Produsen pesawat komersial telah menggunakan bahan komposit dalam komponen transportasi pesawat selama beberapa dekade. Baru sejak tahun 2011, pesawat terbang komersil besar mulai menggunakan bahan komposit pada bagian pesawat.Bahan komposit dalam komponen pesawat transportasi yang digunakan selama beberapa dekade . Sebelum pertengahan 1980-an , produsen pesawat menggunakan material komposit dalam kategori transportasi pesawat dalam struktur sekunder ( misalnya, tepi sayap ) dan permukaan kontrol. Pada tahun 1988, Airbus memperkenalkan A320, pesawat pertama di produksi dengan bagian ekor semua - komposit dan pada tahun 1995, Perusahaan Boeing memperkenalkan Boeing 777 juga dengan bagian ekor dari bahan komposit, termasuk pesawat terbang yang hilang dan masih misterius serta belum diketemukan MH370 milik Malaysia .
Beberapa pengamat industri telah menyuarakan keprihatinan tentang keadaan ilmu mendasari perluasan penggunaan bahan komposit dalam kategori transportasi komersial seperti pesawat terbang. Otoritas Penerbangan Eropa dan AS mengambil tindakan untuk mengatasi masalah yang terkait dengan keselamatan terkait dengan penggunaan struktur komposit. Dan GAO ( Government Accountability Office ) telah mengeluarkan laporan bulan Oktober 2011 untuk meningkatkan keprihatinan.
Siapa yang bertanggung jawab atas keselamatan struktur komposit
Tanggung jawab keamanan pesawat dan keamanan struktur komposit, dibagi antara tiga pihak :
Otoritas Kelaikan Udara ( misalnya : FAA di Amerika Serikat, di Eropa EASA ) bertanggung jawab untuk menetapkan standar sertifikasi dan menyatakan bahwa produsen pesawat dan pemasok komponen memenuhi standar mereka . Mereka juga melakukan inspeksi berkala fasilitas manufaktur untuk memastikan kepatuhan dilanjutkan dengan peraturan, dan mengawasi fasilitas perbaikan pesawat untuk memastikan mereka mengikuti perawatan yang tepat dan prosedur pelatihan.
Produsen pesawat bertanggung jawab untuk menunjukkan kepatuhan terhadap peraturan tersebut dan membangun pesawat yang aman . Mereka juga mengembangkan program perawatan pesawat dan manual perbaikan dan menyediakan meminta bantuan teknis di tempat.
Operator bertanggung jawab untuk operasi pesawat sesuai dengan aturan Kelaikan Udara Otoritas dan produsen disetujui manual . Ini termasuk melakukan tindakan perawatan yang memadai pada saat yang tepat. Operator pesawat juga membantu menjaga kelaikan armada pesawat mereka dengan melacak sejarah layanan pesawat mereka dan melaporkan perbaikan dan insiden data yang relevan dengan Otoritas dan produsen .
Peningkatan penggunaan komposit di pesawat komersial
Material komposit yang digunakan dalam pesawat komersial biasanya diproduksi dengan menggabungkan lapisan karbon atau serat kaca dengan epoxy. Dalam beberapa tahun terakhir , produsen telah memperluas penggunaan komposit untuk pesawat dan sayap karena bahan ini biasanya lebih ringan dan lebih tahan terhadap korosi daripada bahan logam yang secara tradisional telah digunakan dalam pesawat terbang.
The Boeing 787 adalah yang pertama sebagian besar komposit pesawat transport besar dalam layanan komersial . The Boeing 787 adalah sekitar 50 persen komposit berat ( termasuk mesin ). Ini diikuti segera oleh Airbus A350 , memiliki material komposit kira-kira dalam proporsi yang sama dengan Boeing pesaing. A350 Family menyediakan kemampuan jangka panjang dengan kapasitas tempat duduk dari 250 sampai 400.
Bahan composite (komposit) adalah suatu jenis bahan baru hasil rekayasa yang terdiri dari dua atau lebih bahan dimana sifat masing-masing bahan berbeda satu sama lainnya baik itu sifat kimia maupun fisikanya dan tetap terpisah dalam hasil akhir bahan tersebut (bahan komposit).
Keunggulan bahan komposit
Bahan komposit memiliki banyak keunggulan, diantaranya berat yang lebih ringan, kekuatan dan kekuatan yang lebih tinggi, tahan korosi dan memiliki biaya perakitan yang lebih murah karena berkurangnya jumlah komponen dan baut-baut penyambung. Kekuatan tarik dari komposit serat karbon lebih tinggi daripada semua paduan logam. Semua itu menghasilkan berat pesawat yang lebih ringan, daya angkut yang lebih besar, hemat bahan bakar dan jarak tempuh yang lebih jauh.
Aplikasi bahan komposit
Militer Amerika Serikat adalah pihak yang pertama kali mengembangkan dan memakai bahan komposit. Pesawat AV-8D mempunyai kandungan bahan komposit 27% dalam struktur rangka pesawat pawa awal tahu 1980-an. Penggunaan bahan komposit dalam skala besar pertama kali terjadi pada tahun 1985. Ketika itu Airbus A320 pertama kali terbang dengan stabiliser horisontal dan vertikal yang terbuat dari bahan komposit. Airbus telah menggunakan komposit sampai dengan 15% dari berat total rangka pesawat untuk seri A320, A330 dan A340
Contoh material komposit
Plastik diperkuat fiber:
Diklasifikasikan oleh jenis fiber:
Wood (cellulose fibers in a lignin and hemicellulose matrix)
Carbon-fibre reinforced plastic atau CRP
Glass-fibre reinforced plastic atau GRP (informally, "fiberglass")
Diklasifikasikan oleh matriks:
Komposit Thermoplastik
long fiber thermoplastics or long fiber reinforced thermoplastics
glass mat thermoplastics
Thermoset Composites
Metal matrix composite MMC:
Cast iron putih
Hardmetal (carbide in metal matrix)
Metal-intermetallic laminate
Ceramic matrix composites:
Cermet (ceramic and metal)
concrete
Reinforced carbon-carbon (carbon fibre in a graphite matrix)
Bone (hydroxyapatite reinforced with collagen fibers)
Organic matrix/ceramic aggregate composites
Mother of Pearl
Syntactic foam
Asphalt concrete
Chobham armour (lihat composite armour)
Engineered wood
Plywood
Oriented strand board
Wood plastic composite (recycled wood fiber in polyethylene matrix)
Pykrete (sawdust in ice matrix)
Plastic-impregnated or laminated paper or textiles
Arborite
Formica (plastic)
Kendaraan militer, seperti pesawat terbang, helikopter, dan roket, menempatkan premi pada kekuatan tinggi, bahan ringan. Sedangkan komponen logam yang telah digunakan sampai saat itu pasti melakukan pekerjaan dalam hal sifat mekanik, berat berat komponen seperti itu mahal . Semakin tinggi berat dari pesawat atau helikopter itu sendiri, kurang kargo mesinnya bisa membawa.
Industri polimer dengan cepat berkembang dan mencoba untuk expland pasar plastik untuk berbagai aplikasi. Munculnya baru, polimer ringan dari laboratorium pengembangan menawarkan solusi yang mungkin untuk berbagai penggunaan, memberikan sesuatu yang bisa dilakukan untuk meningkatkan sifat mekanik dari plastik.
Kekuatan teoritis sangat tinggi bahan tertentu, seperti serat kaca, sedang ditemukan. Pertanyaannya adalah bagaimana menggunakan bahan-bahan yang berpotensi tinggi - kekuatan ini untuk memecahkan masalah yang ditimbulkan oleh tuntutan militer .
Generasi Pertama ( 1940 ) : Fiber Glass Reinforced Polimer ( GFRPs )
Walaupun jelas terlihat bahwa membuat seluruh komponen ( sayap , nosecones , rotor helikopter , dll ) dari bahan kekuatan tinggi ini akan menjadi jawabannya , ini bukanlah solusi. Bahan-bahan ini , sementara yang kuat , juga rapuh . Karena itu, ketika mereka gagal , mereka melakukannya serempak . Kekuatan tinggi teoritis bisa sangat merusak oleh kekurangan dalam materi , seperti microcrack di permukaan . Selain itu, stres - to- kegagalan bervariasi antara apa yang seharusnya menjadi komponen yang identik , karena jumlah kekurangan dan ukuran mereka berbeda untuk setiap bagian diproduksi . Karena jumlah kekurangan umumnya timbangan dengan ukuran komponen , satu-satunya solusi adalah menggunakan serat pendek dari bahan kekuatan tinggi untuk meminimalkan kelemahan dalam sistem .
Namun, para insinyur segera menyadari bahwa dengan merendam serat dalam matriks bahan, lebih rendah - kekuatan ringan , mereka bisa mendapatkan bahan yang lebih kuat karena serat menghentikan propagasi retakan dalam matriks . Sebuah polimer dengan kekuatan cukup atau kekakuan untuk bertindak sebagai sayap pesawat bisa diperkuat dengan ini baru , serat untuk menghasilkan kuat, kaku , produk yang ringan . Polimer " matrix " menyediakan lingkungan untuk serat untuk berada dalam bentuk aslinya - tunggal , jarum independen - dan melindungi mereka dari goresan yang mungkin menyebabkan mereka mengalami beban kecil . Serat " penguatan " tambah kekuatan untuk bahan polimer lebih rapuh dengan memikul banyak stres yang dipindahkan dari polimer untuk serat melalui obligasi antarmuka yang kuat .
Plastik yang diperkuat muncul dari rekayasa Milieux bukan dari penelitian ilmiah . Sementara para ilmuwan solid-state berfokus pada hubungan antara struktur dan sifat , peneliti industri lebih peduli dengan hubungan antara fungsi dan sifat . Dominasi fungsi atas struktur terinspirasi material komposit , bahan yaitu yang terbuat dari dua atau lebih komponen heterogen .
Kerjasama industri
Perusahaan Kaca sudah lama diketahui cara menggambar serat gelas dari mencair . Dimulai pada tahun 1932 , Owens di Amerika Serikat mulai memproduksi serat kaca , pada tahun 1935 mereka bergabung dengan Corning untuk membentuk Owens Corning - Serat untuk tujuan tunggal memproduksi secara massal serat ini . Di Eropa , Balzaretti Modigliani di Italia memperoleh hak paten Owens , dan dipindahkan mereka untuk Saint - Gobain pada tahun 1939 .
Pada saat yang sama , perusahaan-perusahaan kimia sedang melakukan penelitian polimer baru . Fenolik , urea , dan anilin - formaldehida resin yang dikembangkan pada awal 1930-an (lihat jadwal di sebelah kanan ) , bersama dengan resin poliester tak jenuh dipatenkan pada tahun 1936 yang akan datang untuk mendominasi bidang komposit . P.Castan di Swiss menerima paten pertama untuk resin epoxy pada tahun 1938 , dan segera lisensi paten untuk Ciba . Meskipun resin termoplastik dan termoset baru sedang diselidiki untuk aplikasi yang berdiri sendiri - kemasan , perekat , murah membentuk bagian - menggunakan potensi mereka sebagai matriks untuk bahan kuat juga diingat dalam rangka memperluas pasar plastik . Pencampuran polimer dengan berbagai aditif - seperti charger , pengisi , agen plastisitas ... - sudah menjadi tradisi mapan dalam industri kimia .
