Saat ini, penggunaan plastik yang diperkuat serat dalam produk dan aplikasi sangat tinggi karena berbagai sifatnya. Mereka relatif kelas baru non-korosif, kekuatan tinggi, bahan ringan. komponen utamanya adalah plastik yang mengandung serat seperti kaca (dalam fiberglass), karbon (dalam polimer yang diperkuat serat karbon), aramid, atau basal. Serat lain seperti kertas, kayu, atau asbes juga digunakan tetapi tidak umum.
Plastik atau polimer yang diperkuat serat (FRP) biasanya digunakan di industri dirgantara, otomotif, kelautan, dan konstruksi. Semua ini akan dijelaskan lebih lanjut dalam artikel ini.
Hari ini kita akan membahas lebih dalam untuk melihat definisi, aplikasi, komponen, properti, jenis, proses pembentukan, dan persyaratan material dari plastik yang diperkuat serat. Kami juga akan mengetahui kelebihan dan kekurangannya.
Fiber-reinforced plastics (FRP), disebut juga fiber-reinforced polymers dikategorikan sebagai plastik komposit yang secara khusus menggunakan bahan fiber untuk meningkatkan elastisitas dan kekuatan plastik secara mekanis. Mereka terdiri dari matriks polimer, yang merupakan plastik asli (biasanya keras tetapi lemah). Bahan tersebut dicampur dengan bahan penguat untuk menghasilkan produk akhir dengan bahan atau sifat mekanik yang diinginkan. Mari pahami ini secara detail!
Secara konvensional, suatu polimer umumnya dibentuk dengan proses polimerisasi atau polimerisasi adisi. Ini dapat dikombinasikan dengan berbagai agen untuk meningkatkan atau meningkatkan sifat materialnya, yang kemudian dapat disebut sebagai plastik. Plastik komposit adalah jenis plastik yang dihasilkan dari dua atau lebih bahan homogen dengan sifat bahan yang berbeda untuk mendapatkan produk akhir dengan bahan dan sifat mekanik tertentu yang diinginkan. Contoh yang baik dari plastik komposit adalah plastik yang diperkuat serat karena bahan serat digunakan untuk meningkatkan kekuatan dan elastisitas plastik secara mekanis. Polimer biasanya berupa vinil ester, atau plastik termoset poliester, epoksi, resin fenol-formaldehida juga digunakan.
Di bawah ini adalah aplikasi FRP di berbagai bidang.
Plastik yang diperkuat serat telah menjadi pengganti logam pada bodi mobil mewah modern dan pelapis bodi truk dan trailer. Ini karena mereka memiliki kekuatan yang hampir sama tetapi bobotnya berbeda, terlebih lagi, rasio kekuatan-terhadap-berat yang tinggi adalah cawan suci bagi industri otomotif. FRP memiliki titik patah yang lebih tinggi daripada baja dan merupakan bahan yang kuat, kaku, dan ringan yang meningkatkan konsumsi bahan bakar sekaligus meningkatkan kecepatan. Bahannya mudah dibentuk untuk membentuk komponen yang diinginkan. Pemanfaatan plastik komposit ini sangat tinggi di bidang ini.
Jenis plastik yang diperkuat serat, seperti kaca FRP digunakan untuk komponen mesin seperti intake manifold. Ini mengurangi hingga 60% dari beratnya dan merampingkan desain. Meskipun demikian, FRP kaca lebih lemah dan dapat dengan mudah ditekuk jika dibandingkan dengan FRP karbon.
Hari ini dalam kehidupan kita sehari-hari, lebih mudah untuk mengangkat peralatan, terutama untuk olahragawan. Ini karena karbon dan plastik yang diperkuat serat lainnya digunakan untuk membuat barang. Hampir 6% dari FRP digunakan untuk memproduksi barang konsumsi. Barang-barang lain seperti alat musik atau komponennya, senjata api, tenda kemah, dan tripod kamera juga mendapat manfaat dari bahan-bahan ini.
Bahan tahan panas dan tahan benturan yang sangat tinggi dihasilkan, ketika senyawa yang dikenal sebagai aramid digunakan dalam FRP. Kekuatan mekanik yang luar biasa diperoleh saat digunakan. Inilah sebabnya mengapa sangat cocok untuk membuat setelan anti peluru dan tahan api, kendaraan pelindung ledakan, dan struktur.
