Komposit

1.PENGERTIAN KOMPOSIT

            Kata komposit (composite) merupakan kata sifat yang berarti susunan atau gabungan. Komposit berasal dari kata kerja “to compose” yang berarti menyusun atau menggabung. material yang terbentuk dengan menggabungkan dua (atau lebih) material dasar. Material yang satu bertindak sebagai matrik sedangkan material yang lainnya bertindak sebagai penguatnya, misalnya polimer sebagai matriknya, serat sebagai penguatnya sehingga dikenal denganfiber-reinforced polymer matrix composites.

Dalam hal ini gabungan bahan ada dua macam :

a. Gabungan makro :

   · Bisa dibedakan secara visual

    · Penggabungan lebih secara fisis dan mekanis

    · Bisa dipisahkan secara fisis dan mekanis

b. Gabungan mikro :

   · Tidak bisa dibedakan secara visual

    · Penggabungan ini lebih secara kimia

    · Sulit dipisahkan, tetapi dapat dilakukan secara kimia

Karena bahan komposit merupakan bahan gabungan secara makro, maka bahan komposit dapat didefinisikan sebagai suatu sistem material yang tersusun dari campuran / kombinasi dua atau lebih unsur-unsur utamanya yang secara makro berbeda di dalam bentuk dan atau komposisi material pada dasarnya tidak dapat dipisahkan. (Schwartz, 1984) Material komposit terdiri dari dua buah penyusun yaitu filler (bahan pengisi) dan matrik. Adapun definisi dari keduanya adalah sebagai berikut:

 · filler adalah bahan pengisi yang digunakan dalam pembuatan komposit, biasanya berupa serat atau serbuk. serat yang sering digunakan dalam pembuatan komposit antara lain serat E-Glass, Boron, Carbon dan lain sebagainya. Bisa juga dari serat alam antara lain serat kenaf, jute, rami, cantula dan lain sebagainya.

        · matrik, menurut Gibson R.F, (1994) mengatakan bahwa matrik dalam struktur komposit bisa berasal dari bahan polimer, logam, maupun keramik. Matrik secara umum berfungsi untuk mengikat serat menjadi satu struktur komposit.

 Matrik memiliki fungsi :

Ø Mengikat serat menjadi satu kesatuan struktur

Ø Melindungi serat dari kerusakan akibat kondisi lingkungan

Ø Mentransfer dan mendistribusikan beban ke serat

Ø Menyumbangkan beberapa sifat seperti, kekakuan, ketangguhan dan tahanan listrik.

2.SEJARAH KOMPOSIT

Penggunaan material komposit telah dikenal selama ribuan tahun pada alam sekitar kita. Pada jaman mesir kuno, jerami digunakan pada dinding untuk meningkatkan performa struktur. Kayu merupakan komposit alami yang sering digunakan selama ini. Para pekerja kuno telah mengenal istilah komposit dengan menggunakan ter untuk mengikat alang2 untuk membuat kapal komposit 7000 tahun yang lalu.

Perkembangan dari material komposit tidak terbatas hanya pada material bangunan dan hal ini dapat dilihat pada abad pertengahan. Di Asia tengah, busur dibuat dari otot binatang, getah kayu dan benang sutera dengan bahan perekat sebagai pengikat. Hasil dari komposit yang berlapis2 (laminated) mimiliki daktilitas dan kekerasan (hardness) dari unsur pokoknya namun kekuatan merupakan efek sinergi dari gabungan sifat material.

Beton, material yang digunakan oleh seluruh dunia dan juga material berbasis semen lainnya juga merupakan suatu komposit. Perilaku dan sifat dari beton dapat dimengerti dan direncanakan, diprediksi dengan lebih baik bila dilihat sebagai komposit dan begitu pula dengan beton bertulang.

