Buku Pembuatan Produk Komposit Untuk Perantis - PDF Flipbook
Buku Pembuatan Produk Komposit Untuk Perantis
98 Views
14 Downloads
PDF 10,705,335 Bytes
PEMBUATAN PRODUK KOMPOSIT Untuk Perantis
MODUL 1: PERSEDIAAN BAHAN KOMPOSIT....................................... 1 BAB 1: PENGENALAN KOMPOSIT 1.1.
Contoh Bahan-Bahan Komposit ...........................................................................3
1.2.
Definisi Komposit ..................................................................................................5
1.3.
Faktor Penggunaan Komposit ..............................................................................6
1.4.
Kelebihan Komposit..............................................................................................9
1.5.
Kelemahan Komposit .........................................................................................10
BAB 2: KLASIFIKASI BAHAN KOMPOSIT
12
2.1.
Pengelasan Komposit Mengikut Jenis Matriks .................................................... 12
2.2.
Pengelasan Komposit Mengikut Jenis Pengukuh ............................................... 16
BAB 3: KOMPOSIT BERTETULANG GENTIAN
23
3.1.
Peranan Gentian ................................................................................................24
3.2.
Komposit Termaju ..............................................................................................25
3.3.
Aplikasi Komposit ...............................................................................................26
BAB 4: BAHAN LANGSUNG KOMPOSIT
30
4.1.
Resin ..................................................................................................................30
4.2.
Pengukuh ...........................................................................................................32
4.3.
Prepreg ..............................................................................................................32
4.4.
Bahan Teras .......................................................................................................33
4.5.
Pemula, Promoter & Perencat ............................................................................ 34
4.6.
Pengeras ............................................................................................................34
4.7.
Aditif ...................................................................................................................36
4.8.
Pengisi ...............................................................................................................38
4.9.
Kemasan Permukaan .........................................................................................39
BAB 5: MATRIKS POLIMER
44
5.1.
Kategori Resin ....................................................................................................44
5.2.
Resin Poliester ...................................................................................................49
5.3.
Epoksi ................................................................................................................53
5.4.
Vinil Ester ...........................................................................................................55
5.5.
Pengawetan Resin .............................................................................................55
BAB 6: RUPA BENTUK PENGUKUH GENTIAN
i
3
57
6.1.
Roving ................................................................................................................57
6.2.
Lembar Cincang .................................................................................................58
6.3.
Tikar ...................................................................................................................58
6.4.
Fabrik Tenun ......................................................................................................59
6.5.
Tocang ...............................................................................................................62
6.6.
Jahit....................................................................................................................63
6.7.
Kait .....................................................................................................................63
6.8.
Kerudung Permukaan .........................................................................................64
BAB 7: GENTIAN SINTETIK
65
7.1.
Gentian Kaca......................................................................................................66
7.2.
Karbon................................................................................................................67
7.3.
Aramid ................................................................................................................68
7.4.
Hibrid ..................................................................................................................69
7.5.
Poliester Modulus Tinggi & Diolen ...................................................................... 70
7.6.
Vektran ...............................................................................................................70
BAB 8: GENTIAN ASLI
71
8.1.
Gentian Berasaskan Tumbuhan ......................................................................... 71
8.2.
Gentian Berasaskan Haiwan ..............................................................................74
8.3.
Gentian Mineral ..................................................................................................75
8.4.
Gentian Asli Dalam Industri ................................................................................75
BAB 9: BAHAN TIDAK LANGSUNG PENGHASILAN KOMPOSIT
79
9.1.
Aseton ................................................................................................................79
9.2.
Pelepas Acuan ...................................................................................................80
9.3.
Kertas Pasir ........................................................................................................82
9.4.
Pengilat Acuan Langkah 1 Dan 2 ....................................................................... 83
9.5.
Pengilat Mesin Meguiar ......................................................................................83
BAB 10: PERSEDIAAN BAHAN
84
10.1.
Peralatan Pemotongan ...................................................................................84
10.2.
Alat Bantuan Pemotongan .............................................................................. 89
10.3.
Kit Komposit....................................................................................................92
MODUL 2: PEMBUATAN KOMPOSIT (ACUAN TERBUKA) ........................... 95 BAB 1: PENGENALAN PEMBUATAN PRODUK KOMPOSIT 1.1.
Proses Pembuatan Komposit .............................................................................97
1.2.
Pengacuan Terbuka ...........................................................................................98
1.3.
Pengacuan Tertutup ...........................................................................................99
1.4.
Acuan Polimer Tuang ....................................................................................... 103
1.5.
Pemilihan Proses Pembuatan........................................................................... 105
BAB 2: PROSES PERSEDIAAN RESIN
106
2.1.
Peralatan Khusus Penyediaan Resin................................................................ 106
2.2.
Persediaan Resin ............................................................................................. 107
BAB 3: PROSES BENGKALAI TANGAN
115
3.1.
Kelebihan dan Kekurangan Proses Bengkalai Tangan ..................................... 116
3.2.
Peralatan Khusus Bengkalai Tangan ................................................................ 116
3.3.
Teknik Bengkalai Tangan ................................................................................. 120
BAB 4: PREPREG
ii
97
123
4.1.
Pembuatan Prepreg ......................................................................................... 125
4.2.
Kriteria Unik Prepreg ........................................................................................ 127
4.3.
Faktor Pemilihan Prepreg ................................................................................. 127
4.4.
Kelebihan Prepreg ............................................................................................ 128
4.5.
Kelemahan Prepreg.......................................................................................... 128
4.6.
Bagaimana Prepreg Berfungsi .......................................................................... 129
4.7.
Adakah Prepreg Sesuai Untuk Anda? .............................................................. 130
4.8.
Proses Laminasi Tangan Prepreg .................................................................... 130
4.9.
Penyimpanan Dan Pengendalian Prepreg ........................................................ 132
4.10.
Kaedah Lain Pemprosesan Prepreg ............................................................. 134
BAB 5: BEG VAKUM 5.1.
Kelebihan Beg Vakum ...................................................................................... 138
5.2.
Komponen Beg Vakum ..................................................................................... 139
5.3.
Alat Acuan ........................................................................................................ 140
5.4.
Lamina Atau Bahagian ..................................................................................... 142
5.5.
Pita Pengedap .................................................................................................. 142
5.6.
Fabrik Pelepas ................................................................................................. 144
5.7.
Filem Pelepas ................................................................................................... 145
5.8.
Fabrik Pernafasan Dan Penjujuhan .................................................................. 147
5.9.
Pita Flashbreaker & Sensitif Tekanan ............................................................... 149
5.10.
Filem Beg...................................................................................................... 150
5.11.
Injap Vakum .................................................................................................. 156
5.12.
Saluran Vakum ............................................................................................. 159
5.13.
Tolok Vakum ................................................................................................. 159
5.14.
Pilihan Sumber Vakum.................................................................................. 160
5.15.
Pemeriksaan Vakum ..................................................................................... 162
5.16.
Penyebab Biasa Kebocoran Atau Kehilangan Vakum ................................... 163
BAB 6: PROSES SEMBURAN
165
6.1.
Kelebihan dan Kelemahan Proses Semburan .................................................. 166
6.2.
Bahan Asas ...................................................................................................... 166
6.3.
Keperluan Pemprosesan .................................................................................. 167
6.4.
Proses Pembuatan ........................................................................................... 168
6.5.
Kelengkapan Mesin Semburan ......................................................................... 170
6.6.
Komponen Mesin Semburan ............................................................................ 170
6.7.
Pemilihan Sistem Semburan............................................................................. 175
BAB 7: PENGAWETAN RESIN
iii
137
176
7.1.
Peringkat Pengawetan...................................................................................... 176
7.2.
Pengawetan Pada Suhu Bilik............................................................................ 177
7.3.
Pengawetan Haba ............................................................................................ 178
7.4.
Langkah-Langkah Dalam Proses Pengawetan ................................................. 178
7.5.
Peralatan Untuk Proses Pengawetan Haba ...................................................... 179
MODUL 1: PERSEDIAAN BAHAN KOMPOSIT
PERSEDIAAN BAHAN KOMPOSIT
BAB 1: PENGENALAN KOMPOSIT
K
omposit terdiri daripada dua atau lebih bahan yang digabungkan, di mana setiap bahan mengekalkan identitinya yang unik di dalam gabungan tersebut dan menyumbang kepada sifat struktur sendiri. Seterusnya gabungan tersebut menghasilkan sifat yang lebih baik daripada bahan asas (Dorworth, 2009).
Contoh yang terbaik adalah komposit yang dapat dilihat setiap hari adalah konkrit. Konkrit diperbuat daripada bahan terpilih seperti pasir, batu kerikil dan terdapat juga gentian kaca di campur simen yang mengikat semuanya sekali. Sekiranya konkrit dipecahkan, kita dapat melihat bahan-bahan individu di dalamnya. Jenis dan kuantiti bahan-bahan individu tersebut boleh diubah-ubah untuk memberi sifat konkrit lebih baik dari segi mampatan, tegangan, dan/atau keliutan bergantung kepada aplikasi. Bahan komposit adalah berbeza dari aloi. Aloi juga terdiri daripada campuran dua atau lebih komponen tetapi dibentuk melalui proses seperti tuangan. Kedua-dua bahan ini (komposit dan aloi) dibentuk dengan menggabungkan dua atau lebih bahan untuk menjadikan struktur keseluruhannya lebih baik daripada komponen individu. Bagaimanapun, bagi komposit, bahan-bahan tersebut adalah terpisah dalam fasa berlainan (bukan campuran yang homogen atau sebati seperti aloi). Bahan komposit boleh direka bentuk bagi memenuhi keperluan ahli teknologi untuk aplikasi seperti aeroangkasa, automobil, marin, elektronik, binaan dan lain-lain. Contoh bahan komposit ialah struktur ringan yang terhasil dengan memasukkan gentian karbon panjang di dalam polimer. Gentian karbon boleh dimasukkan dalam satu atau lebih orientasi (arah susunan). Gentian memberikan kekuatan 1 dan ketegaran 2 manakala polimer berperanan sebagai pembalut atau pengikat.
1.1.
Contoh Bahan-Bahan Komposit
Contoh bahan-bahan komposit yang memenuhi kriteria seperti yang didefinisikan adalah seperti berikut:
3
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
• Seleri 3: Pulpa 4 dan gentian tumbuhan sebagai komposit semula jadi.
Gentian
Foto 1-1: Batang Seleri (TwirlyMoustache, t.t)
• Batu-bata daripada lumpur dan jerami – telah wujud 1000 tahun sebelum Masihi di Mesir dan China dan masih digunakan hingga sekarang.
Foto 1-2: Bata lumpur dan jerami (Sermons, 2014)
• Konkrit bertetulang 5 keluli dan kerikil 6 serta diikat dengan simen.
Foto 1-3: Konkrit bertetulang (CBI Engineering, t.t)
4
PERSEDIAAN BAHAN KOMPOSIT
• Papan lapis 7 – ira kayu berselang-seli
Rajah 1-1: Susunan papan lapis (Hurford's, t.t)
1.2.
Definisi Komposit
Bahan komposit (juga disebut komposit sahaja) adalah bahan yang di buat dengan menggabungkan dua atau lebih unsur semula jadi atau buatan (dengan sifat fizikal atau kimia yang berbeza) yang lebih kuat sebagai satu gabungan berbanding sebagai bahan individu. Bahan-bahan komponen tidak sepenuhnya menyatu atau kehilangan identiti masing-masing; mereka bergabung dan menyumbang sifat yang paling berguna untuk meningkatkan hasil atau produk akhir. Komposit biasanya dirancang dengan mempertimbangkan penggunaan tertentu, seperti kekuatan, kecekapan atau ketahanan tambahan.
Sumber (MechanicalBase, t.t)
GENTIAN/GENTIAN • Kekuatan tinggi • Ketegaran tinggi • Ketumpatan rendah
MATRIKS • Tahan ricihan8 • Ketumpatan rendah
• • • • •
KOMPOSIT Kekuatan tinggi Ketegaran tinggi Ketumpatan rendah Tahan ricihan Ketumpatan rendah
Rajah 1-2: Gabungan gentian dan matriks menghasilkan komposit
Rajah 1-2 menunjukkan sifat-sifat individu bagi gentian dan matriks di mana percantuman kedua-dua komponen ini menghasilkan bahan komposit yang lebih baik yang menggabungkan kedua-dua sifat bahan yang dicantumkan.
5
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
1.3.
Faktor Penggunaan Komposit
Komposit memperbaiki proses reka bentuk dan hasil produk akhir merentasi pelbagai industri, daripada aeroangkasa kepada teknologi tenaga yang boleh diperbaharui. Saban tahun, komposit berterusan menggantikan bahan tradisional seperti keluli dan aluminium. Beberapa faktor mempengaruhi pemilihan bahan komposit seperti berikut:
1.3.1.
Nisbah kekuatan kepada berat yang tinggi
Kelebihan terbesar komposit adalah nisbah kekuatan kepada berat yang tinggi. Berat gentian karbon kira-kira 25% dari keluli dan 70% dari aluminium tetapi lebih kuat dan tegar daripada kedua-dua bahan tersebut bagi berat yang sama. Jurutera automotif berteknologi tinggi menggunakan komposit untuk mengurangkan berat kenderaan sehingga 60% di samping meningkatkan keselamatan pelanggaran kerana lapisanlapisan komposit mampu menyerap lebih tenaga hentaman berbanding keluli selapisan. Contohnya adalah pembinaan kereta lumba (Foto 1-4) dari gentian karbon.
Foto 1-4: Kereta lumba (AutomotivPress, 2019)
1.3.2.
Komposit tahan lasak
Komposit tidak akan berkarat walau apa jua keadaan sekitarnya. Sungguhpun ketahanan9 patah komposit lebih rendah dari logam tapi ia lebih tinggi dari kebanyakan polimer. Kestabilan dimensinya yang tinggi, membolehkannya mengekalkan bentuk samada dalam situasi panas atau sejuk, basah atau kering. Jurutera memilih komposit untuk mengurangkan kos penyenggaraan dan memastikan kestabilan jangka panjang. Contohnya adalah pembinaan bilah turbin angin (Foto 1-5) dari gentian kaca 10.
6
PERSEDIAAN BAHAN KOMPOSIT
Foto 1-5: Turbin angin (Finews.asia, 2020)
1.3.3.
Reka bentuk Fleksibel
Komposit membolehkan reka bentuk baru yang sukar dicapai dengan menggunakan bahan tradisional. Komposit membenarkan gabungan bahagian-bahagian produk menjadi satu bahagian sahaja. Kemasan permukaannya boleh diubahsuai kepada apa saja rupa penyudahan, daripada licin kepada yang bertekstur. Lebih daripada 90% bot rekreasi diperbuat dari komposit kerana gentian kaca yang digunakan boleh mengambil sebarang bentuk bot (Foto 1-6) yang ingin dihasilkan. Ini boleh menjimat tempoh pembuatan dan mengurangkan kos penyenggaraan. Termoset yang merupakan salah satu bahan utama dalam pembuatan komposit membolehkan pereka bentuk mereka produk dalam pelbagai bentuk dan rupa. Termoset boleh di acu dalam acuan menjadi bentuk yang rumit serta dalam pelbagai ketumpatan dan formulasi kimia bagi memperolehi prestasi yang dihajati.
Foto 1-6: Bot (ZipZapPower, 2020)
7
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
1.3.4.
Komposit lebih mudah untuk dihasilkan pada masa sekarang
Pada peringkat awal, kaedah pembuatan komposit melalui proses bengkalai11 yang kompleks, di mana mengambil masa yang lama dan memerlukan kepakaran yang tinggi. Namun begitu, di masa sekarang pembuatan berbantuan komputer seperti Digital Composite Manufacturing (DCM) yang menggunakan teknologi pencetak 3D dan seumpamanya membolehkan penghasilan produk komposit yang lebih mudah, cepat dan tepat.
Video 1-1: Digital Composite Manufacturing (3DFortify, t.t)
Proses pembuatan komposit juga telah dipermudahkan melalui penggunaan bahan prepreg di mana gentian dan matriks telah digabungkan di peringkat bahan mentah untuk terus boleh guna. Terdapat juga mesin-mesin termaju seperti Mesin Penggulungan Filamen 12 yang digunakan untuk membuat silinder bertekanan tinggi dan sebagainya. Penerangan lebih lanjut berkaitan teknologi ini akan dijelaskan pada bab yang akan datang.
1.3.5.
Kos rendah per isipadu
Apabila membandingkan kos per isipadu, kos bahan komposit termoset adalah lebih rendah berbanding bahan tradisional seperti kayu, termoplastik kejuruteraan dan logam. Sebagai tambahan, kerana komposit termoset mempunyai kandungan bahan berasaskan petroleum yang rendah, bahan ini tidak terkesan oleh perubahan harga petroleum yang sering turun naik.
1.3.6.
Kos bahan rendah
Kerana termoset boleh di acu 13 dengan tepat, hanya terdapat sedikit sisa yang terhasil di mana kos bahannya menjadi lebih rendah berbanding produk logam.
8
PERSEDIAAN BAHAN KOMPOSIT
1.3.7.
Meningkatkan produktiviti
Pereka bentuk industri dan jurutera boleh mengurangkan kos pemasangan dengan menggabungkan beberapa komponen pemasangan yang lampau kepada komponen tunggal (Foto 1-7). Juga, bahagian sisipan 14 boleh dimasukkan secara langsung kepada komponen semasa proses pengacuan di mana dapat menghapuskan proses pasca (pemasangan). Sebagai tambahan, komposit biasanya tidak memerlukan kerja pemesinan lanjut oleh itu mengurangkan proses pembuatan dan masa untuk dipasarkan.
Bingkai Logam: Beberapa bahagian logam dicantum secara kimpalan
Bingkai Komposit: Hanya satu bahagian yang dibentuk secara pengacuan
Foto 1-7: Bingkai Basikal (99 Spokes, t.t)
1.4.
Kelebihan Komposit
Kelebihan penggunaan komposit yang disenaraikan di atas dirumuskan dan kelebihan lain ditambah seperti berikut: • Ketepatan dimensi pengacuan 15 membolehkan o had terima yang rendah o pengacuan berulang o pengecutan pasca pengacuan yang rendah • • • • •
Rintangan kimia Bahagian-bahagian dan fungsi yang boleh disepadukan Reka bentuk fleksibel Tahan lasak Modulus flekstural yang tinggi o o o o o o
Boleh membawa lebih beban Kekuatan hentaman yang tinggi Prestasi tinggi pada perubahan tinggi suhu Rintangan haba Kalis api semula jadi Rintangan rayapan 16
9
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
o Pengekalan sifat mekanikal o Kestabilan termal yang unggul • Lebih ringan berbanding logam • Kos rendah berbanding proses tuangan logam 17 • Kandungan petrokimia yang rendah o Kos lebih stabil berbanding komoditi petroleum • • • • •
Kos lebih rendah per isipadu berbanding termoplastik Sisipan boleh dipasangkan semasa proses pengacuan Penebat elektrik yang cemerlang Rintangan arka dan jejak Kebolehan di lindap kejutan 18
1.5.
Kelemahan Komposit
Terdapat beberapa kelemahan bahan komposit. Sebahagiannya dalah seperti berikut: • Terdapat bahan mentah untuk membuat komposit yang mahal. Walau bagaimana pun kos penjagaan jangka panjang boleh dikurangkan. • Sebahagian produk komposit memerlukan peralatan dan mesin yang mahal untuk menghasilkannya. • Bahan komposit tidak tahan kepada kerosakan hentaman. Komposit lebih rapuh berbanding logam tempa 19 menjadikannya lebih mudah rosak. • Sebahagian bahan mentah komposit memerlukan sistem sejuk beku untuk pengangkutan dan penyimpanan serta mempunyai jangka hayat yang terhad. • Perlukan proses pengawetan 20 o Pengawetan secara pemanasan diperlukan dalam banyak keadaan di mana peralatan khas diperlukan. o Pengawetan samada secara panas atau sejuk akan menambahkan masa pembuatan. • Sukar untuk mengesan kerosakan komposit terutamanya jika berlaku kegagalan pada gentian yang lazimnya tidak kelihatan kerana diselaputi matriks. • Sukar untuk dibaiki: o Komposit hendaklah dibersihkan dengan sempurna dari semua kontaminasi sebelum dibaiki. o Komposit hendaklah kering sepenuhnya sebelum dibaiki kerana semua matriks dan sebahagian jenis gentian boleh menyerap kelembapan. o Pembaikan pada suhu matang asal memerlukan peralatan dan tekanan. o Jika rivet digunakan dan perlu ditanggalkan, boleh menyebabkan berlakunya kerosakan pada produk.
10
PERSEDIAAN BAHAN KOMPOSIT
• Bahan komposit tidak tahan pada suhu tinggi o Resin menjadi lemah pada suhu serendah 150°C. o Pada suhu melebihi 300°C boleh mengakibatkan kegagalan pada struktur. o Resin yang terbakar menghasilkan bahan toksik dan butiran mikro ke udara yang amat berbahaya kepada manusia.
11
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
BAB 2: KLASIFIKASI BAHAN KOMPOSIT
K
omposit boleh diklasifikasikan mengikut jenis matriks, yang terdiri daripada sama ada polimer, logam, karbon, seramik atau simen. Komposit juga boleh diklasifikasikan mengikut bentuk pengukuh 21. Komposit yang mengandungi partikel sebagai pengukuh dinamakan komposit partikel. Komposit mengandungi gentian sebagai pengukuh disebut komposit bergentian 22. Komponen-komponen komposit juga boleh dibentuk secara berlapis-lapisan. Contohnya ialah lantai lamina yang mempunyai lapisan polimer, kertas dan papan gentian yang dilekatkan secara berlapis-lapis.
2.1.
Pengelasan Komposit Mengikut Jenis Matriks Bahan Komposit (Jenis Matriks) Komposit Bermatriks Logam
Komposit Bermatriks Seramik
Komposit Bermatriks Polimer
Termoset
Termoplastik
Getah Rajah 2-1: Klasifikasi Komposit Asas Matriks
12
PERSEDIAAN BAHAN KOMPOSIT
2.1.1.
Komposit bermatriks logam
Komposit bermatriks logam 23 adalah bahan komposit yang mengandungi sekurangkurangnya dua bahagian di mana salah satunya ialah logam. Satu lagi bahan boleh terdiri daripada logam atau bahan lain seperti seramik atau sebatian organik. Sekiranya tiga jenis bahan wujud, ia disebut komposit hibrid. Contoh-contoh komposit bermatriks logam dan kegunaannya. • Mata gerudi karbida yang diperbuat daripada kobalt yang tahan lasak sebagai matriks dengan partikel tungsten karbida (Foto 2-1) di dalamnya. Mata gerudi jenis ini tahan pada suhu tinggi serta tahan kehausan berbanding keluli halaju tinggi24.
Foto 2-1: Gerudi Tungsten Karbida
• Honda menggunakan logam aluminium sebagai matriks untuk pelapik silinder enjin (Foto 2-2) dengan karbon sebagai partikel. Pelapik jenis ini lebih tahan pada suhu tinggi.
Pelapik
Foto 2-2: Pelapik silinder enjin (European Aluminium Association, 2011)
• Contoh lain komposit bermatriks logam adalah Keluli Tahan Karat, Aloi Aluminium dan Aloi Titanium.
13
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
2.1.2.
Komposit bermatriks seramik25
Foto 2-3: Komposit Bermatriks Seramik
Komposit bermatriks seramik (Foto 2-3) berada di dalam kumpulan bahan komposit serta seramik teknikal. Ia mengandungi gentian seramik yang dimasukkan ke dalam matriks seramik, yang menghasilkan komposit bertetulang gentian seramik26. Matriks dan gentian boleh mengandungi mana-mana jenis bahan seramik, di mana karbon dan gentian karbon juga boleh dikelaskan sebagai bahan seramik. Komposit bermatriks simen seperti konkrit juga boleh dikelaskan sebagai bahan seramik. Contoh-contoh komposit bermatriks seramik dan kegunaannya: • Sistem pelindung haba 27 (Rajah 2-2) untuk kenderaan angkasa lepas, yang diperlukan semasa fasa kemasukan semula ke bumi, di mana keadaan adalah bersuhu tinggi dari kejutan haba dengan beban getaran tinggi.
Reinforced carbon-carbon (RCC) Black High-Temperature Reusable Surface Insulation (HRSI) Low-Temperature Reusable Surface Insulation (LRSI) Advanced Flexible Reusable Surface Insulation (AFRSI) Fibrous Refractory Composite Insulation (FRCI)
Rajah 2-2: Sistem pelindung haba kapal angkasa (NASAfacts, 2022)
14
PERSEDIAAN BAHAN KOMPOSIT
• Komponen untuk turbin gas seperti kebuk pembakaran enjin (Foto 2-4), ‘stator vanes’ dan bilah turbin yang memerlukan ketahanan suhu tinggi.
Foto 2-4: Nozel enjin jet (Meltzer, 2008)
• Contoh lain komposit bermatriks seramik adalah Aluminium Oksida, Karbon dan Silikon Karbida.
2.1.3.
Komposit bermatriks polimer28
Tidak semua plastik adalah komposit. Sebenarnya, kebanyakan plastik — plastik yang digunakan dalam mainan, botol air dan barang-barang biasa — bukan komposit. Mereka plastik tulen. Tetapi banyak jenis plastik dapat diperkuat untuk menjadikannya lebih kuat. Kombinasi plastik dan tetulang ini dapat menghasilkan beberapa bahan terkuat, paling serba boleh (kerana beratnya) yang pernah dikembangkan oleh teknologi. Resin polimer (seperti poliester, ester vinil, epoksi atau fenolik) kadangkadang disebut sebagai plastik. Komposit bermatriks polimer (PMC) tidaklah sekuat dan sekukuh dari segi kekuatan mekanikal mahupun rintangan haba berbanding komposit bermatriks logam dan seramik. Jenis bahan yang digunakan sebagai matriks dalam PMC terdiri daripada bahan polimer: • termoset • termoplastik Terdapat beberapa keburukan dan kebaikan kedua-dua jenis polimer yang disenaraikan di atas. Dalam buku ini, tumpuan adalah kepada komposit bermatriks polimer dan sebahagian besarnya menggunakan ‘termoset’. Maklumat lanjut berkaitan PMC akan diterangkan dalam bab yang akan datang.
15
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
2.2.
Pengelasan Komposit Mengikut Jenis Pengukuh
Komposit yang dikelaskan mengikut jenis pengukuh terbahagi kepada empat kelas utama iaitu pengukuh misai 29, partikel, gentian dan struktur (Rajah 2-3). Bahan Komposit (Jenis Pengukuh)
Pengukuh Misai
Pengukuh Partikel
Partikel Besar
Pengukuh Gentian
Pendek
Struktur
Panjang
Hibrid
Partikel Nano
Dijajarkan
Sehala
Serong
Serpih
Rawak
Dwihala
Ortogon
Lamina
Sandwic
Rajah 2-3: Klasifikasi Komposit Jenis Pengukuh
2.2.1.
Komposit pengukuh misai
Pengukuh misai (Rajah 2-4) adalah gentian pendek dengan orientasi rawak. Misai merupakan kristal tunggal yang bebas dari kecacatan menjadikannya lebih kukuh dan tegar berbanding gentian. Ia boleh dihasilkan daripada pelbagai bahan seperti grafit, silikon karbida, aluminium oksida, besi, dan seumpamanya. Namun begitu proses penghasilan misai adalah sangat mahal jika perlu dikeluarkan dengan banyak. Oleh itu secara asasnya produk berpengukuh misai adalah lebih mahal berbanding produk berpengukuh gentian kecuali untuk pengeluaran berskala kecil.
Rajah 2-4: Pengukuh misai
Pengukuh misai sukar untuk ditempatkan berbanding pengukuh jenis partikel, oleh itu sangat sukar untuk memperolehi nisbah pengukuh kepada matriks yang tinggi. Pengukuh misai juga mudah rosak, iaitu menjadi lebih pendek ketika diproses. Adalah sangat sukar untuk mengeluarkan produk bersaiz besar yang bebas dari kecacatan jika menggunakan misai. Selain itu, ia juga mudah tersalah orientasi yang akhirnya menghasilkan bahan komposit anisotropi (nilai sifat yang berbeza apabila diukur dari arah yang berbeza) yang tidak dihajati.
16
PERSEDIAAN BAHAN KOMPOSIT
2.2.2.
Komposit pengukuh partikel
Komposit partikel (Rajah 2-5) terdiri dari matriks yang diperkukuhkan dengan butiran partikel yang tersebar keseluruhan matriks. Pengukuh partikel ini terbahagi kepada dua kategori iaitu partikel besar dan partikel nano (Rajah 2-6) yang juga dikenali sebagai partikel sebaran-pengukuh 30. Bahan partikel ini biasanya adalah logam oksida Rajah 2-5: Pengukuh partikel yang dimasukkan ke dalam matriks logam. Komposit partikel direka untuk mendapatkan gabungan sifat yang luar biasa, bukan untuk memperbaiki kekuatan.
Rajah 2-6: (a) partikel besar (b) partikel nano
Pengukuh partikel dalam komposit adalah kurang berkesan dari segi kekuatan berbanding pengukuh gentian. Penggunaan pengukuh partikel adalah untuk menghasilkan produk yang tegar terutamanya, namun ia juga turut menyumbang kepada peningkatan kekuatan dan keliatan. Kelebihan utama komposit pengukuh partikel adalah kos yang rendah serta mudah dikeluarkan dan dibentuk. Pengukuh partikel digunakan untuk bahan yang memerlukan rintangan kehausan yang tinggi seperti permukaan jalan raya. Kekerasan simen dipertingkatkan dengan menambah kerikil sebagai pengukuh. 2.2.2.1.
Partikel besar
Partikel besar berukuran beberapa milimeter adalah pembawa beban utama dan berkeupayaan untuk mengekalkan bentuk matriks. Konkrit (Foto 2-5) adalah contoh komposit partikel besar di mana simen bertindak sebagai matriks sementara pasir dan kerikil adalah partikel besar. Foto 2-5 Campuran konkrit: Simen, batu dan pasir (ET Bureau, 2021)
17
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
2.2.2.2.
Partikel nano
Matriks bahan komposit dengan partikel nano bertindak sebagai pembawa beban utama iaitu berlawanan dengan komposit partikel besar. Contoh penggunaan partikel nano adalah: Serbuk aluminium yang di’sinter’ 31 (SAP) mempunyai matriks aluminium diperkuatkan yang menjadikannya lebih kuat, tahan rayapan 32 yang tinggi dan tidak sensitif kepada perubahan suhu yang tinggi (Foto 2-7). Tungsten Karbida (TC) adalah partikel seramik keras di serak di dalam matriks logam (kobalt). TC adalah seramik yang keras, tegar dan suhu lebur tinggi. Untuk meningkatkan kelasakan dan ketahanan hentaman, partikel TC digabung dengan serbuk kobalt dan ditekan Foto 2-6: Produk Aluminium Sinter (Institute of Making, menjadi serbuk kompak. TC digunakan terutamanya t.t) sebagai mata alat pemotong
Foto 2-7: Mata alat pemotong tungsten karbida (Kanon Calibration Service, t.t)
2.2.2.3.
Serpih
Serpih 33 adalah juga jenis utama pengukuh dalam bahan komposit. Perbezaan serpih berbanding partikel adalah bentuknya yang berupa platelet dua dimensi. Bahan serpih biasanya daripada gelas, mika, aluminium dan perak. Komposit berisi serpih mempunyai modulus flekstural dan kekuatan yang tinggi serta murah. Tetapi serpih ini tidak boleh diorientasikan arahnya dan hanya sedikit sahaja bahan yang tersedia. Kegunaan utama pengukuh serpih adalah untuk menambah ketegaran bahan matriks.
18
Rajah 2-7: Komposit Serpih
PERSEDIAAN BAHAN KOMPOSIT
2.2.3.
Komposit gentian
Contoh lazim komposit gentian adalah Plastik Bertetulang Gentian 34 (FRP) berupa bahan komposit yang di buat daripada matriks polimer diperkukuhkan dengan gentian. FRP biasanya digunakan dalam industri aeroangkasa, automotif, marin, dan pembinaan. Kebanyakan komposit bertetulang gentian menunjukkan peningkatan dalam kekuatan, modulus, nisbah kekuatan kepada berat dan tegar. Banyak jenis bahan tetulang digunakan. Sebagai contoh, tetulang batang besi di dalam struktur konkrit dan gentian kaca di dalam matriks polimer.
Rajah 2-8: Komposit Gentian
Matriks biasanya terdiri daripada epoksi, vinilester atau poliester tak tepu (plastik termoset) dan resin fenol formaldehid. Bahan matriks memindahkan daya kepada gentian, di mana gentian menanggung kebanyakan daya yang dikenakan terhadap komponen. Matriks juga memberi pelindungan kepada permukaan gentian. Matriks memberi kawalan yang major terhadap sifat elektrik, perlakuan kimia, dan peningkatan suhu dalam komposit. Gentian biasanya terdiri daripada kaca, karbon, basalt atau aramid. Gentian-gentian lain seperti kertas atau kayu atau asbestos juga kadang-kala digunakan. Gentian yang dimasukkan dalam matriks boleh jadi dalam bentuk pendek (terputus) atau panjang (berterusan) atau hibrid (campuran lebih dari satu gentian). 2.2.3.1.
Gentian Pendek
Gentian yang pendek di campur ke dalam matriks samada dengan penjajaran atau secara rawak. Panjangnya adalah pelbagai dan lazimnya berukuran 1mm. Gentian pendek mempunyai sifat mekanikal yang lebih rendah berbanding gentian panjang. Sungguh pun begitu, penggunaan gentian pendek mempunyai permintaan yang tinggi terutamanya bagi pengeluaran produk yang melalui proses pengacuan secara suntikan 35, penyemperitan 36, tekanan 37 dan semburan 38. Proses-proses pembuatan ini tidak sesuai menggunakan gentian panjang kerana akan mengakibatkan degradasi gentian.
Rajah 2-9: Gentian pendek
Walaupun gentian pendek tidak sebaik gentian panjang, namun bahan komposit yang dihasilkan dengan betul menghadirkan sifat yang lebih baik berbanding penggunaan polimer tulen. Oleh itu amatlah berbaloi untuk memperkukuhkannya dengan gentian walau pun dengan gentian yang pendek. Tambahan pula untuk produk prestasi biasa, penambahan gentian akan mengurangkan kos bahan mentah kerana kebanyakan
19
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
gentian lebih murah dari polimer. Maka kebanyakan produk plastik tidak digunakan bersendirian tetapi sebagai komposit!. 2.2.3.2.
Gentian Panjang
Gentian panjang digunakan apabila ingin mendapatkan sifat mekanikal yang tinggi. Ia ditempatkan dan disusun selari dengan panjang produk dan juga daya yang dikenakan. Sungguhpun begitu tidak semua proses pembuatan sesuai menggunakan gentian panjang berbanding gentian pendek. Ia sering digunakan untuk menghasilkan produk berprestasi tinggi. 2.2.3.3.
Rajah 2-10 Gentian panjang
Gentian Hibrid
Gentian hibrid mengandungi 2 atau lebih jenis gentian yang berlainan. Penggunaan komposit hibrid semakin meningkat kerana ia boleh menghasilkan sifat bahan yang dipertingkatkan dan pelbagai lagi kelebihan berbanding komposit tradisional.
Rajah 2-11: Konfigurasi gentian hibrid (Yu, Longana, Jalalvand, Wisnom, & Potter, 2015)
Terdapat tiga konfigurasi utama gentian hibrid seperti yang ditunjuk oleh Rajah 2-11 di atas, iaitu: • Komposit hibrid inter-lamina 39 • Komposit hibrid intra-lapis 40 • Komposit hibrid inter-campuran 41
20
PERSEDIAAN BAHAN KOMPOSIT
Pemilihan konfigurasi hibrid dan jenis bahan gentian adalah tertakluk kepada sifat bahan komposit yang ingin dihasilkan. Subjek ini tidak akan dibincangkan dalam buku ini kerana pemilihannya adalah di peringkat pereka bentuk dan jurutera
2.2.4.
Komposit struktur
2.2.4.1.
Komposit Lamina
Komposit berstruktur yang dihasilkan daripada beberapa lapisan fabrik dinamakan sebagai komposit lamina. Komposit lamina pada asasnya adalah merupakan lapisan beberapa kepingan fabrik gentian pada orientasi (arah gentian) yang berbeza. Tujuan orientasi adalah untuk menanggung beban pada arah yang dikenakan. Matriks pula samada merupakan penyalutan yang sangat nipis, pelindungan permukaan yang tebal, ‘cladding’, bimetal dan lamina. Helaian atau kepingan 42 individu disambung dengan menggunakan perekat 43 seperti papan lapis. Komposit bermatriks polimer yang dibina daripada beberapa lapisan fabrik atau pra-serap 44 digabung dengan menggunakan perekat atau resin.
Rajah 2-12: Lapisan polimer bertetulang gentian disusun dan direkat menjadi lamina (Dassault Systèmes, t.t)
2.2.4.2.
Komposit Sandwic
Komposit sandwic (Sandwich) mempunyai lapisan nipis di permukaan dan dilapiskan dengan bahan teras45 seperti busa 46 atau ‘honeycomb’ ditengah-tengah.
21
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
Rajah 2-13: Lamina lapisan polimer bertetulang gentian dikedua-dua permukaan dengan teras honeycomb di tengah (AvStop Online Magazine, t.t)
22
PERSEDIAAN BAHAN KOMPOSIT
BAB 3: KOMPOSIT BERTETULANG GENTIAN
K
omposit industri, juga dikenali sebagai komposit FRP (Fiber-Reinforced Polymer), di buat dari matriks polimer yang diperkuat dengan gentian semula jadi atau buatan manusia (seperti kaca, karbon, aramid atau bahan penguat lain). Dalam kebanyakan produk industri, resin poliester adalah matriks dan gentian kaca adalah penguat. Tetapi banyak kombinasi resin dan tetulang digunakan dalam komposit — dan setiap bahan menyumbang kepada sifat unik produk siap: Gentian, kuat tetapi rapuh, memberikan kekuatan dan kekakuan, sementara resin yang lebih fleksibel memberikan bentuk dan melindungi serat. Komposit FRP juga boleh mengandungi pengisi, bahan tambahan, bahan teras atau kemasan permukaan yang dirancang untuk meningkatkan proses pembuatan, penampilan dan prestasi produk akhir.
Matlamat reka bentuk komposit bertetulang gentian adalah untuk memperolehi kekuatan tinggi berasaskan beratnya. Kriteria ini disebut sebagai kekuatan spesifik dan modulus spesifik di mana parameter koresponden dengan graviti spesifik. (Nisbah kekuatan : berat). Faktor-faktor yang mempengaruhi kekuatan komposit bertetulang gentian adalah: • • • • •
Panjang gentian Garis pusat gentian Orientasi gentian (arah gentian dalam komposit) Jumlah kandungan gentian Sifat gentian dan matriks
23
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
3.1. 3.1.1.
Peranan Gentian Pengaruh panjang gentian
Ciri-ciri mekanikal komposit bertetulang gentian bergantung kepada sifat gentian dan juga sebanyak mana beban dipindahkan dari matriks kepada gentian. Magnitud pemindahan beban dari matriks kepada gentian adalah pada sempadan antara muka gentian dan matriks. Apabila dikenakan beban, ikatan gentian-matriks ini terencat di hujung gentian, menampakkan perubahan bentuk matriks seperti ditunjuk pada Rajah 3-1.
Rajah 3-1: Corak perubahan bentuk pada matriks yang meliputi gentian yang dikenakan daya tegangan (Sultana, 2020).
Panjang kritikal – diperlukan bagi mempengaruhi kekuatan dan kekukuhan komposit yang berkesan. Panjang kritikal ini bergantung kepada garis pusat dan kekuatan tegangan muktamad dan kekuatan ikatan gentian-matriks (atau kekuatan alah ricihan matriks – bergantung kepada mana yang lebih kecil). Untuk beberapa kombinasi gentian-matriks bagi kaca dan karbon, panjang kritikal adalah kira-kira 1mm, dengan julat 20 hingga 150 kali garis pusat gentian. Perkara ini tidak akan dibincangkan lebih lanjut dalam kursus ini kerana perkiraan panjang kritikal adalah di peringkat pereka bentuk dan jurutera. Ringkasnya, untuk memberi kesan yang ketara kepada kekuatan, gentian mestilah dalam bentuk berterusan.
3.1.2.
Pengaruh orientasi dan konsentrasi gentian
Susunan relatif orientasi gentian antara satu sama lain, konsentrasi, dan penyerakan, semuanya mempunyai pengaruh yang ketara terhadap sifat komposit. Bagi orientasi, dua perkara boleh berlaku: • jajaran selari gentian yang membujur bagi satu arah dan • jajaran rawak. Gentian berterusan biasanya sejajar (Rajah 3-2 a). Bagi gentian tidak berterusan pula, boleh jadi sejajar (Rajah 3-2 b), orientasi rawak (Rajah 3-2 c) atau orientasi separa. Sifat komposit adalah lebih baik sekiranya penyerakan gentian seragam. Komposit terbaik adalah dengan gentian yang berterusan dan sejajar dengan arah daya.
24
PERSEDIAAN BAHAN KOMPOSIT
Rajah 3-2: Lakaran skematik (a) sejajar dan berterusan (b) tidak berterusan dan sejajar (c) tidak berterusan dan orientasi rawak
3.1.3.
Komposit gentian berterusan dan terjajar
Tindak balas mekanikal terhadap komposit jenis ini bergantung kepada beberapa faktor termasuk perlakuan tegasan-keterikan fasa gentian dan matriks, fasa nisbah isipadu 47, dan, arah di mana tegasan dan daya dikenakan. Sifat komposit yang mempunyai gentian yang terjajar adalah bersifat anisotropik yang tinggi, bergantung kepada arah ia diukur. Sebagai contoh, perlakuan tegasan-keterikan adalah tinggi dalam situasi jika tegasan dikenakan selari dengan jajaran gentian seperti Rajah 3-2 (a).
3.2.
