Keramik, Polimer, dan Komposit

1.      Apa yang disebut material keramik, polimer, dan komposit

Keramik

Material inorganik yang terdiri dari elemen logam dan bukan logam kebanyakan dalam bentuk oksida, nitrida, dan karbida yang bersama-sama terikat secara kimiawi. Material ini terdiri dari kristalin dan non kristalin atau paduan keduanya. Material yang termasuk dalam kelompok ini tersusun atas clay, semen, dan gelas.

Polimer

Polimer merupakan molekul besar (makromolekul) yang terdiri atas susunan unit kimia berulang yang kecil, sderhana, da terkait oleh ikatan kovalen. Kebanyakan berupa senyawa organik yang secara kimia tersusun atas unsur karbon, hydrogen, dan nonlogam lainnya yang memiliki rantai yang panjang.

Komposit

Paduan dua atau lebih material. Paduan tersebut bertujuan untuk menghasilkan material yang memiliki karakteristik yang spesifik dan sifat-sifat tertentu yang dikehendaki. Komposit selain dibuat dari hasil rekayasa manusia, juga dapat terjadi secara ilmiah, misalnya kayu yang terdiri dari serat selulose yang berada dalam matriks lignin.

2.      Perkembangan keramik, polimer, dan komposit secara singkat

Keramik

Keramik dari zaman ke zaman berkembang secara evolusioner. Demikian pula dengan bentuk, teknik pengolahan maupun pembakarannya. Penemuan keramik merangsang kreativitas manusia untuk menciptakan berbagai macam benda keramik yang di buat dari bahan tersebut. Pada perkembangan selanjutnya berbagai faktor turut menentukan kemajuan keramik diberbagai daerah.

Polimer

Sejumlah terobosan baru untuk menciptakan berbagai sistim polimer baru maupun pengembangan sistem polimer yang telah ada. Hasilnya tampak sebagai produk industri polimer yang begitu beragam sebagaimana yang terlihat sekarang ini. Hingga pada tahun 1970 sudah terdapat lebih dari 25 produk polimer, dan pada tahun 1980 polimer mencapai 2 juta m3 tiap tahunnya, melebihi produksi kayu dan baja. Dengan berkembangnya industri polimer, ternyata membawa dampak positif terhadap jumlah pengangguran. Hal ini disebabkan karena industri polimer menyerap banyak tenaga kerja. Karena sifatnya yang karakteristik maka bahan polimer sangat disuka

Komposit

Perkembangan  teknologi  komposit tidak hanya pada komposit sintetis, akan tetapi  juga  mengarah  pada  komposit alam/Nature  Composites  (NACO) dikarenakan keistimewaan  sifatnya yang  dapat  didaur  ulang  atau  istilah  lain terbarukan.  Komposit dengan serat  alam  memiliki banyak  keunggulan jika  dibandingkan  dengan  komposit sintetis. Perkembangan material komposit polimer sebagai  pengganti  logam  dan karbon sangat menjadi perhatian, hal ini karena  komposit memiliki  sifat mekanik yang cukup baik, memiliki sifat isolator  panas  dan  suara,  tahan  korosi, serta dapat dijadikan sebagai penghambat listrik  yang  baik  selain  itu  juga  ramah lingkungan 

3.      Struktur mikro keramik, polimer, dan komposit

Keramik

Didalam keramik juga terdapat Kristal ion sebagai struktur mikro. Di bawah ini di kemukakan struktur khas Kristal ion yang sering di temui dalam keramik.

a.       Struktur Kristal tipe AX

-          Struktur Kristal garam batu (bentuk kubik berpusat muka (FCC), contoh: NaCl, CsCl, ZnS, dan intan

-          Struktur sesium klorida (bentuk kubik sederhana/ (simple cubic))

-          Struktur ZnS (bentuk sphalerite)

-          Struktur intan (bentuk sama seperti ZnS, tetapi seluruh atomnya diisi atom C)

b.      Struktur kristal AmXp

Al₂O₃ (korundum), bentuk heksagonal tumpukan padat

c.       Struktur Kristal AmBnXp

BaTiO₃, bentuk Kristal perouskite

Polimer

Berdasarkan struktur dari rantainya, polimer dapat dibedakan menjadi tiga jenis, yaitu:

a.       Polimer Rantai Lurus, memiliki bentuk rantai yang tersusun dari monomer-monomer yang saling berikatan membentuk suatu rantai lurus.

b.      Polimer Bercabang, gabungan dari beberapa jenis rantai lurus atau rantai bercabang yang dapat digabungkan melalui ikatan silang (cross-linking).

c.       Polimer Jaringan, jika ikatan silang terjadi ke berbagai arah maka terbentuk polimer sambung silang tiga dimensi atau yang sering disebut polimer jaringan.

