1. Berdasarkan diameter dan karakternya, fiber dapat
dikelompokkan menjadi 3:
1. Whisker
2. Fiber
3. Wire
2. WHISKER merupakan kristal tunggal yang sangat tipis
dengan rasio panjang/diameter yang sangat besar.
Akibat ukurannya yang kecil, maka tingkat kesempurnaan
kristalnya tinggi, sehingga kekuatannya/strength sangat
tinggi merupakan salah satu material yang paling kuat.
Meskipun demikian, whisker jarang dipakai karena harganya
sangat mahal.
Selain itu, menyatukan whisker dengan matriks juga sangat
sulit.
Contoh material whisker materials adalah grafit, silikon
karbida, silikon nitrida, dan aluminum oksida.
3. FIBER adalah material polikristalin atau amorfus yang
memiliki diameter kecil.
Material fiber bisa berupa polimer atau keramik, seperti
aramid polimer, kaca, karbon, boron, aluminum oksida, dan
silikon karbida.
WIRES memiliki diameter yang relatif besar. Contoh: baja,
molybdenum, dan tungsten.
Wire digunakan sebagai radial steel reinforcement dalam
ban mobil, filament-wound rocket casings, dan in wire-
wound high-pressure hoses.
5. Matriks yang digunakan dalam komposit fiber bisa berupa
logam, polimer, atau keramik.
Matriks yang sering digunakan adalah logam dan polimer
digunakan karena sifat ductile-nya diperlukan.
Kekuatan ikatan antara fiber dan matriks harus cukup besar
untuk menghindari lepasnya fiber.
Ultimate strength dari komposit sangat tergantung pada
kekuatan ikatan ini.
6. Ultimate tensile strength (UTS), often shortened to tensile
strength (TS) or ultimate strength, is the maximum stress
that a material can withstand while being stretched or
pulled before necking, which is when the specimen's cross-
section starts to significantly contract. Tensile strength is the
opposite of compressive strength and the values can be
quite different.
7. 1. Mengikat semua fiber dan berfungsi sebagai media untuk
meneruskan stress pada fiber; hanya sebagian kecil dari
stress yang disangga oleh matriks. Oleh karena itu
matriks harus ductile. Disamping itu modulus elastisitas
dari fiber harus jauh lebih besar daripada matriks.
2. Untuk melindungi masing-masing fiber dari kerusakan
permukaan akibat abrasi atau reaksi dengan lingkungan.
3. Memisahkan masing-masing fiber; karena sifatnya yang
relatif lunak dan plastis, maka matriks dapat mencegah
meluasnya brittle cracks dari satu fiber ke fiber lainnya.
Meskipun sebagian dari fiber telah rusak, kerusakan
komposit secara total belum terjadi sampai terjadinya
kerusakan pada sejumlah besar fiber yang berada saling
berdekatan.
FUNGSI MATRIKS
8. • Resin poliester dan polimer vinyl ester merupakan resin yang
paling banyak dipakai dan paling murah ; keduanya banyak
dipakai dalam komposit yang diperkuat dengan fiberglas.
• Epoxy merupakan resin yang lebih mahal, digunakan dalam
aplikasi komersial, pesawat ruang angkasa. Epoksi memiliki sifat
mekanik dan lebih tahan terhadap uap air daripada poliester
dan vinyl ester.
• Resin poliimida digunakan untuk aplikasi pada temperatur
tinggi.
• Resin termoplastik temperatur tinggi seperti polyetherether-
ketone (PEEK), poly(phenylene sulfide) (PPS), dan polyether-
imide (PEI), merupakan resin yang potensial untuk aplikasi
ruang angkasa.
MATRIKS POLIMER
9. PMC terdiri dari resin polimer sebagai matriks dan fiber
sebagai medium penguat.
Material ini digunakan luas di berbagai aplikasi dalam jumlah
yang sangat besar, karena sifat-sifatnya yang baik pada
temperatur kamar, mudah dibuat, dan relatif murah.
Ada berbagai macam PMC, tergantung pada tipe penguatnya
(seperti kaca, karbon, dan aramid).