Material komposit akan bersinergi bila memiliki sebuah “sistem” yang mempersatukan material2 penunjang untuk mencapai sebuah sifat material baru tertentu.Seperti yang dikatakan oleh Aristotle pada 350SM “The Whole is more than just the sum of components”. Aristotle berkeyakinan bahwa skema konseptual secara keseluruhan dari alam perlu untuk dipersatukan dan tidak dapat ditinjau dari segi komponen yang terpisah-pisah. Hal ini yang penting untuk diperhatikan dalam perencanaan struktur oleh seorang engineer.

Material komposit mempunyai beberapa keuntungan diantaranya (Schwartz, 1997) :

1. Bobot ringan

2. Mempunyai kekuatan dan kekakuan yang baik

3. Biaya produksi murah

4. Tahan korosi

3. Klasifikasi komposit

Secara garis besar komposit dapat diklasifikasikan menjadi 4 macam (Jones, 1999 : 2), yaitu:

• Fibrous composites materials
• Laminated composites materials
• Particulate composites materials
• Kombinasi dari ketiga tipe di atas

3.1 Fibrous composite material

Terdiri dari dua komponen penyusun yaitu matriks dan serat. Skema penyusunan serat dapat dibagi menjadi 3.

fibrous composit material

Gambar Skema penyusunan serat. (a) continous fibres, (b) discontinous fibres, ( c) random discontinous fibres.

3.2 Laminated composites material

Terdiri sekurang-kurangnya dua lapis material yang berbeda dan digabun g secara bersama-sama. Laminated composite dibentuk dari dari berbagai lapisan-lapisan dengan berbagai macam arah penyusunan serat yang ditentukan yang disebut laminat.

Yang termasuk Laminated composites (komposit berlapis) yaitu :

• Bimetals
• Cladmetals
• Laminated Glass
• Plastic-Based Laminates

3.3 Particulate composite material

Particulate composite material (material komposit partikel) terdiri dari satu atau lebih partikel yang tersuspensi di dalam matriks dari matriks lainnya. Partikel logam dan

non-logam dapat digunakan sebagai matriks. Empat kombinasi yang dapat digunakan sebagai matriks komposit partikel:

• Material komposit partikel non-logam di dalam matriks non-logam
• Material komposit partikel logam di dalam matriks non-logam
• Material komposit partikel non-logam di dalam matriks logam
• Material komposit partikel logam di dalam matriks logam

4.Contoh Komposit

Komposit Kayu

Komposit kayu merupakan istilah untuk menggambarkan setiap produk yang terbuat dari lembaran atau potongan–potongan kecil kayu yang direkat bersama-sama (Maloney,1996). Mengacu pada pengertian di atas, komposit  serbuk kayu plastik adalah komposit yang terbuat dari plastik sebagai matriks dan serbuk kayu sebagai pengisi (filler), yang mempunyai sifat gabungan keduanya. Penambahan filler ke dalam matriks bertujuan mengurangi densitas, meningkatkan kekakuan, dan mengurangi biaya per unit volume. Dari segi kayu, dengan adanya matrik polimer didalamnya maka kekuatan dan sifat fisiknya juga akan meningkat (Febrianto, 1999).

Pembuatan komposit dengan menggunakan matriks dari plastik yang telah didaur ulang, selain dapat meningkatkan efisiensi pemanfaatan kayu, juga dapat mengurangi pembebanan lingkungan terhadap limbah plastik disamping menghasilkan produk inovatif sebagai bahan bangunan pengganti kayu. Keunggulan produk ini antara lain : biaya produksi lebih murah, bahan bakunya melimpah, fleksibel dalam proses pembuatannya, kerapatannya rendah, lebih bersifat biodegradable (dibanding plastik), memiliki sifat-sifat yang lebih baik dibandingkan bahan baku asalnya, dapat diaplikasikan untuk berbagai keperluan, serta bersifat dapat didaur ulang (recycleable). Beberapa contoh penggunaan produk ini antara lain sebagai komponen interior kendaraan (mobil, kereta api, pesawat terbang), perabot rumah tangga, maupun komponen bangunan (jendela, pintu, dinding, lantai dan jembatan) (Febrianto, 1999: Youngquist, 1995).