Komposit Termaju
Komposit termaju adalah komposit yang diperbuat daripada gentian berkekuatan dan bermodulus tinggi yang dimasukkan ke dalam matriks yang homogen (seragam). Komposit termaju digunakan sebagai komponen primer dan sekunder kenderaan aerokraf dan aeroangkasa atau lain-lain komponen kejuruteraan. Bahan komposit termaju juga dikenali sebagai “advanced polymer matrix composites” biasanya menggunakan gentian berkekuatan tinggi, kekukuhan tinggi dan ‘modulus elastik’ tinggi berbanding bahan lain. Gentian-gentian ini disalut atau diikat oleh matriks yang lemah. Gentian berkekuatan tinggi juga sangat ringan dan memenuhi isipadu yang besar. 25
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
Komposit termaju mempamerkan sifat fizikal dan kimia yang diperlukan termasuk kombinasi jisim yang rendah (sangat ringan) dengan kekukuhan yang tinggi, dan kekuatan sepanjang arah orientasi gentian tetulang, kestabilan dimensi (ukuran), rintangan terhadap haba dan bahan kimia, prestasi fleksibel, dan mudah untuk diproses. Komposit termaju menggantikan logam dalam banyak aplikasi terutama dalam industri aeroangkasa’ (Wikipedia, 2021). Antara kegunaan bahan komposit termaju adalah untuk menggantikan struktur logam yang berat dengan struktur yang lebih ringan tetapi kuat. Ini membolehkan kapal terbang menjadi lebih ringan serta membawa lebih banyak muatan, terbang lebih jauh dan menggunakan kuantiti bahan api yang lebih rendah. Di dalam industri angkasa, lebih banyak muatan diangkut dengan kos lebih rendah untuk setiap unit berat (per kg) pesawat melalui penggunaan bahan komposit. Komposit berprestasi tinggi adalah komposit yang mempunyai sifat yang lebih baik daripada struktur logam konvensional, terutamanya pada nisbah kekuatan-kepadaberat atau kekukuhan-kepada-berat. Komposit ini menggunakan gentian berterusan dan berorientasi dalam matriks polimer, logam atau seramik bagi mencapai sifat-sifat yang unggul. Fungsi utama gentian atau tetulang ialah untuk menahan beban di sepanjang gentian, memberi kekuatan dan kekukuhan mengikut satu arah. Orientasi gentian boleh disusun mengikut arah beban utama. Istilah komposit termaju digunakan kepada komposit yang digunakan untuk aplikasi kritikal seperti industri aeroangkasa. Ia juga digunakan pada peralatan sukan berprestasi tinggi seperti reket tenis, pemukul golf dan joran memancing yang biasanya mengandungi gentian karbon dan aramid. Selain dari itu komposit termaju juga digunakan dalam bidang ketenteraan, automotif, marin (pengangkutan air), infrastruktur, pembinaan, biomedikal (seperti anggota palsu) dan banyak lagi.
3.3.
Aplikasi Komposit
Penggunaan bahan komposit (plastik bertetulang gentian) adalah sangat sesuai bagi reka bentuk produk atau komponen yang memerlukan pengurangan berat dan juga kejuruteraan jitu. Komponen komposit juga boleh mempermudahkan dari segi pengeluaran dan pengoperasian berbanding komponen konvensional. Polimer yang diacukan lebih murah, cepat dan lebih mudah dibina berbanding aluminium tuangan atau keluli, dan seterusnya mampu mengekalkan atau kadangkala lebih baik toleran dan kekuatannya. Aplikasi komposit ditentukan melalui pemilihan matriks dan gentian di peringkat reka bentuk. Antara bahan gentian yang banyak digunakan adalah karbon dan kaca yang akan diberikan contoh penggunaan dalam bab ini.
3.3.1.
Polimer bertetulang gentian karbon
Contoh penggunaannya adalah pada kemudi48 pesawat Airbus A310 yang sebelum ini menggunakan kepingan aluminium. 26
PERSEDIAAN BAHAN KOMPOSIT
Rajah 3-3: Kedudukan kemudi pada ekor pesawat terbang (OpenPR, 2020)
Antara kelebihan penggunaan polimer bertetulang gentian karbon pada pesawat ini adalah: • Pengurangan sehingga 25% berat • Pengurangan komponen sebanyak 95% kerana semua komponen tradisional digabungkan menjadi beberapa komponen sahaja. • Pengurangan kos pengeluaran dan pengoperasian. Kos bahan mentah yang lebih murah menjimatkan kos di peringkat pembuatan. Manakala pengurangan berat membantu penjimatan penggunaan bahan api yang secara langsung mengurangkan kos operasi untuk menerbangkan pesawat.
3.3.2.
Polimer bertetulang gentian kaca
Contoh penggunaannya adalah pembuatan intake manifolds (Rajah 3-4) injin yang sebelum ini diperbuat dari aluminium tuangan. Antara kelebihan penggunaan polimer bertetulang gentian kaca pada intake manifolds ini adalah: • Pengurangan sehingga 60% berat. • Memperbaiki kualiti permukaan dan aerodinamik. • Pengurangan komponen melalui Rajah 3-4: Intake manifolds (Warrior, 2010) penggabungan beberapa komponen tradisional menjadi Rajah 3-4 beberapa komponen acuan sahaja
27
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
Contoh lain penggunaan polimer bertetulang gentian kaca adalah pedal brek dan klac.
Rajah 3-5: Pedal brek (Malnati, 2020)
Kelebihan penggunaan polimer bertetulang gentian kaca pada pedal brek berbanding aluminium tempa adalah: • Pedal diacukan menjadi satu komponen yang menggabungkan pedal dan penyambungan mekanikal yang mana proses reka bentuk dan pembuatan dapat dipermudahkan. • Gentian boleh diorientasikan terhadap ketegasan spesifik dan dapat meningkatkan ketahanan dan keselamatan.
3.3.3.
Produk struktur FRP
Polimer bertetulang gentian digunakan untuk memperkuatkan bendul 49, tiang 50 dan papak 51 yang digunakan untuk pembinaan bangunan, jambatan dan seumpamanya. Contoh produk-produk struktur FRP adalah seperti dalam Rajah 3-6 berikut.
Rajah 3-6: Produk struktural FRP (W.S. HAMPSHIRE, 2021)
28
PERSEDIAAN BAHAN KOMPOSIT
Contoh penggunaannya adalah seperti pembinaan jambatan (Rajah 3-7) yang diperbuat dari pelbagai bentuk struktur FRP yang menjadikannya lebih ringan dan tahan lasak. Ini sekaligus dapat mengurangkan kos operasi dan kos penyenggaraan berbanding jambatan konkrit dan keluli.
Rajah 3-7: Jambatan FRP (Canam)
29
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
BAB 4: BAHAN LANGSUNG KOMPOSIT
Komposit terdiri daripada pengukuh gentian dan matriks resin, yang merupakan bahan utama dalam komposit. Mereka juga boleh merangkumi bahan teras, pengisi52, bahan aditif dan kemasan permukaan untuk memberikan atribut prestasi yang unik. Mereka mempunyai ciri-ciri dan bentuknya yang tersendiri mengikut jenisnya. Matriks
Interface
Pengukuh Gentian
Rajah 4-1: Matriks dan pengukuh gentian
Untuk menghasilkan produk komposit, terdapat dua kategori bahan yang diperlukan iaitu bahan langsung dan bahan tidak langsung. Kedua-dua kategori bahan ini diperlukan dari awal proses pembuatan sehingga produk digunakan. Bahan langsung adalah bahan yang menjadi komponen yang kekal berada dalam produk akhir komposit. Sementara bahan tidak langsung digunakan untuk menyokong atau membantu proses pengeluaran produk komposit. Dalam bab ini sebahagian bahan langsung yang biasa digunakan dalam industri komposit akan dinyatakan satupersatu.
4.1.
Resin
Matriks bertindak sebagai pemegang atau pelindung untuk pengukuh. Seperti yang telah dipelajari dalam bab yang lalu, matriks komposit terdiri dari tiga jenis utama iaitu
30
PERSEDIAAN BAHAN KOMPOSIT
matriks logam, matriks seramik dan matriks polimer. Bagi buku ini, hanya matriks polimer sahaja yang akan digunakan dan dibincangkan dengan lebih lanjut. Matriks polimer lebih dikenali sebagai resin dalam industri komposit. Seperti mana matriks yang lain, fungsi utama resin adalah untuk memindahkan tekanan antara gentian penguat, bertindak sebagai pelekat untuk menahan gentian, dan melindungi gentian dari kerosakan mekanikal dan persekitaran. Resin yang digunakan dalam komposit polimer bertetulang adalah termoplastik atau termoset. Resin ini terbuat dari polimer (molekul besar yang terdiri daripada rantai panjang molekul atau monomer yang lebih kecil).
4.1.1.
Penipis stirena 53
Stirena (Foto 4-1) ialah penipis yang disyorkan apabila menggunakan resin ester poliester dan vinil serta lapisan gel. Semua resin ester poliester dan vinil mengandungi monomer stirena. Penipisan resin dan lapisan gel biasanya tidak diperlukan, tetapi boleh dilakukan untuk aplikasi yang memerlukan kelikatan yang lebih rendah (menyembur atau meresap). Stirena tidak boleh ditambah lebih daripada 5% untuk mengekalkan sifat fizikal resin atau kot gel.
Foto 4-1: Penipis Stirena
4.1.2.
Foto 4-2: Lilin Stirena
Lilin stirena54
Tambahkan lilin stirena (Foto 4-2) pada resin poliester tidak berlilin dan lapisan gel untuk mengelakkan kelekitan berpanjangan yang dikaitkan dengan bahagian nipis poliester dalam komposit. Lilin stirena mengandungi 5% parafin yang dilarutkan dalam stirena. Apabila parafin ditambah kepada resin, lilin akan naik ke permukaan dan melindungi resin terawet daripada tindak balas udara. Sebaik sahaja resin terawet sepenuhnya, ia mesti diempelas55 sebelum sebarang aplikasi tambahan. Sebarang parafin pada permukaan akan menghalang lekatan lapisan selanjutnya. 31
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
AMARAN: Kedua-dua produk stirena di atas boleh mendedahkan anda kepada bahan kimia termasuk Styrene, A-Methylstryrene dan Ethylbenzene yang diketahui boleh menyebabkan kanser dan Toluene yang diketahui boleh menyebabkan kecacatan kelahiran atau kemudaratan reproduktif lain.
4.2.
Pengukuh
Pengukuh merupakan penguat dalam struktur komposit. Biasanya pengukuh lebih kuat daripada matriks. Pengukuh komposit terbahagi kepada empat kelas utama iaitu pengukuh misai, partikel, gentian dan struktur. Sifat-sifat, kelebihan dan kekurangan setiap bentuk ini telah dibincangkan dalam bab yang lepas. Bagi buku ini, hanya pengukuh kelas gentian sahaja yang akan dibincangkan dengan lebih lanjut. Pengukuh kelas struktur juga akan diperjelaskan pada bab yang akan datang. Banyak bahan boleh digunakan untuk menguatkan polimer. Sebilangan bahan, seperti selulosa dalam kayu, merupakan penguat yang wujud secara semula jadi. Sebilangan besar pengukuh komersial, bagaimanapun, adalah buatan manusia. Terdapat banyak bahan pengukuh yang tersedia secara komersial untuk memenuhi keperluan reka bentuk pengguna. Keupayaan inovasi dalam seni bina gentian memungkinkan untuk menghasilkan prestasi produk yang dioptimumkan, yang bermaksud penjimatan berat dan kos. Walaupun banyak bentuk gentian digunakan sebagai pengukuh dalam laminasi komposit, gentian kaca menyumbang lebih dari 90 peratus gentian yang digunakan dalam plastik bertetulang kerana ia murah untuk dihasilkan dan mempunyai ciri kekuatan berbanding berat badan yang agak baik.
4.3.
Prepreg
Prepreg (Foto 4-3) adalah ringkasan untuk ‘pre-impregnated’ di mana fabrik telah dipra-serap dengan resin. Sistem resin ini (biasanya epoksi) sudah termasuk agen pengawetan yang betul. Resin hanya separa awet bagi memudahkan pengendalian, peringkat ini dikenali sebagai Tahap B dan perlu disimpan di tempat yang sejuk memandangkan pempolimeran penuh hanya berlaku dengan bantuan haba pada suhu yang tinggi. Hasilnya, prepreg sedia untuk diletakkan ke dalam acuan tanpa penambahan resin lagi. Agar lamina terawet, adalah perlu menggunakan gabungan tekanan dan haba (FibreGlast, t.t).
32
PERSEDIAAN BAHAN KOMPOSIT
Lapis Kupas
Fabrik prepreg
Foto 4-3: Fabrik Prepreg (Tantra Composite, t.t)
4.4.
Bahan Teras
Bahan teras (Foto 4-4) digunakan secara meluas di seluruh industri komposit untuk membuat produk komposit yang kaku namun ringan. Kekonduksian termal, penebat bunyi, dan ketahanan api juga dapat ditingkatkan dengan menggunakan bahan teras yang tepat. Penggunaan bahan teras juga disebut pembinaan sandwic. Sandwic terdiri daripada lamina kulit muka56, bahan teras, dan lamina kulit belakang. Penggunaan teras menghasilkan laminasi yang lebih tebal dengan kenaikan berat badan minimum. Kekakuan adalah fungsi ketebalan lamina.
Foto 4-4: Bahan-bahan teras (General Plastics, 2020)
Struktur sandwic tercantum telah menjadi komponen asas industri komposit selama lebih dari 45 tahun. Konsep menggunakan kepingan muka yang agak nipis dan kuat yang tercantum pada bahan teras yang lebih tebal dan ringan telah membolehkan industri ini membina struktur yang kuat, kaku, ringan dan tahan lama yang sebelum ini dilihat tidak praktikal. Teknologi ini telah ditunjukkan dalam kapal, trak, kereta, bilah turbin angin dan panel bangunan. Peningkatan berat badan sebanyak 3% dapat 33
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
meningkatkan kekuatan lenturan dan kekakuan masing-masing sebanyak 3.5 kali dan 7 kali jika teras dan kulit dipilih dengan betul. Strukturnya kemudian bertindak secara monolitik. Lembaran muka boleh terdiri daripada hampir semua bahan. Dalam industri komposit, kepingan muka yang paling biasa adalah kaca dan karbon. Beberapa bahan teras dapat dibentuk, seperti corak wafel atau beralun untuk mencapai sifat mekanik yang diinginkan. Terdapat sejumlah jenis bahan teras yang tersedia, dengan pelbagai sifat dan kos: Penerangan lanjut berkaitan bahan teras ini akan dibicarakan pada modul yang akan datang.
4.5.
Pemula 57, Promoter & Perencat 58
Dalam poliester, aditif yang paling penting adalah pemangkin atau pemula (Foto 4-5). Biasanya, peroksida organik seperti metil etil keton peroksida (MEKP) digunakan untuk proses pengawetan suhu bilik, atau benzoil peroksida ditambahkan ke dalam resin untuk pengawetan secara pemanasan. Apabila dipicu oleh haba, atau digunakan bersama dengan promoter (seperti kobalt napthenate), peroksida berubah menjadi keadaan reaktif (menunjukkan radikal bebas), menyebabkan resin tak tepu bertindak balas (ikatan silang) dan menjadi padat. Beberapa bahan tambahan seperti TBC (butyl catechol tersier) digunakan untuk memperlambat kadar tindak balas dan disebut sebagai perencat. Pemecut 59 seperti DMA (dimetil anilin) pula digunakan untuk mempercepatkan proses pengawetan.
Foto 4-5: Pemula, Promoter & Perencat
4.6.
Pengeras
Pengeras 60 (Foto 4-6) adalah komponen yang terdapat dalam campuran larutan tertentu. Dalam beberapa larutan, pengeras digunakan untuk meningkatkan daya tahan larutan setelah ia mengeras. Dalam larutan lain pula ia digunakan untuk pengawetan komponen. Pengeras boleh jadi sebagai bahan tindak balas atau 34
PERSEDIAAN BAHAN KOMPOSIT
pemangkin yang berlaku semasa proses pencampuran. Ia juga dikenali sebagai pemecut (Corrosionpedia, 2019). Dalam pembuatan produk komposit, pengeras digunakan bersama resin epoksi.
Foto 4-6: Pengeras
4.6.1.
Pengeras MEKP
MEKP (Metil Etil Keton Peroksida) ialah pemangkin yang digunakan dalam industri komposit untuk resin poliester, vinil ester dan salutan gel. Ia bertindak balas dengan resin untuk mengubahnya daripada cecair kepada pepejal (mengawetkannya). Ia digunakan dalam nisbah yang berbeza-beza, biasanya antara 1%-3%, bergantung pada produk yang digunakan. MEKP ialah peroksida organik dan harus sentiasa dikendalikan dengan berhati-hati serta menggunakan Peralatan Pelindung Diri yang sesuai.
Foto 4-7: Pengeras MEKP
Foto 4-8: Pengeras BPO
35
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
4.6.2.
Pengeras BPO
BPO (benzoil peroksida), Foto 4-8, ialah peroksida yang digunakan untuk mengawetkan resin dan pengisi poliester dipercepatkan amina. Ia membolehkan kepada pengerasan dan pelepasan acuan yang cepat, walaupun pada suhu rendah.
4.7.
Aditif
Pelbagai jenis aditif dan bahan pengubah dapat digunakan untuk memperluas kegunaan polimer, meningkatkan kebolehprosesan atau memperpanjang daya tahan produk (CompositesLab, n.d.). Walaupun aditif umumnya digunakan dalam kuantiti yang relatif rendah berbanding dengan resin, tetulang dan pengisi, bahan tersebut berfungsi secara kritikal. Walaupun aditif dan pengubah sering meningkatkan kos sistem bahan asas, bahan ini selalu meningkatkan prestasi. Terdapat sebilangan aditif yang digunakan untuk mengubah dan meningkatkan sifat resin yang menjadi bahagian matriks polimer. Bahan tambahan ini merangkumi
4.7.1.
Thixotrope
Dalam beberapa proses seperti peletakan tangan atau penyemburan, agen thixotropic (Foto 4-9) boleh digunakan. Apabila "dalam keadaan rehat", resin yang mengandungi agen thixotropic tetap berada pada kelikatan tinggi. Ini mengurangkan kecenderungan resin cair mengalir dari permukaan menegak. Apabila resin dikenakan daya ricih, kelikatannya berkurang dan resin dapat disembur atau diberus dengan mudah pada acuan. Silika terasap dan tanah liat tertentu adalah agen thixotropic yang biasa.
Foto 4-9: Thixotrope
4.7.2.
Foto 4-10: Aumina trihydrate
Penghambat api61
Sebilangan besar resin termoset mudah terbakar dan menimbulkan asap toksik apabila dibakar. Rintangan pembakaran boleh ditingkatkan dengan pilihan resin yang betul, penggunaan pengisi atau aditif tahan api. Termasuk dalam kategori ini adalah bahan yang mengandungi ATH (alumina trihydrate, Foto 4-10), bromin, klorin, borat dan fosforus. 36
PERSEDIAAN BAHAN KOMPOSIT
4.7.3.
Penahan62
Dalam aplikasi acuan terbuka, penahan emisi (Foto 4-11) stirena (sejenis gas yang berbahaya) digunakan untuk menyekat penyejatan bagi pematuhan kualiti udara. Bahan berasaskan lilin ini membentuk filem di permukaan resin dan mengurangkan pelepasan stirena semasa proses pengawetan.
Foto 4-11: Penahan
4.7.4.
Foto 4-12: Inhibitor & Stabilizer
Perencat 63 & penstabil 64 UV
Kedua-dua komposit termoset dan termoplastik boleh menggunakan bahan khas yang ditambahkan untuk mencegah kehilangan kilatan 65, keretakan 66, pengkapuran 67, perubahan warna, perubahan ciri elektrik, penyerapan dan kerapuhan akibat sinaran ultraviolet (UV). Bahan tambahan (Foto 4-12), yang melindungi komposit dengan menyerap UV, disebut perencat ultraviolet. Bahan, yang melindungi polimer dengan cara lain, dikenali sebagai penstabil ultraviolet. Sekiranya resin yang tidak dilapisi gel akan terkena cahaya matahari, penambahan penstabil UV akan memperlambat degradasi permukaan.
4.7.5.
Aditif konduktif
Sebilangan besar komposit tidak mengalirkan elektrik. Adalah mungkin untuk memperoleh tahap kekonduksian elektrik dengan penambahan logam, partikel karbon (Foto 4-13: Aditif konduktif (Karbon)) atau gentian konduktif. Pelindung gangguan elektromagnetik dapat dicapai dengan memasukkan bahan konduktif.
Foto 4-13: Aditif konduktif (Karbon)
37
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
4.7.6.
Ejen pelepas
Ejen pelepas 68 (Foto 4-14) memudahkan penyingkiran komponen dari acuan. Produk-produk ini boleh ditambahkan ke resin, digunakan pada acuan, atau kedua-duanya. Zink stearata adalah agen pelepasan acuan yang popular yang dicampurkan ke dalam resin untuk proses pengacuan mampatan. Lilin, silikon dan agen pelepas lain boleh digunakan terus ke permukaan acuan.
4.8.
Pengisi
Foto 4-14: Ejen pelepas
Pengisi69 bukan sahaja mengurangkan kos komposit, tetapi juga sering memberikan peningkatan prestasi yang mungkin tidak dapat dicapai oleh bahan penguat dan resin sahaja. Pengisi sering juga disebut sebagai pelanjut 70. Sebagai perbandingan dengan resin dan tetulang, pengisi adalah bahan utama yang paling murah. Pengisi dapat meningkatkan sifat mekanikal termasuk prestasi terhadap api dan asap dengan mengurangkan kandungan organik dalam lamina komposit. Juga, resin yang diisi, kurang penyusutan daripada resin yang tidak diisi, sehingga meningkatkan kawalan dimensi bahagian yang dibentuk. Sifat-sifat penting, termasuk tahan air, luluhawa, kelancaran permukaan, kekakuan, kestabilan dimensi dan ketahanan suhu, semuanya dapat diperbaiki dengan penggunaan pengisi yang betul. Penggunaan pengisi bukan organik dalam komposit semakin meningkat. Apabila digunakan dalam lamina komposit, pengisi bukan organik boleh menyumbang 40 hingga 65% berat. Terdapat sebilangan besar bahan pengisi bukan organik yang boleh digunakan dengan komposit, termasuk:
4.8.1.
Kalsium karbonat
Kalsium karbonat (Foto 4-15) adalah pengisi bukan organik yang paling banyak digunakan. Ia tersedia dengan harga murah dalam berbagai ukuran partikel dan rawatan dari pembekal serantau yang mapan, terutama untuk aplikasi komposit. Gred pengisi kalsium karbonat yang paling umum berasal dari batu kapur atau marmar dan sangat biasa sebagai bahagian kenderaan.
Foto 4-15: Kalsium karbonat
Foto 4-16: Kaolin
38
PERSEDIAAN BAHAN KOMPOSIT
4.8.2.
Kaolin
Kaolin (hidrat aluminium silikat, Foto 4-16) adalah pengisi kedua yang paling biasa digunakan. Ia dikenali di seluruh industri dengan nama material yang lebih biasa, tanah liat. Tanah liat yang dilombong diproses sama ada dengan pengapungan udara atau dengan pencucian air untuk menghilangkan kekotoran dan untuk mengklasifikasikan produk untuk digunakan dalam komposit. Terdapat pelbagai saiz partikel.
4.8.3.
Alumina trihydrate
Alumina trihydrate (Foto 4-17) sering digunakan apabila peningkatan prestasi api / asap diperlukan. Apabila terkena suhu tinggi, pengisi ini mengeluarkan air (penghidratan), sehingga mengurangkan penyebaran api dan pengembangan asap. Aplikasi pemasangan paip komposit seperti tab mandi, bilik mandi dan produk bangunan yang berkaitan sering mengandungi alumina trihydrate untuk tujuan ini.
Foto 4-17: Alumina trihydrate
4.8.4.
Foto 4-18: Calcium sulfate
Kalsium sulfat
Kalsium sulfat (Foto 4-18) adalah pengisi penghambat api / asap utama yang digunakan oleh industri tab mandi / pancuran. Ia mempunyai sedikit air hidrasi, dan air dilepaskan pada suhu yang lebih rendah. Pengisi mineral ini menawarkan pengisi kalis api / asap kos rendah.
4.9.
Kemasan Permukaan
Kemasan permukaan boleh menjadi penting untuk penampilan jangka panjang produk komposit. Komposit FRP dapat menerima pelbagai kemasan permukaan, termasuk lapisan gel, tudung permukaan dan pelekat. Kemasan permukaan lain termasuk alifatik isosinat, poliuretana, poliester, akrilik dan epoksi dan dalam beberapa kes dengan pasir halus ditambahkan untuk perlindungan tambahan.
39
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
4.9.1.
Lapisan gel71
Kemasan permukaan yang biasa digunakan untuk komposit FRP adalah lapisan gel (Foto 4-19), iaitu sejenis resin poliester yang diformulasikan khas yang digunakan pada permukaan acuan sebelum penumpukan lamina. Fungsi utamanya adalah sebagai pelindung permukaan produk dan untuk keterampilan estetik yang berkualiti tinggi. Fungsi yang berlainan juga boleh diperolehi dengan mencampurkan aditif-aditif tertentu (Wikipedia, 2021). Lapisan gel digunakan untuk memperbaiki cuaca, menyaring sinaran ultraviolet, menambahkan tahan api, memberikan penghalang terma, meningkatkan ketahanan kimia, meningkatkan ketahanan terhadap lelasan, dan memberikan penghalang kelembapan. Lapisan gel digunakan untuk meningkatkan penampilan produk seperti permukaan lambung kapal atau kereta golf. Manfaat unik lapisan gel adalah bahawa ia dibekalkan dalam pelbagai warna dengan memasukkan pigmen mengikut spesifikasi jurutera.
Foto 4-19: Lapisan gel
4.9.2.
Foto 4-20: Pigmen
Pigmen
Pigmen (Foto 4-20) dan/atau pes pewarna ditambah kepada resin atau gelcoat untuk tujuan kosmetik atau menambahkan ketahanan kepada cuaca. Dalam situasi gelcoat, pigmen yang dikisar halus diadun dengan resin menggunakan pengadun berkelajuan tinggi. Kebanyakan pigmen berbeza tindak balasnya dalam resin poliester berbanding dalam cat. Ada pigmen yang akan melambatkan masa menjadi gel (gel time) manakala jenis lain mempercepatkannya pula. Bahan aditif boleh dicampurkan sebagai sebahagian dari resin atau digunakan dalam proses pengacuan (sebagai gelcoat). Pelbagai jenis salutan juga boleh digunakan selepas pengacuan.
4.9.3.
Kerudung permukaan 72
Dalam beberapa reka bentuk komposit, kerudung permukaan (Foto 4-21) digunakan untuk memperbaiki halangan kepada karat atau cuaca pada produk. Kerudung permukaan adalah kain yang terbuat dari nilon atau poliester yang bertindak sebagai
40
PERSEDIAAN BAHAN KOMPOSIT
span yang sangat tipis yang dapat menyerap resin hingga 90% isipadu. Ini membantu mengekalkan lapisan resin pelindung tambahan pada permukaan produk. Kerudung permukaan digunakan untuk memperbaiki penampilan permukaan dan memastikan adanya penghalang tahan kakisan untuk produk komposit biasa seperti paip, tangki dan peralatan proses kimia lain. Manfaat lain termasuk peningkatan daya tahan terhadap lelasan, UV dan kekuatan luluhawa yang lain. Kerudung boleh digunakan bersama dengan lapisan gel untuk memberikan pengukuhan pada resin.
Foto 4-22: Perekat
Foto 4-21: Kerudung permukaan
4.9.4.
Perekat 73
Perekat (Foto 4-22) digunakan untuk melekatkan komposit pada diri mereka sendiri dan juga permukaan lain. Ikatan pelekat adalah kaedah pilihan untuk mengikat komposit termoset dan kadangkala digunakan untuk komposit termoplastik. Perekat harus digunakan dalam reka bentuk sambungan di mana beban maksimum dipindahkan ke dalam komponen menggunakan ciri-ciri pemuatan pelekat dan bahan komposit. Perekat yang paling biasa adalah akrilik, epoksi, dan uretana. Ikatan kekuatan tinggi dengan ketahanan suhu tinggi akan menunjukkan penggunaan epoksi, sedangkan rintangan suhu sederhana dengan kekuatan yang baik dan pengawetan cepat mungkin menggunakan akrilik. Untuk aplikasi yang memerlukan keliatan, uretana mungkin dipilih.
4.9.5.
Perlindungan sinar UV
Bahan FRP secara semula jadi adalah mudah terdedah kepada degradasi ultraviolet (UV) bermula dengan perubahan kosmetik warna dan lama-kelamaan berdebu, terkopek dan merekah, akhirnya kehilangan resin pada permukaan bahan yang dipanggil gentian menyerpih 74, Foto 4-23). Kadar degradasi UV dipengaruhi oleh lokasi geografi, jenis resin, muatan gentian dan pengisi. Komposit FRP harus dilindungi dari UV dengan permukaan lapisan gel legap atau dengan mengecat permukaan yang terdedah. Memasukkan skrin UV ke dalam matriks juga berguna. Dari teknik ini, lapisan gel adalah yang paling biasa kerana ia memberikan permukaan yang baik dan permukaan pelindung tebal 10 hingga 20 mil (1/mm).
41
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
Sebelum Selepas Foto 4-23: Gentian menyerpih (foto kanan)
4.9.6.
Pengecatan
Sistem pengecatan (Foto 4-24 dan Foto 4-25) tersedia untuk kemasan komposit FRP dan digunakan secara meluas dalam bidang seni bina dan marin. Komposit FRP yang disediakan dengan betul juga dapat menerima pelbagai lapisan permukaan, termasuk cat berasaskan minyak dan air, serta sistem komponen majmuk seperti uretana. Sifat FRP yang tidak menyerap dan lengai membolehkan cat permukaan digunakan. Cat tidak boleh dihidu dan tidak memerlukan persiapan permukaan yang luar biasa melainkan lelasan dan penyingkiran sisa pelepasan acuan yang betul. Jubin seramik, logam, kayu, dan plastik lain boleh juga dilekatkan pada permukaan FRP, dengan syarat sifat terma yang berbeza dan peledingan panel dibenarkan, sama ada menggunakan pelekat yang fleksibel atau pemasangan secara mekanikal.
Foto 4-24: Cat tangan
4.9.7.
Foto 4-25: Cat semburan
Sebatian dempul75
Sebatian dempul dan pelekat dibuat dengan menambahkan kepekatan tinggi pengisi dan / atau serat ke resin. Formulasi ini sangat sesuai untuk mengikat, mengisi, dan memperbaiki bahagian komposit. Ianya boleh didapati dalam versi bertetulang dan tidak bertetulang. Sebatian dempul dapat disesuaikan dengan mudah untuk memenuhi keperluan penggunaan tertentu.
42
PERSEDIAAN BAHAN KOMPOSIT
Dempul (Foto 4-26) pada asasnya digunakan untuk menutup lubang. Ia juga boleh berfungsi sebagai bahan pelekat yang kuat yang mengikat, menetapkan dan menjadikan kalis air pelbagai jenis bahan. Setelah digunakan, ia akan menjadi meterai yang keras, kekal dan kalis air. Dempul alat boleh menjadi salah satu kaedah yang paling berkesan untuk memperkuat atau mengukuhkan permukaan acuan atau alat. Dempul alat akan menambahkan kestabilan dan ketegaran pada setiap acuan peletakan 76. Kelebihan dempul alat membolehkan pembinaan acuan yang lebih cepat dan ringan dengan lapisan tetulang yang minimum (Composite Envisions, 2021). Penggunaan sistem resin yang sama sangat penting ketika membuat alat, jadi jika dempul alat berasaskan epoksi digunakan, resin perkakas berasaskan epoksi juga perlu digunakan.
Foto 4-26: Dempul
43
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
BAB 5: MATRIKS POLIMER
M
atriks bertindak sebagai pemegang atau pelindung untuk pengukuh. Seperti yang telah dipelajari dalam bab yang lalu, matriks komposit terdiri dari tiga jenis utama iaitu matriks logam, matriks seramik dan matriks polimer. Bagi buku ini, hanya matriks polimer sahaja yang akan digunakan dan dibincangkan dengan lebih lanjut. Istilah polimer biasa digunakan pada hari ini dalam industri plastik dan komposit, dan sering digunakan untuk membayangkan makna "plastik" atau "resin". Sebenarnya, istilah polimer lebih dari ini. Polimer adalah sebatian kimia di mana molekul diikat bersama dalam rantai pengulangan yang panjang. Banyak bahan yang terdapat di persekitaran adalah polimer. Malah, struktur molekul asas semua hidupan tumbuhan dan haiwan adalah serupa dengan polimer sintetik. Polimer semula jadi termasuk bahan-bahan seperti sutera, syelek, bitumen, getah, dan selulosa. Walau bagaimanapun, majoriti polimer atau plastik yang digunakan untuk reka bentuk kejuruteraan adalah sintetik dan selalunya ia di rumus atau "direka" khusus oleh ahli kimia atau jurutera kimia untuk memenuhi tujuan tertentu. Jurutera lain (mekanikal, awam, elektrik dan sebagainya) biasanya mereka bentuk komponen kejuruteraan daripada bahan yang tersedia atau, kadangkala, bekerja secara langsung dengan ahli kimia atau jurutera kimia untuk mensintesis polimer dengan ciri-ciri tertentu (Springer Professional, t.t).
5.1.
Kategori Resin
Beberapa sifat berguna pelbagai polimer kejuruteraan ialah kekuatan tinggi atau nisbah modulus kepada berat (berat ringan tetapi agak kaku dan kuat), keliatan, keanjalan, ketahanan terhadap kakisan, kekurangan kekonduksian (haba dan elektrik), warna, ketelusan, pemprosesan dan kos rendah. Polimer terbahagi kepada 2 kategori utama iaitu termoplastik dan termoset.
44
PERSEDIAAN BAHAN KOMPOSIT
5.1.1.
Resin termoplastik
Resin termoplastik, tidak saling bersilang dan, jadi, boleh dicairkan, dibentuk atau dibentuk semula semasa berada dalam keadaan separa bendalir yang dipanaskan dan menjadi kaku ketika disejukkan. Kita sebenarnya dikelilingi oleh barang-barang rumah tangga yang diperbuat daripada termoplastik setiap hari.
Rajah 5-1: Termoplastik membentuk ikatan yang sangat kuat dalam molekul rantai.
Termoplastik boleh diproses samada secara pengacuan suntikan 77, penyemperitan 78, acuan tamparan 79, thermoforming, dan pengacuan putaran 80. Dalam industri komposit, penggunaan komposit termoplastik semakin meningkat kerana dengan memasukkan pengukuh dalam polimer termoplastik dapat meningkatkan sifat-sifat tertentu produk akhir. Permintaan termoplastik dalam pasaran juga semakin meningkat sejajar dengan pengembangan pasaran bahan komposit. Sebagai contoh, pasaran automotif memerlukan kenderaan yang lebih ringan (atas faktor penjimatan bahan api) dan kadar pengeluaran yang tinggi. Sungguh pun begitu, tidak semua bahan termoplastik sesuai dimasukkan pengukuh untuk dijadikan komposit termoplastik. Contoh bahan matriks komposit termoplastik termasuklah: • • • • • • • •
• • • • • • • •
Nilon Teflon Polikarbonat (PC) Polietilena (PE) Polipropilena (PP) Poliamid (PA) Polisterin Poliphenilena Sulfida (PPS)
Polibutilena Terephthalate (PBT) Polietherimida (PEI) Polietherketoneketone (PEKK) Polietheretherketone (PEEK) Akrilik (Polimetil Metakrilat - PMMA) Akrilonitril-Butadiena-Styrena (ABS) Polivinil Klorida (PVC) Polibenzimidazole
Sebagai contoh, penggunaan komponen komposit termoplastik dalam kapal terbang semakin meningkat dengan drastik kerana dapat mengurangkan berat pesawat dengan ketara. Antara komponen yang diperbuat dari komposit termoplastik adalah seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 5-2 di bawah.
45
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
Rajah 5-2: Komponen termoplastik dalam kapal terbang
5.1.2.
Resin termoset
Tidak seperti termoplastik, termoset plastik (dikenali sebagai termoset sahaja) mempunyai sifat unggul seperti kestabilan terma yang tinggi, ketegaran tinggi, kestabilan dimensi yang tinggi, tahan rayapan atau ubah bentuk di bawah beban, sifat penebat elektrik dan terma yang tinggi, dan sebagainya. Sungguhpun termoset akan menjadi lebih lembut melalui pemanasan, bahan ini tidak boleh dikitar semula, diperbaiki, atau diperbaharui.
Rajah 5-3: Termoset melintang semasa proses pengawetan untuk membentuk ikatan yang tidak dapat dikembalikan.
Resin termoset digunakan untuk membuat sebilangan besar produk komposit. Mereka ditukarkan dari cecair ke pepejal melalui proses yang disebut polimerisasi, atau penghubung silang. Ketika digunakan untuk menghasilkan barang siap, resin termoset awet (cure) dengan menggunakan pemangkin, dipanaskan atau gabungan kedua-
46
PERSEDIAAN BAHAN KOMPOSIT
duanya. Setelah matang, resin termoset padat tidak dapat ditukarkan kembali ke bentuk cecair asalnya. Termoset biasa ialah poliester, ester vinil, epoksi, dan poliuretana (CompositesLab, t.t). Termoset boleh diproses secara manual (guna tangan), pengacuan mampatan (compress moulding), pengacuan suntikan reaksi (reaction injection moulding) dan sebagainya. Contoh tipikal termoset adalah: • Resin poliester mempunyai sifat mekanikal dan elektrikal yang baik. Mempunyai sifat kerintangan terhadap bahan kimia. Ia mudah untuk difabrikasi serta murah. • Resin epoksi yang disintesis daripada glikol dan dihalida. Resin ini digunakan secara berlebihan sebagai pelapis permukaan. Ia mempunyai kekuatan dan ketegaran yang tinggi tetapi masa untuk terawet lebih lama berbanding poliester. Resin epoksi juga bersifat kerintangan terhadap bahan kimia. • Resin fenolik yang berlaku sebagai tindak balas antara fenol dengan aldehid. Plastik ini biasanya digunakan untuk peralatan elektrik, kabinet radio dan televisyen, gesper, pegangan tangan, dan sebagainya. Fenolik berwarna gelap dan sukar untuk diwarnakan. • Resin amino yang terbentuk oleh reaksi antara formaldehid dan sama ada urea atau melamin. Polimer ini boleh digunakan untuk mengeluarkan pinggan mangkuk yang ringan. Tidak seperti fenolik, resin amino adalah telus dan boleh diwarnakan. • Contoh lain plastik termoset termasuk polyurethane, bakelite dan getah vulcanized.
Rajah 5-4: Komponen termoset dalam kapal terbang
Seperti mana termoplastik, komposit termoset semakin meluas juga penggunaannya
47
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
terutamanya sebagai komponen dalam kapal terbang seperti dalam Rajah 5-4 di atas. Dalam kebanyakan industri, komposit termoset digunakan sebagai komponen yang boleh menanggung beban yang tinggi berbanding termoplastik.
5.1.3.
Perbezaan termoplastik dan termoset
Kelebihan utama termoplastik adalah penggunaannya yang sangat meluas dalam semua bidang. Termoplastik adalah tinggi kekuatannya, bahan yang ringan dan relatifnya kos pemprosesan yang rendah. Tambahan pula, komponen termoplastik relatifnya mudah dikeluarkan dalam kapasiti yang tinggi dan tepat. Bahan termoset boleh mengekalkan kekuatan dan bentuknya walaupun setelah dipanaskan. Ini menjadikan termoset sangat bersesuaian untuk menghasilkan komponen yang tetap (tidak bergerak) dan besar, berbentuk padu. Tambahan pula, komponen termoset mempunyai taburan kekuatan yang unggul (walaupun ia rapuh), dan tidak akan kehilangan kekuatan yang ketara apabila terdedah kepada suhu pengoperasian yang tinggi. Termoset sangat popular dikalangan pengeluar, di mana mereka telah bertukar kepada komponen termoset atas faktor kos yang lebih rendah berbanding komponen logam. Keputusan untuk menggunakan bahan termoplastik atau termoset bergantung kepada keadaan penggunaan produk siap. Dalam industri komposit termaju, bahan termoset sering menjadi pilihan berbanding termoplastik atas kelebihan beberapa faktor terutamanya sifat mekanikal dan kimianya yang lebih baik berbanding termoplastik seperti dalam Jadual 5-1 di bawah. Jadual 5-1: Perbandingan termoplastik dan termoset
Ciri-ciri fizikal Takat lebur Kekuatan tegangan Kestabilan terma Kekakuan Kemuluran Hentakan
Kitar semula
Ketegaran Kelarutan Ketahanan
Termoplastik Rendah Rendah Rendah, tetapi menjadi pepejal semula dengan penyejukan. Rendah Tinggi Tinggi
Termoset Plastik Tinggi Tinggi Tinggi, tetapi terurai pada suhu tinggi. Tinggi Rendah Rendah Mempunyai keupayaan untuk Mempunyai keupayaan untuk di mengekalkan ketegaran mereka kitar semula, disusun semula atau pada suhu tinggi. Jadi tidak dapat diperbaharui melalui proses di kitar semula atau mengulang pemanasan semula proses dengan pemanasan. Rendah Tinggi Larut dalam beberapa pelarut Tidak larut dalam pelarut organik organik Rendah Tinggi
48
PERSEDIAAN BAHAN KOMPOSIT
Tayangan Video 5-1 menunjukkan perbezaan antara termoplastik dan termoset.
Video 5-1: Perbezaan antara termoplastik dan termoset
Dalam buku ini hanya matriks termoset sahaja dibincangkan kecuali dalam beberapa proses tertentu. Perbincangan selanjutnya adalah berkisar kepada matriks polimer yang sering digunakan di industri khususnya resin poliester dan resin epoksi.
5.2.
