Terdapat beragam pilihan bahan baku untuk komposit, termasuk resin, serat, dan material inti. Setiap material memiliki sifat uniknya sendiri, yaitu kekuatan, kekakuan, ketangguhan, dan stabilitas termal, dengan biaya dan hasil yang bervariasi. Namun, kinerja akhir suatu material komposit secara keseluruhan tidak hanya berkaitan dengan matriks resin dan serat (serta material inti dalam struktur sandwich), tetapi juga berkaitan erat dengan metode desain dan proses manufaktur material dalam struktur tersebut. Dalam makalah ini, kami akan memperkenalkan metode manufaktur komposit yang umum digunakan, faktor-faktor utama yang memengaruhi setiap metode, dan bagaimana bahan baku dipilih untuk berbagai proses.
Cetakan semprot
1. Deskripsi metode: bahan penguat serat pintas dan sistem resin disemprotkan ke dalam cetakan secara bersamaan, kemudian diawetkan di bawah tekanan atmosfer menjadi produk komposit termoset dari proses pencetakan.
2. Pemilihan material:
Resin: terutama poliester
Serat: benang serat kaca kasar
Bahan inti: tidak ada, perlu dikombinasikan dengan kayu lapis saja
3. Keuntungan utama:
1) Sejarah panjang kerajinan
2) Biaya rendah, penumpukan serat dan resin cepat
3) Biaya cetakan rendah
4. Kelemahan utama:
1) Kayu lapis mudah dibentuk, area kaya resin, berat tinggi
2) Hanya serat potongan pendek yang dapat digunakan, yang secara serius membatasi sifat mekanis kayu lapis.
3) Untuk memudahkan penyemprotan, viskositas resin harus cukup rendah, sehingga menghilangkan sifat mekanik dan termal bahan komposit.
4) Kandungan stirena yang tinggi pada resin semprot berarti terdapat potensi bahaya yang tinggi bagi operator, dan viskositas yang rendah berarti resin dapat dengan mudah menembus pakaian kerja karyawan dan bersentuhan langsung dengan kulit.
5) Konsentrasi stirena yang mudah menguap di udara sulit memenuhi persyaratan hukum.
5. Aplikasi Umum:
Pagar sederhana, panel struktural beban rendah seperti bodi mobil konvertibel, fairing truk, bak mandi, dan perahu kecil.
Cetakan Layup Tangan
1. Deskripsi metode: resin diinfiltrasikan secara manual ke dalam serat. Serat dapat ditenun, dikepang, dijahit, atau direkatkan, dan metode penguatan lainnya. Pencetakan lay-up manual biasanya dilakukan dengan rol atau kuas, kemudian resin ditekan dengan rol lem agar meresap ke dalam serat. Kayu lapis kemudian diberi tekanan normal untuk mengeras.
2. Pemilihan material:
Resin: tidak ada persyaratan, epoksi, poliester, ester berbasis polietilen, resin fenolik tersedia
Serat: tidak ada persyaratan, tetapi berat dasar serat aramid yang lebih besar sulit untuk menyusup ke dalam yang diletakkan dengan tangan
Bahan inti: tidak ada persyaratan
3. Keuntungan utama:
1) Sejarah teknologi yang panjang
2) Mudah dipelajari
3) biaya cetakan rendah jika menggunakan resin curing suhu ruangan
4) Pilihan bahan dan pemasok yang luas
5) Kandungan serat tinggi, serat lebih panjang digunakan dibandingkan proses penyemprotan
4. Kerugian utama:
1) Pencampuran resin, kandungan resin laminasi dan kualitasnya sangat erat kaitannya dengan kemahiran operator, sulit untuk mendapatkan kandungan resin rendah dan porositas laminasi rendah.
2) Bahaya resin bagi kesehatan dan keselamatan, semakin rendah berat molekul resin hand lay-up, semakin besar pula potensi ancaman kesehatannya, semakin rendah viskositasnya berarti resin lebih mungkin menembus pakaian kerja karyawan dan dengan demikian bersentuhan langsung dengan kulit.