Semakin pentingnya polimer dalam industri jelas dalam pendirian Masyarakat Industri Plastik pada tahun 1937 , diikuti oleh Society of Plastics Engineers pada tahun 1941 . Munculnya masyarakat ilmiah dapat menunjukkan tingkat minat yang luas dalam subjek - massa kritis macam - yang bergerak orang dari perusahaan yang berbeda dan universitas untuk berkumpul bersama untuk bertukar informasi tentang temuan terbaru. The Awal dari Reinforced Plastik Industri : GFRP
Biasanya, serat kaca yang ditambahkan ke dalam lelehan polimer , yang kemudian dituangkan ke dalam cetakan . Insinyur dan teknisi harus belajar cara terbaik untuk menambahkan serat sehingga mereka merata di seluruh matriks , bukan mengelompok bersama-sama . Tekanan tinggi diaplikasikan pada resin awal untuk mendapatkan mereka untuk menyembuhkan , tapi ini menyebabkan beberapa masalah : serat kaca yang mudah rusak pada tekanan tinggi . Untuk mengatasi masalah ini , Pittsburgh Plat Kaca mengembangkan beberapa resin poliester allyl tekanan rendah pada tahun 1940 , dan pada tahun 1942 Marco Chemical Company di Linden , New Jersey , dipekerjakan untuk menyelidiki resin tekanan rendah menyembuhkan lainnya . Pada tahun 1942 laminasi fiberglass pertama yang terbuat dari PPG CR - 38 dan CR - 39 resin yang diproduksi .
Aplikasi awal untuk produk GFRP berada di industri kelautan . Fiberglass perahu yang diproduksi pada awal 1940-an untuk menggantikan kayu atau logam perahu tradisional . The ringan , komposit fiberglass yang kuat yang tidak tunduk pada membusuk atau berkarat seperti rekan-rekan mereka , dan mereka mudah untuk mempertahankan . Pasukan Sekutu mendarat di Normandia pada tahun 1944 tiba di kapal yang terbuat dari komponen GFRP . Fiberglass terus menjadi komponen utama dari perahu dan kapal hari ini .
Pada tahun 1942, Angkatan Laut Amerika Serikat menggantikan semua papan terminal listrik pada kapal mereka dengan fiberglass - melamin atau papan komposit asbes melamin dengan sifat isolasi listrik .
Pada Wright - Patterson Air Force Base pada tahun 1943 , proyek-proyek eksplorasi diluncurkan untuk membangun bagian-bagian pesawat struktural dari bahan komposit . Hal ini mengakibatkan pesawat pertama dengan pesawat GFRP diterbangkan di pangkalan setahun kemudian .
Kemajuan signifikan lainnya adalah pengembangan proses perkakas untuk komponen GFRP oleh Republic Aviation Corporation di tahun 1943. Kemampuan untuk memotong dan memangkas komponen untuk ukuran mengurangi limbah dan ditambahkan fleksibilitas untuk pembuatan komponen kompleks .
Lembar pra - diresapi serat kaca dalam resin sebagian - sembuh , atau pra - pregs , membuat pembuatan komponen lebih mudah . Dengan menempatkan serat pada film plastik dalam orientasi yang disukai , menambahkan resin , menekan , dan kemudian sebagian menyembuhkan resin , lembar fleksibel dari bahan prekursor bisa diproduksi . Pre - pregs menghilangkan langkah-langkah produksi awal untuk produsen mencoba untuk menghindari resin dan bahan baku fiber glass . Lembaran-lembaran ini dapat dipotong menjadi bentuk, ditumpuk , dan dikonsolidasikan ke dalam satu bagian dengan tekanan dan panas .
Komposit komersial pertama disebut diperkuat serat gelas plastik dan , sangat , mereka masih mendominasi pasar saat ini , yang terdiri dari sekitar 90 % dari pasar komposit .
Generasi Kedua ( 1960 ) : Komposit Kinerja Tinggi di pos - Sputnik Era :
Teknologi GFRP menyebar dengan cepat pada tahun 1950. Di Perancis , sebuah Saint - Gobain pabrik baru di Chambery dibuka pada tahun 1950 untuk produksi serat kaca; oleh 1958 mereka memproduksi baling-baling helikopter komposit untuk Alouette II . Fiberglass - poliester digunakan untuk menghasilkan tubuh ramping dari mobil sport Corvette , dan komposit fiberblass - epoxy digunakan dalam aplikasi mulai dari papan sirkuit ke Winchester senapan barel .
Namun, tuntutan baru muncul untuk program ruang militer dan serat baru yang mendorong pencarian serat modulus tinggi baru . Gabungan dari situasi geopolitik dunia dan bahan penelitian mendorong munculnya gagasan umum komposit .
sputnik
Acara utama dunia adalah peluncuran satelit Sputnik Soviet pada tahun 1957 dan ruang angkasa yang diminta . Pesawat ruang angkasa yang akan harus istirahat pegangan gravitasi bumi sambil membawa laki-laki dan muatan ke ruang yang dibutuhkan bahkan lebih ringan , lebih kuat dari komponen GFRPs . Selain itu, panas yang dihasilkan saat masuk kembali pesawat ruang angkasa ke atmosfer bumi bisa melebihi 1500 ° C , yang berada di luar batas suhu materi monolitik atau komposit kemudian dikenal , terutama titik polimer rendah mencair . Pada tahun 1956 Cincinnati Pembangunan laboratorium ditambahkan serat asbes ke resin fenolik untuk digunakan sebagai re-entry bahan nosecone mungkin. Para ilmuwan juga mulai melihat logam komposit matriks ( MMC ) untuk solusi.
MMC biasanya menggunakan anorganik , serat keramik atau fase partikulat untuk menambah ketahanan panas logam ringan dan untuk menurunkan koefisien mereka ekspansi termal . Penguatan juga dapat menambah kekuatan dan kekakuan , namun ketangguhan cenderung lebih rendah dalam MMC dibandingkan sesuai logam monolitik nya . Selain percobaan dengan kawat baja yang diperkuat tembaga , sedikit penelitian yang telah dilakukan di daerah MMC pada waktu itu . Perlombaan ruang sehingga memberikan dorongan untuk pengembangan karbon dan boron serat yang baru saja ditemukan .
Karbon dan Boron
Perkembangan di laboratorium berinteraksi dengan peristiwa utama dunia pada tahun 1960 untuk mendorong penggunaan serat penguatan kuat baru : grafit ( karbon) serat yang diproduksi menggunakan rayon sebagai senyawa awal , dan Texaco mengumumkan kekakuan tinggi dan kekuatan serat boron yang telah mereka kembangkan . Sementara serat karbon dan boron dikembangkan sekitar waktu yang sama , karbon memimpin pada tahun 1960 karena kemampuan pengolahan unggul dan biaya yang lebih rendah . Di Jepang , A. Shindo mengembangkan kekuatan serat grafit tinggi menggunakan polyacryonitrile sebagai prekursor pada tahun 1961 , menggantikan rayon dan pitch prekursor digunakan sebelumnya . Serat grafit yang digunakan hanya dalam matriks polimer saat ini . Karena reaktivitas karbon dengan aluminium dan magnesium , penggunaan grafit sebagai penguat untuk matriks logam tidak mungkin pada awalnya . Butuh penemuan lapisan udara - stabil untuk serat karbon yang mencegah reaksi antara karbon dan logam untuk membuat grafit - aluminium dan magnesium komposit grafit - kenyataan.
Serat Boron, yang kekuatannya melebihi bahwa karbon , menemukan ceruk dalam aplikasi militer di mana biaya tinggi tidak ada perhatian , tapi tidak membuat terobosan ke pasar lain . Boron memiliki tiga masalah :
itu harus diletakkan di atas kawat tungsten yang digunakan sebagai substrat ;
pengaturan tersebut mahal , dan filamen tidak bisa membungkuk dalam radius ketat . Pada tahun 1969 kemudi boron - epoxy dipasang pada F - 4 jet dibuat oleh General Dynamics . Boron juga bereaksi dengan matriks logam di atas sekitar 600 ° C , sehingga lapisan harus dibuat sebelum MMC boron diperkuat menjadi layak .
Serat aramid
Pada tahun 1971 DuPont memperkenalkan dunia untuk Kevlar , serat didasarkan pada senyawa aramid yang dikembangkan oleh Stephanie Kwolek kembali pada tahun 1964 . Aramids milik keluarga nilon polimer . Fitur kunci struktural mereka adalah cincin aromatik ( benzena pada dasarnya cincin ) dihubungkan oleh kelompok amida . Kwolek telah bekerja pada polimer kondensasi berbasis minyak bumi dalam upaya untuk mengembangkan kuat , serat kaku . Menjulang kemungkinan kekurangan energi telah meyakinkan Dupont bahwa cahaya , serat polimer berbasis untuk ban radial bisa menggantikan sabuk baja kemudian digunakan , mengurangi berat keseluruhan mobil dan menghemat bahan bakar .
Kwolek biasanya melelehkan polimer dia diproduksi, kemudian memiliki spin rekan kerja polimer menjadi serat tipis . Tapi pada tahun 1964 dia membuat polimer yang tidak akan meleleh , jadi dia pergi mencari pelarut untuk melarutkan bahan . Setelah banyak mencoba , polimer terlarut , tetapi solusi yang dihasilkan tampak seperti air keruh , bukan solusi molase - seperti tebal dia digunakan untuk berurusan dengan . Namun , ia ingin berputar untuk melihat apa jenis serat yang akan dia peroleh. Rekan kerja yang bertanggung jawab atas proses pemintalan pada awalnya menolak , mengklaim bahwa campuran itu terlalu tipis untuk berputar , dan bahwa partikel dalam larutan akan menyumbat mesinnya . Tapi Kwolek bertahan , dan akhirnya serat yang dihasilkan dari larutan aramid nya ternyata lima kali lebih kuat dari baja . Mereka akan digunakan dalam aplikasi seperti rompi antipeluru dan helm untuk aparat penegak hukum . Sebuah variasi kecil dalam posisi dari kelompok amida antara cincin aromatik yang dihasilkan Nomex , serat tahan api yang dicampur dengan Kevlar untuk memproduksi alat pelindung bagi petugas pemadam kebakaran .