Bidang konstruksi telah mengambil sekitar 20% plastik yang diperkuat serat termasuk jembatan dan jalan. Penerapan FRPs dalam konstruksi dapat digunakan untuk retrofit pelat, kolom, atau balok dari struktur yang ada. Ini meningkatkan kapasitas menahan beban atau memperbaiki kerusakan. Plastik yang diperkuat serat sangat hemat biaya dan berguna untuk melengkapi struktur lama yang menanggung beban jauh lebih besar daripada yang dirancang untuk dihadapi.
FRP juga digunakan untuk memproduksi struktur jalan raya seperti papan nama, pagar pembatas, sistem drainase, dan dek jembatan. Kereta gantung otomatis, tiang listrik, dan saluran pipa gas, air, dan limbah juga memanfaatkan material tersebut. FRP mungkin cocok untuk membangun rumah prefabrikasi, tetapi FRP populer digunakan untuk perabot kantor rumah tangga dan bisnis, peralatan rumah tangga, kolam renang, talang air hujan, peralatan kamar mandi, serta perlengkapan pipa dan tudung.
Diharapkan, permintaan FRP diperkirakan akan tumbuh lebih dari 300% dalam aplikasi industri dan energi. Terutama pada komponen elektronik dan kelistrikan.
Sebagian besar FRP adalah isolator listrik yang baik, mentolerir bahan kimia lingkungan yang kasar termasuk yang korosif, dapat menahan degradasi karena panas. Juga, mereka relatif tidak mudah terbakar, memiliki integritas struktural yang baik, dan bahkan dapat mentolerir radiasi ultraviolet. Glass-FRP bersifat non-magnetik dan juga dapat menahan percikan, sehingga berguna dalam komponen daya.
Terakhir, plastik yang diperkuat digunakan untuk membuat bilah turbin angin dan untuk modul penyimpanan tangki bensin.
Aplikasi FRP di bidang kedirgantaraan meningkat karena biaya lingkungan yang lebih rendah dan pengembangan lebih lanjut. Serat karbon dalam FRP mengurangi berat hingga 25% tetapi memastikan kekuatan yang sama atau lebih besar jika dibandingkan dengan lembaran aluminium. Mereka menawarkan kekuatan tarik yang baik dan dapat mentolerir lingkungan yang keras dan suhu yang sangat tinggi. Meskipun, mereka sedikit mengembang dengan panas dan memiliki kekakuan yang tinggi.
Penerapan FRP di industri kedirgantaraan pada awalnya mahal, tetapi tetap saja, menghemat lebih banyak uang karena setiap gram berat tambahan merugikan karena efeknya pada konsumsi bahan bakar, lama perjalanan, dan biaya, keamanan aerodinamis, dll.
Dengan komponen kompleks karbon-FRP dapat dengan mudah dicetak, mengurangi jumlah komponen hingga 95%. Hal ini membuat produksi lebih sederhana, lebih murah, dan lebih cepat dibandingkan dengan bahan lain seperti baja atau aluminium cor. Pesawat raksasa modern terbuat dari lebih dari 50% karbon-FRP, suku cadang seperti baling-baling helikopter pada drone kelas atas juga semakin banyak dibuat dari bahan tersebut.
Polimer yang diperkuat serat telah menjadi pengganti yang ideal untuk kayu, di kapal, atau di lingkungan tepi laut. Ini membantu untuk mendapatkan pengurangan berat struktural dan meningkatkan ketahanan korosi. Aplikasi lainnya termasuk jalan lintas terapung dan platform untuk pangkalan laut dan jembatan bergulir.
Di bawah ini adalah komponen yang membentuk plastik yang diperkuat serat.
Serat yang dipilih biasanya mengontrol sifat material komposit. Tiga jenis utama serat yang digunakan dalam konstruksi termasuk karbon, kaca, dan aramid. Ini sering dinamai oleh serat penguat, misalnya, CFRP untuk Polimer Bertulang Serat Karbon. Sifat paling umum dan penting yang membedakan jenis serat adalah regangan tarik dan kekakuan.
