Document 7444412
Download
Report
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