KOMPOSIT MATRIKS POLIMER (PMC)

1
KOMPOSIT MATRIKS POLIMER (PMC)
2
Terdapat 3 sebab mengapa polimer digunakan secara
meluas sebagai bahan matriks

• i. Kekuatan dan kekakuan bahan polimer tidak
  mencukupi untuk tujuan struktur, dengan
  penambahan bahan tetulang dapat memperbaiki
  sifat-sifat polimer
• ii.Alat dan cara pemprosesan PMC mudah, tidak
  memerlukan suhu dan tekanan yang tinggi
• Iii.Peralatan lebih mudah murah

3
Kelemahan PMC

• suhu penggunaannya yang rendah
• pengembangan termal yang tinggi- menyebabkan
  dimensi tidak stabil
• sensitif terhadap radiasi dan kelembapan.
  Penyerapan air ke dlm struktur akan mengurangkan
  prestasi mekanikal

4
Pengkelasan Matriks Polimer

• 1. Termoset
• 2. Termoplastik- berhablur tidak berhablur
  (amorfus)
• 3. Getah

5
Termoset

• merupakan cecair monomer atau oligomer yang
  berkelikatan rendah
• Pematangan berlaku dengan kehadiran agen
  pematang, haba dan tekanan
• Proses pematangan dikenali sebagai Curing
• Semasa pematangan, tindakbalas yang tak berbalik
  berlaku, hasilnya jaringan 3 dimensi atau sambung
  silang

6

• Sambung silang ini akan menghadkan pergerakan
  rantaian polimer, kaku, kebolehrintangan kimia
  yang baik, kestabilan dimensi yang baik dan tidak
  boleh diubah bentuk dengan haba.
• mempunyai sifat mekanikal dan kimia yang baik,
  kos yang rendah tetapi tidak boleh diedar ulang
  (recyclability)
• Cth epoksi, polyester tak tepu, fenolik,
  bismaleimid, dll

7
(No Transcript)
8

• Poliester
• - Dihasilkan pada 1942. Terdiri drp poliester
  linear tidak tepu (ada double bond di antara
  atom2 karbon) larut di dalam styrene. Styrene
  merupakan monomer sambung silang. Agen pematangan
  adalah organic peroxide.
• - Tidak begitu mahal (banyak digunakan dalam
  proses fabrication) dan mempunyai kelikatan yang
  rendah

9
(No Transcript)
10

• Epoksi
• Lebih mahal jika dibandingkan dengan poliester
  dan lebih likat
• Kelebihan epoksi, proses pematangan berlaku dalam
  2 atau lebih peringkat (boleh digunakan dalam
  pemprosesan prapreg)
• Kebiasaan bermula dengan polimer linear dengan
  berat molekul yang rendah

11

• Kebiasaan bermula dengan polimer linear dengan
  berat molekul yang rendah
• Pelbagai jenis agen pematangan boleh digunakan
  iaitu polyamides dan polyamines
• Epoksi lebih kaku kuat, lebih rapuh dan
  mengekalkan sifat2 pada suhu tinggi jika
  dibandingkan dengan poliester

12
Termoplastik

• -terdiri daripada rantai-rantai yang linear
  ataupun bercabang, berbentuk pepejal dalam suhu
  bilik.
• -apabila haba dibekalkan, termoplastik akan
  melembut hingga ke tahap mengalir dan memejal
  apabila sejuk. Oleh kerana tidak mengalami
  pematangan atau sambung-silang, ia boleh diedar
  ulang

13

• Ikatan van der waals wujud diantara rantai2
  polimer, oleh itu ianya mudah terurai apabila
  dikenakan haba dan menyebabkan ianya flow pd suhu
  tinggi
• Berdasarkan keadaan penyusunan rantai,
  termoplastik terbahagi kepada
• - amorfus (penyusunan rawak)
• - semihablur (campuran penyusunan rawak dan
  tersusun)
• - Contoh termoplastik ialah ABS, PP, PE, Nylon,
  PMMA, PC, etc

14
Perbezaan Struktur Molekul (a) Nylon, (b)
Aramid, (c) PE
15

• Penyusunan rantaian (struktur molekul) penting
  dalam menentukan samaada sesuatu polimer itu
  amorfus atau semihablur
• Kenapa linear HDPE mencapai 90 penghabluran jika
  dibandingkan dengan LDPE (60)???

16

• Polyetheretherketone (PEEK) merupakan
  termoplastik yang tahan pada suhu tinggi (Tg
  143C dan Tm 343C). Boleh digunakan sehingga suhu
  230C)
• Pencampuran (blend) di antara 2 atau lebih
  polimer untuk memperoleh multi-fasa juga biasa
  dilakukan bagi meningkatkan sifat2 tertentu
• Cth. Multi-phase termoplastik adalah
  acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS). Partikel
  Butadiene telah meningkatkan keliatan dengan
  meghalang perambatan retak

17
Jadual 1 Perbezaan antara sifat-sifat tipikal
termoset dan termoplastik

• Sifat-sifat t/set t/plastik
• Modulus Young (GPa) 1.3-6.0 1.0-4.8
• Kekuatan tensil (MPa) 20-180 40-190
• Max suhu servis (ºC) 50-450 25-230
• Keliatan pecah ,KIc 0.5-1.0 1.5-6.0
• (MPa1/2)

18
Termoplastik dijangka mendapat perhatian
berbanding dengan termoset

• Pemprosesan pantas
• Boleh diedar ulang
• Tidak memerlukan penyimpanan yang spesifik
• Sifat keliatan dan toleransi kerosakan yang tinggi

