Dokumen tersebut membahas tentang komposit dan jenis-jenis serat serta matriks yang digunakan pada komposit. Jenis serat yang dijelaskan antara lain serat gelas, karbon, aramid, polyethylene, dan serat alami. Sedangkan jenis matriks yang dibahas adalah polimer termoplastik, termoset, dan logam. Dokumen juga membandingkan kelebihan dan kekurangan masing-masing jenis serat dan matriks.

1. KOMPOSIT
Nama : Muhammad Fadli
NIM : 1520621010
Prodi : S1 Teknik Mesin

2. Unsur Utama Material
Komposit
Coupling
agent
filler serat matriks
lamina
laminate

3. SERAT
• Pemilihan yang tepat dari jenis, fraksi volume, panjang, dan
orientasi sangat penting. Karena mempengaruhi karakteristik
dari komposite:
1) Density
2) Kekuatan dan modulus tekan
3) Kekuatan dan modulus tarik
4) Konduktivitas termal dan listrik
5) biaya

4. • Jenis serat tergantung penggunaannya. Ketika material
komposit untuk struktur ringan, maka kekuatan dan kekauan
spesifiknya akan lebih di utamakan.
• Menurut Brandy dan Clavier (1991), panjang serat harus
memiliki sekurang-kurangnya 100 kali diameter atau lebarnya
untuk memperoleh penguatan yang optimal.
• Fraksi volume terbesar dalam komposit laminate adalah serat
• Orientasi serat: orientasi unidirectional, orientasi bidirectional,
dan orientasi multidirectional.

5. Serat Gelas
• Keuntungan:
1) biaya rendah.
2) kekuatan tarik tinggi.
• Kerugian:
1) modulus tarik relatif rendah.
2) density tinggi.

6. Serat Karbon
• Keuntungan:
1) Kekuatan kelelahan tinggi.
2) Konduktivitas termal yang tinggi.
• Kerugian:
1) Regangan rendah.
2) Daya tahan impact rendah.
3) Biaya tinggi.

7. Serat Aramid
• Kevlar 49 adalah salah satu nama dagang dari serat
aramid yang tersedia dipasaran.
• Keuntungan:
1) Density ringan
2) Kekuatan tarik tinggi
• Kerugian:
1) Kekuatan tekan rendah
2) Sulit untuk proses machining atau pemotongan.

8. Serat Polyethylene Chain Extended
• Nama dagang yang dijual dipasaran adalah
spectra.
• Keuntungan:
1) Penyerapan kelembaban rendah
2) Ketahanan abrasi yang tinggi
• Kerugian:
1) Titik leleh rendah

9. Serat Natural
• Keuntungan:
1) Serat natural lebih ramah lingkungan dibandingkan serat
glass dan karbon.
2) Density lebih ringan dibandingkan serat E-glass dan karbon.
3) Serat natural sangat kompetitif dengan serat E-glass dalam
perancangan kekakuan-kritis.
• Kerugian:
1) Kekuatan tarik relatif rendah
2) Titik leleh dan penyerapan air rendah.

10. Serat Boron
• Keuntungan:
1) Modulus tarik tinggi (379-414 GPa)
• Kerugian:
1) Biaya lebih tinggi dari serat karbon

11. Serat Ceramic
• Serat silicon carbide (SiC) dan aluminum oxide
(Al2O3) adalah contoh serat ceramic untuk
aplikasi suhu tinggi.
• Serat alumunium oxide memiliki konduktivitas
termal dan listrik yang lebih rendah daripada
serat silicon carbide.
• Serat alumunium oxide memiliki koefisien
ekspansi termal yang lebih tinggi daripada
serat silicon carbide.

12. 2.2 MATRIX

13. JENIS MATRIX
• 1. POLYMER MATRIX
• 2. METAL MATRIX
• 3. CERAMIC MATRIX

14. PERAN MATRIX
• 1. Menjaga serat tetap di tempatnya
• 2. Mentransfer tegangan diantara serat
• 3. Memberikan penghalang terhadap
lingkungan yang merugikan seperti bahan-
bahan kimia dan kelembaban
• 4. Melindungi permukaan serat dari
penurunan sifat mekanik. Contohnya: abrasi

15. 2.2.1 POLYMER MATRIX
• DEFINISI :
Merupakan molekul rantai panjang yang
mengandung satu atau lebih unit atom yang
bergabung melalui ikatan kovalen yang kuat.
• Polymer Matrix terbagi menjadi 2 kategori,
yaitu :
1. Thermoplastik
2. Termoset

