EBB 2203 POLYMER COMPOSITE

1
EBB 220/3POLYMER COMPOSITE

• DR AZURA A.RASHID
• Room 2.19
• School of Materials And Mineral Resources
  Engineering,
• Universiti Sains Malaysia, 14300 Nibong Tebal, P.
  Pinang
• Malaysia

2
Pengenalan

• Kebanyakkan pembangunan bahan pada masa kini
  tertumpu kepada pembangunan bahan komposit ?
  kehendak teknologi.
• Bahan komposit mempunyai kepelbagaian sifat yang
  tidak dapat dimiliki oleh bahan konvensional yang
  berasaskan logam, seramik dan polimer.
• Ia telah menjadi bahan kejuruteraan dan bahan
  komoditi yang sangat penting yang telah digunakan
  untuk menghasilkan pelbagai produk
• Contoh
• tayar yang diperkuat gentian,
• tangki air, paip, kabel,
• komponen-komponen kapal terbang, kapal

3

• Contoh Aplikasi bahan dalam pembuatan kapal
  terbang
• Memerlukan nilai kekuatan yang tinggi
• Nilai ketumpatan paling rendah
• Keliatan yang tinggi
• Kerintangan terhadap gegaran dan hentaman
• Tidak terkakis
• Kesemua sifat ini tidak dapat dipamerkan oleh
  satu jenis bahan sahaja ? kombinasi dua atau
  lebih bahan yang lain

4
Definisi

• Komposit ? Gabungan atau kombinasi dua atau lebih
  bahan yang berbeza dan membentuk struktur yang
  dikehendaki.
• Ia memberikan sifat yang berlainan dari sifat
  asal ? Sifat komposit yang terhasil adalah lebih
  baik dan mungkin unik dalam aspek tertentu
  berbanding komponen-komponen juzuknya.
• Ia mempunyai tiga fasa terpisah secara mekanikal.
  Fasa-fasa tersebut
• Fasa matrik
• Fasa tersebar/bahan tetulang/ bahan pengukuh
• Fasa antaramuka/ antarafasa

5
Kepentingan komposit

• Komposit mempunyai banyak kelebihan dan
  keistimewaan dari segi sifat mekanik, fizik,
  terma dan kimianya.
• Antaranya kelebihannya
• Sifat kekuatan, kekakuan dan keliatan
  ditingkatkan.
• Kestabilan dimensi dan suhu erotan haba
  ditingkatkan.
• peningkatan modulus spesifik dan kekuatan
  spesifik) telah menyebabkan berat komposit
  semakin berkurang.
• Peningkatan rintangan ketelapan terhadap gas dan
  cecair, ? rintangan kimia dipertingkatkan.
• kos pengeluaran dapat dikurangkan kerana bahan
  yang digunakan telah berkurang.

6
Faktor yang mempengaruhi sifat komposit
a)Kepekatan (b) size (c) bentuk (d) taburan
(e) orientasi
7
Pengelasan komposit

• Komposit boleh dikelaskan kepada lima jenis
  berdasarkan konstituennya, iaitu
• Komposit gentian ? terdiri daripada gentian
  dengan matriks
• Komposit kepingan ? terdiri daripada kepingan
  dengan matriks
• Komposit partikel ? terdiri daripada partikel
  dengan matnks.
• Komposit terisi atau komposit rangka ? terdiri
  daripada matriks rangka berselanjar yang terisi
  dengan bahan kedua.
• Komposit laminat ? terdiri daripada konstituen
  lapisan atau laminat.

8
Classification of composites
9
Fasa matrik

• Fasa matriks ialah
• Fasa terbesar yang hadir dalam bahan komposit
  (biasanya 70 dan ke atas)
• fasa selanjar dengan fasa pengukuhan tersebar
  secara terbenam.
• Ia berfungsi sebagai pelekat untuk pengisi
  memperoleh suatu pelekatan yang baik antara fasa
  matriks dengan fasa pengukuhan.
• Pembasahan yang sempurna oleh fasa matriks perlu
  wujud ?supaya interaksi yang baik berlaku antara
  fasa antara fasa matriks dengan fasa pengukuhan.

