Transcript Document 7444412

KOMPOSIT MATRIKS
POLIMER (PMC)
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
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
Pengkelasan Matriks
Polimer
 1. Termoset
 2. Termoplastik- berhablur &
tidak berhablur (amorfus)
 3. Getah
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
 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
 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
 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
- 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
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
 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
Perbezaan Struktur Molekul (a) Nylon,
(b) Aramid, (c) PE
 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%)???
 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 multifasa 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
Jadual 1: Perbezaan antara
sifat-sifat tipikal termoset dan
termoplastik






Sifat-sifat
Modulus Young (GPa)
Kekuatan tensil (MPa)
Max suhu servis (ºC)
Keliatan pecah ,KIc
(MPa1/2)
t/set
1.3-6.0
20-180
50-450
0.5-1.0
t/plastik
1.0-4.8
40-190
25-230
1.5-6.0
Termoplastik dijangka
mendapat perhatian
berbanding dengan termoset:
 Pemprosesan pantas
 Boleh diedar ulang
 Tidak memerlukan penyimpanan
yang spesifik
 Sifat keliatan dan toleransi
kerosakan yang tinggi
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 nitrilebutadiene (NBR)
 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
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
 Bahan prapreg ini kemudiannya
akan di bentuk bagi penghasilan
komposit menerusi pelbagai teknik
pemprosesan
 Prapreg boleh dihasilkan daripada
matriks termoset dan termoplastik
Prepreg termoplastik lebih
mendapat perhatian sebab:




penyimpanan mudah
keliatan tinggi
pemprosesan cepat
boleh diedar ulang
Gentian-gentian yang biasa
digunakan sebagai bahan tetulang/
penguat dalam matriks polimer
1. 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
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
iv. Jenis AR (Alkali Resistant)Dihasilkan sebagai ganti kepada
asbestos didalam simen,
mengandungi ZrO2 untuk
meningkatkan rintangan kakisan
Komposisi dan Sifat-Sifat Gentian-Gentian Kaca
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
 Suhu peralihan kaca (Tg) = 360°C
 Gentian ini boleh digunakan sehingga
300°C
 Kevlar 29 dikenali sebagai Kevlar
bermodulus rendah, strukturnya tidak
tersusun dengan baik jika dibandingkan
dengan Kevlar 49.
Sifat-Sifat Gentian Organik Yang Komersial
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
1) Polymer Polyacrylonitrile (PAN)-hasil gentian
bermodulus tinggi (HM), Intermediate modulus
(IM) & high strength (HS)
2) Petroleum and coal-tar pitch- hasil gentian
dengan low CTE
3) Controlled heating of cellulose & rayon
 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.
Stress-strain curves for a
range of fibers
Natural Fibers





Jute
Hemp
Kenaf
Flax
Sisal
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.
Natural Fibers; Jute
Jute yarn spools, tape, raw jute and jute rope
Natural Fibers; Hemp
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.
Green kenaf
Bast fiber
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
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.
Calcium carbonate
 Occur naturally in 2 crystalline forms,
calcite and argonite
 New trend- CaCO3 is used as
toughening agent- impart high impact
properties
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