Apa itu orientasi serat dan mengapa itu penting?
Komposit adalah campuran heterogen dari dua atau lebih bahan yang berbeda yang disatukan untuk mengatasi keterbatasan masing-masing bahan dan membuat produk yang lebih kuat secara keseluruhan. Sifat akhir komposit pada akhirnya bergantung pada sifat fisik dan kimia bahan yang digunakan untuk membuatnya.
Namun, secara umum, komposit dapat diperkuat secara mekanis melalui penambahan serat. Kekuatan, elastisitas, dan kemampuan manufaktur semuanya ditingkatkan dengan penguatan serat, tetapi sejauh mana tergantung pada posisi serat itu sendiri, atau orientasi serat.
Tetapi bagaimana pengaruh orientasi serat terhadap kualitas dan kinerja suatu suku cadang dalam penggunaan akhirnya? Inilah semua yang perlu Anda ketahui tentang orientasi serat — ditambah pertimbangan utama bagi para insinyur.
Apa itu orientasi serat?
Orientasi serat dalam cetakan injeksi mengacu pada cara serat individu diatur untuk memfasilitasi pengaturan struktural yang optimal dalam komposit polimer yang diperkuat serat. Saat material yang disuntikkan mengalir melalui cetakan, penyelarasan serat yang dihasilkan mengubah geometri rongga cetakan, yang berdampak langsung pada sifat mekanik.
Komposit polimer yang diperkuat serat (FRP) terdiri dari tiga bagian - matriks polimer, penguat serat, dan daerah interfase halus. Matriks polimer, biasanya termoset atau termoplastik, adalah zat pengikat yang menahan serat penguat di tempatnya selama pencetakan injeksi. Ini juga menentukan sifat degradatif komposit seperti ketahanan kimia atau creep. Jika matriks adalah daging dan penguat serat adalah tulang, bersama-sama mereka membentuk anggota tubuh atau komposit yang kuat.
FRP dikenal karena kinerja mekanisnya yang tinggi, ketahanan korosi dan aus, daya tahan, dan fleksibilitas desainnya. Untuk alasan ini, komposit polimer yang diperkuat serat memiliki aplikasi luas di sektor kedirgantaraan, biomedis, dan kelautan, tetapi komposit ini sangat populer di industri kedokteran gigi.
Insinyur dapat menyesuaikan komposit polimer yang diperkuat serat dengan mencampur dan mencocokkan matriks yang berbeda dan serat penguat untuk mencapai efek yang diinginkan. Orientasi serat adalah cara utama para insinyur membuat bahan cetakan injeksi lebih kuat, dan rahasia kesuksesan FRP.
Kaca vs. serat karbon
Komposit polimer yang diperkuat serat hanya sekuat bahan kompositnya, dan itu berlaku untuk matriks polimer serta penguat serat. Matriks yang terbuat dari termoset seperti poliester atau epoksi memiliki stabilitas dimensi dan termal yang tinggi serta ketahanan pelarut. Termoplastik seperti polieter eter keton (PEEK), di sisi lain, lebih keras daripada termoset dalam hal ini, dan komposit apa pun yang dibuat dengan matriks polimer ini tidak akan terlalu rapuh.
Bahan penguat serat memiliki dampak yang luar biasa pada kepadatan komposit bagian, sifat mekanik, dan konduktivitas listrik dan termal. Umumnya, jenis serat terbaik untuk digunakan dalam cetakan injeksi adalah kaca dan karbon.
Serat kaca terjangkau dan memiliki kekuatan luluh tarik tinggi dan ketahanan kimia/panas yang tinggi. Mereka juga isolator yang baik, cocok untuk aplikasi listrik. Komposit serat kaca juga memiliki modulus tarik yang jauh lebih tinggi daripada plastik non serat kaca.
Serat karbon datang dalam dua varietas:karbon berbasis poliakrilonitril (PAN) dan karbon turunan pitch. Serat karbon sangat konduktif termal, dengan koefisien ekspansi termal linier yang rendah. Mereka juga memiliki kekuatan dan modulus tarik tinggi, ditambah kekuatan lelah yang tinggi.
Kelemahan serat karbon termasuk fakta bahwa mereka dapat relatif hemat biaya, mereka memiliki ketahanan benturan yang rendah, dan mereka sering teroksidasi dengan adanya panas tinggi. Selanjutnya, konduktivitas listrik yang tinggi dari serat karbon dapat menyebabkan pelepasan listrik yang tidak diinginkan pada peralatan yang tidak terlindungi.
Mengapa orientasi serat dalam komposit penting?
Dalam material komposit, orientasi serat dapat sangat memengaruhi kekuatan suatu bagian. Empat dari orientasi yang paling umum dalam komposit yang diperkuat serat adalah searah, acak, dua arah, dan multi-arah. Terlepas dari arah serat di dalam material, orientasi serat dapat secara dramatis meningkatkan sifat mekanik dan kimia bagian cetakan injeksi.
Serat penguat dapat membantu mendistribusikan beban struktural bagian secara merata di seluruh jaringan titik pendukung alih-alih menempatkan semuanya pada satu atau dua titik tekanan terpusat. Orientasi serat memberikan kekakuan dan kekuatan makroskopik, yang memainkan peran penting dalam meningkatkan sifat mekanik suatu bagian.
Terlebih lagi, komposit yang diperkuat serat mendapat manfaat dari sifat kimia yang dipinjamkan kepada mereka oleh matriks polimer dan penguat seratnya. Serat kaca menawarkan ketahanan panas yang sangat baik sementara serat karbon menawarkan konduktivitas termal yang unggul. Insinyur dapat mengilhami bagian cetakan injeksi mereka dengan hampir semua sifat mekanik atau termal dengan bantuan komposit yang diperkuat serat.
Orientasi serat dengan Radius Cepat
Komposit yang diperkuat serat sama kuatnya dengan jumlah bagian-bagiannya, artinya mereka sangat kuat. Bahan komposit adalah pilihan yang baik untuk para insinyur yang ingin membuat suku cadang yang membutuhkan ketahanan panas, kekuatan, dan daya tahan yang tinggi. Mitra manufaktur yang berpengalaman dapat membantu Anda memilih orientasi kaca atau serat karbon yang akan membuat desain Anda sekuat mungkin.
Di Fast Radius, kami telah menjadikannya sebagai misi kami untuk melayani sebagai toko serba ada untuk segala hal yang terkait dengan manufaktur, mulai dari desain hingga pembuatan prototipe hingga pemenuhan. Tim desainer dan insinyur kami yang sangat berpengalaman siap memberikan dukungan ujung ke ujung pada proyek apa pun. Bersama-sama, kita bisa membuat hal-hal baru menjadi mungkin. Hubungi kami hari ini untuk mendapatkan penawaran.
Untuk artikel lebih lanjut tentang bahan, metode manufaktur, dan tren industri, lihat pusat sumber daya Radius Cepat.
Siap membuat suku cadang Anda dengan Radius Cepat?
Mulai kutipan Anda