Resin Poliester
Untuk mengelakkan sebarang kekeliruan, anda harus sedar bahawa terdapat sekelompok poliester termoplastik yang paling terkenal penggunaannya sebagai gentian untuk tekstil dan pakaian. Resin poliester tak tepu (UPR – Unsaturated Polyester Resin) adalah sumber utama industri komposit dan mewakili kira-kira 75% daripada jumlah resin yang digunakan. Kelebihan asas resin ini adalah keseimbangan sifat (termasuk mekanikal, kimia, dan elektrikal) kestabilan dimensi, kos dan kemudahan pengendalian atau pemprosesan. Sifat-sifat poliester ini bergantung kepada jenis dan kadar kandungan asid dan glikol. Pelbagai bahan mentah dan teknik pemprosesan tersedia untuk mencapai sifat yang diinginkan dalam resin poliester yang diformulasikan atau diproses (Kanoria Chembond Pvt. Ltd, 2021). Resin poliester tak tepu diterbitkan daripada petroleum dan/atau arang batu. Perkataan tak tepu merujuk kepada kumpulan reaktif ikatan kembar karbon-karbon, di mana ikatan kembar boleh terbuka dan berpaut silang dengan molekul tak tepu lain seperti stirena. Oleh sebab itu resin boleh dibentuk tanpa memerlukan tekanan atau menggunakan tekanan yang rendah sahaja. Resin poliester tak tepu adalah cecair likat berwarna pucat (Foto 5-1) yang mengandungi larutan poliester di dalam monomer yang biasanya stirena. Campuran
49
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
stirena sehingga 50% mengurangkan kelikatan resin dan memudahkan ia dikendalikan. Stirena juga membantu resin untuk mengawet iaitu daripada cecair menjadi pepejal dengan memaut-silang 81 rantaian molekul poliester. Proses pautan-silang ini juga dibantu pemangkin bagi memulakan tindak balas. Pemangkin yang digunakan adalah peroksida organik seperti benzoil peroksida atau metil etil keton peroksida, (MEKP). Pencepat yang biasanya kobalt juga di campur untuk mempercepatkan tindak balas. Kobalt di campur ke Foto 5-1: Resin poliester dalam resin terlebih dahulu sebelum pemangkin (MEKP) dimasukkan. Letupan boleh berlaku sekiranya kedua-dua bahan ini di campur serentak (NetComposites, 2019). Terdapat resin yang dibekalkan dalam bentuk pra-campur dengan pencepat. Ada juga resin di campur dengan aditif dan pengisi seperti bahan rintangan api dan kimia. Apabila resin ini terawet, monomer bertindak balas dengan asas tak tepu pada polimer mengubahnya menjadi struktur termoset padat. Namun begitu, tidak menjadi hasrat dalam bab ini untuk membincangkan dengan lebih lanjut tindak balas kimia ini. Resin poliester tak tepu didapati mempunyai kegunaan hampir tanpa had dalam semua segmen industri komposit. Pengeluar poliester telah terbukti bersedia dan mampu membekalkan resin dengan sifat yang diperlukan untuk memenuhi keperluan aplikasi pengguna akhir tertentu (CompositesLab, t.t).
Video 5-2: Gambaran Umum Resin Poliester
50
PERSEDIAAN BAHAN KOMPOSIT
5.2.1.
Bentuk resin poliester
Cecair: Resin dalam bentuk cecair mempunyai jangka hayat yang pendek di mana ia akan menjadi gel dalam tempoh tertentu. Sedikit bahan perencat di campur ke dalam resin bagi memperlahankan proses peng-gel-an ‘gelling’. Pengecutan yang tinggi juga boleh berlaku semasa proses pengawetan sehingga 4 – 8%. Wap stirena juga terhasil semasa proses ini yang boleh memudaratkan kesihatan. Langkah-langkah keselamatan yang ketat perlu diambil seperti memakai topeng hidung yang sesuai. Gelcoat: Resin dalam bentuk ‘gel-coat’ berasaskan poliester juga ada dibekalkan. Kompaun: Resin poliester juga boleh didapati dalam bentuk Kompaun Pengacuan Kepingan (SMC - Sheet Moulding Compound), Kompaun Pengacuan Pukal (BMC Bulk Moulding Compound) dan Kompaun Pengacuan Doh (DMC - Dough Moulding Compound). Dalam bentuk ini (Foto 5-2), resin digaul atau pra-campur bersama gentian pendek terpenggal untuk digunakan membuat produk akhir melalui proses pengacuan tekanan. Proses pembuatan ini akan dibincangkan dengan lebih lanjut di bab yang akan datang.
(a) Sheet
5.2.2.
(b) Bulk Foto 5-2: Jenis Kompaun Pengacuan Tekanan
(c) Dough
Jenis, gred dan sifat-sifat resin poliester tak tepu
Resin Poliester tak tepu diklasifikasikan kepada beberapa kategori. Kategori ini berdasarkan kepada jenis ‘kumpulan fungsi asid’ yang bertindak balas dengan kumpulan alkohol. Sifat poliester bergantung kepada jenis asid dan glikol yang digunakan dalam pembuatan poliester. Jenis-jenis poliester adalah seperti berikut: • Ortho-phthalic polyester adalah resin yang paling murah digunakan untuk membuat produk poliester resin tujuan umum. Ia juga digunakan untuk membuat komposit lamina yang memerlukan kekuatan struktur yang sederhana. • Iso-phthalic polyester adalah resin yang mempunyai kekuatan struktur lebih tinggi daripada resin ortho-phthalic. Resin ini juga mempunyai sifat rintangan terhadap kakisan (corrosion) yang unggul dan digunakan dalam aplikasi yang lebih mencabar. • Tere-phthalic polyester adalah resin yang dikeluarkan dalam jumlah yang kecil dan diklasifikasikan sebagai resin tujuan khusus. Resin ini mempunyai rintangan
51
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
haba dan kimia lebih baik daripada iso-phthalic resin tetapi lebih sukar untuk diproses. • DCPD adalah resin yang berasaskan bahan disebut ‘Dicyclopentadiene’ yang membentuk resin dipanggil ‘low profile’. ‘Low profile’ menunjukkan resin ini lebih keras dan lebih rendah kadar pengecutan. Lebih penting dari itu, ia tidak menunjukkan ‘print through’ iaitu keadaan di mana bayangan atau garis luar gentian di dalam resin dapat dilihat daripada luar. Selain daripada kategori berasaskan kumpulan fungsi asid atau alkohol, resin poliester juga dibezakan dengan kuantiti monomer stirena dan jenis campuran aditif seperti ‘promoter’, pelanjut dan pengisi. Tujuannya adalah untuk mendapatkan sifat-sifat tertentu seperti rintangan terhadap bahan kimia, haba dan api serta mengubah kelikatan untuk disesuaikan dengan kaedah pemprosesan.
5.2.3.
Aplikasi
Resin poliester tak tepu adalah resin utama yang digunakan dalam industri komposit. Bahan-bahan ini murah, mudah digunakan, dan banyak digunakan dalam komposit FRP dengan gentian kaca sebagai tetulang. Resin pelbagai guna ini digunakan dengan meluas dalam banyak aplikasi termasuk: • • • • • •
Pembinaan marin dan bot Tangki dan paip industri Lapisan permukaan meja kaunter Tab mandi dan spa Panel bangunan dan pembinaan Papan luncur dan peralatan sukan rekreasi
Foto 5-3: Produk berasas resin poliester.
52
PERSEDIAAN BAHAN KOMPOSIT
5.3.
Epoksi
Resin epoksi telah digunakan oleh industri di Amerika Syarikat lebih daripada 40 tahun. Resin ini boleh didapati daripada bentuk cecair kelikatan rendah hingga kepada bentuk pepejal dengan berat molekul yang tinggi. Paling biasa digunakan adalah cecair berkelikatan tinggi.
Video 5-3: Gambaran Umum Resin Epoksi
Resin epoksi mempunyai sifat pengecutan yang rendah, kestabilan dimensi yang baik, rintangan haba yang tinggi, sifat kelesuan 82 dan lekatan pada pengukuh yang baik. Rintangan terhadap bahan kimia epoksi juga sangat baik terhadap pelarut asas. Epoksi’ lebih mahal daripada poliester, dan tempoh pengawetan lebih lama, tetapi julat sifat-sifat yang lebih luas menjadikan ia pilihan yang baik untuk aplikasi kritikal dan prestasi yang sesuai dengan kos. Resin epoksi digunakan dengan beberapa bahan gentian pengukuh, termasuk kaca, karbon dan aramid. Dua bahan terakhir ini jumlahnya kecil, kosnya agak tinggi dan biasanya digunakan untuk memenuhi keperluan kekuatan tinggi dan / atau kekakuan tinggi. Epoksi serasi dengan kebanyakan proses pembuatan komposit, terutamanya pengacuan beg vakum, pengacuan autoklaf, pengacuan beg tekanan, pengacuan mampatan, penggulungan filamen dan peletakan tangan. Proses-proses ini akan diterangkan dalam bab yang akan datang (Dekker, 1988).
5.3.1.
Jenis, gred dan sifat-sifat sistem resin epoksi
Pelbagai resin epoksi dihasilkan oleh industri. Bahan mentah utama untuk pengeluaran resin epoksi hari ini adalah daripada petroleum. Sesetengah kilang pengeluar mendapatkan sumber gliserol daripada tumbuhan untuk menghasilkan ‘epichlorohydrin’ (sejenis cecair tidak berwarna dengan bau seperti bau bawang putih, sederhana larut dalam air, tetapi larut dengan pelarut organik).
53
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
Kriteria yang penting untuk resin epoksi adalah kandungan epoksida yang disebut sebagai nombor epoksida iaitu bilangan epoksida dalam 1 kg resin (Eq.kg), atau sebagai ‘berat setara’, iaitu berat resin dalam gram mengandungi 1 mol setara epoksida (g mol). Apabila diukur, unit mudah ditukar ganti. Berat setara (g/mol) = 1000 / nombor epoksida (Eq./kg)
Berat setara atau nombor epoksida digunakan untuk mengira jumlah bahan tindak balas atau pengeras yang digunakan untuk pengawetan resin epoksi untuk mencapai sifat fizikal yang maksimum. Resin epoksi diklasifikasikan mengikut jenis epoksida dan jenis pengeras yang digunakan dalam formulasi. Terdapat sekurang-kurangnya lima jenis epoksida yang digunakan untuk menghasilkan resin epoksi iaitu ‘Bisphenol A’, ’Bisphenol F’, ‘Novalac’, ‘Aliphatics’ dan ‘Glycidylamine’. Jenis-jenis pengeras atau proses pautansilang yang digunakan pula adalah homopolimerisasi, amina, anhidrida, fenol dan tiols. Kombinasi berbeza epoksida dan pengeras akan menghasilkan sifat resin epoksi yang berbeza setelah terawet (Matthews & Rawlings, 2008). Di samping itu, gred-gred berbeza resin epoksi juga dipelbagaikan dengan pengadunan aditif, pemplastik (plasticizer) atau pengisi digunakan untuk mencapai keperluan pemprosesan, sifat akhir bahan, atau untuk mengurangkan kos. Penggunaan pengadunan aditif dan pengisi dirujuk sebagai merumus (formulating).
5.3.2.
Aplikasi dan proses
Epoksi mempunyai aplikasi yang pelbagai termasuk penyaduran logam, diguna sebagai komponen elektrik dan elektronik, penebat elektrik ketegangan tinggi, bahan plastik bertetulang gentian (FRP), dan perekat struktur. Pada amnya epoksi dikenali atas sebab pelekatan yang cemerlang, rintangan terhadap bahan kimia dan haba, sifat mekanikal yang baik ke cemerlang dan sifat penebatan elektrikal yang sangat baik (Wikipedia, 2021). Banyak sifat-sifat epoksi boleh diubah suai, sebagai contoh pengisi perak menjadikan epoksi bersifat pengaliran elektrikal walaupun ia adalah penebat elektrik. Variasi sifatsifat membolehkan epoksi mempunyai sifat yang pelbagai seperti rintangan terhadap haba, atau mempunyai sifat pengaliran haba digabung dengan sifat penebatan elektrikal yang tinggi untuk aplikasi elektronik. Kadar pengawetan boleh dikawal untuk memadankan keperluan proses melalui pemilihan sistem pengeras dan/atau pemangkin yang betul. Secara amnya, epoksi diawetkan dengan penambahan anhidrida atau pengeras amina sebagai sistem 2 bahagian. Pengeras yang berbeza, serta kuantiti pengeras menghasilkan profil pengawetan yang berbeza dan memberikan sifat yang berbeza pada komposit yang telah siap.
54
PERSEDIAAN BAHAN KOMPOSIT
Oleh kerana kelikatan epoksi jauh lebih tinggi daripada kebanyakan resin poliester, ia memerlukan pengawetan pasca (haba tinggi) untuk mendapatkan sifat mekanik utama menjadikan epoksi lebih sukar digunakan. Walau bagaimanapun, epoksi mengeluarkan sedikit bau berbanding poliester.
5.4.
Vinil Ester
Vinil ester berasaskan resin epoksi cair. Ia berada di tengah-tengah antara poliester dan epoksi dari segi sifat-sifat biasa dan kelasakan (sehingga dua kali ganda berbanding poliester) tetapi agak tinggi sedikit dari segi kos. Resin ini lebih fleksibel dan digunakan untuk menghasilkan produk yang mempunyai ketahanan terhadap daya hentaman dan boleh dibengkokkan berulang kali tanpa retak. Vinil ester mempunyai rintangan yang sangat baik terhadap air, pelarut organik dan alkali, tetapi kurang ketahanan terhadap asid berbanding poliester. Vinil ester lebih kuat daripada poliester dan lebih berdaya tahan daripada epoksi. Syarat pengacuan vinil ester adalah sama dengan poliester. Seperti poliester, vinil ester juga memerlukan aditif, tetulang dan pengisi. Selepas poliester, vinil ester adalah resin yang paling ekonomik untuk produk gentian kaca tradisional, dan boleh digunakan bersama pelbagai peralatan dan proses. Jika rintangan kepada retakan penting dalam aplikasi, ini adalah pilihan yang bernilai
Video 5-4: Gambaran Umum Resin Vinil Ester
5.5.
Pengawetan Resin
Resin mesti mengawet dengan cara yang serasi dengan proses fabrikasi. Sesetengah bahagian adalah kecil dan boleh diletakkan dengan cepat, maka cepatlah resin terawet. Lebih cepat resin terawet, lebih cepat pemulihan pada acuan dan lebih tinggi kadar pusingan pengeluaran. Bahagian lain mungkin melibatkan peletakan yang besar
55
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
di mana lebih banyak masa diperlukan untuk proses lamina. Dalam pengacuan mampatan, pultrusi dan kadangkala RTM, acuan yang dipanaskan memberikan pengawetan yang cepat. Sifat fizikal bahagian yang sudah siap sangat dipengaruhi oleh pengawetannya. Kekerasan lamina dipengaruhi oleh proses pengawetan serta ketahanan kimia pada permukaan lamina. Sifat lentur, mampatan dan tegangan sebahagiannya ditentukan oleh kecekapan pengawetan. Pengawetannya mesti lengkap untuk mengembangkan potensi penuh resin. Laminasi tebal memerlukan perhatian khusus. Eksoterma (tindak balas atau proses yang melepaskan tenaga dalam bentuk haba) resin mesti dikawal untuk mengelakkan penyusutan berlebihan, laminasi melengkung, dan masalah lain yang berkaitan dengan eksoterma tinggi semasa pengawetan.
56
PERSEDIAAN BAHAN KOMPOSIT
BAB 6: RUPA BENTUK PENGUKUH GENTIAN
P
engukuh komposit terbahagi kepada empat kelas utama iaitu pengukuh misai 83, partikel, gentian dan struktur. Sifat-sifat, kelebihan dan kekurangan setiap bentuk ini telah dibincangkan dalam bab yang lepas. Bagi buku ini, hanya pengukuh kelas gentian sahaja yang akan digunakan dan dibincangkan dengan lebih lanjut. Terdapat pelbagai rupa bentuk pengukuh gentian yang terdapat di dalam pasaran. Sebahagiannya akan diterangkan di sini.
6.1.
Roving
Roving adalah himpunan lembar84 gentian berterusan yang tidak dipintal dan selari antara satu gentian dengan gentian yang lain (Foto 6-1(a)), menjadikannya mudah untuk diproses dan dikendalikan. Sebaliknya, benang (yarn) adalah himpunan lembar yang dipintal (Foto 6-1(b)). Biasanya roving mengandungi antara 12 hingga 120 lembar individu. Roving panjang yang berterusan digunakan dalam proses komposit berasaskan polimer termasuk penggulungan filamen dan pultrusi.
(a) Roving
(b) Benang (yarn) Foto 6-1: Perbezaan roving dan benang
57
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
6.2.
Lembar Cincang
Lembar cincang 85 adalah lembar berterusan yang dipotong kepada saiz yang pendek, biasanya 3mm – 50mm (Foto 6-2). Ia digunakan dalam proses spray-up, di mana ia disemburi serentak dengan cecair resin untuk membina produk yang diperkukuh di atas acuan. Lembar cincang diguna dengan meluas sebagai tetulang termoplastik dalam proses pengacuan suntikan. Ia juga digunakan dalam aplikasi termoset seperti SMC dan BMC.
6.3.
Foto 6-2: Lembar cincang
Tikar
Tikar 86 adalah merupakan helaian lembar cincang atau lembar berterusan yang dibentangkan sebagai hamparan rata yang nipis. Lembar diagihkan secara sekata dalam corak rawak, dilekatkan bersama dengan menggunakan perekat resin atau diikat secara mekanikal dengan kaedah jahitan. Tikar lembar cincang (Chopped strand mat – CSM) dibentuk melalui semburan rawak lembar cincang ke atas jalur atau rantai dan dilekat dengan pengikat kimia (Foto 6-3(a)). Tikar gentian berterusan (Continuous fibre mat – CFM) dibentuk dengan cara yang sama, tetapi tidak dipotong, dan bahan pengikatnya lebih sedikit digunakan (Foto 6-3(b)).
(a) Tikar lembar cincang (b) Tikar gentian berterusan Foto 6-3: Perbezaan tikar lembar cincang dan lembar berterusan (ikatan resin)
Keupayaan pengukuh CSM dan CFM adalah sama tetapi berbeza kaedah pengendalian dan pemprosesan. CFM boleh dibentuk dalam acuan yang bentuknya lebih kompleks tanpa koyak. Tikar boleh digunakan dalam proses pembuatan bengkalai tangan, pengacuan tekanan, pembungkusan (bagging), autoklaf dan beberapa proses pembasahan (impregnating) lain.
58
PERSEDIAAN BAHAN KOMPOSIT
6.4.
Fabrik Tenun
Gentian berterusan banyak digunakan dalam bentuk roving tenun dan benang tenun. Kelebihan utama fabrik tenun ini ialah ia mengekalkan sifat-sifat ortogonal (bersudut tepat antara silang gentian) apabila dimasukkan ke dalam kebuk acuan yang tidak rata. Tenunan juga memperbaiki sifat impak atau hentaman. Rajah 6-1 menunjukkan salah satu corak fabrik tenun. Kebanyakan istilah dalam fabrik komposit diambil dari istilah yang telah digunakan dalam teknologi tekstil. Leding (warp) adalah gentian yang ditenun selari (menegak) dengan panjang fabrik. Pakan (weft) pula adalah gentian yang ditenun melintang dengan panjang fabrik. Warp dan weft ditenun berselang seli untuk membentuk fabrik.
Rajah 6-1: Fabrik tenun
Secara umumnya terdapat tiga corak asas bagi fabrik tenun iaitu (DexMat, t.t).
6.4.1.
Tenunan biasa
Tenunan biasa adalah tenunan paling asas, terdiri daripada corak 1 x 1 yang dihasilkan oleh lembar pakan di atas dan kemudian di bawah setiap lembar leding berselang-seli. Tenunan ini mempunyai kekerapan tenunan atas dan bawah yang paling tinggi dan dianggap kuat dari sudut kain tetapi bukan pilihan terbaik untuk semua kegunaan komposit. Jalinan ini sangat stabil apabila dikendalikan kerana persilangan pakan dan leding yang kerap menjadikannya padat dan kurang berkemungkinan renggang di hujungnya. Struktur 59
Rajah 6-2: Tenunan Biasa (Plain Weave)
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
keseluruhan akan menjadi kurang lentur dan lebih sukar untuk digunakan sebagai komposit yang mempunyai bentuk kompleks dan ciri 3D, tetapi berfungsi dengan baik untuk permukaan rata.
6.4.2.
Tenunan kepar
Tenunan kepar ialah anyaman pelbagai fungsi berasaskan dua atau lebih helai pakan berselang-seli di atas dan di bawah satu atau lebih helai leding. Dalam versi asas, dua helai pakan berselang seli di atas satu helai leding, ia dinamakan anyaman kepar 2 x 2 (Rajah 6-3(a)). Proses yang sama ini boleh dikembangkan menjadi anyaman 4 x 4 (Rajah 6-3(b)) di mana empat helai pakan berselang-seli di atas dan di bawah satu atau lebih helai leding dan seterusnya. Tenunan kepar membentuk reka bentuk yang sangat berbeza dengan garis pepenjuru yang jelas merentasi fabrik, tetapi akan mempunyai muka licin dengan reka bentuk bertentangan di bahagian belakang
(a) 2 X 2 Rajah 6-3: Tenunan Kepar (Twill Weave)
(b) 4 X 4
Struktur tenunan kepar menawarkan fabrik yang lebih tahan lama dan berat dengan kecenderungan kurang berkedut berbanding tenunan biasa. Ini adalah fabrik yang sangat lentur, dan melekat dengan baik ke dalam acuan yang kompleks. Walau bagaimanapun tenunan kepar lebih mudah berjumbai di bahagian tepi dan perlu dikendalikan dengan berhati-hati. Untuk industri automotif tenunan kepar adalah pilihan yang berdaya maju untuk bahagian komposit acuan 3D yang kompleks.
6.4.3.
Tenunan satin
Struktur asas tenunan satin adalah setiap lembar pakan dibalut di atas 3 lembar leding dan kemudian di bawah satu helai leding. Satu lagi ciri tenunan satin yang ketara ialah helai leding berterusan di sepanjang fabrik sama seperti cara lembar pakan digunakan berulang alik merentasi fabrik. Jalinan sangat mudah disesuaikan, dan juga fleksibiliti boleh ditingkatkan dengan variasi biasa menyeberang empat atau bahkan enam lembar leding sekaligus.
60
PERSEDIAAN BAHAN KOMPOSIT
Rajah 6-4: Tenunan Satin (Satin Weave)
Tenunan jenis ini yang mempunyai kekerapan gangguan yang rendah pada helai pakan dan leding menghasilkan struktur yang licin dan fleksibel. Oleh kerana gentiannya yang berterusan tanpa peralihan (iaitu, persilangan antara leding dan pakan), jenis fabrik ini diketahui mudah tersangkut apabila dikendalikan dan memerlukan perhatian dan penjagaan khas. Pengeluar komposit gentian karbon sangat menyukai tenunan ini kerana ia lebih lentur daripada kepar, membolehkan ia dibentuk menjadi bentuk melengkung dan bentuk 3D yang sangat kompleks.
6.4.4.
Ekaarah (UD)
Fabrik ekaarah (Unidirectional – UD) adalah fabrik yang direka cipta untuk mendapatkan kekuatan mengikut arah gentian sahaja. Gentian pengukuh (arah leding) diorientasikan secara memanjang bagi menghasilkan kekuatan maksimum pada arah tersebut (NetComposites, 2019). Gentian pakan ditenun hanya secukupnya bagi memudahkan pengendalian, supaya fabrik ekaarah tidak terlerai (Foto 6-4(a)).
(a) Dijahit
(b) Prepreg Foto 6-4: Fabrik Ekaarah (Unidirectional)
Fabrik UD mempunyai keupayaan menempatkan gentian pada komponen tepat pada tempatnya dan dengan kuantiti yang optimum. Gentian adalah lurus dan tidak ditenun. 61
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
Hasilnya adalah kekuatan maksimum daripada gentian tersebut. Untuk sifat mekanikal, fabrik UD boleh diperbaiki dengan prepreg UD, di mana tiada gentian diperlukan untuk mengikat gentian disebabkan resin yang ada sudah cukup untuk memastikan gentian UD melekat antara satu sama lain (Foto 6-4(b)). Terdapat banyak lagi corak-corak tenunan yang boleh didapati di pasaran yang kebanyakannya berasaskan 3 corak tenunan asas yang telah dinyatakan di atas. Antaranya ialah tenunan bakul (basket), tenunan jacquared, tenunan triaksial (triaxial) dan sebagainya. Pemilihan jenis tenunan adalah bergantung kepada kaedah proses pembuatan, bentuk acuan serta sifat-sifat khas yang dikehendaki. Fabrik ditentukan spesifikasinya mengikut berat luas (areal weight) iaitu berat fabrik setiap unit luas permukaan. Bagi sistem metrik, unit yang digunakan adalah gram per meter persegi (g/m²). Contoh: 300g/m², 450g/m², 600g/m². Lebih tinggi berat luas bermakna lebih tebal fabrik tersebut.
6.5.
Tocang
Sebagaimana variasi gentian dalam bentuk tenunan, roving dan benang, gentian juga boleh di buat berbentuk tocang. Penjalinan tocang adalah proses pembuatan tekstil yang boleh memberi kesesuaian aras tinggi, kestabilan kilasan dan rintangan terhadap kerosakan kerana keadaan semula jadinya. Tocang berbeza daripada fabrik tenunan dan jahitan dalam bentuk berselang-seli. Tocang yang berbentuk tiga dimensi membolehkan pembuatan bentuk produk yang hampir tepat boleh dihasilkan. Tocang juga menghasilkan integriti struktur yang tinggi. Sifat mekanikal tocang berubah-ubah mengikut keadaan gentian, kaedah penjalinan, sudut penjalinan dan sebagainya. Fleksibiliti ini memberi ruang kepada kegunaan dalam banyak aplikasi struktur.
Foto 6-5: Jalinan tocang (Braid)
62
PERSEDIAAN BAHAN KOMPOSIT
6.6.
Jahit
Fabrik jahit memberi kekuatan dan kekukuhan yang lebih tinggi per unit tebal jika dibandingkan dengan tenunan roving biasa. Selapis tikar juga boleh digabungkan dalam binaan tersebut. Jahitan memberi kesan kedutan ke atas gentian yang lebih rendah daripada tenunan roving. Tambahan pula, pengukuh boleh diorientasikan dalam mana-mana kombinasi paksi.
Foto 6-6: Fabrik jahit (Stitched fabric)
6.7.
Kait
Pengukuh fabrik kait menyediakan peletakan gentian tersuai dan reka bentuk fleksibel untuk meningkatkan kekuatan dan ketahanan komponen. Ia dihasilkan pada alat tenun besar di mana gentian berorientasikan arah (paksi X dan Y, atau kadangkala dirujuk sebagai orientasi 0° , 90° dan 45° ) dalam berbilang lapisan dan kemudian dicantum bersama untuk mengekalkan gentian di tempatnya. Kain yang dihasilkan dipotong dan digulung. Proses pengeluaran ini membolehkan pelbagai corak orientasi gentian, ketebalan, pengagihan berat dan penggabungan pelbagai jenis tetulang seperti gentian karbon atau aramid.
Foto 6-7: Fabrik kait
63
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
Fabrik boleh diseimbangkan, dengan jumlah gentian yang sama digunakan dalam kedua-dua paksi X dan Y atau tidak seimbang dengan gentian tambahan dalam satu paksi untuk memberikan lebih kekuatan tetulang ke arah itu. Menggunakan fabrik kait memberikan fleksibiliti dalam mereka bentuk bahagian penting atau lamina. Ia digunakan secara meluas dalam pembinaan bot, pengangkutan, bilah angin dan produk rekreasi di mana orientasi kekuatan khusus dalam lamina adalah optimum. Sebagaimana fabrik tenun, terdapat pelbagai jenis fabrik kait di mana antaranya adalah seperti di Rajah 6-5 di bawah.
Knit stitches
Purl stitches
Rib fabric
Garter fabric
Rajah 6-5: Jenis-jenis kait
6.8.
Kerudung Permukaan
Kerudung permukaan atau juga dikenali sebagai tisu adalah fabrik komposit yang sangat nipis (Foto 6-8, lihat perbezaan dengan Foto 6-3). Ia digunakan sebagai tetulang yang pertama selepas lapisan gel dalam komponen yang diacu bagi mengurangkan kesan riak tenunan fabrik. Kerudung permukaan digunakan untuk memperbaiki kualiti kemasan permukaan produk. Foto 6-8: Kerudung permukaan
64
PERSEDIAAN BAHAN KOMPOSIT
BAB 7: GENTIAN SINTETIK
P
engukuhan gentian menyediakan prestasi struktur yang diperlukan bagi komponen siap. Gentian atau filamen terdapat dalam pelbagai jenis dan bentuk serta merupakan penyumbang utama kepada kekukuhan, kekuatan dan sifat lain komposit. Terdapat dua sumber utama penghasilan gentian iaitu secara semula jadi (asli) dan sintetik. Gentian asli ialah gentian yang dibuat menggunakan bahan sumber semula jadi seperti tumbuhan dan haiwan. Gentian sintetik pula ialah gentian yang diperbuat daripada sintesis kimia (Vedantu, t.t). Gentian asli: • Panjang gentian asli adalah mengikut panjang alam yang terhad. • Struktur gentian asli adalah tetap dan seseorang tidak boleh mengubah struktur dengan sewajarnya oleh itu ia mempunyai struktur tertentu. Gentian sintetik: • Panjang gentian sintetik boleh dilaraskan mengikut keperluan kerana ia dibuat melalui proses kimia. • Gentian sintetik diperbuat daripada bahan kimia dan seseorang boleh mengubah struktur mengikut keperluan mereka dan juga boleh membuat perubahan dalam sifat. Gentian asli berasal dari alam semula jadi oleh itu ia sangat mesra alam. Sesetengah gentian sintetik berbahaya kepada alam semula jadi kerana ia tidak mudah reput secara semula jadi seperti polipropilena. Sungguhpun begitu, dalam industri pembuatan komposit, kebanyakan gentian yang digunakan adalah dari jenis sintetik atas kelebihan sifat-sifatnya yang dinyatakan di atas. Gentian asli pula kebanyakannya digunakan dalam produk prestasi rendah seperti papan panel dan perabot. Dalam buku ini, hanya gentian sintetik sahaja yang akan dibincangkan. Jenis gentian sintetik yang tersedia secara komersial ialah: gentian kaca, karbon, 65
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
aramid, poliester dan vektran. Jenis gentian lain mungkin sesuai untuk aplikasi khas. Semua gentian yang digunakan dalam komposit menjalani rawatan kimia dan disalut dengan beberapa jenis “pensaizan”. Pensaizan ialah bahan kimia yang mengikat filamen bersama, mengurangkan lelasan, memudahkan impregnasi (penyerapan) dan bertindak seperti agen gandingan yang meningkatkan keserasian dengan satu atau lebih jenis resin. Pemilihan jenis tetulang sangat mempengaruhi kos. Ini bukan sahaja kerana kualiti dan kos bahan itu sendiri, tetapi juga kerana bahan kos yang lebih tinggi biasanya memerlukan kakitangan yang berkemahiran tinggi, kemudahan pengeluaran yang lebih canggih dan selalunya lebih banyak jam buruh (FiberMax Composites, t.t) Gentian kaca, karbon atau aramid adalah pilihan yang paling biasa untuk bahagian komposit. Gentian terbaik untuk aplikasi tertentu bergantung pada kekuatan, kekakuan, rintangan kakisan dan bajet yang diperlukan (Composites World, 2002)
7.1.
Gentian Kaca
Gentian kaca pertama kali ditemui pada tahun 1893 dan mula-mula dibuat secara komersial pada tahun 1936 sebagai bahan penebat. Ia menjadi popular pada tahun 1950-an, apabila beberapa bahaya kesihatan yang berkaitan dengan asbestos semakin ketara. Disebabkan oleh persamaan dalam bentuk antara gentian kaca dan gentian asbestos, gentian kaca dapat menggantikan asbestos dengan berkesan dalam banyak aplikasi seperti penebat elektrik, haba dan akustik serta tetulang struktur. Hari ini, gentian kaca adalah tetulang yang dominan dalam pembinaan komposit, menyumbang lebih 90% daripada penggunaan di seluruh dunia. Ini semata-mata kerana ia mempunyai kekuatan yang baik untuk ciri berat, boleh diproses dengan mudah dan dijual pada harga yang rendah. Filamen kaca dibuat dengan mudah dengan menyemperit kaca cair. Diameter gentian yang dihasilkan berkisar antara 5 hingga 25 mikron. Tetulang gentian kaca dikelaskan mengikut sifatnya: • E-glass ialah jenis yang paling biasa digunakan untuk pengeluaran gentian kaca hari ini (lebih daripada 50% gentian yang dibuat adalah daripada kaca E.) ‘E’ membayangkan bahawa ia adalah penebat elektrik. Ia adalah murah dan sesuai untuk tujuan umum. • S-glass, S2-glass, (‘S’ berasal dari Kekuatan,) adalah (15%-25%) lebih kuat daripada E-glass, mempunyai modulus yang lebih tinggi, sifat mekanikal yang lebih baik, suhu cair yang lebih tinggi dan jauh lebih mahal. • C-glass atau T-glass sangat tahan terhadap bahan kimia dan kakisan.
66
PERSEDIAAN BAHAN KOMPOSIT
• A-glass ialah kaca beralkali tinggi. Ia menawarkan rintangan kimia yang baik, tetapi mempunyai sifat elektrik yang lebih rendah. Lebih banyak kandungan alkali serupa dengan kaca tingkap, dan kosnya lebih murah. • D-glass mempunyai pemalar dielektrik yang rendah dan digunakan dalam papan litar. • AR-glass tahan terhadap persekitaran alkali. Secara amnya, apabila kos menjadi daya penggerak utama dalam pemilihan bahan pengukuhan, gentian kaca biasanya diutamakan. Gentian kaca digunakan secara meluas dalam aplikasi seperti: • Automotif: Bahagian badan untuk trak dan bas, bumbung, fairing udara, fairing sisi, pintu. • Aeroangkasa: Panel dalaman, dinding, pemisah, petak tandas dan perabot. • Marin: Badan kapal, dek, komponen dalaman dan luaran. • Bilah kincir angin. • Tentera – pertahanan: Peralatan pelindung contohnya perisai, topi keledar, pakaian, kenderaan, radom. • Pembinaan: Tetulang struktur, lamina bumbung, kanopi, kolam renang dan spa, tab mandi panas. • Industri elektrik dan telekomunikasi: papan litar bercetak, komponen penebat. • Sukan: Papan luncur, kayak, raket pantai, basikal, tiang. • Tiub, paip dan profil lain. • Kepungan mesin dan peralatan. • Tangki simpanan.
7.2.
Karbon
Karbon mempunyai kekuatan tertinggi dan harga tertinggi daripada semua gentian tetulang yang digunakan dalam komposit hari ini. Ia telah dicipta di UK pada awal 1960-an. Kaedah yang paling biasa untuk membuat gentian karbon ialah pengoksidaan dan pirolisis haba bagi prekursor organik, poliakrilonitril (PAN) iaitu gentian polimer berasaskan akrilonitril. Apabila dipanaskan dalam keadaan yang betul, juzuk bukan karbon akan tersejat. Serat yang terhasil ialah 93–95% karbon. Selain PAN sebagai prekursor, gentian karbon juga boleh dihasilkan daripada pitch (sejenis bahan viskoelastik yang terdiri daripada hidrokarbon aromatik) atau rayon. Saiz, atau ketebalan tow (ikatan filamen berterusan yang tidak berpintal) karbon diukur dalam “k” atau beribu-ribu filamen. Tunda 3k mempunyai 3,000 filamen dan 12k mempunyai 12,000 filamen. Gentian karbon mempamerkan: nilai kekuatan dan kekakuan yang jauh lebih baik daripada yang lain, prestasi suhu yang luar biasa, elektrik yang tinggi dan kekonduksian haba yang rendah. Toleransi hentaman atau kerosakan produk komposit karbon tulen boleh dari yang agak rendah kepada sangat lemah, dan sangat bergantung kepada kaedah pemprosesan. Walaupun begitu, 67
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
apabila berat pada produk komposit adalah penting, gentian karbon adalah tetulang yang perlu digunakan. Contoh produk keluaran karbon ialah: • Barangan sukan: Papan luncur air, basikal, pancing, raket tenis, kayu hoki, kasut larian. • Automotif – lumba motor: Bahagian badan (seperti pintu, tudung dsb.) komponen struktur (seperti casis,) mekanikal (seperti aci pemacu) dan perlindungan (seperti topi keledar, penyerap hentakan.) • Marin: Pembuatan bot, kapal layar dan kapal, bahagian struktur dan bukan struktur. • Pertahanan dan aeroangkasa: Pesawat, kenderaan, perisai dll. • Alat muzik: Gitar (dan lain-lain bertali,) dram, serta alat tiupan. • Industri angin: Bilah turbin. • Medan elektronik: Litar bercetak, peralatan elektronik rumah, PC, badan kamera. • Sains perubatan: Kerusi roda, bahagian badan tiruan, meja operasi telus sinar-x. • Pembinaan: Bangunan jambatan, bangunan berhampiran dengan laut dan keadaan cuaca yang teruk, pemulihan bangunan lama. • Alam sekitar dan medan tenaga: Bateri bahan api, industri minyak.
7.3.
Aramid
Aramid telah dicipta oleh DuPont pada tahun 1960-an (“Kevlar” ialah nama dagangan berdaftar Dupont aramid) hasil penyelidikan mengenai gentian nilon (poliamida). Ia pertama kali diperkenalkan di pasaran pada tahun 1970-an sebagai tetulang tayar dan seperti gentian kaca, sebagai pengganti asbestos. Struktur kimia aramid menunjukkan cincin benzena aromatik di sepanjang tulang belakang polimer. Perkataan aramid ialah dari hasil penguncupan kimianya – poliamida aromatik. Kekuatan dan modulus aramid adalah sangat baik, ketumpatan sangat rendah, rintangan UV rendah dan kekuatan mampatan dan ricih adalah serupa dengan kaca E. Nilainya datang daripada keliatan yang sangat baik dan ketahanan terhadap hentaman, kerosakan, lelasan dan haba (sehingga 500 ºC) Keliatan unggul aramid adalah hasil daripada mekanisme kegagalan penggunaan tenaga gentiannya. Mekanisme kegagalan menyerap tenaga ini menjadikannya sesuai untuk digunakan dalam aplikasi perisai, ketenteraan dan balistik, seperti topi keledar dan jaket kalis peluru. Di antara banyak kegunaan lain yang sangat penting, ia digunakan untuk perlindungan memadam kebakaran, di bahagian bawah kapal terbang (perlindungan daripada hentaman batu semasa berlepas dan mendarat) dan bahagian bawah kereta lumba. Ia digunakan secara amnya dalam struktur penting apabila hentaman, lelasan dan/atau haba dijangkakan. Ia juga bercampur dengan sangat baik dan berfungsi bersama gentian lain, seperti
68
PERSEDIAAN BAHAN KOMPOSIT
kaca dan karbon. Pembinaan “hibrid” karbon-aramid menunjukkan kekuatan tinggi dan kekukuhan karbon dan perlindungan hentaman aramid. Memproses aramid dalam fabrikasi komposit agak lebih sukar daripada gentian kaca dan karbon. Keliatan menjadikan fabrik sukar dipotong dengan kaedah konvensional. Pembasahan gentian lebih sukar daripada gentian kaca dan karbon. Resin poliester orthophthalic tidak akan melekat dengan baik pada aramid (poliester isophthalic adalah lebih baik). Memproses komponen aramid selepas fabrikasi, contohnya memotong bahagian tepi juga sukar. Alat pemotong yang berkualiti disyorkan. Aplikasi gentian Aramid dibahagikan kepada dua kategori: A) Pengukuhan dalam komposit seperti barangan sukan, pesawat, kenderaan tentera dan banyak lagi. B) Fabrik dalam pakaian seperti pakaian pelindung kebakaran atau jaket kalis peluru. Kegunaan aramid yang lebih terperinci ialah: • • • • •
• • • •
Tali dan kabel Sistem kabel gentian optik Penutup enjin jet Tali tenis dan kayu hoki Tayar bertetulang dan barangan getah • Tetulang papan litar
Pelbagai bentuk bahan komposit Kain layar Papan salji Sarung tangan pelindung, topi keledar, perisai badan • Bejana tekanan tenunan filamen • Pakaian tahan api dan potong • Penggantian asbestos
Walaupun setiap aplikasi memenuhi keperluannya sendiri, hampir kesemuanya berkongsi ciri utama aramid: kekuatan tinggi, modulus tinggi, keliatan tinggi, kestabilan dimensi haba, rayapan rendah dan ringan.
7.4.
Hibrid
Apabila pelbagai jenis gentian tetulang digabungkan, biasanya ditenun dalam fabrik, hasilnya adalah tetulang gentian hibrid. Kain hibrid ialah campuran tenunan dua atau lebih jenis benang gentian yang berbeza. Pencampuran ini secara amnya digunakan untuk memanfaatkan sifat dan ciri yang baik bagi setiap jenis tetulang, sementara pada masa yang sama mengurangkan kesan sifat yang kurang disukai (kesan sinergi). Hasil sinergi yang sama boleh diperolehi dengan dua atau lebih lapisan bahan yang berbeza, namun sebaliknya, fabrik hibrid juga menghalang atau mengurangkan kemungkinan delaminasi. Ini berlaku kerana pada fabrik hibrid jenis benang yang berbeza ditenun antara satu sama lain, dengan itu menjadikan keseluruhan ketebalan bahan kulit lamina lebih seragam, (mengelakkan lapisan bahan yang berbeza, yang mempunyai sifat mekanikal yang berbeza,
69
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
7.5.