3) Jika ventilasi yang baik tidak terpasang, konsentrasi stirena yang menguap dari ester berbasis poliester dan polietilen ke udara sulit memenuhi persyaratan hukum
4) Viskositas resin pasta tangan harus sangat rendah, sehingga kandungan stirena atau pelarut lainnya harus tinggi, sehingga menghilangkan sifat mekanis/termal dari bahan komposit.
5) Aplikasi umum: bilah turbin angin standar, perahu yang diproduksi massal, model arsitektur.
Proses pengemasan vakum
1. Uraian metode: Proses pengemasan vakum merupakan pengembangan dari proses hand-layup di atas, yaitu penyegelan lapisan film plastik pada cetakan tripleks yang akan di-hand-layup vakum, pemberian tekanan atmosfer pada tripleks untuk memperoleh efek pengurasan dan pengencangan, guna meningkatkan mutu material komposit.
2. pemilihan material:
Resin: terutama resin epoksi dan fenolik, ester berbasis poliester dan polietilen tidak berlaku, karena mengandung stirena, penguapan ke dalam pompa vakum
Serat: tidak diperlukan, bahkan jika berat dasar serat yang lebih besar dapat disusupi di bawah tekanan
Bahan inti: tidak ada persyaratan
3. Keuntungan utama:
1) Kandungan serat yang lebih tinggi dapat dicapai dibandingkan proses hand lay-up standar
2) Rasio rongga lebih rendah dibandingkan proses hand lay-up standar.
3) Di bawah tekanan negatif, resin mengalir cukup untuk meningkatkan tingkat infiltrasi serat, tentu saja, sebagian resin akan diserap oleh bahan habis pakai vakum
4) Kesehatan dan keselamatan: proses pengemasan vakum dapat mengurangi pelepasan zat volatil selama proses pengawetan
4. Kerugian utama:
1) Proses tambahan meningkatkan biaya tenaga kerja dan bahan kantong vakum sekali pakai
2) Persyaratan keterampilan yang lebih tinggi bagi operator
3) Pencampuran resin dan pengendalian kandungan resin sangat bergantung pada kemahiran operator
4) Meskipun kantong vakum mengurangi pelepasan zat volatil, risiko kesehatan bagi operator masih lebih tinggi dibandingkan dengan proses infus atau prepreg.
5, Aplikasi umum: ukuran besar, satu kapal pesiar edisi terbatas, suku cadang mobil balap, proses pembuatan kapal dengan ikatan material inti.
Cetakan Berliku
1. Deskripsi metode: Proses penggulungan pada dasarnya digunakan untuk memproduksi komponen struktural berongga, bulat, atau oval seperti pipa dan bak. Bundel serat diresapi resin dan kemudian dililitkan pada mandrel ke berbagai arah. Proses ini dikendalikan oleh mesin penggulung dan kecepatan mandrel.
2. Pemilihan material:
Resin: tidak ada persyaratan, seperti epoksi, poliester, ester berbasis polietilena dan resin fenolik, dll.
Serat: tidak ada persyaratan, penggunaan langsung bundel serat rangka spul, tidak perlu menenun atau menjahit anyaman ke dalam kain serat
Bahan inti: tidak ada persyaratan, tetapi kulit biasanya merupakan bahan komposit satu lapis
3. Keuntungan utama:
(1) kecepatan produksi cepat, merupakan cara layup yang ekonomis dan masuk akal
(2) Kandungan resin dapat dikontrol dengan mengukur jumlah resin yang dibawa oleh bundel serat yang melewati alur resin.
(3) Biaya serat diminimalkan, tidak ada proses tenun perantara
(4) kinerja struktural yang sangat baik, karena bundel serat linier dapat diletakkan di sepanjang berbagai arah penahan beban
4. Kerugian utama:
(1) Proses ini terbatas pada struktur berongga bulat.
(2) Serat tidak tersusun dengan mudah dan akurat sepanjang arah aksial komponen
(3) Biaya cetakan positif mandrel yang lebih tinggi untuk bagian struktural besar
(4) Permukaan luar struktur bukan permukaan cetakan, sehingga estetikanya lebih buruk
(5) Penggunaan resin viskositas rendah, perlu memperhatikan sifat mekanik dan kinerja kesehatan dan keselamatan
Aplikasi umum: tangki dan pipa penyimpanan bahan kimia, tabung silinder, tangki pernapasan petugas pemadam kebakaran.
