Material Penting dalam Teknik Mesin

Material, energi, dan informasi dianggap sebagai tiga pilar industri modern, dan pengembangan energi dan informasi, sampai batas tertentu, bergantung pada kemajuan material. Menurut statistik, sebuah mobil terdiri dari sekitar 30.000 komponen, dan komponen-komponen tersebut dibuat dari lebih dari 4.000 bahan yang berbeda.

Mulai dari desain, pemilihan bahan, dan pembuatan mobil hingga penggunaan, pemeliharaan, dan perawatannya, bahan terlibat dalam setiap aspek. Mengambil bahan mobil modern sebagai contoh, dalam hal berat, baja menyumbang 55% hingga 60% dari berat mobil, besi tuang menyumbang 5% hingga 12%, logam non-besi menyumbang 6% hingga 10%, plastik menyumbang 8% hingga 12%, karet menyumbang 4%, kaca menyumbang 3%, dan bahan lainnya (cat, berbagai cairan, dll.) menyumbang 6% hingga 12%. Gambar 1 menunjukkan proporsi berbagai bahan yang digunakan dalam pesawat Boeing 767.

Material teknik adalah dasar material untuk membangun mesin. Performa mesin bergantung pada bahan yang digunakan. Ada ribuan bahan yang digunakan dalam pembuatan mesin, dan membuat pilihan yang tepat di antara begitu banyak bahan tidaklah mudah.

Material teknik sangat beragam dan banyak digunakan. Dalam bidang teknik, material biasanya diklasifikasikan menurut metode klasifikasi kimiawi, yang dapat dibagi menjadi material logam, material non-logam anorganik (keramik), material polimer organik, dan material komposit, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.

I. Bahan logam

Bahan logam adalah istilah umum untuk logam dan paduannya, termasuk logam besi dan logam non-besi, yang mencakup 80% dari total penggunaan. Karakteristik logam ditentukan oleh sifat ikatan logam.

Bahan logam memiliki sifat mekanik yang baik (kekuatan tinggi, kekakuan, plastisitas, ketangguhan) dan sifat fisik dan kimia tertentu (konduktivitas listrik dan termal yang baik, dll.) dan kemampuan kerja yang baik. Bahan ini tidak mahal atau cukup murah, banyak digunakan sebagai bahan struktural, dan beberapa digunakan sebagai bahan fungsional, tetapi sumber dayanya terbatas. Bahan logam tidak dapat bekerja pada suhu yang sangat tinggi dan media khusus.

Menurut unsur penyusunnya, bahan logam dapat dibagi menjadi logam besi dan logam non-besi. Logam besi meliputi besi dan paduan berbasis besi, seperti besi murni, baja karbon, baja paduan, besi tuang, dan ferroalloy, yang secara kolektif disebut sebagai bahan baja. Logam non-besi meliputi logam selain besi dan paduannya, yang umum digunakan adalah emas, perak, aluminium dan paduan aluminium, tembaga dan paduan tembaga, titanium dan paduan titanium, dll.

Menurut sifat dan kegunaan utama, bahan logam dapat dibagi menjadi bahan struktural logam dan bahan fungsional logam. Menurut teknologi pemrosesan, bahan logam dapat dibagi menjadi bahan logam cor, bahan logam cacat, dan bahan metalurgi serbuk. Menurut kepadatannya, bahan logam dibagi menjadi logam ringan (kepadatan 4,5 g / cm³).

1. Bahan baja

Material baja dapat dibagi menjadi besi murni industri, baja, dan besi tuang. Besi murni industri adalah paduan besi-karbon dengan kandungan karbon tidak lebih dari 0,02%. Meskipun besi murni industri memiliki plastisitas yang baik, namun kekuatannya rendah dan jarang digunakan sebagai bahan struktural dan bahan penampilan.

Baja adalah paduan besi-karbon dengan kandungan karbon 0,02% hingga 2,11%, dan juga mengandung sejumlah kecil elemen pengotor seperti fosfor dan sulfur. Ada banyak jenis baja, yang dapat dibagi menjadi baja karbon dan baja paduan menurut komposisi kimianya, dan banyak digunakan di berbagai bidang. Besi tuang adalah paduan besi-karbon dengan kandungan karbon 2,11% hingga 4,0%.