Poliester Modulus Tinggi & Diolen
High Modulus Polyester (HMP) dan Diolen ialah gentian poliester berkekuatan tinggi. Ia telah diguna dalam aplikasi industri selama beberapa dekad, dalam bidang aplikasi yang luas seperti tetulang tayar, tali pinggang keselamatan, tali dan jaring. Pengiktirafan nilai mereka dalam aplikasi komposit untuk aeroangkasa, pertahanan, marin dan pengangkutan telah datang pada tahun-tahun akhir. Ia digunakan sebagai tetulang utama dan dalam susunan hibrid dengan gentian kaca dan aramid. Keliatan menjadikannya sesuai untuk digunakan pada lapisan luar pembinaan komposit untuk perlindungan impak. Diletakkan pada lapisan luar ia juga melindungi aramid dan kaca daripada kelembapan (dan melepuh) dan menjadi licin, ia mengurangkan kenampakan riak tenunan. Pada masa yang sama, ketumpatannya yang sangat rendah juga menjadikannya sesuai untuk digunakan di lapisan tengah, di mana berfungsi sebagai bahan teras, ia menambah kekukuhan pada struktur. Ciri-ciri menarik lain termasuk kesan yang baik dan rintangan keletihan, dan potensi untuk redaman getaran. Secara amnya, sifat Diolen menyerupai sifat aramid pada tahap yang lebih rendah, tetapi harga yang berpatutan dan kebolehpercayaan menjadikannya menarik. Prestasi diolen akan jatuh pada suhu tinggi. Ia tidak boleh digunakan di atas 200ºF. Pemprosesan lebih mudah daripada aramid, tetapi tidak semudah gentian kaca dan karbon.
7.6.
Vektran
Vektran adalah hasil penyelidikan selama 30 tahun mengenai gentian polimer kristal cecair (LCP). 100% daripada pengeluaran dunia kini dimiliki oleh satu syarikat, Kuraray Co., Ltd. Pengeluaran tahunan hanya 600 tan pada tahun 2007, tetapi berkembang pada kadar kira-kira 10% setahun. Gentian ini terbentuk melalui penyemperitan cecair LCP melalui kapilari diameter halus. Ia digunakan dalam komposit aeroangkasa dan banyak lagi aplikasi industri bernilai tinggi. Ia mempamerkan kekuatan dan modulus yang tinggi, rintangan rayapan yang sangat baik, rintangan lelasan yang tinggi, ciri-ciri lentur/lipatan yang sangat baik, penyerapan kelembapan yang minimum, rintangan kimia yang sangat baik, kekuatan dielektrik yang tinggi, rintangan pemotongan yang cemerlang, rintangan hentaman tinggi, ciri-ciri redaman getaran yang cemerlang, pengekalan sifat yang sangat baik pada suhu tinggi/rendah (takat lebur 330°C, dengan kehilangan kekuatan progresif daripada 220°C). Mereka mempunyai warna emas, serupa dengan aramid, tetapi biasanya dicat dengan warna lain untuk tujuan kosmetik. vektran juga melekat pada resin lebih baik daripada aramid. Antara lain, ia harus digunakan dalam aplikasi di mana berat dan rintangan hentaman adalah penting.
70
PERSEDIAAN BAHAN KOMPOSIT
BAB 8: GENTIAN ASLI
G
entian adalah bahan seperti rambut di mana ia berbentuk filamen. Gentian boleh dipintal menjadi benang atau tali. Bahan-bahan ini boleh diguna sebagai komponen dalam bahan komposit. Bahan ini juga boleh dijadikan jadikan bentuk kepingan atau helaian untuk produk seperti kertas. Terdapat dua jenis gentian: gentian asli terdiri daripada gentian tumbuhan, haiwan dan mineral, dan gentian sintetik yang terdiri daripada gentian buatan manusia dan gentian dibina semula. Bukti awal manusia menggunakan gentian ialah penemuan bulu biri-biri dan flaks pada 36,000 tahun S.M di Georgia. Gentian asli boleh diklasifikasikan mengikut bahan asal.
8.1. 8.1.1.
Gentian Berasaskan Tumbuhan Biji benih
Gentian yang didapati dari biji benih seperti kapas dan kapok (kekabu)
Pokok Kapas
Pokok Kekabu Foto 8-1: Gentian dari biji benih
71
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
8.1.2.
Daun
Gentian yang didapati dari daun seperti sisal, mengkuang, pisang dan nanas.
Sisal
Mengkuang Foto 8-2: Gentian dari daun
8.1.3.
Kulit kayu
Gentian yang didapati dari kulit pokok. Gentian jenis ini mempunyai kekuatan tegangan yang lebih tinggi berbanding yang lain. Banyak digunakan sebagai yarn, fabrik, pembungkusan dan kertas tahan lama. Contohnya flaks, jut, kenaf, hemp, ramie, rotan dan anggur.
Flaks
72
PERSEDIAAN BAHAN KOMPOSIT
Kenaf
Hemp Foto 8-3: Gentian dari kulit kayu
8.1.4.
Buah-buahan
Gentian yang didapati dari buah-buahan seperti sabut kelapa.
Foto 8-4: Gentian sabut kelapa
73
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
8.1.5.
Batang (teras pokok)
Gentian yang didapati dari batang tumbuhan seperti jerami (padi, gandum, barli dll), buluh dan rumput.
Foto 8-5: Gentian dari buluh
Gentian tumbuhan yang paling banyak digunakan adalah kapas, flaks dan hemp, walaupun sisal, jut, kenaf, buluh dan kelapa juga digunakan dengan meluas. Gentian hemp secara amnya digunakan sebagai tali dan aerofoil disebabkan rintangan tinggi terhadap alam sekitar. Pada masa kini gentian hemp digunakan sebagai pengedap dalam industri sanitari dan haba.
8.2.
Gentian Berasaskan Haiwan
Gentian haiwan ialah gentian semula jadi yang boleh diperolehi kepada haiwan. Gentian ini biasanya terdiri daripada pelbagai jenis protein. Contoh gentian haiwan yang paling popular termasuk sutera dan bulu. Adalah penting untuk ambil perhatian bahawa gentian haiwan yang diekstrak daripada haiwan yang berbeza biasanya mempunyai sifat yang berbeza. Tambahan pula, jenis gentian juga mungkin berbeza dari spesies ke spesies. Ia juga boleh diperhatikan bahawa gentian semula jadi berbeza dalam konsistensi manakala gentian sintetik diketahui lebih seragam. Gentian tekstil yang berasal daripada haiwan biasanya dihasilkan daripada rambut haiwan, bulu haiwan, kulit haiwan, atau rembesan tertentu (biasanya daripada serangga seperti ulat sutera). Setelah diekstrak, gentian haiwan biasanya ditenun atau dirajut (atau kadangkala dirasa) untuk membentuk fabrik haiwan yang cantik. Dari segi sejarah, gentian haiwan telah digunakan dalam pengeluaran jaket lembut dan hangat, pembalut, blazer, selendang, ponco, kot dan bentuk pakaian dan aksesori lain. Permaidani, penutup dan permaidani biasanya diperbuat daripada gentian haiwan yang agak kasar (BYJU'S, t.t). Sumber biasa gentian haiwan termasuk: • Rambut haiwan – gentian yang diperoleh daripada rambut mamalia. Contohnya, bulu kambing, biri-biri, dan kuda • Gentian unggas – gentian yang diperoleh daripada bulu burung
74
PERSEDIAAN BAHAN KOMPOSIT
• Gentian sutera – gentian yang diperoleh daripada kepompong ulat sutera dan kepompong serangga lain tertentu. 5 contoh ketara fabrik yang berasal daripada gentian haiwan disediakan di bawah. • Sutera - berasal daripada ulat sutera (serat diperoleh daripada kepompong ulat sutera) • Cashmere – berasal daripada bulu kambing Cashmere • Shearling – diperoleh daripada bulu dan kulit domba shearling • Bulu Parsi – berasal dari bulu domba Karakul (dianggap oleh ramai sebagai kain yang sangat tidak berperikemanusiaan) • Shahtoosh – berasal dari bulu antelop Tibet
8.3.
Gentian Mineral
Gentian mineral adalah istilah umum untuk sebarang gentian bukan logam dan bukan organik. Contoh gentian mineral ialah asbestos , grafit , dan kaca . Asbestos berlaku secara semula jadi sebagai gentian. Gentian mineral sintetik, dipanggil bulu sanga atau bulu batu , dihasilkan dengan meniup udara atau wap melalui batu cair atau sanga. Gentian mineral digunakan sebagai pengisi dalam penebat haba dan bahan kalis api (Cameo, 2016). Gentian grafit (menghasilkan gentian karbon) dan gentian kaca telah diterangkan dalam bab yang lepas. Sementara gentian asbestos tidak akan diterangkan dengan lebih lanjut kerana penggunaannya yang semakin berkurangan akibat kesan kepada masalah kesihatan manusia.
8.4.
Gentian Asli Dalam Industri
Selepas perang dunia kedua, pengembangan gentian sintetik telah mengurangkan penggunaan gentian asli. Pada masa kini, dengan kenaikan harga minyak dan kesedaran alam sekitar, terdapat perubahan penggunaan gentian asli dalam tekstil, bangunan, plastik dan industri automotif. Penggunaan gentian asli di peringkat industri telah membantu memperbaiki pemuliharaan alam sekitar terutama produk-produk dalam sektor automotif. Dalam industri bangunan, tarikan terhadap gentian asli adalah dari segi ekonomi dan teknikal; gentian asli memberi sifat penebatan yang lebih baik daripada bahan sedia ada. Di Malaysia sendiri, terdapat usaha dari kerajaan untuk menggantikan tanaman tembakau kepada pokok kenaf bagi mendapatkan gentiannya sebagai bahan pengukuh. Gentian asli yang paling banyak digunakan seluruh dunia adalah seperti berikut:
75
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
8.4.1.
Hemp
Gentian hemp didapati daripada kulit batang tumbuhan dengan nama sintifiknya Cannabis sativa L. Ia mudah tumbuh sehingga 4m tinggi tanpa baja kimia dan memperolehi kandungan karbon yang banyak. Pengeluaran hemp disekat di sesetengah negara, di mana tumbuhan ini dianggap dari jenis ganja. Gentian hemp panjang, kuat dan tahan lama, mengandungi lebih kurang 70% selulos dan kandungan lignin yang rendah (sekitar 8-10%). Garis pusat gentian dari 16 ke 50 micron. Gentian hemp mengalirkan haba, boleh diwarnakan dengan baik, rintangan terhadap kulat, menghalang cahaya lampau ungu dan sifat natural anti-bakteria. Gentian yang pendek dan berteras kayu mengandungi paras lignin yang lebih tinggi.
Rajah 8-1: Pokok hemp dan kegunaannya
Hemp digunakan untuk membuat tali, kanvas dan kertas. Gentian hemp yang panjang boleh diputar dan ditenun untuk dijadikan ‘crisp’ (sejenis fabrik), tekstil perhiasan rumah dan penutup lantai. Gentian hemp juga digunakan dalam industri kertas. Ia juga digunakan sebagai tetulang dalam termoplastik untuk industri automotif. 76
PERSEDIAAN BAHAN KOMPOSIT
Gentian teras yang pendek digunakan sebagai penebat, papan gentian dan hamparan untuk mengawal hakisan tanah, sementara teras bergentian diadun dengan batu kapur untuk menjadikannya konkrit ringan yang kuat.
8.4.2.
Kenaf
Kenaf (hibiscus cannabinus) banyak didapati di Asia Tenggara termasuk di Malaysia. Kenaf adalah gentian sekutu jut yang menunjukkan kriteria yang sama. Pokok kenaf tumbuh setinggi hingga 1.5 – 3.5m dan berkayu. Batang pokok kenaf bergaris pusat 1 – 2 cm, kebanyakan tidak bercabang. Gentian kenaf diperolehi daripada kulit dan teras kayu. Kulit mewakili 40% daripada tumbuhan tersebut manakala teras mewakili 60%.
Rajah 8-2: Pokok kenaf dan kegunaannya
Kenaf dituai untuk gentian di mana batangnya menghasilkan dua jenis gentian: gentian kasar daripada kulit dan gentian yang lebih halus daripada teras. Tumbuhan matang dalam 100 – 200 hari. Daun kenaf digunakan dalam diet manusia dan haiwan serta gentian kulit digunakan untuk beg, temali, dan layar untuk bot. Kegunaan utama gentian kenaf sebelum ini adalah tali, belitan, kain kasar dan kertas. Sekarang, kegunaan kenaf termasuk kayu kejuruteraan, penebat, kain, ‘soil less potting mixes’, bahan untuk memadatkan pembungkusan dan penyerap minyak dan cecair. Kulitnya yang dihancurkan halus juga digunakan untuk dicampur dengan resin komposit plastik. Kenaf boleh dijadikan beberapa jenis hamparan (mat) seperti hamparan semaian rumput bagi halaman dan mat yang diacu untuk bekas. Panasonic telah membina kilang di Malaysia untuk menghasilkan papan gentian kenaf yang dieksport ke Jepun. Ford, sebagai pembuat kereta, berusaha untuk menghasilkan kereta yang tahan, telah menggunakan bahan di dalam pintu – dikenali sebagai ‘bolster’ – daripada kenaf. Penggunaan kenaf telah mengurangkan 300,000 pound resin berasas minyak setahun
77
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
di Amerika Utara dan mengurangkan berat ‘bolster’ pintu sebanyak 25%. Pengurangan berat menterjemah penjimatan penggunaan bahan api.
8.4.3.
Gentian kelapa sawit
Abad kedua puluh satu telah menyaksikan pencapaian hebat teknologi hijau dalam pembangunan biokomposit. Gentian kelapa sawit yang diperolehi daripada tandan sawit terbukti sebagai bahan yang baik untuk biokomposit. Gentian sawit adalah keras dan kukuh.
Rajah 8-3: Gentian dari pokok kelapa sawit
Morfologi permukaan yang berliang adalah penting untuk saling kait (interlocking) secara mekanikal yang lebih baik dengan resin matriks untuk pembinaan komposit. Rawatan alkali ke atas gentian sawit digunakan untuk memperbaiki rekatan antara gentian-matriks. Kestabilan haba, dielektrik, pengaliran elektrik dll diperbaiki dengan bantuan gentian sawit. Gentian sawit adalah serba guna dan kukuh; ia boleh diproses kepada pelbagai gred untuk sesuaikan dengan aplikasi seperti: • tilam dan kusyen • kawalan hakisan tanah, landskap dan hortikultur • pembuatan seramik dan bata • pengeluaran bahan komposit dan barang beracuan
• pembuatan papan gentian berketumpatan sederhana • pengeluaran kertas dan pulpa • kawalan akustik atau bunyi • baja dan kompos
78
PERSEDIAAN BAHAN KOMPOSIT
BAB 9: BAHAN TIDAK LANGSUNG PENGHASILAN KOMPOSIT
B
ahan tidak langsung ialah bahan yang digunakan dalam proses pengeluaran, tetapi tidak boleh dikaitkan dengan produk. Sungguh pun begitu, ia mungkin digunakan dalam kuantiti yang tidak ketara pada asas setiap produk yang tidak berbaloi untuk mengesannya sebagai bahan langsung. Oleh itu, ia digunakan sebagai sebahagian daripada proses pengeluaran, tetapi tidak disepadukan dalam jumlah yang besar ke dalam produk. Contoh bahan tidak langsung ialah (AccountingTools, t.t): • • • •
Bekalan pencuci/pembersihan Peralatan keselamatan pakai buang Alat pakai buang Kelengkapan dan pengikat
• • • •
Perekat Minyak Penggilap/pelicin Pembalut/pembungkus
Bahan tidak langsung pula terbahagi kepada dua iaitu bahan mentah dan bahan penyokong proses pembuatan. Dalam bab ini hanya bahan mentah tidak langsung yang umum digunakan dalam pelbagai proses pembuatan akan diterangkan. Bahan mentah langsung bagi proses pembuatan yang khusus akan diterangkan dalam Bab yang akan datang. Antara bahan mentah tidak langsung adalah:
9.1.
Aseton
Aseton ialah pelarut yang berkuasa, digunakan dalam industri komposit sebagai standard untuk pembersihan dan nyah-gris. Ia akan melarutkan dan mengeluarkan resin epoksi, poliester dan vinil ester daripada alatan, berus dan permukaan. Aseton juga menanggalkan gris dan lilin dengan berkesan untuk penyediaan permukaan sebelum proses seterusnya. Walaupun aseton adalah pelarut yang berkesan, ia tidak boleh digunakan untuk
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
menipiskan resin atau lapisan gel. Penipisan dengan aseton boleh menjejaskan integriti struktur lamina, mencipta lubang jarum tambahan atau kekuningan pramatang, dan mengubah warna kot gel. Penipisan stirena disyorkan untuk penipisan produk resin poliester dan vinil ester (FibreGlast, t.t). Aseton sangat mudah terbakar dan akan menyejat dengan cepat. Ia harus dikendalikan seperti petrol. Apabila tidak digunakan, pastikan bekas bertutup rapat pada setiap masa untuk keselamatan dan ekonomi.
9.2.
Foto 9-1: Aseton
Pelepas Acuan
Apabila membuat komponen daripada acuan atau pun acuan itu sendiri, menyapu agen pelepas merupakan langkah penting dalam proses itu. Ejen pelepas acuan mempunyai dua tujuan asas (FibreGlast, t.t): Pelepasan acuan bertindak sebagai agen pemisah antara lapisan resin dan permukaan acuan, supaya komponen yang telah diawet boleh dikeluarkan tanpa merosakkan komponen atau acuan. Apabila digunakan dengan betul, pelepas acuan membantu menghasilkan kemasan permukaan yang tahan lama dan berkilat untuk komponen siap. Pelepas acuan membantu memelihara integriti komponen dan mengelakkan kerosakan pada kedua-dua komponen dan acuan. Usaha yang diperlukan untuk menggunakan agen pelepas berkualiti semasa penyediaan jauh melebihi masa yang diperlukan untuk membetulkan kerosakan kemudiannya.
9.2.1.
Lilin pelepas acuan
Lilin pelepas ialah lilin hijau bukan silikon yang dirumus khas untuk menghasilkan permukaan yang lasak, tahan lama, berkilat tinggi. Apabila digunakan dengan PVA, lilin pelepas memberikan ciri pelepasan yang sangat baik. Penyediaan khas diperlukan apabila digunakan pada acuan baru: • Gunakan kain kering bersih atau pad aplikator untuk menyapu lapisan lilin pelepas yang nipis pada permukaan acuan. • Jika menggilap menggunakan tangan, sapukan pada bahagian kecil dan mulakan menggilap dalam masa satu minit penggunaan. Penggilap kuasa yang dilengkapi dengan kain terry atau pad bulu kambing akan mengurangkan masa kerja pada permukaan yang lebih besar. Pastikan penggilap kuasa sentiasa bergerak supaya
80
PERSEDIAAN BAHAN KOMPOSIT
tidak membenarkan pembentukan geseran yang boleh terbakar melalui salutan lilin. Permukaan hendaklah digilap hingga kemasan berkilat. • Untuk memastikan perlindungan yang lengkap, ulangi proses menyapu lilin dan penggilapan sekurang-kurangnya tiga kali apabila menggunakan acuan baharu atau yang di baik pulih. • Biarkan satu jam untuk pelarut menyejat, menghasilkan penghalang lilin yang lebih teguh.
Foto 9-2: Lilin Pelepas Acuan (Mould Release Wax)
9.2.2.
Polivinil alkohol
PVA, atau polivinil alkohol, harus digunakan dengan Lilin Pelepas Acuan untuk memudahkan pelepasan komponen daripada acuan. Lilin hendaklah disapu pada acuan, setebal 3-4 lapisan, dan disapu hingga berkilat tinggi. Setelah lapisan akhir lilin kering, PVA hendaklah digunakan dengan pertimbangan berikut: • PVA boleh disapu, tetapi untuk hasil terbaik, sapukan dengan pistol semburan, 12–18 inci dari substrate. • Secara amnya, sapukan dalam tiga lapisan: yang pertama, dengan selaput nipis, dan benarkan 10 -15 minit untuk kering sepenuhnya. Kemudian sapukan dua lapisan yang lebih tebal, biarkan setiap lapisan kering sepenuhnya (3045 minit setiap satu). • PVA harus membentuk permukaan licin, berkilat yang tidak akan mengecut atau tertarik dari sudut atau permukaan melengkung. • Ia boleh digunakan untuk pembaikan poliester, atau dijadikan kot gel sebagai lapisan permukaan bagi Foto 9-3: Polivinil alkohol pengawetan tanpa udara. Sebagai filem kering, PVA tahan terhadap pelarut dalam sistem resin, tetapi larut dalam air. SILA AMBIL PERHATIAN: Ia tidak boleh digunakan dengan resin atau substrate yang mengandungi atau menghasilkan air semasa pengawetan.
81
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
9.2.3.
Perapi dan lilin pelepas Stoner's Miracle Gloss ®
Ini adalah sistem acuan pengeluaran lengkap berdasarkan penyediaan acuan yang betul dan adunan lilin pes yang unik. Ia menghasilkan beberapa kelebihan: • Miracle Gloss ® dirumus khas untuk meningkatkan bilangan maksimum pelepasan acuan bagi setiap aplikasi. • Ia secara konsisten memberikan kilauan yang sangat tinggi. • Tidak memerlukan semburan yang memakan masa atau langkah tambahan terlibat; ia direka bentuk untuk mudah mengelap masuk dan mengelap keluar dari acuan. • Dengan kendalian yang betul, pembikin akan mendapati pelepasan komponen menjadi mudah dan bebas masalah.
Foto 9-4: Perapi dan lilin pelepas
9.3. Kertas Pasir
Foto 9-5: Kertas pasir
Kertas pasir yang sesuai digunakan adalah silikon karbida kalis air. Masa yang dihabiskan untuk mengempelas palam, acuan dan bahagian siap akan meningkatkan jangka hayat dan kualitinya secara mendadak. Jadi, ia amat berbaloi dengan melakukan empelas pada setiap peringkat ini semasa proses membuat komposit.
• Mengempelas dan melicinkan permukaan palam akan membuka laluan kepada permukaan kelas-A acuan. • Pastikan untuk mengempelas basah acuan baru sebelum menggilap kepada kesempurnaan permukaan. • Akhir sekali, selesaikan mengempelas bahagian anda untuk mendapatkan kilauan yang mendalam. Laminat, terutamanya gentian karbon, akan lebih berprestasi jika permukaannya rata dan licin dengan sempurna. Gunakan gred kertas pasir yang lebih halus berturutturut untuk mengeluarkan kelupas dan tekstur daripada PVA, dan untuk meratakan pembaikan lapisan gel luaran. Terdapat juga pengempelas yang lebih fleksibel yang dikenali sebagai span empelas yang disalut pada dua sisi dengan silikon karbida. Ia digunakan untuk melicinkan kesan pada permukaan rata, berbentuk dan melengkung dengan mudah.
82
Foto 9-6: Span empelas
PERSEDIAAN BAHAN KOMPOSIT
9.4.
Pengilat Acuan Langkah 1 Dan 2
Kedua-dua sebatian ini berfungsi bersama-sama untuk menggilap selepas komponen diempelas. Mereka bukan sahaja menghasilkan kilauan yang mengagumkan, tetapi keduaduanya dirumuskan supaya Foto 9-7: Pengilat Acuan Langkah 1 Dan 2 proses fabrikasi menggunakan hanya kira-kira separuh jumlah kompaun berbanding bahan tradisional. Ia secara semula jadi menyejukkan permukaan semasa digilap sekali gus menghalang kesan terbakar. • Langkah 1: Untuk menghilangkan calar yang ditinggalkan oleh kertas pasir 600 hingga 1000 grit. Kompaun pemotongan pantas ini juga akan menyingkirkan stirena dan timbunan lilin daripada acuan. • Langkah 2: Untuk menghilangkan calar yang lebih halus dan menghasilkan permukaan berkilat tahap tinggi pada lapisan gel dan primer. Kedua-dua sebatian adalah berasaskan air dan mesra alam. Ia diperbuat daripada tallow (sejenis lemak binatang) dan kersik (grit) semula jadi dan tidak mengandungi pelarut, lilin atau polimer. Kedua-dua produk ini sesuai untuk menggilap bahagian FRP, acuan, dan juga permukaan yang dicat.
9.5.
Pengilat Mesin Meguiar
Pengilat mesin Meguiar's menghasilkan kilauan yang mendalam. Kaya dengan nutrien yang menembusi dan menghidupkan semula semua kemasan cat, gentian kaca dan plastik. Sisa buffing dapat disingkirkan dengan mudah untuk mendedahkan kilauan dan kejelasan kemasan asal. Selepas menggilap permukaan, sapukan pengilat mesin untuk menghilangkan kesan pusaran halus dan mencapai kilauan yang luar biasa. Untuk hasil terbaik, gunakan mesin penggilap berputar pada kira-kira 2500 rpm. Pengilat mesin Meguiar's dirumus khas untuk mengkondisikan permukaan dengan produk petroleum seperti lilin yang menghapuskan kesan lilin pelepas yang digunakan selepas itu. Pengilat mesin ini tidak mengandungi silikon, jadi ia selamat dan berkesan untuk digunakan pada semua acuan dan kemasan cat, termasuk lapisan lut sinar.
83
Foto 9-8: Pengilat Mesin Meguiar
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
BAB 10: PERSEDIAAN BAHAN
H
ampir setiap projek komposit memerlukan sedikit pemotongan, terutamanya di peringkat penyediaan. Adalah penting untuk memilih gunting, pemotong dan alat bantuan fabrik yang sepadan dengan kualiti bahagian komposit yang akan hasilkan (FibreGlast, t.t). Pemilihan peralatan yang betul akan memberikan faedah-faedah yang berikut: • Bina kecekapan dalam pembuatan projek: Jangan buang masa atau wang dengan menggunakan bilah kusam atau tidak sesuai yang boleh merosakkan pengukuh. • Perbaiki kosmetik: Buat potongan yang tepat dan bersih setiap kali, tanpa mencengkam dan memutarbelitkan tenunan fabrik dan meninggalkan bahagian tepi yang tidak kemas. • Cukup kuat seperti yang diperlukan: Ini termasuklah gunting dan alat bantuan fabrik yang mampu memotong walaupun tetulang yang paling sukar, termasuk tetulang aramid.
10.1. Peralatan Pemotongan Fabrik dan prepreg boleh dipotong dengan alatan standard, daripada gunting dan pisau cukur87 untuk kepingan yang lebih nipis kepada roda pemotong las 88 dan alatan Dremel. Jika memotong kepingan gentian karbon atau aramid yang banyak, disyorkan mengguna alat karbida, pemotong jenis las atau alat bermata berlian. Alat keluli biasa akan memotong kepingan karbon dengan baik, tetapi disebabkan sifat kasar semua kepingan karbon, alatan standard akan cepat haus. Panel kemudiannya diempelas 89 tepi dengan mudah, membolehkan pemangkasan rapat dan diempelas lagi ke dimensi akhir untuk tepi yang licin dan bersih (Rock West, 2020).
10.1.1. Gunting Gunting adalah peralatan utama dalam pemotongan fabrik komposit. Fungsi dan penggunaannya adalah sama seperti dalam industri tekstil. Terdapat pelbagai jenis dan saiz gunting yang boleh dipilih, contohnya: 84
PERSEDIAAN BAHAN KOMPOSIT
• Gunting Gentian Biasa (Foto 10-1): Ia boleh terdiri dari jenis yang boleh di asah semula atau pakai buang. Gunting biasa boleh memotong gentian karbon, gentian kaca dan fabrik dan gentian tetulang nipis yang lain. Untuk pemotongan aramid, gunting yang khusus hendaklah digunakan. • Gunting Perincian (Foto 10-2): Ia sesuai untuk memangkas lebihan gentian karbon, gentian kaca dan fabrik tetulang komposit lain daripada tepi perkakas, atau gentian sesat daripada sebarang laminasi.
Foto 10-1 Gunting Gentian Biasa
Foto 10-2: Gunting Perincian
• Gunting Kuasa: Gunting kuasa mempunyai fungsi yang sama seperti gunting tangan kecuali tenaga pemotongan adalah dari motor elektrik (Gunting Elektrik Video 10-1) atau turbin angin (Gunting Pneumatik - Foto 10-3) yang menggerakkan mata pemotong. Gunting kuasa memudahkan kerja pemotongan yang banyak dan boleh memotong dengan pantas. Mata pemotongnya yang lebih kecil memudahkan untuk memotong lengkungan dan sudut kecil.
Video 10-1: Gunting Elektrik
Foto 10-3: Gunting Pneumatik
10.1.2. Pisau cukur Pisau cukur adalah sekeping logam kecil rata dengan tepi yang sangat tajam yang 85
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
dimasukkan ke dalam pemegangnya. Ia digunakan untuk menghiris fabrik atau prepreg dengan tepat. Terdapat pelbagai bentuk pisau cukur seperti di Foto 10-4. Setiap satunya mempunyai pemegang yang berbeza bersesuaian dengan bentuk masing-masing.
Foto 10-4: Mata Pisau Cukur
10.1.3. Pemotong putar Pemotong putar90 boleh menghasilkan potongan yang licin dan bersih. Dengan menggunakan gunting, potongan menjadi bergerigi dan gentian mudah tersangkut. Pemotong putar memudahkan untuk memotong bahagian yang berbentuk 91 dengan sempurna. Ia boleh memotong berbilang kepingan tetulang sekali gus. Untuk menggunakan, hanya picit pemegang untuk menggerakkan bilah ke kedudukan pemotongan, dan kunci pada tempatnya; apabila selesai, bilah hendaklah dilepaskan dan dikunci untuk penyimpanan yang selamat. Mata pemotongnya boleh diganti dengan mata baru setelah tumpul.
Video 10-2: Pemotong Putar
86
PERSEDIAAN BAHAN KOMPOSIT
10.1.4. Pemotong bulatan putar92 Pemotong jenis ini boleh memotong bulatan dengan sempurna. Pemotong bulatan putar mempunyai pancang tengah boleh laras yang meluncur di atas lengan kepada ukuran jejari yang diinginkan. Bilahnya yang lebih kecil dan tajam sangat sesuai untuk pemotongan yang rumit dan terperinci serta membuat potongan di sudut yang kecil.
Video 10-3: Pemotong Bulatan Putar
10.1.5. Alat Dremel93 Alat Dremel ialah alat berputar yang kecil. Ia sesuai untuk kegunaan tangan dan mempunyai bilah berputar yang kecil atau alat pemotong yang dikenali sebagai bit Dremel di hujungnya. Alat Dremel (Foto 10-5) ialah alat yang sangat serba boleh dan boleh melaksanakan pelbagai tugas termasuk memotong fabrik terutamanya prepreg (Fine Power Tools, t.t).
Foto 10-5: Alat Dremel
87
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
10.1.6. Mesin pemotong pisau lurus Mesin adalah alat pemotong yang paling berguna dalam pemotongan fabrik di industri. Mesin ini dipanggil mesin pemotong pisau lurus 94 kerana mata pemotongnya berbentuk lurus. Ia digunakan untuk kedua-dua fabrik tenunan dan rajutan 95. Dalam mesin ini pelbagai jenis pisau lurus digunakan mengikut bahan pemotongan yang berbeza. Mesin ini memberikan kecekapan yang baik dengan membolehkan pemotongan lapisan-lapisan fabrik yang tebal dipotong serentak. Oleh kerana mesin ini digerakkan oleh tangan, pastikan pemilihan berat mesin adalah bersesuaian dengan keupayaan operator.
Video 10-4: Mesin Pemotong Pisau Lurus
10.1.7. Mesin pemotong pisau lentur Mesin Pemotong Pisau Lentur96 ialah mesin pemotong pegun 97. Ia mempunyai bilah pisau nipis boleh lentur yang berputar melalui slot dalam mesin pemotong semasa memotong (Asif Ahmed Safwan, t.t). Keupayaan mesin ini sama seperti Mesin Pemotong Pisau Lurus kecuali cara kendaliannya yang berbeza, di mana pada mesin ini operator meletakkan, mengawal dan membimbing blok fabrik di sekeliling pisau.
Video 10-5: Mesin Pemotong Pisau Lentur
88
PERSEDIAAN BAHAN KOMPOSIT
10.1.8. Mesin pemotong automatik Pemotongan automatik adalah proses pemotongan yang bebas kendali oleh operator. Operator hanya meletak dan melaras kedudukan fabrik di meja pemotongan sebelum menekan butang pemula dan mesin memulakan pemotongan berbantu komputer mengikut corak yang telah diprogramkan terlebih dahulu. Terdapat pelbagai jenis mesin automatik di pasaran samada dijual dalam standard atau direka bentuk mengikut keperluan industri tertentu. Alat mesin ini boleh terdiri samada dari jenis pisau berputar, ultrasonik, sebagainya. Video di bawah menunjukkan beberapa contoh mesin automatik:
Video 10-6: Pisau berputar atau pisau ultrasonik
spesifikasi pemotong laser dan pemotong
Video 10-7: Laser
Namun begitu tidak menjadi hasrat bab ini itu membincangkan lebih lanjut penggunaan mesin pemotong automatik kerana ianya di luar skop perbincangan.
10.2. Alat Bantuan Pemotongan 10.2.1. Penanda komposit
Foto 10-6: Pen Penanda
Video 10-8: Pen Penanda
Pen ini memudahkan untuk menanda garis potong pada tetulang atau lamina tanpa
89
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
memerlukan tekap 98 yang mungkin tidak sesuai dengan reka bentuk yang dikehendaki. • Penanda Sharpie® digunakan untuk menandakan tetulang kering. Hujung pen meluncur dengan mudah di sepanjang permukaan fabrik tanpa menyeret gentian bersamanya. Dakwat perak kekal memberikan kontras yang jelas yang mudah dilihat, sama ada menggunakan gentian karbon, gentian kaca, aramid atau prepreg. • Penanda Pilot® lebih sesuai untuk menanda bahagian lamina yang keras dengan permukaan tidak berliang. Ia mempunyai dakwat seperti cat yang digunakan hanya dengan tekanan minimum dan cepat kering. Seperti Penanda Sharpie®, dakwat perak memberikan kontras yang sungguh jelas terhadap lamina.
10.2.2. Pita garisan Pita garisan 99 yang khusus sebagai bantuan pemotongan boleh digunakan untuk mengekalkan integriti fabrik. Pita mestilah mempunyai pelekat sederhana yang mudah untuk ditanggalkan dan tidak meninggalkan kesan. • Lekatkan pada fabrik dan potong sepanjang garis putus-putus yang dicetak di bahagian tengah pita. • Pita paling sesuai untuk memotong garis lurus, tetapi boleh dipotong-potong untuk membuat lengkungan yang sedikit. • Potongan akan meninggalkan bahagian pita yang sama pada kedua-dua tepi yang dipotong, yang menghalang gentian berjumbai 100 pada tepi potongan fabrik. • Sebelum melamina 101, pita hendaklah ditanggalkan, meninggalkan sisa yang boleh diabaikan dan membenarkan fabrik digunakan hingga ke tepi. Ambil perhatian bahawa pita boleh digunakan terus pada permukaan gentian karbon dan gentian kaca. Walau bagaimanapun, apabila digunakan dengan aramid, terlebih dahulu gunakan lapisan pita pelukis biru standard di bawah Pita Garisan.
Video 10-9: Pita Garisan
90
PERSEDIAAN BAHAN KOMPOSIT
10.2.3. Penyekat jerumbai102 Selain menggunakan Pita Garisan (yang lebih sesuai untuk potongan lurus), cecair penyekat jerumbai boleh digunakan untuk tujuan yang sama. Dritz® Fray Check™ direka secara unik untuk memegang hujung fabrik yang longgar semasa pemotongan. Hanya pancutkan garisan cecair unik ini di sepanjang garis pemotongan, biarkan ia kering, kemudian buat potongan. • Atas beberapa sebab, penyekat jerumbai hanya boleh digunakan pada bahagian fabrik yang akan dipotong buang daripada lamina setelah produk siap: • Kawasan fabrik yang tepu dengan Fray Check TIDAK akan dibasahi oleh resin. Ini boleh menjejaskan prestasi dan menyebabkan delaminasi. • Fray Check ialah plastik nilon yang dilarutkan dalam bes alkohol. Setelah kering, ia mungkin kelihatan putih pada fabrik yang lebih gelap dan boleh menjadi kuning lama-kelamaan, yang berpotensi menjejaskan kosmetik.
Video 10-10: Cecair Penyekat Jerumbai
10.2.4. Tikar pemotong Tikar Pemotong 103 diletakkan di atas meja rata untuk mengukur fabrik dan membuat potongan yang bersih dan konsisten. Ia direka untuk menahan tusukan dan hirisan yang berkaitan dengan pemotong berputar, bilah penghiris dan gunting. Permukaannya yang diperbuat dari getah yang lembut dan fleksibel menghapuskan risiko tetulang tersangkut dan merosakkannya. Setiap tikar mempunyai grid samada dalam unit metrik atau imperial atau kedua-duanya. Grid ukuran ini biasanya hanya terdapat pada satu permukaan, namun kedua-dua belah permukaannya boleh digunakan untuk pemotongan. Terdapat juga garis pepenjuru yang panjang untuk membantu pemotongan sudut.
91
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
Video 10-11: Tikar Pemotong
10.3. Kit Komposit Kit 104 ialah teknik inventori di mana bahan dan bahagian individu, tetapi berkaitan, dibungkus dan dihantar bersama sebagai satu berkas. Kit dalam pembuatan komposit melibatkan bahan (produk yang sama) yang telah dipotong kemudiannya disusun ke dalam pek sebelum dihantar kepada pengguna berikutnya. Setiap kit dilabel nombor siri unit penyimpanan stok (SKU 105) individu untuk kebolehkesanan (Richardson, 2021).
Foto 10-7: Prepreg yang siap dipotong dihimpunkan dan dilabel
92
PERSEDIAAN BAHAN KOMPOSIT
Kit dan pemotongan mengambil masa dan boleh menjadi proses yang rumit jika kit terdiri daripada pelbagai bahan dan bentuk yang berlainan. Sesetengah pengilang menggunakan sistem kit automatik bersepadu bermula dari pemilihan fabrik komposit yang dibawa terus kepada pemotong yang kemudiannya dipindahkan untuk proses mengisih, menyusun dan menyimpannya dalam stesen yang padat dan pantas (Pasion, 2021).
Video 10-12: Mesin Kit Automatik
93
PERSEDIAAN BAHAN KOMPOSIT
MODUL 2: PEMBUATAN KOMPOSIT (ACUAN TERBUKA)
PEMBUATAN KOMPOSIT (ACUAN TERBUKA)
BAB 1: PENGENALAN PEMBUATAN PRODUK KOMPOSIT
T
erdapat tiga jenis proses pembuatan komposit: pengacuan terbuka, pengacuan tertutup dan pengacuan polimer tuang. Terdapat pelbagai kaedah pemprosesan dalam setiap kategori pengacuan ini, masing-masing mempunyai faedahnya sendiri. (Composites Lab, t.t).
1.1. 1.1.1.
Proses Pembuatan Komposit Pengacuan terbuka106
Bahan komposit (resin dan gentian) diletakkan dalam acuan terbuka, di mana ia mengawet atau mengeras semasa terdedah kepada udara. Kos perkakas untuk acuan terbuka selalunya murah, membolehkan teknik ini digunakan untuk membina prototaip dan pengeluaran yang sedikit.
1.1.2.
Pengacuan tertutup 107
Bahan komposit diproses dan diawet di dalam beg vakum atau acuan dua sisi, ditutup kepada atmosfera. Pengacuan tertutup boleh dipertimbangkan untuk dua kes: pertama, jika kemasan dua belah diperlukan; dan kedua, jika jumlah pengeluaran yang tinggi diperlukan.
1.1.3.
Pengacuan polimer tuang 108
Campuran resin dan pengisi dituangkan ke dalam acuan (biasanya tanpa tetulang) dan dibiarkan untuk terawet atau mengeras. Kaedah pengacuan ini kadangkala menggunakan pengacuan terbuka dan kadangkala menggunakan pengacuan tertutup.
97
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
1.2.
Pengacuan Terbuka
Dalam pengacuan terbuka, bahan mentah (resin dan tetulang gentian) terdedah kepada udara apabila ia mengawet atau mengeras. Pengacuan terbuka menggunakan proses yang berbeza, termasuk letak tangan, semburan, tuang dan penggulungan filamen.
1.2.1.
Bengkalai tangan
Bengkalai tangan 109 adalah kaedah pengacuan terbuka yang paling biasa dan paling murah kerana ia memerlukan peralatan yang paling sedikit. Tetulang gentian diletakkan dengan tangan dalam acuan dan resin diendapkan dengan berus atau penggelek. Proses ini digunakan untuk membuat kedua-dua barangan besar dan kecil, termasuk bot, tangki simpanan, tab dan pancuran mandian.
Rajah 1-1: Bengkalai tangan
1.2.2.
Semburan
Semburan 110 adalah serupa dengan bengkalai tangan tetapi menggunakan peralatan khas (terutamanya pistol pencincang 111) untuk memotong bahan tetulang menjadi gentian pendek, menambahnya pada resin dan mendepositkan campuran (dipanggil chop) pada permukaan acuan. Semburan adalah lebih automatik daripada bengkalai tangan dan biasanya digunakan untuk menghasilkan kuantiti yang besar dan banyak.
Rajah 1-2: Semburan
98
PEMBUATAN KOMPOSIT (ACUAN TERBUKA)
1.2.3.
Penggulungan filamen
Penggulungan filamen 112 ialah proses automatik yang menggunakan resin tepu113 dan gentian tetulang berterusan ke atas acuan silinder berputar. Ia digunakan untuk menghasilkan produk berongga seperti sarung motor roket, paip dan tangki simpanan bahan kimia. Penggulungan filamen adalah kurang intensif buruh daripada proses pengacuan terbuka yang lain.
Rajah 1-3: Penggulungan Filamen
1.3.
Pengacuan Tertutup
Dalam pengacuan tertutup, bahan mentah (gentian dan resin) diawet di dalam acuan dua sisi atau dalam beg vakum (tertutup dari udara). Proses pengacuan tertutup biasanya automatik dan memerlukan peralatan khas, jadi ia digunakan terutamanya dalam loji besar yang menghasilkan jumlah bahan yang besar yang boleh mencipta sehingga 500,000 bahagian setahun.
