceramic Matrix Composites adalah komposit dengan 2 lapis, proses pertama sebagai reinforcement sedangkan proses kedua sebagai matrik. Reinforcement yang biasa digunakan pada Ceramic Matrix Composites
adalah nitrid, oksida dan carbide. Proses pembuatan yang biasa dilakukan untuk membuat komposit ini adalah reaksi oksidasi leburan logam agar terjadi pertumbuhan keramik yang digunakan sebagai penguat filler. Ceramic Matrix Composites memiliki kelebihan dan kekurangan dibandingkan komposit yang menggunakan matrik lain.
Kelebihan Ceramic Matrix Composites .
a. Permukaan komposit tahan aus
b. Kekuatan komposit sangat tinggi hampir setara dengan cast iron
c. Pada temperatur tinggi unsur kimianya stabil dan tahan pada penggunaan dengan temperatur yang tinggi.
d. Dimensinya stabil sehingga sangat tidak mungkin berubah bentuk
Kekurangan Ceramic Matrix Composites .
a. Biaya dalam proses pembuatan mahal
b. Sulit untuk diproduksi dalam jumlah besar
c. Hanya bisa diaplikasikan pada sistem khusus
c. Matrik Polimer (Polymer Matrix Composites - PMC)
Polimer Matrix Composites adalah jenis komposit yang menggunakan polimer sebagai matrik. Polymer Matrix Composites adalah jenis komposit yang tersusun dari serat pendek yang berkelanjutan dan disatukan oleh polimer.
Komposit ini terdiri dari dua bagian yaitu matrik dan bahan penguat yang selanjutnya dijadikan satu dan menjadi komposit. Polymer Matrix Composites memiliki kelebihan dan kekurangan dibandingkan komposit yang menggunakan matrik lain.
Kelebihan Polymer Matrix Composites.
a. Spesific strength dan stiffness tinggi
b. Komposit yang dihasilkan ringan
1) Thermoplastic
Thermoplastic adalah jenis plastik yang digunakan berulang dengan cara dipanaskan dan dapat dibentuk ulang dan untuk membuatnya keras kembali cukup dengan didinginkan pada suhu ruangan biasa. Thermoplastic dapat melekat mengikuti penurunan suhu saat pendinginan, selain itu sifat thermoplastic adalah dapat meleleh pada suhu tertentu dan mempunyai sifat bisa mempunyai sifat aslinya (reversibel).
2) Thermoset
Termoset mempunyai sifat yang berkebalikan dengan thermoplastic, hal ini dilihat dari sifat thermoset yang tidak dapat kembali ke bentuk semula apabila sudah dikeraskan walaupun menggunanakan suhu yang tinggi (irreversibel). Karena sifat termoset yang tidak dapat dibentuk kembali walaupun diberi panas maka thermoset sering digunakan untuk membuat komponen yang tahan panas
seperti tutup ketel, apabila thermoset dipanaskan dengan suhu yang tinggi hanya akan membentuk arang dan terurai. Thermoset sangat sedikit digunakan dalam kehidupan sehari – hari dibandingkan dengan thermoplastik.