Dari plastik yang diperkuat dengan gagasan generik komposit
Dengan menggunakan berbagai serat dan penggunaan berbagai matriks , pendapat umum komposit muncul pada tahun 1960 . Komposit A adalah bahan menggabungkan dua fase heterogen , apa pun sifat dan asal mereka . Desain material komposit menyebabkan para ilmuwan dan insinyur untuk mengalihkan perhatian mereka terhadap antarmuka antara dua fase . Karena sifat mekanik struktur heterogen tergantung pada kualitas antarmuka antara komponen itu penting untuk mengembangkan zat aditif mendukung ikatan kimia antara serat dan matriks . Komposit sehingga disukai orientasi baru bahan penelitian di mana ahli kimia harus memainkan peran utama .
Generasi Ketiga : The Search for Pasar Baru dan untuk Sinergi Properti ( 1970 & 1980 )
Sedangkan ruang dan pesawat tuntutan telah mendorong pencarian serat modulus tinggi baru pada tahun 1960 , komposit dibuat dengan serat mahal seperti harus menemukan aplikasi sipil pada 1970-an , ketika ruang dan militer tuntutan menurun . Olahraga dan industri otomotif menjadi pasar yang lebih penting .
Sebuah pendekatan baru desain bahan dimungkinkan oleh penggunaan komputer disukai pencarian sinergi properti.
Graphite Olahraga Aksesoris
Serat karbon yang digunakan secara ekstensif dalam barang olahraga dimulai pada tahun 1970-an , dengan raket tenis grafit dan klub golf mengganti kepala raket kayu dan klub baja poros pendahulu mereka . Bobot yang lebih ringan dan kekuatan yang lebih tinggi dari grafit diaktifkan raket tenis dengan string ketat akan berayun pada kecepatan yang lebih tinggi , sangat meningkatkan kecepatan bola tenis . Meningkatkan kekakuan poros klub golf ditransfer lebih dari energi dari ayunan ke bola golf , sehingga pergi lebih jauh . Peningkatan biaya tampaknya tidak ada masalah bagi pegolf avid dan pemain tenis .
Logam Matrix Composites
Setelah perlombaan ke bulan berakhir, insinyur kedirgantaraan mulai merancang pesawat ruang angkasa dapat digunakan kembali seperti stasiun Soviet MIR ruang, Skylab , dan Space Shuttle , dan semua tunduk pada perubahan suhu yang ekstrem dan berulang-ulang . Ini diperlukan optimalisasi komposit logam - matrix ( MMC ) yang pertama kali diselidiki pada awal perlombaan ruang. MMC ini harus memiliki sifat gabungan dari kekuatan tinggi , tahan suhu tinggi , dan koefisien ekspansi termal rendah ( CTE ) sehingga bahan tersebut tidak akan memperluas dan kontrak banyak selama periode siklus termal biasa . Serat baru seperti SiC telah dikembangkan pada pertengahan 1970-an , dan pelapis untuk serat karbon dan boron sekarang membuat mereka aditif layak untuk matriks logam .
Penambahan memperkuat fase keramik seperti serat SiC ke matriks logam , seperti aluminium , menghasilkan komposit dengan CTE bawah dari logam matriks itu sendiri . Percobaan menunjukkan bahwa nilai CTE dapat dikontrol dengan memvariasikan jumlah SiC menambahkan , jadi sekarang insinyur bisa menyesuaikan sifat ekspansi termal dari komposit untuk memenuhi kebutuhan mereka . Selain itu, panjang , serat terus menerus SiC , karbon , atau boron secara dramatis dapat meningkatkan modulus komponen atas bahwa matriks pondasi tanpa perkuatan . Menambahkan 30 % serat karbon terus menerus untuk aluminium bisa lebih dari dua kali lipat modulus logam .
Pada pertengahan 1990-an , berbagai MMC telah menemukan penggunaan dalam aplikasi pesawat ruang angkasa : tembaga karbon diperkuat digunakan dalam ruang bakar roket , SiC - diperkuat tembaga digunakan dalam nozel roket , Al2O3 - diperkuat aluminium digunakan di dalam pesawat , dan SiC - diperkuat aluminium digunakan untuk sayap dan pisau . Antena booming di Hubble Space Telescope terbuat dari komposit grafit - aluminium .
Biaya produksi MMC telah mencegah mereka memasuki pasar lainnya . Sebuah pengecualian lagi di bidang peralatan olahraga , di mana MMC seperti Duralcan ( Al diperkuat dengan 10 % Al2O3 partikulat ) dan Al diperkuat dengan 20 % SiC partikel yang digunakan dalam frame sepeda untuk ringan , kekuatan tinggi , sepeda gunung sangat mahal .
Keramik Matrix Composites
Perkembangan komposit matriks keramik ( CMC ) ditunggu pengembangan memperkuat serat suhu tinggi , seperti SiC , karena serat rendah mencair akan hancur pada suhu tinggi yang diperlukan untuk proses sintering keramik . Pengembangan Yajima tentang serat Nicalon ™ SiC pada tahun 1976 dengan demikian merupakan langkah besar .
Rapuh keramik membutuhkan fase memperkuat yang akan menambah ketangguhan material , yang diukur sebagai daerah di bawah kurva tegangan-regangan . Dalam keramik serat kadang-kadang bertindak sebagai jembatan di atas celah , memberikan gaya tekan ke tepi terkemuka dari celah agar tidak menyebar . Namun serat juga dapat menyerap sebagian energi perambatan retak dengan " menarik keluar " dari matriks . Coatings telah dikembangkan untuk serat yang membantu dalam proses menarik -out ini .
Alumina adalah keramik biasanya digunakan dalam prostesis pinggul buatan . Pencegahan patah getas dari implan pinggul jelas menarik bagi pasien . Dengan menambahkan SiC kumis untuk matriks alumina , ketangguhan implan meningkat sebanyak 50 % . SiC - diperkuat alumina juga digunakan dalam alat pemotong tahan lama untuk kayu dan logam . Serat grafit dalam matriks karbon menghasilkan kelas lain yang penting dari CMC : komposit karbon-karbon . Ketahanan panas yang sangat baik dan ketangguhan bahan-bahan tersebut memungkinkan mereka untuk digunakan sebagai rem pada pesawat .
Tujuan utama dari beberapa insinyur keramik telah menjadi produksi mesin all- keramik untuk digunakan dalam mobil . Untuk sementara ada harapan bahwa CMC alumina zirkonia - tangguh seperti itu akan memiliki ketangguhan untuk menahan berdebar mekanik mesin tersebut akan dikenakan , tapi sejauh komposit tersebut telah menghindari peneliti .
Mencoba untuk mendapatkan sinergi sifat - the aritmatika aneh komposit :
Awalnya Fiber Glass diperkuat Plastik yang dikandung sebagai tambahan cerdik sifat masing-masing komponen . Serat kaca tipis yang cukup kuat tetapi mereka rapuh. Plastik relatif lemah tapi sangat fleksibel dan tangguh . Mari kita menikahkan mereka ! Harapannya adalah hanya untuk mendapatkan penambahan sifat dari berbagai komponen : 1 +1 = 2
Namun, lambat laun bahan insinyur menyadari bahwa lagi yang bisa diperoleh dari penambahan properti dari masing-masing komponen . Bahwa produk akhir bisa lebih dari jumlah dari sifat komponennya . Bagaimana bisa 1 +1 = 5 ?
Seperti " keajaiban " dapat dicapai berkat sinergi antara antara serat penguat dan matriks ketika kombinasi mereka mengungkapkan kemungkinan-kemungkinan baru dan menghasilkan inovasi . Mari kita ambil contoh sederhana dan akrab untuk menggambarkan efek sinergis tersebut .
Bumper krom baja lama mobil mobil tahun 1950-an telah digantikan oleh bumper komposit . Alasan utama dari perubahan ini adalah bahwa plastik disimpan berat badan dan bisa menawarkan karakteristik mekanik dibandingkan ketika diperkuat memadai . Substitusi yang mirip terjadi di banyak item lain ( ski , raket tenis , jendela - frame ) . Dalam kasus bumper , bagaimanapun , substitusi bahan bertindak sebagai motor penggerak menghasilkan dinamis yang kompleks perubahan . Pengenalan plastik di tempat baja krom tidak segera memerlukan pengurangan biaya yang diharapkan karena perubahan ini melibatkan investasi keuangan yang berat untuk R & D , untuk tes dan uji coba dan peralatan baru . Akhirnya , biaya inovasi sebagian besar lunas, karena bahan plastik telah membuka jalan baru untuk perubahan . Plastik , apakah diperkuat dengan serat atau tidak , yang dibentuk . Tidak seperti logam , mereka dapat dibentuk dalam proses pengerasan resin . Sedangkan dengan manufaktur logam dan membentuk materi adalah dua operasi berturut-turut , dalam kasus komposit mereka menjadi satu dan proses yang sama .
Desainer mobil yang akibatnya gratis untuk mendesain ulang bumper sesuai dengan styling saat mobil . Bumper melengkung dan dibentuk sepanjang garis shell . Unsur pelindung menjadi bagian integral dari tubuh mobil . Alih-alih bagian terpisah yang harus diproduksi secara independen dan kemudian dilas ke mobil , perisai seperti pelindung kulit kedua melilit tubuh .
Efek sinergis seperti itu hanya bisa dicapai melalui kerjasama yang erat antara desainer mobil , fisikawan , ahli kimia, insinyur kimia dan ilmuwan komputer . Pelajaran yang bisa dipetik adalah bahwa pendekatan linier tradisional - " diberikan satu set fungsi mari kita menemukan sifat yang diperlukan dan kemudian merancang struktur menggabungkan mereka " - harus memberi jalan kepada pendekatan sistem . Pendekatan sistem telah dimungkinkan dengan menggunakan simulasi komputer dalam desain industri . Simulasi komputer memungkinkan ke sana kemari dan adaptasi timbal balik antara struktur , sifat , proses , dan pengguna akhir
Oleh karena itu contoh-contoh seperti sinergi mendorong paradigma baru untuk teknologi komposit . Sedangkan pada tahun 1970 , komposit telah didefinisikan oleh asosiasi matriks dan serat penguat , pada 1980-an , efek sinergi menjadi bagian dari definisi standar mereka . Misalnya Philippe Cognard , penulis buku teks Perancis ditujukan untuk insinyur materi pelatihan menulis : " komposit adalah bahan yang perakitan elemen-elemennya menghasilkan efek sinergi dalam sifat-sifat dari unsur-unsur perakitan bi - atau tri - dimensi ini . dibentuk oleh dua atau lebih elemen dasar , yang dapat memiliki semua kemungkinan macam bentuk : matriks , serat , partikel , plak , lembar ... Hal ini memungkinkan kita untuk mendapatkan bahan ulet , semua yang unsur-unsurnya kuat dan tahan lama melekat bersama-sama " . Namun, hanya sedikit komposit menjawab definisi yang ideal ini . Efek sinergis tersebut tidak sering atau predictible . Setiap komposit itu sendiri sebuah petualangan .