Aluminium Matrix Composites

Salah satu dari jenis komposit yang dipakai luas dalam berbagai aplikasi adalah komposit Al/Al₂0₃. Komposit ini adalah pengembangan dari komposit bermatriks logam yaitu aluminium, biasa disebut Aluminium Matrix Composites (AMCs) dengan alumina (Al₂0₃) sebagai fasa penguat.

Bertitik tolak dari pengertian komposit, maka komposit Al-Al₂0₃ diharapkan dapat menggabungkan sifat terbaik dari matriks aluminium (Al) sebagai material yang ringan, konduktivitas panas dan listrik baik, serta ketahanan korosi tinggi (mudah membentuk lapisan oksida yang kuat dan tahan terhadap korosi) dengan penguat alumina (Al₂O₃) yang memiliki kekerasan tinggi (hard) sehingga tahan terhadap wear, kekuatan (strength) dan kekakuan (stiffness) tinggi, sifat dielektrik yang excellent dari DC ke frekuensi GHz, konduktivitas termal baik, kapabilitas ukuran dan bentuk yang baik, serta resisten terhadap serangan asam kuat dan alkali pada temperatur tinggi.

Aluminium sebagai matriks pada komposit Al/Al₂O₃, merupakan logam dengan kelimpahan terbesar di kerak bumi. Selain itu, logam ini memiliki melting point yang relatif rendah yaitu 658⁰C, sehingga dengan penambahan unsur seperti tembaga (Cu), silikon (Si), atau magnesium (Mg) akan menghasilkan paduan aluminium yang memiliki kekuatan yang besar. Namun, jika dibandingkan dengan kekuatan baja paduan, maka paduan aluminium masih berada jauh di bawahnya. Sementara itu, beberapa kekurangan dari logam ini seperti: stiffness yang rendah, koefisien ekspansi termal yang sulit dikontrol, tidak memilki resisten yang baik terhadap abrasi dan wear, serta sifat “miskin”nya pada temperatur tinggi. Kombinasi dari keunggulan dan kelemahan di atas, menjadikan aluminium sebagai logam yang paling banyak dijadikan obyek riset pada komposit yang bermatrik logam.

Tentu saja, berbeda antara aluminium dengan alumina (Al₂O₃), walaupun unsur utama penyusun kedua material ini sama. Alumina (Al₂O₃) banyak digunakan dalam fabrikasi material keramik, karena merupakan bahan baku yang menghasilkan keramik dengan performa tinggi dan hemat biaya (cost effective). Beberapa aplikasi khusus dari alumina (Al₂O₃) yaitu Gas laser tubes (tabung laser gas), wear pads (Baju anti peluru), seal rings, isolator lisrik temperatur dan voltase tinggi, Furnace liner tubes, Thread and wire guides, electronic substrates, Senjata balistik, abrasion resistant tube and elbow liners, thermometry sensors, laboratory instrument tubes and sample holders, instrumentation parts for thermal property test machines, dan media gerinda.

Ikatan antar atom pada alumina merupakan ionic bonding yang kuat, tidak heran jika memiliki karakteristik yang diinginkan. Artinya, ia tetap stabil walaupun pada temperatur yang sangat tinggi, karena membentuk fasa kristal heksagonal alpha (α-hexagonal) yang sangat stabil. Pada oksida keramik, fasa ini merupakan yang paling kuat dan kaku. Lebih lanjut, fasa ini memiliki kekerasan tinggi dan sifat dielektrik yang excellent. Dengan demikian, banyak digunakan dalam cakupan aplikasi yang sangat luas.

