Material Komposit

Pada era modern, perkembangan teknologi material berkembang sangat pesat. Salah satu material yang banyak digunakan karena memiliki banyak keunggulan adalah material komposit. Misalkan pada industri otomotif, dirgantara ataupun perkapalan, material komposit disukai karena relatif lebih ringan dan kuat dibandingkan material baja, selain itu material komposit jug lebih tahan karat. Begitu pula untuk industri-industri menengah kebawah, penggunaan material komposit juga banyak diminati karena kemudahaan fabrikasinya dan biaya fabrikasi yang relatif rendah (untuk komposit fiberglass) dibandingkan bahan plastik.

Lalu apa yang membuat material komposit ini atraktif? sebelum membahasnya, alangkah baiknya kita mengetahui terlebih dahulu definisi dari material komposit itu sendiri. Material komposit adalah material yang terdiri dari dua buah komponen, satu komponen sebagai kekuatan dasarnya dan satu komponen lagi sebagai pengikatnya. Pada dasarnya material komposit ini sangat banyak jenisnya, misalkan semen yang dicampur dengan pasir secara definisi adalah material komposit. Namun, yang akan kita bahas pada artikel ini adalah komposit fiber yang banyak digunakan dalam dunia industri (dirgantara, otomotif, perkapalan, produk-produk tangki dan lain-lain).

Seperti telah dijelaskan sebelumnya, material komposit terdiri dari dua buah komponen yaitu komponen penguat (reinforcement) dan komponen pengikat (matrix). Komponen penguat dari komposit fiber berwujud serat atau fiber yang secara umum berbahan dasar serat kaca, kevlar atau karbon. Serat atau fiber ini memiliki bentuk fisik berupa kain jahitan, bulu-bulu atau benang yang panjang.

Serat kaca (fiberglass)

Serat kaca atau fiberglass ini adalah material yang paling umum digunakan, selain karena harganya yang ekonomis, komposit dengan penguat fiberglass ini relatif mudah pengerjaanya dan kekuatanya relatif tinggi. Mungkin anda bertanya-tanya, bagaimana mungkin kaca memiliki kekuatan yang tinggi? bukankah kaca mudah pecah? Kaca yang kita ketahui dalam kehidupan sehari-hari sebenarnya memiliki kekuatan dan kekakuan yang sangat tinggi, justru karena kekuatanya yang sangat tinggi tersebut, menjadikan kaca memiliki permukaan yang sangat keras. Sifatnya yang sangat keras tersebut membuat cacat sedikit saja cacat pada bahan kaca dapat menyebabkan retak menjadi menyebar dengan sangat cepat dan menghancurkan seluruh permukaan kaca. Coba bayangkan jika kaca tersebut dibuat sangat kecil dan halus seperti benang yang sangat tipis, hal tersebut membuat tidak ada celah untuk terjadinya cacat yang menyebabkan retak yang merambat pada permukaan kaca. Hal ini yang membuat fiberglass sangat kuat namun tetap ulet. Fiberglass banyak dimanfaatkan untuk dunia dirgantara (untuk komponen-komponen yang tidak terkena beban), sangat intensif digunakan di dunia perkapalan karena kekuatan dan keuletanya yang tinggi serta banyak digunakan pada industri menengah kebawah (pembuatan tong sampah, tangki air, pot bunga hingga perahu fiber) karena relatif unggul dan proses fabrikasinya yang lebih ekonomis dari produk plastik.

(Selengkapnya tentang fiberglass baca disini)

2. Serat kevlar (aramid)

Serat ini terkenal dengan keuletanya terhadap beban kejut. Karena keuletanya tersebut, kevlar banyak dimanfaatkan untuk membuat rompi anti peluru yang digunakan oleh militer. Kevlar juga banyak digunakan pada industri dirgantara dan pembuatan sepeda komposit. Harga kevlar ini relatif mahal dibandingkan dengan fiberglass sehingga penggunaanya terbatas dan sulit ditemukan di pasar lokal. Sebenarnya, kevlar bukanlah nama bahan namun merupakan nama dagang dari bahan ini yang sudah terlanjur terkenal dan banyak digunakan di pasaran.