Generasi Keempat ( 1990-an ) : Hibrida dan nanocomposites
Pada 1990-an , kedua peneliti akademis dan industri mulai memperluas paradigma komposit untuk skala yang lebih kecil dan lebih kecil .
Dari skala makroskopis untuk skala molekul : bahan Hybrid
Menuju skala nano : nanocomposites
Hybrid Bahan : Belajar dari Alam
Hibrida bahan campuran komponen organik dan anorganik pada skala molekul . Secara historis itu studi biomineralization yang berfokus perhatian ilmuwan material untuk kemungkinan struktur hibrida tersebut . Dengan demikian strategi desain baru muncul yang dikenal sebagai biomimetism .
Kerang moluska , tulang , kayu , bahan yang paling dibuat oleh organisme hidup erat mengasosiasikan komponen anorganik dan organik . Makromolekul biologis merupakan campuran intim atau komposit protein dan fase mineral pada semua tingkatan komposisi , mulai dari skala nano sampai skala makroskopis . Misalnya nacre adalah jenis bahan sandwich yang terbuat dari lapisan kalsium karbonat kristal bergantian dengan lapisan organik protein .
Dalam tulang , serat protein kolagen membentuk fase matriks , yang diperkuat dengan kecil , kristal batang seperti hidroksiapatit tentang 5nm oleh 5nm oleh 50nm dalam ukuran. Hydroxyapatite adalah , kalsium kristal berbasis fosfat anorganik dengan rumus CA10 ( HPO4 ) 6 ( OH ) 2 Berikut alam memberi para ilmuwan sebuah model fase memperkuat dimensi kecil dalam kaitannya dengan matriks. Komposit logam.
matriks ( MMC ) dan komposit matriks keramik ( CMC ) sering meniru desain ini , dengan partikel kecil dari keramik SiC digunakan sebagai penguat dalam aluminium , atau partikel kecil dari zirkonia dalam alumina .
Dalam desain bahan hibrida target utama adalah untuk meniru juga proses alam , yaitu untuk mendapatkan asosiasi spontan ke dalam struktur molekul yang stabil . Molekul self-assembly adalah proses standar umum dalam sistem biologi . Dalam rangka untuk melakukan bahan self-assembly molekul ilmuwan harus mengatasi masalah termodinamika yang terlibat dalam agregasi molekul . Mereka mengandalkan segala macam interaksi non - kovalen - seperti ikatan hidrogen , atau van der Waals interaksi - menghubungkan bersama molekul permukaan ke dalam agregat . Seperti alam menggunakan protein sebagai template untuk memproduksi struktur yang stabil , bahan ilmuwan juga menggunakan template , umumnya matriks berpori anorganik di mana mereka memasukkan molekul organik atau enzim .
Hebatnya , strategi hibridisasi berlaku untuk semua keluarga bahan : tidak hanya untuk polimer tetapi juga untuk semen dan bahan-bahan untuk elektronik atau penggunaan medis . Hibridisasi mengintensifkan perlunya kerjasama multidiscplinary : ahli biologi molekuler. ahli kimia.
insinyur kimia , insinyur mekanik , insinyur dan fisikawan elcetronic harus berkolaborasi . Jadi bahan hibrida merupakan bidang komposit penelitian yang membutuhkan pengetahuan dan know-how dari berbagai disiplin ilmu . Misalnya mereka menggunakan keterampilan dalam proses interkalasi akumulasi oleh kimiawan solid-state serta keterampilan sintetis dari ahli kimia polimer , pengalaman mereka dalam desain komposit dan sistem multifase menggunakan campuran polimer , kopolimer , dan polimer kristal cair . Para ilmuwan dari berbagai spesialisasi harus belajar bahasa disiplin lain, bukan membela wilayah mereka sendiri .
nanocomposites
Kecil dan lebih kecil : sejak microsynthesis telah berhasil dalam membuat komponen komputer , ilmuwan material telah ditujukan untuk melampaui mikro dan membangun bahan atom dengan atom (yaitu pada skala nano : kurang dari 100 nanometer ) untuk membuat bahan kompleks yang dapat berfungsi sebagai perangkat atau micromachines . Sekali lagi sistem biologis disediakan model. Seperti George Whitesides mengatakan: " untuk skala nanometer tidak ada strorehouse kaya ide-ide menarik dan strategi daripada biologi " . Banyak uang dan upaya telah dihabiskan untuk nanocomposites . Namun, masalah utama terletak pada kemustahilan ekstrapolasi dari mikro - ke skala nano : Pada yang terakhir , efek kuantum menjadi norma .
Dampak Komposit pada Bahan Penelitian
Komposit memiliki dampak langsung terhadap teknologi bahan dan secara tidak langsung reorientasi ilmu material dan teknik .
Bahan dengan desain . Sebuah keuntungan yang berbeda dari komposit , atas bahan lain , adalah fleksibilitas desain . Dengan menggunakan banyak kombinasi resin dan bala bantuan, seseorang dapat merancang komposit untuk memenuhi persyaratan kekuatan tertentu. Komposit canggih untuk industri kedirgantaraan dengan demikian dirancang untuk melakukan satu set spesifik fungsi dalam lingkungan tertentu. Komposit membuka era bahan dengan desain ketika modulus tinggi serat kontinu seperti aramid atau serat karbon diperkenalkan . Mereka tidak secara acak berorientasi seperti serat pendek , tapi hati-hati selaras dalam sebuah tape searah . Membuat komposit tersebut adalah proses melelahkan dengan banyak langkah , endproduct lebih mahal daripada bahan baku yang digunakan dalam produksi massal . Namun mereka menawarkan kinerja tinggi untuk penggunaan tertentu.
Crossing Batas . Karena mereka mengasosiasikan berbagai keluarga dari bahan tradisional dalam satu struktur tunggal , komposit mendorong hibridisasi tradisi industri independen . Perusahaan kaca dan industri tekstil mulai bekerja sama pada produksi fiberglass pada tahun 1950. Kaca manufaktur dan perusahaan kimia , dan juga metalurgi dan teknologi keramik , harus belajar dari satu sama lain untuk memproduksi komposit.
Pendekatan sistem . Teknologi komposit membantu mengembangkan pendekatan sistem dalam penelitian bahan . Dalam rangka untuk merancang komposit dengan lebih dari jumlah dari sifat-sifat masing-masing komponen , sinergi paralel harus dibuat antara berbagai ahli yang terlibat dalam desain material komposit dan kerjasama antara pelanggan dan pemasok .
Pertunjukan dan Proses . Sedangkan fisika keadaan padat metalurgi dan telah memfokuskan perhatian ilmuwan material pada hubungan antara struktur dan sifat , kinerja dan proses memasuki pertandingan dengan R & D pada komposit ( bersama-sama dengan R & D pada bahan elektronik ) . Kinerja tinggi adalah kekuatan pendorong dalam komposit canggih . Dan proses yang sangat penting dalam industri otomotif yang bahan diberi label setelah proses fabrikasi mereka bukan oleh komposisi mereka . Komposit pasti menghasilkan cara berpikir yang baru .
Permukaan dan Antarmuka . Komposit berbalik perhatian ilmuwan material untuk antarmuka antara dua fase . Karena sifat mekanik struktur heterogen tergantung pada kualitas antarmuka antara serat penguat dan matriks , antarmuka dan srufaces menjadi perhatian utama dari ilmu material dan teknologi . Ilmu permukaan sehingga muncul sebagai bidang penelitian baru . Sebagai Bernhardt Wuensch ditekankan dalam diskusi mencatat: " khawatir tentang antarmuka adalah awal dari komposit dan awal Material Science and Engineering " ( transkrip diskusi ini adalah dalam persiapan ).
Biomimetism . Kayu dan tulang adalah komposit alam yang fungsi dan sifat menantang bahan yang paling canggih yang dirancang oleh seni manusia . Biomimetism sehingga menjadi salah satu strategi favorit untuk desain molekul dan nanocomposites .
Kesimpulan
Teknologi komposit bukanlah sebuah revolusi dalam penerbangan, dan itu sudah digunakan di masa lalu untuk beberapa bagian pesawat . Namun, sejak 2011, besar pesawat komersial membangun terutama di komposit sudah mulai layanan komersial , dan hal ini menciptakan banyak masalah keamanan dalam komunitas penerbangan , terutama karena kurangnya pengalaman dengan desain tersebut dan perbedaan besar antara logam keselamatan terbukti dan komposit .
Adaptasi prosedur operasional dan pemeliharaan agar sesuai dengan kekhasan komposit mungkin memiliki dampak ekonomi yang negatif .
Penerbangan komersial telah berkembang dalam sejarah berkat lompatan berturut-turut ke wilayah yang tidak diketahui. Pada setiap melompat , banyak pertanyaan dan kekhawatiran muncul , kami akhirnya membuat kemajuan yang diperlukan , sesuai dengan teknologi baru dan membuatnya aman . Sayangnya , banyak kecelakaan juga terjadi lanjut untuk melompat ini , dan ini adalah harga yang harus dibayar .
Pesawat terbang komersial besar menngunakan bahani komposit memungkinkan merancang pesawat menjadi ringan, pesawat yang lebih efisien dan ramah lingkungan. Tapi jika banyak kecelakaan pesawat akibat penggunaan bahan komposit bukanlah suatu pilihan mudah. Apalagi jika bahan komposit terbakar diudara disaat pesawat berada diudara dengan penumpang penuh, Bahan baku kabel pada pesawatpun tidak luput dari bahan komposit, lihat saja efeknya jika kabel komposit terbakar karena konslet, mengeluarkan asap hitam dan bau menyengngat jika terhirup langsung dalam waktu lama dipastikan manusia akan meninggal kehabisan oksigen. Dan menimbulkan dampak uap panas yang sangat tinnggi. Bayangkan jika sebuah pesawat terbang berbahan 100% menggunakan bahan komposit, ada bagian dari instalasi berupa kabel atau bagian lain konsley dan terbakar diudara, pesawat mungkin tidak langsung jatuh tapi penumpang pasti meninggal karena kekurangan oksigen. (Ap/CBM)
Ini hanya buah pikiran dari Blogger Cybermales, dan semoga bisa menjadi bahan pemikiran dikemudian hari, musibah itu sudah ada yang mengaturnya, tapi kecelakaan terkadang karena kelalaian manusia. Hilangkan pikiran negatip tentang musibah yang menimpa pesawat MH370 milik Malaysia, karena pesawat MH370 Boeing 777 milik Malaysia pun pasti sudah menggunakan bahan komposite. Jika meledak diudara pastinya bahannya berhamburan dimana mana pasti mudah diketemukan,
Mungkin saja pesawat mengalami malfungsi karena ada kerusakan pada bahan yang menggunakan komposite, dan pilot berusaha mendaratkan pesawat pada bandara terdekat seperti bandara di pulau Langkawi. ( diduga sesuai dengan arah beloknya ). Jika pernah ada laporan MH370 terbang dibawah pesawat Singapore Airlines pun karena pilot berharap menara ATS bisa memantaunya atau sang pilot berusaha mengikuti lampu signal pesawat singapore airlines sebagai pemandu untuk menentukan arah pesawat sambil mencari posisi aman untuk mendaratkan pesawat secara darurat. dan itupun antara bandara di pulau Langkawi dekat selat malaka. Sebagai blogger dunia Cybermales turut berduka cita.
