Perkembangan teknologi material telah melahirkan suatu material jenis baru yang dibangun secara bertumpuk dari beberapa lapisan. Material ini lah yang disebut material komposit. Material komposit terdiri dari lebih dari satu tipe material dan dirancang untuk mendapatkan kombinasi karakteristik terbaik dari setiap komponen penyusunnya. Teknologi ini sekarang banyak di pakai pada struktur pesawat terbang karena dianggap lebih kuat dan ringan memenuhi standard STWR ( strength to weight ratio ) yang merupakan perbandingan antara kekuatan dan berat beban bahan itu sendiri. Pada dasarnya, komposit dapat didefinisikan sebagai campuran makroskopik dari serat dan matriks. Serat merupakan material yang (umumnya) jauh lebih kuat dari matriks dan berfungsi memberikan kekuatan tarik. Sedangkan matriks berfungsi untuk melindungi serat dari efek lingkungan dan kerusakan akibat benturan.
Serat kaca (glass fibre) adalah material yang umum digunakan sebagai serat. Namun, teknologi komposit saat ini telah banyak menggunakan karbon murni sebagai serat. Serat karbon memiliki kekuatan yang jauh lebih baik dibanding serat kaca tetapi biaya produksinya juga lebih mahal. Komposit dari serat karbon memiliki sifat ringan dan juga kuat. Komposit jenis ini selain digunakan untuk struktur pesawat terbang, juga digunakan untuk alat-alat olahraga dan terus meningkat digunakan sebagai pengganti tulang yang rusak.
Selain serat kaca, polimer yang biasanya menjadi matriks juga dapat dipakai sebagai serat atau penguat. Contohnya, kevlar merupakan serat polimer yang sangat kuat dan dapat meningkatkan toughness dari material komposit. Kevlar dapat digunakan sebagai serat dari produk komposit untuk struktur ringan yang handal, misalnya bagian kritis dari struktur pesawat terbang. Sebenarnya, material komposit bukanlah pengguaan asli dari kevlar. Kevlar dikembangkan untuk pengganti baja pada ban radial dan untuk membuat rompi atau helm antipeluru.
Sedangkan untuk matriks, kebanyakan material komposit modern menggunakan plastik thermosetting, yang biasanya disebut resin. Plastik adalah polimer yang mengikat serat dan membantu menentukan sifat fisik dari material komposit yang dihasilkan. Plastik termosetting berwujud cair tetapi akan mengeras dan menjadi rigid ketika dipanaskan. Plastik ini memiliki tahanan terhadap serangan zat kimia yang baik meskipun berada pada lingkungan ekstrim.
Untuk tujuan khusus, digunakan matriks dari keramik, karbon dan logam. Contohnya, keramik digunakan untuk material komposit yang didesain bekerja pada temperatur sangat tinggi dan karbon digunakan untuk produk yang menerima gaya gesek seperti bearing dan gear.
Pada material komposit dikenal istilah lamina dan laminate. Lamina adalah satu lembar komposit dengan satu arah serat tertentu, sedangkan laminate adalah gabungan beberapa lamina. Laminate dibuat dengan cara memasukkan pre-preg lamina ke dalam autoclave selama selang waktu tertentu dan dengan tekanan serta temperatur tertentu pula. Auroclave adalah suatu alat semacam oven bertekanan untuk menggabungkan lamina.
Salah satu contoh Komposit jenis CFRP
Dibanding dengan material konvensional keunggulan komposit antara lain yaitu dapat dibuat sesuai kriteria dan kebutuhan rancangan yang diinginkan, sebagai upaya optimalisasi fungsi yang dibutuhkan (tailorability), tahanan lelah (fatigue resistance) yang baik, tahan korosi, memiliki kekuatan jenis (rasio kekuatan terhadap berat jenis) yang tinggi, dimungkinkan memiliki sifat sifat yang lebih baik dari pada sifat pada logam, keramik, maupun polimer dan memberi tampilan serta kehalusan permukaan yang lebih baik
Manfaat utama dari penggunaan komposit adalah mendapatkan kombinasi sifat kekuatan serta kekakuan tinggi dan berat jenis yang ringan. Dengan memilih kombinasi material serat dan matriks yang tepat, kita dapat membuat suatu material komposit dengan sifat yang tepat sama dengan kebutuhan sifat untuk suatu struktur tertentu dan tujuan tertentu pula.
