Material Penyusun Komposit

    Komposit terdiri dari dua material penyusun yaitu serat dan matriks, dimana serat berfungsi untuk memberikan kekuatan dan kekaakuan dari komposit. Sedangkan matriks adalah material yang berfungsi untuk ketahanan terhadap beban.

Matrix

    Material komposit terdiri dari matrik dan filler (pengisi). Matrik dapat diartikan sebagai material pengikat antara serat tetapi tidak terjadi reaksi kimia dengan pengisi dari komposit tersebut. Bahan yang umum dipakai dalam matrik adalah polimer, metal, dan keramik. Pada saai ini polimer sering digunakan dalam bahan pembuatan komposit dikarenakan kelebihan polimer yang ringan dan tahan korosi (Schwartz, 1992). Bahan matrik yang baik untuk memenuhi persyaratan pencetakan komposit yaitu:

1. Memiliki daya rekat yang baik dengan bahan penguat.

2. Mempunyai penyusutan yang kecil, pada pengawetan.

3. Memiliki viskositas rendah, dapat sesuai dengan bahan penguat, dan permeabel. (Surdia, 1999)

4. Dapat diukur dalam temperatur kamar dalam waktu yang optimal

    Pada umumnya fungsi matrik dalam komposit menurut (Schwartz, 1992) adalah sebagai berikut:

1. Menjaga serat agar tetap berada didalam strukture.

2. Melindungi serat dari kerusakan dikarenakan keadaan lingkungan yang kurang baik.

3. Membantuk mendistribusikan atau menstransfer beban yang diterima

    Material yang menggunakan matrik berupa polimer dapat kategorikan dalam Polymer Matrix Composite (PMC). Secara umum plastik adalah bahan bukan logam yang mampu dicetak sesuai dengan keinginan. Pengikat antara partikel maupun serat digunakan matrik, matrik polimer dibedakan menjadi dua yaitu:

• Termoset

    Material jenis termoset tidak dapat mengikuti perubahan suhu. Jadi jika material telah mengalami pengerasan maka tidak dapat dilunakan kembali. Pemanasan pada suhu tinggi tidak bisa melunakan material termoset akan tetapi material tersebut kemudian membentuk arang dan terjadi penguraian karena sifatnya yang memang sedemikian rupa, biasa digunakan dalam tutup ketel, jenis melamin. Plastik jenis termoset tidak terlalu baik untuk dilakukan proses daur ulang dikarenakan sulit untuk proses penanganan material tersebut dan volume lebih sedikit ( sekitar 10%) dari volume jenis plastik yang bersifat termoplastik.

Resin Melamin

Resin melamin merupakan resin yang tersusun dari 3 gugus amino. Bahan ini biasanya bereaksi secara termal dengan katalis. Pembuatan material ini menggunakan metode tekanan dan injeksi, temperatur pencetakan berkisar pada suhu 150°C-170°C, dengan tekanan pecetakan 150-250 , waktu pencetakan 60 detik.Material ini memliki keunggulan dalam ketahanan air ( khususnya terhadap air mendidih), ketahanan panas, ketahanan terhadap isolasi listrik. Pengunaan utamanya untuk alat makan, bagian komponen listik.

Resin poliuretan

Poliuretan terutama dihasilkan oeh reaksi diisosianat dan senyawa polihidroksi, disebut poliol karena mempunyai lebih dari dua ggus OH. Material ini mepunyai ketahanan abrasif, ketahanan pelarut, yang baik maka dari itu digunakan dalam cat, serat elastis, kulit sintetik.

• Termoplastik

    Termopalstik adalah jenis material yang mempunyai sifat tidak tahan terhadap panas. Jika dipanaskan maka material tersebut akan menjadi lunak dan saat dingin akan kembali mengeras. Material matrik ini dapat dipanaskan secara berulang-ulang, sehingga dapat dibentuk secara berulang-ulang sesuai dengan cetakan yang diinginkan. Bentuk awal dari produk ini biasanya bubuk atau pelet. Salah satu jenis termoplastik yaitu:

Polietilen

    Polietilen dibuat dengan cara polimerisasi gas etilen, yang diperoleh dengan memberi hidrogen gas petrolium padah pemecah minyak (nafta), gas alam. Polimerisasi ditunjukan pada gambar 2.7 dibawah ini.

