• Tidak ada hasil yang ditemukan

Teknologi modern mempersyaratkan material dengan kombinasi sifat yang tidak dipenuhi oleh paduan logam, keramik, dan polimer

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Membagikan "Teknologi modern mempersyaratkan material dengan kombinasi sifat yang tidak dipenuhi oleh paduan logam, keramik, dan polimer"

Copied!
56
0
0

Teks penuh

(1)

Komposit

Teknologi modern mempersyaratkan material dengan kombinasi sifat yang tidak dipenuhi oleh paduan logam, keramik, dan polimer

Aplikasi teknologi modern: ™Aerospace

™Underwater

(2)

Komposit

Pesawat terbang perlu sifat: 9Low densities

9Strong 9Stiff

9Abrasion and impact resistant 9Not easily corroded

In generally, Strong materials are: 9relatively dense

9increasing strength and results in a decrease in impact strength

(3)

Jenis material yang merupakan gabungan 2 atau lebih material yang berbeda sehingga diperoleh material baru dengan sifat yang lebih baik dan tidak dimiliki oleh komponen penyusunnya

¾

Matrix - fasa dominan

¾

Reinforcement – fasa minoritas

Komponen:

Komposit

Aplikasi :

ƒ

Pesawat terbang

ƒ

Otomotif

(4)

Komposit

Matrix

+

Reinforcement

¾ Polimer (resin) ¾ Logam (Al, Ni) ¾ Keramik (Al2O3, SiO2 ¾ Serat karbon ¾ Serat gelas ¾ Serat aramid (Kevlar)

(5)

Fungsi matrik dan serat

Fungsi matrik:

™Mengikat dan melindungi serat

™Meneruskan dan membagi beban ke

serat

Fungsi serat:

(6)

Sifat umum komposit

¾ Ringan ¾ Kuat ¾ Kaku

¾ Tangguh

¾ Tahan abrasi dan impak ¾ Tidak mudah terkorosi

Sifat merupakan fungsi:

™ Sifat fasa penyusunnya

™ Jumlah/konsentrasi fasa penyusunnya

™ Geometri dan ukuran fasa terdispersi (partikel/serat)

(7)
(8)

Klasifikasi Komposit

Composites Large-particle Structural Fiber-reinforced Particle-reinforced Dispersion-strengthened Continuous (aligned) Discontinuous (short) Aligned Random Laminates Sandwich

(9)

Large-particle composites

™

Interaksi partikel-matrik tidak terjadi pada

level atom atau molekul

™

Ukuran partikel > 100 nm

™

Partikel lebih keras dan kaku daripada

matrik

™

Peningkatan sifat mekanik tergantung

pada kekuatan antar muka partikel-matrik

(10)

Dispersion-strengthened composites

™

Ukuran partikel < 10-100 nm

™

Interaksi partikel-matrik terjadi pada

level atom atau molekul

™

Mekanisme penguatannya sama

dengan pengerasan presipitasi

(11)

Serat (fibre)

‰

Whisker

single crystal dan high aspect

ration

Contoh; graphite, S

i

C, S

i

N, Al

2

O

3

‰

Fiber

polycrystalline dan berdiameter

kecil

‰

Wire

(12)

Fiber-Reinforced Composites

Tujuan disain komposit yang diperkuat serat:

9High specific strength 9High specific stiffness

Dimana:

Òspecific strength = ratio of tensile strength to specific gravity

ÒSpecific stiffness = ratio of elasticity modulus to specific gravity

(13)

Pengaruh panjang serat

Sifat mekanik fiber-reinforced composites bergantung:

9Sifat serat

9Tingkat load/beban yang dipindahkan ke serat oleh matrik Î besar ikatan antar muka antara matrik dengan serat

(14)

Panjang kritis serat (l

c

)

Di mana:

9 = kekuatan tarik serat

9 = kekuatan ikatan matrik-serat atau kekuatan geser matrik 9d = diameter serat

(15)
(16)