16. Contoh ikatan molekul polymer pada nylon

17. Pada materi Polymer Matrix ini akan dibahas
tentang :
1. Thermoplastic dan Thermoset Polymer
2. Unique Charasteristics of Polymer Solid
3. Creep and Stress Relaxation
4. Heat Deflection Temperature
5. Selection of Matrix : Thermoplastic vs
Thermoset

18. 1. Termoplastic and Termoset Polymer
a. Polimer Termoplastik
b. Polimer Termoset
Molekul individu tidak bergabung
menjadi ikatan kimia karena tertahan
oleh ikatan sekunder atau gaya antar
molekulnya yang lemah
Molekul secara kimiawi
bergabung menjadi cross links
untuk membentuk sifat kaku
dan struktur jaringan 3 dimensi

19. a. Polimer Termoplastik
 Apabila termoplastik solid dikenai pemanasan,maka ikatan
sekunder bisa sementara rusak dan molekul-molekul nya
mampu berpindah secara relatif atau mengalir ke
konfigurasi yang baru jika terjadi pressure
 Apabila termoplastik solid dikenai pembekuan, molekulnya
mampu dibekukan pada konfigurasi yang baru dan ikatan
sekundernya bisa kembali seperti semula, sehingga
menghasilkan bentuk solid yang baru
Kesimpulan :
Pada dua kejadian diatas yaitu antara pemanasan dan
pembekuan bisa diketahui bahwa termoplastik bisa melunak
, meleleh dan dibentuk kembali (post formed) sebanyak yang
diinginkan

20. b. Polimer Termoset
 Pada polimer termoset, cross links terbentuk selama reaksi
polimerisasi atau yang biasa disebut reaksi curing
 Curing merupakan proses pengeringan untuk merubah
material pengikat (resin) dari kondisi cair menuju kondisi
padat
 Pada polimer termoset tidak sama dengan termoplastik
apabila terkena pemanasan. Karena termoset tidak bisa
meleleh apabila terkena pemanasan.
 Tetapi, apabila jumlah cross links nya sedikit, kemungkinan
masih bisa melunak dengan naiknya temperatur.

21. 2. Unique Charasteristics of Polymer Solids
 Ada dua karakteristik yang unik pada polimer solid yang tidak
ditemukan pada logam, yaitu sifat mekaniknya tergantung
terhadap suhu lingkungan dan tingkat pembebanan (loading
rate)
 Pada grafik dibawah ini ditunjukkan trend dengan variasi
tensile modulus pada berbagai jenis polimer dengan variasi
temperature
a.
Pada grafik a (amorphous Thermoplastic) terdapat
Tg (Glass Transition Temperature) yang merupakan
suhu pada saat polimer berubah dari semula
bersifat kaca (getas) menjadi seperti karet (lunak).
Pada grafik ini terbentuklah bahan berbentuk
amorph.

22. Gambar disamping merupakan bahan
amorf atau seperti gelas yang dalam
banyak kasus terjadi karena pendinginan
yang terlalu cepat sehingga atom-
atomnya tidak dapat mencapai lokasi
kisinya
b. Pada grafik b (semicrystaline thermoplastic) terdapat Tm
(temperature Melting) yaitu saat polimer berwujud
cairan. Dalam grafik ini terjadi peningkatan temperatur
sehingga membuat sebuah daerah cairan yang sangat
kental. Setelah itu ketika temperatur maksimal terjadi
maka terjadi transisi yang begitu tajam yakni terjadi
pada titik leleh kristal yang dilambangkan Tm.

23. Gambar disamping ini adalah struktur
semicrystalin yang merupakan zat padat
yang tersusun dari kristalin dan amorf.
Contohnya : Avicell, Parafin, Selilose
Mikrokristalin)
C.
Pada grafik c (Thermoset) tidak terjadi
melting atau leleh dan malah
sebaliknya, yaitu terbakar pada
temperatur yang sangat tinggi.

24. GRAFIK EFEK TEMPERATUR DAN LAJU PEMBEBANAN
TERHADAP SIFAT STRESS-STRAIN PADA POLIMER SOLID
Pada temperatur rendah, sifat stress-strain lebih seperti material
yang getas. Namun dengan meningkatnya temperatur terjadi luluhan
(yielding), tetapi kekuatan tariknya menurun. Di sisi lain, dengan
naiknya temperatur maka berubah juga polimer dengan material
getas pada temperatur rendah menjadi material yang ulet pada
temperatur yang tinggi.

