Material Komposit sebagai Material Masa Depan yang Unggul

Sepanjang kebudayaan manusia penggunaan serat alam sebagai salah satu material pendukung kehidupan, mulai dari serat ijuk sebagai bahan bangunan, serat nanas atau tanaman kayu sebagai bahan sandang dan serat alam yang dapat digunakan untuk membuat tambang. Seiring dengan perkembangan teknologi bahan, peran serat-serat alam mulai tergantikan oleh jenis bahan serat sintetik seperti serat gelas atau serat karbon. Seiring dengan inovasi yang dilakukan dalam bidang material, serat alam kembali diteliti oleh peneliti untuk dijadikan sebagai bahan penguat komposit. Elastis, kuat, melimpah, ramah lingkungan dan biaya produksi yang lebih rendah merupakan kelebihan yang dimiliki oleh serat alam. Selain itu juga terdapat kekurangan dari jenis serat ini terutama kekuatan yang tidak selalu merata. Jenis-jenis serat alam seperti sisal , flex, hemp, jute, rami dan kelapa mulai digunakan sebagai bahan penguat untuk komposit polimer.
Material komposit adalah suatu material yang terdiri dari dua atau lebih makrokonstituen di mana sifat kimia maupun sifat fisika masing-masing komponen pembentuknya berbeda satu sama lain dan secara makroskopis tetap terpisah dalam hasil akhir material tersebut. Komponen-komponen pembentuk komposit adalah makroskopis artinya bahwa material pembentuk dalam komposit masih terlihat seperti aslinya, suatu hal yang berbeda dengan penggabungan dalam alloy (paduan), yang mana material pembentuknya sudah tidak terlihat lagi. Tujuan dari penggabungan makrokonstituen tersebut tidak hanya untuk memperoleh sifat aditif dari material pembentuknya tetapi terutama untuk memperoleh sifat sinergisnya. Material komposit terdiri atas dua komponen, yaitu matriks dan serat. Serat berfungsi untuk memperkuat matriks karena umumnya serat jauh lebih kuat dari matriks. Matriks berfungsi untuk melindungi serat dari efek lingkungan dan kerusakan akibat benturan (impact). Serat terbuat dari karbon, aramid, boron, silicon carbide, alumina atau material lainnya. Matriks terbuat dari polimer (misalnya epoksi), keramik dan logam (misalnya aluminum dan titanium). Bahan matriks umumnya dapat berupa logam, polimer, keramik, karbon. Matriks dalam komposit berfungsi untuk mendistribusikan beban kedalam seluruh material penguat komposit. Sifat matriks biasanya “ulet” (ductile). Bahan penguat dalam komposit berperan untuk menahan beban yang diterima oleh material komposit. Sifat bahan penguat biasanya kaku dan tangguh. Bahan penguat yang umum digunakan selama ini adalah serat karbon, serat gelas, keramik. Serat alam sebagai jenis serat yang memiliki kelebihan-kelebihan mulai diaplikasikan sebagai bahan penguat dalam komposit polimer.
Serat kaca (glass fibre) adalah material yang umum digunakan sebagai serat. Namun, teknologi komposit saat ini telah banyak menggunakan karbon murni sebagai serat. Serat karbon memiliki kekuatan yang jauh lebih baik dibanding serat kaca tetapi biaya produksinya juga lebih mahal. Komposit dari serat karbon memiliki sifat ringan dan juga kuat. Komposit jenis ini banyak digunakan untuk struktur pesawat terbang, alat-alat olahraga, dan terus meningkat digunakan sebagai pengganti tulang yang rusak.
Selain serat kaca, polimer yang biasanya menjadi matriks juga dapat dipakai sebagai serat atau penguat. Contohnya, kevlar merupakan serat polimer yang sangat kuat dan dapat meningkatkan toughness dari material komposit. Kevlar dapat digunakan sebagai serat dari produk komposit untuk struktur ringan yang handal, misalnya bagian kritis dari struktur pesawat terbang. Sebenarnya, material komposit bukanlah pengguaan asli dari kevlar. Kevlar dikembangkan untuk pengganti baja pada ban radial dan untuk membuat rompi atau helm antipeluru.

Sedangkan untuk matriks, kebanyakan material komposit modern menggunakan plastik thermosetting, yang biasanya disebut resin. Plastik adalah polimer yang mengikat serat dan membantu menentukan sifat fisik dari material komposit yang dihasilkan. Plastik termosetting berwujud cair tetapi akan mengeras dan menjadi rigid ketika dipanaskan. Plastik ini memiliki tahanan terhadap serangan zat kimia yang baik meskipun berada pada lingkungan ekstrim. Untuk tujuan khusus, digunakan matriks dari keramik, karbon dan logam. Contohnya, keramik digunakan untuk material komposit yang didesain bekerja pada temperatur sangat tinggi dan karbon digunakan untuk produk yang menerima gaya gesek seperti bearing dan gir. Komposit dikategorikan menjadi beberapa jenis antara lain :

1. Komposit serat kontinu
2. Komposit serat anyam
3. Komposit serat acak
4. Komposit hibrid dan
5. Komposit serat-logam

Dua istilah penting dalam komposit adalah lamina dan laminate. Lamina merujuk pada satu lembar komposit dengan arah serat tertentu, sedangkan laminate adalah gabungan beberapa lamina. Di pasaran, komposit ada juga yang dijual dalam bentuk pre-preg (pre-impregnated). Laminate bisa dibuat dengan cara memasukkan prepreg ini ke dalam autoclave (oven bertekanan) dalam waktu, tekanan dan temperatur tertentu.
Manfaat utama dari penggunaan komposit adalam mendapatkan kombinasi sifat kekuatan serta kekakuan tinggi dan berat jenis yang ringan. Dengan memilih kombinasi material serat dan matriks yang tepat, kita dapat membuat suatu material komposit dengan sifat yang tepat sama dengan kebutuhan sifat untuk suatu struktur tertentu dan tujuan tertentu pula. Di samping itu, material komposit memiliki beberapa keunggulan lain seperti :

• Komposit memiliki kekuatan yang bisa diatur (tailorability),
• Memiliki kekuatan lelah (fatigue) yang baik,
• Memiliki kekuatan jenis (strength/weight) yang tinggi
  
• Tahan korosi.

Adapun kekurangan dari material komposit yaitu material tersebut masih cukup mahal untuk diproduksi, sehingga hanya komponen atau bagian tertentu saja yang dibuat dari komposit. Meskipun demikian, Pesawat Boeing memakai komposit sebanyak 50% total struktur pesawat Boeing 787.