   Polietilen kemudian digolongkan menjadi polietilen tekanan tinggi (HDPE), polietilen tekanan medium (MDPE), dan polietilen tekanan rendah (LDPE), terggantung tekanan saat polimerisasi berlangsung. LDPE mempunyai masa jenis 0,910-0,926, MDPE mempunyai massa jenis 0,926-0,940, HDPE mempunyai massa jenis 0,941-0,965 (Surdia, 1999). Secara kimia polietilen merupakan parafin yang mempunyai berat molekul tinggi. Material ini terbakar jika dinyalakan dan titik nyala dari material ini adalah 190°C. Polietilen adalah polimer non polar yang memiliki sifat listrik yang baik, banyak digunakan dalam bahan isolaso untuk TV. Polietilen pada temperatur rendah bersifat fleksibel tahan impak dan tahan bahan kimia, karena itu sering digunakan untuk berbagai keperluan termasuk untuk pembuatan berbagai wadah, alat dapur, botol, film pipa, isolator kabel listrik.

Polipropilen

    Polipropilen adalah material termoplastik yang tersusun dari propilen yang kemudian yang diperoleh dengan menggunkan metode tekanan rendah dengan menggunakan katalis Zieger-Natta (Surdia, 1999).

    

    Polipropilen mempunyai sifat hampir sama dengan polieten. Massa jenis rendah yaitu 0,90-0,92. Polipropilen merupakan kelompok yang paling ringan diantara bahan polimer yang lainnya. Mudah terbakar jika dinyalakan. Jika dibandingkan dengan polietilena, polipropilen memiliki titik lunak lebih tinggi yaitu 176°C. Kekuatan tarik, kekuatan lentur dan kekakuannya lebih tinggi jika dibandingkan dengan ketahanan impaknya. Sifat tembus cahaya yang lebih baik daripada polietilen sehingga permukaan menjadi mengkilap. Material ini dapat diperbaiki sifat mekaniknya menggunakan tambahan berupa serat gelas. Pemuaian termal dari material ini bisa diperbaiki menjadi setingkat dengan resin termoset.

    Molekul polipropilen mengandung atom karbon tertier dengan gugus metil rantai utama. Atom hidrogen terikat pada atom karbon yang sangat mudah bereaksi dengan oksigen dari ozon, karena reaksi tersebut mudah maka dari itu ketahanan oksidasi dari polipropilen cenderung rendah. Untuk mengatasi oksidasi tersebut polimer ini ditambahkan fenol alkil yang berfungsi sebagai anti oksidan yang dikombinasikan dengan senyawa belerang organik atau senyawa amin.

    Degradasi adalah proses rusaknya rantai utama dan ikatan-ikatan penyusun polimer. Degradasi dapat diminimalisir dengan menggunakan bubuk karbon yang dicampurkan dengan polimer sebagai pengabsorb sinar ultra violet. Polipropilen mempunyai kemampuan ditembus cahaya yang baik maka dari itu sering digunakan dalam pembuatan film.

    Polipropilen mempunyai sifat mampu cetak yang baik. Material polipropilen ini mempunyai faktor penyusutan yang kecil, pada kondisi optimal diperoleh dengan ketelitian dimensi yang baik dan tegangan sisanya kecil.

   Polipropilen dalam kehidupan sehari-hari biasanya digunakan untuk keranjang, peralatan kamar mandi, keperluan rumah tangga, mainan, komponen listik, komponen otomotif. Penggunaan yang luas ini merupakan efek dari kemudahan dalam pencetakan material tersebut sehingga sesuai dengan keinginan.

Partikel Pengisi (Serat)

     Partikel pengisi merupakan material yang biasanya berasal dari bahan yang kuat, kaku, getas. Fungsi utama dari pengisi ini adalah untuk menahan gaya dari luar. Hal yang bisa membuat serat dapat menahan gaya dari luar adalah perekatan antara matriks dengan filler sehingga dapat homogen bercampur. Bahan pengisi paling sering ditambahkan ke polimer untuk meningkatkan kekuatan tarik dan tekan, ketahanan abrasi, ketangguhan, stabilitas dimensi dan termal, dan properti lainnya. Bahan yang digunakan sebagai pengisi partikel termasuk tepung kayu (bubuk serbuk halus), tepung silika dan pasir, kaca, tanah liat, bedak, batu kapur, dan bahkan beberapa polimer sintetik. Ukuran partikel berkisar dari 10 nm ke dimensi makroskopik. (Callister, 1940).