Dikutip dari beberapa sumber dan ditulis ulang admin Cybermales.
Beberapa pengamat industri telah menyuarakan keprihatinan tentang keadaan ilmu mendasari perluasan penggunaan bahan komposit dalam kategori transportasi komersial seperti pesawat terbang. Otoritas Penerbangan Eropa dan AS mengambil tindakan untuk mengatasi masalah yang terkait dengan keselamatan terkait dengan penggunaan struktur komposit. Dan GAO ( Government Accountability Office ) telah mengeluarkan laporan bulan Oktober 2011 untuk meningkatkan keprihatinan.
Siapa yang bertanggung jawab atas keselamatan struktur komposit
Tanggung jawab keamanan pesawat dan keamanan struktur komposit, dibagi antara tiga pihak :
Otoritas Kelaikan Udara ( misalnya : FAA di Amerika Serikat, di Eropa EASA ) bertanggung jawab untuk menetapkan standar sertifikasi dan menyatakan bahwa produsen pesawat dan pemasok komponen memenuhi standar mereka . Mereka juga melakukan inspeksi berkala fasilitas manufaktur untuk memastikan kepatuhan dilanjutkan dengan peraturan, dan mengawasi fasilitas perbaikan pesawat untuk memastikan mereka mengikuti perawatan yang tepat dan prosedur pelatihan.
Produsen pesawat bertanggung jawab untuk menunjukkan kepatuhan terhadap peraturan tersebut dan membangun pesawat yang aman . Mereka juga mengembangkan program perawatan pesawat dan manual perbaikan dan menyediakan meminta bantuan teknis di tempat.
Operator bertanggung jawab untuk operasi pesawat sesuai dengan aturan Kelaikan Udara Otoritas dan produsen disetujui manual . Ini termasuk melakukan tindakan perawatan yang memadai pada saat yang tepat. Operator pesawat juga membantu menjaga kelaikan armada pesawat mereka dengan melacak sejarah layanan pesawat mereka dan melaporkan perbaikan dan insiden data yang relevan dengan Otoritas dan produsen .
Peningkatan penggunaan komposit di pesawat komersial
Material komposit yang digunakan dalam pesawat komersial biasanya diproduksi dengan menggabungkan lapisan karbon atau serat kaca dengan epoxy. Dalam beberapa tahun terakhir , produsen telah memperluas penggunaan komposit untuk pesawat dan sayap karena bahan ini biasanya lebih ringan dan lebih tahan terhadap korosi daripada bahan logam yang secara tradisional telah digunakan dalam pesawat terbang.
The Boeing 787 adalah yang pertama sebagian besar komposit pesawat transport besar dalam layanan komersial . The Boeing 787 adalah sekitar 50 persen komposit berat ( termasuk mesin ). Ini diikuti segera oleh Airbus A350 , memiliki material komposit kira-kira dalam proporsi yang sama dengan Boeing pesaing. A350 Family menyediakan kemampuan jangka panjang dengan kapasitas tempat duduk dari 250 sampai 400.
Bahan composite (komposit) adalah suatu jenis bahan baru hasil rekayasa yang terdiri dari dua atau lebih bahan dimana sifat masing-masing bahan berbeda satu sama lainnya baik itu sifat kimia maupun fisikanya dan tetap terpisah dalam hasil akhir bahan tersebut (bahan komposit).
Keunggulan bahan komposit
Bahan komposit memiliki banyak keunggulan, diantaranya berat yang lebih ringan, kekuatan dan kekuatan yang lebih tinggi, tahan korosi dan memiliki biaya perakitan yang lebih murah karena berkurangnya jumlah komponen dan baut-baut penyambung. Kekuatan tarik dari komposit serat karbon lebih tinggi daripada semua paduan logam. Semua itu menghasilkan berat pesawat yang lebih ringan, daya angkut yang lebih besar, hemat bahan bakar dan jarak tempuh yang lebih jauh.
Aplikasi bahan komposit
Militer Amerika Serikat adalah pihak yang pertama kali mengembangkan dan memakai bahan komposit. Pesawat AV-8D mempunyai kandungan bahan komposit 27% dalam struktur rangka pesawat pawa awal tahu 1980-an. Penggunaan bahan komposit dalam skala besar pertama kali terjadi pada tahun 1985. Ketika itu Airbus A320 pertama kali terbang dengan stabiliser horisontal dan vertikal yang terbuat dari bahan komposit. Airbus telah menggunakan komposit sampai dengan 15% dari berat total rangka pesawat untuk seri A320, A330 dan A340
Contoh material komposit
Plastik diperkuat fiber:
Diklasifikasikan oleh jenis fiber:
Wood (cellulose fibers in a lignin and hemicellulose matrix)
Carbon-fibre reinforced plastic atau CRP
Glass-fibre reinforced plastic atau GRP (informally, "fiberglass")
Diklasifikasikan oleh matriks:
Komposit Thermoplastik
long fiber thermoplastics or long fiber reinforced thermoplastics
glass mat thermoplastics
Thermoset Composites
Metal matrix composite MMC:
Cast iron putih
Hardmetal (carbide in metal matrix)
Metal-intermetallic laminate
Ceramic matrix composites:
Cermet (ceramic and metal)
concrete
Reinforced carbon-carbon (carbon fibre in a graphite matrix)
Bone (hydroxyapatite reinforced with collagen fibers)
Organic matrix/ceramic aggregate composites
Mother of Pearl
Syntactic foam
Asphalt concrete
Chobham armour (lihat composite armour)
Engineered wood
Plywood
Oriented strand board
Wood plastic composite (recycled wood fiber in polyethylene matrix)
Pykrete (sawdust in ice matrix)
Plastic-impregnated or laminated paper or textiles
Arborite
Formica (plastic)
Kendaraan militer, seperti pesawat terbang, helikopter, dan roket, menempatkan premi pada kekuatan tinggi, bahan ringan. Sedangkan komponen logam yang telah digunakan sampai saat itu pasti melakukan pekerjaan dalam hal sifat mekanik, berat berat komponen seperti itu mahal . Semakin tinggi berat dari pesawat atau helikopter itu sendiri, kurang kargo mesinnya bisa membawa.
Industri polimer dengan cepat berkembang dan mencoba untuk expland pasar plastik untuk berbagai aplikasi. Munculnya baru, polimer ringan dari laboratorium pengembangan menawarkan solusi yang mungkin untuk berbagai penggunaan, memberikan sesuatu yang bisa dilakukan untuk meningkatkan sifat mekanik dari plastik.
Kekuatan teoritis sangat tinggi bahan tertentu, seperti serat kaca, sedang ditemukan. Pertanyaannya adalah bagaimana menggunakan bahan-bahan yang berpotensi tinggi - kekuatan ini untuk memecahkan masalah yang ditimbulkan oleh tuntutan militer .
Generasi Pertama ( 1940 ) : Fiber Glass Reinforced Polimer ( GFRPs )
Walaupun jelas terlihat bahwa membuat seluruh komponen ( sayap , nosecones , rotor helikopter , dll ) dari bahan kekuatan tinggi ini akan menjadi jawabannya , ini bukanlah solusi. Bahan-bahan ini , sementara yang kuat , juga rapuh . Karena itu, ketika mereka gagal , mereka melakukannya serempak . Kekuatan tinggi teoritis bisa sangat merusak oleh kekurangan dalam materi , seperti microcrack di permukaan . Selain itu, stres - to- kegagalan bervariasi antara apa yang seharusnya menjadi komponen yang identik , karena jumlah kekurangan dan ukuran mereka berbeda untuk setiap bagian diproduksi . Karena jumlah kekurangan umumnya timbangan dengan ukuran komponen , satu-satunya solusi adalah menggunakan serat pendek dari bahan kekuatan tinggi untuk meminimalkan kelemahan dalam sistem .
Namun, para insinyur segera menyadari bahwa dengan merendam serat dalam matriks bahan, lebih rendah - kekuatan ringan , mereka bisa mendapatkan bahan yang lebih kuat karena serat menghentikan propagasi retakan dalam matriks . Sebuah polimer dengan kekuatan cukup atau kekakuan untuk bertindak sebagai sayap pesawat bisa diperkuat dengan ini baru , serat untuk menghasilkan kuat, kaku , produk yang ringan . Polimer " matrix " menyediakan lingkungan untuk serat untuk berada dalam bentuk aslinya - tunggal , jarum independen - dan melindungi mereka dari goresan yang mungkin menyebabkan mereka mengalami beban kecil . Serat " penguatan " tambah kekuatan untuk bahan polimer lebih rapuh dengan memikul banyak stres yang dipindahkan dari polimer untuk serat melalui obligasi antarmuka yang kuat .
Plastik yang diperkuat muncul dari rekayasa Milieux bukan dari penelitian ilmiah . Sementara para ilmuwan solid-state berfokus pada hubungan antara struktur dan sifat , peneliti industri lebih peduli dengan hubungan antara fungsi dan sifat . Dominasi fungsi atas struktur terinspirasi material komposit , bahan yaitu yang terbuat dari dua atau lebih komponen heterogen .
Kerjasama industri
Perusahaan Kaca sudah lama diketahui cara menggambar serat gelas dari mencair . Dimulai pada tahun 1932 , Owens di Amerika Serikat mulai memproduksi serat kaca , pada tahun 1935 mereka bergabung dengan Corning untuk membentuk Owens Corning - Serat untuk tujuan tunggal memproduksi secara massal serat ini . Di Eropa , Balzaretti Modigliani di Italia memperoleh hak paten Owens , dan dipindahkan mereka untuk Saint - Gobain pada tahun 1939 .
Pada saat yang sama , perusahaan-perusahaan kimia sedang melakukan penelitian polimer baru . Fenolik , urea , dan anilin - formaldehida resin yang dikembangkan pada awal 1930-an (lihat jadwal di sebelah kanan ) , bersama dengan resin poliester tak jenuh dipatenkan pada tahun 1936 yang akan datang untuk mendominasi bidang komposit . P.Castan di Swiss menerima paten pertama untuk resin epoxy pada tahun 1938 , dan segera lisensi paten untuk Ciba . Meskipun resin termoplastik dan termoset baru sedang diselidiki untuk aplikasi yang berdiri sendiri - kemasan , perekat , murah membentuk bagian - menggunakan potensi mereka sebagai matriks untuk bahan kuat juga diingat dalam rangka memperluas pasar plastik . Pencampuran polimer dengan berbagai aditif - seperti charger , pengisi , agen plastisitas ... - sudah menjadi tradisi mapan dalam industri kimia .
