Bidang penggunaan material komposit

Material komposit dibuat dengan mengombinasikan dua atau lebih material lain sehingga saling melengkapi dan menyempurnakan, namun tetap mempertahankan karakteristik uniknya sendiri pada produk akhir.

mesin ekstrusi lembaran plastik

mesin daur ulang plastik

Karena kinerjanya yang luar biasa, material komposit telah digunakan secara luas di berbagai bidang, dan rangkaian artikel ini akan mengkaji secara komprehensif bidang aplikasi utama material komposit, meliputi: kedirgantaraan, industri otomotif, konstruksi, energi, penyimpanan energi, infrastruktur, kelautan, jaringan pipa dan tangki penyimpanan, olahraga dan hiburan, transportasi, dan sepuluh bidang lainnya.

1

Aerospace

OEM aeronautika besar seperti Airbus Eropa dan Boeing AS telah menunjukkan potensi untuk penerapan komposit berskala besar dalam penerbangan, sementara NASA telah mencari produsen komposit untuk roket dan pesawat ruang angkasa lainnya dengan solusi komposit yang inovatif.

Proporsi material komposit pada setiap pesawat generasi baru yang dikembangkan oleh Boeing telah meningkat, dan proporsi material komposit pada Boeing 787 Dreamliner telah melampaui 50%. Komponen struktural utama Boeing 787 Dreamliner terbuat dari lebih banyak komposit "sandwich" serat karbon dan laminasi serat karbon canggih, menjauh dari komposit fiberglass kuno.

Di sisi lain, serat aramid banyak digunakan dalam konstruksi rakitan sayap ujung depan dan ujung belakang serta sekat, tangki bahan bakar, dan lantai yang sangat kaku dan sangat ringan. Selain itu, material komposit canggih yang terdiri dari serat berkekuatan tinggi dan kaku yang tertanam dalam material matriks umum juga banyak digunakan dalam industri kedirgantaraan.

2

Industri otomotif

Sebagai pasar pengguna akhir terbesar untuk material komposit, industri otomotif tidak asing lagi dengan material komposit. Selain menjadi pelopor desain kendaraan, material komposit membantu membuat kendaraan lebih ringan dan lebih hemat bahan bakar. Mobil memerlukan mekanisme yang andal dan tersinkronisasi dengan komponen yang dapat menahan gesekan, korosi, dan fluktuasi suhu.

Ketidakakuratan dalam desain atau produksi akan memengaruhi kinerja dan dapat merugikan bisnis produsen. Dibandingkan dengan baja metalik, kinerja material komposit memenuhi dan melampaui tuntutan industri otomotif. Properti unik ini meliputi:

koefisien ekspansi termal rendah

Stabilitas dimensi yang sangat baik untuk retensi bentuk dan keandalan

Ketahanan korosi dalam kondisi basah dan kering

Kekuatan benturan tinggi untuk menahan penggunaan berulang

Bobotnya relatif ringan sehingga mengurangi berat keseluruhan kendaraan

Isolasi suara yang lebih baik dan kinerja yang lebih baik

Dapat diterima untuk pengecatan, termasuk kemampuan untuk memenuhi persyaratan permukaan Kelas A, proses pengecatan dan pemanggangan

Mudah diproduksi dan biaya relatif rendah

Aplikasi khas material komposit pada struktur interior dan eksterior otomotif

Material komposit telah banyak digunakan dalam serangkaian komponen struktural otomotif, mulai dari rangka lampu depan hingga komponen isolasi listrik dan termal di bawah kap, hingga bagian luar bodi mobil, struktur interior, dan komponen trim. Aplikasi umum material komposit dalam komponen otomotif tercantum di bawah ini:

Deflektor dan spoiler

saluran masuk

Casing dan penutup baterai

Bumper dan balok bemper

Penutup kepala silinder (misalnya katup, lengan ayun, cam)

Bingkai jendela/sunroof

Pelat pembuka gril depan

perumahan lampu depan

Pelindung panas (misalnya mesin, transmisi)

Penyangga dan Penutup

3

Sektor pembangunan

Komunitas konstruksi mengalami pertumbuhan substansial dalam pemahaman dan penggunaan material komposit. Komposit memberikan kinerja dan nilai tinggi bagi arsitek dan desainer dalam proyek berskala besar, dan penggunaannya dalam konstruksi komersial dan perumahan terus meningkat.