Penjelasan profil tegangan

a. l = lc Î beban maksimum serat dicapai pada posisi tengah-tengah

b. l > lc Î penguatan serat lebih efektif c. l < lc Î penguatan serat sedikit, tidak

ada tranfer tegangan

l > 15 l

c

Î continous fiber

(17)
(18)
(19)

Continuous and aligned fiber composites

Longitudinal Transversal f m c

F

F

F

=

+

f f m m c c

A

σ

A

σ

A

σ

=

+

c f f c m m c

A

A

A

A

σ

σ

σ

=

+

f f m m c

σ

V

σ

V

σ

=

+

f m c

ε

ε

ε

=

=

f f f m m m c c

V

V

ε

σ

ε

σ

ε

σ

+

=

Untuk Pembebanan Arah Longitudinal:

Untuk beban longitudinal: bersifat isostrain Î

f m c

F

F

F

=

+

f f m m c c

A

σ

A

σ

A

σ

=

+

c f f c m m c

A

A

A

A

σ

σ

σ

=

+

f f m m c

σ

V

σ

V

σ

=

+

f m c

ε

ε

ε

=

=

f f f m m m c c

V

V

ε

σ

ε

σ

ε

σ

+

=

Untuk Pembebanan Arah Longitudinal:

(20)

Continuous and aligned fiber composites

Longitudinal Transversal f f m m l c

E

V

E

V

E

=

+

f f f m l c

E

V

E

V

E

=

(

1

)

+

Or

(21)

Continuous and aligned fiber composites

m m f f c TS V TS V TS ) ( ) ( ) ( = + m m f f m f V E V E F F =

Untuk kekuatan tarik (tensile strength = TS)

Untuk beban longitudinal, perbandingan beban yang diderita serat dengan matrik:

m m f f c TS V TS V TS ) ( ) ( ) ( = + m m f f m f V E V E F F =

Untuk kekuatan tarik (tensile strength = TS)

(22)

Continuous and aligned fiber composites

Keterangan:

c

F = beban yang diderita komposit

f

F = beban yang diderita serat

m

F = beban yang diderita matrik

c

σ = tegangan untuk komposit

f

σ = tegangan untuk serat

m

σ = tegangan untuk serat

c

A = luas penampang melintang untuk komposit

f

A = luas penampang melintang untuk serat

m

(23)

Continuous and aligned fiber composites

f

V = fraksi volum untuk serat

m

V = fraksi volum untuk matrik

c

ε = regangan untuk komposit

f

ε = regangan untuk serat

m

ε = regangan untuk matrik

cl

E = modulus elastisitas untuk komposit arah longitudinal

f

E = modulus elastisitas untuk serat

m

E = modulus elastisitas untuk matrik

c

TS )

( = kekuatan tarik untuk komposit

f

TS )

( = modulus elastisitas untuk serat

m

TS )

(24)

Continuous and aligned fiber composites

f m c

σ

σ

σ

=

=

m m f f c

ε

V

ε

V

ε

=

+

Untuk Pembebanan Arah Transversal:

Î bersifat isostress = tegangan sama untuk komposit, serat, dan matrik.

Ingat rumus: E σ ε = f f f m m m ct c V E V E E σ σ σ + = f m c

σ

σ

σ

=

=

m m f f c

ε

V

ε

V

ε

=

+

f m c

σ

σ

σ

=

=

m m f f c

ε

V

ε

V

ε

=

+

Untuk Pembebanan Arah Transversal:

Î bersifat isostress = tegangan sama untuk komposit, serat, dan matrik.

Ingat rumus: E σ ε = f f f m m m ct c V E V E E σ σ σ + =

(25)

Continuous and aligned fiber composites

Dimana

Ect

= modulus elastisitas komposit arah transversal.