25. 3. Creep and Stress Relaxation
 Pada Creep and Stress Relaxation tests bisa memperlihatkan karakteristik
viscoelastic pada suatu polimer solid.
 Dalam creep tests (grafik a), tegangan konstan diberikan pada spesimen uji
sementara deformasi (strain) yang terjadi diamati sebagai fungsi waktu.
Sehingga meningkatkan regangan sesuai dengan pertambahan waktu.

26. Dalam Stress Relaxation tests (grafik b), deformasi akibat
regangan kostan diberikan, sementara tegangan diamati
sebagai fungsi waktu. Sehingga stress menurun seiring
pertambahan waktu.
Pada umumnya stress dan strain pada termoset lebih
rendah daripada termoplastik.

27. 4. Heat Deflection Temperature (HDT)
 Karakteristik/sifat pelunakan berbagai jenis polimer
sering dibandingkan berdasarkan HDT
 Pengukuran HDT sesuai standar ASTM D648

28. Prosedur pengukuran HDT :
 Pada tes HDT ini, polimer bar dengan penampang
berbentuk persegi panjang dibebankan sebagai balok
di dalam media non reacting liquid seperti mineral
oil. Beban pada bar disesuaikan untuk membuat
stress yang maksimum pada serat yaitu pada 1,82
MPa (264 Psi) atau 0,455 Mpa (66 Psi). Pusat defleksi
bar diamati seiring temperatur media cair yang naik
dengan laju 2 ± 0,2 C/min. Temperatur pada bar,
defleksi nya naik sebesar 0,25mm(0,01 in). Maka dari
itu defleksi temperatur awal kamar disebut HDT yaitu
pada tegangan serat spesifik.

29. 5. Selection of Matrix : Thermosets vs Thermoplastics
 Pada pemilihan komposit yang membutuhkan high
performance,maka sifat mekanis yang harus dimiliki
oleh matrix adalah :
1. High Tensile Modulus, yang berpengaruh pada
compressive strength komposit
2. High Tensile Strength, yang mengontrol retakan
pada lapisan komposit
3. High Fracture Toughness, yang mengontrol
delaminasi (terkelupasnya lapisan tipis permukaan
sampai sekitar 5mm) dan pertumbuhan retakan

30.  Untuk polimer matrix komposite terdapat banyak
pertimbangan untuk pemilihannya, antara lain:
1. Stabilitas dimensi yang bagus pada temperatur
tinggi Harus punya Tg yang tinggi, sehingga pada
kenyataannya Tg harus lebih tinggi dari temperatur
maksimum yang digunakan
2. Tahan terhadap kelembaban dan pelarut artinya
polimer jangan sampai larut, membengkak, retak,
menurun pada lingkungan yang panas maupun
basah atau bila terkena pelarut

31. Tensile stress-strain diagrams pada polimer termoset
(epoxy) dan polimer termoplastik (polysulfane)

32.  Dari grafik sebelumnya, bisa diamati keuntungan dan kerugian
polimer termoset dan polimer termoplastik,yaitu :
a. Termoset
 Keuntungan dari termoset adalah :
- creep dan stress relaxation yang kecil daripada termoplastik
- kemampuan deformasi plastis yang baik
- Thermal stability dan chemical resistance yang bagus
 Kerugian dari termoset adalah :
- Umur penyimpanan yang terbatas (sebelum pencetakan)
pada temperatur kamar
- Waktu fabrikasi yang lama saat pencetakan
- Low strain to failure, yang sangat berpengaruh pada kekuatan
impact

33. b. Termoplastik
 Keuntungan dari termoplastik adalah :
- impact strength nya yang tinggi dan fracture resistance yang
bagus
- mempunyai strain to failure yang lebih tinggi dari termoset
yang berperan pada ketahanan yang lebih baik dalam
mengatasi microcracking pada matrix yang terdapat di dalam
lapisan komposit
- umur penyimpanan yang tidak terbatas pada suhu kamar
- Waktu fabrikasi yang pendek
- kemudahan dalam joining dan repair dengan welding, ikatan
pelarut, dsb.
- Bisa diproses kembali atau didaur ulang

34.  Kerugian dari termoset adalah :
- Penggabungan serat continuous sangat sulit karena
temperatur cair nya tinggi
- Creep resistance dan thermal stability nya lebih rendah dari
termoset, seperti nylon dan polycarbonate