biomaterial siti julaiha

13
 1a. Apakah perbedaan antara matriks dan fasa terdispersi dalam material komposit ? Fase Matrix - Secara umum aka n teru s menerus menyelubung i Fase te rdi spe rsi , Siti Julaiha/0906597420 Halaman 1  Tugas Kuliah BIOMATERIAL Drg. Decky J Indrani Siti Julaiha  / 09 0659 7420 Pasca Sarjana Teknologi Biomedis Universitas Indonesia Desember 2009

Upload: sitigruebner

Post on 18-Jul-2015

140 views

Category:

Documents


2 download

TRANSCRIPT

5/16/2018 Biomaterial Siti Julaiha - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/biomaterial-siti-julaiha 1/13

1a. Apakah perbedaan antara matriks dan fasa terdispersi dalam material

komposit ?

Fase Matrix

- Secara umum akan terus menerus menyelubungi Fase terdispersi,

Siti Julaiha/0906597420 Halaman 1

Tugas Kuliah 

BIOMATERIAL

Drg. Decky J Indrani

Siti Julaiha  / 0906597420

Pasca Sarjana

Teknologi Biomedis

Universitas Indonesia

Desember 2009

5/16/2018 Biomaterial Siti Julaiha - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/biomaterial-siti-julaiha 2/13

- Bertujuan mentransfer stess/tekanan kepada fase lain,- Melindungi fase dari lingkungan seperti abrasi dan korosi/reaksi kimia- Memberikan bentuk bulk

Fase Terdispersi - Fase tahap berikutnya yang tertanam dalam Fase Matrix dalam bentuk

berkesinambungan.- Biasanya lebih kuat dari Fase Matrix, karena itu sering disebut sebagai Fase

memperkuat/Reinforcing.- Menentukan struktur internal komposit

 

1b. Bedakan karakteristik mekanik dari matriks dan fasaterdispersi untuk komposit yang diperkuat dengan fiber.

Komposit yang diperkuat dengan Fiber/serat bertujuan untuk meningkatkankekuatan/strength terhadap beban dan Stiffness/kekakuan terhadap Rasioberat (weight ration) (bertujuan untuk mencapai struktur yang berberat-ringat, kuat , dan kaku).

Dengan 3 bentuk dasarnya :Serat Kontinu yang berbentuk panjang, lurus, dan biasanya memiliki posisisejajar/paralel satu sama lain.Serat Chopped/pendek , umumnya terdistribusi secara acak (fiberglass).Serat Woven/anyaman, berbentuk kain dan memberikan kekuatan/strengthmulti arah/direksi

Perbedaan pada fase matrix dan terdispersi pada karakteristik mekaniksebagai berikut :

Fase Matrix – Reinforced fiber Fase Dispersi –Reinforced fiber

Fase utama berkesinambungan. Fase yang dlingkupi oleh faseMatrix

Siti Julaiha/0906597420 Halaman 2

5/16/2018 Biomaterial Siti Julaiha - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/biomaterial-siti-julaiha 3/13

Lebih ductile dan less hard fase. Mempunyai ductility yang rendahMemiliki kekuatan dan nilai modulus yangrendah

Memiliki kekuatan lebih

Hold/menahan fase reinforcing danmembagi beban padanya/share a loadSifat termal lebih tinggi pada perpindahan

panas

Sifat termal lebih rendah pada

perpindahan panasMengikat penguat bersama(serat/partikel) dan memindahkan bebankepada serat melalui ikatan kimia ataumekanik

Mempunyai komponen integralyang kaku /stiff,yang bergabungbersama matrix un tuk mencapaiproperty yang diinginkan.

Memberi mekanik support pada penguat Merubah mekanisme failureMelindungi fiber/penguat dari kerusakanpermukaan karena abrasi/korosi/chemical attack

Memperkuat atau meningkatkanmekanikal properti (terutamapada fase disperse kecil) seperti Tensile strength dan stiffnessdengan penambahan

berat/weight.