Besi tuang merupakan material teknik yang penting dengan sejarah penggunaan yang panjang. Besi cor memiliki titik leleh yang rendah, performa pengecoran yang baik, kemampuan mesin, ketahanan aus, dan peredam getaran, proses produksi yang sederhana, dan biaya yang rendah. Dapat digunakan untuk membuat berbagai bagian dengan struktur dan bentuk yang rumit. Bahan besi cor yang umum termasuk besi cor kelabu, besi cor lunak, dan besi cor ulet.

Baja karbon dapat dibagi menjadi baja biasa, baja berkualitas tinggi, dan baja berkualitas tinggi bermutu tinggi sesuai dengan kualitas; menurut penggunaannya, dapat dibagi menjadi baja struktural, baja perkakas, dan baja kinerja khusus; menurut kandungan karbonnya, dapat dibagi menjadi baja karbon rendah (kandungan karbon di bawah 0,25%), baja karbon sedang (kandungan karbon 0,25% hingga 0,6%), dan baja karbon tinggi (kandungan karbon di atas 0,6%).

Baja karbon rendah memiliki kekuatan rendah, plastisitas tinggi, ketangguhan tinggi, serta kemampuan kerja dan kemampuan las yang baik, cocok untuk membuat suku cadang dan komponen dengan bentuk yang rumit dan membutuhkan pengelasan; baja karbon sedang memiliki kekuatan, plastisitas, dan ketangguhan sedang, dengan sifat mekanik komprehensif yang baik setelah perlakuan panas, dan sebagian besar digunakan untuk membuat suku cadang mekanis yang membutuhkan kekuatan dan ketangguhan seperti roda gigi dan bantalan; baja karbon tinggi memiliki kekuatan dan kekerasan yang tinggi, ketahanan aus yang baik, plastisitas dan ketangguhan yang rendah, terutama digunakan untuk membuat perkakas, perkakas pemotong, pegas, dan suku cadang yang tahan aus.

Baja paduan adalah baja yang berbahan dasar baja karbon dengan penambahan satu atau beberapa elemen paduan, memiliki sifat mekanik komprehensif yang lebih tinggi dan sifat fisik dan kimia tertentu yang khusus. Elemen paduan dapat meningkatkan kinerja dan kemampuan proses baja, yang umum digunakan adalah silikon, mangan, kromium, nikel, aluminium, tungsten, titanium, boron, dll. Sebagai contoh, kromium dapat meningkatkan ketahanan aus, kekerasan, dan kekuatan suhu tinggi baja.

Baja paduan dapat dibagi menjadi baja paduan rendah (kandungan total di bawah 5%), baja paduan sedang (kandungan total 5% hingga 10%), dan baja paduan tinggi (kandungan total di atas 10%) sesuai dengan kandungan total elemen paduan; menurut jenis elemen paduannya, dapat dibagi menjadi baja kromium, baja nikel, baja mangan, baja silikon, baja nikel-kromium, baja silikon-mangan, dll.menurut penggunaannya, dapat dibagi menjadi baja struktural paduan, baja perkakas paduan, dan baja paduan khusus (seperti baja tahan karat, baja tahan panas, baja tahan aus, dll.).

2. Bahan logam non-besi

(1) Aluminium dan paduan aluminium adalah logam non-besi yang paling banyak digunakan dalam industri dan merupakan material modern yang umum digunakan dengan karakteristik sebagai berikut.

• Aluminium murni memiliki densitas yang rendah, sekitar 2,7 g/cm³, yaitu sekitar 1/3 dari tembaga, dan termasuk dalam logam ringan.
• Titik leleh adalah 660°C.
• Aluminium memiliki konduktivitas listrik dan termal yang sangat baik, nomor dua setelah tembaga, dengan konduktivitas listrik sekitar 64% tembaga.
• Aluminium memiliki plastisitas yang tinggi dan dapat menjalani berbagai pemrosesan plastik.
• Aluminium murni berwarna putih keperakan dan memiliki ketahanan oksidasi yang baik di atmosfer, tetapi ion klorida dan ion alkali dapat menghancurkan lapisan oksida aluminium, sehingga tidak tahan terhadap korosi asam, alkali, dan garam.

