10. Polymer Composite

8/16/2019 10. Polymer Composite

http://slidepdf.com/reader/full/10-polymer-composite 1/28

EBB 220/3

POLYMER COMPOSITE

DR AZURA A.RASHIDRoom 2.19

School of Materials And Mineral ResourcesEngineering,

Universiti Sains Malaysia, 14300 Nibong ebal,!" !inang

Malaysia



Kebanyakkan pembangunan bahan pada masakini tertumpu kepada pembangunan bahankomposit kehendak teknologi.

Bahan komposit mempunyai kepelbagaian sifatyang tidak dapat dimiliki oleh bahan konvensionalyang berasaskan logam, seramik dan polimer.

Ia telah menjadi bahan kejuruteraan dan bahankomoditi yang sangat penting yang telahdigunakan untuk menghasilkan pelbagai produk

Contoh : tayar yang diperkuat gentian, tangki air, paip, kabel, komponen-komponen kapal terbang, kapal

Pengenalan

Pengenalan



Contoh: Aplikasi bahan dalam pembuatan kapal

terbang

o emerlukan nilai kekuatan yang tinggi

o !ilai ketumpatan paling rendah

o Keliatan yang tinggi

o Kerintangan terhadap gegaran dan hentaman

o "idak terkakis

Kesemua sifat ini tidak dapat dipamerkan olehsatu jenis bahan sahaja kombinasi dua ataulebih bahan yang lain



Komposit #abungan atau kombinasi dua atau lebihbahan yang berbe$a dan membentuk struktur yang

dikehendaki.

Ia memberikan sifat yang berlainan dari sifat asal

%ifat komposit yang terhasil adalah lebih baik dan

mungkin unik dalam aspek tertentu berbanding

komponen-komponen ju$uknya.

Ia mempunyai tiga fasa terpisah se&ara mekanikal.'asa-fasa tersebut:

(. 'asa matrik

). 'asa tersebar*bahan tetulang* bahan pengukuh

+. 'asa antaramuka* antarafasa

Definisi

Definisi



Komposit mempunyai banyak kelebihan dankeistimeaan dari segi sifat mekanik, fi$ik, termadan kimianya.

Antaranya kelebihannya:

%ifat kekuatan, kekakuan dan keliatan ditingkatkan. Kestabilan dimensi dan suhu erotan haba

ditingkatkan.

peningkatan modulus spesifik dan kekuatan spesifik

telah menyebabkan berat komposit semakinberkurang.

eningkatan rintangan ketelapan terhadap gas dan&e&air, rintangan kimia dipertingkatkan.

kos pengeluaran dapat dikurangkan kerana bahanyang digunakan telah berkurang.

Kepentingan komposit

Kepentingan komposit



aKepekatan /b si$e /& bentuk /d taburan /e orientasi

Faktor yang mempengaruhi sifat komposit

Faktor yang mempengaruhi sifat komposit



Komposit boleh dikelaskan kepada lima jenisberdasarkan konstituennya, iaitu:

(. Komposit gentian terdiri daripada gentian denganmatriks

). Komposit kepingan terdiri daripada kepingandengan matriks

+. Komposit partikel terdiri daripada partikel denganmatnks.

0. Komposit terisi atau komposit rangka terdiridaripada matriks rangka berselanjar yang terisidengan bahan kedua.

1. Komposit laminat terdiri daripada konstituenlapisan atau laminat.

Pengelasan komposit Pengelasan komposit



Classification of compositesClassification of composites



'asa matriks ialah:

'asa terbesar yang hadir dalam bahan komposit

/biasanya 234 dan ke atas

fasa selanjar dengan fasa pengukuhan tersebarse&ara terbenam.

Ia berfungsi sebagai pelekat untuk pengisi

memperoleh suatu pelekatan yang baik antara

fasa matriks dengan fasa pengukuhan.

embasahan yang sempurna oleh fasa matriks

perlu ujud supaya interaksi yang baik berlaku

antara fasa antara fasa matriks dengan fasa

pengukuhan.

Fasa matrik Fasa matrik



Bahan pepejal dan mampu memindahkan tegasanyang dikenakan kepada fasa pengukuhan berfungsi sebagai media alas beban.