Karena

σ c = σ m = σ f

maka,

f f m m ct E V E V E = + 1 m f f f f m m f f m f m ct V E V E E E E V E V E E E = + = (1 − ) + 1

Ingat

V f + Vm = 1

E

ct

(26)

Contoh soal

Komposit tersusun 40% serat gelas lurus-kontinyu dan 60% resin poliester. Modulus elastisitas serat gelas adalah 69 GPa sedangkan modulus elastisitas resin poliester kondisi mengeras adalah 3,4 GPa. Tentukan:

a. Modulus elastisitas komposit pada arah

longitudinal

b. Beban yang diderita oleh fasa serat dan matrik,

jika cross-section area 250 mm2 dan tegangan

50 MPa diberikan pada arah longitudinal

c. Regangan pada serat dan matrik jika tegangan pada b diberikan

d. Tensile strength komposit, jika tensile strength serat 3,5 GPa dan tensile strength resin poliester 69 MPa

(27)

POLYMER-MATRIX COMPOSITES

Komposit yang tersusun dari resin polimer sebagai matrik dengan serat sebagai bahan penguat

‰ GLASS FIBER-REINFORCED POLYMER

COMPOSITES (GFRP)

‰ CARBON FIBER-REINFORCED POLYMER

COMPOSITES (CFRP)

‰ ARAMID FIBER-REINFORCED POLYMER

(28)

SERAT GELAS (FIBER GLASS)

‰ Murah – paling banyak digunakan sebagai penguat ‰ Sifat bervariasi dari rendah hingga medium

‰ Sifat impaknya baik

‰ Konduktivitas listrik rendah

‰ Regangan kegagalan lebih tinggi dari serat karbon ‰ E-Glass : kuat, kaku, bersifat listrik

‰ S-Glass : kekuatan dan modulus tinggi,

‰ aircraft application

‰ C-Glass : tahan kimia ‰ Relatif berat

‰ Mudah menyerap air

(29)

SERAT GELAS (FIBER GLASS)

Aplikasi :

¾ Bodi kapal

¾ Bodi otomotif

(30)

SIFAT MATERIAL

Material Modulus Strength Relative density Steels 203 600-2000 7,3 Aluminium 75 70-80 2,6 Carbon fiber (HM) 340 2500 1,9 Carbon fiber (HS) 230 3200 1,8 Aramid fiber 124 2800 1,45 Glass fiber 76-86 1700 2,5

(31)

SERAT CARBON (FIBER CARBON)

™ Dapat terbuat dari PAN (polyacrylonitrile) or

Pitch

™ Ringan

™ Performa tinggi

™ Kekuatan tinggi - modulus medium - tinggi ™ Modulus rendah – kekuatan medium

-rendah

™ Konduktivitas termal dan listrik rendah

™ Relatif mahal

™ Penampang melintang isotropik

(32)
(33)

SERAT ARAMID (FIBER ARAMID)

™ Kekuatan tarik tinggi

™ Ketangguhan dan Modulus tinggi ™ Konduktivitas listrik rendah

™ Ketahanan kimiawi tinggi ™ Penyusutan termal rendah

™ Konduktivitas termal dan listrik rendah ™ Kestabilan dimensinya sangat baik

™ Tahan potongnya tinggi ™ Tahan nyala api

™ Mudah menyerap air (hygroscopic)

™ Problem dalam kekuatan tekan

(34)
(35)

MATRIK KOMPOSIT

RESIN TERMOSET

¾ Polyester (GRP) – murah dan aplikasi luas ¾ Epoxy – lebih mahal dan sifat mekanik

lebih baik

¾ Phenolics – tahan api

¾ Polyimides temperatur tinggi – sangat mahal

POLIMER TERMOPLASTIK

¾ Polypropylene – termurah, + serat gelas

¾ Nylon – banyak dipakai industri, dgn serat gelas ¾ Polycarbonate

(36)

MATRIAL PENGUAT SERAT LAINNYA

¾

Boron – sudu rotor helikopter

¾

Silikon karbida - roket

(37)