Komposit

1.      Laminate

Laminate adalah gabungan dari dua atau lebih lamina (satu lembar komposit dengan arah serat tertentu) yang membentuk elemen struktur secara integral pada komposit. Terdapat beberapa lamina, yaitu:

a.       Continous fiber laminate, mempunyai lamina penyusun dengan serat yang tidak terputus hingga mencapai ujung-ujung lamina terdiri dari :

1)      satu arah, yaitu bentuk laminate dengan tiap lamina mempunyai arah serat yang sama. Kekuatan terbesar dari komposit lamina ini adalah searah seratnya.

2)      silang, lamina ini mempunyai susunan serat yang saling silang tegak lurus satu sama lain antara lamina.

3)      Random, lamina ini mempunyai susunan serat.

b.      Discontinous fiber composite, pada masing-masing lamina terdiri dari potongan serat pendek yang terputus dan mempunyai dua jenis yaitu :

1)      Short Alighned Fiber, potongan serat tersusun dalam arah tertentu, sesuai dengan keperluan setiap lamina.

2)      In-Plane Random Fiber, potongan serat disebarkan secara acak atau arahnya tidak teratur.

2.      Sandwich panels

Komposit sandwich merupakan komposit yang tersusun dari 3 lapisan yang terdiri dari flat composite (metal sheet) sebagai kulit permukaan (skin) serta meterial inti (core) di bagian tengahnya (berada di antaranya). Core yang biasa dipakai adalah core import, seperti polyuretan (PU), polyvynil Clorida (PVC), dan honeycomb.

4.      kegunaan keramik, polimer, dan komposit

Keramik

Keramik banyak di gunakan dalam industri listrik dan perlatan elektronik lainnya, selain sebagai keperluan industri elektronik keramik juga dapat di manfatkan sebagai keperluan pembuatan lantai, pembuatan reaktor tahan panas dan sebagai untuk pembuatan gerabah

Polimer

-          Polietilena (kantong plastik, pembungkus halaman, ember, dsb)

-          Polipropilena (pengemasan, tekstil, perlengkapan, pengeras suara, komponen otomotif, uang kertas polimer, dll)

-          PVC (konstruksi bangunan, mainan anak-anak, pipa/ paralon, meja, lemari, piringan hitam, dan beberapa komponen mobil)

-          Teflon (untuk pelapis wajan, pelapis tangki di pabrik kimia, dan kabel listrik)

-          Polibutena (ban mobil, bantalan kereta api, blok jembatan, selang air, dll)

Komposit

a.       Angkasa luar (komponen kapal terbang, helicopter, dan satelit)

b.      Automobile (komponen mesin, komponen kereta)

c.       Olahraga dan rekreasi (sepeda, stick golf, raket tenis, sepatu olahraga)

d.      Industri pertahanan (komponen jet tempur, peluru, komponen kapal selam)

e.       Industri pembinaan (jembatan, terowongan, rumah)

f.       Kesehatan (kaki palsu, sambungan sendi pada binggang)

g.      Marine / kelautan (kapal layar, kayak)

5.      Cara pembuatan keramik, polimer, dan komposit

Keramik

a.       Pengolahan bahan

- Pengurangan ukuran butir

- Penyaringan

- Pencampuran

- Pengadukan (mixing)

- Pengurangan kadar air

- Pengulian

b.      Pembentukan

- Pembentukan tangan langsung (hand building)

- Teknik putar (throwing)

- Teknik cetak (casting).

c.       Pengeringan

Tujuanutama dari tahap ini adalah untuk menghilangkan air plastis yang terikat pada badan keramik.Ketika badan keramik plastis dikeringkan akan terjadi 3 proses penting:

- Air pada lapisan antar partikel lempung mendifusi ke permukaan, menguap, sampai akhirnya partikel-partikelsaling bersentuhan dan penyusutan berhenti;

- Air dalam pori hilang tanpa terjadi susut; dan

- air yang terserap pada permukaan partikel hilang.

d.      Pembakaran

Mengubah massa yang rapuh menjadi massa yang padat, keras, dan kuat. Pembakaran dilakukan dalam sebuah tungku suhu tinggi.

e.       Pengglasiran

Benda keramik biskuit dilapisi glasir dengan cara dicelup, dituang, disemprot, atau dikuas

Polimer

1.       Injection Molding

plastik yang masih berupa biji plastik atau pellet dimasukkan ke dalam tabung panas yang kemudian akan meleleh dan lelehan ini dibawa ke dalam cetakan.