Matriks dapat mentransfer kekuatan antara serat dan akan melindungi mereka dari efek yang merugikan. Resin termoset hampir secara eksklusif digunakan dalam situasi ini. Matriks yang paling umum adalah vinilester dan epoksi. Sehat. Epoxy sering disukai di atas vinilester tetapi juga lebih mahal. Matriks epoksi memiliki masa pakai pot sekitar 30 menit pada 20 derajat Celcius tetapi dapat diubah dengan formulasi yang berbeda. Ini memiliki kekuatan, ikatan, sifat merayap, dan ketahanan kimia yang baik.
Gambar 2:Matriks Fiber Plus menghasilkan FRP
Selanjutnya, bahan plastik asli tanpa penguat serat dikenal sebagai matriks atau bahan pengikat. Matriks ini adalah plastik yang tangguh dan juga relatif lemah yang diperkuat oleh filamen atau serat penguat yang lebih kuat dan kaku. Tingkat kekuatan dan elastisitas yang ditingkatkan dalam plastik yang diperkuat serat tergantung pada sifat mekanik matriks dan serat. Volumenya relatif satu sama lain, dan panjang serat serta orientasi dalam matriks juga dipertimbangkan. Penguatan matriks terjadi menurut definisi ketika bahan FRP menunjukkan peningkatan kekuatan atau elastisitas relatif terhadap kekuatan dan elastisitas matriks saja.
Seperti yang disebutkan sebelumnya, karakteristik plastik yang diperkuat serat bergantung pada faktor-faktor seperti sifat mekanik matriks dan serat. Volume keduanya dan panjangnya, serta orientasi serat dalam matriks.
Alasan mengapa FRP dipertimbangkan secara luas adalah karena bobotnya yang rendah tetapi sangat kuat, dan memiliki kelelahan yang baik. Juga, dampak dan sifat kompresinya adalah alasan unik. Inilah sebabnya mengapa industri otomotif mampu mengganti logam dengan bahan yang lebih ringan untuk tidak hanya membuat mobil lebih kuat tetapi juga lebih cepat dan hemat bahan bakar.
Plastik yang diperkuat serat juga menunjukkan sifat listrik yang khas dan ketahanan lingkungan bermutu tinggi, bersama dengan insulasi termal yang baik, integritas struktural, ketahanan api, stabilitas radiasi UV, dan ketahanan terhadap bahan kimia dan korosif. Nah, semua ini disebutkan di atas.
Di bawah ini adalah serat yang digunakan untuk mendapatkan jenis polimer bertulang tertentu.
kaca yang bertindak sebagai isolator yang baik membentuk fiberglass atau plastik yang diperkuat kaca bila digabungkan dengan matriks. Plastik yang diperkuat dengan kaca bermanfaat bagi industri listrik karena tidak memiliki medan magnet dan tahan terhadap percikan listrik. Mereka dimasukkan ke dalam intake manifold engine di mana mereka menawarkan penurunan 60% dalam berat lebih dari manifold aluminium cor. Akhirnya, kualitas permukaan dan aerodinamis yang lebih baik diperoleh untuk material ini.
Kaca FRP juga telah digunakan pada pedal gas dan kopling di mobil karena dapat dibentuk menjadi satu unit. Serat diorientasikan sedemikian rupa sehingga mendukung tekanan tertentu, meningkatkan daya tahan dan keamanan. Namun, bahan yang diperkuat ini tidak kuat, kaku, atau rapuh seperti bahan yang diperkuat serat karbon. Bisa mahal untuk diproduksi.
Bahan serat karbon menunjukkan kekuatan tarik tinggi, ketahanan kimia, kekakuan, dan toleransi suhu. Atom karbon membuat kristal yang terletak di sepanjang sumbu serat, yang membantu memperkuat bahan dengan meningkatkan rasio kekuatan terhadap volume. Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, plastik yang diperkuat serat karbon digunakan dalam peralatan olahraga, glider, joran, dll.
