Bahan komposit terdiri dari dua komponen utama yaitu penguat dan matriks. Dokumen ini menjelaskan sejarah, klasifikasi, jenis-jenis penguat dan matriks, serta proses pembuatan bahan komposit. Bahan komposit telah digunakan sejak zaman dahulu hingga saat ini dengan berbagai keunggulan seperti kuat, ringan, dan tahan suhu tinggi.

1. MATERIAL KOMPOSITE
DR. SYIFAUL HUZNI, ST. MsC
DR. IR. SULAIMAN THALIB, MT
PROGRAM PASCA SARJANA
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SYIAH KUALA

2. Bahan Komposit
Ide bahan komposit
Merupakan Ide lama, dari pohon kayu
Matrik : - lignin (amorfus)
Penguat : serat selulosa (campuran amorfus dan kristalin)
Untuk contoh daun kelapa dan kayu
Kayu
Komposit serat (serat selulosa + matriks lignin)
Serat selulosa ± kekuatan tarik tinggi
- sangat fleksibel (kekakuan rendah)
Disatukan oleh matrik lignin sehingga meningkatkan kekakuan
Contoh lain adalah tulang terdiri dari serat collagen lunak dan
pendek yang tertanam dalam matrik mineral yang
disebut apatite

3. Bahan komposit yang sudah digunakan untuk
waktu lama adalah:
- Karbon black dalam rubber (karet)
ban kendraan
- cement portland campur pasir
Bahan bangunan
- Aspal campur pasir
bahan untuk jalan
- Resin dengan serat gelas
Tanki air, tong sampah dll
Perkembangan bahan komposit, karena adanya
permintaan bahan yang memiliki sifat
- Lebih kaku
- Lebih kuat
- Lebih ringan
untuk memenuhi permintaan ini dikembangkan bahan
komposit.

4. Sifat komposit di atas tanpa memperhatikan
harga dan hasil buangan bekas pakai yang
dapat mencemarkan lingkungan,
- Dalam perkembangan selanjutnya faktor
lingkungan
dan
harga
menjadi
dasar
penggunaan bahan komposit.
- Jadi bahan komposit harus ramah lingkungan
baik dalam pembuatan, pemakaian dan hasil
buangannya
- Untuk memenuhi ini dikembangkan komposit
termoplastik atau termoset yang diperkuat
dengan serat alam

5. Sejarah penggunaan bahan komposit
- Pada zaman kuno: penggunaan tanah liat dicampur
dengan serat alam (jerami) untuk
bahan konstruksi
- Pada zaman modern : bahan komposit mulai 1937
Ketikan perusahaan Owens
Corning Fiberglass mulai menjual
serat gelas sebagai penguat
termoplastik ataupun termoset
(epoxy) ( strong 2008)

6. Bahan komposit untuk bahan teknik mulai
berkembang dalam 1960 yang
memperkenalkan bahan komposit dengan
bahan dasar polimer
Sejak itu bahan komposit dirancang untuk
berbagai kegunaan termasuk penggunaan
untuk komponen automotif, alat olah raga,
komponen aeroangkasa, perkapalan dan
industri petroleum.

7. Bahan komposit dapat didefinisikan sebagai:
suatu bahan yang merupakan gabungan lebih
dari satu bahan dan masing-masing bahan
tersebut masih memiliki sifatnya sendiri
(Chawla 1987) atau
bahan komposit terdiri dari dua atau lebih
bahan yang dikombinasikan membentuk suatu
bahan kejuruteraan dan akan menghasilkan
sifat tertentu yang berbeza dengan sifat bahan
asal dan bahan-bahan tersebut tidak saling
melarutkan (Vinson 2004)

8. KLASIFIKASI BAHAN KOMPOSIT
‡
‡
‡
‡
‡
KOMPOSIT MATRIK POLIMER (PMC)
KOMPOSIT MATRIK LOGAM (MMC)
KOMPOSIT MATRIK KERAMIK (CMC)
KARBON-KARBON KOMPOSIT (CC COMPOSIT)
KOMPOSIT HIBRID (HC)
kombinasi matriks ataupun kombinasi gentian

9. PMC
Bahan polimer merupakan senyawa organik paling banyak
berdasarkan karbon, hidrogen dan unsur bukan logam lainnya.
Bahan komposit matriks polimer merupakan bahan komposit
yang paling banyak dikembangkan dan paling banyak
ditemukan dalam penggunaan.
Komposit matriks polimer
- dapat diproses dengan mudah dalam bentuk kompleks.
- Matriks dapat dari polimer termoset ataupun polimer
termoplastik.
- memiliki performan tinggi kerana gabungan serat dan matriks.
Dalam bahan komposit, serat memberikan kekuatan dan
modulus tinggi sedangkan matriks polimer mendistribusikan
beban dan menghalangi cuaca dan abrasi.

