Carbon Fiber Reinforcement Thermoplastic (1)

Artikel kali ini ingin mengulas sedikit tentang Carbon Fiber (CF) composite. melanjutkan artikel sebelumnya yang sedikit menyinggung curcolan saya terkait CF, kali ini saya ingin lebih luas membahas terkait aplikasi, perkembangan dan metode pembuatan CF serta komposit nya dengan metode kekinian.^^

 CF sebagai single element (tanpa dibuat komposit) setiap saat mengalami perkembangan, terutama dari segi kemampuan mekaniknya. Banyak produsen yang berlomba-lomba membuat CF dengan kualitas terbaik, salah satunya adalah Toray Company, salah satu perusahaan asal Jepang yang mendominasi pasar CF di dunia. Berikut adalah beberapa produk CF dengan  mechanical properties yang dimilikinya hasil produksi beberapa perusahaan :

 

Salah satu produk terbaru dari Toray yang memiliki kemampuan mechanical properties tertinggi yakni T1100G. Type CF ini adalah produk terbaru yang diluncurkan bulan Maret 2014. Saya sendiri mencoba memesan CF jenis ini, namun harganya yang selangit serta materialnya yang hanya diproduksi di Jepang ditambah masih menjadi “secret material” bagi perusahaan dan Negara menyebabkan urung untuk membelinya.hehe

Secara singkat pembuatan CF dapat dijelaskan dengn gambar-gambar berikut:

Raw material dari CF yang paling umum adalah PolyAcryoNitrile(PAN) walaupun ada beberapa penilitian lain yang mencoba menggantikan jenis raw material ini. Salah satunya lignin (bisa di lihat di video ini ).

PAN ketika reaksi pembentukan CF akan membentuk cycle chain akibat dari panas yang diberikan saat awal pemrosesan. Penambahan panas hingga 700 C dalam proses selanjutnya akan menyebabkan atom hydrogen keluar dari rantai utama membentuk gas hidrogen (H2) sehingga rantai utama menjadi aromatic (cincin pyridine). Proses selajutnya adalah proses pemanasan bertahap sehingga antarrantai pyridine menyatu membuat gabungan rantai baru yang sangat kuat yang disebut dengan Carbon Fiber.

Perbedaan teknik dalam proses pembuatan ini dan treatments yang dberikan membuat perbedaan karakteristik dari CF.

Dalam aplikasi pembuatan CF composite, biasanya digunakan polymer sebagai matrixnya. Adapun jenis polimer yang sudah sering digunakan adalah jenis termoset terutama Epoxy. Namun, era kekinian dengan alasan lebih ramah lingkungan, waktu produksi yang lebih cepat serta alasan lainnya, penggunaan termoset sudah mulai dikurangi dan digantikan dengan penggunaan thermoplastic. Penggunaan thermoplastic sebagai matrix walaupun belum menyamai kemampuan mechanical properties yang diperoleh termoset tetap menarik sehingga penilitian penggunaan marix jenis ini selalu berkembang. Termasuk penilitan yang akan saya laksanakan.

Jika kita membahas masalah composite maka kita tak akan lepas dari konsep dasar pembuatannya, yakni teori “rule of mixture” yang menerangkan tentang jumlah komposisi dari fiber dan matrix sehingga kita akan menemukan prediksi kondisi dari composite yang akan diperoleh.

 

Selain itu, hal lain yang mempengaruhi sifat dari composite adalah degree of adhesion at interface and interphase atau ikatan yang terjadi antara fiber dan matrix. Interphase adalah area dimana fiber dan matrix memiliki kombinasi ikatan, baik itu ikatan kimia maupun ikatan mekanis. Keterangan terkait interphase dan interface bisa dilihat pada gambar disamping.

Ikatan yang lemah antara fiber dan matrix akan menyebabkan transfer energy ketika composite mengalami pembebanan tidak efektif. Alhasil, composite yang terbentuk tidak akan memiliki mechanical properties yang baik. Oleh karena itu hal terpenting dalam pembuatan composite adalah bagaimana membuat ikatan antara fiber dan matrix tersebut seoptimum mungkin. 

Ada banyak cara untuk mensiasati terbentuknya ikatan antara fiber dan matrix menjadi kuat, dan dapat digolongkan menjadi 3 golongan besar yakni dengan melakukan perlakuan pada permukaan fiber (surface treatments), penambahan coupling agents (penguat ikatan) dan penentuan arah fiber pada saat pembuatan composite. Selain tentunya pemilihan proses yang benar ketika pembentukan composite juga akan mempengaruhi hasil.

Untuk melakukan surface treatments banyak sekali cara yang dapat dilakukan, beberapa diantaranya terangkum dalam gambar bagan dibawah ini :  

Keefektivitasan surface treatment itupun beragam, yang pasti treatment tersebut akan meningkatkan mechanical properties dari CF composite.

Pembahasan lebih lanjut tentang Carbon Fiber Reinforcement Thermoplastic, akan dilanjutkan dalam artikel yang lain. Silahkan menunggu.hehe