Tersedia beragam pilihan bahan baku untuk komposit, termasuk resin, serat, dan bahan inti, dan setiap bahan memiliki sifat uniknya sendiri dalam hal kekuatan, kekakuan, ketangguhan, dan stabilitas termal, dengan biaya dan hasil yang bervariasi. Namun, kinerja akhir material komposit secara keseluruhan tidak hanya terkait dengan matriks resin dan serat (serta bahan inti dalam struktur material sandwich), tetapi juga terkait erat dengan metode desain dan proses pembuatan material dalam struktur tersebut. Dalam makalah ini, kami akan memperkenalkan metode pembuatan komposit yang umum digunakan, faktor-faktor utama yang memengaruhi setiap metode, dan bagaimana bahan baku dipilih untuk berbagai proses.
Pencetakan semprot
1. Deskripsi metode: Bahan penguat serat pendek dan sistem resin disemprotkan secara bersamaan ke dalam cetakan, kemudian dikeringkan di bawah tekanan atmosfer menjadi produk komposit termoset melalui proses pencetakan.
2. Pemilihan material:
Resin: terutama poliester
Serat: benang serat kaca kasar
Bahan inti: tidak ada, perlu dikombinasikan dengan kayu lapis saja.
3. Keunggulan utama:
1) Sejarah panjang keahlian
2) Biaya rendah, penataan serat dan resin yang cepat
3) Biaya cetakan rendah
4. Kerugian utama:
1) Kayu lapis mudah membentuk area kaya resin, beratnya tinggi
2) Hanya serat pendek yang dapat digunakan, yang sangat membatasi sifat mekanik kayu lapis.
3) Untuk mempermudah penyemprotan, viskositas resin harus cukup rendah, sehingga mengurangi sifat mekanik dan termal dari material 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 volatil di udara sulit memenuhi persyaratan hukum.
5. Aplikasi Umum:
Pagar sederhana, panel struktural beban rendah seperti bodi mobil konvertibel, penutup bak truk, bak mandi, dan perahu kecil.
Pencetakan Layup Tangan
1. Deskripsi metode: Resin dimasukkan secara manual ke dalam serat. Serat dapat dianyam, dikepang, dijahit, atau direkatkan dengan metode penguatan lainnya. Pencetakan dengan metode hand lay-up biasanya dilakukan dengan rol atau kuas, kemudian resin ditekan dengan rol lem agar meresap ke dalam serat. Plywood kemudian diletakkan di bawah tekanan normal untuk proses pengeringan.
2. Pemilihan material:
Resin: tidak ada persyaratan, resin epoksi, poliester, ester berbasis polietilen, dan fenolik tersedia.
Serat: tidak ada persyaratan, tetapi berat dasar serat aramid yang lebih besar sulit untuk diresapkan ke dalam serat yang dibuat dengan tangan.
Bahan inti: tidak ada persyaratan
3. Keunggulan utama:
1) Sejarah teknologi yang panjang
2) Mudah dipelajari
3) Biaya cetakan rendah jika menggunakan resin yang mengering pada suhu ruangan
4) Beragam pilihan material dan pemasok
5) Kandungan serat tinggi, menggunakan serat yang lebih panjang dibandingkan proses penyemprotan
4. Kekurangan utama:
1) Pencampuran resin, kandungan resin laminasi, dan kualitasnya sangat berkaitan dengan keahlian operator. Sulit untuk mendapatkan laminasi dengan kandungan resin rendah dan porositas rendah.
2) Bahaya kesehatan dan keselamatan akibat resin: semakin rendah berat molekul resin hand lay-up, semakin besar potensi ancaman kesehatannya. Semakin rendah viskositasnya, semakin besar kemungkinan resin tersebut menembus pakaian kerja karyawan dan dengan demikian bersentuhan langsung dengan kulit.
3) Jika ventilasi yang baik tidak dipasang, konsentrasi stirena yang menguap dari poliester dan ester berbasis polietilen ke udara sulit memenuhi persyaratan hukum.
4) Viskositas resin pasta tangan harus sangat rendah, sehingga kandungan stirena atau pelarut lainnya harus tinggi, yang mengakibatkan hilangnya sifat mekanik/termal dari material komposit.
5) Aplikasi umum: bilah turbin angin standar, perahu produksi massal, model arsitektur.
Proses pengemasan vakum
1. Deskripsi metode: Proses pengemasan vakum merupakan perluasan dari proses pelapisan tangan di atas, yaitu penyegelan lapisan film plastik pada cetakan akan dilakukan dengan pelapisan vakum kayu lapis secara manual, menerapkan tekanan atmosfer pada kayu lapis untuk mencapai efek pengeluaran udara dan pengencangan, guna meningkatkan kualitas material komposit.
2. Pemilihan material:
Resin: terutama resin epoksi dan fenolik, poliester dan ester berbasis polietilen tidak dapat digunakan karena mengandung stirena yang mudah menguap ke dalam pompa vakum.
Serat: tidak ada persyaratan, meskipun berat dasar serat yang lebih besar dapat diresapi di bawah tekanan.
Bahan inti: tidak ada persyaratan
3. Keunggulan utama:
1) Kandungan serat yang lebih tinggi dapat dicapai dibandingkan dengan proses hand lay-up standar.
2) Rasio rongga lebih rendah dibandingkan proses pelapisan tangan 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 pengeringan.
4. Kekurangan utama:
1) Proses tambahan meningkatkan biaya tenaga kerja dan bahan kantong vakum sekali pakai.
2) Persyaratan keterampilan yang lebih tinggi untuk operator
3) Pencampuran resin dan pengendalian kadar resin sangat bergantung pada keahlian operator.