10. MMC
Komposit matriks logam ialah bahan komposit
yang dibuat dari dua jenis bahan atau lebih, salah
satu bahan adalah logam yang berfungsi sebagai
matriks. Bahan penguat dapat digunakan dari
bahan logam berbeda atau dari jenis bahan
lainnya, seperti seramik atau senyawa organik
Contoh
Matriks Aluminium dengan penguat dari serat boron, silikon karbida,
alumina dan grafit
Serat pendek: alumina, alumina-silika, wishker (silikon karbida) dan
penguat partikel (silikon karbida dan boron karbida)

11. CMC
Komposit matriks keramik adalah bahan komposit
yang terdiri dari dua jenis bahan atau lebih, keramik
berfungsi sebagai matriks. Bahan penguat dalam
bentuk terputus-putus seperti partikel, whisker dan
serat pendek. Bahan komposit matriks seramik yang
terkenal adalah SiC/Si3N4 yang digunakan untuk
perkakas pemotongan.
Contoh bahan keramik SiO2, Al2O3, CaO, MgO, SiC, Si3N4, TiC, ZrC, TiN dan
ZrN
‡
‡
‡
‡
a) keramik kaca (seperti litium aluminosilikat),
b) oksida [seperti alumina dan (Al6Si2O13)],
c) nitrida (seperti silikon nitrida, Si3N4), dan
d) karbida (silikon karbida, SiC).

12. ‡ Komposit Karbon-Karbon
Komposit Karbon-karbon (KK) adalah bahan komposit yang
terbuat dari bahan matriks karbon dalam bentuk grafit,
manakala bahan penguat yang digunakan adalah gentian
karbon.
- ketahanan suhu tinggi melebihi 2200 ºC
- Kekuatan pada suhu tinggi adalah tinggi
- Rasio kekuatan atas berat tinggi dan nilai kekakuan ke atas
berat tinggi
- memiliki kestabilan dimensi tinggi dan rintangan
kelesuan tinggi.
Contoh pemakaian pada muncung enjin roket

13. PENGUAT
‡ Banyak bahan penguat atau pengisi sudah digunakan
untuk pembuatan komposit. Penguat dapat diklasifikasi
menurut bentuknya yaitu partikel, serat dan lembaran.
Kumpulan bahan penguat berdasarkan sumber bahan
dapat diklasifikasikan dalam dua kumpulan iaitu bahan
penguat buatan dan bahan penguat alam. Contoh bahan
penguat buatan adalah serat gelas, partikel gelas, serat
karbon, partikel karbon dan serat aramid. Sedangkan
bahan penguat dari alami adalah partikel tanah liat,
partikel silika, serat dari hewan dan serat tunbuhan.
Bahan penguat konvensional digunakan untuk
pembuatan komposit adalah serat gelas, serat karbon
dan serat aramid atau kevlar. Pada saat ini, banyak jenis
bahan penguat atau bahan pengisi yang lain sudah
digunakan iaitu penggunaan tanah liat, partikel silika,
aerat alam seperti serat kayu, jerami, rami, nenas, bagas
yang berasal dari tumbuh-tumbuhan dan gentian sutera
yang berasal dari hewan.

14. Klasifikasi penguat menurut bentuk
‡ Penguat partikel
Partikel bentuk bahan dalam bentuk unit padatan.
Partikel dapat terdiri dari satu jenis bahan atau jenis
bahan lebih satu fasa. Partikel dapat terikat bersamasama membentuk gumpalan. Gumpalan ialah
kumpulan partikel yang lebih besar atau pseudopartikel yang terikat secara lemah memiliki sifat
mudah pecah. Jika partikel terikat bersama dengan
sangat kuat dan membentuk partikel yang lebih besar
yang tidak mudah terserak disebut dengan agregat
ataupun gumpalan keras (Reed 1987). Ukuran partikel
kebanyakan dalam reng 50 nm sampai 1.0 cm.

15. Lembaran
penguat lembaran untuk penguatan komposit
dapat digunakan dari tenunan serat ataupun
bahan lembaran seperti kayu lapis. Contoh
penggunaan bahan lembaran tenunan serat
untuk penguatan komposit adalah pembuatan
kontainer, penutup bak sampah, menara air dan
penggunaan untuk kelautan. Fabrik adalah
benang tenun, sambungan benang atau
kesatuan seperti tali (tow) dalam bentuk
anyaman
lapisan
tunggal.
Rajah
2.5
menunjukkan corak-corak tenunan gentian yang
digunakan pada proses pembuatan bahan
komposit. Untuk mengawal arah gentian
dilakukan dengan menenun (Mazumdar 2002).