Menghindari crack/keretakandipermukaan fiber

Mencegah propagasi brittle crack diantarafiberMemiliki Kekuatan ikatan yang tinggiantara fiber dan matrix,tapi distribusibeban tergantung pada ikatan interfacialKomponen serat dan matrix yangdigabungkan membentuk materialkomposit dengan perbedaan sifatmekanik tergantung pada arah bebanyang diaplikasikannya dan proporsionaldengan jumlah volume serat yang

terorientasi (orientasi 1 arah memberikekuatan masimum pada arah sumbuserat, orientasi 2 arah memberi kekuatanberbeda pada arah orientasi serat,orientasi 3 arah dialami hanya sepertigadari nilai penguatan satu arah, orientasilebih acak memberi sifat mekanik padasegala arah menjadi lebih rendah).Kekuatan dan kekakuan kompositbiasanya Anisotropic -> sifat yangtergantung arah loading (Note Kekuatan

dan kekakuan lebih tinggi sepanjang arahserat/ isostrain daripada perpendicularkearah serat (isostress).

 Tergantung pada matrix yaitu-Metal matrix untuk meningkatkanhardness dan ketahanan creepatau resistans pada temperaturetinggi.-Polimer matrix untuk

meningkatkan stiffness, strengthdan toughness.-Keramik matrix untukmeningkatkan toughness.

Siti Julaiha/0906597420 Halaman 3

5/16/2018 Biomaterial Siti Julaiha - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/biomaterial-siti-julaiha 4/13

Materials yang biasa digunakan pada Fase Dispersion Komposite Pada Table menunjukkan daftar material yang digunakan pada fase disperseterhadap Tensile Strength.

Whiskers

Material Tensile Strength ( MPa *103 )

Graphite 20

Silicon carbide 20

Silicon nitride 14

 Aluminum oxide 14-28

Fibers

Material Tensile Strength ( MPa *103 )

 Aramid (Kevlar-49) 3.5

E-Glass 3.5

Carbon 1.5-5.5

 Alumnina oxide 2.1

Silicon carbide 3.9

Metallic Wires

Material Tensile Strength ( MPa *103 )

High carbon steel 4.1

Molybdenum 1.4

Tungsten 4.3

Siti Julaiha/0906597420 Halaman 4

5/16/2018 Biomaterial Siti Julaiha - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/biomaterial-siti-julaiha 5/13Siti Julaiha/0906597420 Halaman 5

5/16/2018 Biomaterial Siti Julaiha - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/biomaterial-siti-julaiha 6/13Siti Julaiha/0906597420 Halaman 6

5/16/2018 Biomaterial Siti Julaiha - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/biomaterial-siti-julaiha 7/13

Polymeric Materials yang biasa digunakan pada Fase Matrix

KompositePada Table menunjukkan daftar polimer yang digunakan sebagai MatrixMaterial, seperti polyester (cost yang murah), polivinil (cost yang rendah,kekuatan yang bagus, epoxy (kekuatan yang tinggi) terhadap TensileStrength.

Matrix Materials

Material Tensile Strength ( MPa )

Epoxy 35-85

Polymide 120

Ploysulfone 75

Siti Julaiha/0906597420 Halaman 7

5/16/2018 Biomaterial Siti Julaiha - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/biomaterial-siti-julaiha 8/13

2a. Apakah berbedaan antara semen dan concrete ?

SEMEN CONCRETE

Dibuat dari campuran lime (CaO), Alumina,Silika dan Air.

Dibuat dari Semen matrix yang mengikat par-tikel pada ukuran berbeda (gravel dan sand).

Pembuatan dengan proses pembakaran padasuhu 1500 oC (Kalsinasi) dengan bubuk kapur 

halus kapur, tanah liat dan CaO, membentukpasta yang dilarutkan pada air. Menjadipadatan dan mengeras secara perlahan.

Pembuatan dengan proses penguatan denganpenambahan partikel pada semen (bubuk

yang lebih halus, penambahan polimer lubricant, dan penerapan tekanan selamamasa pengerasan). Konsentrasi semenberkisar 10 – 15 % dari total massa concrete.

Sifatnya tergantung pada seberapa baikcampurannya dan jumlah air. Air yang sedikit,tidak menciptakan bonding yang sempurna ,air yang banyak akan menyebabkan porositas.

Sifatnya tergantung pada kecepatan setting(waktu setting) pada jumlah gypsum yangditambahkan pada campuran.Setting time dapat dipercepat denganpenambahan Kalsium kloride, dan dapatdiperlambat dengan penambahan gula kedalam campuran.

Keuntungannya dapat ditaburkan pada bebe-

rapa tempat, dan mengeras pada temperaturekamar dan juga dibawah permukaan air, sertamempunyai harga murah.

Keuntungan memiliki kekuatan yang tinggi dan

tahan terhadap cuaca.