(Selengkapnya tentang kevlar baca disini)

3. Fiber karbon (Carbon fiber)

Karbon fiber cukup terkenal dengan motifnya hitam kotak-kotak dengan kekakuan yang tinggi dan sangat ringan dibandingkan material lainya. Bahan ini dapat memiliki kekuatan lebih dari pada baja dengan berat setara dengan bahan plastik. Sebenarnya presepsi bahwa bahan karbon itu lebih kuat dari bahan fiberglass adalah salah. Faktanya, dengan ukuran yang sama fiberglass lebih kuat dari karbon. Namun, dengan kekuatan yang sama, karbon fiber jauh lebih ringan daripada fiberglass. fiber karbon juga jauh lebih kaku dari fiberglass (bedakan kekuatan dengan kekakuan), hal inilah yang membuat bahan karbon fiber sangat menarik dalam dunia desain engineering. Sayangnya, bahan karbon fiber ini relatif lebih mahal daripada fiberglass di pasaran, sehingga penggunaanya terbatas pada komponen-komponen tertentu seperti komponen pesawat, mobil sport, sepeda balap, raket, komponen drone dan lain-lain. Alasan jarang digunakanya karbon fiber pada dunia perkapalan bukanlah alasan biaya saja, namun kekakuan karbon fiber membuatnya mudah patah pada kondisi beban-beban kejut seperti hantaman ombak. Karbon fiber biasanya hanya digunakan untuk pembuatan perahu kano kecil yang ringan.

Komponen kedua adalah pengikat atau reinforcement. Wujud fisik dari pengikat ini adalah berupa resin, yaitu cairan bahan kimia kental yang jika dicampur katalisator (pemercepat reaksi kimia) dapat mengeras menyerupai bahan plastik yang keras tapi rapuh. Fungsi dari pengikat ini adalah menyatukan fiber-fiber yang masih dalam bentuk jahitan atau bulu yang bersifat fleksibel seperti kain menjadi kaku. Kekuatan dan keuletan bahan komposit fiber diperoleh dari serat yang teganganya disalurkan oleh pengikat (resin). Resin yang umum digunakan di lapangan adalah resin polyester dan resin epoxy. Secara umum, resin polyester lebih ekonomis, lebih mudah pengerjaanya (cepat kering dan lebih kental) dan lebih kaku dari resin epoxy. Sedangkan resin epoxy relatif lebih mahal namun lebi kuat dan ulet, serta proses pengeringanya membutuhkan waktu hingga 24 jam sehingga prosesnya memungkinkan dilakukan dengan cetakan vacuum atau oven (pada dunia dirgantara).

Sifat lain yang sangat penting dari material komposit adalah sifatnya yang tergantung dari arah pembebanan. Contoh dari sifat ini adalah sifat kekuatan triplek. Triplek terdiri dari serat-serat dengan arah tertentu yang teratur, jika kita tekuk triplek searah dengan serat-seratnya, maka triplek akan menjadi kuat dan kaku. Namun, jika kita tekuk triplek tegak lurus dengan arah seratnya maka triplek akan mudah patah dan tidak terlalu kaku. Hal ini sangatlah penting pada dunia desain engineering. Dengan mengatur arah serat sesuai dengan arah beban, kita dapat meminimalisir penggunaan material yang tidak menahan beban, sehingga memungkinkan komponen yang dihasilkan lebih tipis dan ringan daripada komponen dari baja atau aluminium yang tidak memiliki sifat ini.

Karena proses pembuatanya berupa tumpukan lapis demi lapis, bahan komposit fiber dapat “disisipi” bahan lain pada proses penumpukanya. Bahan ini dikenal juga dengan sandwich composite, karena wujudnya yang menyerupai kue sandwich. Material penyisip ini yang paling umum digunakan adalah honeycom (motif sarang lebah) dapat berbahan plastik ataupun aluminium, kemudian kayu balsa atau bahan-bahan ringan lainya. Tujuan dari bahan penyisip ini adalah menambah ketebalan bahan komposit tanpa menambah beratnya secara signifikan. Bahan yang lebih tebal akan menghasilkan komponen yang lebih kaku dan kuat (tapi belum tentu lebih kuat menahan benturan).

By Caesar Wiratama

aeroengineering.co.id merupakan jasa layanan dibawah PT Markom Teknologi Engineering dengan berbagai jenis solusi, mulai dari drafting CAD, pembuatan animasi, simulasi aliran dengan CFD dan simulasi struktur dengan FEA. Pelajari selengkapnya di sini.