Select Page

Secara umum komposit adalah material dari penggabungan dua atau lebih material untuk mendapatkan sifat material yang berbeda dari material aslinya.

Pembahasan – Arief Yudhanto

Dalam tulisan ini, material komposit didefinisikan sebagai campuran makroskopik antara serat dan matriks. Serat berfungsi memperkuat matriks karena, umumnya, serat jauh lebih kuat dari matriks. Matriks berfungsi melindungi serat dari efek lingkungan dan kerusakan akibat benturan (impact). Komposit dikategorikan menjadi beberapa jenis: komposit serat kontinu, komposit serat anyam, komposit serat acak, komposit hibrid dan komposit serat-logam. Serat terbuat dari karbon, aramid, boron, silicon carbide, alumina atau material lainnya. Matriks terbuat dari polimer (misal: epoksi), keramik dan logam (aluminum, titanium, etc). Dua istilah penting dalam komposit adalah lamina dan laminate. Lamina merujuk pada satu lembar komposit dengan arah serat tertentu, sedangkan laminate adalah gabungan beberapa lamina. Di pasaran, komposit ada juga yang dijual dalam bentuk pre-preg (pre-impregnated). Laminate bisa dibuat dengan cara memasukkan prepreg ini ke dalam autoclave (oven bertekanan)
dalam waktu, tekanan dan temperatur tertentu.

Komposit telah dipakai di industri pesawat terbang lebih dari 40 tahun, dan kini, aplikasi komposit telah merambah ke industri lain seperti otomotif (misal: bodi mobil balap F1), olahraga (misal: raket tenis), perkapalan; industri minyak dan gas juga telah memakai komposit untuk membangun infrastrukturnya. Komposit memiliki kekuatan yang bisa diatur (tailorability), memiliki kekuatan lelah (fatigue) yang baik, memiliki kekuatan jenis (strength/weight) yang tinggi dan tahan korosi. Namun demikian, komposit masih cukup mahal untuk diproduksi, sehingga hanya komponen atau bagian tertentu saja yang dibuat dari komposit. (FYI, meski mahal, Boeing memakai komposit sebanyak 50% total struktur pesawat Boeing 787 yang baru di-launch).

Sejak 1980an, komposit mulai dikenal di industri minyak dan gas setelah sebuah panel anti-api untuk heli-deck dibangun memakai komposit serat gelas (glass-fiber reinforced-plastics). Berikut beberapa aplikasi material komposit di industri minyak dan gas:

– Pipeline –

Komposit untuk pipeline biasanya terbuat dari komposit serat gelas atau komposit hibrid untuk mengalirkan aqueous fluid dan gas alam. Komposit serat gelas dipakai menggantikan steel karena komposit lebih tahan karat. Komposit serat gelas ini juga dipilih karena memiliki fire integrity dan fatigue resistance yang baik. Pipeline juga menggunakan steel strip laminates (SSL); SSL adalah komposit sandwich yang terdiri tiga lapisan: lapisan luar dan dalam terbuat dari komposit serat gelas, sedangkan lapisan tengah adalah baja. SSL diharapkan mampu menahan tekanan tinggi, namun tidak terlampau mahal ketika diproduksi. Bonding antara baja dan komposit diakomodasi dengan perekat yang dipakai untuk rocket motor casing. RTP atau Reinforced Thermoplastic Pipework juga digunakan untuk pipeline. Mirip dengan SSL, RTP terdiri dari tiga lapisan: lapisan dalam dan luar adalah thermoplastic liner dan lapisan tengah adalah komposit serat aramid.

– Rigid riser –

Komposit serat gelas, serat karbon atau komposit hibrid digunakan untuk menggantikan baja dalam membangun riser. Keuntungan menggunakan komposit adalah penambahan daya apung (karena riser lebih ringan dibanding menggunakan baja), gaya hambat (drag) dan tension bisa diperkecil. Secara umum, karena konfigurasinya mengecil tetapi kekuatan masih terjaga, penggunaan komposit bisa memperkecil cost.

– Tension leg platforms –

TLP, yang dipancangkan ke dasar laut, adalah bagian yang sensitif dari platform terhadap kedalaman laut. Tendon baja kurang diminati karena terlalu berat dan resonansi yang berkenaan dengan elastisitas tendon masih terjadi. Dua hal itu bisa diatasi dengan menggunakan tendon serat karbon yang ringan namun kuat.

***

Komposit juga bisa dipakai untuk menambal kerusakan akibat beban impak dan korosi di permukaan pipa baja. Metode penambalan menggunakan komposit telah lama digunakan di industri pesawat. Dengan mengatur serat ke arah circumferencial, penambal komposit juga memberikan penguatan secara melingkar pula. Joining atau penyambungan antar pipa juga bisa menggunakan komposit ini. Pemilihan adhesive atau perekat sangat penting ketika proses penyambungan dilakukan.