19
Getah

• Getah asli diperolehi daripada lateks daripada
  pokok getah Hevea Brasiliensis yang terdiri lebih
  drp. 98 poliisoprena
• Getah sintetik kebanyakannya dihasilkan daripada
  butadiene, spt styrene-butadiene (SBR) dan
  nitrile-butadiene (NBR)

20

• Untuk memperolehi sifat-sifat tertentu, molekul
  panjang getah akan tersambung-silang
• Agen sambung-silang dalam proses vulcanization
  biasanya ialah sulfur
• Keliatan dan kekuatan getah akan meningkat dengan
  meningkatnya bilangan sambung-silang

21
KONSEP PRAPREG/PREPREG

• Prapreg adalah singkatan daripada rangkai-kata
  bahan yang telah diisitepukan(pre-impregnation
  material)
• Istilah ini menjelaskan mengenai bahan perantara
  yang mengandungi matriks dan gentian pengukuh
  yang telah menjalani proses pengisitepuan

22

• Bahan prapreg ini kemudiannya akan di bentuk bagi
  penghasilan komposit menerusi pelbagai teknik
  pemprosesan
• Prapreg boleh dihasilkan daripada matriks
  termoset dan termoplastik

23
Prepreg termoplastik lebih mendapat perhatian
sebab

• penyimpanan mudah
• keliatan tinggi
• pemprosesan cepat
• boleh diedar ulang

24
Gentian-gentian yang biasa digunakan sebagai
bahan tetulang/ penguat dalam matriks polimer

• Gentian Kaca
• Bahan tetulang yang biasa digunakan dalam PMC
• Terbahagi kepada beberapa jenis (bergantung
  kepada komposisi bahan)
• i. Jenis E (E- Electrical)- Sifat kekuatan,
  elektrik dan fizikal yang baik

25

• ii. Jenis S (S- Strength)- kekuatan tegangan yang
  lebih tinggi daripada gentian kaca lain, modulus
  Young dan kebolehrintangan suhu yang baik, lebih
  mahal daripada jenis E
• iii. Jenis C (C- corrosion)- Direka untuk sifat
  kebolehrintangan yang baik terhadap kakisan
  kimia, lebih mahal dan kekuatan rendah berbanding
  jenis E

26

• iv. Jenis AR (Alkali Resistant)- Dihasilkan
  sebagai ganti kepada asbestos didalam simen,
  mengandungi ZrO2 untuk meningkatkan rintangan
  kakisan

27
Komposisi dan Sifat-Sifat Gentian-Gentian Kaca
28
2. Gentian Aramid

• Gentian polimer- poliamida aromatic (1970)
• Kekuatan dan modulus yang baik, ketumpatan rendah
• Nama perdagangan Kevlar dan Nomex
• Ada pelbagai gred (Cthnya Kevlar 29, 49, dll)
  yang mempunyai sifat mekanikal yang berbeza

29

• Suhu peralihan kaca (Tg) 360C
• Gentian ini boleh digunakan sehingga 300C
• Kevlar 29 dikenali sebagai Kevlar bermodulus
  rendah, strukturnya tidak tersusun dengan baik
  jika dibandingkan dengan Kevlar 49.

30
Sifat-Sifat Gentian Organik Yang Komersial
31
3. Gentian Karbon

• Karbon mempunyai 2 bentuk hablur (intan grafit)
• Grafit biasa digunakan dlm penghasilan gentian
• Berstruktur heksagonal, ABABABA..
• 2 cara utama penghasilan gentian karbon iaitu
  penggunaan precursor2 yg berbeza
• Polymer Polyacrylonitrile (PAN)-hasil gentian
  bermodulus tinggi (HM), Intermediate modulus (IM)
  high strength (HS)
• Petroleum and coal-tar pitch- hasil gentian
  dengan low CTE
• Controlled heating of cellulose rayon

32

• Gentian Alumina- High melting point (2000C), used
  in MMC especially in Al alloy
• Boron- Produced by chemical vapour deposition,
  continuous length up to 3000 m can be produced.

33
Stress-strain curves for a range of fibers
34
Natural Fibers

• Jute
• Hemp
• Kenaf
• Flax
• Sisal

35
Natural Fibers

• Natural fibers have benefited from the perception
  that they are "green" or eco-friendly
• Lightweight, strong, and low-cost, natural fibers
  are poised to replace glass and mineral fillers
  in numerous interior parts
• Now plant-derived natural fibers of kenaf, hemp,
  flax, jute, and sisal are making their way into
  components of cars.
• In the last decade, natural-fiber composites of
  thermoplastics and thermosets have been embraced
  by European car makers for door panels, seat
  backs, headliners, package trays, dashboards, and
  trunk liners.

36
Natural Fibers Jute
Jute yarn spools, tape, raw jute and jute rope
37
Natural Fibers Hemp
38
Natural Fibers Kenaf

• The kenaf plant contains two distinct fibers
  bast, a long, stringy fiber similar in both
  appearance and performance to jute and hemp, and
  core, a light, spongy fiber which bears a
  resemblance to balsa wood.

Bast fiber
Green kenaf
39
Partikel yang biasa digunakan sebagai bahan
tetulang/ penguat dalam matriks polimer

• Mineral raw materials dug out from the ground,
  it should be refined and purified
• Metal
• Ceramic

40
1. Mineral fillers

• Talc- Hydrated Magnesium Silicate, has a plate
  like structure
• Talc (when it is added in Thermoset
  thermoplastic) improves electrical insulation,
  heat and moisture resistance chemical inertness.

41
Calcium carbonate

• Occur naturally in 2 crystalline forms, calcite
  and argonite
• New trend- CaCO3 is used as toughening agent-
  impart high impact properties

42
Mica

• The word "mica" is thought to be derived from the
  Latin word micare, meaning to shine, in reference
  to the brilliant appearance of this mineral
  (especially when in small scales).
• Plate/flaky shape