Cetakan pultrusi
1. Deskripsi metode: Serat yang telah diresapi lem ditarik dari dudukan bobbin melalui pelat pemanas. Serat diresapi lem di pelat pemanas untuk menyempurnakan penyerapan resin pada serat, dan kadar resin dikontrol. Akhirnya, material akan dikeringkan menjadi bentuk yang diinginkan; produk yang telah dikeringkan secara permanen ini dipotong secara mekanis menjadi berbagai panjang. Serat juga dapat memasuki pelat panas dengan arah selain 0 derajat. Ekstrusi dan pencetakan regangan merupakan proses produksi berkelanjutan, dan penampang produk biasanya memiliki bentuk tetap, sehingga memungkinkan sedikit variasi. Material yang telah dibasahi sebelumnya akan melewati pelat panas dan langsung dikeringkan. Meskipun proses ini kurang berkelanjutan, perubahan bentuk penampang dapat dicapai.
2. Pemilihan material:
Resin: biasanya epoksi, poliester, ester berbahan dasar polietilena dan resin fenolik, dll.
Serat: tidak diperlukan
Bahan inti: tidak umum digunakan
3. Keuntungan utama:
(1) kecepatan produksi cepat, merupakan cara yang ekonomis dan masuk akal untuk melakukan pra-pembasahan dan pengawetan material
(2) kontrol yang tepat terhadap kandungan resin
(3) minimisasi biaya serat, tidak ada proses tenun perantara
(4) sifat struktural yang sangat baik, karena bundel serat disusun dalam garis lurus, fraksi volume serat tinggi
(5) area infiltrasi serat dapat disegel sepenuhnya untuk mengurangi pelepasan zat volatil
4. Kerugian utama:
(1) proses membatasi bentuk penampang
(2) Biaya pelat pemanas lebih tinggi
5. Aplikasi umum: balok dan rangka struktur perumahan, jembatan, tangga dan pagar.
Proses Pencetakan Transfer Resin (RTM)
1. Deskripsi metode: Serat kering diletakkan di cetakan bawah, yang dapat diberi tekanan awal agar serat sedapat mungkin sesuai dengan bentuk cetakan dan terikat secara adhesif; kemudian, cetakan atas dipasang pada cetakan bawah untuk membentuk rongga, dan resin disuntikkan ke dalam rongga tersebut. Injeksi resin dan infiltrasi serat dengan bantuan vakum, yang dikenal sebagai Injeksi Resin Berbantuan Vakum (VARI), umumnya digunakan. Setelah infiltrasi serat selesai, katup pemasukan resin ditutup dan komposit dikeringkan. Injeksi dan pengeringan resin dapat dilakukan pada suhu ruangan atau dalam kondisi panas.
2. Pemilihan Material:
Resin: biasanya epoksi, poliester, polivinil ester dan resin fenolik, resin bismaleimida dapat digunakan pada suhu tinggi
Serat: tidak diperlukan. Serat yang dijahit lebih cocok untuk proses ini, karena celah antar serat memudahkan transfer resin; terdapat serat yang dikembangkan secara khusus untuk meningkatkan aliran resin.
Bahan inti: busa seluler tidak cocok, karena sel sarang lebah akan diisi dengan resin, dan tekanan juga akan menyebabkan busa runtuh.
3. Keuntungan utama:
(1) Fraksi volume serat lebih tinggi, porositas rendah
(2) Kesehatan dan keselamatan, lingkungan operasi yang bersih dan rapi karena resin sepenuhnya tertutup rapat.
(3) Mengurangi penggunaan tenaga kerja
(4) Sisi atas dan bawah bagian struktural adalah permukaan cetakan, yang mudah untuk perawatan permukaan selanjutnya.
4. Kerugian utama:
(1) Cetakan yang digunakan bersama-sama mahal, berat dan relatif besar untuk menahan tekanan yang lebih besar.
(2) terbatas pada pembuatan komponen kecil
(3) Daerah yang tidak tergenang air dapat dengan mudah terjadi, sehingga menghasilkan banyak sampah
5. Aplikasi umum: suku cadang pesawat ulang-alik dan mobil yang kecil dan rumit, kursi kereta api.
Waktu posting: 08-08-2024