Paduan aluminium adalah paduan yang terdiri dari aluminium sebagai bahan dasar dan menambahkan elemen paduan lainnya (tembaga, silikon, magnesium, seng, mangan, nikel, dll.). Paduan aluminium bersifat ringan, kuat, dengan nilai kekuatan spesifik mendekati atau melebihi baja, memiliki konduktivitas listrik, konduktivitas termal, dan ketahanan korosi yang sangat baik, mudah diproses, tahan terhadap benturan, dan dapat dianodisasi menjadi berbagai warna.

Paduan aluminium biasanya dibagi menjadi paduan aluminium tempa dan paduan aluminium cor. Paduan aluminium tempa, juga dikenal sebagai paduan aluminium yang diproses dengan tekanan, memiliki plastisitas yang baik dan dapat dibuat menjadi produk seperti pelat, batang, tabung, dan profil melalui penggulungan, ekstrusi, penggambaran, penempaan, dan metode pemrosesan dingin dan panas lainnya. Material ini adalah material ringan yang sangat baik. Mereka dibagi lagi menjadi paduan aluminium tahan karat, paduan aluminium keras, dan paduan aluminium super keras.

Paduan aluminium cor memiliki kinerja pengecoran yang baik dan sifat mekanik tertentu, tetapi plastisitasnya buruk dan tidak dapat menjalani pemrosesan plastik. Sebagian besar diproduksi menggunakan metode pengecoran pasir, pengecoran logam, dan pengecoran investasi untuk menghasilkan coran dengan bentuk yang kompleks, ringan, dan persyaratan ketahanan korosi dan panas tertentu. Mereka selanjutnya dibagi menjadi paduan aluminium-silikon, aluminium-tembaga, aluminium-magnesium, dan aluminium-seng sesuai dengan elemen paduan utama.

Produk paduan aluminium yang umum termasuk profil paduan aluminium, panel dekoratif paduan aluminium, aluminium foil, film komposit aluminium-plastik, dan film alumina vakum.

(2) Tembaga dan paduan tembaga adalah logam non-besi yang paling awal digunakan dalam sejarah. Yang umum digunakan dalam industri adalah tembaga merah, kuningan, perunggu, tembaga putih, dll., dan memiliki karakteristik sebagai berikut.

• Tembaga murni memiliki warna merah muda, dan setelah oksidasi permukaan, tampak berwarna ungu, oleh karena itu disebut juga tembaga merah.
• Titik leleh tembaga murni adalah 1083 ℃, dan densitasnya 8,96 g/cm³.
• Tembaga murni bersifat lunak, memiliki keuletan yang sangat baik, kemampuan kerja dan kemampuan las yang baik, dan dapat dengan mudah dibentuk dengan pemrosesan dingin dan panas. Ini dapat digulung menjadi kertas tembaga yang sangat tipis dan ditarik menjadi kawat tembaga yang sangat halus.
• Tembaga murni memiliki konduktivitas listrik dan termal yang sangat baik, nomor dua setelah perak.
• Tembaga murni memiliki sifat anti-magnetik yang kuat dan umumnya digunakan sebagai konduktor listrik dan dalam berbagai perangkat anti-magnetik.

Paduan tembaga adalah paduan yang terdiri dari tembaga sebagai bahan dasar dengan sejumlah elemen paduan lainnya (seng, timah, aluminium, silikon, nikel, dll.). Mereka diklasifikasikan berdasarkan komposisi kimia menjadi kuningan, perunggu, dan tembaga putih; dan berdasarkan metode pemrosesan menjadi paduan tembaga tempa dan paduan tembaga cor.

Kuningan (paduan Cu-Zn) adalah paduan tembaga dengan seng sebagai elemen paduan utama. Kuningan memiliki penampilan yang indah dengan warna keemasan yang mulia, konduktivitas listrik dan termal yang kuat, ketahanan korosi yang baik, sifat mekanik, dan kemampuan kerja. Mudah dipotong, dipoles, dan dilas, serta dapat dibuat menjadi lembaran, strip, tabung, batang, dan profil. Ini digunakan sebagai komponen konduktif termal dan listrik, bagian struktural tahan korosi, komponen elastis, dingin bagian stampingbagian gambar dalam, perangkat keras harian, dan bahan dekoratif.

Perunggu adalah istilah umum untuk paduan berbasis tembaga lainnya kecuali kuningan dan tembaga putih. Elemen paduan yang umum termasuk timah, aluminium, silikon, mangan, kromium, dll. Perunggu dibagi menjadi perunggu biasa dan perunggu khusus.

