Upload
norzuraidah-jaafar
View
207
Download
5
Embed Size (px)
Citation preview
SCE3103 MENEROKA BAHAN
TOPIK 11 BAHAN KOMPOSIT
SINOPSIS
Penggunaan bahan komposit telah memperbaiki kekuatan, ketahan dan kepejalan
sesuatu produk dalam proses pembuatan dan reka bentuk. Terdapat alat pemotong
yang menggunakan bahan komposit contohnya roda canai dan mata alat pemotong
yang menggunakan kobalt dan nikel. Bahan komposit boleh didapati dalam pelbagai
jenis contohnya plastik dan kaca gentian.
HASIL PEMBELAJARAN
1. Mengenalpasti jenis – jenis bahan komposit
2. Komposisi bahan komposit
3. Sifat-sifat bahan komposit
KERANGKA TAJUK
BAHAN KOMPOSIT
KOMPOSISI BAHAN
JENIS-JENIS BAHAN
KOMPOSIT
SIFAT-SIFAT
BAHAN KOMPOSIT
Bahan komposit merupakan bahan termaju yang dihasilkan oleh ahli sains
penyelidikan dan pembangunan. Bahan komposit terdiri daripada satu jenis
bahan yang digabungkan dengan satu bahan lain untuk menghasilkan bahan
baru yang menyatukan kelebihan kedua-dua bahan asal.
Bahan komposit boleh terdiri daripada campuran dua atau lebih bahan seperti
logam , aloi, seramik, karbon, dan polimer. Pada umumnya, bahan komposit
mempunyai sifat yang lebih daripada bahan asal dan dihasilkan untuk tujuan
dan kegunaan khusus.
PENGELASAN BAHAN KOMPOSIT
1. Komposit Matrik Berseramik (CMC)
Komposit jenis ini menggunakan seramik sebagai matrik dan diperkuatkan
dengan keratin gentian pendek atau filamen yang diperbuat daripada silikon
karboda dan boron nitrat. Komposit matrik berseramik ini boleh digunakan
pada keadaan suhu yang amat tinggi.
2. Komposit Matrik Berpolimer (PMC)
Bahan komposit ini merupakan yang paling biasa digunakan. Komposit
jenis ini lebih dikenali sebagai Polimer Diperkuat Gentian (FRP). Bahan ini
menggunakan resin sebagai matrik dan penguatnya pula terdiri
daripada bahan sama ada kaca, karbon dan aramid.
3. Komposit Matrik Berlogam (MMC)
Bahan komposit jenis ini jarang digunakan dalam industri pembinaan
tetapi semakin popular digunakan dalam industri automotif. Bahan ini pula
menggunakan alumunium sebagai matrik manakala gentian seperti silikon
karbit sebagai penguat.
JENIS-JENIS BAHAN KOMPOSIT
1. SUPERKONDUKTOR
Sesetengah bahan komposit digunakan untuk membuat superkonduktor.
Perovskite adalah contoh bahan bukan komposit yang dijadikan sebagai
superkonduktor. Bahan komposit ini mengandungi kuprum, logam alkali
Bumi, logam lantanida dan oksigen.
Superkonduktor banyak digunakan dalam bidang berteknologi tinggi.
Contohnya pengangkutan kereta api di Jepun , biomagnet, MRI, dan
generator elektrik.
2. KONKRIT YANG DIPERKUKUHKAN
Konkrit yang diperkukuhkan ialah sejenis bahan komposit. Bahan komposit
ini terdiri daripada simen, pasir, serta batu-batan.
Konkrit diperkukuhkan dengan menggunakan rod keluli dan jaring dimana
konkrit cecair dituang ke atas jaringan batang atau jaringan keluli.
Konkrit yang pekerkukuhkan merupaka bahan binaan yang murah, kuat,
tahan tegangan serta menjimatkan masa pembinaan dan kos
penyelenggaraan.
3. PLASTIK YANG DIPERKUKUH DENGAN KACA
Bahan komposit ini terhasil apabila plastic diperkukuhkan dengan gentian
kaca. Kaca bersifat kuat tetapi rapuh manakala plastic pula tidak kuat,
tidak cukup kenyal, mudah lentur, tetapi sangat stabil secara kimia. Oleh
itu apabila kedua-duanya digabungkan, bahan komposit yang terhasil
mempunyai daya tegangan dan kekuatan yang tinggi serta rupa yang
cantik.