1.3.1.
Pengacuan beg vakum 114
Proses pembuatan ini direka untuk memperbaiki sifat mekanikal lamina (dua atau lebih lapisan tetulang gentian yang diikat dengan resin). Vakum diwujudkan untuk mengeluarkan udara terperangkap dan resin berlebihan serta memampatkan lamina. Kepekatan serat tinggi memberikan lekatan yang lebih baik (antara lapisan pembinaan sandwic). Selain itu, pengacuan beg vakum membantu menyingkirkan resin berlebihan yang terkumpul apabila struktur dibuat menggunakan teknik bengkalai tangan (acuan terbuka).
Rajah 1-4: Pengacuan Beg Vakum
99
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
1.3.2.
Pemprosesan infusi vakum
Pemprosesan infusi vakum 115 (VIP) ialah teknik yang menggunakan tekanan vakum untuk memacu resin ke dalam lamina. Infusi vakum biasanya digunakan untuk menghasilkan struktur yang sangat besar. Infusi vakum menghasilkan lamina yang kuat, ringan dan menawarkan pengurangan pelepasan emisi yang ketara (berbanding dengan pemprosesan pengacuan terbuka dan beg vakum bengkalai tangan basah 116). Proses ini menggunakan perkakas kos rendah yang sama seperti pengacuan terbuka dan memerlukan peralatan yang minimum.
Rajah 1-5: Pemprosesan Infusi Vakum
1.3.3.
Pengacuan pemindahan resin
Pengacuan pemindahan resin 117 (RTM ), kadangkala dipanggil pengacuan cecair, ialah kaedah pengacuan tertutup di mana bahan tetulang dimuatkan ke dalam acuan tertutup, acuan diapit, dan resin dipam masuk (melalui port suntikan) di bawah tekanan. Proses ini menghasilkan bahagian kompleks dengan kemasan licin pada semua permukaan terdedah. Proses ini boleh menjadi mudah atau sangat automatik dan masa kitaran adalah pantas. Dengan meletakkan bahan tetulang kering di dalam acuan, sebarang kombinasi bahan dan orientasi boleh digunakan, termasuk tetulang 3-D.
Rajah 1-6: Pengacuan Pemindahan Resin
100
PEMBUATAN KOMPOSIT (ACUAN TERBUKA)
1.3.4.
Pengacuan mampatan
Pengacuan mampatan 118 ialah proses pembuatan di mana bahan komposit diapit di antara dua acuan padanan di bawah tekanan dan haba yang kuat (dari 250° hingga 400°F) sehingga bahagian itu terawet. Teknik ini digunakan untuk pengawetan yang cepat bahagian polimer bertetulang gentian kaca yang kompleks. Pengacuan mampatan mempunyai kitaran pengacuan pantas dan keseragaman bahagian yang tinggi. Proses ini boleh diautomasikan. Di samping itu, kos buruh adalah rendah dan ia memberikan fleksibiliti reka bentuk dan kemasan permukaan yang bagus.
Rajah 1-7: Pengacuan Mampatan
1.3.5.
Pultrusi
Pultrusi digunakan untuk membentuk komposit menjadi bentuk yang panjang dan konsisten seperti rod atau bar. Untaian tetulang berterusan ditarik melalui takungan resin untuk membasahinya, kemudian ditarik melalui acuan keluli yang dipanaskan yang membentuk komposit panjang yang berterusan. Proses ini beroperasi secara berterusan supaya ia boleh diautomasikan dengan mudah. Kos buruh adalah rendah dan produk siap sangat kukuh. Pultrusion digunakan untuk membuat produk seperti rasuk, saluran, paip, tiub, joran dan batang kayu golf.
Rajah 1-8: Pultrusion
101
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
1.3.6.
Acuan suntikan reaksi bertetulang
Acuan suntikan reaksi bertetulang 119 (RRIM) digunakan secara meluas untuk membuat bahagian automotif luaran dan dalaman. Dalam proses ini, dua (atau lebih) resin dipanaskan secara berasingan dan digabungkan dengan gentian kaca giling 120. Campuran disuntik ke dalam acuan di bawah tekanan tinggi dan dimampatkan. Resin terawet dengan cepat. Komposit RRIM mempunyai banyak kelebihan pemprosesan, termasuk masa kitaran yang sangat cepat, buruh yang rendah, tekanan pengapit acuan yang rendah dan kadar sekerap 121 yang rendah. Proses RRIM memerlukan resin dan tetulang khas.
Rajah 1-9: Acuan Suntikan Tindak Balas Bertetulang
1.3.7.
Tuangan empar
Dalam tuangan emparan 122, tetulang dan resin diendapkan 123 pada permukaan dalam acuan berputar. Daya empar menahannya sehingga bahan terawet atau mengeras. Tuangan emparan digunakan untuk menghasilkan bahagian berongga (seperti paip dengan dua permukaan licin). Ia amat sesuai untuk menghasilkan struktur dengan diameter besar, seperti paip untuk pemasangan industri minyak dan kimia serta tangki simpanan bahan kimia. Tuangan emparan semakin digunakan untuk menghasilkan telefon, lampu jalan dan tiang lain.
Rajah 1-10: Tuangan Emparan
102
PEMBUATAN KOMPOSIT (ACUAN TERBUKA)
1.3.8.
Laminasi berterusan
Laminasi berterusan 124 digunakan untuk membuat kepingan dan panel rata atau beralun untuk produk yang digunakan dalam dinding sisi trak dan kenderaan rekreasi, papan tanda jalan, bumbung langit 125, panel bangunan dan bahan penebat elektrik. Ia merupakan proses yang sangat automatik di mana gentian dan resin digabungkan, diapit di antara dua filem pembawa plastik dan dipandu melalui proses penghantar. Pembentuk penggelek membentuk kepingan, dan resin diawetkan (dalam ketuhar atau zon pemanasan) untuk membentuk panel komposit. Panel dipangkas secara automatik mengikut lebar dan panjang yang dikehendaki.
Rajah 1-11: Laminasi Berterusan
1.4.
Acuan Polimer Tuang
Polimer tuang adalah unik dalam industri komposit: mereka biasanya tidak mempunyai tetulang gentian dan direka bentuk untuk memenuhi keperluan kekuatan khusus aplikasi. Pengacuan polimer tuang digunakan untuk menghasilkan bahagian pada sebarang bentuk atau saiz.
1.4.1.
Acuan batu kultur bersalut gel 126
Salutan gel ialah resin poliester khusus yang diformulasikan untuk menyediakan permukaan luar kosmetik pada produk komposit, dan untuk menyediakan keupayaan cuaca untuk produk luar. Kot gel terdiri daripada resin asas dan bahan tambahan.
Rajah 1-12: Acuan Batu Kultur Bersalut Gel
103
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
1.4.2.
Pengacuan permukaan padu
Produk permukaan padu 127 (juga dikenali sebagai produk padat) terdiri daripada matriks tuang tanpa permukaan bersalut gel. Vakum boleh digunakan untuk mengeluarkan udara yang terperangkap dalam matriks. Produk permukaan pepejal menawarkan gaya reka bentuk tanpa had.
Rajah 1-13: Pengacuan Permukaan Padu
1.4.3.
Percetakan 3D
Percetakan 3D, juga dikenali sebagai pembuatan aditif , ialah kaedah mencipta objek tiga dimensi secara lapisan demi lapisan menggunakan reka bentuk ciptaan komputer. Percetakan 3D ialah proses tambahan di mana lapisan bahan dibina untuk mencipta bahagian 3D. Ini adalah bertentangan dengan proses pembuatan tolak 128, di mana reka bentuk akhir dipotong daripada blok bahan yang lebih besar. Akibatnya, percetakan 3D menghasilkan kurang pembaziran bahan. Terdapat beberapa syarikat komposit cetakan 3D yang serius pada awal tahun 2020 dan ia berkembang dengan pantas. Ini adalah permulaan penumpuan automasi dan susun atur komposit pada skala yang jauh lebih kecil daripada teknologi robot yang digunakan terutamanya untuk pembuatan bahagian aeroangkasa.
Rajah 1-14: Pencetak 3D
104
PEMBUATAN KOMPOSIT (ACUAN TERBUKA)
1.5.
Pemilihan Proses Pembuatan
Terdapat banyak cara yang berbeza untuk membina bahan komposit! Kepelbagaian ini boleh menjadikan ia benar-benar mengelirukan untuk memilih proses terbaik yang boleh digunakan untuk membuat projek. Menambah kerumitan adalah terdapat dua atau lebih teknik yang sangat berbeza namun boleh menghasilkan apa yang kelihatan seperti hasil yang sama. Gambaran kasar keseluruhan kaedah pembuatan bahagian komposit yang paling biasa digunakan telah diterangkan. dengan tumpuan pada termoset. Banyak pembolehubah yang perlu diambil kira dan jika ia mengganggu projek hendaklah dihindari. Oleh kerana prosesnya sangat berbeza dan sesuai dengan pelbagai jenis saiz dan jenis bahagian, berikut ialah carta ringkas untuk memberikan idea kaedah pembuatan mengikut saiz bahagian dan masa kitaran yang diperlukan:
Rajah 1-15: Anggaran tempoh kitaran, saiz bahagian dan proses yang sesuai (Chris, 2021)
105
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
BAB 2: PROSES PERSEDIAAN RESIN
P
engukuran yang teliti dan pencampuran sempurna resin dan pemangkin adalah penting untuk resin terawet dengan betul. Sama ada menggunakan campuran resin untuk membasahkan pengukuh, sebagai salutan atau tuangan, langkah yang betul adalah perlu untuk memastikan peralihan fasa cecair kepada fasa pepejal resin berkekuatan tinggi yang terkawal dan sempurna (Swell Composites, 2021).
2.1.
Peralatan Khusus Penyediaan Resin
Pemilihan jenis dan bahan peralatan yang betul mampu menghasilkan campuran resin yang berkualiti. Peralatan yang dipilih juga hendaklah tidak bertindak balas terhadap resin yang digunakan.
2.1.1.
Batang gaul & dayung
Batang gaul dan dayung 129 ialah cara yang mudah dan berkesan untuk mencampurkan resin dan lapisan gel. Selepas setiap penggunaan, hanya buang bahan ini untuk memastikan bengkel bersih dan bebas daripada pencemaran. Dayung yang lebih panjang juga boleh digunakan untuk memegang hos suapan resin dengan selamat dan lurus semasa proses infusi resin.
Foto 2-1: Batang gaul dan dayung
106
PEMBUATAN KOMPOSIT (ACUAN TERBUKA)
2.1.2.
Cawan gaul kertas
Cawan gaul kertas pakai buang tidak berlilin digunakan untuk mencampurkan resin dan kot gel. Terdapat pelbagai saiz yang boleh diperolehi bersesuaian dengan saiz projek. SILA AMBIL PERHATIAN: Cawan kertas ini tidak boleh digunakan bersama aseton.
Foto 2-2: Cawan Gaul Kertas
2.2.
Persediaan Resin
Video 2-1 menunjukkan langkah-langkah biasa dalam proses penyediaan resin. Penerangan berkaitan dihuraikan di bawahnya.
Video 2-1: Proses persediaan resin
2.2.1.
Langkah 1: Persediaan peralatan & bahan
Sediakan peralatan dan bahan yang diperlukan iaitu:
107
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
• Pelindung mata • Lateks pakai buang atau sarung tangan getah boleh guna semula • Cawan gaul bersih (Jika menggunakan bahan kitar semula, elakkan apa-apa yang mengandungi lemak/minyak, seperti bekas mentega atau marjerin) • Batang gaul bersih • Penimbang digital dengan julat kecil (1 ml) atau silinder bersenggat pakai buang (cawan penyukat) Pastikan sentiasa bermula dengan cawan dan berus yang bersih untuk mengelakkan sebarang kotoran atau serpihan daripada jatuh ke dalam campuran resin. Seterusnya, masukkan resin dan pemangkin ke dalam bekas plastik, logam atau kertas bebas lilin yang bersih. Jangan gunakan bekas kaca atau busa kerana bahaya pembentukan haba eksotermik. Jangan cuba ubah masa pengawetan resin dengan mengubah nisbah campuran. Nisbah yang tepat adalah penting untuk resin terawet sepenuhnya dan mengembangkan sifat fizikalnya.
2.2.2.
Langkah 2: Pemilihan resin
Pilih resin yang bersesuaian dengan kegunaan produk yang dihasilkan seperti yang diterangkan dalam bab yang lepas. Resin yang biasa digunakan adalah jenis poliester dan resin gred laminasi. Resin perlu dicampurkan dengan agen pemangkin sebelum digabungkan dengan gentian. Agen-agen pemangkin bagi resin bergantung kepada jenis resin yang digunakan. Resin poliester memerlukan Metil Etil Keton Peroksida (MEKP) sebagai agen pemangkin manakala epoksi menggunakan pengeras.
2.2.3.
Langkah 3: Pengukuran berat atau isipadu
Langkah-langkah untuk mengukur mengikut berat atau isipadu berbeza sedikit: 2.2.3.1.
Sukat mengikut berat (menggunakan penimbang digital)
• Mulakan dengan menghidupkan penimbang dan pilih unit ukuran dalam gram. Jika kuantiti terlalu kecil untuk penimbang memberikan ukuran yang tepat serta sukar untuk mendapatkan campuran yang konsisten, berat minimum campuran yang sesuai ialah 50g. • Letakkan cawan gaul pada penimbang dan tetapkan semula skala kepada sifar dengan menekan butang Tare atau Zero Scale. • Tuangkan resin terlebih dahulu dan perhatikan jumlah yang dituangkan. (Contoh: 300g) • Kira jumlah pemangkin yang diperlukan berdasarkan jumlah resin yang telah dituangkan. (Contoh: 300g resin memerlukan 150g pemangkin) Ini akan memberi kita jumlah berat gabungan sebanyak 450g bahan campuran. • Tuangkan pemangkin terus dari botol ke campuran. Jika penimbang ditetapkan semula kerana ketidakaktifan sebelum mempunyai peluang untuk melengkapkan campuran, hanya ukur pemangkin sahaja. Resin dan pemangkin mempunyai ketumpatan yang berbeza, yang bermaksud resin mempunyai berat lebih daripada 108
PEMBUATAN KOMPOSIT (ACUAN TERBUKA)
pemangkin. Sila simpan carta untuk rujukan pantas bagi memastikan campuran yang tepat. • Jika dituangkan sedikit melebihi berat sasaran, jangan risau. Selagi anda berada dalam margin ralat maksimum 5% yang ditentukan untuk sistem resin ini, ianya akan baik-baik saja. 2.2.3.2.
Sukat mengikut isipadu (dengan cawan gaul)
• Tentukan jumlah bahan campuran yang diperlukan oleh aplikasi (sedekat mungkin). Jika memerlukan lebih banyak resin, boleh mencampurkan campuran kumpulan kedua untuk menyelesaikan kerja. Resin ialah input yang mahal untuk sebarang aplikasi, jadi cuba dan pastikan pembaziran pada tahap minimum. • Mulakan dengan menuangkan jumlah resin yang diperlukan oleh campuran ke dalam cawan penyukat bersenggat. Semasa menuang, pastikan bahagian bawah permukaan cecair melengkung, yang dipanggil meniskus, memenuhi garisan senggatan yang dihajati. Ambil perhatian bahawa resin yang lebih panas akan terbaring rata jadi berikannya seketika untuk mengendap sebelum mengira jumlah pemangkin yang diperlukan. Dalam Rajah 2-12, meniskus adalah bahagian bawah garis cecair melengkung yang dicipta oleh permukaan cecair.
Meniskus Permukaan cecair Paras sukatan Rajah 2-12: Paras sukatan
• Seterusnya, tuangkan pemangkin yang diperlukan untuk melengkapkan campuran. Kebanyakan sistem resin letakan basah, campurannya dengan pemangkin adalah dalam nisbah 2:1 mengikut isipadu, jadi tuangkan dua bahagian resin kepada satu bahagian pemangkin. Walau bagaimanapun, sentiasa teliti arahan penggunaan oleh pengilang yang dicetak pada botol. 2.2.3.3.
Pendispensan dengan pam
Resin dan pemangkin yang didispenskan pada nisbah yang salah adalah punca kebanyakan masalah berkaitan pemangkin. Untuk memudahkan pendispensan dan mengurangkan kemungkinan ralat, gunakan Pam Entropi untuk mengukur nisbah resin kepada pemangkin yang betul. Pam penuh dua kali resin untuk setiap pam penuh pemangkin (nisbah 2:1). Tekan
109
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
setiap kepala pam sepenuhnya dan biarkan kepala naik sepenuhnya kembali ke atas sebelum memulakan tekanan seterusnya. Tekanan separa akan memberikan nisbah yang salah. Baca arahan pam sebelum menggunakan pam. Sebelum anda menggunakan campuran yang didispenskan pam pertama pada projek, sahkan pam menghantar nisbah yang betul dengan mengikuti proses penentukuran pada arahan pam. Semak semula nisbah bila-bila masa anda mengalami masalah dengan pengawetan.
2.2.4.
Rajah 2-2: Pam entropi
Langkah 4: Mencampur resin
Berikut adalah langkah-langkah untuk mencampur resin • Selepas kedua-dua bahagian dituangkan pada nisbah yang betul, gaulkannya bersama-sama dengan teliti selama 2 - 3 minit dengan batang penggaul. Gaul lebih lama untuk kuantiti yang lebih banyak. • Pastikan mengikis bahagian tepi, sudut dan bahagian bawah bekas beberapa kali semasa mencampurkan. Ini akan memastikan bahawa semua pemangkin dicampurkan sepenuhnya bersama resin dan harus menghalang resin daripada mempunyai pemangkin yang tidak betul. • Pastikan untuk mengikis kedua-dua belah cawan gaul juga. Jika campuran tidak mempunyai konsistensi tunggal (bekas kekal), teruskan mengadun sehingga sebati sepenuhnya.
2.2.5.
Langkah 5: Pendispensan resin
Berikut ialah langkah dan petua untuk menuangkan resin yang telah diadun: • Elakkan menggunakan resin untuk melamina dan menyalut panas di luar bangunan dalam suhu sejuk, atas permukaan yang meluap, atau pada hari kelembapan tinggi. Pemangkin resin sangat dipengaruhi oleh suhu dan kelembapan • Pertimbangkan untuk menyebarkan lapisan campuran resin yang sangat nipis dengan pemeras terlebih dahulu dan kemudian licinkan kemasan menggunakan berus. Ini akan menyebarkan resin dengan lebih mudah ke kawasan yang lebih besar. • Mula menuang atau menggunakan resin dengan segera. Lebih besar kuantiti bahan campuran dalam cawan, lebih cepat hayat pot130 dan masa bekerja. • Jika lebih banyak resin diperlukan, atau terdapat masalah dengan pemendapan, tunggu sehingga resin mula melekat dan sapukan lapisan nipis kedua atau isi tempat rendah menggunakan campuran resin baharu (30 minit selepas
110
PEMBUATAN KOMPOSIT (ACUAN TERBUKA)
penggunaan pertama). Untuk aplikasi terbaik, sapukan resin dalam corak silang menyilang dan kemudian biarkan ia mendap sebelum mulakan lapisan berikutnya.
2.2.6.
Langkah 6: Sediakan permukaan untuk lekatan
2.2.6.1.
Ikatan Utama (Kimia).
Ikatan primer atau kimia berlaku apabila anda menggunakan resin segar pada resin yang telah dipulihkan separa. Ikatan primer bergantung pada ikatan kimia lapisan resin di mana molekul resin dan pemangkin dari lapisan sebelumnya masih bertindak balas dan oleh itu boleh bertindak balas secara kimia dengan lapisan resin seterusnya. Ini membolehkan semua lapisan resin untuk sembuh bersama-sama dan bercantum menjadi satu lapisan. Tiada persediaan permukaan diperlukan apabila menggunakan resin segar di atas resin yang telah dipulihkan separa. Tetapi selepas aplikasi resin terawet, ruang untuk pemautan kimia tiada lagi. Pada ketika ini adalah perlu menyediakan permukaan untuk lapisan resin berikutnya. 2.2.6.2.
Ikatan Sekunder (Mekanikal).
Untuk lekatan sekunder (mekanikal) yang baik, permukaan ikatan hendaklah bersih, kering dan diempelas. Ikatan sekunder atau mekanikal berlaku apabila mula-mula menggunakan resin pada permukaan asas atau menyapu lapisan berikutnya pada salutan resin yang telah terawet sepenuhnya. Ikatan sekunder bergantung pada keupayaan resin untuk "mengunci" ke dalam liang atau calar pada permukaan, jadi ikatan ini bersifat mekanikal. Apabila menyediakan permukaan dengan betul untuk ikatan sekunder (mekanikal), ia perlu bersih dan bertekstur. Ini membolehkan lekatan yang baik. 2.2.6.3.
Mencegah Lekat
Kadangkala perlu mengelakkan resin melekat pada permukaan tertentu, seperti permukaan acuan. Bahan/asas yang tidak melekat pada resin ialah: pita selofan jernih, filem plastik nipis 3 hingga 5 mil 131, plastik polietilena dan plastik polipropilena. Boleh juga menggunakan agen pelepas acuan seperti lilin pelepas, pembebasan kimia dan PVA (polivinil alkohol) untuk mengelakkan ikatan. Untuk mengesahkan bahawa resin akan tertanggal dari permukaan, adalah lebih baik mencubanya di kawasan ujian. 2.2.6.4.
Menanggalkan Amina Pucat
Amina pucat 132 ialah hasil sampingan daripada proses pengawetan resin. Filem seperti lilin ini mungkin mula terbentuk semasa peringkat bebas lekatan fasa pengawetan awal. Amina pucat adalah larut air dan mudah ditanggalkan tetapi boleh menyumbat kertas pasir dan menghalang ikatan berikutnya jika tidak ditanggalkan. Hanya basuh permukaan dengan air bersih dan gosok dengan pad yang melelas 133. Keringkan permukaan dengan tuala kertas putih biasa untuk menghilangkan amina pucat yang terlarut sebelum ia kering di permukaan. Selepas mencucinya dengan pad yang melelas, permukaannya akan kelihatan kusam. Empelas mana-mana kawasan
111
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
berkilat yang tinggal dengan kertas pasir 80-grit. Pengempelasan basah juga akan menghilangkan amina pucat.
Foto 2-3: Amina pucat pada badan bot yang kelihatan keputihan
2.2.7.
Langkah 7: Pengawetan dan pembersihan resin
Rajah 2-3: Fasa Pengawetan
Pencampuran resin dan pemangkin memulakan tindak balas kimia yang mengubah campuran cecair menjadi pepejal. Tempoh transformasi ini dipanggil masa pengawetan. Semasa ia mengawet, resin melepasi daripada keadaan cecair, melalui keadaan gel sebelum ia mencapai keadaan pepejal (Rajah 2-3). Semasa ia mengawet, campuran resin berpindah dari keadaan cecair, melalui keadaan gel, kepada keadaan pepejal. Masa pengawetan lebih singkat apabila resin lebih panas dan lebih lama apabila resin lebih sejuk.
112
PEMBUATAN KOMPOSIT (ACUAN TERBUKA)
Berikut ialah beberapa istilah yang mungkin terdapat dalam arahan pengawetan atau pembungkusan: • CECAIR―WAKTU BUKA - Fasa ini juga dipanggil masa bekerja atau masa letakan basah. Ia adalah bahagian masa pengawetan, selepas mencampurkan, bahawa campuran resin kekal cecair dan boleh digunakan. Lakukan semua pemasangan dan pengapitan semasa waktu buka untuk memastikan lekatan yang boleh dipercayai. • GEL—FASA PEMULIHAN AWAL - Resin beralih ke fasa pengawetan awal apabila ia mula menjadi gel atau "kick-off". Resin tidak lagi boleh digunakan dan akan berkembang daripada gel yang melekat kepada getah kental yang keras, yang boleh dilekukkan dengan jari. Campuran akan menjadi bebas melekat kira-kira pertengahan fasa pengawetan awal. Sementara resin masih melekit (seperti kelekitan pita pelekat), boleh menyalut semula permukaan tanpa penyediaan permukaan kerana kedua-dua lapisan akan membentuk ikatan primer (kimia). Walau bagaimanapun, pastikan ia berada pada ketepatan yang betul kerana potensi ikatan kimia berkurangan apabila campuran menghampiri fasa pengawetan akhir. • PEPEJAL—FASA PENGAWETAN AKHIR - Campuran resin dan pemangkin telah terawet kepada keadaan pepejal, dan boleh mengempelas keringnya. Tidak dapat melekukkannya lagi dengan jari. Pada ketika ini, resin telah mencapai sebahagian besar kekuatan muktamadnya, jadi tidak mengapa untuk menanggalkan sebarang pengapit. Penggunaan baharu resin tidak lagi dapat membentuk ikatan kimia (atau primer) padanya. Sebelum menggunakan lebih banyak resin, anda mesti membersihkan, mengeringkan dan mengempelas permukaan untuk memudahkan ikatan sekunder (mekanikal) yang baik. Campuran akan terus mengawet selama beberapa hari hingga dua minggu pada suhu bilik, menjadi pepejal plastik lengai 134. 2.2.7.1.
Pengawetan Dan Pembersihan Projek Resin:
Sentiasa kekal dengan projek sehingga ia telah mula melekat dan mengawet. • Benarkan resin terawet pada suhu bilik. Jika pemangkasan 135 diperlukan, sasarkan untuk memotong atau menarik pita kira-kira 1-2 jam selepas resin mula mengawet. Memangkas resin apabila 75% terawet adalah lebih mudah daripada ia telah terawet sepenuhnya. Setelah terawet sepenuhnya, pengempelasan dan penyingkiran mekanikal diperlukan. Pita tepi juga boleh ditanggalkan. • Pembersihan menggunakan alkohol ternyahtabii136, bukan aseton. Pemeras137 paling mudah dibersihkan setelah resin mengeras sepenuhnya (semalaman). Berus adalah diguna sekali melainkan anda mempunyai akses kepada peti sejuk beku, dalam hal ini berus boleh disimpan untuk sentuhan kemasan 138. Berhati-hati bahawa apabila ia suam ke suhu bilik, ia akan terpelanting. Jika terkena pada kulit, singkirkannya segera menggunakan larutan sabun dan air yang suam.
113
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
2.2.7.2.
Pengaruh suhu kepada resin:
• Suhu persekitaran kawasan kerja (atau suhu ambien). • Suhu permukaan resin yang diaplikasikan, yang juga merupakan sebahagian daripada suhu ambien. • Haba yang dihasilkan oleh resin semasa ia mengawet (haba eksotermik) 2.2.7.3.
Penyesuaian dengan suhu yang lebih panas
Gunakan pemangkin yang lebih perlahan untuk meningkatkan atau mengekalkan masa buka. Boleh juga mencampurkan kelompok yang lebih kecil dan gunakannya dengan cepat. Atau tuangkan campuran resin ke dalam bekas dengan luas permukaan yang lebih besar (seperti kuali penggelek) untuk membolehkan haba eksotermik hilang, memanjangkan masa buka. Lebih cepat campuran dipindahkan atau digunakan (selepas pencampuran), lebih lama campuran tersedia untuk salutan, letakan atau pemasangan. 2.2.7.4.
Penyesuaian dengan suhu yang lebih sejuk
Gunakan pemangkin yang lebih pantas atau gunakan haba tambahan untuk menaikkan suhu resin melebihi suhu penggunaan minimum yang disyorkan pemangkin. Gunakan pistol udara panas, lampu haba atau sumber haba lain untuk memanaskan resin – sebelum mencampurkan atau selepas resin digunakan. Jangan panaskan pemangkin sebelum dicampurkan dengan resin. Boleh juga mempercepatkan masa pengawetan resin dengan menggunakan haba tambahan.
2.2.8.
Langkah 8: Lapisan atas dan kemasan
Perkara yang paling penting untuk dipertimbangkan semasa memilih salutan kemasan adalah melindungi resin daripada cahaya matahari. Perlindungan UV jangka panjang bergantung pada seberapa baik salutan kemasan mengekalkan penapis UV atau pigmennya di atas salutan resin. Kemasan berkilat tinggi mencerminkan bahagian cahaya yang lebih tinggi mengenai permukaan daripada permukaan kusam. Semua perkara lain adalah sama, salutan putih (terutamanya putih berkilat) akan bertahan paling lama. Keserasian Salutan: Kebanyakan jenis salutan serasi dengan resin. Resin yang diawet dengan sempurna ialah plastik keras yang hampir lengai sepenuhnya. Kebanyakan pelarut cat tidak akan melembutkan, membengkak atau bertindak balas dengannya. Amina resin boleh menjejaskan satu bahagian poliuretana dan lapisan gel poliester. Jika anda menggunakan ini, sapukannya selepas resin terawet dengan sempurna, biasanya selepas dua minggu pada suhu bilik dan selepas menanggalkan amina pucat. Suhu tinggi selepas pengawetan akan mencapai pengawetan menyeluruh dengan lebih cepat. Pengawetan pasca juga boleh meningkatkan sifat terma resin dan disyorkan jika anda bercadang untuk menggunakan cat gelap di atas resin.
114
PEMBUATAN KOMPOSIT (ACUAN TERBUKA)
BAB 3: PROSES BENGKALAI TANGAN
P
roses bengkalai tangan adalah teknik yang pertama sekali diguna pakai dalam industri pembuatan yang berasaskan polimer komposit. Kaedah ini, biasanya digunakan untuk menghasilkan struktur bot dan tangki penyimpanan air. Ia sesuai untuk pengeluaran produk pada kuantiti rendah, kosnya adalah paling efektif bagi kaedah ini. Peralatannya juga tidak mahal dan canggih. Kaedah ini biasanya menggunakan pengukuh jenis gentian berterusan. Secara ringkasnya, cara penghasilan komposit ini melibatkan pencampuran matriks dan pengukuh yang akan diratakan secara manual dengan menggunakan berus atau penggelek.
Rajah 3-1: Proses bengkalai tangan basah Jadual 3-1Produk proses bengkalai tangan dan semburan
• • • •
Bengkalai Tangan Bot Bilah kincir angin Tangki air Badan bot
Semburan • Struktur panel yang ringan • Tab mandi • Dulang mandian
115
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
3.1. 3.1.1.
Kelebihan dan Kekurangan Proses Bengkalai Tangan Kebaikan proses bengkalai tangan (Unicomposite, 2020)
• Peralatan yang rumit tidak diperlukan, ia hanya memerlukan acuan dan alat yang mudah, jadi kurang pelaburan dan hasil yang cepat • Teknologi pengeluaran manual dan mudah dikuasai, selepas latihan singkat, ia boleh dikuasai, tetapi ia akan mengambil pengalaman dan kajian yang lama untuk mencapai produk yang sangat baik • Pengeluaran produk FRP tidak terhad mengikut saiz dan bentuk, seperti: kapal persiaran besar, bumbung bulat, singki, dll.; • Ia boleh digabungkan dengan bahan lain (seperti: logam, kayu, busa, dll.) pada masa yang sama; • Untuk beberapa produk besar (seperti: silinder besar, bumbung besar) boleh dihasilkan di tapak kerja. • Melibatkan kandungan gentian yang tinggi dan gentian yang lebih panjang daripada proses semburan.
3.1.2.
Keburukan proses bengkalai tangan (Unicomposite, 2020)
• Pencampuran resin, kandungan laminate resin dan juga kualiti lamina bergantung pada kemahiran tenaga kerja. • Kualiti produk tidak setanding dengan penghasilan produk melalui mesin. • Penghasilan produk lebih sedikit jika dibandingkan dengan pengeluaran produk yang menggunakan mesin. • Tidak sesuai untuk penghasilan produk yang banyak. • Persekitaran kerja terdedah kepada habuk dan wap resin yang bertoksik.
3.2.
Peralatan Khusus Bengkalai Tangan
Pemilihan jenis dan bahan peralatan yang betul mampu menghasilkan produk komposit yang berkualiti. Peralatan yang dipilih juga hendaklah tidak bertindak balas terhadap resin yang digunakan.
3.2.1.
Berus
Berus digunakan untuk mencelup dan menyapu resin ke atas fabrik. Berus yang berkualiti adalah penting untuk proses bengkalai tangan dan pembaikan. Terdapat beberapa jenis dan kualiti berus yang perlu dipertimbangkan sebelum digunakan (FibreGlast, t.t): • Berus Bulu China: Mempunyai kekuatan dan kekakuan yang diperlukan untuk menompok 139 resin ke dalam tikar dan fabrik komposit. Bulu dipasukan dalam epoksi, jadi ia tahan keguguran, walaupun digunakan dengan pelarut pembersih.
116
PEMBUATAN KOMPOSIT (ACUAN TERBUKA)
SILA AMBIL PERHATIAN: Ia tidak disyorkan untuk digunakan dengan lapisan kemasan sebarang laminasi.
Foto 3-1: Berus Bulu China
Foto 3-2: Berus Kemasan Poliester
• Berus Kemasan Poliester: Berus ini tahan kepada stirena dan boleh dibersihkan dengan aseton. • Berus Asid: Diperbuat daripada bulu kuda yang keras bagi meminimumkan gelembung udara, manakala keseluruhan alat tahan haba dan pelarut.
3.2.2.
Penggelek resin
Penggelek 140 resin menyediakan cara terpantas untuk meratakan lapisan resin agar sekata. Ia juga berfungsi untuk mengeluarkan gelembung udara yang terperangkap di dalam fabrik. (TAP Plastics, t.t). Pelapik penggelek
Bingkai penggelek
Pemegang
Rajah 3-2: Penggelek Resin
Rajah 3-2 adalah dari jenis boleh tukar pelapiknya. Pelapik di sarungkan kepada bingkai penggelek sebelum digunakan. Bahan pelapik mestilah tahan pelarut dan resin. Jika penggelek cat biasa digunakan, resin akan melarutkan pelapik penggelek dan mengubah warna projek serta menjejaskan kualiti resin. Terdapat pelbagai bentuk pelapik penggelek yang direka khusus untuk jenis pengukuh dan tujuan tertentu. Contohnya: • Penggelek Alur Panjang: Mempunyai alur yang dalam dan sesuai untuk fabrik sehala.
117
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
Foto 3-3: Penggelek Alur Panjang
Foto 3-4: Penggelek Bersirip
• Penggelek Bersirip: Ia digunakan di mana tekanan yang lebih tinggi mesti digunakan untuk menepukan fabrik dan menghilangkan udara untuk laminasi yang lebih besar. • Penggelek Bubble Buster: Kepala penggelek yang lebih lebar menampilkan nub tegar yang terbentuk di sepanjang lilitan dan lebarnya. Nub ini menembusi poket udara yang dalam yang mungkin tidak dapat dicapai oleh penggelek lain untuk membasahi tetulang sepenuhnya.
Foto 3-5: Penggelek Bubble Buster
Foto 3-6: Penggelek Dayung Berslot
• Penggelek Dayung Berslot: Kepala penggelek yang lebih lebar menampilkan "dayung" yang ditinggikan dengan alur dalam yang menjalar sepanjang lilitan dan lebarnya. Ia digunakan untuk meratakan fabrik dan menghilangkan udara dari bahagian dengan resin yang banyak diisi. Selalunya digunakan untuk fabrik satu arah. Terdapat juga penggelek yang tidak boleh ditukar ganti seperti di Foto 3-7 digunakan pada sudut dan lekukan acuan yang sukar untuk dicapai oleh penggelek biasa.
Foto 3-7: Penggelek Tetap
Untuk tujuan penyudahan kemasan permukaan resin, pelapik yang boleh digunakan ialah (rujuk Foto 3-8): • Gentian poliester (putih): Penggelek kemasan separuh licin.
118
PEMBUATAN KOMPOSIT (ACUAN TERBUKA)
• Gentian mohair (merah): Penggelek kemasan halus. • Busa enamel (hitam): Penggelek kemasan tanpa lin epoksi. Digunakan terutamanya untuk resin epoksi dengan kemasan bebas lin.
Foto 3-8: Pelapik Penggelek (Poliester, Mohair, Busa Enamel)
3.2.3.
Pemeras
Alat yang paling biasa digunakan untuk menyebarkan resin ialah pemeras. Pemeras adalah penting, terutamanya apabila ia berkaitan dengan melamina fabrik berprestasi tinggi. Plastik segi empat tepat yang nipis dan fleksibel ini biasanya digunakan untuk menyebarkan resin, memaksa resin ke dalam fabrik tetulang, mengeluarkan lebihan resin dan menghilangkan gelembung udara yang terperangkap di antara dan di bawah lapisan fabrik. Pemeras merupakan alat yang paling banyak digunakan apabila melibatkan sebatian pengisi dan reraut 141 yang bertujuan untuk meningkatkan tebal lamina.
Foto 3-9: Pemeras
Pemeras plastik ialah cara terpantas untuk mengagihkan resin secara sama rata dalam kebanyakan aplikasi skala penuh. Ia berguna untuk menyebarkan pengisi dan untuk projek gentian kaca tujuan umum. Terdapat juga pemeras versi getah lembut yang sangat baik untuk memaksa resin melalui fabrik berprestasi tinggi tanpa rasa takut tersangkut atau memesongkan gentian yang mahal. Getah secara semula jadi menepati kontur dalam acuan dan memberikan kawalan yang lebih baik berbanding jenis plastik, jadi ia amat berguna apabila terdapat banyak perincian pada bahagian tersebut. 119
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
3.3. 3.3.1.
Teknik Bengkalai Tangan Penyediaan acuan
Acuan yang digunakan adalah acuan terbuka samada acuan jantan atau betina. Sebelum agen pelepasan disapu, acuan hendaklah dibersihkan menggunakan aseton terlebih dahulu. Keluarkan sebarang habuk dan kotoran dari acuan. Jika acuan daripada plaster, kayu atau gentian kaca baru, sapukan lilin lembut dan gilap dengan tuala lembut. Persediaan acuan melibatkan penggunaan agen pelepasan berasaskan lilin digunakan.. Agen pelepasan digunakan untuk memastikan produk tidak melekat pada permukaan acuan kelak. Agen pelepasan ini hendaklah disapu ke permukaan acuan sekurang-kurangnya sebanyak 3 kali bergantung kepada permukaan acuan. Untuk acuan baharu atau pertama kali digunakan, agen pelepasan jenis PVA digunakan selepas agen pelepasan berasaskan lilin. Satu lapisan filem terhasil selepas agen pelepasan jenis PVA digunakan.
Foto 3-10: Proses menyapu agen pelepasan
3.3.2.
Menyapu kot gel
Setelah acuan siap disapu agen pelepasan, letakkan satu lapisan kot gel 142. Lapisan ini adalah lebih kepada hiasan permukaan supaya kelihatan cantik dan menarik. Lapisan kot gel sama seperti lapisan cat yang bertindak untuk melindungi lapisan dalam komposit. Bahan yang biasa dipilih untuk lapisan kot gel adalah poliester dan vinil ester. Jika perlu lebih dari satu lapisan kot gel, pasti kot terawet terlebih dahulu sebelum menyapu kot yang berikutnya untuk memastikan tiada bintik-bintik cahaya. Adalah penting ketika mengendalikan lapisan kot gel terutamanya daripada habuk dan juga kesan jari/tapak tangan. Kecacatan juga mudah berlaku jika teknik meletakkan lapisan ini tidak dibuat dengan betul dan teliti. Antara kecacatan yang biasa berlaku
120
PEMBUATAN KOMPOSIT (ACUAN TERBUKA)
adalah lubang kecil, gelembung udara, keliangan dan banyak lagi. Ketebalan bagi satu lapisan kot gel adalah diantara 0.3 mm – 0.5 mm. Ketebalan melebihi 0.5mm boleh menyebabkan berlakunya retakan pada permukaan kot gel.
Foto 3-11: Menyapu gelcoat
3.3.3.
Pemotongan gentian
Gentian yang biasa digunakan adalah gentian kaca, gentian karbon dan gentian aramid. Gentian perlu dipotong menggunakan gunting mengikut saiz yang ditetapkan. Saiz potongan adalah bergantung kepada operator atau saiz acuan yang digunakan.
Foto 3-12: Pemotongan gentian
3.3.4.
Persediaan resin
Resin yang biasa digunakan adalah jenis poliester dan epoksi gred resin laminasi. Resin perlu dicampur dengan agen pematangan sebelum digabungkan dengan gentian. Agen-agen pematangan bagi resin bergantung kepada jenis resin yang digunakan. Resin poliester memerlukan Metil Etil Keton Peroksida (MEKP) sebagai
121
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
agen pematangan manakala epoksi menggunakan pengeras. Proses penyediaan resin hendaklah dibuat dengan teliti sebagaimana yang diterangkan dalam Bab yang lepas.
3.3.5.
Peletakan Gentian dan Resin
Gentian dan resin biasanya diletakkan secara manual dengan menggunakan tangan. Teknik ini menggunakan peralatan ringkas seperti berus cat dan penggelek. Sapukan resin atas permukaan kot gel, kemudaan letakkan tikar dan fabrik pengukuh. Kawasan yang banyak resin akan melemahkan bahagian, hendaklah diratakan dengan penggelek atau gunakan berus jika tidak boleh dicapai. Pastikan keseluruhan fabrik ditepukan oleh resin dan semua gelembung udara dikeluarkan.
Foto 3-13: Peletakan gentian dan resin
3.3.6.
Pengawetan produk
Proses pengawetan boleh dilakukan pada suhu bilik atau pada suhu tertentu bergantung kepada gred resin yang digunakan. Perkara penting perlu diberi perhatian ketika proses pematangan adalah eksoterma. Ini kerana pemanasan daripada eksoterma akan merosakkan produk. Oleh itu, adalah penting untuk mengawal ketebalan produk untuk mengelak berlaku pemanasan oleh eksoterma.
122
PEMBUATAN KOMPOSIT (ACUAN TERBUKA)
BAB 4: PREPREG
P
repreg adalah komponen komposit yang unggul. Resin termoset yang digunakan mengawet pada suhu yang terkawal, melalui tindak balas kimia yang mengubah prepreg menjadi bahan struktur tegar yang tahan lasak, tahan suhu, sangat kaku dan sangat ringan.