Semakin pentingnya polimer dalam industri jelas dalam pendirian Masyarakat Industri Plastik pada tahun 1937 , diikuti oleh Society of Plastics Engineers pada tahun 1941 . Munculnya masyarakat ilmiah dapat menunjukkan tingkat minat yang luas dalam subjek - massa kritis macam - yang bergerak orang dari perusahaan yang berbeda dan universitas untuk berkumpul bersama untuk bertukar informasi tentang temuan terbaru. The Awal dari Reinforced Plastik Industri : GFRP
Biasanya, serat kaca yang ditambahkan ke dalam lelehan polimer , yang kemudian dituangkan ke dalam cetakan . Insinyur dan teknisi harus belajar cara terbaik untuk menambahkan serat sehingga mereka merata di seluruh matriks , bukan mengelompok bersama-sama . Tekanan tinggi diaplikasikan pada resin awal untuk mendapatkan mereka untuk menyembuhkan , tapi ini menyebabkan beberapa masalah : serat kaca yang mudah rusak pada tekanan tinggi . Untuk mengatasi masalah ini , Pittsburgh Plat Kaca mengembangkan beberapa resin poliester allyl tekanan rendah pada tahun 1940 , dan pada tahun 1942 Marco Chemical Company di Linden , New Jersey , dipekerjakan untuk menyelidiki resin tekanan rendah menyembuhkan lainnya . Pada tahun 1942 laminasi fiberglass pertama yang terbuat dari PPG CR - 38 dan CR - 39 resin yang diproduksi .
Aplikasi awal untuk produk GFRP berada di industri kelautan . Fiberglass perahu yang diproduksi pada awal 1940-an untuk menggantikan kayu atau logam perahu tradisional . The ringan , komposit fiberglass yang kuat yang tidak tunduk pada membusuk atau berkarat seperti rekan-rekan mereka , dan mereka mudah untuk mempertahankan . Pasukan Sekutu mendarat di Normandia pada tahun 1944 tiba di kapal yang terbuat dari komponen GFRP . Fiberglass terus menjadi komponen utama dari perahu dan kapal hari ini .
Pada tahun 1942, Angkatan Laut Amerika Serikat menggantikan semua papan terminal listrik pada kapal mereka dengan fiberglass - melamin atau papan komposit asbes melamin dengan sifat isolasi listrik .
Pada Wright - Patterson Air Force Base pada tahun 1943 , proyek-proyek eksplorasi diluncurkan untuk membangun bagian-bagian pesawat struktural dari bahan komposit . Hal ini mengakibatkan pesawat pertama dengan pesawat GFRP diterbangkan di pangkalan setahun kemudian .
Kemajuan signifikan lainnya adalah pengembangan proses perkakas untuk komponen GFRP oleh Republic Aviation Corporation di tahun 1943. Kemampuan untuk memotong dan memangkas komponen untuk ukuran mengurangi limbah dan ditambahkan fleksibilitas untuk pembuatan komponen kompleks .
Lembar pra - diresapi serat kaca dalam resin sebagian - sembuh , atau pra - pregs , membuat pembuatan komponen lebih mudah . Dengan menempatkan serat pada film plastik dalam orientasi yang disukai , menambahkan resin , menekan , dan kemudian sebagian menyembuhkan resin , lembar fleksibel dari bahan prekursor bisa diproduksi . Pre - pregs menghilangkan langkah-langkah produksi awal untuk produsen mencoba untuk menghindari resin dan bahan baku fiber glass . Lembaran-lembaran ini dapat dipotong menjadi bentuk, ditumpuk , dan dikonsolidasikan ke dalam satu bagian dengan tekanan dan panas .
Komposit komersial pertama disebut diperkuat serat gelas plastik dan , sangat , mereka masih mendominasi pasar saat ini , yang terdiri dari sekitar 90 % dari pasar komposit .
Generasi Kedua ( 1960 ) : Komposit Kinerja Tinggi di pos - Sputnik Era :
Teknologi GFRP menyebar dengan cepat pada tahun 1950. Di Perancis , sebuah Saint - Gobain pabrik baru di Chambery dibuka pada tahun 1950 untuk produksi serat kaca; oleh 1958 mereka memproduksi baling-baling helikopter komposit untuk Alouette II . Fiberglass - poliester digunakan untuk menghasilkan tubuh ramping dari mobil sport Corvette , dan komposit fiberblass - epoxy digunakan dalam aplikasi mulai dari papan sirkuit ke Winchester senapan barel .
Namun, tuntutan baru muncul untuk program ruang militer dan serat baru yang mendorong pencarian serat modulus tinggi baru . Gabungan dari situasi geopolitik dunia dan bahan penelitian mendorong munculnya gagasan umum komposit .
sputnik
Acara utama dunia adalah peluncuran satelit Sputnik Soviet pada tahun 1957 dan ruang angkasa yang diminta . Pesawat ruang angkasa yang akan harus istirahat pegangan gravitasi bumi sambil membawa laki-laki dan muatan ke ruang yang dibutuhkan bahkan lebih ringan , lebih kuat dari komponen GFRPs . Selain itu, panas yang dihasilkan saat masuk kembali pesawat ruang angkasa ke atmosfer bumi bisa melebihi 1500 ° C , yang berada di luar batas suhu materi monolitik atau komposit kemudian dikenal , terutama titik polimer rendah mencair . Pada tahun 1956 Cincinnati Pembangunan laboratorium ditambahkan serat asbes ke resin fenolik untuk digunakan sebagai re-entry bahan nosecone mungkin. Para ilmuwan juga mulai melihat logam komposit matriks ( MMC ) untuk solusi.
MMC biasanya menggunakan anorganik , serat keramik atau fase partikulat untuk menambah ketahanan panas logam ringan dan untuk menurunkan koefisien mereka ekspansi termal . Penguatan juga dapat menambah kekuatan dan kekakuan , namun ketangguhan cenderung lebih rendah dalam MMC dibandingkan sesuai logam monolitik nya . Selain percobaan dengan kawat baja yang diperkuat tembaga , sedikit penelitian yang telah dilakukan di daerah MMC pada waktu itu . Perlombaan ruang sehingga memberikan dorongan untuk pengembangan karbon dan boron serat yang baru saja ditemukan .
Karbon dan Boron
Perkembangan di laboratorium berinteraksi dengan peristiwa utama dunia pada tahun 1960 untuk mendorong penggunaan serat penguatan kuat baru : grafit ( karbon) serat yang diproduksi menggunakan rayon sebagai senyawa awal , dan Texaco mengumumkan kekakuan tinggi dan kekuatan serat boron yang telah mereka kembangkan . Sementara serat karbon dan boron dikembangkan sekitar waktu yang sama , karbon memimpin pada tahun 1960 karena kemampuan pengolahan unggul dan biaya yang lebih rendah . Di Jepang , A. Shindo mengembangkan kekuatan serat grafit tinggi menggunakan polyacryonitrile sebagai prekursor pada tahun 1961 , menggantikan rayon dan pitch prekursor digunakan sebelumnya . Serat grafit yang digunakan hanya dalam matriks polimer saat ini . Karena reaktivitas karbon dengan aluminium dan magnesium , penggunaan grafit sebagai penguat untuk matriks logam tidak mungkin pada awalnya . Butuh penemuan lapisan udara - stabil untuk serat karbon yang mencegah reaksi antara karbon dan logam untuk membuat grafit - aluminium dan magnesium komposit grafit - kenyataan.
Serat Boron, yang kekuatannya melebihi bahwa karbon , menemukan ceruk dalam aplikasi militer di mana biaya tinggi tidak ada perhatian , tapi tidak membuat terobosan ke pasar lain . Boron memiliki tiga masalah :
itu harus diletakkan di atas kawat tungsten yang digunakan sebagai substrat ;
pengaturan tersebut mahal , dan filamen tidak bisa membungkuk dalam radius ketat . Pada tahun 1969 kemudi boron - epoxy dipasang pada F - 4 jet dibuat oleh General Dynamics . Boron juga bereaksi dengan matriks logam di atas sekitar 600 ° C , sehingga lapisan harus dibuat sebelum MMC boron diperkuat menjadi layak .
Serat aramid
Pada tahun 1971 DuPont memperkenalkan dunia untuk Kevlar , serat didasarkan pada senyawa aramid yang dikembangkan oleh Stephanie Kwolek kembali pada tahun 1964 . Aramids milik keluarga nilon polimer . Fitur kunci struktural mereka adalah cincin aromatik ( benzena pada dasarnya cincin ) dihubungkan oleh kelompok amida . Kwolek telah bekerja pada polimer kondensasi berbasis minyak bumi dalam upaya untuk mengembangkan kuat , serat kaku . Menjulang kemungkinan kekurangan energi telah meyakinkan Dupont bahwa cahaya , serat polimer berbasis untuk ban radial bisa menggantikan sabuk baja kemudian digunakan , mengurangi berat keseluruhan mobil dan menghemat bahan bakar .
Kwolek biasanya melelehkan polimer dia diproduksi, kemudian memiliki spin rekan kerja polimer menjadi serat tipis . Tapi pada tahun 1964 dia membuat polimer yang tidak akan meleleh , jadi dia pergi mencari pelarut untuk melarutkan bahan . Setelah banyak mencoba , polimer terlarut , tetapi solusi yang dihasilkan tampak seperti air keruh , bukan solusi molase - seperti tebal dia digunakan untuk berurusan dengan . Namun , ia ingin berputar untuk melihat apa jenis serat yang akan dia peroleh. Rekan kerja yang bertanggung jawab atas proses pemintalan pada awalnya menolak , mengklaim bahwa campuran itu terlalu tipis untuk berputar , dan bahwa partikel dalam larutan akan menyumbat mesinnya . Tapi Kwolek bertahan , dan akhirnya serat yang dihasilkan dari larutan aramid nya ternyata lima kali lebih kuat dari baja . Mereka akan digunakan dalam aplikasi seperti rompi antipeluru dan helm untuk aparat penegak hukum . Sebuah variasi kecil dalam posisi dari kelompok amida antara cincin aromatik yang dihasilkan Nomex , serat tahan api yang dicampur dengan Kevlar untuk memproduksi alat pelindung bagi petugas pemadam kebakaran .
Dari plastik yang diperkuat dengan gagasan generik komposit
Dengan menggunakan berbagai serat dan penggunaan berbagai matriks , pendapat umum komposit muncul pada tahun 1960 . Komposit A adalah bahan menggabungkan dua fase heterogen , apa pun sifat dan asal mereka . Desain material komposit menyebabkan para ilmuwan dan insinyur untuk mengalihkan perhatian mereka terhadap antarmuka antara dua fase . Karena sifat mekanik struktur heterogen tergantung pada kualitas antarmuka antara komponen itu penting untuk mengembangkan zat aditif mendukung ikatan kimia antara serat dan matriks . Komposit sehingga disukai orientasi baru bahan penelitian di mana ahli kimia harus memainkan peran utama .