Ia berupaya melindungi fasa pengukuhan daripadakerosakan oleh agen perosotan persekitaran seperti

haba dan lembapan.

sebagai pengikat yang memegang fasa pengukuhan menghasilkan antara muka fasa matriks dan fasa

pengukuhan yang kuat.

5apat mengurangkan perambatan retak dalambahan komposit mengelakkan merlaku kegagalanse&ara katastropik

Peranan fasa matrik Peranan fasa matrik



"erdapat pelbagai bahan matriks yang bolehdigunakan dalam komposit polimer, logam,seramik, ka&a dan karbon.

emilihannya tertakluk kepada faktor-faktor berikut:

(. Keserasiannya dengan fasa pengukuhan akanmenentukan interaksi antara muka fasa matriks-fasapengukuhan /pengisi.

). %ifat akhir komposit yang dihasilkan.

+. Keperluan pengunaan julat suhu penggunaan,rintangan terhadap lembapan dan pelarut

0. 6ekabentuk komponen yang dihasilkan

1. Kemudahanan fabrikasi atau pemprosesan

7. Kos penghasilan

Faktor pemilihan fasa matrik Faktor pemilihan fasa matrik



olimer lebih banyak digunakan kerana mempunyaikelebihan iaitu: Ia lebih senang diproses

Ia mempunyai sifat mekanik dan dielektrik yang baik

Ia merupakan bahan berketumpatan rendah

Ia mempunyai suhu pemprosesan yang lebih rendahberbanding suhu pemprosesan logam

Komposit jenis polimer dibahagikan kepada tiga jenis:(. #abungan polimer-polimer

). #abungan polimer 8 gas / polimer berkembang, busa atauberstruktur sel

+. #abungan oilimer-pengisi /komposit polimer-gentian atau

Polimer sebagai fasa matrik Polimer sebagai fasa matrik



'asa terpenting dalam bahan komposit kehadirannya

mengubah sifat asal seperti kekuatan, kekakuan,kemuluran dan keliatan bahan.

'asa ini ujud se&ara terserak dalam bahan matrik.

elalui penambahan fasa pengukuhan ini terdapatperubahan terhadap mekanisme kegagalan bahan

komposit.

%ifat umum bahan pengukuh mempunyai nilai kekuatan

dan kekakuan yang tinggi

Antara pelbagai jenis pengisi fasa pengukuhan yang

la$im gentian ka&a, gentian karbon, gentian kevlar

dan gentian semula jadi seperti jut, kelapa, tandan

kelapa sait, kayu getah, serbuk kayu et&

Fasa Pengukuhan Fasa Pengukuhan



Pengelasan berdasarkan fasa pengukuhan

Pengelasan berdasarkan fasa pengukuhan



eningkatan maksimum dalam sifat fi$ik.

enyerapan kelembapan yang rendah.

%ifat pembasahan yang baik.

Kos yang rendah dan mudah diperoleh. 6intangan api yang baik.

6intangan kimia yang baik

%ifat keterlarutan dalam air dan pelarut yang

rendah.

6intangan haba yang baik.

%ifat penyerakan yang baik.

5apat diperoleh dalam pelbagai sai$.

Sifat komposit melalui fasa pengukuhan

Sifat komposit melalui fasa pengukuhan



9a$imnya, semua bahan komposit akan terdapatdua fasa berlainan dipisahkan oleh kaasan

antaramuka.

Ia merupakan fasa yang tidak dapat dilihat dengan

jelas berbanding fasa matriks dan fasa pengukuh

%truktur dan sifat bagi ikatan antarafasa yang

terbentuk dalam komposit memainkan peranan

dalam menentukan sifat fi$ikal dan mekanikal

komposit.

Keberkesanan pemindahan tegasan antara fasa

matrik kepada fasa pengukuhan bergantung

kepada daya ikatan yang ujud pada antara muka.

Fasa antara muka Fasa antara muka



"erdapat pelbagai teori van menerangkan

pengikatan pada antara muka melibatkan

ikatan kimia atau mekanik.

"erdapat lima mekanisme yang boleh berlaku

pada antara muka, sama ada se&ara

bersendirian atau se&ara gabungan.

9ima mekanisme tersebut ialah:

(. enjerapan dan pembasahan.

