Plastik Terpenuhi Serat Karbon: Evolusi, Manfaat, dan Produksi

Serat Karbon dalam Bahan Plastik

Serat karbon telah menjadi bagian integral dari komposit canggih selama lebih dari satu abad. Pada 1879, Thomas Edison bereksperimen dengan serat berbasis kapas yang kemudian memungkinkan lampu pijar pertama, menandai penggunaan awal karbon dalam perangkat praktis.

Pada 1960-an, Dr. Akio Shindo di Badan Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Industri Jepang mempionir serat karbon berbasis poliakrilonitril (PAN) yang mengandung 55% karbon elemental. Jalur PAN dengan cepat mendominasi industri, menyuplai sekitar 90% serat karbon saat ini, dengan sisanya 10% berasal dari rayon atau aspal minyak. Serat PAN dihargai karena rasio kekuatan-berat yang luar biasa, memungkinkan komposit berkinerja tinggi saat dikombinasikan dengan matriks termoesting atau termoplastik seperti polyester, vinyl ester, atau nylon untuk menciptakan plastik terpenuhi serat karbon (C-FRP).

Menambahkan Serat Karbon ke Polimer Banyak Manfaat

Integrasi serat karbon meningkatkan kekuatan tarik, modulus lentur, dan suhu lentur defleksi (HDT). Ini juga mengurangi penyusutan dan penyuchapan, menghasilkan komponen yang lebih stabil dimensi.

Setiap serat adalah benang tipis—5–10 µm diameter—yang terdiri dari ribuan filamen karbon. Kristal seperti graphene mikroskopik menyelaraj parallel dengan sumbu serat, memberikan kekakuan dan kekuatan yang luar biasa.

Diklasifikasikan Berdasarkan Modulus Tarik

Serat karbon dikategorikan berdasarkan modulus tarik, berkisar dari 34.8 MPa hingga 145 MPa (kira-kira 34,8–145 juta psi). Untuk perbandingan, modulus baja sekitar 29 MPa. Serat modulus ultra-tinggi (72,5–145 MPa) hingga lima kali lebih kuat dari baja.

Klasifikasi umum—berdasarkan modulus tarik yang naik—adalah: modulus rendah (< 34,8 MPa), modulus standar, modulus menengah, modulus tinggi, dan modulus ultra-tinggi. Setiap kelas menawarkan keseimbangan yang disesuaikan dari kekuatan, kekakuan, dan biaya untuk kebutuhan rekayasa tertentu.

Spinning, Stabilizing, Carbonizing, Surface Treatment and Sizing

Produksi serat karbon mencampur kimia dengan presisi mekanis. Berikut adalah gambaran singkat setiap tahap:

• Spinning: Prekursor PAN diekstrusi menjadi filamen, kemudian dicuci dan ditarik untuk menyempurnakan struktur internal dan mempromosikan perataan molekul.
• Stabilizing: Perlakuan kimia mengonversi rantai linear menjadi struktur tangga termal stabil, diikuti dengan oksidasi udara untuk menyiapkan serat untuk pemrosesan suhu tinggi.
• Carbonizing: Serat melalui perlakuan panas dalam atmosfer iners, menghilangkan atom non-karbon dan membentuk kristal karbon.
• Surface Treatment: Setelah karbonisasi, serat dioksidasi ringan atau diekspos pada gas/cair untuk meningkatkan perekatan dengan matriks polimer.
• Sizing: Lapisan pelindung diterapkan untuk melindungi serat selama gulungan atau tenunan dan untuk meningkatkan kinerja penanganan.

Aplikasi berkisar dari barang olahraga—seperti tongkat pancing, sepeda, tongkat golf, dan raket tenis—hingga komponen infrastruktur kritis di penerbangan angkasa, otomotif, dan konstruksi jembatan.

* Modulus tarik mengukur gaya yang dapat ditahan serat per satuan luas (psi) sebelum kegagalan.

Pertanyaan? Beritahu kami di kolom komentar di bawah.

Mencari informasi lebih lanjut tentang plastik? Unduh panduan gratis kami!