FASA FIBER

1. FASA FIBER Berdasarkan diameter dankarakternya, fiber dapatdikelompokkanmenjadi 3: Whisker Fiber Wire

2. WHISKER merupakankristaltunggal yang sangattipisdenganrasiopanjang/diameter yang sangatbesar. Akibatukurannya yang kecil, makatingkatkesempurnaankristalnyatinggi, sehinggakekuatannya/strength sangattinggi merupakansalahsatu material yang paling kuat. Meskipundemikian, whisker jarangdipakaikarenaharganyasangatmahal. Selainitu, menyatukan whisker denganmatriksjugasangatsulit. Contoh material whisker materials adalahgrafit, silikon karbida, silikonnitrida, dan aluminum oksida.

3. FIBER adalah material polikristalinatauamorfus yang memiliki diameter kecil. Material fiber bisaberupapolimerataukeramik, sepertiaramidpolimer, kaca,karbon, boron, aluminum oksida, dan silikonkarbida. WIRES memiliki diameter yang relatifbesar. Contoh: baja, molybdenum, dan tungsten. Wire digunakansebagairadial steel reinforcement dalam ban mobil, filament-wound rocket casings, dan in wire-wound high-pressure hoses.

4. Table 3. Characteristics of Several Fiber-Reinforcement Materials

5. FASA MATRIKS Matriks yang digunakandalamkomposit fiber bisaberupalogam, polimer, ataukeramik. Matriks yang seringdigunakanadalahlogamdanpolimerdigunakankarenasifatductile-nyadiperlukan. Kekuatanikatanantara fiber danmatriksharuscukupbesaruntukmenghindarilepasnya fiber. Ultimate strength darikompositsangattergantungpadakekuatanikatanini.

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. FUNGSI MATRIKS Mengikatsemua fiber danberfungsisebagai media untukmeneruskan stress pada fiber; hanyasebagiankecildari stress yang disanggaolehmatriks. Olehkarenaitumatriksharus ductile. Disampingitu modulus elastisitasdari fiber harusjauhlebihbesardaripadamatriks. Untukmelindungimasing-masing fiber darikerusakanpermukaanakibatabrasiataureaksidenganlingkungan. Memisahkanmasing-masing fiber; karenasifatnya yang relatiflunakdanplastis, makamatriksdapatmencegahmeluasnyabrittle cracks darisatu fiber ke fiber lainnya. Meskipunsebagiandari fiber telahrusak, kerusakankompositsecara total belumterjadisampaiterjadinyakerusakanpadasejumlahbesarfiber yang beradasalingberdekatan.

8. MATRIKS POLIMER • Resin poliesterdanpolimer vinyl ester merupakanresin yang paling banyakdipakaidan paling murah ; keduanyabanyakdipakaidalamkomposit yang diperkuatdenganfiberglas. • Epoxymerupakan resin yang lebihmahal, digunakandalamaplikasikomersial, pesawatruangangkasa. Epoksimemilikisifatmekanikdanlebihtahanterhadapuap air daripadapoliesterdan vinyl ester. • Resin poliimidadigunakanuntukaplikasipadatemperaturtinggi. • Resin termoplastiktemperaturtinggisepertipolyetherether-ketone(PEEK), poly(phenylene sulfide) (PPS), danpolyether-imide(PEI), merupakan resin yang potensialuntukaplikasiruangangkasa.

9. POLYMER-MATRIX COMPOSITES (PMC) PMC terdiridari resin polimersebagaimatriksdan fiber sebagai medium penguat. Material inidigunakanluasdiberbagaiaplikasidalamjumlah yang sangatbesar, karenasifat-sifatnya yang baikpadatemperaturkamar, mudahdibuat, danrelatifmurah. Adaberbagaimacam PMC, tergantungpadatipepenguatnya (sepertikaca, karbon, danaramid).