10
Peranan fasa matrik

• Bahan pepejal dan mampu memindahkan tegasan yang
  dikenakan kepada fasa pengukuhan ? berfungsi
  sebagai media alas beban.
• Ia berupaya melindungi fasa pengukuhan daripada
  kerosakan oleh agen perosotan persekitaran
  seperti haba dan lembapan.
• sebagai pengikat yang memegang fasa pengukuhan ?
  menghasilkan antara muka fasa matriks dan fasa
  pengukuhan yang kuat.
• Dapat mengurangkan perambatan retak dalam bahan
  komposit ? mengelakkan merlaku kegagalan secara
  katastropik

11
Faktor pemilihan fasa matrik

• Terdapat pelbagai bahan matriks yang boleh
  digunakan dalam komposit ? polimer, logam,
  seramik, kaca dan karbon.
• Pemilihannya tertakluk kepada faktor-faktor
  berikut
• Keserasiannya dengan fasa pengukuhan ? akan
  menentukan interaksi antara muka fasa
  matriks-fasa pengukuhan (pengisi).
• Sifat akhir komposit yang dihasilkan.
• Keperluan pengunaan ? julat suhu penggunaan,
  rintangan terhadap lembapan dan pelarut
• Rekabentuk komponen yang dihasilkan
• Kemudahanan fabrikasi atau pemprosesan
• Kos penghasilan

12
Polimer sebagai fasa matrik

• Polimer lebih banyak digunakan kerana mempunyai
  kelebihan iaitu
• Ia lebih senang diproses
• Ia mempunyai sifat mekanik dan dielektrik yang
  baik
• Ia merupakan bahan berketumpatan rendah
• Ia mempunyai suhu pemprosesan yang lebih rendah
  berbanding suhu pemprosesan logam
• Komposit jenis polimer dibahagikan kepada tiga
  jenis
• Gabungan polimer-polimer
• Gabungan polimer gas ( polimer berkembang, busa
  atau berstruktur sel)
• Gabungan oilimer-pengisi (komposit
  polimer-gentian atau polimer-zarah)

13
Fasa Pengukuhan

• Fasa terpenting dalam bahan komposit ?
  kehadirannya mengubah sifat asal seperti
  kekuatan, kekakuan, kemuluran dan keliatan bahan.
• Fasa ini wujud secara terserak dalam bahan
  matrik.
• Melalui penambahan fasa pengukuhan ini ? terdapat
  perubahan terhadap mekanisme kegagalan bahan
  komposit.
• Sifat umum bahan pengukuh mempunyai nilai
  kekuatan dan kekakuan yang tinggi
• Antara pelbagai jenis pengisi fasa pengukuhan
  yang lazim ? gentian kaca, gentian karbon,
  gentian kevlar dan gentian semula jadi seperti
  jut, kelapa, tandan kelapa sawit, kayu getah,
  serbuk kayu etc

14
Pengelasan berdasarkan fasa pengukuhan
15
Sifat komposit melalui fasa pengukuhan

• Peningkatan maksimum dalam sifat fizik.
• Penyerapan kelembapan yang rendah.
• Sifat pembasahan yang baik.
• Kos yang rendah dan mudah diperoleh.
• Rintangan api yang baik.
• Rintangan kimia yang baik
• Sifat keterlarutan dalam air dan pelarut yang
  rendah.
• Rintangan haba yang baik.
• Sifat penyerakan yang baik.
• Dapat diperoleh dalam pelbagai saiz.

16
Fasa antara muka

• Lazimnya, semua bahan komposit akan terdapat dua
  fasa berlainan dipisahkan oleh kawasan ?
  antaramuka.
• Ia merupakan fasa yang tidak dapat dilihat dengan
  jelas berbanding fasa matriks dan fasa pengukuh
• Struktur dan sifat bagi ikatan antarafasa yang
  terbentuk dalam komposit ? memainkan peranan
  dalam menentukan sifat fizikal dan mekanikal
  komposit.
• Keberkesanan pemindahan tegasan antara fasa
  matrik kepada fasa pengukuhan ? bergantung kepada
  daya ikatan yang wujud pada antara muka.