10. Fiberglass adalah komposit yang terdiri dari serat kaca,
kontinyu atau tak kontinyu, dan matriks polimer.
Komposit jenis ini merupakan komposit yang paling banyak
diproduksi.
Komposisi kaca yang biasa dibuat menjadi serat (biasa disebut
sebagai E-glass) adalah SiO2 55%, CaO 16%, Al2O3 15%, B2O3
10%, MgO 4%.
Diameters fiber biasanya berkisar antara 3 dan 20 m.
11. Kaca banyak digunakan sebagai material penguat dalam
bentuk serat karena:
1. Mudah dibentuk dari lelehan menjadi high-strength fibers.
2. Banyak tersedia dan dapat dibuat secara ekonomis
menjadi komposit plastik yang diperkuat dengan fiberglas
dengan menggunakan berbagai teknik pembuatan.
3. Karena fiber relatif kuat, maka jika ditanam dalam matriks
plastik, akan dihasilkan komposit dengan specific strength
yang sangat tinggi.
4. Jika digabung dengan berbagai plastik, akan dihasilkan
komposit yang inert, sehingga komposit dapat digunakan
pada lingkungan yang korosif.
12. Karakteristik permukaan dari serat kaca sangat penting;
sedikit saja cacat pada permukaan akan sangat menurunkan
sifat-sifat tensile-nya.
Catat permukaan dengan mudah dapat disebabkan oleh
gesekan atau abrasi permukaan dengan material keras.
Permukaan serat kaca yang telah terpapar udara, meskipun
dalam waktu singkat, biasanya akan melemah, sehingga akan
mempengaruhi ikatannya dengan matriks.
Fiber baru biasanya dilapisi dengan suatu “size”, yaitu lapisan
tipis dari suatu senyawa yang melindungi permukaan fiber
dari kerusakan dan interaksi yang tidak diinginkan dengan
lingkungan.
13. Temperatur servis dari kebanyakan komposit fiberglas adalah
< 200C; pada temperatur yang lebih tinggi, kebanyakan
polimer mulai meleleh dan rusak.
Temperatur servis dapat dinaikkan sampai 300C dengan
menggunakan fiber dari silika yang sangat murni dan polimer
temperatur tinggi seperti resin poliamida.
Fiberglas diaplikasikan pada bodi mobil dan kapal, pipa
plastik, kontainer, dan lantai.
Industri transportasi semakin banyak memanfaatkan plastik
yang diperkuat dengan fiberglas untuk mengurangi berat
kendaraan.
Aplikasi:
14. Karbon merupakan material fiber dengan performance sangat
baik dan paling banyak digunakan sebagai penguat dalam
komposit polimer karena:
1. Serat karbon fibers memiliki specific modulus dan specific
strength yang paling tinggi di antara semua fiber penguat.
2. Serat karbon tetap memiliki tensile modulus dan strength
yang tinggi pada temperatur tinggi, meskipun pada
temperatur tinggi ada masalah oksidasi.
3. Pada temperatur kamar, serat karbon tidak dipengaruhi
oleh uap air, berbagai solven, asam, dan basa.
15. 4. Serat karbon memiliki karakteristik fisik dan mekanik
yang sangat beragam, sehingga komposit yang dibuat
dengan serat karbon dapat memiliki sifat beragam,
sesuai yang diinginkan.
5. Proses pembuatan fiber dan komposit telah berkembang
dan relatif murah.
16. Berdasarkan besarnya tensile modulus, serat karbon dapat
dikelompokkan menjadi 4 jenis:
1. Serat karbon dengan modulus standar.
2. Serat karbon dengan modulus menengah.
3. Serat karbon dengan modulus tinggi.
4. Serat karbon dengan modulus sangat tinggi.
Serat karbon memiliki diameter antara 4 dan 10 m, baik
kontinyu maupun tidak.
Serat karbon biasanya dilapisi dengan pelindung epoxy “size”
yang juga berfungsi memperbaiki gaya tarik dengan matriks
polimer.