Pada awal tahu 1980an, prepreg dianggap sebagai bahan yang istimewa, hanya meliputi 5% dari reka bentuk kapal terbang dan hanya digunakan sebagai struktur pertengahan 143 sahaja. Hari ini, prepreg telah menjadi asas utama kepada struktur primer dan meliputi lebih dari 50% kerangka udara Airbus A350 XWB dan Boeing 787.
Rajah 4-1: Kedudukan teknologi prepreg dalam pengeluaran produk komposit (Hexcel Corporation, 2013)
Ia diikuti dengan pertumbuhan dalam industri tenaga angin, peralatan sukan, mesin 123
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
industri dan banyak lagi. Peningkatan penggunaan komposit prepreg yang mengatasi logam adalah dipacu oleh prestasi kekuatan yang tinggi berbanding berat, kekuatan kelesuan yang tinggi dan berpotensi dalam menawarkan kebebasan mereka bentuk. Rajah 4-1 menunjukkan prepreg banyak digunakan bagi produk yang memerlukan prestasi yang tinggi, namun pengeluarannya adalah terhad kerana faktor kos. Prepreg adalah ringkasan kepada “pre-impregnated” yang bermaksud pra-resapan di mana fabrik penguat yang telah diresapi dengan sistem resin. Sistem resin ini (biasanya epoksi) sudah memasukkan agen pengawetan yang betul. Resin hanya separa awet bagi memudahkan pengendalian, peringkat ini dikenali sebagai Tahap B dan perlu disimpan di tempat yang sejuk memandangkan pempolimeran penuh hanya berlaku dengan bantuan haba pada suhu yang tinggi. Lapik Pelindung (Peel Ply)
Fabrik prepreg
Foto 4-1: Fabrik Prepreg
Hasilnya, prepreg sedia untuk diletakkan ke dalam acuan tanpa penambahan resin lagi. Agar lamina terawet, perlu menggunakan gabungan tekanan dan haba (FibreGlast, t.t).
Video 4-1: Pengenalan Prepreg
124
PEMBUATAN KOMPOSIT (ACUAN TERBUKA)
Prepreg biasanya digunakan oleh fabrikator berpengalaman yang berhasrat untuk meminimumkan berat produk mereka. Aplikasi biasa termasuk aeroangkasa, perlumbaan, barangan sukan, kebuk tekanan dan produk komersial. Umumnya, prepreg digunakan oleh fabrikator yang mempunyai pengalaman dengan bengkalai tangan dan beg vakum. Walaupun mungkin bagi fabrikator baru untuk menangani prepreg untuk mengelakkan kekurangan bengkalai tangan, ia biasanya tidak dilakukan.
4.1.
Pembuatan Prepreg
Prepreg tidak boleh dibuat secara manual, malah dibuat oleh pengilang prepreg menggunakan mesin khusus. Proses skematik pembuatan prepreg seperti ditunjukkan oleh Rajah 4-2.
Rajah 4-2: Proses pembuatan prepreg
Terdapat dua kaedah pembuatan prepreg yang utama: leburan panas dan larutan celup (Hubbert, 2020). • Kaedah leburan panas menggunakan proses pemindahan filem. Pertama, filem resin dituangkan pada bahan pembawa berasaskan gentian (contohnya kertas industri bersalut). Kemudian, kedua-dua bahan itu disalurkan di antara penggelek yang dipanaskan, yang memindahkan bahan resin ke bahan pembawa dan memaksa resin untuk meresapi sebahagian gentian pembawa.
125
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
Video 4-2: Mesin prepreg leburan panas
• Kaedah larutan celup menggunakan proses penepuan. Pertama, resin dicairkan menggunakan pelarut, yang mengurangkan kelikatannya dan meningkatkan keupayaan pembasahannya. Kemudian, larutan resin terlarut digunakan pada bahan pembawa berasaskan gentian. Sebaik sahaja bahan direndam sepenuhnya dalam larutan, pelarut dibenarkan untuk menguap, meninggalkan resin pada gentian.
Video 4-3: Mesin prepreg larutan celup
Jika resin yang digunakan adalah termoset, ia dipolimerkan sebahagiannya kepada Tahap B. Prepreg kemudian dihantar kepada pengedar atau pengguna akhir dengan menggunakan pengangkutan khusus yang boleh menetapkan suhu prepreg mengikut spesifikasi pengilang. Bahan prepreg yang diterima kemudiannya disimpan sehingga diperlukan. Prepreg tahap B perlu disimpan di dalam peti sejuk atau peti pembeku untuk mengelakkannya daripada mencapai pengawetan penuh lebih awal. Pengawetan penuh dicapai dengan menggunakan haba dan tekanan pada bahan prepreg.
126
PEMBUATAN KOMPOSIT (ACUAN TERBUKA)
4.2.
Kriteria Unik Prepreg
4.2.1.
Penyingkiran resin berlebihan daripada tetulang prepreg
Salah satu aspek yang paling berfaedah untuk menggantikan bahan yang tidak cekap ialah menggunakan prepreg di mana proses pembuatannya menghasilkan sisa yang jauh lebih sedikit. Proses impregnasi resin dengan tepat mengawal nisbah gentian kepada resin serta ketebalan lapisan. Selepas fabrik disuntik dengan resin, bahan berlebihan dikeluarkan dari struktur. Pada masa ini, tetulang mengalami pengawetan separa, yang dikenali sebagai Tahap-B 144.
4.2.2.
Pengawetan prepreg dengan suhu rendah dan tinggi
Satu lagi faedah tambahan untuk membangunkan tetulang prepreg ialah struktur ini memerlukan lebih sedikit masa untuk pengawetan. Apabila proses Tahap-B dicapai, prepreg memerlukan penyimpanan dalam peti sejuk untuk mengelakkan pengawetan. Selepas tempoh yang tertentu (biasanya singkat) dalam simpanan peti sejuk, proses pengawetan kemudiannya diaktifkan dengan menggunakan haba dan tekanan daripada alat pemanasan seperti autoklaf. Prepreg termoset dan termoplastik mencipta struktur komposit yang tahan lama dan ringan, sesuai untuk pelbagai aplikasi.
4.3.
Faktor Pemilihan Prepreg
Dua kriteria utama yang mempengaruhi pemilihan prepreg untuk aplikasi tertentu: prestasi dan kos. Rajah 4-3 berikut menunjukkan kelebihan menggunakan prepreg.
Prestasi
Kos
Dua objektif reka bentuk. Satu penyelesaian
PREPREG Pengeluaran
Reka bentuk
Pengurangan Berat Peningkatan Prestasi
Mudah Proses • Kos fabrikasi rendah • Kurang penggunaan tenaga • Kurang bilangan bahagian • Kawalan kandungan gentian
Komponen Siap
•
Nisbah berat/prestasi yang optimum
Rajah 4-3: Faktor pemilihan prepreg
127
Prestasi Mekanikal Lebih Baik • Tahan kelesuan, ketegangan, kekakuan • Tidak karat • Panjang jangka hayat • Mudah dibaiki
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
4.4.
Kelebihan Prepreg
Terdapat beberapa kelebihan untuk menggunakan prepreg berbanding menggunakan bengkalai tangan tradisional. • Sifat kekuatan maksimum: Dalam bengkalai tangan, sukar untuk mencapai 50% kandungan resin. Ini bermakna berat laminat siap ialah 50% fabrik dan 50% resin. Laminasi tangan biasa, walaupun dalam beg vakum, berakhir dengan sejumlah besar resin berlebihan. Lebihan resin meningkatkan kerapuhan dan mengurangkan sifat keseluruhan. Sebaliknya, kebanyakan prepreg mengandungi sekitar 35% resin. Ini sesuai untuk sifat awet maksimum dan secara amnya mustahil untuk dicapai dalam laminasi tangan biasa. • Keseragaman bahagian dan kebolehulangan: Tanpa kelemahan teknik laminasi manusia, tidak akan ada kawasan yang kaya dengan resin mahupun bintik-bintik kering. Ketebalan akan menjadi seragam dan setiap bahagian yang keluar dari acuan secara teorinya mempunyai kemungkinan hasil yang sama. Masih terdapat margin untuk kesilapan dalam teknik beg vakum, pengendalian dan sebagainya, tetapi prepreg mengurangkan masalah ini dengan ketara. • Kurang bersepah dan kurang pembaziran: Prepreg akan mengeluarkan lebihan resin semasa proses pengawetan di mana semua sisa bengkalai tangan (cawan resin, penggelek yang tidak kemas, titisan), tidak lagi menjadi masalah. Tambahan, prepreg dikendalikan pada suhu bilik supaya tidak perlu bersusah payah untuk mengelakkan resin mengawet sebelum fabrikator bersedia. • Kurang tempoh pengawetan: Selepas kitaran pengawetan haba selesai, bahagian itu sedia untuk digunakan. Anda tidak perlu menunggu 48 jam standard untuk membolehkan pengawetan penuh seperti dalam laminasi tangan biasa. • Kosmetik yang lebih baik: Penyediaan acuan dan pelepasan acuan masih diperlukan dan akan menjejaskan kosmetik bahagian secara langsung seperti lamina tangan. Walau bagaimanapun, prepreg hampir menghilangkan buih udara, dan permukaan licin dan berkilat lebih mudah dicapai.
4.5.
Kelemahan Prepreg
• Kos: Prepreg mahal. Walaupun dengan menambah kos resin dan fabrik, prepreg masih lebih mahal. • Jangka hayat: Ini tidak menjadi masalah semenjak prepreg boleh disimpan sehingga setahun pada suhu bilik. Namun begitu, haba mengawetkan prepreg dan penyimpanan pada suhu yang lebih panas akan mengurangkan jangka hayat. Menyimpan bahan di suhu lebih sejuk akan membantu dan pembekuan akan memanjangkan lagi hayat dengan ketara. • Pengawetan haba yang diperlukan: Perlu ada sumber haba dan beg vakum sekurang-kurangnya. Anda mesti boleh mencapai sekurang-kurangnya 130°C dan mengekalkan suhu tersebut selama sekurang-kurangnya empat jam. Banyak
128
PEMBUATAN KOMPOSIT (ACUAN TERBUKA)
fabrikasi canggih menggunakan autoklaf tetapi mana-mana sumber haba boleh juga digunakan.
4.6.
Bagaimana Prepreg Berfungsi
Fabrik prepreg dibekalkan dalam bentuk diapit di antara dua lapisan kertas atau kain sandaran 145 (Rajah 4-4). Kain ini menghalang prepreg daripada melekat bersama. Mengelupas sandaran pelindung ini adalah mudah dan bahan segera tersedia untuk letakan.
Rajah 4-4: Struktur prepreg gentian sehala (kiri) dan gentian fabrik (kanan)
Untuk mengawetkan sepenuhnya prepreg, haba dan tekanan diperlukan. Walaupun tekanan boleh dicapai dengan menggunakan penekan, kaedah yang lebih tipikal ialah beg vakum. Selepas bahagian itu diletakkan, ia mesti dikosongkan dalam beg vakum dengan semua elemen biasa (beg untuk menampung vakum, lapisan kupas146 supaya beg tidak melekat pada bahagian tersebut, dan kain pendarah/penafas147 untuk menyerap resin yang berlebihan). Maklumat lanjut tentang beg vakum boleh didapati dalam Bab berkaitan Beg Vakum. Persekitaran pengawetan yang ideal ialah autoklaf yang mempunyai kedua-dua kawalan suhu dan tekanan, walaupun prepreg boleh terawet dengan tidak memerlukan kedua-dua keadaan tersebut. Keperluan haba biasanya memerlukan ketuhar untuk mengawal suhu naik, turun dan mengekalkan suhu seragam yang terkawal untuk tempoh yang disyorkan. Ketuhar yang digunakan untuk pengawetan komposit tidak boleh digunakan untuk memasak makanan kerana akan ada bahan cemar yang dikeluarkan. Lampu haba boleh digunakan untuk menghasilkan haba yang mencukupi tetapi percubaan dan ralat yang berkaitan dengan mengawal suhu akan menyebabkan masalah.
129
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
4.7.
Adakah Prepreg Sesuai Untuk Anda?
Prepreg biasanya digunakan oleh fabrikator berpengalaman yang berminat untuk meminimumkan berat produk. Aplikasi biasa prepreg termasuk aeroangkasa, perlumbaan, barangan sukan, kapal tekanan dan produk komersial. Umumnya, prepreg digunakan oleh fabrikator berpengalaman dengan laminasi tangan dan beg vakum. Walaupun mungkin bagi pemula untuk menggunakan prepreg untuk mengelakkan kelemahan laminasi tangan, ia biasanya tidak dilakukan.
4.8.
Proses Laminasi Tangan Prepreg
Pertama, sediakan acuan anda seperti biasa. Untuk mendapatkan bahagian yang telah siap, perlu mempunyai acuan yang sempurna yang telah dililin dan disalut dengan PVA. Prepreg dibekalkan di antara dua helaian sandaran yang perlu ditanggalkan sebelum meletakkan kain ke dalam acuan. Kerana permukaan prepreg sangat melekit, perlu meletakkan bahan dengan berhati-hati ke dalam acuan. Tidak seperti fabrik kering dalam laminasi tangan, anda tidak boleh meletakkan semula prepreg tanpa memperbaiki semula pelepas acuan. Peletakan semula akan menarik pelepas acuan ke atas. Anda boleh terus meletakkan lapisan di atas satu sama lain sehingga jumlah ketebalan 6mm pada satu masa (FibreGlast, 2021). (Nota: Anda boleh menggunakan pelepas acuan berasaskan air yang cenderung tidak ditarik ke atas apabila meletakkan semula tetapi seperti biasa, keluaran acuan ini cenderung menghasilkan permukaan yang lebih kusam dan berkemungkinan berpusar.)
Video 4-4: Fabrikasi prepreg dan beg vakum
Prepreg telah terawet separa bermakna ia berada dalam Tahap B. Ia boleh dipangkas, dilipat dan dibentuk menggunakan pisau atau gunting. Prepreg dikendalikan dengan 130
PEMBUATAN KOMPOSIT (ACUAN TERBUKA)
sangat mudah dan kerana kelengketannya, ia akan terletak rapat kepada acuan. Anda mungkin masih memerlukan pemotongan atau kelepet sama seperti dilakukan dengan kain kering. Selepas meletakkan lapisan dalam acuan (rujuk Video 4-4), prepreg mesti dimampatkan untuk membolehkan ikatan berlaku, mengeluarkan sebarang udara yang terperangkap di antara lapisan dan memerah apa-apa resin yang berlebihan. Walaupun akan terdapat sedikit lebihan, resin secara semula jadi akan menjadi lebih nipis apabila suhu dinaikkan dan akan ada aliran keluar resin sebelum pengawetan penuh resin. Mampatan yang diperlukan boleh dicapai menggunakan penekan tetapi, melainkan bahagian itu rata dengan sempurna, penekan bukan pilihan. Akibatnya, bahagian itu biasanya dibungkus dengan beg vakum. Dengan fabrik prepreg, terdapat kelebihan mempunyai banyak masa untuk membina beg vakum dan menyediakan bahagian untuk ketuhar. Tidak perlu melawan hayat pot semula jadi resin yang dicampurkan secara manual. Walau bagaimanapun, semakin banyak lapisan yang telah anda letakkan, semakin besar kemungkinan terdapat udara yang terperangkap di antara lapisan tersebut. Fabrikator sepatutnya telah memahirkan teknik beg vakum sebelum meletakkan beberapa lapisan untuk satu pengawetan. Kelebihan besar prepreg ialah selepas pengawetan dan penyejukan, lapisan tambahan boleh diletakkan pada bahagian tanpa perlu pencalaran atau penyediaan permukaan tambahan. Sekali lagi, hanya sehingga ketebalan 6mm prepreg boleh diletakkan pada satu masa dengan pertimbangan yang sama untuk tidak memerangkap udara antara lapisan. Selepas susun atur selesai, beg vakum dibina dan dimeterai, dan anda bersedia memulakan kitaran haba. Terdapat tiga kitaran pengawetan yang disyorkan untuk prepreg dan semuanya akan menghasilkan sifat yang serupa (Jadual 4-1). Jadual 4-1: Suhu dan tempoh pengawetan prepreg
Suhu Sasaran
Kekal Selama
310°F (154°C)
1-2 Jam
290°F (143°C)
2-4 Jam
270°F (132°C)
4-6 Jam
Semua kitaran pengawetan bermula dengan tanjakan suhu ke atas dan berakhir dengan tanjakan ke bawah. Perbezaannya ialah suhu sasaran dan jumlah masa yang diperlukan untuk pengawetan lengkap. Sentiasa naikkan suhu pada kadar tidak lebih daripada 5°C seminit sehingga suhu sasaran dicapai. Kekalkan suhu sasaran sepanjang kitaran pengawetan dan kemudian turun pada kadar kurang daripada 5°C seminit kepada sekurang-kurangnya 65°C sebelum dikeluarkan dari ketuhar.
131
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
Biarkan bahagian itu sejuk ke suhu bilik, tanggalkan komponen beg vakum, dan lepaskan bahagian itu dari acuan. Bahagian anda harus terawet sepenuhnya dan boleh digunakan segera. Terdapat beberapa pertimbangan semasa menentukan jumlah masa dan haba yang diperlukan: • Pertama, jika anda tidak tergesa-gesa, rancang untuk menurunkan suhu dan menepati masa yang lebih lama. Anda boleh membiarkan bahagian tersebut dalam keadaan panas sehingga 24 jam tanpa sebarang risiko kerosakan pada bahagian tersebut. Anda tidak boleh terlebih masak prepreg anda. Walau bagaimanapun, anda boleh kurang masak ia. • Kedua, apabila menentukan suhu dan kitaran pengawetan, pertimbangkan jisim dan kekonduksian acuan anda. Jika ia adalah logam nipis (jisim rendah dan konduktif), ia akan cepat panas dan tidak mengganggu kitaran pengawetan. Jika ia adalah gentian karbon tebal (jisim tinggi dan tidak konduktif), ia akan mengambil sedikit masa untuk dipanaskan dan anda perlu memilih suhu dan masa yang lebih lama. • Ketiga, anda juga mesti mempertimbangkan kualiti acuan anda dan kekangan suhu bahan acuan. Jika acuan anda nipis dan dibina daripada bahan poliester/gentian kaca biasa, ia mempunyai kemungkinan herot apabila terkena sebarang haba. Jika acuan anda adalah ketebalan yang disyorkan (tidak kurang daripada lima kali ganda bahagian dan dibina dengan betul daripada resin karbon dan poliester), ia tidak sepatutnya herot atau menghadapi masalah pada 132°C. Walau bagaimanapun, ini adalah suhu tertinggi bagi bahan jenis ini.
4.9.
Penyimpanan Dan Pengendalian Prepreg
Prepreg mesti disimpan terus ke dalam peti beku pada suhu -18°C. Sebelum menggunakannya, prepreg mesti dibiarkan mencapai suhu bilik terlebih dahulu sebelum membuka beg polietilena bagi mengelak pencemaran wap air. Ini boleh mengambil masa dari 30 minit hingga 48 jam bergantung kepada saiz dan cara pembungkusan prepreg. Kebiasaannya, prepreg dijamin hayat penyimpanannya pada suhu -18°C untuk selama 6 hingga 12 bulan dari tarikh pembuatan. Pengeluar akan mencetak hayat penyimpanan dan suhu simpanan pada label kotak prepreg. Hayat lekit dan hayat keluar bergantung kepada matriks dan dinyatakan dalam ‘helaian data produk’.
132
PEMBUATAN KOMPOSIT (ACUAN TERBUKA)
Foto 4-2: Prepreg dibiarkan dalam bungkusan sebelum dibuka
Pengendalian prepreg yang mesti diikut: • Sentiasa pegang teras yang menyokong prepreg semasa mengangkatnya • Rekod waktu prepreg dikeluarkan dari peti beku. • Selepas guna, tutup semula bungkusan dengan kemas supaya tidak berlaku kedutan yang memungkin udara memasukinya. • Simpan semula prepreg ke dalam peti beku di dalam beg kedap, disokong dalam kotak
Foto 4-3: Penyimpanan dalam bilik beku Jadual 4-2: Istilah Pengendalian Prepreg
Melayu Hayat penyimpanan Hayat Lekit Hayat keluar
Inggeris Terminologi Shelf life/ Storage Hayat penyimpanan maksimum apabila disimpan life secara berterusan, di dalam beg kedap kalis wap air pada suhu -18°C Tack life/ Masa, pada suhu bilik, prepreg mengekalkan sifat Work life/ lekit bagi memudahkan kerja-kerja laminasi Handling life Out life/ Masa maksimum terkumpul yang dibenarkan pada Cure by life/ suhu bilik antara pengeluaran dari peti beku dan Mechanical life pengawetan
133
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
4.10. Kaedah Lain Pemprosesan Prepreg Selain diproses secara letakan tangan, prepreg boleh juga diproses dalam pelbagai cara yang lain. Berikut menunjukkan kaedah yang bersesuaian yang boleh digunakan bagi aplikasi tertentu produk komposit.
4.10.1. Peletakan pita automatik Proses peletakan pita automatik 148 (ATL) sangat sama dengan kaedah letakan tangan Cuma ATL dilakukan secara automatik oleh robot. Kaedah pembuatan ini mempunyai kelebihan berbanding proses pembuatan yang lain atas kadar kecepatan peletakan bahan. Proses ini sangat sesuai untuk peletakan pengukuh pada bahagian rata yang besar, seperti kulit sayap kapal terbang. ATL adalah salah satu teknik pembuatan automatik yang paling mantap untuk komposit. Pita satu arah yang lebar diletakkan pada bahagian acuan menggunakan sistem penggelek yang dimuatkan dengan pelbagai sudut artikulasi, bergantung pada kerumitan bahagian yang dihasilkan.
Rajah 4-5: Komponen-komponen asas ATL
ATL pada dasarnya meniru peletakan manual pita satu arah tetapi boleh melakukannya pada kelajuan yang lebih tinggi, pada bahagian yang lebih besar, dengan kawalan proses yang lebih besar. Sistem ATL moden mempunyai kawalan yang tepat terhadap permulaan pita, pemotongan dan orientasi, membolehkan mereka menambah tetulang yang lebih kompleks daripada hanya menambah lapisan tambahan pada lamina (A. Crosky, 2015).
134
PEMBUATAN KOMPOSIT (ACUAN TERBUKA)
Video 4-5: Mesin Peletakan Pita Automatik
4.10.2. Peletakan gentian automatik Peletakan gentian automatik 149 (AFP), juga dikenali sebagai peletakan gentian termaju, ialah kaedah termaju untuk pembuatan bahan komposit. Mesin penempatan gentian automatik (AFP) ialah perkembangan terkini teknologi pembuatan komposit yang bertujuan untuk meningkatkan kadar dan ketepatan dalam pengeluaran bahagian komposit termaju. Peletakan gentian ialah proses pembuatan komposit automatik untuk memanaskan dan memampatkan gentian pra-impregnasi resin pada mandrel/acuan yang biasanya kompleks. Gentian biasanya datang dalam bentuk apa yang disebut sebagai "tunda 150". Tunda disalurkan ke pemanas dan penggelek pemadatan pada kepala mesin melalui pergerakan jenis robotik. Mesin AFP meletakkan tetulang gentian pada acuan atau mandrel secara automatik dan menggunakan beberapa tunda lebar kecil yang berasingan (biasanya 8 milimeter atau kurang). Teknologi ini membolehkan ketepatan yang lebih baik dan kadar peletakan meningkat jika dibandingkan dengan laminator. Peletakan gentian automatik boleh digunakan untuk mengeluarkan struktur kompleks yang tidak mungkin dihasilkan dengan kaedah lain (Wikipedia, 2021).
135
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
Video 4-6: Mesin peletakan gentian automatik
136
PEMBUATAN KOMPOSIT (ACUAN TERBUKA)
BAB 5: BEG VAKUM
B
eg vakum (atau laminasi beg vakum) ialah satu kaedah yang digunakan untuk mewujudkan tekanan mekanikal (tekanan atmosfera) terhadap lamina sepanjang tempoh pengawetan. Komposit yang diletakkan dan dibasahi dengan tangan kemudian diletakkan di dalam sampul vakum untuk memampatkan lamina dan mengeluarkan lebihan epoksi. Sampul ini boleh terdiri dari acuan yang kedap pada satu sisi dan beg kedap pada sisi yang lain.
Foto 5-1: Beg vakum badan bot
Beg vakum telah menjadi kaedah pilihan pembuatan dan pembaikan komposit sejak sekian lama. Ia berkeupayaan untuk mengenakan tekanan yang sekata kepada keseluruhan bahagian produk yang kompleks. Proses beg vakum membantu laminasi tangan untuk menghasilkan bahagian yang mempunyai sifat yang lebih baik kerana pemadatannya. Beg vakum laminat menyingkirkan lompang udara dan meningkatkan nisbah gentian kepada resin. Secara keseluruhannya, ia adalah satu proses yang hebat untuk menambah baik lamina komposit anda.
137
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
Lapisan lamina
Lamina di atas acuan
Tekanan atmosfera sekata terhadap lamina
Rajah 5-1: Kaedah Beg Vakum
5.1.
Kelebihan Beg Vakum
Pengapit 151 konvensional berfungsi dengan baik pada bahan yang lebih tebal dan lamina kurus seperti rasuk 152 dan bingkai. Projek besar mungkin memerlukan pengapit besar yang banyak. Pengokot 153 biasanya digunakan untuk mengapit lapisan kayu nipis apabila melamina panel yang luas untuk dinding/sesekat 154 atau untuk memasang vernier 155 untuk pengacuan sejuk badan kapal. Beg vakum menawarkan banyak kelebihan berbanding teknik pengapit atau pengokot konvensional. Seperti dengan kaedah laminasi lain, bahan-bahan yang berbeza boleh dimasukkan ke dalam lamina. Bahan-bahan boleh dipilih berdasarkan keperluan struktur berbanding banyak batasan jika menggunakan kaedah pengapit konvensional (West System, 2010).
5.1.1.
Tekanan pengapit seragam
Pengapit atau pengokot mekanikal hanya mengenakan tekanan pada kawasan tertentu (boleh merosakkan bahan teras yang rapuh) dan tidak memberikan tekanan yang cukup pada kawasan yang lain. Apabila ditempatkan pada kedudukan yang sempit, pengokot mengenakan tekanan yang rendah (5 psi) tetapi hanya pada posisi pengokotnya sahaja. Ia tidak boleh digunakan apabila melaminasi teras busa atau sarang lebah. Beg vakum mampu memberikan tekanan yang kukuh dan sekata pada keseluruhan lamina tanpa perlu mengambil kira jenis dan kuantiti bahan yang digunakan. Ini membolehkan pemilihan dan kombinasi bahan yang banyak di samping ikatan yang unggul antara bahan-bahan. Beg vakum menghasilkan tekanan pengikatan yang seragam pada seluruh permukaan lamina di mana hasilnya lamina yang lebih nipis, lapisan resin yang konsisten dan kurang lompong 156.
5.1.2.
Kawalan kandungan resin
Beg vakum mampu mengawal resin berlebihan, yang menghasilkan nisbah gentian : resin yang tinggi. Akhirnya terhasil nisbah kekuatan kepada berat yang tinggi dan kelebihan kos kepada fabrikator.
138
PEMBUATAN KOMPOSIT (ACUAN TERBUKA)
5.1.3.
Bentuk tersuai
Kelebihan besar beg vakum adalah penggunaannya yang ringkas dan pelbagai. Tekanan atmosfera tidak hanya menekan ke bawah malah pada keseluruhan sisi acuan atau sampul. Cuma acuan hendaklah cukup kukuh untuk mengekalkan bentuk lamina sehingga ia terawet. Oleh itu, kebanyakan acuan biasanya adalah ringan dan mudah untuk dibina.
5.1.4.
Kecekapan laminasi
Oleh kerana semua bahan lamina dibasahi dan diletakkan pada masa yang sama, beg vakum membenarkan proses laminasi memadai disempurnakan pada satu operasi yang cekap.
5.1.5.
Kawalan emisi
Persekitaran kerja bertambah baik kerana resin terperangkap di bawah beg vakum dan dialihkan keluar melalui sistem ekzos (AirTech).
5.2.
Komponen Beg Vakum
Komponen atau bahan berikut dan cara menggunakannya diterangkan mengikut susunan yang sepatutnya diletakkan pada acuan atau lamina (Rujuk Rajah 5-2 dan Rajah 5-3).
Rajah 5-2: Susun atur bahan-bahan beg vakum
139
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
Foto 5-2: Foto susun atur sistem beg vakum
Rajah 5-3: Skematik keratan rentas sistem beg vakum siap terpasang
5.3.
Alat Acuan
Memberikan bentuk bahagian yang dikehendaki dan perlu kekal stabil semasa pengenaan tekanan bagi penyatuan lamina dan peningkatan suhu untuk pengawetan resin. Keperluan alat acuan bagi proses beg vakum adalah seperti berikut:
5.3.1.
Integriti vakum
Integriti vakum adalah penting, sebarang udara yang ditarik melalui acuan boleh mencipta lompang udara dalam lamina komposit yang diawet, sekaligus
140
PEMBUATAN KOMPOSIT (ACUAN TERBUKA)
mengurangkan kekuatan bahagian tersebut. Jika alat acuan tidak kedap vakum, selubung beg vakum meliputi keseluruhan susunan bahan beg vakum dan alat acuan.
5.3.2.
Kekuatan mampatan
Alat acuan mesti mampu menahan penggunaan tekanan vakum ke atas permukaan yang akan dibentuk. Daya ini boleh meruntuhkan mana-mana bahagian berongga atau bahan berketumpatan rendah seperti busa, ambil perhatian untuk memastikan bentuk alat akan dikekalkan di bawah aplikasi vakum.
5.3.3.
Lengai kimia
Sesetengah bahan perkakas dan kemasan permukaan mengandungi bahan reaktif yang boleh menghalang pengawetan resin. Elakkan penggunaan bahan tersebut atau jalankan ujian terlebih dahulu untuk menilai kesesuaian bahan tersebut untuk aplikasi ini.
5.3.4.
Keliangan permukaan
Sebagai tambahan kepada potensi kehilangan vakum, keliangan boleh menghasilkan kemasan permukaan yang buruk yang mungkin memerlukan kemasan semula yang memakan masa selepas pengacuan lamina.
5.3.5.
Kawasan bebibir
Adalah wajar untuk mempunyai luas bebibir kira-kira 100mm di sekeliling perimeter bahagian yang dicadangkan, ini menyediakan ruang yang cukup untuk peletakan pita pengedap beg vakum. Jika kawasan bebibir tidak mencukupi, beg sampul boleh digunakan.
Bebibir
Foto 5-3: Pembentukan bebibir keliling alat acuan
141
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
5.4.
Lamina Atau Bahagian
Lapisan fabrik pengukuh, bahan teras dan sisipan yang diletakkan pada alat acuan mengikut konfigurasi yang diingini. Bahan-bahan ini telah dijelaskan pada bab yang lepas.
5.5.
Pita Pengedap
Pita pengedap 157 vakum yang kedap udara membolehkan beg filem dimeterai bersama atau kepada bebibir158 alat acuan. Letakkan lapisan pita pengedap di sekeliling perimeter bahagian, tinggalkan sedikit ruang di antaranya dan lamina. Kawasan di mana pita diletakkan hendaklah bersih dan bebas daripada sisa epoksi dan gentian sesat. Ini mengekalkan pengedap vakum sepanjang proses pengawetan dan memastikan kecekapan tekanan vakum dan autoklaf. Pita pengedap juga biasanya dirujuk sebagai pita jelujur 159 atau pengedap mamah 160.
5.5.1.
Pemilihan pita pengedap vakum
Pelbagai jenis pita pengedap vakum tersedia yang menawarkan pelbagai tahap prestasi dan harga. Untuk membuat pemilihan teknikal yang sesuai dan kos efektif, faktor-faktor berikut harus dipertimbangkan. • Rintangan suhu: Untuk memastikan prestasi stabil semasa kitaran pengawetan suhu tinggi. • Rintangan kimia: Untuk menahan degradasi kimia akibat sentuhan resin.
Foto 5-4: Aplikasi pita pengedap
•
Lekatan161:
Pita dengan lekatan tinggi dan lekatan rendah tersedia. Pita perekat yang lebih tinggi memberikan lekatan yang lebih baik pada permukaan yang lebih kasar. Pita lekatan yang lebih rendah berfungsi dengan baik pada permukaan logam dan komposit yang licin dan membenarkan kedudukan semula filem beg vakum dengan mudah. Keupayaan untuk mengeluarkan filem beg daripada pita dan
142
PEMBUATAN KOMPOSIT (ACUAN TERBUKA)
meletakkan semula dipanggil “sentap balik 162”, pita berkualiti tinggi menawarkan prestasi lekatan dan sentap balik yang baik. • Bersih selepas pengawetan: Pita dengan pembersihan yang baik menghalang kerja pembersihan alat acuan yang memakan masa apabila pita dikeluarkan selepas pengawetan komponen.
5.5.2.
Aplikasi pita pengedap vakum
Lekatkan pita pengedap di sekeliling pinggir alat acuan. Letakkan filem beg seperti yang diterangkan dalam bahagian berikutnya yang membenarkan lebihan filem beg untuk dibuat kelepet. Untuk hasil terbaik, adalah sangat disyorkan bahawa permukaan dibersihkan dengan teliti di kawasan di mana pita pengedap digunakan dengan mengeluarkan sebarang sisa ejen pelepas sebelum menggunakan sebarang pita pengedap beg vakum.
5.5.3.
Meletakkan pengganding suhu melalui pita pengedap
Sebagai tambahan untuk menyediakan pengedap kedap udara antara filem pembungkus dan alat acuan, pita pengedap vakum juga menyediakan cara yang cekap dan boleh dipercayai untuk memasukkan pengganding suhu 163 di dalam beg vakum untuk pengukuran suhu yang tepat semasa proses pengawetan. Pengganding suhu ialah wayar dan jaket yang tersemperit 164 bersama untuk integriti vakum. Wayar pengganding suhu dengan jaket luar yang berasingan memerlukan jaket ditanggalkan sebelum diletakkan pada pita pengedap vakum untuk mengelakkan kebocoran vakum dari belakang.
Foto 5-5: Penempatan pengganding suhu
Letakkan pengganding suhu pada pita pengedap dan sapukan lapisan pengedap yang lain pada pengganding suhu. Kemudian teruskan aplikasi beg vakum seperti biasa.
143
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
5.6.
Fabrik Pelepas165
Fabrik pelepas hendaklah diletakkan terus di atas lamina dan akan ditanggalkan selepas lamina terawet. Fabrik pelepas meninggalkan kemasan bertekstur apabila ia ditanggalkan, mengurangkan keperluan untuk penyediaan permukaan sebelum ikatan sekunder atau kerja mengecat. Fabrik pelepas biasanya dirujuk sebagai lapisan kupas. Jenis lapisan pengupas yang paling biasa, diperbuat daripada gentian nilon atau poliester. Beberapa fabrik pengupas disalut dengan agen pelepas.
5.6.1.
Pemilihan lapis kupas
Terdapat pelbagai jenis fabrik pelepas tersedia, setiap satu dibangunkan untuk memberikan ciri dan faedah khusus. • Lapis Kupas Tidak Bersalut: Set fabrik yang bersih dan bebas kecut apabila bersentuhan dengan bahagian. Setelah dikeluarkan permukaan bertekstur membantu penyediaan untuk mengecat atau ikatan sekunder. • Lapis Kupas Bersalut: Lapisan pelepas membantu pelepasan bahagian terutamanya bagi geometri kompleks, sistem resin yang agresif dan struktur lamina nipis • Nilon: Rintangan suhu yang baik, boleh dipengaruhi oleh pengoksidaan (contohnya Fenolik) • Poliester: Rintangan suhu dan rintangan kimia yang baik. • Kaca Gentian: Prestasi suhu tinggi untuk digunakan dengan termoplastik • Corak Anyaman: Pertimbangan penting yang mempengaruhi kelenturan166 dan kekuatan koyak. Kelenturan menjadi faktor penting dalam mencapai aplikasi bebas kedutan di atas lengkungan kompaun. Kekuatan koyak menjadi faktor penting untuk membolehkan fabrik ditanggalkan daripada lamina yang telah diawet • Berat Fabrik: Pertimbangan penting yang mempengaruhi kekuatan koyak dan penyerapan resin. (lebih kurang berat resin yang sama akan diserap). • Pengesan dan Warna: Ini disatukan dalam beberapa produk untuk memastikan keterlihatan selepas pengawetan.
5.6.2.
Aplikasi lapisan kupas
Pastikan sentuhan penuh lapisan kupas kepada lamina. Kedutan harus dielakkan kerana ini akan memindahkan bentuknya ke permukaan bahagian. Lapisan kupas boleh digunakan pada seluruh permukaan bahagian untuk memberikan kemasan permukaan yang sekata pada keseluruhan bahagian setelah dikeluarkan, atau boleh digunakan hanya di kawasan di mana ikatan sekunder akan dilakukan. Sesuaikan
kepingan
untuk
membenarkan
144
gelinciran
di
beberapa
sudut,
PEMBUATAN KOMPOSIT (ACUAN TERBUKA)
mencantumkan kepingan dengan pertindihan kecil. Ini akan membantu untuk mengelakkan penyambungan di sudut, yang boleh menyebabkan pengkayaan resin. Memanjangkan lapisan kupas melepasi pinggir bahagian akan membantu keterlihatan dan penyingkiran daripada lamina selepas pengawetan.
Foto 5-6: Lebihkan lapisan kupas.
5.7.
Filem Pelepas
Filem pelepas 167 berlubang ialah plastik nipis yang tidak melekat dengan lubang kecil yang mengawal cara lebihan resin bergerak dari bahagian ke fabrik pernafasan. Ia juga membenarkan pelepasan udara dan gas meruap. Ini adalah lapisan pilihan dalam proses beg vakum.
5.7.1.
Pemilihan filem pelepas
Pelbagai jenis filem pelepas tersedia menawarkan pelbagai tahap prestasi dan harga. Untuk membuat pemilihan teknikal yang sesuai dan berkesan, faktor-faktor berikut harus dipertimbangkan: • Rintangan suhu: Untuk memastikan prestasi stabil semasa kitaran pengawetan pada suhu tinggi. • Rintangan kimia: untuk menahan degradasi kimia semasa sentuhan permukaan penuh dengan sistem resin pengawetan. • Pemanjangan dan kekuatan koyak: Pemanjangan filem ke sudut tajam dan perincian bentuk akan menghalang pembentukan penitian 168. Rintangan koyak yang baik adalah penting di mana filem dijangka tersuai dengan bentuk tanpa kegagalan. • Tahap pelepasan & kemasan permukaan: Filem pelepas berbeza, menawarkan pelbagai kemasan permukaan dan kemudahan pelepasan. Filem berprestasi tinggi ditanggalkan dengan lebih mudah dan meninggalkan kemasan yang lebih licin dan berkilat pada bahagian tersebut. • Ketebalan dan Lebar: Filem yang lebih tebal boleh memberikan prestasi yang lebih mantap dan kemasan yang lebih licin. Filem yang lebih lebar boleh mengurangkan kerja sambungan semasa penggunaan pada bahagian yang lebih besar. 145
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
• Tebukan169: Tebukan membolehkan udara, wap dan bahan meruap dialirkan dari lamina bagi menghalang lompang lamina. Tebukan juga boleh digunakan untuk mengeluarkan lebihan resin daripada lamina apabila diperlukan.
Rajah 5-4: Kesan penitian
5.7.2.
Aplikasi filem pelepas
Filem pelepas digunakan sama ada pada bahagian atas fabrik lapisan kupas atau terus pada bahagian tersebut. Apabila permukaan bertekstur tidak diperlukan dan lapisan kupas tidak digunakan, Filem pelepas diletakkan terus pada lamina dan akan meninggalkan permukaan kaya resin yang licin. Permukaan ini boleh menjadi matt atau berkilat bergantung pada pemilihan filem pelepas. Filem pelepas hendaklah: • • • • •
Menutup bahagian sepenuhnya. Panjangkan melepasi tepi bahagian sekurang-kurangnya 25mm. Dilapikkan rapat dengan bentuk bahagian untuk mengelakkan penitian. Dipegang pada kedudukan dengan pita Flashbreaker. Bertindih sebanyak 25mm hingga 50mm apabila disambung.
Semasa proses pengawetan, filem pelepas mesti mengandungi resin di dalam fabrik tenunan dan membenarkan beg vakum menggunakan daya pemadatannya ke atas lamina. Jika mana-mana kawasan lamina tidak diliputi oleh filem pelepasan, terdapat bahaya resin terlepas dan bahagian yang terawet mengalami kekurangan resin. Jika filem pelepas tidak diletakkan mengikuti bentuk bahagian dengan rapat dan tertahan bentuk terperinci atau sudut tajam, apabila beg vakum mengenakan tekanan,
146
PEMBUATAN KOMPOSIT (ACUAN TERBUKA)
penitian filem pelepas ini akan menyebabkan: • Kawasan tekanan rendah mewujudkan pengkayaan resin, penyatuan yang lemah dan kekurangan resin di kawasan sekitar. • Pemanjangan filem pelepasan yang berlebihan, kemungkinan koyak dan kemudian resin yang berlebihan keluar menyebabkan kekurangan resin.
5.7.3.
Tebukan filem pelepas
Pilihan kepadatan dan saiz tebukan adalah bergantung pada pembukaan kawasan yang diingini untuk pemindahan udara dan ruap yang dipertimbangkan bersama-sama dengan tahap keluaran resin yang boleh diterima daripada lamina. Penyingkiran udara, wap air dan gas meruap semasa proses pengawetan adalah wajar untuk mengelakkan gas terperangkap mewujudkan lompang dalam lamina komposit yang diawet. Secara amnya, lebih padat bilangan tebukan serta saiz lubang yang besar membolehkan lebih banyak udara dan resin diserap keluar dari lamina. Namun perlu berhati-hati memilih agar tidak berlaku serapan resin yang berlebihan yang merendahkan tahap pelekatan.
5.8.