4) Meskipun kantong vakum mengurangi pelepasan zat volatil, risiko kesehatan bagi operator tetap lebih tinggi dibandingkan dengan proses infus atau prepreg.
5. Aplikasi umum: kapal pesiar edisi terbatas berukuran besar, suku cadang mobil balap, proses pembuatan kapal untuk pengikatan material inti.
Cetakan Berliku
1. Deskripsi metode: Proses penggulungan pada dasarnya digunakan untuk memproduksi bagian struktural berongga, berbentuk bulat atau oval seperti pipa dan palung. Bundel serat diresapi resin dan kemudian digulung 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 polietilen, dan resin fenolik, dll.
Serat: tidak ada persyaratan, penggunaan langsung bundel serat dari rangka gulungan, tidak perlu dianyam atau dijahit menjadi kain serat.
Bahan inti: tidak ada persyaratan, tetapi lapisan luar biasanya berupa bahan komposit satu lapis.
3. Keunggulan utama:
(1) kecepatan produksi yang cepat, merupakan cara yang ekonomis dan masuk akal untuk melakukan layup
(2) Kandungan resin dapat dikendalikan dengan mengukur jumlah resin yang dibawa oleh berkas 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 sepanjang berbagai arah penahan beban
4. Kerugian utama:
(1) Proses ini terbatas pada struktur berongga bundar.
(2) Serat tidak mudah dan akurat disusun sepanjang arah aksial komponen
(3) Biaya lebih tinggi dari pencetakan mandrel positif 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, silinder, tabung pernapasan petugas pemadam kebakaran.
Pencetakan pultrusi
1. Deskripsi metode: dari pemegang kumparan, bundel serat yang telah diresapi lem melewati pelat pemanas, di dalam pelat pemanas resin meresap ke serat, dan kandungan resin dikontrol, dan akhirnya material akan mengeras menjadi bentuk yang diinginkan; produk yang telah mengeras dan berbentuk tetap ini dipotong secara mekanis menjadi berbagai panjang. Serat juga dapat masuk ke pelat panas dari arah selain 0 derajat. Ekstrusi dan pencetakan peregangan adalah proses produksi berkelanjutan dan penampang produk biasanya memiliki bentuk tetap, memungkinkan sedikit variasi. Material yang telah dibasahi sebelumnya akan melewati pelat panas, kemudian difiksasi dan disebar ke dalam cetakan untuk segera mengeras, meskipun proses tersebut kurang berkelanjutan, tetapi dapat mencapai perubahan bentuk penampang.
2. Pemilihan material:
Resin: biasanya epoksi, poliester, ester berbasis polietilen, dan resin fenolik, dll.
Serat: tidak ada persyaratan
Bahan inti: tidak umum digunakan
3. Keunggulan utama:
(1) kecepatan produksi cepat, merupakan cara yang ekonomis dan masuk akal untuk pra-pembasahan dan pengeringan bahan
(2) kontrol yang tepat terhadap kandungan resin
(3) minimisasi biaya serat, tanpa proses tenun perantara
(4) sifat struktural yang sangat baik, karena berkas serat tersusun dalam garis lurus, fraksi volume serat tinggi
(5) area infiltrasi serat dapat ditutup rapat untuk mengurangi pelepasan zat volatil
4. Kerugian utama:
(1) proses membatasi bentuk penampang
(2) Biaya pelat pemanas yang 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 sesuai dengan bentuk cetakan semaksimal mungkin dan terikat secara adhesif; kemudian, cetakan atas dipasang pada cetakan bawah untuk membentuk rongga, dan kemudian resin disuntikkan ke dalam rongga tersebut. Injeksi resin dan infiltrasi serat dengan bantuan vakum, yang dikenal sebagai Injeksi Resin dengan Bantuan Vakum (VARI), umumnya digunakan. Setelah infiltrasi serat selesai, katup pemasukan resin ditutup dan komposit dikeraskan. Injeksi resin dan pengerasan dapat dilakukan pada suhu ruangan atau dalam kondisi pemanasan.
2. Pemilihan Material:
Resin: biasanya epoksi, poliester, polivinil ester dan resin fenolik, resin bismaleimida dapat digunakan pada suhu tinggi.
Serat: tidak ada persyaratan. Serat yang dijahit lebih cocok untuk proses ini, karena celah antara bundel serat kondusif untuk transfer resin; ada serat yang dikembangkan secara khusus yang dapat meningkatkan aliran resin.
Bahan inti: busa seluler tidak cocok, karena sel-sel sarang lebah akan terisi resin, dan tekanan juga akan menyebabkan busa tersebut runtuh.
3. Keunggulan utama:
(1) Fraksi volume serat lebih tinggi, porositas rendah
(2) Kesehatan dan keselamatan, lingkungan operasi yang bersih dan rapi karena resin tertutup rapat.
(3) Mengurangi penggunaan tenaga kerja
(4) Sisi atas dan bawah bagian struktural merupakan permukaan cetakan, sehingga mudah dilakukan perawatan permukaan selanjutnya.
4. Kerugian utama:
(1) Cetakan yang digunakan bersama-sama mahal, berat dan relatif besar agar dapat menahan tekanan yang lebih besar.
(2) terbatas pada pembuatan suku cadang kecil
(3) Area yang tidak terbasahi mudah terjadi, sehingga menghasilkan banyak sekali sisa material
5. Aplikasi umum: komponen pesawat ulang-alik dan mobil yang kecil dan kompleks, serta jok kereta api.
Waktu posting: 08-Agustus-2024