Dalam artikel terbaru, Palari Group membangun komunitas dan rumah cetak 3D yang berkelanjutan. Mighty Buildings adalah perusahaan teknologi konstruksi yang menggunakan cetak 3D, robotika, dan otomatisasi untuk menciptakan rumah yang terjangkau dan berkelanjutan. Komponen dasar rumah tersebut adalah Mighty Panel, panel komposit polimer 3% cetak 100D dengan struktur, insulasi, integrasi MEP, penghalang udara/kelembapan/api, dan pelapis interior/eksterior. Mighty Buildings mencetak panel-panel individual di pabriknya, lalu merakitnya menjadi rumah-rumah di lokasi konstruksi.

Dalam konstruksi, sifat serat karbon yang berkekuatan tinggi memainkan peran positif. Serat karbon sangat kuat, lembut, dan mudah dipasang, serta dapat digunakan untuk memperbaiki dan memperkuat bangunan agar tampak seperti bangunan baru. Laminasi serat karbon banyak digunakan untuk meningkatkan daya dukung lantai dan kolom. Selain itu, serat karbon tahan terhadap kerusakan akibat gempa bumi, sehingga dapat juga digunakan untuk penguatan struktural bangunan baru dan sebagai pengganti baja prefabrikasi.

4

Bidang penyimpanan energi

Komposit penyimpanan energi multifungsi (MESC) dikembangkan dengan menanamkan lapisan baterai ke dalam struktur, dengan paku keling yang saling mengunci mengamankan lapisan baterai, membantu meningkatkan sifat mekanis. Uji eksperimental menunjukkan bahwa MESC dapat memiliki perilaku elektrokimia yang sebanding dengan bahan lain. Dibandingkan dengan sel kantong, MESC mencapai kekakuan mekanis 15 kali lebih tinggi pada efisiensi enkapsulasi 60%.

Aplikasi representatif lain dari komposit dalam penyimpanan energi meliputi:

Tangki Hidrogen untuk Dirgantara

Sistem Sel Bahan Bakar Hidrogen

Baterai bahan komposit alami

5

bidang infrastruktur

Secara tegas, tidak ada perbedaan yang tegas antara infrastruktur dan bangunan. Dalam beberapa tahun terakhir, dengan munculnya material komposit struktural baru yang berbiaya rendah dan berkinerja tinggi, konstruksi infrastruktur telah memasuki tahap baru. Plastik yang diperkuat serat (FRP) tidak hanya dapat menggantikan baja di banyak struktur penahan beban, tetapi juga telah terbukti layak untuk memperkuat balok beton dengan plastik yang diperkuat serat (FRP) yang diikat secara internal atau eksternal.

Komposit yang terbuat dari serat kaca, aramid, atau karbon semakin banyak dipertimbangkan untuk beton prategang, pascategang, atau beton bertulang. Untuk mengganti tulangan beton yang terkorosi, sistem FRP pada akhirnya dapat digunakan di dek jembatan beton atau struktur lantai beton luar ruangan lainnya.

Ketahanan terhadap korosi merupakan salah satu faktor utama yang membuat serat karbon begitu menarik di sektor infrastruktur. Serat karbon tidak akan mengalami korosi dan karat, sehingga lapisan beton serat karbon dapat diencerkan banyak, karena tidak perlu mempertimbangkan anti korosi seperti inti baja, yang sangat mengurangi jumlah beton yang digunakan dalam bangunan, dan juga memiliki manfaat lain, seperti mengurangi biaya dan mempercepat kemajuan konstruksi, mempersingkat waktu pengeringan, dll. Selain itu, karena konduktivitas listriknya yang baik, serat karbon dapat digunakan untuk melindungi interferensi elektromagnetik, dapat mengirimkan informasi parameter bangunan, dan menjadi bagian integral dari bangunan pintar.

6

Medan energi baru

Penggunaan material komposit dalam energi terbarukan akan memainkan peran yang semakin penting dengan menciptakan struktur yang dapat memanfaatkan energi berkelanjutan. Bobot yang lebih ringan, biaya transportasi dan pemasangan yang lebih rendah, dan yang terpenting, biaya perawatan yang lebih rendah selama masa pakai struktur dibandingkan dengan struktur logam telah memposisikan komposit sebagai material de facto untuk proyek berskala besar. Memberikan solusi yang ekonomis.

Bentuk bilah turbin angin yang ringan dan kompleks telah menjadikan komposit sebagai pelopor di bidang ini, dengan menggunakan cetakan yang dirancang untuk memproduksi bilah secara ekonomis dengan tenaga kerja minimal. Penelitian dan pengembangan saat ini ditujukan untuk memenuhi peningkatan ukuran yang dibutuhkan untuk bilah turbin dan rotor untuk sistem berbasis darat dan lepas pantai.

