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