Generasi Ketiga : The Search for Pasar Baru dan untuk Sinergi Properti ( 1970 & 1980 )
Sedangkan ruang dan pesawat tuntutan telah mendorong pencarian serat modulus tinggi baru pada tahun 1960 , komposit dibuat dengan serat mahal seperti harus menemukan aplikasi sipil pada 1970-an , ketika ruang dan militer tuntutan menurun . Olahraga dan industri otomotif menjadi pasar yang lebih penting .
Sebuah pendekatan baru desain bahan dimungkinkan oleh penggunaan komputer disukai pencarian sinergi properti.
Graphite Olahraga Aksesoris
Serat karbon yang digunakan secara ekstensif dalam barang olahraga dimulai pada tahun 1970-an , dengan raket tenis grafit dan klub golf mengganti kepala raket kayu dan klub baja poros pendahulu mereka . Bobot yang lebih ringan dan kekuatan yang lebih tinggi dari grafit diaktifkan raket tenis dengan string ketat akan berayun pada kecepatan yang lebih tinggi , sangat meningkatkan kecepatan bola tenis . Meningkatkan kekakuan poros klub golf ditransfer lebih dari energi dari ayunan ke bola golf , sehingga pergi lebih jauh . Peningkatan biaya tampaknya tidak ada masalah bagi pegolf avid dan pemain tenis .
Logam Matrix Composites
Setelah perlombaan ke bulan berakhir, insinyur kedirgantaraan mulai merancang pesawat ruang angkasa dapat digunakan kembali seperti stasiun Soviet MIR ruang, Skylab , dan Space Shuttle , dan semua tunduk pada perubahan suhu yang ekstrem dan berulang-ulang . Ini diperlukan optimalisasi komposit logam - matrix ( MMC ) yang pertama kali diselidiki pada awal perlombaan ruang. MMC ini harus memiliki sifat gabungan dari kekuatan tinggi , tahan suhu tinggi , dan koefisien ekspansi termal rendah ( CTE ) sehingga bahan tersebut tidak akan memperluas dan kontrak banyak selama periode siklus termal biasa . Serat baru seperti SiC telah dikembangkan pada pertengahan 1970-an , dan pelapis untuk serat karbon dan boron sekarang membuat mereka aditif layak untuk matriks logam .
Penambahan memperkuat fase keramik seperti serat SiC ke matriks logam , seperti aluminium , menghasilkan komposit dengan CTE bawah dari logam matriks itu sendiri . Percobaan menunjukkan bahwa nilai CTE dapat dikontrol dengan memvariasikan jumlah SiC menambahkan , jadi sekarang insinyur bisa menyesuaikan sifat ekspansi termal dari komposit untuk memenuhi kebutuhan mereka . Selain itu, panjang , serat terus menerus SiC , karbon , atau boron secara dramatis dapat meningkatkan modulus komponen atas bahwa matriks pondasi tanpa perkuatan . Menambahkan 30 % serat karbon terus menerus untuk aluminium bisa lebih dari dua kali lipat modulus logam .
Pada pertengahan 1990-an , berbagai MMC telah menemukan penggunaan dalam aplikasi pesawat ruang angkasa : tembaga karbon diperkuat digunakan dalam ruang bakar roket , SiC - diperkuat tembaga digunakan dalam nozel roket , Al2O3 - diperkuat aluminium digunakan di dalam pesawat , dan SiC - diperkuat aluminium digunakan untuk sayap dan pisau . Antena booming di Hubble Space Telescope terbuat dari komposit grafit - aluminium .
Biaya produksi MMC telah mencegah mereka memasuki pasar lainnya . Sebuah pengecualian lagi di bidang peralatan olahraga , di mana MMC seperti Duralcan ( Al diperkuat dengan 10 % Al2O3 partikulat ) dan Al diperkuat dengan 20 % SiC partikel yang digunakan dalam frame sepeda untuk ringan , kekuatan tinggi , sepeda gunung sangat mahal .
Keramik Matrix Composites
Perkembangan komposit matriks keramik ( CMC ) ditunggu pengembangan memperkuat serat suhu tinggi , seperti SiC , karena serat rendah mencair akan hancur pada suhu tinggi yang diperlukan untuk proses sintering keramik . Pengembangan Yajima tentang serat Nicalon ™ SiC pada tahun 1976 dengan demikian merupakan langkah besar .
Rapuh keramik membutuhkan fase memperkuat yang akan menambah ketangguhan material , yang diukur sebagai daerah di bawah kurva tegangan-regangan . Dalam keramik serat kadang-kadang bertindak sebagai jembatan di atas celah , memberikan gaya tekan ke tepi terkemuka dari celah agar tidak menyebar . Namun serat juga dapat menyerap sebagian energi perambatan retak dengan " menarik keluar " dari matriks . Coatings telah dikembangkan untuk serat yang membantu dalam proses menarik -out ini .
Alumina adalah keramik biasanya digunakan dalam prostesis pinggul buatan . Pencegahan patah getas dari implan pinggul jelas menarik bagi pasien . Dengan menambahkan SiC kumis untuk matriks alumina , ketangguhan implan meningkat sebanyak 50 % . SiC - diperkuat alumina juga digunakan dalam alat pemotong tahan lama untuk kayu dan logam . Serat grafit dalam matriks karbon menghasilkan kelas lain yang penting dari CMC : komposit karbon-karbon . Ketahanan panas yang sangat baik dan ketangguhan bahan-bahan tersebut memungkinkan mereka untuk digunakan sebagai rem pada pesawat .
Tujuan utama dari beberapa insinyur keramik telah menjadi produksi mesin all- keramik untuk digunakan dalam mobil . Untuk sementara ada harapan bahwa CMC alumina zirkonia - tangguh seperti itu akan memiliki ketangguhan untuk menahan berdebar mekanik mesin tersebut akan dikenakan , tapi sejauh komposit tersebut telah menghindari peneliti .
Mencoba untuk mendapatkan sinergi sifat - the aritmatika aneh komposit :
Awalnya Fiber Glass diperkuat Plastik yang dikandung sebagai tambahan cerdik sifat masing-masing komponen . Serat kaca tipis yang cukup kuat tetapi mereka rapuh. Plastik relatif lemah tapi sangat fleksibel dan tangguh . Mari kita menikahkan mereka ! Harapannya adalah hanya untuk mendapatkan penambahan sifat dari berbagai komponen : 1 +1 = 2
Namun, lambat laun bahan insinyur menyadari bahwa lagi yang bisa diperoleh dari penambahan properti dari masing-masing komponen . Bahwa produk akhir bisa lebih dari jumlah dari sifat komponennya . Bagaimana bisa 1 +1 = 5 ?
Seperti " keajaiban " dapat dicapai berkat sinergi antara antara serat penguat dan matriks ketika kombinasi mereka mengungkapkan kemungkinan-kemungkinan baru dan menghasilkan inovasi . Mari kita ambil contoh sederhana dan akrab untuk menggambarkan efek sinergis tersebut .
Bumper krom baja lama mobil mobil tahun 1950-an telah digantikan oleh bumper komposit . Alasan utama dari perubahan ini adalah bahwa plastik disimpan berat badan dan bisa menawarkan karakteristik mekanik dibandingkan ketika diperkuat memadai . Substitusi yang mirip terjadi di banyak item lain ( ski , raket tenis , jendela - frame ) . Dalam kasus bumper , bagaimanapun , substitusi bahan bertindak sebagai motor penggerak menghasilkan dinamis yang kompleks perubahan . Pengenalan plastik di tempat baja krom tidak segera memerlukan pengurangan biaya yang diharapkan karena perubahan ini melibatkan investasi keuangan yang berat untuk R & D , untuk tes dan uji coba dan peralatan baru . Akhirnya , biaya inovasi sebagian besar lunas, karena bahan plastik telah membuka jalan baru untuk perubahan . Plastik , apakah diperkuat dengan serat atau tidak , yang dibentuk . Tidak seperti logam , mereka dapat dibentuk dalam proses pengerasan resin . Sedangkan dengan manufaktur logam dan membentuk materi adalah dua operasi berturut-turut , dalam kasus komposit mereka menjadi satu dan proses yang sama .
Desainer mobil yang akibatnya gratis untuk mendesain ulang bumper sesuai dengan styling saat mobil . Bumper melengkung dan dibentuk sepanjang garis shell . Unsur pelindung menjadi bagian integral dari tubuh mobil . Alih-alih bagian terpisah yang harus diproduksi secara independen dan kemudian dilas ke mobil , perisai seperti pelindung kulit kedua melilit tubuh .
Efek sinergis seperti itu hanya bisa dicapai melalui kerjasama yang erat antara desainer mobil , fisikawan , ahli kimia, insinyur kimia dan ilmuwan komputer . Pelajaran yang bisa dipetik adalah bahwa pendekatan linier tradisional - " diberikan satu set fungsi mari kita menemukan sifat yang diperlukan dan kemudian merancang struktur menggabungkan mereka " - harus memberi jalan kepada pendekatan sistem . Pendekatan sistem telah dimungkinkan dengan menggunakan simulasi komputer dalam desain industri . Simulasi komputer memungkinkan ke sana kemari dan adaptasi timbal balik antara struktur , sifat , proses , dan pengguna akhir
Oleh karena itu contoh-contoh seperti sinergi mendorong paradigma baru untuk teknologi komposit . Sedangkan pada tahun 1970 , komposit telah didefinisikan oleh asosiasi matriks dan serat penguat , pada 1980-an , efek sinergi menjadi bagian dari definisi standar mereka . Misalnya Philippe Cognard , penulis buku teks Perancis ditujukan untuk insinyur materi pelatihan menulis : " komposit adalah bahan yang perakitan elemen-elemennya menghasilkan efek sinergi dalam sifat-sifat dari unsur-unsur perakitan bi - atau tri - dimensi ini . dibentuk oleh dua atau lebih elemen dasar , yang dapat memiliki semua kemungkinan macam bentuk : matriks , serat , partikel , plak , lembar ... Hal ini memungkinkan kita untuk mendapatkan bahan ulet , semua yang unsur-unsurnya kuat dan tahan lama melekat bersama-sama " . Namun, hanya sedikit komposit menjawab definisi yang ideal ini . Efek sinergis tersebut tidak sering atau predictible . Setiap komposit itu sendiri sebuah petualangan .
Generasi Keempat ( 1990-an ) : Hibrida dan nanocomposites
Pada 1990-an , kedua peneliti akademis dan industri mulai memperluas paradigma komposit untuk skala yang lebih kecil dan lebih kecil .
Dari skala makroskopis untuk skala molekul : bahan Hybrid
Menuju skala nano : nanocomposites
Hybrid Bahan : Belajar dari Alam
Hibrida bahan campuran komponen organik dan anorganik pada skala molekul . Secara historis itu studi biomineralization yang berfokus perhatian ilmuwan material untuk kemungkinan struktur hibrida tersebut . Dengan demikian strategi desain baru muncul yang dikenal sebagai biomimetism .