***

Tahun 1980an, desainer dan fabrikator di industri minyak dan gas kurang berminat menggunakan komposit karena kurang familiar dengan sifat-sifat mekanik, perilaku dan metode inspeksi komposit. Namun sekarang, design code seperti BS4994 (1987) dan ASME (1992) untuk composite pressure vessels dan API specifications untuk composite tubing telah memberikan guidance untuk mengaplikasikan komposit. Design code untuk ‘composite for load-bearing structures’ kini juga tersedia seperti Eurocode for Composites (1994) dan DNV Design Guideline for Design with Composites (2000).

Industri komposit biasanya berskala kecil dan menengah. Hal ini kurang bisa mengakomodasi kebutuhan industri minyak dan gas yang memerlukan produksi skala besar. Ini pekerjaan rumah industri komposit untuk terus mengembangkan skala enterprisenya supaya bisa memenuhi keperluan industri minyak dan gas..

Selain mengacu kepada design code, desainer di industri minyak dan gas diharapkan juga mengacu kepada buku-buku mengenai mekanika komposit (kini jumlahnya ratusan) yang menjelaskan mengenai perilaku komposit yang “agak” berbeda dari logam yang isotropik dan homogeneous.

Tanggapan 1 – muhammad rifai

Pengen belajar.

Menurut saya, secara umum komposit adalah material dari penggabungan dua atau lebih material untuk mendapatkan sifat material yang berbeda dari material aslinya.

Komposit ini bisa dikategorikan menjadi… (mungkin ada yang bisa nambahin maklum cuma dari contohnya) :

komposit serat, terdiri dari matrik dan serat.

komposit lapisan (laminate), terbuat dari lapisan-lapisan material

komposit partikel, terdiri dari matrik dan partikel

contoh yang 1 : fibre glass, hose yang diperkuat dengan serat (setahu saya semua hose pakai serat, karena hose yang saya pakai gitu semua, ada hose pompa ban sepeda, ada hose untuk kompor gas), ban kendaraan, beton yang diperkuat dengan serat/batang besi

contoh yang 2 : (katanya) baling-baling helicopter, triplek (mungkin),cladding material jika cladd-nya diperhitungkan sbagai unsur strengthnya, termocouple barangkali masuk ke sini

contoh yang 3 : beton, (seperti kata pak arif, material komposit itu tailorability, maka mungkin tipe komposit partikel ini banyak dipakai untuk mengatur sifat dari material campuran matrik dan partikelnya), batu gerinda bisa dimasukkan di kategori ini

dari contoh tsb, saya kurang yakin kalau disebut bahwa baru tahun 80 an industri migas baru ‘ngeh’ untuk pakai teknologi ini. Atau, maksudnya industri migas itu industri yang seperti apa sih? Kecuali kalau hose, gerinda, termocouple, beton, fibre glass nggak masuk ke area ini

Tanggapan 2 – Karina sari

mau menambah info aja….

untuk beton mungkin udah ngga bisa lagi dimasukkin kedalam komposit partikel….

soalnya sekarang dalam material beton bisa dimasukin berbagai bahan…misalnya serat fiber….serbuk gergaji…pasir besi….serbuk kayu…

tentunya semua dengan tujuan masing2…yang hingga sekarang masih diteliti…..

material beton ini sendiri dapat digabungkan dengan material baja… (baik tulangan form atau juga I beam…..)

setau saya material komposit ini banyak dipakai buat bikin tangki….

selain itu penggunaan beton dengan fiber sudah dites untuk kebutuhan beton yang tipis….(contohnya kapal…mungkin kedepannya bisa untuk tanker…)

Tanggapan 3 – Arief Yudhanto

Yth. Teman-teman Migas,

Mengenai definisi komposit, ada beberapa hal yang ingin saya clear-kan.

Karakterisik komposit serat (fibrous composite):

1. Penggabungan dua material atau lebih secara makroskopik, artinya: kita masih bisa melihat material-material pembentuknya secara visual (pakai mata telanjang)

2. Perilaku dan sifat mekaniknya adalah sintesis dari dua material utama pembentuknya; misal: matriks untuk melindungi serat/partikel/penguat dan memberikan ductility, serat untuk memberikan penguatan karena serat umumnya lebih kaku dari matriks.

3. Bisa di-tailor atau diatur kekuatannya menurut arah yang kita kehendaki; hal ini bisa dilakukan dengan mengatur arah serat ke arah orientasi tertentu, menumpuk beberapa lamina (1 lembar komposit) menjadi beberapa laminate sehingga satu tumpuk komposit itu punya lamina dengan arah orientasi berbeda-beda.