Fabrik Pernafasan Dan Penjujuhan
Fabrik ini adalah dari jenis bukan tenunan yang diletakkan di atas filem pelepas. Fabrik pernafasan bertindak secara dwi-fungsi. Apabila tekanan vakum menyatukan lamina, epoksi yang diperah keluar melalui lapisan kupas (dan filem pelepas jika digunakan) dan diserap oleh fabrik pernafasan. Kerana strukturnya yang terbuka, udara mengalir dengan mudah melalui fabrik pernafasan yang membolehkan udara dialihkan daripada lamina yang dipadatkan. Kain pernafasan juga dirujuk sebagai selimut bayi 170.
Foto 5-7: Aplikasi fabrik pernafasan dan penjujuhan
5.8.1.
Pemilihan fabrik pernafasan dan penjujuhan
Rangkaian luas tersedia menawarkan pelbagai tahap prestasi dan harga. Untuk membuat pemilihan teknikal yang sesuai dan kos efektif, faktor-faktor berikut harus 147
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
dipertimbangkan. • Prestasi Suhu: Bergantung pada suhu dan tempoh kitaran pengawetan. Pemilihan hendaklah dibuat untuk memastikan aliran udara dikekalkan sepanjang kitaran pengawetan. • Prestasi Tekanan: Untuk kitaran pengawetan tekanan tinggi, pemilihan versi pernafasan aliran udara tinggi boleh dipertimbangkan. • Jenis Gentian, Denier 171 dan Berat: Fabrik bagi binaan yang berbeza tersedia untuk memberikan prestasi suhu dan tekanan yang berbeza. • Sifat Kalis Api: Tahan suhu tinggi dalam autoklaf bertekanan tinggi adalah ciri yang diingini untuk mengelakkan penyalaan berlaku dan untuk mengelakkan potensi kerosakan kebakaran autoklaf. • Regangan, Lenturan dan Pemanjangan: Apabila beg vakum dibentuk kompleks adalah wajar untuk mempunyai fabrik boleh regang dan lentur. Ini membolehkan aplikasi bebas kedutan pada permukaan bahagian dan membantu mengelakkan keadaan penitian di sudut tajam.
5.8.2.
Aplikasi fabrik pernafasan dan penjujuhan
Fungsi alat pernafasan adalah untuk menyediakan laluan udara yang sentiasa terbuka di seluruh permukaan bahagian. Apabila digunakan sebagai bahan penjujuhan, fabrik menyerap lebihan resin yang diperah keluar daripada lamina dengan menggunakan tekanan oleh beg vakum. Fabrik Pernafasan dan Penjujuhan hendaklah; • Diposisikan di bahagian atas filem pelepas. Alat pernafasan tidak boleh bersentuhan langsung dengan fabrik kerana ini boleh mengakibatkan berlebihan resin dijujuh dan kekeringan resin pada bahagian tersebut. • Pernafasan hendaklah menutup sepenuhnya permukaan bahagian dan melepasi tepi bahagian sekurang-kurangnya 25mm. • Fabrik hendaklah disesuaikan mengikut bentuk permukaan bahagian dengan rapat tanpa penitian. • Apabila menyambungkan kepingan pernafasan ia hendaklah bertindih untuk mengekalkan kesinambungan aliran udara di bahagian tersebut. • Pernafasan hendaklah dipegang pada kedudukannya dengan pita Flashbreaker untuk mengelakkan pergerakan semasa penggunaan beg vakum berikutnya.
148
PEMBUATAN KOMPOSIT (ACUAN TERBUKA)
Pita Flashbreaker
Foto 5-8: Aplikasi pita Flashbreaker
5.9. 5.9.1.
Pita Flashbreaker & Sensitif Tekanan Pemilihan pita sensitif tekanan
Terdapat pelbagai rangkaian pita pelekat tujuan am suhu tinggi untuk menutup, memegang dan melepaskan aplikasi pada pelbagai tahap prestasi dan harga. Untuk membuat pemilihan teknikal yang sesuai dan kos efektif, faktor-faktor berikut harus dipertimbangkan. • Prestasi Suhu: Bergantung pada suhu dan tempoh kitaran pengawetan. • Jenis Pembawa172: Bergantung pada aplikasi, pelbagai pembawa pita tersedia dalam pasaran. Poliester untuk aplikasi tujuan umum, nilon untuk aplikasi suhu tinggi dan PTFE untuk aplikasi yang Foto 5-9: Pita pelekat memerlukan pelepasan daripada resin yang telah diawet. Selain itu, gentian kaca bersalut PTFE juga tersedia untuk lebih banyak aplikasi pelepasan tugas berat. • Ketebalan Pembawa: Ketebalan pembawa filem boleh diubah suai untuk aplikasi tugas ringan atau tugas berat. • Jenis Pelekat: Pilihan jenis pelekat termasuk silikon, getah dan akrilik tersedia, menyediakan pelbagai pilihan lekatan dan potensi pembawa.
5.9.2.
Aplikasi sensitif tekanan
Julat potensi penggunaan pita sensitif tekanan adalah besar, ini termasuk: • Flashbreaking: Apabila pita digunakan bersebelahan dengan garis ikatan logam atau di sekeliling pinggir peletakan komposit, semburan resin yang berlebihan akan 149
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
terbentuk pada pita. Setelah terawet, resin boleh dikeluarkan dengan mudah dengan pita meninggalkan komponen atau permukaan perkakas yang bersih. • Memegang & Perlindungan: Pita boleh digunakan untuk memegang bahan seperti lapisan kupas, filem pelepas dan fabrik pernafasan pada tempatnya semasa kitaran penyembuhan suhu tinggi. Ia juga boleh digunakan untuk memegang injap vakum dan pengganding suhu di tempatnya semasa proses pembungkusan vakum serta memegang bahagian kelepet filem beg vakum.
Foto 5-10: Memegang injap vakum
• Pita Poliester dan PTFE boleh digunakan untuk menutup komponen semasa proses pelekatan, tindak balas kimia, punaran 174 dan pengecatan. • Pelepas & Prestasi Geseran Rendah: Pita PTFE boleh digunakan untuk menyediakan sama ada kekal pada seluruh pelepasan alat atau pelepasan sementara setempat. Filem pelekat PTFE yang lebih tebal dan fabrik pelekat gentian kaca bersalut PTFE menyediakan permukaan tahan haus yang mampu digunakan berulang kali. • Bahan PTFE ini juga menyediakan permukaan geseran yang sangat rendah yang membantu menggalakkan aliran resin semasa proses pengawetan, memberikan kemasan permukaan berkilat tinggi yang unggul. Penutup 173,
5.10. Filem Beg Filem beg ialah filem plastik yang fleksibel dan kedap udara yang dimeterai pada acuan supaya vakum boleh ditarik. Lapisan ini perlu dipotong bersaiz besar untuk menampung keseluruhan lekukan bahagian produk.
150
PEMBUATAN KOMPOSIT (ACUAN TERBUKA)
Foto 5-11: Peletakan Filem Beg Vakum
5.10.1. Pemilihan filem beg vakum Pelbagai Filem Beg Vakum tersedia menawarkan pelbagai tahap prestasi dan harga. Untuk membuat pemilihan teknikal yang sesuai dan berkesan, faktor-faktor berikut harus dipertimbangkan. • Rintangan suhu: Untuk memastikan prestasi stabil semasa kitaran pengawetan suhu tinggi. • Rintangan kimia: Untuk menahan degradasi kimia akibat sentuhan resin. • Pemanjangan dan kekuatan koyak: Pemanjangan filem ke sudut tajam dan perincian permukaan akan menghalang keadaan merapatkan. Rintangan koyakan yang baik adalah penting di mana filem tersuai dengan bentuk tanpa kegagalan. • Ketebalan dan lebar: Filem yang lebih tebal boleh memberikan prestasi yang lebih mantap dan filem yang lebih luas boleh mengurangkan kerja sambungan semasa penggunaan pada bahagian yang lebih besar. • Format: Filem beg vakum tersedia dalam bentuk helaian, tiub, tiub berlipat tengah atau guset 175 dan harus dipilih bergantung pada saiz dan kaedah membungkus.
5.10.2. Aplikasi beg vakum Filem beg vakum digunakan sebagai lapisan akhir, vakum digunakan, beg ditarik ke bawah dan tersuai dengan alat dan bahagiannya. Terdapat tiga kaedah asas beg vakum, • Beg Permukaan 176 – di mana filem dimeterai pada permukaan alat acuan menggunakan pita pengedap beg vakum. Untuk teknik ini, alat acuan mestilah ketat vakum sepenuhnya untuk memastikan tiada kebocoran dan kehilangan vakum. • Beg Sarung 177 – Alat acuan diletakkan di dalam beg vakum tiub dan hujung tiub dimeterai menggunakan pita pengedap. Untuk teknik ini acuan tidak perlu ketat vakum tetapi mesti boleh menahan penghancuran. Teknik ini hanya boleh
151
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
digunakan apabila alat itu kecil dan cukup ringan untuk diangkat ke dalam tiub filem vakum. • Beg Dalaman 178 - ini adalah teknik lanjutan untuk pembuatan struktur berongga. Filem beg ditarik melalui struktur berongga dan dikedap sama ada di luar alat acuan atau beg vakum luaran. Secara umum, garis panduan dan teknik asas yang sama digunakan dalam kesemua situasi. Keadaan dan konfigurasi alat yang akan digunakan akan memandu keputusan anda untuk sama ada beg permukaan atau beg sarung.
5.10.3. Kaedah beg permukaan Kaedah bagging permukaan melibatkan bahan beg vakum yang diikat pada permukaan alat menggunakan pita pengedap. Alat ini tidak boleh mengandungi sebarang penembusan yang boleh menyebabkan kebocoran, dengan itu memastikan integriti vakum. • Letakkan pita pengedap di sekeliling pinggir alat acuan meninggalkan kertas sandaran di tempatnya dan letakkan filem pembalut di atas alat dalam kedudukan yang lebih kurang betul. Untuk hasil terbaik, adalah sangat disyorkan bahawa permukaan dibersihkan dengan teliti di kawasan di mana pita pengedap digunakan untuk mengeluarkan sebarang sisa ejen pelepas sebelum menggunakan sebarang pita pengedap beg vakum. • Biasanya filem beg adalah 30-40% lebih besar daripada acuan dan filem beg berlebihan akan dibentuk kelepet menggunakan pita pengedap. Kelepet hendaklah diletakkan sama rata di sekeliling pinggir alat; jika terdapat perubahan teruk dalam bentuk alat di mana-mana kawasan, kelepet tambahan mungkin diperlukan di kawasan ini.
Foto 5-12: Meletakkan filem beg atas pita pengedap
• Letakkan filem beg pada sudut alat dengan mengeluarkan kertas sandaran dan tekan filem beg pada pita pengedap beransur-ansur.
152
PEMBUATAN KOMPOSIT (ACUAN TERBUKA)
Foto 5-13: Kertas sandaran ditarik keluar diikuti filem beg dilekapkan kepada pita pengedap
• Bergerak di sekeliling alat, bentukkan kelepet filem beg seperti yang ditunjukkan, teruskan di sekeliling alat sehingga beg dimeterai sepenuhnya pada permukaan alat. Gunakan kelepet di sudut, jejari dalam dan jejari luar, dan mana-mana kawasan di mana perubahan mendadak dalam bentuk bahagian akan mengelakkan penitian beg vakum. Amalan ini akan menyamakan aplikasi tekanan dan mengurangkan tekanan tambahan pada bahan. Mengelepet membolehkan beg tersuai dengan bentuk bahagian, yang akan menentukan ketebalan bahagian dan peletakan resin.
Foto 5-14: Pembentukan kelepet
5.10.4. Kaedah beg sarung Beg sarung menyelubungi keseluruhan alat dengan bahan beg nilon. Dalam keadaan ini beg itu sendiri dan bukan alat memastikan integriti vakum. • Beg vakum tiub tersedia untuk teknik beg sarung, yang bermaksud pengedap pita pengedap hanya diperlukan untuk dua hujung terbuka. • Fabrik pernafasan hendaklah digunakan pada permukaan bahagian dan bahagian belakang alat. Ini akan melindungi filem beg daripada kemungkinan tusukan oleh bahagian tajam bahagian belakang alat. Ia juga akan memastikan pengedaran vakum lengkap ke atas dan di bawah alat. • Lekatkan pita pengedap pada bahagian dalam muka bawah filem tiub, biarkan kertas sandaran di tempatnya. Pastikan pita pengedap melepasi lebar penuh tiub. Mula mengeluarkan kertas sandaran dalam bahagian kecil dengan meletakkan
153
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
lapisan atas filem pada pita pengedap tanpa sebarang kedutan. Teruskan sehingga hujung terbuka dimeterai sepenuhnya.
Foto 5-15: Beg disarung menyelubungi seluruh lamina dan alat acuan
5.10.5. Kaedah beg dalaman Filem tiub lubang kecil dimasukkan melalui bahagian berongga lamina. Filem tiub lubang kecil harus dipilih dengan teliti untuk memastikan beg dalaman yang mencukupi untuk mengisi bahagian berongga tanpa bergantung pada pemanjangan filem beg. Beg tiub dalaman perlu dimeterai sama ada pada alat acuan luar atau beg vakum luaran. Ini perlu dilakukan dengan pita pengedap vakum. Tekanan atmosfera atau autoklaf kemudiannya akan dapat mengembang beg dalaman dan menggunakan tekanan dalaman ke bahagian berongga, menyatukan lapisan untuk mencapai lamina berkualiti tinggi.
Foto 5-16: Kaedah beg dalaman bahagian berongga lamina
154
PEMBUATAN KOMPOSIT (ACUAN TERBUKA)
5.10.6. Kelepet 179 filem beg Di mana terdapat sudut atau selekoh di bahagian, wujudkan kelepet di dalam beg. Ini adalah lipatan yang melekat dan membolehkan beg vakum bergerak dan tersuai dengan baik terhadap bahagian di bawah vakum. Tanpa lipatan, mungkin akan terbentuk penitian atau menyebabkan beg terkoyak. Penitian berlaku apabila beg tidak dilipat sepenuhnya pada sudut dan menjadikannya membulat (ia akan kelihatan seperti tepi berpengisi180). Kawasan pengisi ini tidak akan dimampatkan oleh tekanan vakum. Jika tiada lipatan pada sudut, ia mungkin mencucuk lubang melalui beg dan menyebabkan ia terkoyak bergantung pada berapa banyak daya yang ada pada tempat itu. Apabila meletakkan beg pada lamina, perlu mengambil kira tempat untuk meletakkan liang181 vakum pada beg. Lubang untuk liang vakum hendaklah kecil dan mudah untuk dikedap dengan baik supaya tiada udara akan bocor ke dalam pemasangan. Untuk membuat kelepet: • Bentangkan kelepet yang terbentuk Rajah 5-5: Kaedah kelepet filem beg vakum rata pada permukaan alat, kemudian potong atau koyakkan sekeping pita pengedap sekurang-kurangnya sepanjang panjang kelepet. • Masukkan pita ke dalam lipatan, tolak kira-kira 10mm ke pita pada alat. Jalankan pita yang tinggal di sepanjang bahagian dalam kelepet filem beg. • Keluarkan kertas sandaran dari pita pengedap dan tutup lipatan dari bawah ke atas, berhati-hati untuk mengelakkan kedutan. Kedutan tanpa pita pengedap pada filem beg akan menjadi laluan kepada kebocoran.
155
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
Foto 5-17: Pembentukan kelepet
5.11. Injap Vakum Injap vakum ialah pepasang yang digunakan sebagai titik peralihan antara bahan di bawah beg dan saluran vakum. Injap vakum menyediakan cara yang mudah dan boleh dipercayai untuk menyambungkan sumber vakum ke beg vakum. Injap vakum mengapit filem beg antara plat tekanan sama ada dengan mekanisme kunci sesondol 182 atau dengan susunan pengapit berulir 183 (Foto 5-18).
Pengapit berulir
Pengapit kunci sesondol Foto 5-18: Pelbagai bentuk injap vakum
156
PEMBUATAN KOMPOSIT (ACUAN TERBUKA)
Pemilihan boleh dibuat berdasarkan: • Suhu: Bergantung kepada suhu operasi, bahan injap yang tahan pada suhu rendah atau suhu tinggi boleh dipilih. • Cara pengapit: Kaedah memasukkan injap ke dalam membran filem beg, pengapit boleh samada kunci sesondol atau pengapit berulir. • Saiz dan bahan: Pelbagai saiz dan jenis bahan tersedia untuk yang paling sesuai dengan konfigurasi perkakas yang digunakan.
5.11.1. Pemasangan injap vakum Untuk menempatkan injap vakum kepada filem beg, tebukan liang yang kecil yang cukup muat untuk memasukkan injap vakum sudah memadai. Pastikan saiz lubang tidak melebihi saiz tapak pengapit injap vakum untuk mengelakkan kebocoran vakum.
Foto 5-19: Pembentukan liang vakum bagi pemasangan injap vakum ke beg
Panduan untuk menentukan bilangan injap yang disyorkan yang diperlukan bagi setiap kaki persegi luas alat ialah: Luas Beg
Bilangan Injap Vakum
Sehingga 30 Kaki Persegi
2
20 - 100 Kaki Persegi
4
100-200 Kaki Persegi
6
Kedudukan injap perlu berada pada kedudukan yang tidak memberi bekas kepada bahagian lamina. Ia biasanya diletakkan di atas bebibir atau pada bucu filem beg seperti Foto 5-20
157
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
Foto 5-20: Penempatan injap vakum di bucu filem beg.
5.11.2. Pemasangan injap vakum dalam kelepet Meletakkan injap vakum dalam kelepet filem sandaran boleh menghalang bekas pada bahagian lamina terutamanya apabila permukaan alat acuan tidak mencukupi untuk penempatan injap. Teknik ini juga membantu menghalang aliran resin melalui injap vakum dan seterusnya ke dalam hos vakum.
Foto 5-21: Penempatan injap vakum pada kelepet
158
PEMBUATAN KOMPOSIT (ACUAN TERBUKA)
5.12. Saluran Vakum Saluran vakum ialah hos fleksibel kedap udara yang menyambungkan liang vakum ke vakum. Jenis hos bertetulang wayar lain mungkin berfungsi, tetapi ia harus dinilai untuk rintangan penghancuran atau diuji di bawah vakum untuk jangka masa pengawetan yang dijangkakan. Tiub plastik separa tegar dengan ketebalan dinding yang berpatutan boleh digunakan untuk sistem paip, tetapi selalunya janggal untuk dikendalikan. Jika lamina ingin diawetkan pada suhu tinggi semasa beg vakum, tiub juga mestilah tahan haba. Tiub plastik yang tahan vakum pada suhu bilik boleh menjadi lembut dan runtuh apabila dipanaskan. Siku dan penyambung-T plastik tegar boleh digunakan untuk perubahan arah dalam garisan vakum untuk mengelakkan saluran runtuh. Saluran vakum juga biasanya dirujuk kepada hos vakum.
Foto 5-22: Hos vakum dan penyambung-T
5.13. Tolok Vakum Tolok vakum menunjukkan berapa banyak vakum yang telah anda tarik pada bahagian tersebut. Bahagian berbeg vakum harus mempunyai sekurang-kurangnya 10″ tekanan Hg bertindak ke atasnya untuk menyatukan bahagian dengan betul. Tolok vakum ditambahkan pada pemasangan dengan cara yang sama yang dilakukan oleh injap vakum.
Foto 5-23: Tolok Vakum
159
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
5.14. Pilihan Sumber Vakum Peralatan utama dalam sistem beg vakum adalah penjana vakum yang menjadi sumber kepada vakum. Tujuan sumber vakum cukup jelas, walau bagaimanapun, terdapat pelbagai jenis pam vakum. Jenis pam vakum termasuk omboh salingan 184, ram berputar185, turbin, diafragma dan Venturi. Mereka mungkin daripada jenis anjakan 186 positif atau tidak positif. Pam vakum anjakan positif terdiri dari jenis berpelincir minyak atau tanpa minyak. Pam berpelincir minyak boleh beroperasi pada tekanan vakum yang lebih tinggi, lebih cekap dan tahan lebih lama daripada pam tanpa minyak. Pam tanpa minyak, bagaimanapun, adalah lebih bersih, memerlukan kurang pemantauan dan penyelenggaraan, dan dengan mudah menghasilkan vakum dalam julat yang berguna untuk beg vakum. Daripada beberapa jenis pam vakum anjakan positif yang berguna untuk beg vakum, jenis omboh salingan dan jenis ram berputar adalah yang paling biasa. Pam omboh mampu menghasilkan vakum yang lebih tinggi daripada pam ram berputar, tetapi disertai dengan paras hingar dan getaran yang lebih tinggi.
. Rajah 5-6: Pam vakum omboh salingan
Pam ram berputar menghasilkan vakum yang lebih rendah daripada pam omboh, tetapi ia menawarkan beberapa kelebihan. Walaupun penilaian vakum ia lebih daripada mencukupi untuk kebanyakan beg vakum, pam ram berputar dapat menggerakkan lebih banyak udara pada kadar vakum yang ditentukan. Dalam erti kata lain, ia boleh mengeluarkan udara daripada sistem dengan lebih pantas dan mampu bertahan dalam keadaan lebih banyak kebocoran dalam sistem sambil mengekalkan tahap vakum yang berguna. Di samping itu, pam ram berputar secara amnya lebih padat, berjalan lebih lancar, memerlukan kuasa yang lebih sedikit dan kos yang lebih murah.
160
PEMBUATAN KOMPOSIT (ACUAN TERBUKA)
Rajah 5-7: Pam ram berputar
Pam vakum anjakan bukan positif mempunyai nilai CFM (kaki padu seminit) yang tinggi, tetapi secara amnya pada tahap vakum terlalu rendah untuk kebanyakan beg vakum. Pembersih hampagas ialah contoh pam jenis anjakan atau turbin bukan positif. Penjana vakum kendalian udara mampat adalah ringkas, peralatan Venturi yang murah yang menjana vakum menggunakan tekanan udara yang dibekalkan oleh pemampat udara standard. Kemudahalihannya, kos yang agak rendah dan kebolehcapaian pemampat di banyak bengkel dan rumah menjadikan penjana Venturi sesuai untuk projek beg vakum yang lebih kecil.
Rajah 5-8: Penjana Venturi
Penjana satu peringkat mempunyai kadar vakum yang tinggi, tetapi menggerakkan isipadu udara yang rendah, mengehadkan saiz operasi beg vakum. Pam dua peringkat yang lebih besar adalah setanding dengan pam mekanikal untuk kebanyakan operasi beg vakum, tetapi memerlukan pemampat yang berkadar lebih besar untuk menjalankannya. Mana-mana penjana vakum yang dipilih, ia mesti mampu memegang vakum berterusan sehingga epoksi mencapai pengawetan yang berkesan. Ini mungkin mengambil masa 8 hingga 24 jam bergantung kepada pemangkin yang dipilih dan suhu ambien. Selepas semua bahan berada di tempatnya, hidupkan sumber vakum dan biarkan vakum ditarik secara berterusan sehingga epoksi telah terawet (Geerts, 2019).
161
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
5.15. Pemeriksaan Vakum 5.15.1. Pemeriksaan vakum terperangkap • Sambungkan tolok kepada injap vakum di sudut pepenjuru bertentangan dengan port letakan hos vakum. • Selepas menarik vakum penuh, cabut punca vakum daripada pencabut cepat187. • Benarkan sedikit udara masuk semula melalui penyambung vakum dengan menekan butang injap cabut cepat. Tolok hendaklah mencatatkan penurunan tekanan vakum. • Jika ini tidak berlaku, anda mungkin mempunyai 'perangkap' vakum di sekitar kawasan port vakum dan laluan pernafasan harus diperiksa.
Foto 5-24: Lokasi penempatan tolok vakum dan injap vakum
5.15.2. Penurunan vakum / pemeriksaan kebocoran vakum • Pasangkan tolok melalui penyambung beg dan pasangkan sumber vakum. • Benarkan sumber vakum mengeluarkan udara dan pastikan daya vakum yang semakin meningkat, ini akan ditunjukkan pada tolok. • Periksa dan betulkan kawasan yang berpotensi bocor sehingga bacaan yang stabil dan memuaskan ditunjukkan pada tolok. • Putuskan sambungan sumber vakum dan pantau bacaan vakum sepanjang tempoh masa. • Sebarang penurunan dalam bacaan Vakum menyerlahkan kebocoran
5.15.3. Pengesan kebocoran ultrasonik Peralatan pengesan kebocoran ultrasonik boleh membantu dalam mengesan kebocoran kecil dengan mengesan frekuensi pic tinggi yang dipancarkan daripada mana-mana laluan kebocoran vakum. • Imbas beg vakum dengan pengesan Ultrasonik • Pengesan akan mendaftarkan isyarat yang lebih kuat semakin dekat dengan laluan kebocoran
162
PEMBUATAN KOMPOSIT (ACUAN TERBUKA)
• Nada boleh didengar dan isyarat LED akan naik dan kemudian jatuh apabila pengesan melepasi kebocoran. • Sematkan titik kebocoran dan baiki dengan pita pengedap vakum.
Foto 5-25: Memeriksa kebocoran menggunakan pengesan kebocoran ultrasonik
5.16. Penyebab Biasa Kebocoran Atau Kehilangan Vakum • Kedutan Filem Beg pada Pita Pengedap - sama ada menggunakan teknik beg tepi atau beg sarung, jika filem beg berkedut pada pita pengedap, biasanya akan terdapat laluan kebocoran. Jika kedutan kecil, hanya urut kedutan ke dalam pita pengedap untuk mencapai pengedapan. Jika kedutan terlalu besar, pisahkan filem dengan teliti daripada pita pengedap dan tambah lagi pita pengedap. • Kedutan Filem Beg di bawah Pengedap Injap Vakum – Tanggalkan plat tekanan daripada sambungan injap vakum dan periksa kedutan filem beg, sebarang kedutan di bawah gasket silikon boleh menjadi tompok yang berpotensi bocor. Hilangkan kedutan yang ditemui dan kepit semula plat tekanan injap vakum hingga tertutup rapat. • Objek tajam di atas meja pembungkusan – Semasa membungkus beg, pastikan meja yang digunakan bebas daripada objek tajam yang boleh menembusi beg vakum. Ini boleh dielakkan dengan menutup meja dengan fabrik pernafasan untuk mengelakkan tebukan beg. Jika anda mengesyaki beg itu telah tercucuk, gunakan pengesan kebocoran untuk mencari tusukan dan tutup semula dengan pita pengedap vakum. • Gentian Pernafasan atau Lapis Kupas pada kawasan Pengedap – Berhati-hati semasa memotong dan memangkas fabrik pernafasan atau lapis kupas agar tidak meninggalkan sebarang gentian di atas kawasan pengedap. Gentian sesat ini jika terperangkap di bawah pita pengedap boleh mewujudkan laluan kebocoran yang berpotensi. Gentian sesat boleh diambil dari kawasan pengedap menggunakan sekeping pita pelekat sensitif tekanan. Ini situasi yang sukar untuk diperbaiki tanpa membuat beg vakum baharu.
163
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
• Lipatan Beg Vakum boleh terkibar oleh angin autoklaf menyebabkan kegagalan pita pengedap – Di dalam autoklaf dan ketuhar, kitaran peredaran udara menghasilkan angin kencang yang boleh menyebabkan kelepet yang besar mengibar. Ini boleh melemahkan lekatan pita pengedap di bawah lipatan dan mengangkat filem pembungkus dari muka alat. Lekatkan ke bawah kelepet pada alat dengan pita pelekat. Ini dapat mengelakkan tekanan pada kawasan pengedap. • Beg bocor di sudut – Bahan beg yang bertitian boleh melepasi hadnya dan pecah apabila diletakkan di dalam autoklaf. Pastikan semua bahan, lapisan kupas, filem pelepas, filem pernafasan dan beg filem disesuaikan dengan baik dan diletakkan dalam kedudukan untuk mengelakkan beg pecah. • Lebihan ejen pelepas pada kawasan pengedap - Penggunaan agen pelepas di atas kawasan pengedap beg boleh menghalang lekatan selamat pita pengedap dan meningkatkan bahaya pita pengedap terlekang semasa pengawetan beg vakum. Menutup kawasan pengedap semasa menggunakan agen pelepas akan mengelakkan lekatan pita pengedap yang lemah. • Gelinciran Pita Pengedap – Gelinciran sisi pita pengedap adalah akibat daripada ketegangan dalam filem pembungkus, ini biasanya disebabkan oleh filem terlalu kecil untuk alat acuan dan membentuk penitian pada beberapa sudut alat. • Satu lapisan pernafasan di bawah injap vakum – Satu lapisan pernafasan di bawah injap vakum tidak akan mencukupi untuk menahan kesan tekanan tapak injap vakum keras. Untuk memastikan laluan pernafasan yang mencukupi di bawah injap gunakan pad hampagas, iaitu sekeping fabrik kaca bersalut PTFE. • Injap atau Hos vakum tersekat – kadangkala resin boleh masuk ke dalam injap dan hos vakum semasa kitaran pengawetan. Ini akan menyekat saluran vakum dan menghalang aliran udara. Hos boleh diperiksa dengan mudah, dengan satu hujung disambungkan ke sumber vakum, tekan butang di tengah soket pada hujung bebas untuk memeriksa aliran udara. Pada injap vakum, periksa tapaknya untuk tandatanda resin dan tekan butang pada palam cabut cepat untuk memastikan injap boleh terbuka.
164
PEMBUATAN KOMPOSIT (ACUAN TERBUKA)
BAB 6: PROSES SEMBURAN
S
emburan, atau juga dikenali sebagai mencincang, ialah kaedah acuan terbuka yang serupa dengan bengkalai tangan dan sesuai untuk membuat bot, tangki, komponen pengangkutan dan tab/pancuran mandi dalam pelbagai bentuk dan saiz yang besar dengan murah dan cepat tanpa mengira kekuatan. Laminat yang dicincang mempunyai kesesuaian yang baik dan kadangkala lebih cepat dihasilkan daripada bahagian yang dibuat dengan bengkalai tangan semasa membentuk bahagian yang kompleks. Dalam proses semburan (Video 6-1), pengendali mengawal ketebalan dan konsistensi laminat, oleh itu proses ini lebih bergantung kepada operator berbanding bengkalai tangan. Walaupun jumlah pengeluaran setiap acuan adalah rendah, ia boleh dilaksanakan untuk menghasilkan kuantiti pengeluaran yang banyak menggunakan acuan berbilang kuantiti. Proses ini menggunakan alatan yang mudah, kos rendah dan pemprosesan yang mudah. Peralatan mudah alih membenarkan fabrikasi di tapak dengan hampir tiada had saiz produk. Proses ini boleh juga dilakukan secara automatik.
Video 6-1: Proses Semburan
165
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
Resin dan gentian boleh digunakan secara berasingan atau serentak "dicincang" dalam aliran gabungan dari pistol pencincang. Pekerja melancarkan semburan untuk memampatkan lamina. Kayu, busa atau bahan teras lain kemudiannya boleh ditambah, dan lapisan semburan sekunder membenamkan teras antara lamina. Bahagian itu kemudian diawetkan, disejukkan, dan dikeluarkan dari acuan. Secara ringkasnya, penghasilan komposit ini melibatkan matriks dan pengukuh disemburkan kepada acuan menggunakan pistol penyembur 188.
6.1. 6.1.1. • • • • • • •
Kelebihan dan Kelemahan Proses Semburan Kebaikan proses semburan
Melibatkan cara yang cepat dalam mendepositkan gentian ke dalam resin. Nisbah pengukuh dan matriks dapat disetkan dengan tepat dan konsisten. Kadar penyemburan yang tinggi (hingga ke 25 kg/min). Penggunaan bahan mentah dapat dikawal dengan baik. Proses yang sangat menjimatkan untuk membuat bahagian kecil hingga besar. Menggunakan alatan kos rendah serta sistem bahan kos rendah. Sesuai untuk bahagian pengeluaran yang kecil hingga sederhana
6.1.2.
Keburukan proses semburan
• Tidak sesuai untuk membuat bahagian yang mempunyai keperluan struktur yang tinggi kerana hanya gentian yang pendek sahaja yang diguna pakai dalam penghasilan komposit. • Resin perlu dalam kelikatan yang rendah untuk elakkan resin yang keluar sedikit atau tersekat di dalam alat penyembur. • Sukar untuk mengawal pecahan isipadu gentian serta ketebalannya. Parameter ini sangat bergantung pada kemahiran pengendali. Bagi bahagian yang kompleks, gentian kemungkinan sedikit sahaja yang disemburkan. • Melibatkan kos peralatan yang tinggi berbanding bengkalai tangan. • Reka bentuk dan kemahiran yang tinggi diperlukan. • Proses ini tidak sesuai untuk bahagian yang ketepatan dimensi dan kebolehulangan proses menjadi perhatian utama. Proses semburan tidak memberikan kemasan permukaan atau kawalan dimensi yang baik pada kedua-dua atau semua sisi produk. • Kerana sifat acuan terbuka, pelepasan stirena menjadi kebimbangan. • Proses ini menawarkan kemasan permukaan yang baik pada satu sisi dan kemasan permukaan kasar pada sisi yang lain.
6.2.
Bahan Asas
Bahan tetulang asas untuk proses ini ialah gentian pintal189, yang dicincang pada 166
PEMBUATAN KOMPOSIT (ACUAN TERBUKA)
panjang 10 hingga 40 mm dan kemudian digunakan pada acuan. Untuk sifat mekanikal yang lebih baik, gabungan fabrik dan lapisan gentian cincang digunakan. Jenis bahan yang paling biasa ialah kaca-E, tetapi karbon dan aramid juga boleh digunakan. Tikar lembar 190 berterusan, fabrik dan pelbagai jenis bahan teras dibenamkan dengan tangan apabila diperlukan. Pecahan berat tetulang dalam proses ini biasanya 20 hingga 40% daripada jumlah berat bahagian. Foto 6-1: Pintalan Gentian
Sistem resin yang paling biasa digunakan untuk proses semburan adalah jenis tujuan umum atau poliester DCDP (dicyclopentadiena); poliester isophthalic dan resin ester vinil juga kadangkala digunakan. Resin yang bertindak balas cepat dengan hayat pot 30 hingga 40 minit adalah tipikal. Resin selalunya mengandungi sejumlah besar pengisi. Pengisi yang paling biasa ialah kalsium karbonat dan aluminium trihidrat. Dalam sistem resin terisi, pengisi menggantikan beberapa tetulang; 5 hingga 25% pengisi digunakan mengikut berat (Wikipedia, 2020). Keluli, kayu, GRP 191 dan bahan lain digunakan sebagai bahan acuan untuk tujuan prototaip. Acuan boleh jadi samada acuan jantan atau betina. Untuk membuat tab mandi, acuan jantan digunakan. Dalam industri bot, acuan betina satu sisi yang diperbuat daripada FRP 192 (plastik bertetulang gentian) digunakan untuk membuat badan kapal layar. Kulit luar acuan diteguhkan oleh bingkai kayu. Acuan dibuat dengan mengambil pembalikan corak badan bot. Beberapa saiz badan kapal yang berbeza boleh dibuat menggunakan acuan yang sama. Panjang acuan dipendekkan atau dipanjangkan menggunakan sisipan dan acuan kedua seperti tingkap, lubang udara, dan terowong aci kipas.
6.3.
Keperluan Pemprosesan
Langkah-langkah pemprosesan adalah hampir sama dengan langkah-langkah dalam bengkalai tangan. Dalam proses ini, agen pelepas mula-mula digunakan pada acuan dan kemudian lapisan kot gel digunakan. Kot gel dibiarkan selama dua jam, sehingga ia mengeras. setelah kot gel mengeras, pistol semburan digunakan untuk mendepositkan campuran resin gentian ke permukaan acuan. Pistol semburan memotong roving yang berterusan masuk (satu atau lebih roving) kepada panjang yang telah ditetapkan dan mendorongnya melalui campuran resin/mangkin. Campuran resin/mangkin boleh berlaku di dalam pistol (pencampuran pistol) atau hanya di hadapan pistol. Campuran pistol menyediakan pencampuran menyeluruh resin dan pemangkin di dalam pistol dan lebih disukai untuk
167
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
meminimumkan kebimbangan bahaya kesihatan pengendali. Dalam jenis lain, pemangkin disemburkan melalui dua muncung sisi ke dalam sampul193 resin.
Rajah 6-1: Proses Semburan
Pistol semburan tanpa udara menjadi popular kerana ia menyediakan corak semburan yang lebih terkawal dan mengurangkan pelepasan ruap resin. Dalam sistem tanpa udara, tekanan hidraulik digunakan untuk mengeluarkan resin melalui muncung khas yang memecahkan aliran resin kepada titisan kecil yang kemudiannya menjadi tepu dengan tetulang. Dalam sistem pistol semburan pengatoman udara, udara bertekanan digunakan untuk mengeluarkan resin. Setelah bahan disemburkan pada acuan, berus atau penggelek digunakan untuk mengeluarkan udara yang terperangkap serta memastikan pembasahan gentian yang baik. Lapisan fabrik atau tikar lembar berterusan ditambah ke dalam lamina, bergantung pada keperluan prestasi. Pengawetan resin dilakukan pada suhu bilik. Pengawetan resin boleh mengambil masa dua hingga empat jam, bergantung pada formulasi resin. Selepas pengawetan, bahagian itu dikeluarkan dari acuan dan dinilai untuk kemasan dan keperluan struktur.
6.4.
Proses Pembuatan
• Acuan di sapu lilin pelepas dan digilap untuk mudah dikeluarkan. • Kot gel (salutan resin poliester yang licin dan keras) digunakan pada permukaan acuan dan diberi masa untuk mengawet sebelum disapu lapisan berikutnya. Biasanya dua lapisan kot gel digunakan. • Lapisan penghalang digunakan untuk mengelakkan cetakan gentian dan permukaan kasar melalui lapisan gel. • Kot penghalang diawetkan dalam ketuhar dan dibiarkan sejuk pada suhu bilik. • Selepas pengawetan, jika perlu pengisi (contohnya kalsium karbonat dan aluminium trihidrat) ditambah menggunakan unit pencampuran ricih tinggi.
168
PEMBUATAN KOMPOSIT (ACUAN TERBUKA)
• Bahan tambahan seperti lilin ditambah ke dalam resin untuk mengurangkan pelepasan stirena sebanyak 20% semasa proses lamina. • Pencincang gentian kaca dipasang pada pistol semburan. • Pistol semburan dibuat penentukuran dengan membuat semburan di permukaan cubaan selama 15 saat. • Campuran pemangkin, resin dan gentian kemudiannya disemburkan sama rata dalam corak seperti kipas untuk memastikan liputan yang sekata. o muncung pistol hendaklah berjarak kira-kira 450mm – 600mm dari permukaan acuan. o mulakan pas semburan di bahagian bawah acuan menggunakan corak semburan mendatar o tindih lapisan kira-kira satu pertiga untuk memastikan lapisan seragam o selangi dengan semburan menegak (jika boleh) untuk menghasilkan lamina yang seragam. o Ketebalan nominal bagi setiap pas ialah kira-kira 1.5mm o Acuan jantan lebih mudah disemburkan berbanding acuan betina, namun pembaziran mudah berlaku.
Video 6-2: Proses Semburan
• Penggelek digunakan untuk pemadatan selepas setiap lapisan digunakan, ini mengeluarkan udara yang terperangkap. Mulakan menggelek dari tengah ke tepi. • Kaedah bagi mendapatkan lamina yang terbaik: setelah setiap pas semburan resin, digelek kemudian tunggu sehingga resin menjadi gel dan diteruskan dengan pas berikutnya. • Jika dikehendaki, teras kayu, busa atau sarang lebah dibenamkan ke dalam lamina untuk mencipta struktur sandwic. Liputan sudut dan jejari juga diperiksa.
169
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
• Bahagian itu diawetkan dalam ketuhar (jika perlu) dan dibiarkan sejuk pada suhu bilik. • Acuan dikeluarkan dan sedia untuk dililinkan dan digilap untuk kitaran pembuatan seterusnya. • Kemasan dilakukan dengan memangkas tepi kaca gentian berlebihan dan membuat lubang penggerudian mengikut keperluan. • Selepas bahagian itu dinilai oleh personal kawalan kualiti, ia ditimbang, diperiksa struktur dan kemasan permukaan sebelum pembungkusan dan penghantaran.
6.5.
Kelengkapan Mesin Semburan
Semburan ialah proses pengacuan terbuka, di mana resin dan gentian disemburkan pada acuan yang biasanya boleh diguna semula.(Mechanical Rocks, 2016). Secara ringkasnya proses dimulai dengan pemotongan gentian secara berterusan dengan bantuan pencincang. Kemudian campuran gentian dan resin bersama pemangkin disemburkan serentak kepada acuan (Rajah 6-2). Ketumpatan lamina yang terdeposit kemudiannya ditingkatkan dengan bantuan penggelek dengan mengeluarkan udara yang terperangkap. Pelbagai lapisan boleh ditambah untuk menghasilkan ketebalan yang diingini. Pengawetan biasanya pada suhu bilik tetapi boleh dipercepatkan dengan penggunaan jumlah haba yang sederhana.
Rajah 6-2: Rajah skematik proses semburan
6.6.
Komponen Mesin Semburan
Secara umumnya peralatan bengkalai semburan terdiri dari komponen utama yang berikut (rujuk Rajah 6-3): • Sistem udara • Sistem pam resin
170
PEMBUATAN KOMPOSIT (ACUAN TERBUKA)
• • • •
Sistem pam pemangkin Pistol semburan Motor pemotong gentian Sistem pelarut pencuci
Pam resin/ Pot tekanan
Gentian Pam angin
Pistol semburan
Pam pemangkin/ Pot tekanan
Bekas pelarut pembilas
Rajah 6-3: Mesin Bengkalai Semburan
6.6.1.
Sistem angin
Sistem angin melakukan dua operasi asas. Pertama; melaras angin yang dikawal oleh pemicu yang terdapat pada pistol semburan, yang membenarkan penghantaran serentak resin dan pemangkin. Juga membenarkan angin memasuki motor pemotong gentian melalui dua peringkat pemicu. Pemicu ini digerakkan hanya menggunakan jari operator dengan tenaga yang minimum. Kedua; sistem angin menyediakan kuasa untuk menjalankan pelbagai sistem pam yang terdapat pada mesin.
