Teknologi material komposit merupakan salah satu rekayasa teknologi cerdas untuk mendapatkan sebuah material baru yang jauh lebih baik dari bahan baku yang digunakan. Material komposit seringkali dikenal sebagai material yang ringan namun memiliki kekuatan yang luar biasa.
Namun kadang yang menjadi permasalahan adalah keterbatasan bahan yang digunakan dan proses pembuatannya. Sehingga penggunaan bahan komposit terbatas pada komponen-kompnen yang membutuhkan ketelitian tinggi saja.
Namun bukan hal yang mustahil, dengan perkembangan teknologi material komposit yang semakin canggih akan dihasilkan sebuah material komposit yang dapat diterapkan diberbagai bidang.
Komponen Utama Material Komposit
Komposit adalah sebuah material rekayasa yang dibuat dengan menggabungkan dua atau lebih bahan yang saling memberikan efek positif.
Kalau tujuan dibuatnya bahan komposit adalah untuk mendapatkan kekuatan bahan yang baik maka semua bahan pendukung yang digunakan harus bisa saling menguatkan. Jangan sampai ada satu bahan yang justru melemahkan.
Secara sederhana, komponen utama bahan komposit adalah matrix dan reinforcement.
Matrix
Matrix merupakan bahan utama atau dasar dari komposit yang akan ditingkatkan mechanical propertiesnya. Dengan menambahkan bahan reinforcement, diharapkan matrix akan menjadi lebih kuat kekuatannya.
Salah satu sifat yang wajib dimiliki oleh bahan matrix adalah kemampuan mengikat bahan reinforcement dengan baik. Dengan begitu, apabila bahan komposit dikenai suatu pembebanan – terutama beban tarik – maka bahan penguatnya (reinforcement) tidak terlepat atau fiber pull out.
Reinforcement / Penguat
Namanya saja penguat, jadi bahan ini yang memberikan penguatan pada bahan komposit. Karena berfungsi sebagai penguat, maka bahan ini harus memiliki mechanical properties yang lebih baik dari matrix.
Bahan komposit yang baik adalah jika reinforcement tidak mengalami patah duluan sebelum matrix mengalami kerusakan.
Klasifikasi Material Komposit
Bahan komposit dapat diklasifikasikan menjadi 3, yaitu MMC, CMC dan PMC.
Metal Matrix Composites (MMC)
MMC adalah sebuah bahan komposit yang menggunakan metal atau logam sebagai matrix-nya. Sedangkan untuk penguatnya bisa bermacam-macam, seperti keramik, polimer, dan logam yang lain.
Ceramic Matrix Composites (CMC)
Kalau CMC yang menjadi matriknya adalah Ceramic atau keramik. Untuk reinforcementnya bisa menggunakan logam atau jenis keramik yang lain.
Polymer Matrix Composites (PMC)
Mode nya sama seperti diatas. PMC berarti matrik yang digunakan dalam komposit tersebut adalah dari jenis polimer. Sebagai reinforcement atau penguatnya bisa menggunakan bahan logam atau keramik.
Jenis Bahan Penguat Komposit
Guna meningkatkan kemampuan bahan penguat, maka bahan penguat perlu diproses menjadi bentuk yang lain. Secara umum, bahan penguat komposit yang sering digunakan adalah berupa fiber, powder dan flak.
Fiber
Bahan penguat fiber berupa filamen yang memanjang.
Sebagai contoh bahan fiber adalah Glass, Carbon, Baron, Kevlar 49, Ceramic dan Metal.
1. Glass
Reinforcement yang sering digunakan sebagai bahan penguat komposit dari jenis polimer adalah serat glass atau Fiberglass ini. Komposit yang dihasilkan dikenal dengan GRFP (Glass Fiber Reinforced Plastic).
Dua jenis fiberglass yang popular adalah serat E-Glass dan serat S-Glass. Serat E-Gkass berharga lebih murah namun memiliki kekuatan yang lebih tinggi dari pada S-Glass. Sedangkan untuk modulusnya, E-Glass lebih rendah.
2. Carbon
Jenis fiber atau serat yang selanjutnya adalah Carbon. Fiber ini bersifat low density dan low thermal expansion.
Serat Carbon banyak dikombinasikan dengan grafit dan Carbon dalam bentuk amorphous.
3. Baron
Serat Boron memiliki modulus elastisitas yang sangat tinggi namun sayangnya harganya relatif mahal. Makanya bahan ini hanya untuk limited applied, seperti pada bahan-bahan aerospace yang membutuhkan ketelitian tinggi.
4. Kevlar 49
Bahan serat yang paling popular dari jenis polimer adalah Kevlar 49. Bahan dengan spesifik garvitasi yang rendah ini berbentuk kristal dan masih bersaudara dengan Polyamide.
5. Ceramic
Bahan keramik yang sering digunakan sebagai penguat komposit adalah Silicon Carbide (SiC) dan Aluminium Oxide (AL2O3). Kedua material ini memiliki modulus elastisitas tinggi dengan nilai densitnya yang rendah.
6. Metal
Baja dalam bentuk filamen banyak digunakan sebagai penguat pada PMC (Polimer Matrix Composites). Serat baja yang digunakan dapat berupa serat yang memanjang atau bentuk potongan kecil-kecil.
Partikel
Bahan-bahan penguat yang biasanya dibentuk menjadi sebuah partikel atau serbuk (powder) adalah logam dan keramik.
Ukuran butir atau grainsize partikel yang digunakan sebagai penguat bahan komposit sangat beragam, mulai dari macroscopic hingga microscopic. Pada umumnya ukuran yang semakin kecil adalah yang lebih baik dalam properties-nya.
Tujuan utama penggunaan bentuk partikel dalam membuat komposit adalah untuk mendapatkan sifat material isotropic, yaitu sebuah material yang mampu untuk dikenai pembebanan dalam segala arah.
Namun demikian, penambahan penguat berbentuk partikel ke dalam matrix komposit ini tidak dianjurkan lebih dari 20%. Jika terlalu banyak, makai katan antara penguat dan matrix menjadi lemah.
Flaks
Bentuk yang lain dari bahan penguat adalah berupa lembaran. Biasanya bahan penguat ini digunakan pada polimer atau plastik.
Tips
Cara membuat bahan komposit tidak asal dengan menggabungkan antara dua bahan atau lebih tanpa mengetahui mechanical properties masing-masing bahan yang digunakan.
Pilihlah matrix yang memiliki sifat keras dan memiliki kemampuan mengikat reinforcement yang baik. Apabila matrix memiliki kemampuan mengikat serat rendah maka dapat ditambahkan bahan pengikat yang berfungsi seperti halnya lem.
Adanya bahan reinforcement dapat meningkatkan mechanical properties bahan komposit, namun jika terlalu banyak bahan reinforcement yang ditambahkan malah justru membuat komposit menjadi rapuh.*
Referensi:
Groover M.P, 2010, Fundamentals of modern manufacturing (materials, processes and system), Jhon Wiley & Soon. Inc, USA.