FRP karbon telah dimasukkan ke dalam kemudi Airbus A310, yang telah membantu mengurangi jumlah komponennya hingga 95%. Bagian cetakan sederhana telah mengurangi biaya produksi dan biaya operasional. Mereka sekarang 25% lebih ringan daripada yang diproduksi dengan lembaran aluminium, yang membuatnya lebih hemat bahan bakar.
Aramid diklasifikasikan sebagai poliamida sintetis yang terbentuk dari monomer aromatik (molekul berbentuk cincin). Ini menunjukkan ketahanan panas yang kuat, itulah sebabnya mereka digunakan untuk pakaian tahan peluru dan tahan api.
Aramid umumnya dibuat melalui reaksi antara gugus amina dan gugus halida asam karboksilat (aramid). Ini terjadi ketika poliamida aromatik dipintal dari konsentrasi asam sulfat cair menjadi serat yang mengkristal. Serat kemudian dipintal menjadi benang yang lebih besar untuk ditenun menjadi tali besar atau kain tenun. Serat aramid dapat diproduksi pada berbagai tingkatan berdasarkan kekuatan dan kekakuan, sehingga bahan tersebut dapat memenuhi persyaratan desain tertentu, seperti memotong bahan yang keras selama pembuatan.
Di bawah ini adalah jenis utama polimer yang diperkuat serat.
Serat kaca terbuat dari pasir silika, batu kapur, asam folat, dan beberapa bahan minor lainnya yang dicampur. Campuran ini dipanaskan sampai meleleh pada suhu sekitar 1260 0 C. Gelas cair dibiarkan mengalir melalui lubang halus di pelat platina. Untaian kaca didinginkan, dikumpulkan, dan dililit. Serat kemudian dapat ditarik untuk meningkatkan kekuatan dimensinya. Kemudian ditenun menjadi berbagai bentuk untuk digunakan dalam komposit.
Serat yang diproduksi dari kaca dianggap sebagai penguat utama untuk komposit matriks polimer, berdasarkan komposisi borosilikat aluminium kapur. Ini karena sifat isolasi listriknya yang tinggi, sifat mekaniknya yang tinggi, dan kerentanannya yang rendah.
Umumnya, kaca adalah serat tahan benturan yang baik tetapi beratnya lebih dari karbon atau aramid. Serat kaca memiliki karakteristik yang sangat baik sama dengan atau lebih baik dari baja dalam bentuk tertentu.
Batang Polimer Bertulang Serat Kaca
Polimer yang diperkuat serat karbon (CFRP)
Dalam polimer atau plastik yang diperkuat serat karbon, modulus elastisitas tinggi sekitar 200-800 GPa sudah pasti. Perpanjangan ekstrim adalah 0,3-2,5% di mana perpanjangan yang lebih rendah sesuai dengan kekakuan yang lebih tinggi dan sebaliknya.
Serat karbon tahan terhadap banyak larutan kimia dan tidak menyerap air. Mereka juga dapat menahan kelelahan dengan sangat baik dan tidak menimbulkan korosi atau menunjukkan gerakan merayap atau relaksasi.
Batang Polimer Bertulang Serat Karbon
Aramid juga dikenal sebagai poliamida aromatik. Merek dagang serat aramid yang terkenal disebut Kevlar tetapi ada produk lain seperti Twaron, Technora, dan SVM. Modulus serat berkisar antara 70-200 IPK dengan perpanjangan akhir 1,5-5% tergantung pada kualitasnya. Aramid memiliki energi patah yang tinggi, oleh karena itu dapat digunakan untuk helm dan pakaian anti peluru.
AFRP sensitif terhadap suhu tinggi, kelembaban, dan radiasi UV dan tidak umum dengan aplikasi teknik sipil. Akhirnya, serat aramid memiliki masalah dengan relaksasi dan korosi tegangan.
Sifat Berbagai Jenis FRP Dibandingkan dengan Baja
Sebagian besar bagian plastik yang diperkuat serat dibuat dengan cetakan atau alat. Cetakan yang digunakan dapat berupa cetakan cekung betina, cetakan jantan, atau bagian yang dapat ditutup seluruhnya dengan cetakan atas atau bawah. Tetapi struktur kaku biasanya digunakan untuk menentukan bentuk komponen FRP. bagian dapat diletakkan di atas permukaan datar yang dikenal sebagai "pelat caul" atau pada struktur silinder yang disebut sebagai "mandrel".