4. KACA FOTOKROMIK
Bahan fotokromik berubah daripada lut sinar kepada berwarna atau
menjadi gelap apabila didedah kepada cahaya dan kembali kepada
keadaan asal apabila cahaya malap atau hilang. Kaca fotokromik ini
dihasilkan dengan menggabungkan bahan fotokromik dengan kaca atau
polimer lutsinar. Bahan komposit ini digunakan untuk membuat kanta kaca
mata, kanta kamera, tingkap kereta dan bangunan, panel LCD, dan
pengesan optik.
CONTOH-CONTOH BAHAN KOMPOSIT
KACA
1. Kaca merpakan bahan lusinar, kuat, tahan hakis, dan secara biologi
merupakan bahan yang tidak aktif yang boleh dibentuk menjadi
permukaan yang tahan dan licin. Ciri-ciri ini menjadikan kaca bahan yang
sangat berguna.
2. Silika yang merupaka galian yang mengandungi silicon dioksida dan
merupakan komponen utama dalam kaca. Silika wujud secara semulajadi
dalam pasir.
3. Silikat logam seperti natrium silikat Na2SiO3 atau kalsium silikat CaSiO3
dapat diperolehi dengan memanaskan pasir(silikat) bersama batu
kapur(kalsium karbonat) atau natrium karbonat pada 1500 darjah selsius.
SiO2(p) + CaCo3(p) CaSiO3(p) + CO2(g)
SiO2(p) + Na2CO3(p) Na2SiO3(p) + CO2(g)
4. Kaca merupakan bahan pepejal sekata , biasanya terbentuk apabila bahan
cair tidak berkristal disejukkan dengan cepat, dengan itu
tidak memberikan cukup masa untuk jaringan Kristal biasa terbentuk.
5. Bahan keras lutsinar yang terbentuk dikenali sebagai kaca. Kaca
sebenarnya ialah cecair yang mempunyai kelikatan yang sangat tinggi.
KOMPOSISI, SIFAT DAN PENGGUNAAN JENIS KACA
Jenis kaca Komposisi
( bahan utama)
Sifat kaca Penggunaan
Kaca Silika
terlakur
Silikon Oksida Lutsinar
Takat lebur
yang sangat
tinggi
Penebat
haba yang
baik
Tiub kaca, turus
ultraungu, kanta
dan cermin
Kaca soda
kapur
Silikon dioksida
Natrium karbonat
Lut sinar
Takat lebur
Kaca tingkap,
botol, pinggan,
mangkuk, dan
Kalsium karbonat yang rendah
Mudah pecah
Tidak tahan
haba
Tidak tahan
bahan kimia
Mudah
dijadikan
pelbagai
bentuk
kaca mentol
lampu
Kaca
borosilikat
Silikon dioksida
Boron dioksida
Natrium oksida
Aluminium oksida
Lut sinar
kepada
cahaya
Lut sinar
kepada sinar
inframerah
Takat lebur
yang agak
tinggi
Penebat
haba yang
baik
Tahan bahan
kimia
Mengembang
dan
mengecut
sedikit sahaja
Pinggan,
mangkuk,
kelalang dan
tabung uji
Kaca
plumbum
Silikon dioksida
Natrium oksida
Plumbun(II)
oksida
Ketumpatan
tinggi
Indeks biasa
yang tinggi
Barang hiasan,
perisai sinaran,
prisma, dan kanta
KACA KHAS
1. KACA FOTOKROMIK
Kaca ini juga dikenali sebagai kaca terbalik. Kaca fotokromik menunjukkan
perubahan warna apabila dikenakan cahaya matahari. Jika sumber cahaya
Matahari dihalang mengena kaca itu, kaca kembali kepada warna asal.
Kaca fotokromik digunakan sebagai kanta kaca mata dan kaca tinggap.
2. KACA MENGKONDUKSIKAN
Kaca mengkonduksi ialah kaca yang dapat mengalirkan arus elektrik. Kaca
ini diperbuat dengan menambah lapisan nipis bahan mengkonduksikan pada
sekeping kaca dan bahan yang ditambah ini ialah ITO, indium stanum oksida.
Kaca mengkonduksikan banyak dipergunakan untuk membuat panel paparan
hablur cecair (LCD)
3. KACA GENTIAN OPTIK
Kaca gentian optik kaca silika tulen yang membenarkan
penghantaran cahaya. Kaca gentian optik ini digunakan dalam bidang
telekomunikasi dan bidang perubatan.
