Prinsip Kerja Carbon Fiber

Gambar 1 - Carbon Fiber

Gambar 1 – Carbon Fiber

Carbon fiber merupakan material yang super kuat namun juga ringan. Para Engineer dan Designer sangat menyukai carbon fiber karena mempunyai beberapa sifat yang lebih baik dari baja, yaitu : lima kali lebih kuat, dua kali lebih kaku, dan 2/3 lebih ringan. Selain itu, Carbon fiber ini juga secara tidak langsung mampu mengurangi ketergantungan kita terhadap bahan bakar minyak dan mengurangi global warming. Kenapa? Coba Anda pikirkan bahwa kebanyakan komponen mobil terbuat dari baja. Jika kita mampu mengganti komponen baja tersebut dengan carbon fiber maka akan mengurangi berat mobil sekitar 60 persen (sumber : USA Today). Penurunan 60 persen berat akan mengurangi konsumsi bahan bakar mobil sebesar 30 persen dan mengurangi gas rumah kaca sekitar 10 hingga 20 persen. [sumber: Oak Ridge National Laboratory]. Tetapi carbon fiber ini bukanlah tanpa kekurangan, Biaya merupakan tantangan utama dalam pemakaian Carbon Fiber karena harganya yang sangat mahal. Selain itu, hambatan kedua adalah limbah. Jika mobil yang terbuat dari carbon fiber itu sudah rusak maka mereka tidak bisa dicairkan dan didaur ulang dengan mudah. Hal ini berbeda dengan baja yang dapat dicairkan atau didaur ulang dengan mudah,.

Carbon fiber pada dasarnya adalah  benang karbon yang sangat tipis, bahkan lebih tipis daripada rambut manusia. Carbon fiber tersusun oleh atom karbon yang terikat bersama untuk membentuk rantai yang panjang.

Benang Carbon fiber bisa diputar bersama-sama seperti benang dan benang dapat dijalin bersama seperti kain. Jika Anda ingin membuat suatu benda dari carbon fiber, maka langkah pertama yang harus Anda lakukan adalah membuat cetakan dari benda tersebut, kemudian dilapisi dengan resin.

Carbon fiber mulai dikembangkan pada tahun 1950-an sebagai penguat komponen plastic di rudal pada temperature tinggi. Fiber pertama yang yang diproduksi dengan pemanasan sampai mereka terkarbonisasi. Proses ini tidak efisien karena fiber yang dihasilkan hanya 20% carbon dan memiliki kekuatan dan kekauan yang rendah. Pada awal 1960-an, prosesnya dikembangkan menggunakan polyacrylonitrile sebagai bahan baku. Hal ini menghasilkan carbon fiber yang berisi 55% karbon dan memiliki sifat yang lebih baik. Selama tahun 1970-an, eksperimental carbon fiber terus berlanjut hingga mendapatkan bahan baku petroleum pitch dari proses pengolahan minyak bumi. Fiber tersebut berisi carbon sekitar 85% dan memiliki kekuatan lentur yang sangat baik. Sayangnya, mereka terbatas pada kekuatan kompresi yang tidak bisa diaplikasikan. Hari ini, carbon fiber merupakan bagian penting dari banyak produk dan aplikasi baru sedang dikembangkan setiap tahunnya. Amerika Serikat, Jepang dan Eropa Barat adalah produsen terkemuka carbon fiber.

Pada saat ini, Bahan baku yang digunakan untuk membuat carbon fiber adalah precursor yang mempunyai kandungan 90% polyacrylonitrile dan 10% petroleum pitch. Semua bahan-bahan tersebut adalah polimer organic yang ditAndai oleh benang panjang dimana molekulnya terikat secara bersama oleh atom carbon.

Proses Pembuatan Carbon Fiber

Gambar 2 - Manufacturing dari carbon fiber (www.madehow.com)

Gambar 2 – Manufacturing dari carbon fiber (www.madehow.com)

Proses pembuatan carbon fiber dilakukan secara chemical dan mechanical. Precursor akan ditarik dan kemudian dipanaskan hingga temperature yang sangat tinggi. Temperature tinggi ini akan menyebabkan atom di dalam carbon fiber bergetar keras hingga sebagian besar atom non-carbon terkeluarkan. Proses ini disebut carbonization. Selain itu, fiber ini akan di-coating untuk melindungi mereka ketika proses rolling. Berikut adalah urutan dari proses pembentukan carbon fiber :

Spinning

  1. Bubuk plastic Acrylonitrile dicampur dengan plastic lain, seperti methyl acrylate atau methyl methacrylate. Kemudian direaksikan dengan katalis untuk proses polimerisasi dalam pembuatan polyacrylonitrile
  2. Polyacrylonitrile kemudian dipuntir untuk dibentuk menjadi fiber. Polyacrylonitrile akan dicampur dengan bahan kimia tertentu dan dipanaskan lalu dipompa ke dalam ke dalam ruang pelarut hingga bereaksi dan pelarut pun menguap. Ketika pelarut telah menguap maka tinggal menunggu fiber menjadi solid.
  3. Fiber kemudian dicuci dan dibentangkan dengan diameter yang diinginkan. Fiber perlu untuk melakukan peregangan untuk menyelaraskan molekul di dalamnya dan menyediakan dasar untuk pembentukan ikatan Kristal carbon setelah proses karbonisasi.

Stabilizing

Sebelum fiber terkarbonisasi, sifat kimia mereka harus diubah untuk mengonversi ikatan atom linier mereka ke tangga ikatan yang lebih stabil. Hal ini dilakukan dengan memanaskan fiber di udara pada temperature 200 C – 300 C dalam waktu 30 – 120 menit. Hal ini akan menyebabkan fiber untuk mengambil molekul oksigen dari udara dan mengatur ulang pola ikatan atom mereka.

Carbonizing (Karbonisasi)

Setelah fiber stabil, mereka dipanaskan pada temperature 1000 C hingga 3000 C dalam beberapa menit di dalam tungku yang diisi oleh campuran gas yang tidak mengandung oksigen untuk mencegah fiber terbakar. Pemanasan fiber ini bertujuan untuk melepaskan atom non-carbon dalam bentuk gas, seperti uap air, karbon monoksida, karbon dioksida, hydrogen dan nitrogen. Atom carbon yang tersisa akan membentuk ikatan carbon Kristal.

Treating the surface

Setelah proses carbonizing, fiber memiliki ikatan permukaan yang tidak baik. Untuk memberikan fiber sifat ikatan permukaan yang lebih baik maka permukaannya perlu sedikit dioksidasi. Penambahan atom oksigen ke permukaan  akan memberikan sifat kimia dan sifat mekanik yang lebih baik, seperti etches tahan terhadap gores) dan roughness. Oksidasi dapat dicapai dengan cara merendam fiber dalam berbagai gas, seperti udara, carbon dioksida, ozon atau pada cairan sperti natrium hipoklorit atau asam nitrat.

Sizing

Proses yang terakhir adalah sizing, dimana fiber akan dilapisi oleh bahan pelapis, seperti epoxy, polyester, nylon atau urethane. Tujuan dilapisi ini untuk melindungi fiber ketika di-rolling.

Ketika sudah dilapiasi, maka fiber akan diproses pada mesin berputar dan fiber akan dipuntir menjadi benang dalam berbagai ukuran.

Jika artikel ini bermanfaat buat Anda, mohon untuk di Share

Referensi : 1. auto.howstuffworks.com,

                     2. www.madehow.com

COMMENTS

Loading Facebook Comments ...