Kerugiannya semen memiliki kekuatan lemahdan brittle/rapuh, dan air pada pori porinyadapat menimbulkan keretakan/crack ketikamengalami pendinginan pada cuaca dingin

Kerugian membutuhkan waktu lebih lamapada proses setting, dan harga yang tinggi.Memiliki konduktivitas termal rendah, dantensile strength rendah. Concretemembutuhkan penguatan kembali jikadigunakan sebagai material pembangun/structural. Penambahan penguat didapatkandari batang baja, kawat/wires, mesh. Bajamempunyai keuntungan pada koefisien termal

ekspansi yang sama, sehingga mengurangibahaya keretakan/cracking selama stresstermal. Metode efektif lain yaitu Pre-stressconcrete didapatkan dari penerapan Tensilestress kepada batang baja yang terentangtegang pada kabel sebelum concretedituangkan, sementara semen mengalamiproses setting dan pengerasan. KetikaTensile stress dihilangkan, atau concretemongering, concrete tertinggal dibawahtekanan kompresif, membuatnyamempertahankan Tensile load tanpa Fraktur 

Siti Julaiha/0906597420 Halaman 8

5/16/2018 Biomaterial Siti Julaiha - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/biomaterial-siti-julaiha 9/13

2b.Jelaskan tiga keterbatasan penggunaan concrete sebagai material

struktural.Walau concrete sangat kuat, tapi terdapat keterbatasan yaitu :

- Memiliki Tensile Strength yang rendah, sehingga Memiliki kemampuan rendah untukmenahan gaya horizontal atau kemampuan sway bangunan untuk bertahan dari angina taugempa bumi.

- Concrete tidak meregang/stretch atau memperpanjang/extend dengan baik jika bereaksiterhadap tegangan lintas/cross section.

- Concrete memeliki konduktivitas termal yang rendah, sementara concrete digunakansebagai lapisan fireproofing/penahan panas di antara dinding. Concrete akan membantudalam penyebaran api tetapi tidak berguna pada proses penahan panasnya.

- Concrete juga mudah mengalami korosi atau bereaksi jika terekspos pada air laut.Efeknya sangat cepat jika concrete berada di bawah permukaan laut pada periode yanglama. Concrete dapat mengalami kerusakan dengan gelombang dan pasir laut.

3a. Untuk komposit yang diperkuat oleh serat , tulis tiga fungsi fasa

matriks

Fungsi utama Fasa Matrix :

- Mengikat serat serat bersama sama dan bertindak sebagai media dengan penerapansecara eksternal untuk mentransmisikan stress/tekanan dan mendistribusikannya ke serat.

- Untuk melindungi setiap serat dari kerusakan permukaan sebagai hasil dari mekanikalabrasi atau reaksi kimia terhadap lingkungan

- Memisahkan serat serat dan mencegah penyebaran/propagasi dari brittlecrack/kerapuhan retakan dari serat ke serat

- Hold/menahan fase reinforcing dan membagi beban padanya/share a load

Siti Julaiha/0906597420 Halaman 9

5/16/2018 Biomaterial Siti Julaiha - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/biomaterial-siti-julaiha 10/13

3b. Untuk komposit yang diperkuat oleh serat , bandingkan karakteristik

mekanik yang diinginkan oleh matriks dan fasa serat

Karakteristik Fasa Mekanik dan Serat :

Siti Julaiha/0906597420 Halaman 10

5/16/2018 Biomaterial Siti Julaiha - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/biomaterial-siti-julaiha 11/13

3c. Untuk komposit yang diperkuat oleh serat , tulis dua alasan mengapa

harus ada ikatan kuat antara serat dan matriks pada interface

Interaksi antar konstituen memberikan sifat baru dan akan terkombinasi dengan pengaruh dari

 jenis material.

Sifat dan keberhasilan interface antara konstituen komposite bergantung pada tingkatan pada

interface. Apa yang terjadi pada interface bergantung pada reaksi antara permukaan/interface

konstituen atau antara permukaan-permukaan dengan bonding fase (bonding agent). Reaksi

tersebut meliputi fenomena chemical compability, adsorption characteristics, wettability, dan

stress yang timbul karena perbedaan ekspansi.

Karakteristik mekanik komposit yang diperkuat serat tergantung tidak saja hanya pada sifat atau

property serat tetapi juga pada derajat dimana beban diaplikasikan atau ditransimisikan oleh

serat pada fase matrix. Ikatan antara permukaan atau interface antara serat dan matrik yang

kuat sangatlah penting untuk memperluas atau memperpanjang transmisi beban/load tersebut.