). 6esapan+. 5aya tarikan elektrostatik

0. engikatan kimia

1. engikatan mekanik



%e&ara umum terdapat dua faktor utama yang

mempengaruhi sitat mekanik komposit, iaitu:

(. Keadaan pemprosesan "iga parameter penting bagi keadaan

pemprosesan ialah suhu, masa dan tekanan.

Ketiga-tiga parameter ini perlulah men&apai takatoptimum leburan polimer akan mempunyai

kelikatan atau sifat aliran yang dikehendaki bagi

membolehkan pembasahan matriks ke atas fasa

pengukuhan yang sempurna.

Faktor-faktor yang mempengaruhisifat mekanikal komposit

Faktor-faktor yang mempengaruhisifat mekanikal komposit



). Kesan mikrostruktur Berkait rapat dengan keadaan pemprosesan.

emilihan tekanan dan suhu yang digunakan akan

mempengaruhi taburan orientasi dan taburan panjang

fasa pengukuhan

+. %ifat matriks dan fasa pengukuhan /pengisi

yang digunakan juga mempengaruhi sifat mekanikkomposit yang dihasilkan.

0. engolahan kimia yang dilakukan

sama ada ke atas fasa matriks atau fasa pengukuhanatau kedua-duanya sekali akan meningkatkan

keserasian antara kedua-dua fasa melalui peningkatan

kekuatan antara muka

meningkatkan sifat mekanik komposit yang dihasilkan.



#entian banyak digunakan sebagai bahan penguatdalam komposit

atlkamat utama penggunaan gentian dalam

matrik adalah untuk meningkatkan nilai kekuatan

dan kekakuan #entian yang digunakan dibahagikan kepada dua

jenis #entian selanjar

#entian pendek

Kedua-dua jenis ini akan memberikan sifat

komposit yang berbe$a

Komposit diperkuat gentian Komposit diperkuat gentian



%ifat komposit diperkuatkan gentian dipengaruhi oleh faktorgeometri iaitu:

(. 5iameter gentian urata nilai diameter gentian kurang daripada 3.3(mm

). anjang gentian #entian pendek nisbah aspek sebanyak )3-73 #entian panjang nisbah aspek )33-133 %ifat berbe$a kerana perbe$aan titik tumpukan tegasan

+. enyerakan serta susun atur gentian %ifat komposit diperkuat gentian panjang akan memberikan sifat

isotropik sifat yang bergantung kepada arah Kekuatan menuingkat pada arah selari penyusunan ; menurun pada

arah melintang dengan penyusunan gentian

0. e&ahan isipadu gentian Isipadu gentian akan mengambilkira nilai berat dan isipadu bahan

penguat !ilai pe&ahan isipadu gentian kurang daripada 3.+ untuk pembasahan

yang sempurna



ARAH PENYUSUNAN DAN

TABURAN GENTIAN DALAM

KOMPOSIT

WHA !S P"#$%&'(( WHA !S P"#$%&'((



Keadaan semasa deformasi bagi

komposit diperkuat gentian

Keadaan semasa deformasi bagi

komposit diperkuat gentian



GRAF TEGASAN-TERIKAN



odulus embujur

Komposit hanya mengandungi fasa matrik dan fasa gentian

V m+V f =1

odulus melintang

V m = pecahan isipadu mati!

V f = Pecahan isipadu "entian

E m = M#du$us mati!

E f = M#du$us "entian ( ) m f f f

f m

m f f m

f mct

E V E V

E E

E V E V

E E E

+−

=

+

=

1

( ) f f f m f f mmcl V E V E V E V E E +−=+= 1

Pengiraan modulus Pengiraan modulus



%uatu komposit polimer bergentian

ka&a se&ara berterusan dan tersusun

mengandungi 034 gentian ka&a

dengan modulus keelastikan 71 #adan 734 resin poliester yang

mempamerkan modulus +.1 #a.

Kirakan:

(. odulus embujur

). odulus melintang

Soalan penyelesaian Soalan penyelesaian



Apakah definisi komposit< Berikanperanan 'asa matrik

'asa engukuhan

'asa antaramuka

Berikan formula untuk mengira modulus

melintang dan menegak bagi kompositdiperkuatkan gentian.

Contoh soalan peperikasanContoh soalan peperikasan



Date post:	05-Jul-2018
Category:	Documents
Upload:	knucnic
View:	227 times
Download:	0 times

10. Polymer Composite

Documents