Perunggu biasa menggunakan timah sebagai elemen paduan utama, dengan kandungan timah 5% hingga 20%, juga dikenal sebagai perunggu timah (paduan Cu-Sn). Ini memiliki warna biru keabu-abuan dan ketahanan korosi yang kuat. Ini dibagi lagi menjadi perunggu timah tempa dan perunggu timah cor.

Perunggu timah tempa memiliki kandungan timah kurang dari 6% hingga 7%, dengan sifat mekanik dan kemampuan kerja yang baik, ketahanan aus, dan dapat diolah menjadi berbagai spesifikasi lembaran, strip, tabung, dan batang.

Perunggu timah cor memiliki kandungan timah 10% hingga 14%, relatif keras, memiliki kemampuan tuang yang baik, dan dapat digunakan untuk menghasilkan coran dengan bentuk yang rumit dan kontur yang jelas. Perunggu khusus umumnya mengacu pada perunggu yang tidak mengandung timah, seperti perunggu aluminium, perunggu berilium, perunggu mangan, dll. Sebagian besar perunggu khusus memiliki sifat mekanik, ketahanan aus, dan ketahanan korosi yang lebih tinggi daripada perunggu biasa.

Tembaga putih (paduan Cu-Ni) adalah paduan tembaga dengan nikel sebagai elemen paduan utama. Warnanya putih, relatif lunak, dan memiliki ketahanan korosi yang baik. Seiring dengan meningkatnya kandungan nikel dalam paduan tembaga, kekuatan, kekerasan, elastisitas, dan ketahanan korosi tembaga putih juga meningkat. Tembaga putih termasuk tembaga putih biasa dan tembaga putih khusus.

Tembaga putih biasa adalah paduan yang hanya terdiri dari tembaga dan nikel. Tembaga putih khusus adalah paduan tembaga dan nikel dengan penambahan elemen paduan lainnya seperti seng, aluminium, mangan, dll., Seperti tembaga putih seng, tembaga putih aluminium, tembaga putih mangan, dll. Secara industri, tembaga putih dibagi menjadi tembaga putih struktural dan tembaga putih listrik.

II. Bahan Keramik

Keramik adalah bahan polimer anorganik yang terbuat dari senyawa bubuk alami atau sintetis melalui pembentukan dan sintering suhu tinggi menjadi bahan padat polikristalin. Keramik memiliki sifat fisik dan kimia yang sangat baik (ketahanan korosi, optik, listrik, sifat termal, sifat insulasi, dll.) dan ketahanan suhu tinggi yang sangat baik, dengan berbagai sumber bahan baku. Mereka terutama digunakan dalam aplikasi khusus (keramik khusus) dan penggunaan sehari-hari (keramik tradisional). Namun, keramik ini rapuh, sulit diproses, dan memiliki keandalan yang buruk.

Keramik dapat diklasifikasikan berdasarkan penggunaannya menjadi keramik biasa, keramik khusus, dan keramik logam.

1. Keramik Biasa

Keramik biasa dibuat dari tanah liat, feldspar, dan kuarsa sebagai bahan baku dan disinter. Keunggulannya adalah kekerasan, non-oksidasi, tidak berkarat, tahan suhu tinggi; kemampuan bentuk yang baik, dan biaya rendah.

Kerugiannya adalah kekuatannya yang rendah, dan insulasi serta ketahanan terhadap suhu tinggi tidak sebaik keramik lainnya. Keramik ini banyak digunakan dalam berbagai produk keramik sehari-hari, isolator porselen listrik, wadah tahan asam dan alkali, dan jaringan pipa menara reaksi, serta bagian pemandu mesin tekstil.

2. Keramik Khusus

Keramik khusus meliputi keramik alumina, keramik silikon karbida, keramik silikon karbida, dan keramik boron nitrida.

(1) Keramik Alumina

Keramik alumina (komposisi: Al₂O₃ sebagai fase kristal utama, dengan sejumlah kecil SiO₂) memiliki keunggulan kekerasan tinggi, ketahanan suhu tinggi (ketahanan oksidasi, ketahanan mulur tinggi), ketahanan terhadap korosi, dan sifat insulasi yang baik; kerugiannya adalah kerapuhan yang tinggi dan ketahanan goncangan termal yang buruk. Mereka digunakan untuk memproduksi suku cadang tahan aus seperti bantalan, busi untuk mesin pembakaran internal, kerucut hidung roket dan rudal, nosel serat sintetis, dan berbagai alat pemotong.

