Munculnya Plastik Bertulang Serat Karbon
Serat Karbon dalam Bahan Plastik
Penggunaan serat karbon dalam bahan plastik memiliki sejarah yang panjang. Pada awal tahun 1879, Thomas Edison bereksperimen dengan serat karbon yang terbuat dari benang katun dan potongan bambu. Faktanya, bola lampu pijar pertama yang dipanaskan dengan listrik mengandung serat karbon.
Pada tahun 1960-an, Dr. Akio Shindo di Badan Sains dan Teknologi Industri di Jepang mengembangkan serat karbon berbasis poliakrilonitril (PAN). Serat yang dihasilkan mengandung 55% karbon.
Proses konversi berbasis PAN dengan cepat menjadi metode utama untuk memproduksi serat karbon. Sembilan puluh persen serat karbon saat ini terbuat dari poliakrilonitril (C3 H3 N)n atau PAN, resin polimer organik semi-kristal sintetis. 10% sisanya terbuat dari rayon atau minyak bumi. Serat yang terbuat dari PAN sangat kuat dan ringan. Serat-serat ini diikat oleh termoset atau polimer termoplastik seperti poliester, vinil ester atau nilon untuk membuat plastik yang diperkuat serat karbon, atau karbon FRP.
Menambahkan Serat Karbon ke Polimer Memiliki Banyak Manfaat
Kekuatan tarik dan modulus lentur meningkat seperti suhu defleksi panas atau HDT. Selain itu, menambahkan penguat serat karbon mengurangi penyusutan dan lengkungan.
Setiap serat karbon adalah untaian tipis panjang yang terdiri dari ribuan filamen karbon. Serat tunggal berdiameter sekitar 5-10 m dan sebagian besar terdiri dari karbon. Kristal mikroskopis dalam ikatan karbon bersama dalam struktur yang kurang lebih sejajar sejajar dengan sumbu panjang serat. Penjajaran kristal inilah yang membuat seratnya begitu kuat.
Diklasifikasikan berdasarkan Modulus Tarik
Serat karbon diklasifikasikan berdasarkan modulus tarik* dari serat. Modulus tarik dapat berkisar dari 34,8 juta psi hingga 72,5-145,0 juta psi. Baja memiliki modulus tarik 29 juta psi sehingga serat karbon terkuat lima kali lebih kuat dari baja.
Serat modulus “rendah” memiliki modulus tarik di bawah 34,8 juta psi (240 juta kPa). Serat juga diklasifikasikan dalam urutan modulus tarik sebagai "modulus standar," "modulus menengah," "modulus tinggi," dan "modulus ultra-tinggi." Serat karbon dengan klasifikasi modulus ultrahigh memiliki modulus tarik 72,5-145,0 juta psi (500 juta-1,0 miliar kPa).
Pemintalan, Stabilisasi, Karbonisasi, Perawatan Permukaan dan Ukuran
Proses pembuatan serat karbon sebagian bersifat kimiawi dan sebagian mekanis.
- Memutar: PAN dipintal menggunakan salah satu dari beberapa proses pemintalan. Langkah ini penting karena membentuk struktur atom internal serat. Serat kemudian dicuci dan diregangkan sampai diameter yang diinginkan. Peregangan juga membantu menyelaraskan molekul untuk membantu pembentukan kristal karbon yang dibuat oleh karbonisasi.
- Menstabilkan: Pada langkah ini serat diperlakukan dengan bahan kimia untuk mengubah ikatan liniernya menjadi struktur ikatan tangga yang stabil secara termal. Filamen kemudian dipanaskan di udara sehingga mereka mengambil molekul oksigen dan mengubah pola ikatan atomnya.
- Karbonisasi: Serat kemudian terkena panas yang sangat tinggi tanpa adanya oksigen sehingga serat tidak dapat terbakar. Atom-atom dalam serat bergetar keras mengusir sebagian besar atom non-karbon dalam prekursor.
- Perawatan Permukaan: Setelah karbonisasi, permukaan serat tidak terikat dengan baik dengan bahan yang digunakan dalam pembuatan bahan komposit. Pada langkah ini, permukaan serat sedikit teroksidasi dengan perendaman dalam berbagai gas atau cairan.
- Ukuran: Dalam proses ini, serat dilapisi untuk melindunginya dari kerusakan selama penggulungan atau penenunan.
Beberapa produk yang terbuat dari serat karbon adalah pancing, sepeda, peralatan golf, raket tenis, suku cadang untuk pesawat terbang, jembatan, dan mobil.
* Modulus tarik adalah seberapa besar gaya tarik yang dapat diberikan oleh serat dengan diameter tertentu tanpa putus. Modulus tarik digambarkan dengan pound per inci persegi atau psi.
Pertanyaan? Beri tahu saya di bagian komentar di bawah.
Mencari informasi lebih lanjut tentang plastik? Unduh panduan gratis kami!