2.       Ekstrusi

lelehan biji plastik ini ditekan secara terus menerus sehingga bisa lebih lebur dan halus.

3.       Thermoforming

biji plastik yang leleh telah berubah menjadi lempengan kemudian dipanaskan kembali dan dimasukkan kedalam cetakan lainnya.

4.       Blow Molding

a.       Biji plastik dilelehkan pada sekrup di dalam tabung berpemanas

b.      Plastik panas membentuk pipa

c.       Plastik panas ditiup dalam cetakan

d.      Dibuat menjadi barang yang diinginkan

Komposit

1.      Proses Cetakan Terbuka (Open-Mold Process)

a.       Contact Molding/ Hand Lay Up

menuangkan resin dengan tangan kedalam serat berbentuk anyaman, rajuan atau kain, kemudian memberi takanan sekaligus meratakannya menggunakan rol atau kuas. Proses tersebut dilakukan berulang-ulang hingga ketebalan yang diinginkan tercapai.

b.      Vacuum Bag

Pada proses ini digunakan pompa vacuum untuk menghisap udara yang ada dalam wadah tempat diletakkannya komposit yang akan dilakukan proses pencetakan.

c.       Pressure Bag

Wadah elastis ini yang akan berkontak pada komposit yang akan dilakukan proses. Biasanya tekanan basar tekanan yang di berikan pada proses ini adalah sebesar 30 sampai 50 psi.

d.      Spray-Up

Proses spray-up dilakukan dengan cara penyemprotan serat (fibre) yang telah melewati tempat pemotongan (chopper). Sementara resin yang telah dicampur dengan katalis juga disemprotkan secara bersamaan

e.       Filament Winding

Fiber tipe roving atau single strand dilewatkan melalui wadah yang berisi resin, kemudian fiber tersebut akan diputar sekeliling mandrel yang sedang bergerak dua arah, arah radial dan arah tangensial.

2.      Proses Cetakan Tertutup (Closed mold Processes)

a.       Proses Cetakan Tekan (Compression Molding)

Fiber yang telah dicampur dengan resin dimasukkan ke dalam rongga cetakan, kemudian dilakukan penekanan dan pemanasan. Resin termoset khas yang digunakan dalam proses cetak tekan ini adalah poliester, vinil ester, epoxies, dan fenolat.

b.      Injection Molding

Metoda injection molding juga dikenal sebagai reaksi pencetakan cairan atau pelapisan tekanan tinggi. Fiber dan resin dimasukkan kedalam rongga cetakan bagian  atas, kondisi temperature dijaga supaya tetap dapat mencairkan resin.

c.       Continuous Pultrusion

Fiber jenis roving dilewatkan melalui wadah berisi resin, kemudian secara kontinu dilewatkan ke cetakan pra cetak dan diawetkan (cure), kemdian dilakukan pengerolan sesuai dengan dimensi yang diinginkan.

6.      Bagaimana sifat keramik, polimer, dan komposit

Keramik

-          Keras dan getas

-          Tahan korosi

-          berat yang ringan

-          kekuatan dan kekerasan yang tinggi

-          tahan pada suhu tinggi

-          tahan gesekan

-          isolator yang baik.

Polimer

-          Ringan

-          berat jenis rendah

-          tidak bagus pada suhu tinggi

-          isolator yag baik

-          kekakuan serta kekuatan tarik yang rendah

-          memiliki keuletan tinggi

-          modulus elastisitas rendah

Komposit

-          modulus lebih besar daripada komponen polimer

-          density rendah

-          massa jenis redah (ringan)

-          tidak rapuh seperti keramik

-          kekuatan dan kekakuan tinggi

-          mudah diproses/ dibentuk

-          tahan terhadap korosi

-          tahan terhadap cuaca

-          koefisien pemuaian yang redah

-          lebih kuat dan lebih ringan.

7.      Bagian di mobil yang mengandung keramik, polimer, dan komposit sebutkan

-          Piston

-          Cat mobil (nano ceramic)

-          Ban mobil

-          Pelapis kabel mobil

-          karpet yang ada dibawah mobil

-          kaca mobil

-          lampu mobil

-          plastik film

-          body dan bumper mobil

-          penutup tempat duduk mobil

-          kabin mobil

-          pintu mobil