7

lapangan laut

Selama beberapa dekade, komposit FRP telah berhasil digunakan dalam aplikasi kelautan seperti kubah radar dan struktur massa, superyacht, kapal kerja, dan kapal rekreasi. Baru-baru ini, FRP telah digunakan dalam aplikasi yang kurang dikenal seperti bantalan, baling-baling, palka komersial, knalpot, dan struktur atap.

Penggunaan komposit serat kaca dalam aplikasi kelautan merupakan salah satu area signifikan pertama dalam aplikasi GRP. Hal ini telah merevolusi kemampuan untuk merancang dan memproduksi struktur komposit besar dalam berbagai domain. Perahu ini diproduksi di Inggris menggunakan berbagai proses termasuk GRP yang dibuat dengan tangan, infusi resin, termoplastik, dan prepreg serat karbon berkinerja tinggi untuk kapal pesiar balap.

Keuntungan utama GRP dalam aplikasi kelautan adalah:

Ketahanan lingkungan, termasuk bebas dari pembusukan, ketahanan terhadap korosi, dll.

Kemampuan untuk memproses struktur berbentuk kompleks yang mulus

Kemampuan untuk menyesuaikan kekuatan agar sesuai dengan kondisi beban

Sifat kekuatan terhadap berat yang sangat baik - Struktur laut GRP biasanya memiliki setengah berat struktur baja yang setara.

perawatan rendah dan perbaikan mudah

daya tahan yang sangat baik

Perahu dayung menggunakan material komposit lebih luas daripada struktur laut lainnya. Karena persyaratan khusus, material yang digunakan bukanlah material konstruksi laut yang umum. Berat minimum dan kekakuan maksimum sangat penting dalam desainnya agar dapat berlayar dengan kecepatan maksimum dan menahan dampak gelombang dan elemen lingkungan laut lainnya.

Komposit epoksi yang diperkuat serat karbon umumnya digunakan untuk lambung, rangka, lunas, tiang, batang dan boom yang terbuat dari sarang lebah atau busa, drum winch karbon dan poros. Penggunaan FRP membantu meningkatkan kinerja dan meminimalkan risiko cacat navigasi dan kerusakan dalam berbagai kondisi pelayaran internasional.

8

Bidang sistem perpipaan

Sistem perpipaan komposit telah digunakan di pabrik kimia selama lebih dari 25 tahun. Penggunaan material komposit dalam aplikasi industri meluas pada tahun 1970-an. Saat ini, pemasangan pipa dan tangki komposit semakin meningkat di aplikasi di atas dan di bawah tanah, komersial, kota, dan perumahan. Gas alam berbiaya rendah semakin memperluas pasar seiring dengan pembangunan fasilitas kimia baru dan perluasan fasilitas lama.

Aplikasi dan produk khas pipa komposit meliputi:

pengendalian polusi udara

akuakultur

proses kimia

desalinasi

Minyak bumi dan gas alam

Pengolahan Air dan Air Limbah

pipa saluran

Perlengkapan dan Pelapis

Sistem perpipaan

Lapisan tangki bahan bakar

tangki penyimpanan minyak

Wadah proses

Scrubber

katup

9

Bidang olah raga dan rekreasi

Serat karbon selalu menonjol di bidang peralatan olahraga, mulai dari balap hingga ski, golf, memancing, dan tenis, serat karbon telah digunakan secara luas. Dengan semakin populernya serat karbon dan turunnya harga, serat karbon semakin banyak digunakan dalam peralatan olahraga.

Serat karbon sekarang digunakan di banyak raket, papan luncur salju, kereta luncur, tongkat hoki, joran pancing, tongkat golf, sepeda, papan selancar, layang-layang, sepatu, dan produk olahraga lainnya.

Serat Karbon dalam Olahraga dan Rekreasi

Saat ini, 7 dari 10 olahraga luar ruangan dan aktivitas rekreasi terpopuler menggunakan material komposit. Komposit yang diperkuat serat kaca dan serat karbon terus menggantikan kayu dan logam pada joran pancing, raket tenis, tiang/poros untuk dayung kayak, tiang dan papan selancar angin, tongkat hoki, layang-layang, dan setang sepeda.

10

Transportasi

Ada tren di industri transportasi untuk menggunakan kendaraan yang lebih besar. Baik itu bus, kereta api, atau truk gandeng, idenya sederhana: mengangkut lebih banyak kargo. Tantangannya adalah menemukan cara untuk mengangkut muatan yang lebih besar dengan aman sambil menghemat bahan bakar dan mengurangi dampak lingkungan. Komposit menawarkan jawaban yang mengesankan untuk tantangan ini.