Kerang moluska , tulang , kayu , bahan yang paling dibuat oleh organisme hidup erat mengasosiasikan komponen anorganik dan organik . Makromolekul biologis merupakan campuran intim atau komposit protein dan fase mineral pada semua tingkatan komposisi , mulai dari skala nano sampai skala makroskopis . Misalnya nacre adalah jenis bahan sandwich yang terbuat dari lapisan kalsium karbonat kristal bergantian dengan lapisan organik protein .
Dalam tulang , serat protein kolagen membentuk fase matriks , yang diperkuat dengan kecil , kristal batang seperti hidroksiapatit tentang 5nm oleh 5nm oleh 50nm dalam ukuran. Hydroxyapatite adalah , kalsium kristal berbasis fosfat anorganik dengan rumus CA10 ( HPO4 ) 6 ( OH ) 2 Berikut alam memberi para ilmuwan sebuah model fase memperkuat dimensi kecil dalam kaitannya dengan matriks. Komposit logam.
matriks ( MMC ) dan komposit matriks keramik ( CMC ) sering meniru desain ini , dengan partikel kecil dari keramik SiC digunakan sebagai penguat dalam aluminium , atau partikel kecil dari zirkonia dalam alumina .
Dalam desain bahan hibrida target utama adalah untuk meniru juga proses alam , yaitu untuk mendapatkan asosiasi spontan ke dalam struktur molekul yang stabil . Molekul self-assembly adalah proses standar umum dalam sistem biologi . Dalam rangka untuk melakukan bahan self-assembly molekul ilmuwan harus mengatasi masalah termodinamika yang terlibat dalam agregasi molekul . Mereka mengandalkan segala macam interaksi non - kovalen - seperti ikatan hidrogen , atau van der Waals interaksi - menghubungkan bersama molekul permukaan ke dalam agregat . Seperti alam menggunakan protein sebagai template untuk memproduksi struktur yang stabil , bahan ilmuwan juga menggunakan template , umumnya matriks berpori anorganik di mana mereka memasukkan molekul organik atau enzim .
Hebatnya , strategi hibridisasi berlaku untuk semua keluarga bahan : tidak hanya untuk polimer tetapi juga untuk semen dan bahan-bahan untuk elektronik atau penggunaan medis . Hibridisasi mengintensifkan perlunya kerjasama multidiscplinary : ahli biologi molekuler. ahli kimia.
insinyur kimia , insinyur mekanik , insinyur dan fisikawan elcetronic harus berkolaborasi . Jadi bahan hibrida merupakan bidang komposit penelitian yang membutuhkan pengetahuan dan know-how dari berbagai disiplin ilmu . Misalnya mereka menggunakan keterampilan dalam proses interkalasi akumulasi oleh kimiawan solid-state serta keterampilan sintetis dari ahli kimia polimer , pengalaman mereka dalam desain komposit dan sistem multifase menggunakan campuran polimer , kopolimer , dan polimer kristal cair . Para ilmuwan dari berbagai spesialisasi harus belajar bahasa disiplin lain, bukan membela wilayah mereka sendiri .
nanocomposites
Kecil dan lebih kecil : sejak microsynthesis telah berhasil dalam membuat komponen komputer , ilmuwan material telah ditujukan untuk melampaui mikro dan membangun bahan atom dengan atom (yaitu pada skala nano : kurang dari 100 nanometer ) untuk membuat bahan kompleks yang dapat berfungsi sebagai perangkat atau micromachines . Sekali lagi sistem biologis disediakan model. Seperti George Whitesides mengatakan: " untuk skala nanometer tidak ada strorehouse kaya ide-ide menarik dan strategi daripada biologi " . Banyak uang dan upaya telah dihabiskan untuk nanocomposites . Namun, masalah utama terletak pada kemustahilan ekstrapolasi dari mikro - ke skala nano : Pada yang terakhir , efek kuantum menjadi norma .
Dampak Komposit pada Bahan Penelitian
Komposit memiliki dampak langsung terhadap teknologi bahan dan secara tidak langsung reorientasi ilmu material dan teknik .
Bahan dengan desain . Sebuah keuntungan yang berbeda dari komposit , atas bahan lain , adalah fleksibilitas desain . Dengan menggunakan banyak kombinasi resin dan bala bantuan, seseorang dapat merancang komposit untuk memenuhi persyaratan kekuatan tertentu. Komposit canggih untuk industri kedirgantaraan dengan demikian dirancang untuk melakukan satu set spesifik fungsi dalam lingkungan tertentu. Komposit membuka era bahan dengan desain ketika modulus tinggi serat kontinu seperti aramid atau serat karbon diperkenalkan . Mereka tidak secara acak berorientasi seperti serat pendek , tapi hati-hati selaras dalam sebuah tape searah . Membuat komposit tersebut adalah proses melelahkan dengan banyak langkah , endproduct lebih mahal daripada bahan baku yang digunakan dalam produksi massal . Namun mereka menawarkan kinerja tinggi untuk penggunaan tertentu.
Crossing Batas . Karena mereka mengasosiasikan berbagai keluarga dari bahan tradisional dalam satu struktur tunggal , komposit mendorong hibridisasi tradisi industri independen . Perusahaan kaca dan industri tekstil mulai bekerja sama pada produksi fiberglass pada tahun 1950. Kaca manufaktur dan perusahaan kimia , dan juga metalurgi dan teknologi keramik , harus belajar dari satu sama lain untuk memproduksi komposit.
Pendekatan sistem . Teknologi komposit membantu mengembangkan pendekatan sistem dalam penelitian bahan . Dalam rangka untuk merancang komposit dengan lebih dari jumlah dari sifat-sifat masing-masing komponen , sinergi paralel harus dibuat antara berbagai ahli yang terlibat dalam desain material komposit dan kerjasama antara pelanggan dan pemasok .
Pertunjukan dan Proses . Sedangkan fisika keadaan padat metalurgi dan telah memfokuskan perhatian ilmuwan material pada hubungan antara struktur dan sifat , kinerja dan proses memasuki pertandingan dengan R & D pada komposit ( bersama-sama dengan R & D pada bahan elektronik ) . Kinerja tinggi adalah kekuatan pendorong dalam komposit canggih . Dan proses yang sangat penting dalam industri otomotif yang bahan diberi label setelah proses fabrikasi mereka bukan oleh komposisi mereka . Komposit pasti menghasilkan cara berpikir yang baru .
Permukaan dan Antarmuka . Komposit berbalik perhatian ilmuwan material untuk antarmuka antara dua fase . Karena sifat mekanik struktur heterogen tergantung pada kualitas antarmuka antara serat penguat dan matriks , antarmuka dan srufaces menjadi perhatian utama dari ilmu material dan teknologi . Ilmu permukaan sehingga muncul sebagai bidang penelitian baru . Sebagai Bernhardt Wuensch ditekankan dalam diskusi mencatat: " khawatir tentang antarmuka adalah awal dari komposit dan awal Material Science and Engineering " ( transkrip diskusi ini adalah dalam persiapan ).
Biomimetism . Kayu dan tulang adalah komposit alam yang fungsi dan sifat menantang bahan yang paling canggih yang dirancang oleh seni manusia . Biomimetism sehingga menjadi salah satu strategi favorit untuk desain molekul dan nanocomposites .
Kesimpulan
Teknologi komposit bukanlah sebuah revolusi dalam penerbangan, dan itu sudah digunakan di masa lalu untuk beberapa bagian pesawat . Namun, sejak 2011, besar pesawat komersial membangun terutama di komposit sudah mulai layanan komersial , dan hal ini menciptakan banyak masalah keamanan dalam komunitas penerbangan , terutama karena kurangnya pengalaman dengan desain tersebut dan perbedaan besar antara logam keselamatan terbukti dan komposit .
Adaptasi prosedur operasional dan pemeliharaan agar sesuai dengan kekhasan komposit mungkin memiliki dampak ekonomi yang negatif .
Penerbangan komersial telah berkembang dalam sejarah berkat lompatan berturut-turut ke wilayah yang tidak diketahui. Pada setiap melompat , banyak pertanyaan dan kekhawatiran muncul , kami akhirnya membuat kemajuan yang diperlukan , sesuai dengan teknologi baru dan membuatnya aman . Sayangnya , banyak kecelakaan juga terjadi lanjut untuk melompat ini , dan ini adalah harga yang harus dibayar .
Pesawat terbang komersial besar menngunakan bahani komposit memungkinkan merancang pesawat menjadi ringan, pesawat yang lebih efisien dan ramah lingkungan. Tapi jika banyak kecelakaan pesawat akibat penggunaan bahan komposit bukanlah suatu pilihan mudah. Apalagi jika bahan komposit terbakar diudara disaat pesawat berada diudara dengan penumpang penuh, Bahan baku kabel pada pesawatpun tidak luput dari bahan komposit, lihat saja efeknya jika kabel komposit terbakar karena konslet, mengeluarkan asap hitam dan bau menyengngat jika terhirup langsung dalam waktu lama dipastikan manusia akan meninggal kehabisan oksigen. Dan menimbulkan dampak uap panas yang sangat tinnggi. Bayangkan jika sebuah pesawat terbang berbahan 100% menggunakan bahan komposit, ada bagian dari instalasi berupa kabel atau bagian lain konsley dan terbakar diudara, pesawat mungkin tidak langsung jatuh tapi penumpang pasti meninggal karena kekurangan oksigen. (Ap/CBM)
Ini hanya buah pikiran dari Blogger Cybermales, dan semoga bisa menjadi bahan pemikiran dikemudian hari, musibah itu sudah ada yang mengaturnya, tapi kecelakaan terkadang karena kelalaian manusia. Hilangkan pikiran negatip tentang musibah yang menimpa pesawat MH370 milik Malaysia, karena pesawat MH370 Boeing 777 milik Malaysia pun pasti sudah menggunakan bahan komposite. Jika meledak diudara pastinya bahannya berhamburan dimana mana pasti mudah diketemukan,
Mungkin saja pesawat mengalami malfungsi karena ada kerusakan pada bahan yang menggunakan komposite, dan pilot berusaha mendaratkan pesawat pada bandara terdekat seperti bandara di pulau Langkawi. ( diduga sesuai dengan arah beloknya ). Jika pernah ada laporan MH370 terbang dibawah pesawat Singapore Airlines pun karena pilot berharap menara ATS bisa memantaunya atau sang pilot berusaha mengikuti lampu signal pesawat singapore airlines sebagai pemandu untuk menentukan arah pesawat sambil mencari posisi aman untuk mendaratkan pesawat secara darurat. dan itupun antara bandara di pulau Langkawi dekat selat malaka. Sebagai blogger dunia Cybermales turut berduka cita.
Dikutip dari beberapa sumber dan ditulis ulang admin Cybermales.
