BAB V BAHAN KOMPOSIT Komposit merupakan bahan yang terdiri dari gabungan 2 atau lebih bahan yang berbeda (logam, keramik, polimer) sehingga menghasilkan sifat mekanis yang berbeda dan biasanya lebih baik daripada masing-masing komponen. Gambar 5.1. Variasi bentuk penguat komposit Komposit tersusun dari 2 bagian, yaitu : (a) matriks yang merupakan fasa kontinyu dan (b) bahan penguat (reinforcement) dalam bentuk partikel, serat pendek (whiskers), serat kontinyu (continuous fibers) atau lapisan (sheet laminates). Komposit Penguat Partikel (Particle-reinforced composite) Beberapa contoh komposit ini adalah : Beton (concrete) Beton terdiri dari semen sebagai matriksnya sedangkan bahan penguat berupa pasir dan batu kerikil (gravel). Kedua jenis bahan (m atriks dan partikel) berupa bahan keramik. Beton digunakan untuk bahan bangunan. Cermet Cermet adalah komposit logam-keramik dengan partikel berupa bahan keras dan getas seperti WC atau TiC sedangkan matriksnya berupa logam Ni atau Co. Bahan ini biasanya untuk alat iris baja dimana partikel berfungsi sebagai alat iris sedangkan logam berfungsi untuk meningkatkan ketangguhan (toughness) dan keuletan. Kekuatan banan komposit berpenguat partikel dapat diketahui dari modulus elastisitasnya dimana nilai modulus elastisitas ini terletak di antara batas atas dan batas bawah.
dimana E : modulus elastisitas, V fraksi volume, c : komposit, m : matriks dan p : partikel. Komposit Berpenguat Serat (Fiber-reinforced composites) Tujuan pembuatan komposit ini adalah untuk mendapatkan kekerasan dan kekuatan yang tinggi dengan bobot yang ringan. Bentuk serat dan matriks seperti terlihat pada gambar 5.2. di bawah. Gambar 5.2. Profit tegangan sepanjang serat Jika gaya yang bekerja pada komposit maka gaya tersebut akan dipindahkan dari matriks ke serat sehingga ikatan antara matriks dan serat sangat menentukan kekuatan komposit. Serat akan lebih efektif jika mempunyai panjang tertentu, yaitu panjang kritis l c yang besarnya dinyatakan dengan : 1 = 2 dimana d : diameter serat, f : tegangan tarik maksimum ikatan matriks dan serat. Jika 1 < l c maka serat akan menjadi tidak efektif sebagai bahan penguat.
Pengaruh Arah Serat dan Konsentrasi Serat Susunan serat, konsentrasi dan distribusi serat sangat menentukan kekuatan komposit serat. Susunan serat dapat berupa : (i) serat sejajar (paralel) dan (ii) serat acak (random). Serat sejajar dapat berupa (a) serat kontinyu dan sambung menyambung (continuous and aligned) atau (b) serat terputus dan sambung - menyambung (discontinuous and aligned) Gambar 5.3. (a) Continuous and aligned, (b) discontinuous and aligned (c) random Serat Paralel Kontinyu dan Sambung-menvambung Jika gaya bekerja searah dengan arah serat dan deformasi pada matriks dan serat sama (isostrain) maka berlaku : Dengan m : matriks dan f : serat (fiber). Jika permukaan lintang komposit, matriks dan serat masing-masing adalah A,, A m dan Af maka :
Dengan E cl : modulus elastisitas pada arah longitudinal. Serat Paralel Diskontinyu dan Sambung-menyambung Tegangan longitudinal (TS),,d untuk 1 > Ic dapat ditentukan menurut persamaan : dengan (TS)f dan (TS).. masing-masing adalah kekuatan tarik serat dan matriks. Untuk 1 < I c maka tegangan longitudinal ditentukan menurut persamaan : dengan d adalah diameter serat dan 'r e : tegangan luluh geser matriks. Serat Acak Jika serat tersusun secara acak maka modulus elastisitas dapat ditentukan dengan persamaan : Dengan K : efisiensi serat yang tergantung pada Vf dan rasio Bahan Matriks Bahan matriks untuk komposit serat bisa berupa logam, polimer atau keramik. Fungsi matriks pada komposit serat : (1) untuk mengikat serat dan berfungsi untuk memindahkan beban ke serat, (2) untuk melindungi serat dari kerusakan permukaan karena abrasi atau reaksi kimia dengan lingkungan dan (3) mencegah terjadinya perambatan retak.
Jenis-jenis Komposit Prinsipnya terdapat tiga jenis komposit : (1) polymer-matrix composites (komposit matriks polimer), (2) metal -matrix composites (komposit matriks logam) dan (3) ceramic-matrix composites (kompo sit matriks keramik).