6.6.2.
Sistem pam resin
Pam resin adalah nadi utama kepada mesin semburan. Ia menarik bahan dari dram atau dari sistem bekalan resin suapan pukal 194. Pam ini dikawal oleh pengatur angin195 untuk menentukan kadar aliran resin yang diperlukan.
171
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
6.6.3.
Sistem pam pemangkin
Sistem ini terdiri dari hamba lengan 196, pam, tolok, injap pelega, sifon dan salur kembali. Semua alat ini dipasangkan kepada motor pneumatik pam resin dan dipacu oleh aci di atas motor. Penyingkiran pin penyambung aci kepada hamba lengan membolehkan setiap bahan dipamkan secara berasingan. Lokasi pam pada hamba lengan dapat menentukan kadar aliran pemangkin, oleh itu nisbah pemangkin boleh diubah. Terdapat satu penapis skrin pada salur masuk197 terpasang kepada saluran sifon yang menghubungkan kepada bahagian dasar pam pemangkin.
6.6.4.
Pistol semburan
Pistol semburan dilengkapi dengan pemicu untuk mengawal aliran resin dan pemangkin. Pemicu ini mengawal injap yang terdapat di dalam pistol pada dua peringkat. Apabila pemicu ditekan separa (peringkat pertama), resin dan pemangkin dialirkan. Apabila pemicu ditekan sepenuhnya (peringkat kedua), angin pula akan mengalir ke motor pemotong.
Pelongsor
Motor pemotong
Pemicu
Rajah 6-4: Pistol semburan (Graco Inc., t.t)
Walaupun teknologi aplikasi kot gel dan pembasahan 198 terus bertambah baik, masih terdapat beberapa kekeliruan mengenai jenis pistol semburan yang diperlukan campuran dalaman atau campuran luaran. Terdapat beberapa faktor yang perlu dipertimbangkan sebelum membuat keputusan antara campuran luaran atau campuran dalaman. Salah satu yang terbesar ialah tahap pengalaman pengendali pistol semburan.
172
PEMBUATAN KOMPOSIT (ACUAN TERBUKA)
6.6.4.1.
Campuran Dalaman
Rajah 6-5: Campuran Dalaman
Sistem semburan campuran dalaman mempunyai ruang campuran di kepala pistol di mana resin dan pemangkin diadun oleh pengadun statik dan disembur keluar melalui muncung. Disebabkan reka bentuk ruang tertutupnya, sistem campuran dalaman beroperasi pada tekanan bendalir yang lebih tinggi secara keseluruhan berbanding sistem campuran luaran. Sistem semburan campuran dalaman diketahui mencapai pelepasan emisi yang lebih rendah kerana pengabusan jauh lebih rendah. Lagipun, ia tidak memerlukan pengabusan untuk mencapai campuran seperti dalam sistem campuran luaran. Ia amat disyorkan untuk menyembur resin bermangkin untuk membasahkan tikar kaca serta menyembur dengan kaca cincang. Faedahnya jelas kerana tidak mempunyai bau pemangkin yang kuat yang disemburkan ke dalam resin di luar. Kelemahan bagaimanapun, ialah jika kepala pistol tidak dibilas dengan aseton, pengawetan akan "bermula" dan resin akan mengeras di dalam pistol. 6.6.4.2.
Campuran Luaran
Rajah 6-6: Campuran Luaran
Resin dan pemangkin diukur dan disemburkan melalui lubang individu. Kedua-dua corak semburan kipas bersudut untuk memintas antara satu sama lain dan mencapai campuran yang baik. Jumlah pengabusan tertentu diperlukan untuk mencapai campuran yang menyeluruh. Pelepasan emisi diketahui lebih tinggi daripada sistem campuran dalaman tetapi sistem campuran luaran mempunyai kelebihan kerana tiada pembilasan pelarut diperlukan kerana tiada ruang campuran dalaman. Sistem ini juga beroperasi pada tekanan bendalir keseluruhan yang lebih rendah. Sistem campuran luaran masih digunakan secara meluas untuk menyembur salutan 173
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
gel kerana salutan gel masih memerlukan jumlah pengabusan tertentu untuk mendapatkan kemasan permukaan yang baik tidak seperti penyemburan resin yang digunakan terutamanya untuk membasahkan tikar gentian kaca. 6.6.4.3.
Pengatoman Udara
Muncung semburan pengatoman udara, juga dipanggil muncung dua cecair, menghasilkan semburan pengatoman halus menggunakan udara termampat atau gas pengatoman lain untuk mengeluarkan resin. Kaedah ini menambahkan angin ke dalam pistol untuk memencarkan campuran resin beratom udara. 6.6.4.4.
Tanpa Angin
Pistol semburan tanpa angin menjadi popular kerana ia menyediakan corak semburan yang lebih terkawal dan mengurangkan pelepasan emisi. Dalam sistem tanpa angin, tekanan hidraulik digunakan untuk mengeluarkan resin melalui muncung khas yang memecahkan aliran resin kepada titisan kecil yang kemudiannya menjadi tepu dengan gentian. Semburan tanpa angin adalah cara yang mudah dan ekonomi untuk mengenakan salutan. Kelebihan yang lain adalah: • Kelajuan: semburan dapat dilakukan dengan lebih pantas. Oleh itu lebih banyak kerja boleh dalam masa yang singkat dan kurang menggunakan pekerja. Ia 10 kali lebih cepat berbanding menggunakan berus dan penggelek. • Kualiti: menghasilkan salutan yang rata pada sebarang permukaan . Menghasilkan kemasan penyudahan yang konsisten dan berkualiti tinggi. • Versatil: boleh digunakan untuk pelbagai jenis bahan salutan, termasuk luaran dan dalaman. Ia juga mudah alih.
6.6.5.
Motor pemotong
Angin disalurkan kepada motor dari pistol. Terdapat tombol yang berfungsi untuk mengawal aliran angin ke motor pneumatik. Lembar gentian dimasukkan dari belakang penutup dan ditarik ke dalam penggelek, galas199 dan mata pemotong. Gentian dicincang dan disemburkan keluar melalui pelongsor dan seterusnya ke dalam aliran semburan resin.
Rajah 6-7: Pandangan keratan pencampuran resin dan gentian
174
PEMBUATAN KOMPOSIT (ACUAN TERBUKA)
6.6.6.
Sistem pelarut pembilas
Sistem pembilas diperlukan jika menggunakan pistol semburan campuran dalaman sahaja. Sebuah bekas yang mempunyai pam digunakan untuk mengepam pelarut ke dalam pistol bagi membilas pistol selepas kerja semburan selesai. Terdapat injap kawalan pada pistol untuk membuka saluran pelarut yang dikawal oleh pengatur angin.
6.6.7.
Kelengkapan lain.
Selain komponen-komponen yang dinyatakan di atas, terdapat beberapa lagi kelengkapan yang diperlukan untuk membentuk mesin semburan yang sempurna: • • • •
Pengatur angin dan tolok: untuk kawalan dan pelarasan bekalan angin. Joran, doli dan casis: menempatkan komponen yang lain pada kedudukan tertentu. Hos: medium penghantaran pelbagai bendalir. Panel kawalan (opsyenal): pengawalan setempat sistem semburan.
6.7.
Pemilihan Sistem Semburan
Beberapa faktor perlu diambil kira apabila membuat pemilihan sistem semburan yang sesuai. Antaranya ialah (Elward, 2015): • Keluaran resin/gentian: Pilih pistol berdasarkan operasi yang dijangkakan. Disyorkan keupayaan sehingga 13 kg/min keluaran campuran gentian/resin. • Berat dan keseimbangan pistol: Operasi berterusan tidak boleh menyebabkan ketidakselesaan yang tidak wajar kepada operator. • Kawalan: Pemicu pistol, resin dan kawalan aliran pemangkin hendaklah ergonomik dan mudah digunakan. Pistol yang ideal adalah yang boleh dikendalikan dengan satu tangan sahaja. • Pelarasan kepala semburan: Pelarasan muncung resin terhadap keluaran gentian yang terpotong boleh dilakukan dengan betul dan cepat • Pembersihan dan penyenggaraan pistol: o Reka bentuk pistol yang ringkas dengan bilangan bahagian yang sedikit o Boleh dirombak dengan peralatan standard o Penyendat200 dan gasket tidak akan terjejas oleh pelarut atau bahan lain yang
digunakan. o Meter resin: Jika mengendalikan kuantiti yang besar secara berterusan, lebih baik menggunakan kawalan pemeteran. • Alat ganti: Pastikan alat ganti mudah diperolehi
175
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
BAB 7: PENGAWETAN RESIN
P
enghasilan produk komposit bagi penggunaan polimer sebagai matriks akan melalui satu tindak balas kimia yang diantara pemangkin dan resin. Tindak balas yang berlaku ini juga dipanggil proses pengawet. Proses ini boleh dilakukan dalam suhu bilik biasa dan juga dikenakan suhu, terutamanya untuk proses membaiki komposit. Produk yang tidak terawet dengan baik akan memberikan kesan pada kekuatan produk yang terhasil. Pengawetan bermaksud proses untuk mengubah secara kekal sifat-sifat sistem resin termoset akibat daripada tindak balas kimia yang terkawal, biasanya melibatkan haba dan tekanan. Ini adalah satu proses yang tidak boleh diterbalikkan iaitu resin yang telah menjadi pepejal akibat proses pengawetan tidak boleh menjadi keadaan cecair yang likat semula. Rajah 1 menunjukkan tindak balas kimia yang berlaku dalam proses pengawetan.
7.1.
Peringkat Pengawetan
Resin termoset menggunakan tindak balas kimia untuk pengawetan. Terdapat tiga peringkat pengawetan (rujuk Rajah 7-1), yang dipanggil A, B, dan C. (Aeronautics Guide, t.t). • Peringkat A: Komponen resin (bahan asas dan pengeras) telah dicampur tetapi tindak balas kimia belum bermula. Resin berada di peringkat A semasa prosedur bengkalai basah. • Peringkat B: Komponen resin telah dicampur dan tindak balas kimia telah bermula. Bahan telah menebal dan melekat Bagi bahan prepreg, resin berada di peringkat B. Untuk mengelakkan pengawetan selanjutnya resin diletakkan di dalam peti sejuk pada suhu 0°F. Dalam keadaan beku, resin bahan prepreg kekal di peringkat B. Pengawetan bermula apabila bahan dikeluarkan dari peti sejuk dan dipanaskan semula.
176
PEMBUATAN KOMPOSIT (ACUAN TERBUKA)
• Peringkat C: Resin telah terawet sepenuhnya. Sesetengah resin terawet pada suhu bilik dan yang lain memerlukan kitaran pengawetan suhu tinggi untuk terawet sepenuhnya.
Rajah 7-1: Peringkat pengawetan resin
7.2.
Pengawetan Pada Suhu Bilik
Termoset biasanya terawet atau bertindak balas sepenuhnya pada suhu bilik hingga 343ºC / 650ºF bergantung pada kandungan kimia masing-masing. Bagi proses pembaikan komposit, proses pengawetan boleh dilakukan pada suhu bilik (65º-80º F) yang mengambil masa 8-24 jam. Proses pengawetan ini juga bergantung pada jenis sistem resin yang digunakan. Proses pengawetan perlu dikenakan haba jika resin yang digunakan memerlukan haba untuk terawet. Masa pengawetan juga boleh dilihat melalui Helaian Data Teknikal yang dibekalkan bersama resin dan pemangkin. Masa yang diambil untuk resin betul-betul terawet kadangkala mengambil tempoh dari 5-7 hari.
177
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
7.3.
Pengawetan Haba
Terdapat juga termoset yang perlu dikenakan haba sewaktu proses pengawetan terutamanya untuk proses membaiki komposit. Suhu yang dikenakan adalah untuk meningkatkan sifat kekuatan dan mengurangkan sifat rapuh yang ada pada polimer tersebut. Selain itu juga, penggunaan haba dalam proses pengawetan akan mengurangkan masa untuk matriks terawet. Resin akan diawet pada suhu 250º-750ºF untuk proses pengawetan haba ini. Jumlah haba yang digunakan perlu dikenakan berterusan dan juga dipantau. Walaupun proses pengawetan haba ini dilakukan untuk memberikan kekuatan pada komposit terutamanya dalam proses membaikinya, penggunaan haba yang terlampau panas akan menyebabkan kerosakan yang besar terjadi pada komposit tersebut. Jika terlalu banyak haba yang dikenakan, pengewapan atau penggasan akan berlaku dan menyebabkan buih terbentuk di permukaan komposit. Untuk proses membaiki komposit, suhu pengawetan yang digunakan adalah lebih rendah sedikit daripada suhu pengawetan sewaktu penghasilannya. Namun begitu, masa proses pengawetan sewaktu membaiki lebih lama diambil daripada waktu suhu pengawetan penghasilannya. Contohnya sewaktu pembuatan, komposit akan terawet pada 250ºF selama 1 jam setengah manakala komposit akan dibiarkan terawet pada 230ºF untuk 2 jam untuk proses membaiki. Dengan cara ini, ia akan mengelakkan lampau panas berlaku pada kawasan komposit yang dibaiki. Proses pengawetan untuk membaiki komposit tidak akan dilakukan dalam autoklaf atau ketuhar. Ini kerana kawasan yang tidak rosak akan mengalami retakan mikro akibat dikenakan haba. Untuk proses membaiki, pengawetan haba akan dilakukan pada kawasan yang hendak dibaiki sahaja.
7.4.
Langkah-Langkah Dalam Proses Pengawetan
Proses pengawetan haba yang akan dilakukan bukan hanya bergantung kepada haba yang diberikan sahaja. Menjadi perkara yang penting juga ialah kadar tanjakan kenaikan suhu yang perlahan. Hal ini penting kerana memberikan resin cukup masa untuk mengalir dan betul-betul menyerap pada gentian sebelum terawet. Sekiranya, tanjakan terlalu cepat ia akan mengakibatkan pengkayaan resin berlaku. Takat pengawetan biasanya akan dioperasi oleh pengawal yang mana dilaraskan secara manual oleh juruteknik. Takat pengawetan akan bermula daripada suhu yang rendah kepada suhu yang tinggi. Suhu akan naik perlahan-lahan kemudian akan dibiarkan, kemudian naik semula dan berulang sehingga sampai kepada suhu pengawetan yang sebenarnya. Dengan ini, resin mampu mengalir atau menyerap ke dalam gentian sebelum benar-benar terawet. Suhu bagi pengawetan resin bergantung pada manual pembaikan struktur (SRM - structural repair manual) yang dibekalkan oleh pembekal. Apabila masa bagi pengawetan sudah tamat, suhu akan menurun
178
PEMBUATAN KOMPOSIT (ACUAN TERBUKA)
sedikit demi sedikit sehingga mencapai suhu bilik. Masa penyejukan yang perlahanlahan akan memberikan kekuatan pada bahan. Masa Pengawetan
Suhu pengawetan Suhu tahan
Suhu tahan
MASA Rajah 7-2: Takat suhu pengawetan tipikal
7.5. 7.5.1.
Peralatan Untuk Proses Pengawetan Haba Pengikat Panas
Pengikat panas 201 yang digunakan untuk mengawal sumber haba setempat untuk pelbagai jenis aplikasi pembuatan dan pembaikan yang memerlukan pengawetan prepreg, resin atau pelekat. Peralatan ini menyokong pemprosesan di luar autoklaf atau ketuhar dan amat berguna untuk pembaikan di tapak, dan aplikasi pengawetan sekunder dalam persekitaran pembuatan. Pengikat panas juga digunakan untuk membaiki komposit apabila ketuhar dan autoklaf tiada atau tidak sesuai digunakan. Ia bersifat mudah alih, dengan ini ia memudahkan kerja untuk membaiki komposit di tapak. Pengikat panas juga ringan untuk dibawa ke mana-mana. Ia terdiri daripada beberapa peralatan yang lain antaranya pengawal, pengganding suhu dan juga selimut haba 202. Proses pengawetan menggunakan pengikat panas dilakukan dalam beg vakum.
Foto 7-1: Peralatan pengikat panas
179
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
Foto 7-2: Aplikasi pengikat panas
Thermocouple digunakan untuk mengesan haba yang berada pada bahagian yang dibaiki dan menghantar kepada controller untuk dikawal nilai haba yang diberikan. Thermocouple diletakkan disebelah bahagian yang hendak dibaiki dan dibawah heat blanket dan bagging film.
180
PEMBUATAN KOMPOSIT (ACUAN TERBUKA)
Rajah 4 : Pemasangan Thermocouple Penggunaan heat blankets sebagai alatan dalam proses curing amat luas. Ini kerana penggunaan heat blankets dalam memberikan haba hanya melibatkan kawasan yang hendak dibaiki sahaja. Heat blankets diperbuat daripada silikon yang fleksibel dan mempunyai pelbagai bentuk dan saiz. Terdapat juga diantara heat blanket yang mana boleh dibengkok disekeliling bahagian yang bersudut.
Rajah 5 : Heat Blanket
181
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
Walaubagaimanapun, penggunaan hot bond juga mempunyai keburukan. Penggunaan Hot Bond memberikan haba yang terlalu cepat dan secara tidak langsung suhu pun akan meningkat. Dengan haba yang terlalu cepat, kemungkinan resin tidak mempunyai masa yang cukup untuk menyerap kedalam fiber dan menyebabkan resin rich berlaku. Selain itu juga, penggunaan hot bond juga mestilah dapat mengurangkan suhu tinggi bahagian yang dibaiki perlahan-lahan supaya tidak terlalu cepat. Komposit meningkatkan kekuatannya ketika proses penyejukkan berlaku. Apabila suhu tinggi menurun secara perlahan-lahan, ia akan menghalang daripada komposit menjadi rapuh. Penurunan suhu yang perlahan-lahan akan dapat juga dicapai melalui penggunaan hot bond ini jika dikawal.
Rajah 6 : Sususan heat blanket untuk tujuan curing 2. Heat Gun Penggunaan heat gun dalam proses cure komposit adalah kaedah alternatif yang digunakan jika bahagian yang hendak dibaiki tidak boleh menggunakan heat blanket. Untuk mengelakkan curing yang berlebihan, heat gun perlulah tidak menumpu terus ke bahagian yan hendak dibaiki. Suhu daripada heat gun juga perlu dikawal kerana heat gun yang biasa boleh menghasilkan suhu daripada 500ºF-750ºF apabila dibiarkan. Untuk mengawal suhu daripada heat gun,
182
PEMBUATAN KOMPOSIT (ACUAN TERBUKA) thermocouple akan digunakan. Controller yang disambung dengan thermocouple akan menstabilkan suhu yang akan diberikan. Masalah mungkin akan timbul sekiranya heat gun hanya tertumpu pada satu tempat pembaikan sahaja. Heat gun perlu dialihkan kedudukan ketika curing cycle untuk mengelakkan kekeringan berlaku atau penyejatan yang terlampau berlaku pada resin. Heat gun juga mampu untuk menyebabkan kebakaran berlaku dan tidak boleh dibiarkan tanpa pengawalan sewaktu proses cure berlaku.
183
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
Rajah 7 : Heat Gun 3. Heat Lamp Penggunaan Heat lamp sebagai alat untuk cure komposit adalah kaedah telah lama digunakan. Namun begitu, penggunaannya tidak lagi disarankan kerana penggunaannya sebagai alatan untuk cure tidak lagi tepat jika dibandingkan dengan peralatan yang lain. Penggunaannya boleh diterima pakai sekiranya tiada peralatan haba yang lain boleh digunakan. Penggunaan heat lamp tidak sesuai untuk proses cure yang melibatkan suhu yang tinggi, contohnya prepreg. Oleh kerana sumber haba yang digunakan tidak sekata, suhu yang diberikan sukar untuk dikawal. Contoh kecacatan yang boleh berlaku sekiranya penggunaan heat lamp dijadikan sebagai alatan untuk cure ialah scorching dan blistering.
184
PEMBUATAN KOMPOSIT (ACUAN TERBUKA)
Rajah 8 : Curing menggunakan heat lamp
185
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
4. Oven Oven menawarkan suhu yang seragam dan penggunaan suhu yang boleh dikawal pada semua bahagian sewaktu proses cure. Kebanyakan pembuat komposit menggunakan oven untuk proses cure. Oven yang digunakan untuk proses cure mestilah mempunyai sijil untuk tujuannya. Kelemahan oven dalam proses curing adalah bahagian yang hendak dibaiki perlulah ditanggalkan daripada bahagian yang lain untuk dimasukkan kedalam oven. Ini kerana oven tidak mempunyai saiz yang besar jika komposit yang hendak dicure adalah sebuah kapal terbang sebagai contoh. Oven juga akan memanaskan keseluruhan bahagian yang dimasukkan didalamnya dan tidak tertumpu pada bahagian yang hendak dibaiki sahaja. Dengan ini, pemanasan juga akan berlaku pada bahagian yang tidak perlu dicure lantas menyebabkan microcracking berlaku pada bahagian yang tidak dibaiki.
186
PEMBUATAN KOMPOSIT (ACUAN TERBUKA)
187
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
Rajah 9 : Curing dalam Oven 5. Autoclave Autoclave biasanya digunakan dalam pembuatan komposit dan tidak digunakan dalam proses pembaikan melainkan bahagian yang berkenaan harus dibuatkan (remanufacture) semula. Autoclave boleh digunakan untuk tujan remanufacture jika bahagian yang rosak itu terlalu besar dan perlu diletakkan dalam acuan yang asal dan dicure dalam keadaan suhu dan tekanan yang tinggi. Biasanya, bahagian yang dihasilkan menggunakan vacuum bagging dikenakan satu tekanan atmosfera sahaja tetapi penggunaan autoclave boleh dilaraskan pada tekanan yang tertentu. Pelarasan tekanan yang diboleh digunapakai tidak tertumpu pada satu tekanan sahaja, malah 2 atau 3 nilai tekanan boleh dimasukkan dalam pelarasan pada autoclave. Namun begitu, terdapat juga perkara yang perlu diambil perhatian seaktu menggunakan autoclave untuk cure sesuatu komposit. Autoclave sangat bahaya jika tidak dikendalikan dengan betul. Ini kerana autoclave beroperasi melibatkan suhu dan tekanan yang tinggi. Bahagian komposit yang terdiri daripada bahan logam seperti fasterner atau spar mestilah dipisahkan sebelum dimasukkan kedalam autoclave sebelum proses cure dijalankan. Ini kerana logam mempunyai sifat yang berlainan apabila terkena suhu dan tekanan.
188
PEMBUATAN KOMPOSIT (ACUAN TERBUKA)
189
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
Rajah 10 : Autoclave
190
PEMBUATAN KOMPOSIT (ACUAN TERBUKA) BIBLIOGRAFI A-SPE Europe. (2021). EPOXY PUTTY STICK. Didapatkan dari A-SPE Europe: https://www.a-spe.com/product/epoxy-putty-stick 3DFortify. (t.t). Digital Composite Manufacturing. Didapatkan Januari 18, 2022, daripada 3DFortify: https://3dfortify.com/wp-content/uploads/2020/03/Fortify_FC02.mp4 99 Spokes. (t.t). 2012 Giant XtC Composite 29er Frameset. Didapatkan Januari 18, 2022, daripada 99 Spokes: https://99spokes.com/en/bikes/giant/2012/xtc-composite-29erframeset A. Crosky. (2015). Automated Tape Laying. Didapatkan dari ScienceDirect: https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/automated-tape-laying AccountingTools. (t.t). Indirect materials definition. Didapatkan November 22, 2021, daripada AccountingTools: https://www.accountingtools.com/articles/what-are-indirectmaterials.html Aeronautics Guide. (t.t). Description of Composite Structures (Part 2). Didapatkan Januari 26, 2022, daripada Aeronautics Guide: https://www.aircraftsystemstech.com/2020/07/matrix-materials-curing-stages-of.html AirTech. (t.t). Prepreg Vacuum Bagging. Didapatkan Januari 5, 2022, daripada Fibre Glass Coating Inc.: https://www.fgci.com/wps/wcm/connect/fc1cd9a5-776e-4f84-942df144f95076a4/Vacuum+Bagging+How-to.pdf?MOD=AJPERES&CACHEID=fc1cd9a5776e-4f84-942d-f144f95076a4 Asif Ahmed Safwan. (t.t). Study on straight knife cutting machine. Didapatkan November 26, 2021, daripada Textile Engineering Students. AutomotivPress. (2019, Februari 21). Review of watch manufacturers at the start of the 2019 Formula 1 world championship. Didapatkan dari AutomotivPress: https://www.automotivpress.fr/revue-des-manufactures-horlogeres-au-depart-duchampionnat-du-monde-2019-de-formule-1/ AvStop Online Magazine. (t.t). Laminated Structures. Didapatkan Januari 18, 2022, daripada AvStop Online Magazine: http://avstop.com/ac/Aviation_Maintenance_Technician_Handbook_General/534.html BYJU'S. (t.t). Animal Fibres. Didapatkan November 17, 2021, daripada BYJU'S: https://byjus.com/chemistry/animal-fibre/ Cameo. (2016, Mei 9). Mineral fiber. Didapatkan dari Cameo: http://cameo.mfa.org/wiki/Mineral_fiber Canam. (t.t). Orthotropic Steel Deck. Didapatkan Januari 19, 2022, daripada Canam-Bridges: https://www.canambridges.com/products/orthotropic-steel-deck/ CBI Engineering. (t.t). CBI presents: Shear capacity of reinforced concrete slabs with openings. Didapatkan Januari 18, 2022, daripada RWTH Aachen Campus: https://cbi.rwth-campus.com/en/news/cbi-presents-shear-capacity-of-reinforcedconcrete-slabs-with-openings/ Chris. (2021, September 1). Composite Manufacturing Methods. Didapatkan dari Explore Composites!: https://explorecomposites.com/articles/design-for-composites/basicsmanufacturing-methods/ Composite Envisions. (2021, Mac 31). Using Tooling Putty for Quick Mold Fabrication. Didapatkan dari Composite Envisions. Composites Lab. (t.t). Processes. Didapatkan November 30, 2021, daripada Composites Lab: http://compositeslab.com/composites-manufacturing-processes/ Composites One. (t.t). Knitted Fabrics. Didapatkan November 11, 2021, daripada Composites One: https://www.compositesone.com/product/fiberglassreinforcements/knitted-fabrics/ Composites World. (2002, Januari 1). Fiber Types. Didapatkan dari Composites World: https://www.compositesworld.com/articles/fiber-types CompositesLab. (t.t). Additives & Fillers. Didapatkan Oktober 14, 2021, daripada CompositesLab: http://compositeslab.com/composite-materials/additives-fillers/
191
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS CompositesLab. (t.t). Resins. Didapatkan Oktober 25, 2021, daripada CompositesLab: http://compositeslab.com/composite-materials/resins/ CompositesLab. (t.t). Resins. Didapatkan Oktober 25, 2021, daripada CompositesLab: http://compositeslab.com/composite-materials/resins/ Corrosionpedia. (2019, September 27). Hardener. Didapatkan dari Corrosionpedia: https://www.corrosionpedia.com/definition/617/hardener Dassault Systèmes. (t.t). Ply Angle. Didapatkan Januari 18, 2022, daripada Dassault Systèmes: http://help.solidworks.com/2012/English/solidworks/cworks/Ply_Angle.htm Dekker, M. (1988). Epoxy Resins Chemistry and Technology. DexMat. (t.t). FABRIC WEAVE PATTERNS FOR TEXTILES AND COMPOSITES. Didapatkan November 10, 2021, daripada DexMat: https://blog.dexmat.com/cntfabric-weave-patterns Dorworth, L. (2009). Essential of Advanced Composite Fabrication & Repair, Aviztion Supplies & Academics. New Castle. Elward, D. (2015). Spray-Up. Didapatkan dari Slide Player: https://slideplayer.com/slide/4180193/ ET Bureau. (2021, Julai 7). Govt sets up 25-member development council for cement industry. Didapatkan dari The Economic Times: https://m.economictimes.com/news/economy/policy/development-council-for-cementindustry/amp_articleshow/84214885.cms European Aluminium Association. (2011). The Aluminium Automotive Manual. Didapatkan dari European Aluminium Association: www.european-aluminium.eu FiberMax Composites. (t.t). Types Of Fiber Reinforcement. Didapatkan November 12, 2021, daripada FiberMax Composites: https://www.fibermaxcomposites.com/shop/index_files/typesoffiber.html FibreGlast. (2021, Disember 21). What Are Prepregs? Didapatkan dari FibreGlast: https://www.fibreglast.com/product/about-prepregs FibreGlast. (t.t). Acetone. Didapatkan November 18, 2021, daripada FibreGlast: https://www.fibreglast.com/product/Acetone_9 FibreGlast. (t.t). China Bristle Brushes. Didapatkan Disember 1, 2021, daripada FibreGlast: https://www.fibreglast.com/category/Supplies_Tools_Brushes_Paint_Supplies FibreGlast. (t.t). Mold Releases. Didapatkan November 19, 2021, daripada FibreGlast: https://www.fibreglast.com/category/Mold_Releases FibreGlast. (t.t). Scissors, Cutters, & Fabric Aids. Didapatkan November 23, 2021, daripada FibreGlast: https://www.fibreglast.com/category/Supplies_Tools_Scissors_Cutters_Fabric_Aids FibreGlast. (t.t). What Are Prepregs? Didapatkan November 18, 2021, daripada FibreGlast: https://www.fibreglast.com/product/about-prepregs Fine Power Tools. (t.t). Dremel Bits: List of Dremel Bits & Their Uses. Didapatkan November 29, 2021, daripada Fine Power Tools: https://www.finepowertools.com/grinders/dremel-bits/ Finews.asia. (2020, Februari 25). DBS Converts Bank Guarantee Facility to Green Facility. Didapatkan dari Finews.asia: https://www.finews.asia/finance/31091-dbs-convertsbank-guarantee-facility-to-green-facility-siemens-gamesa Geerts, R. (2019, Oktober 22). Vacuum Bagging Basics. Didapatkan dari Epoxyworks: https://www.epoxyworks.com/index.php/vacuum-bagging-basics/ General Plastics. (2020, Mac 12). Using Composite Core Materials for Sandwich Panels. Didapatkan dari Azo Materials: https://www.azom.com/amp/article.aspx?ArticleID=19095 Graco Inc. (t.t). RS Chopper Gun. Didapatkan Disember 20, 2021, daripada Graco Inc.: https://www.graco.com/au/en/in-plant-manufacturing/products/composite/fiberglasschop-equipment/rs-chopper-gun.html Hexcel Corporation. (2013). Prepreg Technology. Connecticut: Hexcel Corporation. Didapatkan dari https://www.hexcel.com/Resources/Technology-Manuals
192
PEMBUATAN KOMPOSIT (ACUAN TERBUKA) Hubbert. (2020, November 10). The Prepreg Manufacturing Process. Didapatkan dari Adhesive Prepregs for Composite Manufacturing: https://www.prepregs.com/theprepreg-manufacturing-process/ Hurford's. (t.t). ABOUT PLYWOOD. Didapatkan Januari 18, 2022, daripada Hurford's: https://hurfordwholesale.com.au/hw/plywood-about/ Institute of Making. (t.t). Aluminium Sintered Powder. Didapatkan Januari 18, 2022, daripada Institute of Making: https://www.instituteofmaking.org.uk/materialslibrary/material/aluminium-sintered-powder Kanon Calibration Service. (t.t). Cutting Tools. Didapatkan Januari 18, 2022, daripada Kanon Calibration Service: https://www.exportersindia.com/kanon-calibration-service/cuttingtools-3600670.htm Kanoria Chembond Pvt. Ltd. (2021, November 1). Unsaturated Polyester Resin. Didapatkan dari Kanoria Chembond Pvt. Ltd: http://www.kanorias.com/unsaturated_polyester_resin.html Malnati, P. (2020, 12 21). Thermoplastic composite structure replaces metals on safetycritical brake pedals. Didapatkan dari Composites World: https://www.compositesworld.com/amp/articles/thermoplastic-composite-structurereplaces-metals-on-safety-critical-brake-pedals Matthews, F. L., & Rawlings, R. D. (2008). Composites Materials; Engineering and Science. Mechanical Rocks. (2016, April 30). Spray-Up Process. Didapatkan dari Mechanical Rocks: https://royalmechanicalengine.blogspot.com/2016/04/spray-up-process.html MechanicalBase. (t.t). Explanation Of Polymer Matrix Composites. Didapatkan Januari 18, 2022, daripada MechanicalBase: https://mechanicalbase.com/explanation-ofpolymer-matrix-composites/ Meltzer, P. J. (2008, Julai 8). Ceramic Matrix Composite seals proving reliable for jet engine nozzles. Didapatkan dari Wright-Patterson AFB: https://www.wpafb.af.mil/News/Article-Display/Article/400832/ceramic-matrixcomposite-seals-proving-reliable-for-jet-engine-nozzles/ NASAfacts. (2022). Orbital Thermal Protection System. Didapatkan Januari 18, 2022, daripada NASA: www.nasa.gov NetComposites. (2019, Januari 21). NetComposites. Didapatkan dari Unidirectional Fabric: https://netcomposites.com/guide/reinforcements/unidirectional-fabric/ NetComposites. (2019, Januari 24). Polyester Resins. Didapatkan dari NetComposites: https://netcomposites.com/guide/resin-systems/polyester-resins/ OpenPR. (2020, Februari 26). Aircraft Elevator Market 2020. Didapatkan dari OpenPR: https://www.openpr.com/amp/1945534/aircraft-elevator-market-2020-soaringdemand-assures Pasion, C. (2021, Ogos 5). CAMX 2021 exhibit preview: Airborne. Didapatkan dari CompositesWorld: https://www.compositesworld.com/products/camx-2021-exhibitpreview-airborne Richardson, M. (2021, Jun 2). Kitting for composites. Didapatkan dari https://www.composites.media/kitting-for-composites/. Rock West. (2020, April 7). Working With Carbon Fiber. Didapatkan dari Rock West Composites: https://www.rockwestcomposites.com/blog/working-with-carbon-fiber/ Sermons, R. (2014, Februari 9). The last straw! Didapatkan dari Robertson - Wesley: https://www.rwuc.org/2014/02/09/the-last-straw/ Springer Professional. (t.t). Characteristics, Applications and Properties of Polymers. Didapatkan Oktober 26, 2021, daripada Springer Professional: https://www.springerprofessional.de/en/characteristics-applications-and-properties-ofpolymers/1909226 Sultana, S. (2020, Julai 17). Composites. Didapatkan dari Askmemetallurgy: https://askmemetallurgy.com/composites/ Swell Composites. (2021, April 28). Step-by Step Guide: Measuring and Mixing Epoxy Resins. Didapatkan dari Swell Composites:
193
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS https://swellcomposites.com/blogs/news/step-by-step-guide-measuring-and-mixingepoxy-resins Tantra Composite. (t.t). PREPREGS. Didapatkan Januari 18, 2022, daripada Tantra Composite: https://tantracomposite.com/service/prepregs/ TAP Plastics. (t.t). Resin and Paint Rollers. Didapatkan Disember 1, 2021, daripada TAP Plastics: https://www.tapplastics.com/product/supplies_tools/fiberglass_tools_supplies/resin_a nd_paint_rollers/190 TwirlyMoustache. (t.t). Didapatkan Januari 18, 2022, daripada TwirlyMoustache: https://images.app.goo.gl/sUw43xnT8FUvchT57 Unicomposite. (2020, Jun 2). Hand Lay-up Process Advantages and Disadvantages. Didapatkan dari Unicomposite: https://www.unicomposite.com/hand-lay-up-processadvantages-and-disadvantages/ Vedantu. (t.t). Explain the difference between natural fibers and synthetic fibers. Didapatkan November 16, 2021, daripada Vedantu: https://www.vedantu.com/questionanswer/explain-the-difference-between-natural-fibers-class-11-chemistry-cbse5fbb34722afe2a6ade831035 W.S. HAMPSHIRE. (2021). Catalog. Didapatkan dari W.S. HAMPSHIRE: http://catalog.wshampshire.com/item/extren-profiles-shapes/extren-trade-gradechannels/series-500-extren-grade-channels-6 Warrior, A. (2010, Ogos 27). EF7 Engine intake manifold. Didapatkan dari Wikimedia Commons: https://commons.m.wikimedia.org/wiki/File:EF7_Engine_intake_manifold.jpg West System. (2010, April 1). Vacuum Bagging Techniques. Didapatkan Januari 5, 2022, daripada West System: https://www.westsystem.com/wpcontent/uploads/VacuumBag-7th-Ed.pdf Wikipedia. (27 November, 2020). Fiberglass spray lay-up process. Retrieved from Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Fiberglass_spray_lay-up_process Wikipedia. (2021, Februari 12). Advanced composite materials (engineering). Didapatkan dari Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Advanced_composite_materials_(engineering) Wikipedia. (2021, Mac 19). Automated fiber placement. Didapatkan dari Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Automated_fiber_placement Wikipedia. (2021, Oktober 29). Epoxy. Didapatkan dari Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Epoxy Wikipedia. (2021, Februari 5). Gelcoat. Didapatkan dari Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Gelcoat Yu, H., Longana, M., Jalalvand, M., Wisnom, M., & Potter, K. (2015). Pseudo-ductility in intermingled carbon/glass hybrid composites with highly aligned discontinuous fibres. Didapatkan dari https://www.researchgate.net/figure/Hybrid-configurations-forcontinuous-and-discontinuous-fibre-reinforced-composites-This_fig7_273390707 ZipZapPower. (2020, Februari 27). WILDEST Boats at the Bridge. Didapatkan dari MIAMI INTERNATIONAL BOAT SHOW: https://www.youtube.com/watch?v=2MSvIW4INug
194
PEMBUATAN KOMPOSIT (ACUAN TERBUKA)
1 strength 2 stiffness 3 celery 4 pulp 5 reinforced 6 gravel 7 plywood 8 shear 9 toughness 10 fiber glass 11 lay-up 12 filament winding machine 13 molded 14 inserts 15 moulding 16 creep 17 die cast 18 quench 19 wrought 20 curing 21 reinforcement 22 fibrous composite 23 Metal Matrix Composites (MMC) 24 High speed steel (HSS) 25 Ceramic Matrix Composites (CMC) 26 ceramic fiber reinforced composite (CFRC) 27 heat shield 28 Polymer Matrix Composites (PMC) 29 whisker 30 dispersion-strengthened 31 Sintered Aluminium Particles (SAP) 32 creep 33 flake 34 Fiber Reinforced Plastic - FRP 35 injection 36 extrusion 37 pressing 38 spray 39 interlaminated 40 intra-yarn 41 intermingled 42 ply 43 adhesives 44 pre-preg 45 core 46 foam 47 volume fractions 48 rudder 49 beam 50 column 51 slab
195
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
52 filler 53 Styrene Thinner 54 Styrene Wax 55 sanding 56 face skin 57 initiator 58 inhibitor 59 accelerator 60 harderner 61 Fire Retardants 62 suppressant 63 inhibitor 64 stabilizer 65 gloss 66 crazing 67 chalking 68 release agent 69 Fillers 70 extender 71 gel coat 72 surface veils 73 adhesives 74 fibre blooming 75 putty compound 76 layup mould 77 injection moulding 78 extrusion 79 slap moulding 80 centrifugal moulding 81 cross-linking 82 fatigue 83 whisker 84 strand 85 chopped strands 86 mat 87 Razor blade 88 abrasive 89 sanding 90 Rotary Cutter 91 Shaped 92 Rotary Circle Cutter 93 Dremel ialah jenama alat kuasa multinasional, memfokuskan pada pembaikan domestik dan aplikasi 94 Straight Knife Cutting Machine 95 Knitting 96 Band Knife Cutting Machine 97 Rigid 98 tracer 99 Line Tape 100 Frayed 101 Laminating 102 Fray check 103 Cutting mat 104 Kitting 105 Stock-Keeping Unit 196
PEMBUATAN KOMPOSIT (ACUAN TERBUKA)
106 Open Molding 107 Close Molding 108 Cast Polymer Molding 109 Hand lay-up 110 Spray-up 111 Chopper gun 112 Filament Winding 113 resin-saturated 114 Vacuum Bag Molding 115 Vacuum Infusion Processing 116 wet lay-up vacuum bagging 117 Resin Transfer Molding 118 Compression Molding 119 Reinforced Reaction Injection Molding 120 milled glass fibers 121 scrap 122 Centrifugal Casting 123 deposited 124 Continuous Lamination 125 skylights 126 Gel Coated Cultured Stone Molding 127 Solid Surface Molding 128 subtractive 129 Mixing Sticks & Paddles 130 pot life 131 1/1000 inci 132 Amine Blush 133 abrasive 134 inert 135 trimming 136 denatured 137 squeegees 138 touch-up 139 stippling 140 Roller 141 fairing 142 gelcoat 143 secondary 144 Stage-B 145 backing cloth/protector 146 peel ply 147 bleeder/breather 148 Automated Tape Laying (ATL) 149 Automated Fibre Placement (AFP) 150 tow 151 clamp 152 beam 153 staple 154 bulkhead 155 veneer 156 voids 157 sealant tape 158 flange 159 tacky tape 160 mastic sealant 197
PEMBUATAN BAHAN KOMPOSIT UNTUK PERANTIS
161 tack 162 snap back 163 Thermocouple 164 extruded 165 release fabric 166 drape 167 release film 168 bridging 169 perforation 170 baby blanket 171 unit ukuran kehalusan benang atau gentian 172 carrier 173 masking 174 etching 175 gusseted 176 Surface Bagging 177 Envelope Bagging 178 Internal Bagging 179 pleating 180 fillet 181 port 182 cam-lock 183 threaded clamp 184 reciprocating piston 185 rotary vane 186 displacement 187 quick disconnect 188 spray gun 189 roving 190 strand 191 Glass Reinforced Polymer 192 Fibre Reinforced Polymer 193 envelope 194 bulk-fed 195 air regulator 196 slave arm 197 inlet 198 wet-out 199 bearing 200 packing 201 hot bonder 202 heat blanket
198
Data Loading...