Proses pencetakan plastik yang diperkuat serat dilakukan dengan menempatkan bentuk awal serat pada atau di dalam cetakan. Bentuk awal serat ini dapat berupa serat kering atau serat yang sudah mengandung resin dalam jumlah terukur yang dikenal sebagai "prepreg". Serat kering dibasahi dengan resin baik dengan tangan atau resin disuntikkan ke dalam cetakan tertutup. Pada titik ini, bagian tersebut disembuhkan, meninggalkan matriks dan serat persis seperti bentuk cetakan. Cara lain untuk menyembuhkan resin dan meningkatkan kualitas bagian akhir adalah dengan menggunakan panas dan/atau tekanan.
Di bawah ini adalah berbagai metode untuk membentuk plastik yang diperkuat serat.
Proses pembentukan ini adalah ketika lembaran individu bahan prepreg diletakkan dan ditempatkan dalam cetakan gaya wanita bersama dengan kandung kemih seperti balon. Cetakan kemudian akan ditutup dan ditempatkan dalam mesin press yang dipanaskan. Akhirnya, kandung kemih diberi tekanan yang memaksa lapisan material menempel pada dinding cetakan.
Bagian yang dibentuk dengan kompresi dikenal sebagai plastik yang diperkuat serat. Jadi, ketika bahan baku seperti blok plastik, blok karet, lembaran plastik, atau butiran, disebut demikian. Penggunaan preform plastik dalam cetakan kompresi tidak mengandung serat penguat. Dalam cetakan ini, preform atau muatan SMC atau BMC ditempatkan ke dalam rongga cetakan. Cetakan kemudian ditutup dan bahan dibentuk dan disembuhkan di dalam menggunakan panas dan tekanan. cetakan kompresi dikenal dengan detail yang sangat baik untuk bentuk geometris mulai dari detail pola dan relief hingga kurva kompleks dan bentuk kreatif, hingga rekayasa presisi.
Setiap lembar bahan prepreg diletakkan dan ditempatkan dalam cetakan terbuka, yang kemudian ditutup dengan film pelepas, bahan bleeder atau breather, dan kantong vakum. Sebuah vakum ditarik pada bagian dan cetakan ditempatkan ke dalam autoklaf, juga dikenal sebagai bejana tekan panas. Bagian tersebut disembuhkan dengan vakum terus menerus untuk mengekstrak gas yang terperangkap dari laminasi. Proses ini umum di industri kedirgantaraan karena menawarkan kontrol yang tepat atas pencetakan karena siklus penyembuhan yang panjang dan lambat. Waktunya berkisar dari satu hingga beberapa jam. Kontrol yang tepat ini membantu menciptakan bentuk geometris laminasi yang tepat yang diperlukan untuk memastikan kekuatan dan keamanan dalam industri kedirgantaraan. Namun, ini lambat dan padat karya, yaitu, biaya sering membatasinya pada industri kedirgantaraan.
Dalam proses pembentukan plastik yang diperkuat serat ini, lembaran bahan prepreg dililitkan pada mandrel baja atau aluminium. Bahan prepreg ini dipadatkan dengan selotip polypropylene atau nilon. Bagian-bagiannya disembuhkan secara batch dengan mengantongi vakum dan digantung di oven. Setelah melakukan penyembuhan, selo tape dan mandrel dilepas meninggalkan pita karbon berongga. Ini membantu menciptakan tabung karbon berongga yang kuat dan kokoh.
Proses pembentukan ini menggabungkan penguatan serat dan matriks saat ditempatkan pada alat pembentuk. Lapisan serat penguat ditempatkan dalam cetakan terbuka, yang kemudian dijenuhkan dengan resin basah dengan menuangkannya di atas kain dan mengerjakannya ke dalam kain. Cetakan akan dibiarkan beberapa saat agar resin mengeras, biasanya pada suhu kamar. Meskipun panas terkadang dapat digunakan untuk memastikannya sembuh dengan benar. Kantong vakum digunakan untuk mengompres layup basah. Serat kaca adalah yang paling umum untuk proses ini, yang hasilnya dikenal sebagai fiberglass. Ini digunakan untuk membuat produk seperti ski, kano, papan selancar, dll.