    Arah orientasi dari serat menentukan kekuatan komposit dan mempengaruhi jumlah serat yang dapat disusun dalam matriks. Kerapatan dan jumlah serat dalam komposit menentukan kemapuan optimal komposit (Surdia, 1999)

    Bahan komposit yang berfungsi sebagai pengisi dapat berupa serpihan, partikel dan serat. Penguat komposit berupa partikel memberikan efek yang baik untuk sifat mekanik dari komposit menjadi lebih kaku, tangguh dibandingkan dengan komposit tanpa menggunakan penguat berupa partikel. Tangguh adalah kemampuan material untuk menerima gaya atau beban maksimum yang memnyebabkan material tersebut patah. Kekakuan adalah kemampuan material untuk menahan perubahan bentuk jika diberikan beban tertentuk dalam daerah elastis.

Keuntungan Komposit

        Komposit adalah suatu material yang terbentuk dari kombinasi dua atau lebih material yang memiliki sifat berbeda-beda. Dikarenakan karakteristik pembentuk dari komposit tersebut berbeda maka dihasilkan material baru yang mempunyai sifat mekanik dan karakteristik yang berbeda dari material pembentuknya, menggunakan material komposit memiliki beberapa keuntungan,

• Material komposit yang memiliki density jauh lebih rendah dibandingkan dengan bahan konvensional. Ini juga mempengaruhi dalam penggunaan komposit dikarenakan komposit mempunyai kekuatan dan kekauan spesifik dibandingkan dengan bahan konvensional.
• Material komposit mempunyai kelebihan berdaya guna yaitu produk yang mempunyai gabungan dari sifat yang baik dengan mengubah jenis matrik dan penguat yang digunakan.
• Tahan terhadap korosi, mudah diproses.
• Sifat fatique dan keuletan dari komposit lebih baik dibanding dengan logam.
• Komposit tidak sekadar memiliki sifat yang berbeda dari material penusunnya, namun komposit dapat menjadi material yang jauh lebih baik dari material penyusunnya.

Unsur Pembentuk Komposit

Pembentukan komposit terdapat dua bagian penting yaitu matrik dan serat.

Menurut (Kaw,2006) komposit dapat dibedakan menjadi empat jenis berdasarkan matrik penyusunnya yaitu:

Polymer Matrix Composite

Polymer Matrix Composite merupakan material komposit yang matriknya terbuat dari bahan polimer seperti poliester, polietilena, polipropilen, polivinil klorida dan lain sebagainya. Komposit jenis ini merupakan komposit yang paling umum digunakan dikarenakan dalam pembuatan komposit polimer biaya lebih murah, kekuatan dari komposit yang tinggi dan prinsip manufaktur yang sederhana. Proses pembuatan komposit ini seperti injection molding, spraying dan flament winding.

          Metal Matrix Composite

Metal Matrix Composite adalah matrial komposit yang tersusun dari matrik logam seperti alumunium, baja, magnesium, titanium. Serat pengisi dari komposit tersebut biasanya berasal dari karbon, silikon karbida. Material komposit yang menggunakan MMC bisa dimodifikasi sesuai kebutuhan untuk menaikkan atau menurunkan sifat logam. Misal kekuatan, kekakuan, elastisitas logam dapat ditingkatkan dan konduktifitas logam dapat dikurangi dengan menambahkan silikon karbida sebagi penguat dari material komposit. 

Jika dibanding dengan PMC, MMC memiliki kelebihan yaitu sifat elastis yang lebih tinggi, tidak terpengaruh oleh kelembapan, konduktifitas termal, konduktifitas listrik yang lebih tinggi.

          Ceramic Matrix Composite

Ceramic Matrix Composite merupakan material komposit yang tersusun oleh matrik keramik seperti alumina kalsium alumino silikat yang diperkuat dengan serat karbon atau silikon karbida. Keuntungan dari Ceramic Matrix Composite adalah kekerasan yang tinggi, kekuatan yang tinggi, ketahanan terhadap suhu tinggi, kepadatan rendah. Memperkuat keramik dengan serat seperti silikon karbida atau karbon dapat meningkatkan kekuatan dari material tersebut (Kaw, 2006). Komposit ini baru dikembangkan secara khusus untuk turbin pesawat terbang, generator pembangkit listrik, maka dari itu biaya pembuatan komposit jenis ini tinggi.