10. Fiberglass adalahkomposit yang terdiridariseratkaca, kontinyuatautakkontinyu, danmatrikspolimer. Kompositjenisinimerupakankomposit yang paling banyakdiproduksi. Komposisikaca yang biasadibuatmenjadiserat (biasadisebutsebagai E-glass) adalah SiO2 55%, CaO 16%, Al2O3 15%, B2O3 10%, MgO 4%. Diameters fiber biasanyaberkisarantara 3 dan20 m.

11. Kacabanyakdigunakansebagai material penguatdalambentukseratkarena: Mudahdibentukdarilelehanmenjadi high-strength fibers. Banyaktersediadandapatdibuatsecaraekonomismenjadikompositplastikyang diperkuatdenganfiberglasdenganmenggunakanberbagaiteknikpembuatan. Karena fiber relatifkuat, makajikaditanamdalammatriksplastik, akandihasilkankompositdenganspecific strength yang sangattinggi. Jikadigabungdenganberbagaiplastik, akandihasilkankomposit yang inert, sehinggakompositdapatdigunakanpadalingkungan yang korosif.

12. Karakteristikpermukaandariseratkacasangatpenting; sedikitsajacacatpadapermukaanakansangatmenurunkansifat-sifattensile-nya. Catatpermukaandenganmudahdapatdisebabkanolehgesekanatauabrasipermukaandengan material keras. Permukaanseratkaca yang telahterpaparudara, meskipundalamwaktusingkat, biasanyaakanmelemah, sehinggaakanmempengaruhiikatannyadenganmatriks. Fiber barubiasanyadilapisidengansuatu “size”, yaitulapisantipisdarisuatusenyawa yang melindungipermukaan fiber darikerusakandaninteraksi yang tidakdiinginkandenganlingkungan.

13. Aplikasi: Temperaturservisdarikebanyakankompositfiberglasadalah < 200C; padatemperatur yang lebihtinggi, kebanyakanpolimermulaimelelehdanrusak. Temperaturservisdapatdinaikkansampai 300Cdenganmenggunakan fiber darisilika yang sangatmurnidanpolimertemperaturtinggiseperti resin poliamida. Fiberglas diaplikasikanpadabodimobildankapal, pipaplastik, kontainer, danlantai. Industritransportasisemakinbanyakmemanfaatkanplastikyang diperkuatdenganfiberglasuntukmengurangiberatkendaraan.

14. Karbonmerupakan material fiber dengan performance sangatbaikdan paling banyakdigunakansebagaipenguatdalamkompositpolimerkarena: Seratkarbon fibers memilikispecific modulus danspecificstrength yang paling tinggidiantarasemua fiber penguat. Seratkarbontetapmemiliki tensile modulus dan strength yang tinggipadatemperaturtinggi, meskipunpadatemperaturtinggiadamasalahoksidasi. Padatemperaturkamar, seratkarbontidakdipengaruhiolehuap air, berbagaisolven, asam, danbasa.

15. Seratkarbonmemilikikarakteristikfisikdanmekanik yang sangatberagam, sehinggakomposit yang dibuatdenganseratkarbondapatmemilikisifatberagam, sesuai yang diinginkan. Prosespembuatan fiber dankomposittelahberkembangdanrelatifmurah.

16. Berdasarkanbesarnya tensile modulus, seratkarbondapatdikelompokkanmenjadi 4 jenis: Seratkarbondengan modulus standar. Seratkarbondengan modulus menengah. Seratkarbondengan modulus tinggi. Seratkarbondengan modulus sangattinggi. Seratkarbonmemiliki diameter antara 4 dan 10 m, baikkontinyumaupuntidak. Seratkarbonbiasanyadilapisidenganpelindung epoxy “size”yang jugaberfungsimemperbaikigayatarikdenganmatrikspolimer.

17. Aplikasi Kompositpolimer yang diperkuatdenganseratkarbonbanyakdigunakanuntuk: Alatolah raga danrekreasi (batangpancing, golf clubs), filament-wound rocket motor cases, Tangkibertekanan, Komponenpesawatterbang, baikmilitermaupunkomersial, sepertisayapdanhelikopter.