Proses pembentukan plastik yang diperkuat serat ini juga disebut infus resin. Kain diletakkan ke dalam cetakan di mana resin basah disuntikkan. Resin biasanya bertekanan dan dipaksa ke dalam rongga yang berada di bawah vakum dalam pencetakan transfer resin. Resin sepenuhnya ditarik ke dalam rongga di bawah vakum dalam pencetakan transfer resin yang dibantu vakum. Proses ini memastikan toleransi yang tepat dan pembentukan detail. Meskipun terkadang gagal untuk sepenuhnya menjenuhkan kain yang mengarah ke bintik-bintik dalam bentuk akhir.
Dalam proses ini, ada mesin yang menarik bundel serat melalui rendaman basah resin dan melilit mandrel baja yang berputar dalam orientasi tertentu. Bagian disembuhkan baik pada suhu kamar atau suhu tinggi. Mandrel diekstraksi, meninggalkan bentuk geometris akhir, meskipun dibiarkan dalam beberapa situasi.
Bundel serat dan kain celah ditarik melalui rendaman basah resin yang kemudian membentuk bagian kasar. Bahan jenuh diekstrusi dari die tertutup yang dipanaskan, yang disembuhkan sambil terus menerus ditarik melalui die. Sebagian besar produk akhir pultrusion adalah bentuk struktural, yaitu balok I, sudut, saluran, dan lembaran datar. Bahan tersebut dapat digunakan untuk membuat segala macam struktur fiberglass seperti tangga, tangki sistem pegangan tangan, platform, pipa, dan penyangga pompa.
Untaian fiberglass terus menerus didorong melalui pistol genggam yang keduanya memotong untaian dan bergabung dengan resin yang dikatalisis seperti poliester. Kaca cincang yang diresapi kemudian ditembakkan ke permukaan cetakan dengan ketebalan dan desain yang sesuai yang menurut operator manusia benar. Proses chopper gun sangat ideal untuk produksi besar dengan biaya ekonomis, tetapi menghasilkan bentuk geometris dengan kekuatan yang lebih kecil daripada proses pencetakan lainnya dan memiliki toleransi dimensi yang buruk.
Di bawah ini adalah keuntungan dari plastik yang diperkuat serat dalam berbagai aplikasinya.
Terlepas dari manfaat besar plastik yang diperkuat serat, beberapa keterbatasan masih terjadi. di bawah ini adalah kerugian dari FRP.
Dalam artikel ini, Anda telah mempelajari tentang plastik yang diperkuat serat, definisinya, aplikasinya, komponen kompositnya, dan kebutuhan materialnya. Kami juga membahas berbagai jenis, proses pembentukan, serta kelebihan dan kekurangan plastik yang diperkuat serat.
Saya harap Anda menikmati bacaannya, jika demikian, silakan beri komentar di bagian favorit Anda dari artikel ini. Dan jangan lupa untuk membagikan artikel ini kepada mahasiswa teknik lainnya, semoga dapat membantu mereka. Terima kasih!
Proses manufaktur
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 men
Tantangan lama dalam industri komposit maju adalah menemukan cara untuk memproduksi serat karbon dengan biaya lebih rendah sehingga semua industri yang ingin menggunakan penguat komposit yang berharga dan efektif ini dapat melakukannya. Biaya serat karbon telah turun secara signifikan berkat kerja k
Spesialis epoksi Sicomin (Marseille, Prancis) telah bermitra dengan produsen komposit serat alami laut GREENBOATS (Bremen, Jerman) untuk memasok resin berbasis bio GreenPoxy untuk kapal daysailer FLAX 27 GREENBOATS — proyek komposit serat alami terlengkap yang telah direalisasikan perusahaan hingga
Untuk hampir semua bisnis di industri manufaktur, palet adalah komponen inti dalam jaringan pasokan dan distribusi mereka. Palet sama pentingnya dengan infrastruktur pabrikan seperti halnya roda untuk industri transportasi. Palet ada di mana-mana - di dok pemuatan, di bagian belakang truk, di pasoka
