2.3 Komponen Bahan Komposit
2.3.3 Reinforcement atau Filler
Reinforcement (penguat) adalah salah satu bagian utama dari komposit yang berfungsi sebagai penanggung beban utama pada komposit.
Reinforcement agent pada komposit dapat berbentuk:
a. Fiber (serat)
b. Partikel c. Flake
Gambar 2.6 Struktur Bagan Komposit
Https://ramatawa.files.wordpress.com/2008//11/klas-komposit.jpg
2.3.3.1 Particulate (Partikel)
Komposit partikel merupakan komposit yang mengandung bahan penguat berbentuk partikel atau serbuk. Partikel sebagai bahan penguat sangat menentukan sifat mekanik dari komposit karena meneruskan beban yang didistribusikan oleh matrik. Ukuran, bentuk dan material partikel adalah faktor-faktor yang mempengaruhi sifat mekanik dari komposit partikel. Hal yang perlu diperhatikan dalam pembuatan komposit partikel adalah menghilangkan unsur udara dan air karena partikel yang berongga atau memiliki lubang udara kurang baik digunakan dalam campuran komposit. Adanya udara dan air di sela-sela partikel dapat mengurangi kekuatan dan mengurangi ketahanan retak bahan. Komposit partikel merupakan produk yang dihasilkan dengan menempatkan partikel-partikel dan sekaligus mengikatnya dengan suatu matrik bersama-sama dengan satu atau lebih unsur-unsur perlakuan seperti panas, tekanan, kelembaban, katalisator dan lain- lain.
Komposit partikel ini berbeda dengan jenis serat acak sehingga bersifat isotropis. Kekuatan komposit serat dipengaruhi oleh tegangan koheren di antara fase partikel dan matrik yang menunjukkan sambungan yang baik.
Sifat-sifat komposit partikel dipengaruhi beberapa faktor, antara lain: 1. Ukuran dan bentuk partikel
2. Sifat-sifat atau bahan partikel 3. Rancangan partikel
4. Rasio perbandingan antara partikel
Partikel sebagai elemen penguat sangat menentukan sifat mekanik dari komposit karena meneruskan beban yang di distribusikan oleh matrik.Ukuran, bentuk dan material partikel adalah faktor-faktor yang mempengaruhi property mekanik dari komposit partikel. Pengaruh peningkatan kehalusan partikel pada komposit antara lain :
1) Memperkecil diameter pori 2) Meningkatkan kerapatan 3) Meningkatkan nilai porositas
4) Meningkatkan kekuatan tekan dan kekuatan lentur
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.
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 largeparticle composite adalah cemet dengan sand atau gravel, cemet sebagai matrik dan sand atau gravel, cemet sebagai matrik dan sand sebagai partikel, Sphereodite
steel (cementite sebagai partikulat), Tire (carbon sebagai partikulat), Oxide-Base Cermet (oksida logam sebagai partikulat).
Gambar 2.7 a. Flat flake sebagai penguat b. Filler sebagai penguat Sumber:
http://3.bp.blogspot.com/- owtpgqejuxq/wruu281lhli/aaaaaaaaacny/uzyizhpxagtwl-bhqkjes7kty9swee6wcew/s1600/6.png
Dispersion strengthened particle
a) Fraksi partikulat sangat kecil, jarang lebih dari 3%. b) Ukuran yang lebih kecil yaitu sekitar 10-250 nm. 2.3.3.2Flake composites
Komposit serpihan terdiri atas serpihan-serpihan yang saling menahan dengan mengikat permukaan atau dimasukkan ke dalam matrik. Pengertian dari serpihan adalah partikel kecil yang telah ditentukan sebelumnya yang dihasilkan dalam peralatan yang khusus dengan orientasi serat sejajar permukaannya. Sifat-sifat khusus yang dapat diperoleh dari serpihan adalah bentuknya besar dan datar sehingga dapat disusun dengan rapat untuk menghasilkan suatu bahan penguat yang tinggi untuk luas penampang lintang tertentu. Pada umumnya serpihan-serpihan saling tumpang tindih pada suatu komposit sehingga dapat membentuk lintasan fluida ataupun uap yang dapat mengurangi kerusakan mekanis karena penetrasi atau perembesan.
2.3.3.3Fiber (Fibricius Composite)
Komposit serat (Fibricius Composite) adalah komposit yang terdiri dari serat dan matrik yang dibuat secara fabrikasi, misalnya serat ditambah resin sebagai bahan
perekat. Komposit serat merupakan jenis komposit yang hanya terdiri dari satu lamina atau satu lapisan yang menggunakan penguat berupa serat. Serat yang digunakan bisa berupa fibers glass, fibers carbon ,fibers nylon, dan fibers graphite. Serat ini disusun secara acak (chopped strand mat) maupun dengan orientasi tertentu bahkan bisa juga dalam bentuk yang lebih komplek seperti anyaman, sebagai contoh FRP (Fibrous Reinforce Plastik) plastik yang diperkuat dengan serat dan banyak digunakan, yang sering disebut fiber glas, contoh lainya PCB (Pulp Cement Bord) semen yang diperkaya dengan serat pulp dan dicetak dalam lembaran datar atau gelombang. PCB menggantikan papan asbes dalam penggunaanya, karena asbes akan terhisap dan merugikan kesehatan dengan menimbulkan ganguan kesehatan pada paru-paru.
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.
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 dari pada matrik penyusun komposit (Vlack L. H., 1985).
Berdasarkan penempatannya terdapat beberapa tipe serat pada komposit yaitu: a. Continuous Fibre Composite
Tipe ini mempunyai susunan serat panjang dan lurus, membentuk lamina diantara matriknya. Tipe ini mempunyai kelemahan pemisahan antar lapisan. Jenis
komposit ini paling banyak digunakan. Kekurangan tipe ini adalah lemahnya kekuatan antar lapisan. Hal ini dikarenakan kekuatan antar lapisan dipengaruhi oleh matriknya.
Gambar 2.8 Continuous fibre composite.(Gibson, 1994)
b. Woven Fibre Composite (bi-directional)
Komposit ini tidak mudah dipengaruhi pemisahan antar lapisan karena susunan seratnya mengikat antar lapisan. Susunan serat memanjangnya yang tidak begitu lurus mengakibatkan kekuatan dan kekakuan melemah.
3. Discontinous Fibre Composite
Discontinous Fibre Composite adalah tipe komposit dengan serat pendek.
Gambar 2.10 Hybrid FiberComposite. (Gibson, 1994)
Tipe ini dibedakan lagi menjadi 3 : a) Aligned discontinous fibre
b) Off-axis aligned discontinous fibre
c) Randomly oriented discontinous fibre
2.3.3.4 Struktural
Komposit struktural dibentuk oleh reinforce-reinforce yang memiliki bentuk lembaran-lembaran. terdiri dari sekurang-kurangnya dua material berbeda yang direkatkan bersama-sama. Proses pelapisan dilakukan dengan mengkombinasikan aspek terbaik dari masing-masing lapisan untuk memperoleh bahan yang berguna. Berdasarkan struktur, komposit dapat dibagi menjadi dua yaitu struktur dan struktur sandwich.
a) 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. Struktur laminate dapat dilihat pada Gambar 4.
Gambar 2.11 Mikrostruktur lamina. (Widodo, 2008)
b) 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), polyvynilClorida (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. Struktur komposit sandwich bisa di lihat pada Gambar 5.
Gambar 2.12 Structural Composites Sandwich Panels.(Widodo, 2008)