KOMPOSIT MATRIKS POLIMER (PMC)

Terdapat 3 sebab mengapa polimer digunakan secara meluas sebagai bahan matriks i. Kekuatan dan kekakuan bahan polimer tidak mencukupi untuk tujuan struktur, dengan penambahan bahan tetulang dapat memperbaiki sifat-sifat polimer ii.Alat dan cara pemprosesan PMC mudah, tidak memerlukan suhu dan tekanan yang tinggi Iii.Peralatan lebih mudah & murah

Kelemahan PMC suhu penggunaannya yang rendah pengembangan termal yang tinggi- menyebabkan dimensi tidak stabil sensitif terhadap radiasi dan kelembapan. Penyerapan air ke dlm struktur akan mengurangkan prestasi mekanikal

Pengkelasan Matriks Polimer 1. Termoset 2. Termoplastik- berhablur & tidak berhablur (amorfus) 3. Getah

Termoset merupakan cecair monomer atau oligomer yang berkelikatan rendah Pematangan berlaku dengan kehadiran agen pematang, haba dan tekanan Proses pematangan dikenali sebagai ‘Curing’ Semasa pematangan, tindakbalas yang tak berbalik berlaku, hasilnya jaringan 3 dimensi atau sambung silang

Sambung silang ini akan menghadkan pergerakan rantaian polimer, kaku, kebolehrintangan kimia yang baik, kestabilan dimensi yang baik dan tidak boleh diubah bentuk dengan haba. mempunyai sifat mekanikal dan kimia yang baik, kos yang rendah tetapi tidak boleh diedar ulang (recyclability) Cth epoksi, polyester tak tepu, fenolik, bismaleimid, dll

Poliester - Dihasilkan pada 1942. Terdiri drp poliester linear tidak tepu (ada double bond di antara atom2 karbon) larut di dalam styrene. Styrene merupakan monomer sambung silang. Agen pematangan adalah organic peroxide. - Tidak begitu mahal (banyak digunakan dalam proses fabrication) dan mempunyai kelikatan yang rendah

Epoksi Lebih mahal jika dibandingkan dengan poliester dan lebih likat Kelebihan epoksi, proses pematangan berlaku dalam 2 atau lebih peringkat (boleh digunakan dalam pemprosesan prapreg) Kebiasaan bermula dengan polimer linear dengan berat molekul yang rendah

Kebiasaan bermula dengan polimer linear dengan berat molekul yang rendah Pelbagai jenis agen pematangan boleh digunakan iaitu polyamides dan polyamines Epoksi lebih kaku & kuat, lebih rapuh dan mengekalkan sifat2 pada suhu tinggi jika dibandingkan dengan poliester

Termoplastik -terdiri daripada rantai-rantai yang linear ataupun bercabang, berbentuk pepejal dalam suhu bilik. -apabila haba dibekalkan, termoplastik akan melembut hingga ke tahap mengalir dan memejal apabila sejuk. Oleh kerana tidak mengalami pematangan atau sambung-silang, ia boleh diedar ulang

Ikatan van der waals wujud diantara rantai2 polimer, oleh itu ianya mudah terurai apabila dikenakan haba dan menyebabkan ianya flow pd suhu tinggi Berdasarkan keadaan penyusunan rantai, termoplastik terbahagi kepada: - amorfus (penyusunan rawak) - semihablur (campuran penyusunan rawak dan tersusun) - Contoh termoplastik ialah ABS, PP, PE, Nylon, PMMA, PC, etc

Perbezaan Struktur Molekul (a) Nylon, (b) Aramid, (c) PE

Penyusunan rantaian (struktur molekul) penting dalam menentukan samaada sesuatu polimer itu amorfus atau semihablur Kenapa linear HDPE mencapai 90% penghabluran jika dibandingkan dengan LDPE (60%)???

Polyetheretherketone (PEEK) merupakan termoplastik yang tahan pada suhu tinggi (Tg= 143C dan Tm= 343C). Boleh digunakan sehingga suhu 230C) Pencampuran (blend) di antara 2 atau lebih polimer untuk memperoleh multi-fasa juga biasa dilakukan bagi meningkatkan sifat2 tertentu Cth. Multi-phase termoplastik adalah acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS). Partikel Butadiene telah meningkatkan keliatan dengan meghalang perambatan retak

Jadual 1: Perbezaan antara sifat-sifat tipikal termoset dan termoplastik Sifat-sifat t/set t/plastik Modulus Young (GPa) 1.3-6.0 1.0-4.8 Kekuatan tensil (MPa) 20-180 40-190 Max suhu servis (ºC) 50-450 25-230 Keliatan pecah ,KIc 0.5-1.0 1.5-6.0 (MPa1/2)

Termoplastik dijangka mendapat perhatian berbanding dengan termoset: Pemprosesan pantas Boleh diedar ulang Tidak memerlukan penyimpanan yang spesifik Sifat keliatan dan toleransi kerosakan yang tinggi

Getah Getah asli diperolehi daripada lateks daripada pokok getah Hevea Brasiliensis yang terdiri lebih drp. 98% poliisoprena Getah sintetik kebanyakannya dihasilkan daripada butadiene, spt styrene-butadiene (SBR) dan nitrile-butadiene (NBR)