Tabel 2.2 Kekuatan polimer
Sumber : Tata Surdia, Pengetahuan Bahan Teknik, Cetakan Ke-6 PT. Pradnya Paramita 2005. Resin Thermoplastic Kekuatan Tarik (kgf/mm2) Perpan- jangan (%) Modulus Elastik (kgf/mm2 X 102) Kekuatan Tekan (kgf/mm2) Kekuatan Lentur (kgf/mm2) ---Stiren : G.P. 4,5 - 6,3 1,0 - 2,5 2,8 - 3,5 8 - 11,2 6,9 - 9,8 Dikopolimerkan Dengan Akrilonotril 6,6 - 8,4 1,5 - 3,5 2,8 - 3,9 9,8 - 11,9 9,8 - 13,3 Resin ABS 1,6 - 6,3 10 - 140 0,7 - 2,8 1,7 - 7,7 2,5 - 9,4 Nilon : Nilon 6 7,1 - 8,4 25 - 320 1,0 - 2,6 4,6 - 8,5 5,6 - 11,2 Nilon 66 4,9 - 8,4 25 - 200 1,8 - 2,8 5 - 9,1 5,6 - 9,6 Polietilen :
Massa Jenis Tinggi 2,1 - 3,8 15 - 100 0,4 – 1 2,2 0,7
Massa Jenis Rendah 0,7 - 1,4 90 - 650 0,14 - 0,24 ---
---Polipropilen --- 3,3 - 4,2 200 - 700 1,1 - 1,4 4,2 - 5,6 4,2 - 5,6 Resin PVC : Kaku 3,5 - 6,3 2,0 -40 2,4 - 4,2 5,6 - 9,1 7 - 11,2 Dengan Pemlastis 0,7 - 2,4 200 - 400 --- 0,7 - 1,2 ---Poliasetal : 15 - 40 Delrin 6,1 – 7 ext. 75 2,4 - 2,8 12,6 8,4 - 9,8 Polikarbonat : --- 5,6 - 6,6 60 - 100 22 7,7 7,7 - 9,1 Politetrafluoroetilen : (Telfon) 1,4 - 3,1 200 - 400 0,4 1,19 ---Baja Lunak ---Untuk Konstruksi 0,1 - 0,2% C 38 30 300 38
Tabel 2.3 Kekuatan polimer
Sumber : Tata Surdia, Pengetahuan Bahan Teknik, Cetakan Ke-6 PT. Pradnya Paramita 2005. Resin Thermoset Kekuatan Tarik (kgf/mm2) Perpan- jangan (%) Modulus Elastik (kgf/mm2 X 102) Kekuatan Tekan (kgf/mm2) Kekuatan Lentur (kgf/mm2) ---Resin Fenol (Bakelit) :
Tanpa pengisi 4,9 - 5,6 1,0 - 1,5 5,2 - 7 7,0 - 21 8,4 - 10,5
Dengan bubuk kayu 4,5 – 7 0,4 - 0,5 5,6 - 12 15,4 - 25,2 5,9 - 8,4
Dengan asbes 3,8 - 5,2 0,18 - 0,5 7,0 - 21 14 - 24 5,6 - 9,8
Dengan serat glass 3,6 – 7 0,2 23,1 12 - 24,0 7,0 - 42
Resin Melamin : Dengan pengisi --- --- --- --- ---Dengan selulosa 4,9 - 9,1 0,6 - 1,0 8,4 - 9,8 17,5 - 30,1 7 - 11,2 Resin Urea : Dengan selulosa 4,2 - 9,1 0,4 - 1,0 7 - 10,5 17,5 - 31 7 - 11,2 Resin Poliester : Dengan pengisi (coran kaku) 4,2 - 9,1 < 5 2,1 - 4,2 9,1 - 25 5,9 - 16,1
Dengan serat glass 17,5 - 2,1 0,5 - 5,0 5,6 - 14 10,5 - 21 7,0 - 28
Dengan serat sintetik 3,1 4,2 --- --- 14 - 21 7,0 - 8,4
Resin Epoksi : Dengan pengisi
(coran) 2,8 - 9,1 3,0 - 6,0 2,4 10,5 - 17,5 9,3 - 14,7
Dengan serat glass 9,8 - 2,1 4 2,1 21 - 26 14 - 21
Resin Silikon :
Dengan serat glass 2,8 - 3,5 --- --- 7,0 - 10,5 7 - 9,8
2.5.3.2 Klasifikasi Komposit Berdasarkan Jenis Penguat
Dalam pembuatan komposit dapat menggunakan berbaga jenis penguat yang berbeda sesuai dengan tujuan pembuatan komposit, pada gambar 2.9 dapat dilihat klasifikasi komposit berdasarkan jenis penguatnya.
Gambar 2.9 Klasifikasi komposit berdasarkan penguatnya Sumber :
https://yudiprasetyo53.com/2011/12/04/aplikasi-biokomposit-pada-bidang-otomotif/
Dilihat dari gambar 2.9 dapat diketahui bahwa secara garis besar klasifikasi komposit berdasarkan penguatnya yaitu :
a. Particulate composite, komposit yang penguatnya berbentuk partikel
b. Fibre composite, komposit yang penguatnya berbentuk serat
c. Structural composite, komposit yang penguatnya merupakan gabungan dari beberapa material
Agar lebih mudah dalam pemahaman terhadap bentuk dari penguat dapat dilihat gambar 2.10 yang menyajikan ilustrasi dari bentuk penguat komposit.