(2) Keramik Silikon Nitrida

Keramik silikon nitrida (komponen utama: Si₃N₄) dibuat dengan dua metode: sintering pengepresan panas dan sintering reaksi. Karakteristik kinerjanya adalah kekerasan tinggi, koefisien gesekan rendah, ketahanan aus yang sangat baik, ketahanan mulur yang tinggi, koefisien muai panas yang rendah, dan kinerja termal terbaik. Mereka memiliki stabilitas kimia yang baik (kecuali untuk asam fluorida) dan sifat insulasi yang sangat baik.

Mereka dapat digunakan dalam produk keramik presisi tinggi yang tahan aus, bersuhu tinggi, tahan korosi, dan berbentuk kompleks, seperti cawan lebur, bagian isolasi, bantalan suhu tinggi, bilah rotor turbin gas, dan juga dapat digunakan untuk membuat tabung pelindung termokopel, cincin penyegel untuk pompa petrokimia (segel dinamis), dan alat pemotong.

(3) Keramik Silikon Karbida

Keramik silikon karbida (komponen utama: SiC) dibuat dengan sintering reaksi dan sintering pengepresan panas. Keramik ini memiliki kekuatan suhu tinggi, konduktivitas termal yang baik, ketahanan terhadap radiasi dari elemen radioaktif, stabilitas termal yang baik, ketahanan mulur, dan ketahanan terhadap korosi. Mereka digunakan dalam bahan struktural bersuhu tinggi seperti nosel nosel roket, bantalan bersuhu tinggi, penukar panas, dan bahan kelongsong bahan bakar nuklir.

(4) Keramik Boron Nitrida

Struktur kristal keramik boron nitrida (komponen utama: BN) berbentuk heksagonal, mirip dengan grafit, dan disebut "grafit putih". Keramik ini memiliki karakteristik seperti ketahanan panas, konduktivitas termal, stabilitas termal, dan ketahanan goncangan termal yang baik, dan dapat digunakan pada batang kendali yang menyerap neutron termal dalam reaktor nuklir.

3. Cermet

Komposisi sermet adalah oksida logam atau karbida dengan jumlah serbuk logam yang sesuai (Al2O3, ZnO, TiC, WC, dll. + Co, Ni, Cr, Fe, Mo, dll.). Metode pembuatannya adalah metalurgi serbuk (proses: pembuatan serbuk → pengepresan dan pembentukan → sintering → pasca-pemrosesan, dll.).

Ini memiliki karakteristik seperti kekerasan tinggi, kekerasan termal tinggi, ketahanan aus yang tinggi, kekuatan tekan tinggi, kekuatan lentur rendah, modulus elastisitas tinggi, ketahanan korosi yang baik, koefisien muai panas yang lebih rendah dari baja, kerapuhan tinggi, dan konduktivitas termal yang baik. Cermet dapat dibagi menjadi tiga kategori: tungsten-kobalt, tungsten-kobalt-titanium, dan paduan keras universal.

• Komposisi jenis tungsten-kobalt adalah WC + Co, dengan kualitas tipikal YG3, YG6, YG8. Ini dapat digunakan untuk membuat perkakas untuk memotong bahan yang rapuh, seperti besi tuang, beberapa logam non-besi, dan bakelite.
• Komposisi jenis tungsten-kobalt-titanium adalah WC + Ti + Co, dengan nilai tipikal YT5, YT15, YT30. Ini dapat digunakan untuk membuat perkakas untuk memotong bahan yang keras, seperti baja.
• Komposisi paduan keras universal adalah WC + TiC + TaC + Co, dengan nilai tipikal YW1, YW2. Dapat digunakan untuk membuat perkakas yang dapat memotong material yang rapuh dan tangguh, dengan hasil pemrosesan yang baik.

III. Bahan Polimer

Polimer, juga dikenal sebagai makromolekul, adalah molekul besar yang dibentuk oleh ribuan hingga jutaan atom yang dihubungkan bersama oleh ikatan kovalen. Oleh karena itu, mereka juga disebut makromolekul atau polimer. Karakteristik polimer adalah berat molekul yang besar, hingga 10^4 hingga 10^6, dan polidispersitas berat molekul. Massa molekul relatif mereka umumnya dalam puluhan ribu hingga jutaan.