METAL-MATRIX COMPOSITES

Komposit yang tersusun dari matrik logam,

logamnya biasanya ulet

MATRIK ¾ Al ¾ Mg ¾ Ti ¾ Cu ¾ Ni ¾ Co PENGUAT ¾ Partikel ¾ Wisker ¾ C, SiC,B, Al2O3 ¾ W

(38)

CERAMIX-MATRIX COMPOSITES

Komposit yang tersusun dari matrik keramik

MATRIK ¾ Al2O3 ¾ ZrO2 ¾ SiC ¾ Si3N4 PENGUAT ¾ Wisker SiC ¾ Al2O3

(39)

CARBON-CARBON COMPOSITES

Komposit yang tersusun dari matrik karbon

dan diperkuat serat karbon

¾

Relatif baru dan mahal

¾

Modulus elastisitas dan kekuatan tariknya tinggi

¾

Tahan suhu tinggi (lebih dari 2000°C)

¾

Tahan terhadap creep (mulur)

¾

Nilai ketangguhan terhadap retaknya tinggi

¾

Low coefficient of thermal expansion

¾

High thermal conductivity

¾

Low susceptibility to thermal shock

¾

High-temperature oxidation

(40)

CARBON-CARBON COMPOSITES

Aplikasi :

¾

Rocket motor

¾

Friction materials in aircraft dan

high-performance automobiles

¾

Hot-pressing molds

¾

Components in advanced turbine

(41)

HYBRID COMPOSITES

Komposit yang tersusun dari dua atau lebih

jenis serat yang berbeda dan matrik tunggal

¾

Relatif baru dan mahal

¾

Modulus elastisitas dan kekuatan tariknya tinggi

¾

Tahan suhu tinggi (lebih dari 2000°C)

¾

Tahan terhadap creep (mulur)

¾

Nilai ketangguhan terhadap retaknya tinggi

¾

Low coefficient of thermal expansion

¾

High thermal conductivity

¾

Low susceptibility to thermal shock

¾

High-temperature oxidation

(42)

HYBRID COMPOSITES

Aplikasi :

¾

Komponen

struktural

transportasi

udara, air, dan darat

¾

Alat olah raga

¾

Komponen orthopedik ringan

Contoh:

glass-carbon hybrid

(serat karbon+serat gelas+matrik resin)

Î Lebih kuat dan tangguh, ketahanan impak

(43)

PROCESSING OF FIBER-REINFORCED COMPOSITES

™

PULTRUSION

™

PREPREG

(44)

PULTRUSION

Untuk

memproduksi

komponen

yang

memiliki

panjang

kontinyu

dan

bentuk

dengan

penampang

melintang

konstan

(batang, pipa, balok)

(45)

PULTRUSION

Ò Mula-mula

gulungan

serat

kontinyu

dilewatkan

di

dalam

resin termoset,

kemudian ditarik melewati dies/cetakan

baja untuk membentuk sesuai keinginan

dan juga menetapkan perbandingan resin

dengan serat

Ò Kemudian

melewati

curing die yang

dimesin presisi sehingga menghasilkan

bentuk final, die ini juga dipanaskan untuk

mengawali curing dari matrik resin

Ò Puller (penarik) menarik melalui dies dan

(46)

PULTRUSION

Ò

Penguat utama; serat gelas, karbon, aramid

(40-70%)

Ò

Material matrik; poliester, epoksi, vinyl

ester

Ò

Proses kontinyu yang mudah diotomasi

Ò

Laju produksi tinggi

Ò

Murah

(47)
(48)

PREPREG

Ò

Gulungan serat kontinyu dilewatkan dan

dipress

di

antara

lembaran

kertas

pembawa

dan

pelepas

menggunakan

roller yang dipanaskan (“calendering”)

Ò

Lembaran kertas pelepas telah dilapisi

dengan film tipis dari larutan resin yang

dipanasi dengan viskositas yang rendah

Ò

“Doctor blade”

merentangkan

resin

menjadi film dengan ketebalan dan lebar

yang uniform

(49)
(50)