17. Komposit polimer yang diperkuat dengan serat karbon
banyak digunakan untuk:
1. Alat olah raga dan rekreasi (batang pancing, golf clubs),
2. filament-wound rocket motor cases,
3. Tangki bertekanan,
4. Komponen pesawat terbang, baik militer maupun
komersial, seperti sayap dan helikopter.
Aplikasi
18. Aramid memiliki nama kimia poly(paraphenylene terephthalamide).
Di pasar, aramid dikenal dengan merk Kevlar™ dan Nomex™.
19. KEUNGGULAN
• Memiliki strength dan modulus yang tinggi.
• Memiliki rasio strength/berat yang sangat tinggi, lebih baik
daripada logam.
• Memiliki longitudinal tensile strengths and tensile moduli
yang lebih tinggi daripada material fiber polimer lainnya,
tetapi material ini tidak kuat menerima tekanan/
compression.
• Kuat, tahan benturan, tahan terhadap creep and fatigue
failure.
• Resistan terhadap pembakaran dan stabil pada temperatur
tinggi (– 200 sampai 200C).
• Inert terhadap solven dan bahan kimia.
20. KEKURANGAN
• Terdegradasi oleh asam dan basa kuat.
PENGGUNAAN
• Serat aramid banyak digunakan dalam komposit dengan
matriks polimer, seperti opoxy dan poliester.
• Komposit aramid digunakan sebagai tameng atau rompi anti
peluru, alat-alat olahraga, ban, tali, casing rudal, tangki
bertekanan, dan pengganti asbes pada rem mobil, dan gaskets.
21. Tabel 4. Sifat komposit matriks epoksi yang diperkuat dengan serat
kaca kontinyu dan teratur, serat karbon, dan serat aramid dalam
arah longitudinal dan transverse. Fraksi volume serat = 0,6
22. TUJUAN REINFORCEMENT:
Untuk meningkatkan specific stiffness, specific strength,
abrasion resistance, creep resistance, thermal conductivity,
dan dimensional stability.
KEUNGGULAN:
Keunggulan MMC dibandingkan dengan PMC: temperatur
operasi lebih tinggi, tidak mudah terbakar, jauh lebih tahan
terhadap cairan organik.
MMC jauh lebih mahal daripada PMC, sehingga pengguna-
annya terbatas.
23. KOMPOSISI:
• Matriks: aluminum, magnesium, titanium, dan copper.
• Fiber:
Kontinyu : karbon, silikon karbida, boron, aluminum
oksida, dan the refractory metals, yaitu logam yang
sangat tahan terhadap panas dan aus: Nb (neobium),
Mo (molybdenum), Ta (tantalum), W (tungsten), dan Re
(rhenium).
Diskontinyu: whisker silikon karbida, potongan serat
aluminium oksida dan karbon, dan partikel silikon
karbida.
24. APLIKASI:
• Komponen mesin mobil: Driveshaft (dengan rpm tinggi
dan tidak bising), extruded stabilizer bars, komponen
suspensi dan transmisi. Bahan yang digunakan adalah
matriks aluminum-alloy yang diperkuat dengan serat
aluminium oksida dan serat karbon; MMC ini ringan dan
tahan aus dan thermal distortion.
• Industri ruang angkasa: advanced aluminum alloy metal-
matrix composites; serat boron digunakan untuk penguat
dalam Space Shuttle Orbiter, dan serat grafit kontinyu
untuk teleskop Hubble.
28. Material keramik tahan terhadap oksidasi dan kerusakan pada
temperatur tinggi, akan tetapi fracture toughness-nya rendah,
yaitu antara 1 dan 5 Mpa.m½.
Fracture toughnesses dari keramik dapat diperbaiki dengan
dikembangkannya CMC yang diperkuat dengan partikulat, serat,
atau whisker, sehingga fracture-toughnessnya menjadi 6 – 20
Mpa.m½.
Contoh:
• Matriks Al2O3 atau ZrO2 yang diperkuat dengan partikel ZrO2.
• Keramik yang diperkuat dengan whiskers, yaitu SiC atau Si3N4.
29. Room Temperature Fracture Strengths and Fracture
Toughnesses for Various SiC Whisker Contents in Al2O3