Bahan polimer dapat dibagi menjadi bahan polimer organik alami (kayu, karet alam, aspal, dll.) dan bahan polimer organik sintetis (plastik, karet, serat kimia) menurut sumbernya. Mereka juga dapat dibagi menjadi polimer termoplastik dan polimer termoseting sesuai dengan sifat-sifatnya ketika dipanaskan.

Keunggulan bahan polimer adalah densitas rendah, elastisitas tinggi, ketahanan aus, insulasi, ketahanan korosi, ringan, kekuatan spesifik tinggi (bahan ringan dan berkekuatan tinggi), konduktivitas termal rendah (insulasi termal yang baik), kemampuan proses yang baik, dan bahan mentah yang berlimpah. Kerugiannya adalah sifat mekanik yang buruk, terutama kekuatan rendah, tidak tahan terhadap suhu tinggi (≤300 ° C), mudah terbakar, dan pelepasan gas beracun selama pembakaran, dan menua seiring waktu.

Bahan polimer dapat dibagi menjadi tiga kategori: plastik, karet, dan serat.

1. Plastik

Plastik adalah bahan polimer dengan plastisitas yang digunakan dalam keadaan seperti kaca. Plastik sebagian besar terdiri dari resin, dengan berbagai bahan tambahan yang ditambahkan, dan dapat diproses serta dibentuk pada suhu dan tekanan tertentu. Plastik dapat dibagi menjadi plastik termoplastik dan plastik termoseting.

(1) Termoplastik

Termoplastik adalah plastik yang dapat berulang kali dilunakkan dengan pemanasan dan dikeraskan dengan pendinginan dalam kisaran suhu tertentu.

Termoplastik yang umum termasuk polietilena (PE), polipropilena (PP), polistirena, polimetil metakrilat (PMMA), dan polivinil klorida (PVC). Di antara mereka, polietilena memiliki volume produksi terbesar dan struktur yang paling sederhana; polipropilena adalah plastik yang paling ringan; polivinil klorida adalah plastik yang paling serbaguna dan tidak mahal; polimetil metakrilat adalah plastik yang paling transparan dan dikenal sebagai kaca yang tidak bisa pecah.

(2) Plastik Termoseting

Plastik termoset adalah plastik yang menjadi tetap bentuknya secara permanen setelah dipanaskan (atau tanpa pemanasan) dan tidak dapat dilebur kembali dan dibentuk ulang setelah dibentuk. Plastik ini memiliki ketahanan panas dan ketahanan mulur yang baik.

Plastik termoseting yang umum termasuk resin fenolik, resin epoksi, dan resin poliester. Resin fenolik dapat digunakan sebagai bahan isolasi listrik; resin epoksi dapat digunakan sebagai bahan komposit dan perekat; resin poliester dapat digunakan untuk membuat fiberglass.

Plastik juga dapat dibagi menjadi plastik serba guna, plastik rekayasa, dan plastik khusus berdasarkan penggunaannya.

(1) Plastik untuk Keperluan Umum

Plastik serba guna adalah plastik dengan volume produksi yang besar, aplikasi yang luas, dan harga yang murah. Plastik ini terutama mencakup polietilena, polivinil klorida, polistirena, polipropilena, plastik fenolik, plastik fenolik dan urea-formaldehida, dll. Mereka menyumbang lebih dari 75% dari total produksi plastik dan banyak digunakan dalam kebutuhan sehari-hari, pengemasan, pertanian, dan bidang lainnya.

(2) Plastik Rekayasa

Plastik rekayasa adalah plastik yang dapat menahan gaya eksternal tertentu, memiliki kekuatan dan kekakuan yang tinggi, dan memiliki stabilitas dimensi yang baik. Plastik ini dapat menggantikan logam untuk membuat komponen mekanis dan komponen teknik. Plastik rekayasa yang umum termasuk poliamida (PA), polikarbonat (PC), polioksimetilena (POM), polytetrafluoroetilena (PTFE), ABS, polimetil metakrilat, dan resin epoksi.

Di antara mereka, poliamida adalah plastik rekayasa yang paling banyak diproduksi dan paling awal dikembangkan; polikarbonat tidak beracun, tidak berasa, transparan, dan memiliki ketahanan benturan terbaik; polioksimetilena memiliki sifat melumasi sendiri dan stabilitas dimensi yang tinggi; polytetrafluoroetilena memiliki koefisien gesekan terendah dan dikenal sebagai rajanya plastik.