           Carbon Carbon Composite

Carbon Carbon Composite merupakan komposit yang tersusun dari serat karbon yang tertanam dalam matrik karbon pirolisa. Komposit jenis ini relatif baru dan cukup mahal dikarenakan teknik pemrosesan sangat kompleks sehingga tidak banyak digunakan secara ekstensif. Material komposit ini memiliki nilai koefisien ekspansi termal yang rendah, konduktivitas termal yang tinggi, ketahanan terhadap keretakan. Komposit ini sering digunakan dalam motor roket, komponen mesin turbin.

Klasifikasi Komposit

Secara garis besar komposit digolongkan menjadi tiga, berdasarkan penguat yang digunakan

Komposit Serat (Fiber Composite)

    Jenis lapisan ini merupakan lapisan yang memberikan peningkatan kekuatan dari struktur komposit yang sangat segnifikan. Serat dari lapisan ini terdiri dari lapisan filamen, jenis serat yang biasa digunakan adalah serat karbon dan serat gelas. Serat ini disusun dengan tiga arah orientasi yaitu satu dimensi dengan serat panjang, planar dengan serat panjang, acak dengan serat pendek. Komposit diperkuat dengan serat dapat dibedakan menjadi dua, yaitu:

• Komposit Serat Pendek

Berdasarakan arah orientasi komposit dengan menggunakan serat pendek dibedakan menjadi dua tipe yaitu serat acak dan serat satu arah. Tipe serat acak sering digunakan dalam industri dikarenakan faktor biaya dalam pembuatan lebih murah. Kekurangan dari komposit tipe ini adalah dari segi sifat mekanik yang lebih rendah dibanding dengan komposit jenis serat lurus.

• Komposit Serat Panjang

Komposit serat panjang adalah komposit yang mempunyai keunggulan pada susunan serat yang mudah diorientasikan. Secara teoritis panjang serat dapat digunakan untuk menyalurkan pembebanan dari suatu titik pembebanan.

Struktural Komposit

    Komposit struktural terdiri dari butiran penyusun yang homogen. Sifat pembentuk komposit ini tidak hanya bergantung pada sifat penyusunnya akan tetapi juga bentuk geometri struktural elemen yang bermacam-macam. Komposit yang paling umum digunakan dalam struktural komposit yaitu

• Komposit Laminat (Lamina Composite)

Struktur komposit laminar terdiri dari dua atau lebih lapisan yang terikat sehingga membentuk bagian integral. Komposit laminar sering menggunakan bahan yang berbeda untuk mendapatkan keuntungan dari masing-masing material penyusun, perbedaan penyusun bertujuan untuk mendapatkan sifat khusus dari penyusun tersebut.

• Sandwich Panels

Komposit sandwich merupakan komposit yang dirancang untuk panel dikarenakan memiliki kekuatan dan kekakuan yang tinggi. Komposit ini terdiri dari dua lembar, lembaran luar terdiri dari bahan yang relatif kaku yaitu paduan alumunium, plastik yang diperkuat dengan serat, titanium, baja. Material tersebut dipilih dikarenakan dapat menahan tegangan tarik yang dihasilkan dari pemuaian. Sedangkan material dasar dari komposit ini merupakan material yang ringan dan memiliki modulus elastisitas yang rendah, seperti busa polimer, kayu.

Komposit Partikel (Particular Composite)

    Komposit partikel merupakan jenis komposit yang menggunakan partikel sebagai penguat. Secara definisi partikel itu sendiri adalah bukan serat, karena partikel itu tidak mempunyai ukuran panjang. Sedangkan pada bahan komposit ukuran dari bahan penguat menentukan kemampuan bahan komposit menahan gaya dari luar. Dimana semakin panjang ukuran serat maka semakin kuat bahan menahan beban dari luar, begitu juga dengan sebaliknya. Bahan komposit partikel pada umumnya lemah dan fracture toughness-nya lebih rendah dibandingkan dengan serat.

  Jenis komposit ini mempunyai keunggulan dari segi kekuatan dikarenakan partikel penguat terdistribusi merata sehingga kekuatannya lebih tinggi, ketahanan terhadap aus, tidak mudah retak dan mempunyai daya pengikat dengan matrik yang baik. Partikel penyusun mempunyai beberapa bentuk seperti bulat, kubik, tetragogal atau bisa juga berbentuk acak.