biomaterial siti julaiha
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