Material Komposit

Material Komposit

A. Pengertian Material Komposit (komposit)

Komposit adalah suatu jenis bahan baru hasil rekayasa yang terdiri dari dua atau lebih bahan dimana sifat masing-masing bahan berbeda satu sama lainnya baik itu sifat kimia maupun fisikanya dan tetap terpisah dalam hasil akhir bahan tersebut (bahan komposit). Dengan adanya perbedaan dari material
penyusunnya maka komposit antar material harus berikatan dengan kuat, sehingga perlu adanya penambahan wetting agent.

Beberapa definisi komposit sebagai berikut:

1. Tingkat dasar : pada molekul tunggal dan kisi kristal, bila material yang disusun dari dua atom atau  lebih disebut komposit (contoh senyawa, paduan, polymer dan keramik)
2. Mikrostruktur : pada kristal, phase dan senyawa, bila material disusun dari dua phase atau senyawa atau lebih disebut komposit (contoh paduan Fe dan C)
3. Makrostruktur : material yang disusun dari campuran dua atau lebih penyusun makro yang berbeda dalam bentuk dan/atau komposisi dan tidak larut satu dengan yang lain disebut material komposit (definisi secara makro ini yang biasa dipakai).

B. Tujuan pembuatan material komposit
Berikut ini adalah tujuan dari dibentuknya komposit, yaitu sebagai berikut :

1. Memperbaiki sifat mekanik dan/atau sifat spesifik tertentu
2. Mempermudah design yang sulit pada manufaktur
3. Keleluasaan dalam bentuk/design yang dapat menghemat biaya
4. Menjadikan bahan lebih ringan

C. Penyusun Komposit
Komposit pada umumnya terdiri dari 2 fasa:
1. Matriks
Matriks adalah fasa dalam komposit yang mempunyai bagian atau fraksi volume terbesar (dominan).
Matriks mempunyai fungsi sebagai berikut :
a) Mentransfer tegangan ke serat.
b) Membentuk ikatan koheren, permukaan matrik/serat.
c) Melindungi serat.
d) Memisahkan serat.
e) Melepas ikatan.
f) Tetap stabil setelah proses manufaktur



2. Reinforcement atau Filler atau Fiber
Salah satu bagian utama dari komposit adalah reinforcement (penguat) yang berfungsi sebagai penanggung beban utama pada komposit. Adanya dua penyusun komposit atau lebih menimbulkan beberapa daerah dan istilah penyebutannya; Matrik (penyusun dengan fraksi volume terbesar), Penguat (Penahan beban utama), Interphase (pelekat antar dua penyusun), interface (permukaan phase yang berbatasan dengan phase lain).

Secara strukturmikro material komposit tidak merubah material pembentuknya
(dalam orde kristalin) tetapi secara keseluruhan material komposit berbeda
dengan material pembentuknya karena terjadi ikatan antar permukaan antara
matriks dan filler.
Syarat terbentuknya komposit: adanya ikatan permukaan antara matriks dan
filler. Ikatan antar permukaan ini terjadi karena adanya gaya adhesi dan kohesi
Dalam material komposit gaya adhesi-kohesi terjadi melalui 3 cara utama:

1. Interlocking antar permukaan → ikatan yang terjadi karena kekasaran
2. Gaya elektrostatis → ikatan yang terjadi karena adanya gaya tarik-menarik
3. Gaya vanderwalls → ikatan yang terjadi karena adanya pengutupan antar.  

Kualitas ikatan antara matriks dan filler dipengaruhi oleh beberapa variabel
antara lain:

1. Ukuran partikel
2. Rapat jenis bahan yang digunakan
3. Fraksi volume material
4. Komposisi material
5. Bentuk partikel
6. Kecepatan dan waktu pencampuran
7. Penekanan (kompaksi)
8. Pemanasan (sintering) 

D. Properties Komposit
Sifat maupun Karakteristik dari komposit ditentukan oleh:

1. Material yang menjadi penyusun komposit. Karakteristik komposit ditentukan berdasarkan karakteristik material penyusun menurut rule of mixture sehingga akan berbanding secara proporsional.
2. Bentuk dan penyusunan struktural dari penyusun. Bentuk dan cara penyusunan komposit akan mempengaruhi karakteristik komposit.
3. Interaksi antar penyusun. Bila terjadi interaksi antar penyusun akan meningkatkan sifat dari komposit.

E. Perbedaan Komposit dan Alloy
Perbedaan antara komposit dan alloy adalah dalam hal sistem proses
pemaduannya:

1. Komposit bila ditinjau secara mikroskopi masih menampakkan adanya komponen matrik dan komponen filler, sedangkan alloy telah terjadi perpaduan yang homogen antara matrik dan filler.
2. Pada material komposit, dapat leluasa merencanakan kekuatan material yang diinginkan dengan mengatur komposisi dari matrik dan filler, sifat material yang menyatu dapat dievaluasi dan diuji secara terpisah.

F. Klasifikasi komposit
Berdasarkan matrik, komposit dapat diklasifikasikan kedalam tiga kelompok
besar yaitu:
a. Komposit matrik polimer (KMP), polimer sebagai matrik
b. Komposit matrik logam (KML), logam sebagi matrik
c. Komposit matrik keramik (KMK), keramik sebagai matrik

a. Komposit Matrik Polimer (Polymer Matrix Composites – PMC)
Komposit ini bersifat :
1) Biaya pembuatan lebih rendah
2) Dapat dibuat dengan produksi massal
3) Ketangguhan baik
4) Tahan simpan
5) Siklus pabrikasi dapat dipersingkat
6) Kemampuan mengikuti bentuk
7) Lebih ringan.

