Bahan yang sangat berbeda
Bahan komposit berbeda dari bahan konvensional dalam bagian komposit mengandung dua komponen yang berbeda - bahan serat dan matriks (umumnya resin polimer) - yang tetap terpisah ketika digabungkan tetapi berinteraksi untuk membentuk bahan baru yang sifat-sifatnya tidak dapat diprediksi hanya dengan menambahkan sifat-sifatnya. komponen.
Faktanya, salah satu keuntungan utama dari kombinasi serat/resin adalah saling melengkapi. Serat kaca tipis, misalnya, memiliki kekuatan tarik yang relatif tinggi tetapi mudah rusak. Sebaliknya, sebagian besar resin polimer memiliki kekuatan tarik yang lemah tetapi sangat tangguh dan mudah dibentuk. Namun, ketika serat dan resin digabungkan, mereka dapat mengimbangi kelemahan satu sama lain, menciptakan bahan yang jauh lebih berguna daripada komponen individu mana pun.
Sifat struktural komposit terutama berasal dari penguatan serat. Komposit komersial untuk pasar besar, seperti suku cadang otomotif, kapal, barang konsumsi, dan suku cadang industri tahan korosi, biasanya dibuat dari serat kaca terputus-putus, berorientasi acak atau bentuk serat kontinyu tetapi tidak berorientasi.
Awalnya dikembangkan untuk pasar kedirgantaraan militer, komposit canggih, yang berkinerja lebih baik daripada logam struktural tradisional, sekarang ditemukan di satelit komunikasi, pesawat terbang, barang olahraga, transportasi, industri berat, dan sektor energi untuk eksplorasi minyak dan gas serta konstruksi turbin angin.
Komposit berperforma tinggi memperoleh karakteristik strukturalnya dari bahan penguat serat berkekuatan tinggi yang kontinu, berorientasi, -- paling sering serat karbon, serat arilpoliamida, atau serat kaca -- dalam matriks yang meningkatkan kemampuan mesin dan meningkatkan sifat mekanik seperti kekakuan dan ketahanan kimia.
Orientasi serat dapat dikontrol, yang merupakan faktor yang dapat meningkatkan kinerja dalam aplikasi apa pun. Misalnya, dalam poros tongkat golf komposit, boron dan serat karbon diorientasikan pada sudut yang berbeda di dalam poros komposit, mampu memanfaatkan sepenuhnya karakteristik kekuatan dan kekakuannya serta menahan beban torsi dan berbagai gaya tekuk, kompresi, dan tarik.
Serat kaca
Sebagian besar serat yang digunakan dalam industri komposit adalah kaca. Fiberglass adalah bahan penguat tertua dan paling umum digunakan di sebagian besar aplikasi pasar akhir (dengan industri kedirgantaraan sebagai pengecualian penting) untuk menggantikan komponen logam yang lebih berat.
Fiberglass lebih berat dan kurang kaku daripada serat karbon, bahan penguat paling umum berikutnya, tetapi lebih tahan benturan dan memiliki perpanjangan yang lebih besar saat putus (yaitu, meregang lebih jauh sebelum putus). Berbagai karakteristik dan tingkat kinerja dapat diperoleh tergantung pada jenis kaca, diameter filamen, lapisan kimia (disebut "sizing"), dan bentuk serat.
Filamen kaca disediakan dalam bentuk bundel yang disebut helai, yang merupakan kumpulan filamen kaca kontinu.
Keliling biasanya berupa seikat untaian yang tidak dipilin yang dibungkus seperti benang di sekitar gulungan besar. Keliling ujung tunggal terdiri dari untaian kontinu dari beberapa filamen kaca yang membentang di sepanjang untaian. Keliling multi-ujung berisi untaian panjang tetapi tidak sepenuhnya kontinu yang ditambahkan atau dijatuhkan dalam susunan terhuyung-huyung selama penggulungan. Benang adalah kumpulan untaian yang dipilin menjadi satu.
Serat berkinerja tinggi
Serat karbon - sejauh ini serat yang paling banyak digunakan dalam aplikasi kinerja tinggi - dibuat dari berbagai sistem prekursor, termasuk poliakrilonitril (PAN), rayon, dan aspal. Serat prekursor diolah secara kimiawi, dipanaskan dan diregangkan, lalu dikarbonisasi untuk menghasilkan serat berkekuatan tinggi. Serat karbon performa tinggi pertama di pasaran terbuat dari prekursor rayon.
Saat ini, serat berbasis poliakrilonitril dan aspal telah menggantikan serat buatan di sebagian besar aplikasi. Serat karbon berbasis panci adalah yang paling serbaguna. Mereka menawarkan berbagai properti yang luar biasa, termasuk kekuatan luar biasa dan kekakuan tinggi. Serat aspal dibuat dari minyak bumi atau bitumen tar batubara dan memiliki kekakuan tinggi hingga sangat tinggi dan koefisien ekspansi termal (CTE) rendah hingga negatif. Karakteristik CTE mereka sangat berguna dalam aplikasi pesawat ruang angkasa yang membutuhkan manajemen termal, seperti selubung instrumen elektronik.
Meskipun lebih kuat dari serat kaca atau aramid, serat karbon tidak hanya kurang tahan benturan, tetapi juga mengalami korosi galvanik saat bersentuhan dengan logam. Produsen mengatasi masalah terakhir dengan menggunakan bahan penghalang atau lapisan kerudung (biasanya fiberglass/epoksi) selama proses laminasi.
Bentuk serat dasar dari serat karbon berkinerja tinggi adalah bundel serat kontinu yang disebut bundel filamen. Bundel serat karbon terdiri dari ribuan filamen yang terus menerus dan tidak terpilin, jumlah filamen yang diwakili oleh angka diikuti dengan "K", yang berarti dikalikan dengan 1,000 (misalnya, 12K berarti jumlah filamen adalah 12,000). Tandan dapat digunakan secara langsung dalam proses seperti gulungan filamen atau cetakan pultrusion atau dapat diubah menjadi pita searah, kain, dan bentuk penguat lainnya.