Alumina murni, memiliki fungsi ganda baik sebagai atmosfer pengoksidasi maupun pereduksi sampai 1925⁰C. Sedangkan kehilangan berat material ini dalam ruang vakum berkisar dari 10^-7 sampai 10^-6 g/cm2.det di atas temperatur 1700⁰C sampai 2000⁰C. Kemudian dari pada itu, alumina sangat resisten terhadap serangan segala gas kecuali fluorine, dan tahan terhadap semua reagen terkecuali asam hydrofluoric dan phosphosric. Adapun serangan pada suhu tinggi, alumina dengan kemurnian rendah, mudah diserang oleh partikulat gas logam alkali.

Komposit Al/Al₂O₃

Telah dijelaskan, sifat-sifat dari komponen penyusun komposit Al/Al₂O₃ yang terdiri dari aluminium sebagai matriks dan alumina sebagai fasa penguat. Dalam hal ini, banyak keunggulan dari AMCs jika dibandingkan dengan aluminium maupun paduan aluminium yang tidak dikuatkan, yaitu:

• Greater strength (kekuatan lebih besar)
• Improved stiffness (kekakuan diperbaiki)
• Reduced density/weight (mengurangi densitas/berat)
• Improved high temperature properties (memperbaiki sifat temperatur tinggi)
• Controlled thermal expansion coefficient (koefisien ekspansi termal terkontrol)
• Thermal/heat management
• Enhanced and tailored electrical performance (peningkatan performa dan kinerja elektrik)
• · Improved abrasion and wear resistance (memperbaiki ketahanan abrasi dan aus)
• · Control of mass (especially in reciprocating applications) (control massa (terutama dalam aplikasi khusus), dan
• · Improved damping capabilities (memperbaiki kapabilitas damping)

Keunggulan-keunggulan di atas, terlihat dari apresiasi yang lebih baik pada alumunium murni yang semula memiliki modulus elastic 70 GPa meningkat menjadi 240 GPa dengan diberi penguat 60% volume serat alumina yang kontinu. Sebaliknya, pemberian 60% volume penguat dalam aluminium murni justru menurunkan koefisien ekspansi dari 24 ppm/⁰C menjadi 7 ppm/⁰C. Hal ini, menunjukkan bahwa sesuatu hal yang mungkin mengadakan perubahan terhadap properties aluminium sampai 2 atau 3 tingkat dengan penambahan variasi volume penguat yang sesuai.

Sistem komposit AMCs menawarkan kombinasi dari properties yang sedemikian rupa, yang dari tahun ke tahun telah dicoba dan digunakan di dalam banyak aplikasi-aplikas structural, fungsional dan bukan structural di dalam bidang engineering yang bermacam-macam. Kekuatan yang menggerakkan untuk penggunaan AMCs ini meliputi keunggulan dalam aspek performa, ekonomi dan lingkungan. Penggunaan utama dari AMCs ini di dalam sector transportasi yang memberikan keuntungan seperti pemakaian bahan bakar yang lebih sedikit, suara yang kecil, dan menurunkan emisi di udara. Dengan melihat kecenderungan perubahan peraturan yang semakin ketat di bidang lingkungan dan penekanan pada perbaikan aspek keekonomian bahan bakar, penggunaan AMCs pada sektor transportasi akan diutamakan dan tidak bisa terelakkan untuk tahun mendatang.

AMCs diharapkan dapat mengganti bahan-bahan monolitik seperti paduan aluminium, paduan besi, paduan titanium, dan polimer berbasis komposit dalam aplikasi tertentu. Sekarang, dengan penggantian bahan monolitik dengan AMCs dalam system rekayasa semakin bertambah luas. Seakan ada yang memaksa kepada keperluan untuk merancang ulang keseluruhan system untuk mendapatkan keuntungan dari penambahan berat dan volume.