Penerbangan modern, baik sipil maupun militer, adalah contoh utamanya. Keduanya akan menjadi sangat tidak efisien tanpa adanya material komposit. Material komposit canggih kini telah umum digunakan pada bagian sayap dan ekor, propeller, bilah rotor, dan juga struktur internal pesawat terbang. Penggunaan material komposit terus dikembangkan pada struktur pesawat terbang. Hal ini merupakan terobosan yang sangat inovatif dalam pengembangan sebuah struktur pesawat terbang, dimana yang kita ketahui struktur pesawat terbang yang selama ini ada, hanya menggunakan material material metal seperti : alumunium, nickel, caststeel, iron dan lain – lain.
Pada pesawat komersil dan pesawat militer yang memerlukan beban berat, teknologi yang digunakan untuk material komposit ini adalah High Pressure Composites (HPC). Karakteristik dari HPC adalah dibuat dengan tegangan dan suhu yang tinggi, masih memerlukan bolt dan rivet (masih rawan terjadi korosi), berat jenis 1,6 (alumunium 2,7). Pabrikan seperti Eurofighter, Airbus dan Boeing telah meneliti lebih lanjut tentang kekuatan material komposit ini, dan Boeing sendiri telah mengeluarkan series terbarunya yaitu boeing 787-dreamliners. Series pesawat ini hampir 97% struktur penyusunnya menggunakan komposit. Sebelumnya militer Amerika Serikat adalah pihak yang pertama kali mengembangkan dan memakai bahan komposit. Pesawat AV-8D mempunyai kandungan bahan komposit 27% dalam struktur rangka pesawat pada awal tahun 1980-an. Penggunaan bahan komposit dalam skala besar pertama kali terjadi pada tahun 1985. Ketika itu Airbus A320 pertama kali terbang dengan stabiliser horisontal dan vertikal yang terbuat dari bahan komposit. Airbus telah menggunakan komposit sampai dengan 15% dari berat total rangka pesawat untuk seri A320, A330 dan A340.
Sedangkan pada pesawat yang tidak memerlukan beban berat dan dibutuhkan kemampuan untuk bermanuver, teknologi yang digunakan untuk material kompositnya adalah Low Pressure Composites (LPC). Karakteristik dari LPC adalah dibuat dengan tegangan dan suhu sedang, tidak memerlukan bolt dan rivet, berat jenis 1,5 (alumunium 2,7) dan mudah dalam pemeliharaannya. Pabrikan seperti Cirrus, Diamond dan Grob Aircraft telah menerapkannya pada produksi pesawat terbaru mereka, termasuk pesawat Grob yang akan memperkuat jajaran pesawat latih TNI AU dimana hampir seluruh struktur penyusunnya menggunakan komposit.
Pesawat Latih Grob buatan Jerman
Selain aplikasi di industri dirgantara, dewasa ini material komposit telah banyak juga digunakan untuk badan mobil F1, alat-alat olahraga, struktur kapal dan industri migas.
Material komposit disamping memiliki keunggulan material ini juga memiliki beberapa kelemahan seperti peka terhadap zat zat kimia / larutan tertentu, khususnya komposit polimer, harga bahan dasar mahal serta proses pembuatan dan pembentukan komposit relative lama.
Hambatan dalam aplikasi material komposit umumnya adalah soal biaya. Meskipun sering kali proses manufaktur material komposit lebih efisien, namun material mentahnya masih terlalu mahal. Material komposit masih belum bisa secara total menggantikan material konvensional seperti baja, tetapi dalam beberapa kasus kita memiki kebutuhan akan hal itu. Tidak diragukan, dengan teknologi yang terus berkembang, pengunaan baru dari material komposit akan bermunculan. Kita belum melihat semua yang material komposit dapat lakukan.
Sumber :
http://www.svd.se/naringsliv/innovation/fiberkomposit-lyfter-lattare-plan_6441152.svd
http://hsc.csu.edu.au/engineering_studies/focus/aero/2579/polymer_composites.html
http://www.aid-n.com/what-are-composite-materials-and-the-function/composite-material/
http://www.gudangmateri.com/2011/01/material-komposit.html
http://www.aero-mag.com
http://www.airliners.net
http://www.aero.jaxa.jp
oleh : Alradix Djansena, B.Eng., M.Eng