(3) Plastik Khusus

Plastik khusus memiliki sifat khusus seperti tahan panas dan melumasi sendiri dan dapat digunakan untuk kebutuhan khusus, seperti plastik konduktif, plastik magnetik, dan plastik fotosensitif. Plastik khusus yang umum termasuk fluoroplastik, plastik silikon, dan polimida.

2. Karet

Karet adalah bahan polimer dengan elastisitas tinggi dengan deformasi yang dapat dibalik. Karet bersifat elastis pada suhu kamar dan dapat mengalami deformasi yang signifikan di bawah gaya eksternal yang sangat kecil, kembali ke kondisi semula setelah gaya eksternal dihilangkan.

Karet adalah polimer yang sepenuhnya amorf dengan suhu transisi gelas yang rendah dan sering kali memiliki berat molekul yang sangat tinggi, melebihi ratusan ribu. Karet diklasifikasikan menjadi karet alam dan karet sintetis berdasarkan bahan bakunya; dan menjadi karet mentah balok, lateks, karet cair, dan karet bubuk berdasarkan bentuknya.

(1) Karet Alam

Karet alam memiliki elastisitas yang baik, kekuatan yang tinggi, ketahanan lentur yang baik, dan sifat insulasi yang baik. Sifat-sifat ini tidak dapat ditandingi oleh karet sintetis. Oleh karena itu, karet alam tetap menjadi jenis karet yang paling penting. Karet alam juga memiliki kemampuan proses, kelengketan, dan pencampuran yang baik.

(2) Karet Sintetis

Ada banyak jenis karet sintetis, yang dapat diklasifikasikan ke dalam karet sintetis serba guna, karet sintetis serba guna, dan karet sintetis lainnya (seperti elastomer termoplastik, karet bubuk, karet cair, dan lain-lain) berdasarkan sifat dan kegunaannya. Karet sintetis serba guna biasanya digunakan untuk menggantikan karet alam dalam pembuatan ban dan produk karet umum lainnya, seperti stirena-butadiena, butadiena, kloroprena, butil, poliisoprena, etilena-propilena, dan karet nitril.

Karet sintetis tujuan khusus memiliki sifat khusus seperti ketahanan terhadap dingin, panas, dan minyak, dan digunakan untuk membuat produk karet untuk kondisi tertentu, seperti polietilena klorosulfonat, polietilena terklorinasi, karet silikon, fluororubber, akrilat, epiklorohidrin, dan karet polisulfida.

3. Serat

Serat adalah bahan polimer yang ramping dengan rasio panjang terhadap diameter yang tinggi dan fleksibilitas tertentu. Serat diklasifikasikan menjadi serat sintetis organik, serat anorganik, dan serat alami. Serat anorganik meliputi serat logam, serat karbon, serat berbasis silikon, dan serat mineral. Serat alami termasuk serat tanaman (seperti rami dan kapas) dan serat hewan (seperti wol dan bulu unta).

Serat sintetis utama adalah poliester, poliamida, dan poliakrilonitril. Serat poliamida, juga dikenal sebagai nilon, pada awalnya merupakan merek dagang DuPont. Serat ini dicirikan oleh kekuatan, elastisitas tinggi, dan ringan, dengan sekitar setengahnya digunakan untuk pakaian dan setengahnya lagi untuk produksi industri.

Serat poliester, juga dikenal sebagai dakron, adalah serat sintetis yang paling banyak diproduksi, dengan sekitar 90% digunakan untuk pakaian dan hanya sekitar 6% untuk produksi industri. Serat poliakrilonitril meliputi homopolimer dan kopolimer akrilonitril, dengan sekitar 70% digunakan untuk pakaian dan hanya sekitar 5% untuk produksi industri.

IV. Material Komposit

Material komposit adalah material yang terdiri dari dua atau lebih komponen fase padat dalam bentuk mikroskopis atau makroskopis, yang memiliki sifat baru yang berbeda dari zat penyusunnya.

Material ini memiliki kekuatan tarik spesifik dan modulus tarik spesifik yang tinggi (lihat Gambar 3); sifat-sifatnya dapat didesain, dan mudah dibentuk menjadi komponen struktural; memiliki karakteristik anisotropik dan tidak seragam. Material komposit diklasifikasikan menjadi material komposit struktural dan material komposit fungsional berdasarkan penggunaannya.