Gambar 2.10 Ilustrasi komposit berdasarkan penguatnya Sumber : http://slideplayer.info/slide/12130376/
a. Partikel Sebagai Penguat (Particulate Composite)
Dalam penggunaan partikel sebagai penguat komposit mempunyai beberapa keuntungan yaitu :
a. Kekuatan dapat seimbang pada berbagai arah
b. Penguatan dan pengerasan dengan cara mengurangi dislokasi
c. Dapat digunakan untuk meningkatkan kekerasan dan kekuatan material.
Pada pembuatan komposit yang disusun reinforcement berbentuk partikel dapat dengan berbagai proses sepeti berikut :
a. Stir Casting
b. In-Situ Process
c. Metalurgi Serbuk
d. Spray Deposition
e. Infiltration process
Pada partikel yang digunakan sebagai penguat ini dibedakan menjadi dua berdasarkan panjang partikel yang digunakan.
1. Large Particle
Pada jenis ini partikel harus berukuran kecil dan terdistribusi secara merata, dimana interaksi yang terjadi antara partikel dan matrik tidak terjadi dalam skala molekular atau atomik.
2. Dispersion Strengthened Particle
Fraksipartikelnya sangat kecil, biasanya jarang lebih dari 3% dan ukuran lebih kecil yang hanya berkisar antara 10 – 250 nm.
b. Fiber Sebagai Penguat (Fiber Composite)
Titik utama kekuatan komposit berasal dari serat yang digunakan, sehingga pemilihan serat sangat penting terhadap kekuatan komposit, hal ini dikarenakan apabila komposit mengalami tegangan akan terkena matrik terlebih dahulu dan diteruskan ke serat, sehingga serat akan menahan beban sampai titik maksimal kekuatan komposit. Dilihat dari peran serat yang sangat penting pada komposit mengharuskan serat mempunyai sifat modulus elastisitas dan tegangan tarik yang lebih tinggi dibanding matrik dari komposit tersebut. Berikut adalah syarat utama yang harus dimiliki fiber :
a. Mempunyai tensile strength yang tinggi
b. Nilai kekuatan fiber harus lebih tinggi dibanding matrik namun diameternya lebih kecil daripada matriknya sendiri.
Aspek utama fiber dalam pembuatan komposit :
a. Ukuran dan bentuk
b. Orientasi dan konsentrasi
Pada jenis penguat yang menggunakan fiber ada beberapa macam jenis penempatan fiber yang digunakan sesuai kebutuhan. Pada gambar 2.11 ditunjukkan beberapa jenis penempatan fiber sebagai penguat pada komposit.
Gambar 2.11 Tipe serat fiber pada komposit Sumber : http://slideplayer.info/slide/11855127/
1. Continous Fiber Composite
Continous fiber composite memiliki susunan serat lurus yang panjang dan lurus. Jenis komposit ini paling umum dan banyak digunakan dalam kehidupan sehari – hari. Namun kekuatan antar lapisan pada komposit tipe ini ditentukan oleh matriknya sehingga komposit ini mempunyai kekurangan lemahnya kekuatan antar lapisan.
2. Woven Fiber Composite
Susunan serat pada tipe ini memanjang namun tidak begitu lurus mengakibatkan serat tipe ini tidak mempunyai kekuatan dan kekakuan sebaik pada tipe continuous fiber.
3. Discontinuous Fiber Composite
Discontinuous fiber composite merupakan komposit dengan serat yang pendek dan tersebar secara acak diantara matriknya. Karena tipe serat yang pendek dan acak ini kekuatan komposit tipe ini adalah sifat mekaniknya masih dibawah dibandingkan dengan serat lurus pada jenis serat yang memiliki tipe sama. Tipe komposit ini sering digunakan pada produksi skala besar karena biaya yang dibutuhkan dalam pembuatannya cenderung murah.
4. Hybrid Fiber Composite
Tipe komposit ini merupakan gabungan antara tipe serat acak dan tipe serat lurus. Komposit jenis ini dibuat dengan maksud agar kekurangan dari kedua jenis komposit dapat diminimalisir dan menyatukan kelebihannya.