16. Serat
Serat atau benang dalam proses pembuatan komposit
dapat disusun secara acak, paralel, susunan meleding
(warp), atau arah benang pakan (weft). Bentuk susunan
gulungan serat yang tak berarah digunakan dalam
komposit bila penggunaan gentian dalam satu arah saja,
penggunaan gentian untuk memperbaiki ketahanan
terhadap lenturan sebagai contoh seperti penggunaan
pada ski air yang mana fabrik berada sepanjang dari
panjang ski. Pada fabrik dengan susunan benang
meleding (warp), penguatan berada pada 0o, dalam arah
meleding atau peguat meleding satu seperti dalam
Rajah 2.3, manakala susunan fabrik arah benang pakan
(weft), penguatan berada pada 90o, dalam arah benang
pakan atau penguat benang pakan satu arah seperti
dalam Gambar 2.4 (Mazumdar 2002)

17. Jenis Serat
‡
‡
Serat sintetik
- serat gelas
- serat karbon
- serat aramid (kevlar)
Serat alam
- Serat tumbuh-tumbuhan, biji (kapas, kapok), daun (sisal, nenas),
kulit (jute, kenaf,ramie, batang pisang, rami, pinus), buah (serabut
buah kelapa) dan batang (jerami gandum, jerami padi, barli, bambu,
bagas dan rumput)
- Serat hewan, Rambut haiwan (wool atau bulu biri-biri, rambut kambing
(Alpaka, Cashmere) dan rambut kuda), Serat sutera (air liur atau saliva kering
binatang kecil atau serangga selama penyediaan kokon (ulat sutera) dan Serat
bulu burung

18. -
Serat
mineral,
Asbestos,
(serpentin merupakan
lembaran silikat, chrysotile dan kelompok amfibol terdiri dari
lima jenis serat mineral yaitu amosit, krokidolit, tremolit,
aktinolit, dan antofilit (Middendorf et al. 2007), Serat
keramik, termasuk serat oksida iaitu aluminium oksida atau
alumina (Al2O3), silikon karbida, serat ini mampu tahan suhu
tinggi (Wilson & Vesser 2000), serat gelas dan kwarsa, dan
Boron karbida., Serat logam, seperti serat aluminium,
keluli dan gentian tembaga

19. Kesesuaian (Compatibilty) antara matriks
dengan penguat
Untuk menyesuaikan matriks dengan penguat dilakukan
-Penambahan interface
- modifikasi pada penguat
- kimia ataupun fisik
Khusus untuk serat alam
Serat alam secara umum ikatan dengan matriks tidak bagus, hal ini
disebabkan kelembaban tinggi, kondisi permukaan tidak sesuai dengan
matriks, kemampuan basahan tidak bagus, untuk memperbaiki
keadaan ini dapat dilakukan modifikasi pada serat (modifikasi fisik dan
kimia)

20. Sifat Bahan komposit,
- Sifat termal, (Tg, Tm)
TGA, DSC
- Sifat kimia (struktur kimia), polimer dan keramik
FTIR,
IR spektroskopi
- Sifat kristalin
XRD
- Sifat reologi (aliran)
Kapileri reometer
- Morfologi
Mikroskop (optik, SEM, TEM
dan confocal laser)
dan sifat ±sifat lainnya, karakterisasi yang diperlukan sangat
tergantung pada jenis komposit (matriks dan penguat serat,
partikel atau laminat)

21. PEMPROSESAN KOMPOSIT
PMC
‡ Penguat serat panjang, hand lay-up,
Filamen winding, pultrusion, prepreg
‡ Penguat serat pendek
‡ Partikel
pencampuran dalam
keadaan kering dan dalam keadaan cair
menggunakan mixer atau ekstrusi (skraw
tunggal atau skraw kembar)

22. MMC
- Fabrikasi dalam keadaan padat
- Fabrikasi dalam keadaan cair
- Fabrikasi insitu
CMC
- Fabrikasi dengan slurry infiltration process, serat ditarik
melewati dalam tanki slurry yang mengandung serbuk
matriks, cairan pembawa dan pengikat organik kemudian
digulung pada drum dan dikeringkan
- Hot press (tekan panas)

23. ‡ Gambar proses hand lay-up

24. ‡ Penggulungan filamen (filament winding)

25. ‡ Pultrusion
1
2
3
4
5
6
7
-
Continuous roll of reinforced fibers/woven fiber mat
Tension roller
Resin bath
Resin soaked fiber
Die and heat source
Pull mechanism
Finished hardened fiber reinforced polymer

26. ‡ Prepregs
Pre-preg
adalah
istilah untuk "preimpregnated"
serat
komposit.
Biasa
mengambil
bentuk
anyaman atau unidirectional. komposit
ini
mengandung
matrik
untuk
mengikat serat secara
bersama.
Dan
ke
komposit
lainnya
selama
pembuatan..Pre-preg

27. ‡ Pencampuran partikel dengan mesin
pencampur (mixer)

28. Pencampuran dengan ekstrusi

29. Mesin ekstrusi

30. ‡ Skraw tunggal

31. ‡ Extruder scraw kembar