Ò

Mula-mula serat dilewatkan ke dalam bak

resin

Ò

Kemudian secara kontinyu digulungkan ke

dalam mandrel, biasanya menggunakan

peralatan penggulungan otomatis

Ò

Setelah jumlah layer terpenuhi, curing

dilakukan in dalam oven atau pada suhu

kamar setelah mandrel dilepas

FILAMENT WINDING

Proses pembuatan komposit dimana serat

penguat kontinyu diposisikan di dalam pola

untuk membentuk bentuk hollow (silindris)

(51)

Ò Berbagai pola penggulungan (circumferential, helical, polar)

Ò Memiliki perbandingan kekuatan dan berat yang sangat tinggi

Ò Tingkat pengontrolan keseragaman penggulungan dan orientasi sangat tinggi

Ò Lebih ekonomis

FILAMENT WINDING

Aplikasi :

¾ Rocket motor casing

¾ Storage tanks and pipes ¾ Pressure vessel

(52)

STRUCTURAL COMPOSITES

Komposit yang memiliki sifat yang tidak

hanya tergantung pada sifat penyusunnya

tetapi juga pada disain geometri elemen

strukturnya

A.

LAMINAR COMPOSITES

(53)
(54)
(55)

SANDWICH PANELS

Kelas komposit struktural yang terdiri dari 2

lembaran luar yang kuat dan ditengah/inti

dengan

material ringan

yang memiliki

kekakuan dan kekuatan yang lebih rendah

Material luar:

Ò

Paduan Al

Ò

plastik yang diperkuat serat

Ò

Titanium

Ò

Baja

(56)

SANDWICH PANELS

Fungsi Inti/Core:

Ò

Memisahkan

muka

dan

menahan

deformasi yang tegak lurus terhadap

bidang muka

Ò

Memberikan

tingkat

rigiditas

geser

sepanjang

bidang

yang tegak

lurus

terhadap bidang

Aplikas:

¾

atap, lantai, dinding,

¾

pesawat (wings, fuselage, and

Referensi

Dokumen terkait

Dalam aspek Akademis perkembangannya dapat dilihat nyata dalam pemberian nilai dalam setiap mata pelajaran dan nilai akhir sekolah evaluasi dalam aspek ini dapat

Di bawah yang tertakluk kepada Sebutharga dan Spesifikasi Kerja dan pelan-pelan, saya yang bertandatangan di bawah ini adalah dengan ini menawarkan untuk melaksanakan

HUBUNGAN FAKTOR SOSIODEMOGRAFI (UMUR, JENIS KELAMIN, TINGKAT PENDIDIKAN) DENGAN KUALITAS HIDUP PENDUDUK DI KELURAHAN KOLONGAN KECAMATAN TOMOHON TENGAH KOTA

e. Program Peningkatan Mutu Pendidik dan Tenaga Kependidikan Jumlah kegiatan yang dilaksanakan sebanyak 31 kegiatan dengan total anggaran yang dialokasikan melalui APBD

Keseluruhan harta pusaka dan harta benda si mati, boleh alih dan tak boleh alih, yang berada dalam bidang kuasa tidak termasuk apa yang si mati memiliki atau berhak mendapat

Berdasarkan hasil penelitian ini dapat disimpulkan bahwa ikan Sili yang ditemukan dari Sungai Ngrowo, Kabupaten Tulungagung secara morfologi merupakan genus

Yaitu kegiatan mengumpulkan dan mencari data dengan cara langsung maupun tidak langsung terjun kelapangan untuk melakukan peninjauan dengan mengamati, mendengar dan bila

Sistem nilai budaya merupakan inti dari suatu kebudayaan (yang dianggap bernilai tinggi) yang menjiwai semua pedoman yang mengatur tingkah laku warga kebudayaan yang