Keuntungan dari PMC :
1) Ringan
2) Specific stiffness tinggi
3) Specific strength tinggi
4) Anisotropy

Jenis polimer yang banyak digunakan :
1) Thermoplastic
Thermoplastic adalah plastic yang dapat dilunakkan berulang kali (recycle) dengan menggunakan panas. Thermoplastic merupakan polimer yang akan menjadi keras apabila didinginkan. Thermoplastic meleleh pada suhu tertentu, melekat mengikuti perubahan suhu dan mempunyai sifat dapat balik (reversibel) kepada sifat aslinya, yaitu kembali mengeras bila didinginkan. Contoh ari thermoplastic yaitu Poliester, Nylon 66, PP, PTFE, PET, Polieter sulfon, PES, dan Polieter eterketon (PEEK).
2) Thermoset
Thermoset tidak dapat mengikuti perubahan suhu (irreversibel). Bila sekali pengerasan telah terjadi maka bahan tidak dapat dilunakkan kembali. Pemanasan yang tinggi tidak akan melunakkan termoset melainkan akan membentuk arang dan terurai karena sifatnya yang demikian sering digunakan sebagai tutup ketel, seperti jenis-jenis melamin. Plastik jenis termoset tidak begitu menarik dalam proses daur ulang karena selain sulit penanganannya juga volumenya jauh lebih sedikit (sekitar 10%) dari volume jenis plastik yang bersifat termoplastik. Contoh dari thermoset yaitu Epoksida, Bismaleimida (BMI), dan Poli-imida (PI).

Aplikasi PMC, yaitu sebagai berikut :
1) Matrik berbasis poliester dengan serat gelas

• Alat-alat rumah tangga
• Panel pintu kendaraan
• Lemari perkantoran
• Peralatan elektronika.

2) Matrik berbasis termoplastik dengan serat gelas

• Kotak air radiator

3) Matrik berbasis termoset dengan serat carbon

• Rotor helikopter
• Komponen ruang angkasa
• Rantai pesawat terbang

b. Komposit Matrik Logam (Metal Matrix Composites – MMC)
Metal Matrix composites adalah salah satu jenis komposit yang memiliki matrik logam. Material MMC mulai dikembangkan sejak tahun 1996. Pada mulanya yang diteliti adalah Continous Filamen MMC yang digunakan dalam aplikasi aerospace.

Kelebihan MMC dibandingkan dengan PMC :
1) Transfer tegangan dan regangan yang baik.
2) Ketahanan terhadap temperature tinggi
3) Tidak menyerap kelembapan.
4) Tidak mudah terbakar.
5) Kekuatan tekan dan geser yang baik.
6) Ketahanan aus dan muai termal yang lebih baik

Kekurangan MMC :
1) Biayanya mahal
2) Standarisasi material dan proses yang sedikit

Matrik pada MMC :
1) Mempunyai keuletan yang tinggi
2) Mempunyai titik lebur yang rendah
3) Mempunyai densitas yang rendah
Contoh : Almunium beserta paduannya, Titanium beserta paduannya,
Magnesium beserta paduannya.

Proses pembuatan MMC :
1) Powder metallurgy
2) Casting/liquid ilfiltration
3) Compocasting
4) Squeeze casting

Aplikasi MMC, yaitu sebagai berikut :
1) Komponen automotive (blok-silinder-mesin,pully,poros gardan,dll)
2) Peralatan militer (sudu turbin,cakram kompresor,dll)
3) Aircraft (rak listrik pada pesawat terbang)
4) Peralatan Elektronik

c. Komposit Matrik Keramik (Ceramic Matrix Composites – CMC)
CMC merupakan material 2 fasa dengan 1 fasa berfungsi sebagai reinforcement dan 1 fasa sebagai matriks, dimana matriksnya terbuat dari keramik. Reinforcement yang umum digunakan pada CMC adalah oksida, carbide, dan nitrid. Salah satuproses pembuatan dari CMC yaitu dengan proses DIMOX, yaitu proses pembentukan komposit dengan reaksi oksidasi leburan logam untuk pertumbuhan matriks keramik disekeliling daerah filler (penguat).

Matrik yang sering digunakan pada CMC adalah :
1) Gelas anorganic.
2) Keramik gelas
3) Alumina
4) Silikon Nitrida

Keuntungan dari CMC :
1) Dimensinya stabil bahkan lebih stabil daripada logam
2) Sangat tangguh , bahkan hampir sama dengan ketangguhan dari cast iron
3) Mempunyai karakteristik permukaan yang tahan aus
4) Unsur kimianya stabil pada temperature tinggi
5) Tahan pada temperatur tinggi (creep)
6) Kekuatan & ketangguhan tinggi, dan ketahanan korosi tinggi.

Kerugian dari CMC
1) Sulit untuk diproduksi dalam jumlah besar
2) Relative mahal dan non-cot effective
3) Hanya untuk aplikasi tertentu

Aplikasi CMC, yaitu sebagai berikut :

1. Chemical processing = Filters, membranes, seals, liners, piping, hangers
2. Power generation = Combustorrs, Vanrs, Nozzles, Recuperators, heat exchange tubes, liner
3. Wate inineration = Furnace part, burners, heat pipes, filters, sensors.
4. Kombinasi dalam rekayasa wisker SiC/alumina polikristalin untuk perkakas potong.
5. Serat grafit/gelas boron silikat untuk alas cermin laser.
6. Grafit/keramik gelas untuk bantalan,perapat dan lem.
7. SiC/litium aluminosilikat (LAS) untuk calon material mesin panas.

komposit berdasakan jenis penguatnya dapat dijelasakan sebagai
berikut :
a. Particulate composite, penguatnya berbentuk partikel
b. Fibre composite, penguatnya berbentuk serat
c. Structural composite, cara penggabungan material komposit