18. Aramidmemilikinamakimiapoly(paraphenylene terephthalamide). Di pasar, aramiddikenaldenganmerk Kevlar™ danNomex™.

19. KEUNGGULAN • Memiliki strength dan modulus yang tinggi. • Memilikirasio strength/berat yang sangattinggi, lebihbaikdaripadalogam. • Memiliki longitudinal tensile strengths and tensile moduli yang lebihtinggidaripada material fiber polimerlainnya, tetapi material initidakkuatmenerimatekanan/ compression. • Kuat, tahanbenturan, tahanterhadapcreep and fatigue failure. • Resistanterhadappembakarandanstabilpadatemperaturtinggi (– 200 sampai 200C). • Inert terhadapsolvendanbahankimia.

20. KEKURANGAN • Terdegradasiolehasamdanbasakuat. • PENGGUNAAN • Serataramidbanyakdigunakandalamkompositdenganmatrikspolimer, sepertiopoxydanpoliester. • Kompositaramiddigunakansebagaitamengataurompi anti peluru, alat-alatolahraga, ban, tali, casing rudal, tangkibertekanan, danpenggantiasbespadaremmobil, dan gaskets.

21. Tabel 4. Sifatkompositmatriksepoksi yang diperkuatdenganseratkacakontinyudanteratur, seratkarbon, danserataramiddalamarah longitudinal dan transverse. Fraksi volume serat = 0,6

22. METAL-MATRIX COMPOSITES (MMC) TUJUAN REINFORCEMENT: Untukmeningkatkanspecific stiffness, specific strength, abrasion resistance, creep resistance, thermal conductivity, dandimensional stability. KEUNGGULAN: Keunggulan MMC dibandingkandengan PMC: temperaturoperasilebihtinggi, tidakmudahterbakar, jauhlebihtahanterhadapcairanorganik. MMC jauhlebihmahaldaripadaPMC, sehinggapengguna-annyaterbatas.

23. KOMPOSISI: • Matriks: aluminum, magnesium, titanium, dan copper. • Fiber: • Kontinyu : karbon, silikonkarbida, boron, aluminum oksida, dan the refractory metals, yaitulogam yang sangattahanterhadappanasdanaus: Nb (neobium), Mo (molybdenum), Ta (tantalum), W (tungsten), dan Re (rhenium). • Diskontinyu: whisker silikonkarbida, potonganserataluminiumoksidadankarbon, danpartikelsilikonkarbida.

24. APLIKASI: • Komponenmesinmobil: Driveshaft (dengan rpm tinggidantidakbising), extruded stabilizer bars, komponensuspensidantransmisi. Bahan yang digunakanadalahmatriks aluminum-alloy yang diperkuatdenganserataluminiumoksidadanseratkarbon; MMC iniringandantahanausdan thermal distortion. • Industriruangangkasa: advanced aluminum alloy metal-matrix composites; serat boron digunakanuntukpenguatdalam Space Shuttle Orbiter, danseratgrafitkontinyuuntukteleskop Hubble.

25. Komponensuspensi

26. Komponentransmisi

27. Sifatbeberapa MMC yang diperkuatdenganseratkontinyudanteratur

28. CERAMIC-MATRIX COMPOSITES (CMC) • Material keramiktahanterhadapoksidasidankerusakanpadatemperaturtinggi, akantetapifracture toughness-nyarendah, yaituantara 1 dan 5 Mpa.m½. • Fracture toughnessesdarikeramikdapatdiperbaikidengandikembangkannya CMC yang diperkuatdenganpartikulat, serat, atau whisker, sehingga fracture-toughnessnyamenjadi 6 – 20 Mpa.m½. • Contoh: • Matriks Al2O3atau ZrO2 yang diperkuatdenganpartikel ZrO2. • Keramik yang diperkuatdengan whiskers, yaituSiCatau Si3N4.

29. Room Temperature Fracture Strengths and Fracture Toughnesses for Various SiC Whisker Contents in Al2O3