1. Material Komposit Struktural

Material komposit struktural terutama digunakan sebagai struktur penahan beban, terdiri dari komponen penguat (seperti kaca, keramik, karbon, polimer, logam, serat alami, kain, kumis, lembaran, dan partikel) yang dapat menahan beban, dan komponen matriks (seperti resin, logam, keramik, kaca, karbon, dan semen) yang menghubungkan komponen penguat ke dalam bahan integral dan juga mentransmisikan gaya.

Material komposit struktural biasanya diklasifikasikan berdasarkan matriksnya menjadi komposit matriks polimer, komposit matriks logam, komposit matriks keramik, komposit matriks karbon, dan komposit matriks semen.

2. Material Komposit Fungsional

Material komposit fungsional mengacu pada material komposit yang memberikan sifat fisik, kimia, biologi, dan sifat lainnya selain sifat mekanik, termasuk piezoelektrik, konduktif, siluman radar, magnetik permanen, fotokromik, penyerap suara, tahan api, dan material yang dapat diserap secara biologis, antara lain, dengan prospek pengembangan yang luas.

Di masa depan, proporsi material komposit fungsional akan melebihi material komposit struktural, dan menjadi arus utama pengembangan material komposit. Banyak material komposit fungsional yang telah dikembangkan dan beberapa telah diaplikasikan, seperti material piezoelektrik komposit, material konduktif dan superkonduktif, material magnetik, material redaman, material gesekan dan keausan, material penyerap suara, material siluman dan penyerap gelombang, dan berbagai material transduser sensitif.

Bidang aplikasi utama material komposit meliputi kedirgantaraan, industri energi, industri otomotif, industri kimia, manufaktur tekstil dan mesin, peralatan medis, peralatan olahraga, dan bahan konstruksi.

Di bidang kedirgantaraan, karena stabilitas termal yang baik, kekuatan spesifik yang tinggi, dan kekakuan spesifik yang tinggi dari material komposit, material ini dapat digunakan untuk membuat sayap dan badan pesawat terbang, antena satelit dan struktur pendukungnya, sayap dan cangkang sel surya, cangkang kendaraan peluncur yang besar, cangkang mesin, dan komponen struktural pesawat ulang-alik.

Saat ini, material komposit hanya menyumbang 50% dari total berat pesawat komersial (lihat Gambar 4), sementara beberapa helikopter telah mencapai 90%. Belanda berencana untuk mengembangkan jenis pesawat ramah lingkungan yang ramah lingkungan, yang bentuknya menyerupai piring terbang. Material komposit yang digunakan (seperti plastik yang diperkuat serat) akan memiliki kekuatan yang sebanding dengan logam namun jauh lebih ringan, sehingga menghemat bahan bakar (lihat Gambar 5).

Dalam industri otomotif, karena sifat peredam getaran khusus dari material komposit, material ini dapat mengurangi getaran dan kebisingan, memiliki ketahanan lelah yang baik, mudah diperbaiki setelah kerusakan, dan nyaman untuk pencetakan integral. Oleh karena itu, mereka dapat digunakan untuk membuat bodi mobil, komponen penahan beban, poros penggerak, rangka mesin, dan komponen internal.

Di bidang manufaktur kimia, tekstil, dan mesin, bahan dengan ketahanan korosi yang baik, seperti komposit matriks resin yang diperkuat serat karbon, dapat digunakan untuk membuat peralatan kimia, mesin tekstil, mesin kertas, mesin fotokopi, peralatan mesin berkecepatan tinggi, dan instrumen presisi.

Di bidang medis, karena sifat mekanik yang sangat baik dan tidak menyerap sinar-X dari komposit serat karbon, komposit ini dapat digunakan untuk membuat mesin sinar-X medis dan kawat gigi ortopedi. Komposit serat karbon juga memiliki biokompatibilitas dan kompatibilitas darah, serta stabilitas yang baik di lingkungan biologis, sehingga cocok untuk digunakan sebagai bahan biomedis.

Selain itu, material komposit digunakan untuk memproduksi peralatan olahraga dan sebagai bahan konstruksi. Contoh material komposit canggih dalam aplikasi teknologi energi ditunjukkan pada Tabel 1.

Tabel 1 Contoh penerapan material komposit canggih dalam teknologi energi