Untuk memperolehi sifat-sifat tertentu, molekul panjang getah akan tersambung-silang Agen sambung-silang dalam proses vulcanization biasanya ialah sulfur Keliatan dan kekuatan getah akan meningkat dengan meningkatnya bilangan sambung-silang

KONSEP PRAPREG/PREPREG Prapreg adalah singkatan daripada rangkai-kata ‘bahan yang telah diisitepukan’(pre-impregnation material) Istilah ini menjelaskan mengenai bahan perantara yang mengandungi matriks dan gentian pengukuh yang telah menjalani proses pengisitepuan

Bahan prapreg ini kemudiannya akan di bentuk bagi penghasilan komposit menerusi pelbagai teknik pemprosesan Prapreg boleh dihasilkan daripada matriks termoset dan termoplastik

Prepreg termoplastik lebih mendapat perhatian sebab: penyimpanan mudah keliatan tinggi pemprosesan cepat boleh diedar ulang

Gentian-gentian yang biasa digunakan sebagai bahan tetulang/ penguat dalam matriks polimer Gentian Kaca Bahan tetulang yang biasa digunakan dalam PMC Terbahagi kepada beberapa jenis (bergantung kepada komposisi bahan) i. Jenis E (E- Electrical)- Sifat kekuatan, elektrik dan fizikal yang baik

ii. Jenis S (S- Strength)- kekuatan tegangan yang lebih tinggi daripada gentian kaca lain, modulus Young dan kebolehrintangan suhu yang baik, lebih mahal daripada jenis E iii. Jenis C (C- corrosion)- Direka untuk sifat kebolehrintangan yang baik terhadap kakisan kimia, lebih mahal dan kekuatan rendah berbanding jenis E

iv. Jenis AR (Alkali Resistant)- Dihasilkan sebagai ganti kepada asbestos didalam simen, mengandungi ZrO2 untuk meningkatkan rintangan kakisan

Komposisi dan Sifat-Sifat Gentian-Gentian Kaca

2. Gentian Aramid Gentian polimer- poliamida aromatic (1970) Kekuatan dan modulus yang baik, ketumpatan rendah Nama perdagangan Kevlar dan Nomex Ada pelbagai gred (Cthnya Kevlar 29, 49, dll) yang mempunyai sifat mekanikal yang berbeza

Suhu peralihan kaca (Tg) = 360°C Gentian ini boleh digunakan sehingga 300°C Kevlar 29 dikenali sebagai Kevlar bermodulus rendah, strukturnya tidak tersusun dengan baik jika dibandingkan dengan Kevlar 49.

Sifat-Sifat Gentian Organik Yang Komersial

3. Gentian Karbon Karbon mempunyai 2 bentuk hablur (intan & grafit) Grafit biasa digunakan dlm penghasilan gentian Berstruktur heksagonal, ABABABA.. 2 cara utama penghasilan gentian karbon iaitu penggunaan precursor2 yg berbeza Polymer Polyacrylonitrile (PAN)-hasil gentian bermodulus tinggi (HM), Intermediate modulus (IM) & high strength (HS) Petroleum and coal-tar pitch- hasil gentian dengan low CTE Controlled heating of cellulose & rayon

Gentian Alumina- High melting point (2000C), used in MMC especially in Al alloy Boron- Produced by chemical vapour deposition, continuous length up to 3000 m can be produced.

Stress-strain curves for a range of fibers

Natural Fibers Jute Hemp Kenaf Flax Sisal

Natural Fibers Natural fibers have benefited from the perception that they are "green" or eco-friendly Lightweight, strong, and low-cost, natural fibers are poised to replace glass and mineral fillers in numerous interior parts Now plant-derived natural fibers of kenaf, hemp, flax, jute, and sisal are making their way into components of cars. In the last decade, natural-fiber composites of thermoplastics and thermosets have been embraced by European car makers for door panels, seat backs, headliners, package trays, dashboards, and trunk liners.

Natural Fibers; Jute Jute yarn spools, tape, raw jute and jute rope

Natural Fibers; Hemp

Natural Fibers; Kenaf The kenaf plant contains two distinct fibers: bast, a long, stringy fiber similar in both appearance and performance to jute and hemp, and core, a light, spongy fiber which bears a resemblance to balsa wood. Bast fiber Green kenaf

Partikel yang biasa digunakan sebagai bahan tetulang/ penguat dalam matriks polimer Mineral – raw materials dug out from the ground, it should be refined and purified Metal Ceramic

1. Mineral fillers Talc- Hydrated Magnesium Silicate, has a plate like structure Talc (when it is added in Thermoset & thermoplastic) improves electrical insulation, heat and moisture resistance & chemical inertness.

Calcium carbonate Occur naturally in 2 crystalline forms, calcite and argonite New trend- CaCO3 is used as toughening agent- impart high impact properties

Mica The word "mica" is thought to be derived from the Latin word micare, meaning to shine, in reference to the brilliant appearance of this mineral (especially when in small scales). Plate/flaky shape