CONTOH PENGGUNAAN KACA FOTOKROMIK
CONTOH PENGGUNAAN KACA GENTIAN OPTIK
CONTOH PENGGUNAAN KACA MENGKONDUKSIKAN
Monitor LCD
SERAMIK
Seramik ialah bahan buatan yang diperbuat daripada tanah liat yang
terdiri daripada sebatian silikon, oksigen serta aluminium, dan pembuatannya
memerlukan tindakan haba yang tinggi. Tanah liat yang sesuai tanah liat putih
yang dikenali sebagai kaolin.Kaolin terdiri daripada hablur aluminosilikat
terhidrat.
Al2O3.2SiO(p).2H2O.
Bendasing seperti pasir dan Ferum (III) oksida yang terdapat dalam tanah
liat memberikan warna merah pada tanah liat . Lapisan air hablur
aluminosilikat menjadikan tanah liat bersifat plastik serta mudah untuk
dibentuk.Hablur-hablur ini mudah mengelongsor antara satu sama lain keran
air bertindak sebagai pelincir. Seramik merupakan bahan yang diperolehi
daripada tanah liat setelah dibentuk dan dibakar. Selapisan kilat boleh
ditambah kepada permukaan seramik dan dipanaskan semula sehingga
bahan berkilat itu melebur dan membentuk lapisan berupa kaca.
SIFAT SERAMIK
Sifat-sifat istimewa yang ada pada semua seramik ialah :-
Sangat kuat
Keras tetapi rapuh
Takat lebur tinggi
Penebat elektrik
Penebat haba
Tahan bahan kimia
Tahan mampatan
CONTOH SERAMIK
Seramik boleh dikelaskan kepada beberapa kumpulan seperti yang
ditunjukkan dalam jadual di bawah
Kumpulan Contoh
Seramik oksida Magnesium oksida, silikon (IV) oksida, aluminium
oksida
Tanah liat terbakar Batu-batan, porselin, jubin
Bahan hiasa Batu-batan, silica, magnesit
Bahan lelas Alumina, karborundum
Simen Kapur, simen
Mineral Kuarza, kalsit
PENGGUNAAN SERAMIK
A. Bahan pembinaan
Sifat kekerasan membolehkan seramik digunakan sebagai bahan
pembinaan. Contoh bahan pembinaan ialah batu-bata, jubin, atap gentiing,
simen, dan paip bawah tanah. Seramik tahan tekanan dan suhu yang
amat tinggi . Oleh sebab itu seramik dapat digunakan untuk melapisi relau,
rangka kapal angkasa lepas, dan reaktor nuklear.
B. Barang hiasan
Sifat-sifat seperti seramik adalah bahan lengai, seramik tidak karat dan
seramik tahan lama menyebabkan ia sesuai digunakan untuk membuat
barang hiasan. Contoh barang hiasa termasuklah pinggan, mangkuk,
pasu, tembikar, dan porselin. Selain dari itu seramik juga digunakan untuk
membuat barang hariaan seperti singki, mangkuk tandas, peti sejuk, dan
enamel pada permukaan dapur.
C. Penebat elektrik
Seramik ialah suatu bahan penebat elektrik yang baik dan banyak
digunakan dalam pembuatan bahagian penebat elektrik dalam alat-alat
elektrik. Contoh barang elektrik yang menggunakan seramik sebagai
penebat ialah seterika, pembakar roti, kabel elektrik, dan palam pencucuh.
D. Semikonduktor
Terdapat sesetengah seramik bersifat semikonduktor dan dapat
menyimpan cas. Cip mikro yang menghasilkan pelbagai jenis barang
seperti televisyen, komputer, radio, telefon, dan kalkulator dibuat daripada
seramik.
E. Bidang perubatan
Seramik digunakan untuk membuat tangan palsu, kaki palsu dan
gigi palsu kerana ia mempunyai sifat keras, lengai dan tahan mampatan.
SERAMIK MODEN
Penyelidikan yang dijalankan oleh ahli sains Berjaya mereka beberapa
Penggunaan seramik yang baru iaitu :-
1. Superkonduktor
Seperkonduktor ialah bahan konduktor elektrik yang hampir tidak
mempunyai rintangan elektrik. Seramik yang digelar perovkite bertindak
sebagai superkonduktor pada suhu -196 darjah selsius. Penggunaan
superkonduktor ini dapat meminimumkan kehilangan tenaga elektrik dalam
bentuk haba. Selain itu superkonduktor juga boleh digunakan untuk
membuat magnet yang sangat ringan tetapi mempunyai kuasa beribu-ribu
kali lebih kuat daripada magnet biasa.