Beberapa jenis dari komposit AMCs berdasarkan bentuk reinforce, adalah sebagai berikut (komposit Al/Al₂O₃, termasuk dalam no. 1, 2, dan 3):

1.      Particle-reinforced AMCs (PAMCs)

2.      Whisker-or short fibre-reinforced AMCs (SFAMCs)

3.      Continuous fibre-reinforced AMCs (CFAMCs)

4.      Mono filament-reinforced AMCs (MFAMCs)

5.PENGGUNAAN KOMPOSIT

Penggunaan yang paling umum dari komposit yang diperkuat oleh serat oleh fiber adalah sebagai material struktur yang memerlukan rigiditas, kekuatan dan densitas yang rendah (ringan). Sekarang ini raket tenis dan sepeda balap terbuat dari komposit epoksi-fiber yang kuat, ringan dan harganya tidak terlalu mahal. Dalam komposit ini, fiber/serat karbon tertanam di dalam matrik epoksi. Serat karbon memiliki kekuatan yang tinggi dan rigid tetapi keuletannya terbatas atau getas. Karena kegetasan ini maka tidak akan praktis jika raket tenis hanya terbuat dari karbon saja. Sedangkan epoksi yang tidak terlalu kuat, dalam komposit ini memiliki dua peran penting. Dia bertindak sebagai media untuk mentransfer beban ke serat, dan antarmuka serat-matrik membelokkan dan menghentikan retak kecil, sehingga membuat komposit dapat menahan retak lebih baik dari pada komponen/material tunggal pembentukannya.

            Kekuatan dan rigiditas komposit serat karbon-epoksi dapat dikontrol dengan memvariasikan jumlah serat karbon yang dimasukkan ke dalam matrik epoksi. Kemampuan untuk mengatur sifat-sifat ini dan dikombinasikan dengan densitas yang rendah dan kemudahan fabrikasinya menjadikan material ini alternatif yang sangat menarik untuk berbagai aplikasi. Disamping untuk peralatan olah raga seperti dijelaskan tadi, komposit tersebut digunakan dalam pesawat udara seperti sudu-sudu kipas (fan blades) dalam mesin jet dan untuk permukaan kontrol dalam struktur_pesawat.

              Komposit dapat juga dibuat dengan memasukkan serat keramik yang kuat ke dalam matrik logam untuk menghasilkan material yang kuat dan rigid. Sebagai contoh, serat SiC dimasukkan ke dalam matrik aluminium. Komposit ini yang dikenal dengan komposit bermatrik logam (metal matrix composites) digunakan sebagai material struktur pesawat untuk komponen yang terkena beban menengah seperti skin badan_pesawat.

             Sedangkan komposit serat logam dalam matrik keramik dibuat untuk mendapatkan keuntungan dari kekuatan keramik dan mendapatkan keuletan dari serat logam yang dapat mendeformasi dan membelokkan retak. Pada waktu retak terbelokkan, dibutuhkan beban yang lebih agar retak tetap menjalar, dan karenanya material_menjadi_lebih_tangguh.

            Berikut ini beberapa kemungkinan pengembangan baru bagi komposit:

• Potensi yang besar untuk mengurangi berat pesawat terbang. Penggunaan awal adalah untuk komponen dengan pembebanan ringan seperti penstabil vertikal dan permukaan kontrol yang terbuat dari komposit serat karbon-epoksi. Dengan komposit bermatrik logam, akan dimungkinkan penggunaan yang lebih luas termasuk untuk komponen dengan pembebanan yang berat.
• Komposit bermatrik keramik yang tahan suhu tinggi akan meningkatkan suhu operasi dari mesin.
• Peluang yang signifikan dalam peningkatan penggunaan komposit adalah untuk belajar mendisain dengan material yang mempunyai modus kegagalan yang sangat berbeda dengan material konvensional.

Sumber :

http://terupdatedanterbaru.blogspot.co.id/2014/06/komposit-dan-penggunaannya.html

https://arumaarifu.wordpress.com/2010/02/04/apa-itu-komposit/