Sangatlah penting bahwa kekuatan perekat ikatan antara serat dan matrix harus kuat untuk

meminimalkan serat tertarik keluar.

Siti Julaiha/0906597420 Halaman 11

5/16/2018 Biomaterial Siti Julaiha - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/biomaterial-siti-julaiha 12/13

Jadi dua alasan tersebut adalah :

- Untuk memperpanjang transmisi beban / load

- Untuk meminimalkan serat tertarik keluar 

4. Jelaskan perbedaan dalam mekanisme penguatan antara large-particle

dan dispersion-strengthened particle-reinforced composites.

Large particle reinforced Dispersion strengthened particle

Mekanisme penguatan yang terjadi denganmekanime continuum. Partikel tidak memilikidimensi yang panjang. Komposit partikel terdiri

dari partikel dari material pertama teruraipada matrix dari material kedua.

Penguatan menggunakan partikel kecil yangkeras untuk memperkuat logam dan paduanlogam

Dengan adanya penambahan partikel,material akan menjadi lebih kaku/stiff dankeras daripada pada fase Matrix. Hal ini akanmenahan pergerakan fasa matrix di sekitar partikel

Pergerakan dislokasi terhambat di seluruhbatasan butiran antara fasa yang berbeda, jadimerupakan penghambat pergerakan dislokasi.

Terdapat interaksi partikel dan matrix yangtidak dapat dilakukan pada tingkat atom ataumolekul

Interaksi dapat dilakukan pada tingkatan atom

maupun molekul.

Bila diperlakukan penambahan tekanan padamatrix, tekanan ini akan diteruskan kepada

partikel

Efeknya seperti pengerasan presipitasi tetapitidak begitu kuat, dimana matrix merupakan

bagian utama yang menerima tekananPenguatan mekanik atau derajatpenambahannya bergantung kepada ikatanyang kuat antara interface/permukaan matrixdan partikel.

Partikel seperti oksida tidak bereaksi sehinggatindakan penguatan dipertahankan atautergantung pada temperatur tinggi.

5. Jelaskan satu kesamaan dan dua perbedaan antara precipitation

hardening dan dispersion strengthening

Kesamaan :

Keduanya memiliki persamaan dalam efek nya pada sifat partikel dan mekanismenya terhadap

distribusi strength dimana Matrix merupakan bagian utama yang menerima tekanan dan

pergerakan lokasi terhambat pada seluruh batasan batasan grain/butiran antara fasa fasa yang

berbeda.

Perbedaan

Siti Julaiha/0906597420 Halaman 12

5/16/2018 Biomaterial Siti Julaiha - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/biomaterial-siti-julaiha 13/13

Precipitation hardening Dispersion strengthening

Penguatan dilakukan dengan pengendapanpartikel kecil dari larutan padatan yang sangat

 jenuh (dalam hal ini disebut juga agehardening) dan terjadi hanya pada alloy ataupaduan paduan material tertentu.

Kekuatan/strength bertambah dengan fungsiwaktu.

Penguatan diperkuat pada fase kedua, yangdidapatkan dengan penambahan partikel,whisker dll melalui konsolidasi (penguatandisperse). Proses penguatan pada terjadi padabanyak partikel dari fase kedua.

Fase kedua terlarut dengan kenaikantemperature tetapi mengendap padapenurunan dan aging untuk suhu yang rendah.Hal ini membatasi sistem paduan yang dapatdiperkuat.Jika pengendapan terjadi pada temperaturenormal, disebut natural aging. Jika terjadipada temperature tinggi disebut artificial aging.Sebagian alloy/paduan terbatas padatemperature maksimumnya memungkinkan

kekuatannya berkurang pada temperaturetinggi (Over aging).

Pada fase kedua akan mempunyai sedikitsekali larutan dalam matriks, bahkan padatemperatur tinggi.Karena kelarutan ini sedikit sekali, partikel-partikel menahan laju pertumbuhan atau over-aging ke tingkat yang lebih besar. Secarateoritis, memungkinkan untuk menghasilkansistem Dispersion hardening pada jumlah yangtak terbatas dengan mencampurkan serbuklogam halus yang terpisah dan fase kedua

partikel.

Siti Julaiha/0906597420 Halaman 13