2. Blok enjin seramik
Seramik mempunyai sifat rintangan haba yang amat tinggi dan dapat
tahan suhu tinggi yang melebihi seribu darjah selsius. Bahan api dapat
dibakar dengan lengkap dalam blok enjin seramik secara tidak langsung
dapat mengurangkan pencemaran udara dan menjimatkan bahan api.
KOMPOSISI BAHAN KOMPOSIT
BAHAN PENGUAT
GENTIAN KACA
Merupakan sejenis bahan komposit. Kaca gentian terhasil dengan
kaedah memutarkan kaca sehingga menjadi gentian halus.
Pembentukan produk kaca gentian boleh digunakan dengan kaedah
tuangan Contoh-contoh kaca gentian ialah Polieter yang digunakan
untuk membuat badan kereta, badan bot laju, topi keledar, tong
sampah dan juga siling plaster.Gentian kaca juga mempunyai sifat
yang stabil dibawah suhu sejuk dan pada keadaan yang lembab.
Selain itu, gentian kaca adalah satu bahan yang tidak cenderung untuk
menyerap air. Oleh sebab inilah gentian kaca sangat sesuai untuk
struktur yang dibina ditempat yang berkeadaan basah.
Polimer Diperkuat Gentian kaca (GFRP) (Smith, 1993)
CONTOH PENGGUNAAN GENTIAN KACA
Setiap jenis kaca gentian ini dihasilkan untuk kegunaan khusus seperti yang
ditunjukkan dalam jadual di bawah :-
Jenis kaca gentian
Kegunaannya
Kaca jenis A Kaca soda-lime-silica;
digunakan untuk botol minuman dan makanan,
bahan penebat dan sebagainya.
Kaca jenis AR Zirconia-glass;
digunakan untuk struktur yang memerlukan
rintangan terhadap alkali.
Kaca jenis C Glass sodium borosilicate;
rintangan terhadap kimia
Kaca jenis E Glass alumino-borosilicate;
jenis kaca yang paling biasa digunakan bagi
rintangan elektrik.
Kaca jenis S Glass magnesium alumino-silicate;
mempunyai kekuatan yang tinggi. Biasanya
digunakan dalam bidang aero-angkasa dan
kegunaan khusus.
Kaca jenis D Low dielectric glass
GENTIAN KARBON
Gentian karbon merupakan bahan yang amat kuat. Walaupun gentian karbon
lebih mahal dari gentian kaca tetapi gentian karbon lebih ringan mempunyai
kekuatan tegangan yang tinggi. Secara amnya, Polimer diperkuat Jenis
Karbon (CFRP) mempunyai tegasan tegangan yang agak sama dengan
Polimer Diperkuat Gentian Kaca (GFRP).
Polimer Diperkuat Jenis Karbon (CFRP) (Smith, 1993)
Gentian karbon menunjukkan rintangan terhadap asid, bes dan sangat tahan
terhadap haba. Lamina karbon-epoksi baik dalam rintangan keletihan, tidak
senang berlaku rayapan dan sangat baik dalam rintangan tegasan patah dan
tegasan hakisan. Walaubagaimanapun, gentian ini akan menyebabkan
hakisan pada permukaan logam apabila bersentuhan dengan bahan binaan
seperti besi dan aluminium. Karbon juga merupakan bahan konduktor elektrik
dan akan mengalirkan arus. Prihatin dan perancangan yang lebih rapi boleh
dilakukan dalam reka bentuk gentian jenis karbon yang mungkin bersentuhan
dengan logam untuk mengatasi kelemahan gentian ini. Salah satu cara untuk
mengatasi masalah ini adalah dengan menggunakan gentian kaca jenis E
terlebih dahulu sebagai satu lapisan penebat sebelum aplikasi gentian karbon.
GENTIAN ARAMID
Gentian aramid adalah bahan organik yang dihasilkan oleh manusia. Gentian
ini mempunyai sifat mekanik yang amat baik dan berketumpatan rendah.
Tegasan tegangan gentian aramid adalah lebih tinggi daripada gentian kaca.
Bahan ini juga mempunyai sifat mekanik yang amat baik dan berketumpatan
rendah. Tambahan pula ia juga lebih tahan kepada bahan organik seperti
minyak dan solvent. Secara keseluruhannya, mampatan gentian aramid
adalah lebih rendah berbanding dengan gentian kaca dan gentian karbon.
Gentian aramid sangat tahan dan digunakan sebagai kabel dan tali.
CONTOH PENGGUNAAN GENTIAN KARBON