17

• Terdapat pelbagai teori vanq menerangkan
  pengikatan pada antara muka ? melibatkan ikatan
  kimia atau mekanik.
• Terdapat lima mekanisme yang boleh berlaku pada
  antara muka, sama ada secara bersendirian atau
  secara gabungan.
• Lima mekanisme tersebut ialah
• Penjerapan dan pembasahan.
• Resapan
• Daya tarikan elektrostatik
• Pengikatan kimia
• Pengikatan mekanik

18
Faktor-faktor yang mempengaruhi sifat mekanikal
komposit

• Secara umum terdapat dua faktor utama yang
  mempengaruhi sitat mekanik komposit, iaitu
• Keadaan pemprosesan
• Tiga parameter penting bagi keadaan pemprosesan
  ialah suhu, masa dan tekanan.
• Ketiga-tiga parameter ini perlulah mencapai takat
  optimum ? leburan polimer akan mempunyai
  kelikatan atau sifat aliran yang dikehendaki bagi
  membolehkan pembasahan matriks ke atas fasa
  pengukuhan yang sempurna.

19

• Kesan mikrostruktur
• Berkait rapat dengan keadaan pemprosesan.
• Pemilihan tekanan dan suhu yang digunakan ? akan
  mempengaruhi taburan orientasi dan taburan
  panjang fasa pengukuhan
• Sifat matriks dan fasa pengukuhan (pengisi) yang
  digunakan juga mempengaruhi sifat mekanik
  komposit yang dihasilkan.
• Pengolahan kimia yang dilakukan
• sama ada ke atas fasa matriks atau fasa
  pengukuhan atau kedua-duanya sekali ? akan
  meningkatkan keserasian antara kedua-dua fasa
  melalui peningkatan kekuatan antara muka
• meningkatkan sifat mekanik komposit yang
  dihasilkan.

20
Komposit diperkuat gentian

• Gentian banyak digunakan sebagai bahan penguat
  dalam komposit
• Matlkamat utama penggunaan gentian dalam matrik
  adalah untuk meningkatkan nilai kekuatan dan
  kekakuan
• Gentian yang digunakan dibahagikan kepada dua
  jenis
• Gentian selanjar
• Gentian pendek
• Kedua-dua jenis ini akan memberikan sifat
  komposit yang berbeza

21

• Sifat komposit diperkuatkan gentian dipengaruhi
  oleh faktor geometri iaitu
• Diameter gentian
• Purata nilai diameter gentian kurang daripada
  0.01mm
• Panjang gentian
• Gentian pendek ? nisbah aspek sebanyak 20-60
• Gentian panjang ? nisbah aspek 200-500
• Sifat berbeza kerana perbezaan titik tumpukan
  tegasan
• Penyerakan serta susun atur gentian
• Sifat komposit diperkuat gentian panjang akan
  memberikan sifat isotropik ? sifat yang
  bergantung kepada arah
• Kekuatan menuingkat pada arah selari penyusunan
  menurun pada arah melintang dengan penyusunan
  gentian
• Pecahan isipadu gentian
• Isipadu gentian akan mengambilkira nilai berat
  dan isipadu bahan penguat
• Nilai pecahan isipadu gentian kurang daripada 0.3
  untuk pembasahan yang sempurna

22
ARAH PENYUSUNAN DAN TABURAN GENTIAN DALAM KOMPOSIT
WHAT IS POLYMER??
23
Keadaan semasa deformasi bagi komposit diperkuat
gentian
24
GRAF TEGASAN-TERIKAN
25
Pengiraan modulus

• Modulus Membujur
• Komposit hanya mengandungi fasa matrik dan fasa
  gentian ? VmVf1
• Modulus melintang
• Vm pecahan isipadu matrik
• Vf Pecahan isipadu gentian
• Em Modulus matrik
• Ef Modulus gentian

26
Soalan penyelesaian

• Suatu komposit polimer bergentian kaca secara
  berterusan dan tersusun mengandungi 40 gentian
  kaca dengan modulus keelastikan 65 GPa dan 60
  resin poliester yang mempamerkan modulus 3.5 GPa.
  Kirakan
• Modulus Membujur
• Modulus melintang

27
Contoh soalan peperikasan

• Apakah definisi komposit? Berikan peranan
• Fasa matrik
• Fasa Pengukuhan
• Fasa antaramuka
• Berikan formula untuk mengira modulus melintang
  dan menegak bagi komposit diperkuatkan gentian.

28
(No Transcript)