4. Modus kerusakannya (failure mode) ditandai dengan debonding (serat lepas dari matriks), delaminasi (pengelupasan antarlamina), micro-buckling (serat menekuk secara lokal dan sangat kecil porsinya), serat patah (fiber breakage), matriks retak (matrix cracking) dan lainnya.

5. Karena serat dan matriks, masing-masing, memperlihatkan perilaku mekanik yang berbeda, maka pendekatan ‘micromechanics’ bisa dipakai untuk mendapatkan effective moduli (misal E11, E22, E33, G12, G23, G13, v12, v13, v23). Untuk mendapatkan moduli laminate, biasanya classical laminate theory dipakai (fungsi dari extensional, bending, coupling stiffness dan ketebalan laminat).

Seperti yang sudah saya ulas di artikel sebelumnya, komposit serat dikategorikan menjadi: komposit serat kontinu (dipakai untuk membuat lamina dan laminate), komposit serat acak (jadi seratnya dipotong kecil-kecil lalu dicampurkan ke dalam matriks), komposit hibrid (lembaran serat kontinu ditumpuk bersama lembaran serat acak), komposit serat anyam (woven komposit – mirip kain, ringan tapi kuat, bisa dipakai untuk lapisan dalam baju anti peluru) dan komposit serat-logam (fiber-metal laminates; FML dipatenkan oleh TU Delft; FML bisa dibuat dengan menumpuk komposit lamina [arall atau glass fiber] dengan aluminum/titanium secara berselingan).

Helicopter blade dibuat dengan bermacam-macam konfigurasi, tapi umumnya disebut sebagai sandwich structure (terdiri dari satu material tebal diapit dua pelat tipis). Pelat tipisnya bisa dibuat dari logam atau komposit. Dengan struktur sandwich ini, helicopter blade jadi ringan tetapi memiliki corrosian resistance dan bending stiffness yang baik.

Jika beton didefinisikan sebagai campuran dua material atau lebih secara makroskopik, maka beton adalah komposit. Namun demikian, apakah material-material pembentuknya memberikan fungsi dan efek mekanika yang berbeda? Apakah beton perlu ditinjau secara micromechanics untuk mendapatkan elastic moduli-nya? Beton sangat baik untuk menahan kompresi, tapi kurang baik menahan beban bending atau tarik. Oleh karenanya, beton biasanya diperkuat dengan tulangan baja. Nah, beton dengan tulangan baja ini yang menurut saya bisa dikategorikan komposit.

Komposit bisa ditinjau dari segi material dan mekanika (tanpa bermaksud membuat dikotomi bidang karena keduanya bisa bertemu di satu topik tertentu). Yang dimaksud material adalah tinjauan komposit dari bahan-bahan pembentuknya, interaksi bahan-bahan pembentuknya, proses mendapatkan serat dan matriks yang berkualitas tinggi, efek termal terhadap materialnya, dll. Yang dimaksud mekanika adalah tinjauan komposit ketika kita mengaplikasikannya untuk keperluan struktural. Di sini kita menggunakan teori elastisitas untuk menghitung kekuatan bending, buckling dll. Dengan mekanika ini juga kita bisa memperoleh effective elastic moduli (modulus elastisitas hasil gabungan serat dan matriks) dari lamina dan laminate.

Standard code biasanya menjelaskan dengan singkat mengenai aspek-aspek dalam komposit, jadi saya rasa sangat perlu untuk me-refer ke buku-buku mekanika komposit. Terima kasih.

Tanggapan 4 – Dirman Artib

Rekan-rekan,

Mo ikutan nanya nih.

Kalau material spt. PVC atau plastic apakah termasuk ke dalam kategori komposit ?

Atau kalau kayak bahan raket badminton C-fibre termasuk komposit ?

Tanggapan 5 – Arief Yudhanto

PVC (polyvinyl chloride) bukan komposit, tetapi thermoplastics. Dengan injection molding, suatu komponen dg geometri yang kompleks bisa dibentuk dengan memanaskan PVC. Komponen yang dihasilkan akan memiliki surface finish yang baik.

Thermoplastic sendiri ada dua tipe, yaitu semicrystalline dan amorphous. Contoh dari yang semicrystalline adalah polyethilene. Ini yang biasa digunakan untuk membuat serat aramid (atau Kevlar) serat untuk memproduksi komposit. PVC termasuk amorphous. Dia sensitif terhadap pengaruh higrotermal (kelembaban + temperatur); indikasinya: swelling (bengkak).

Raket badminton dan stick golf biasanya terbuat dari komposit. Serat yang digunakan adalah serat karbon, matrixnya epoxy. Specific strengthnya (Young’s modulus/density) hampir 4 kali lipat baja.

Share This