Serat Karbon vs Aluminium

Serat karbon menggantikan aluminium dalam berbagai aplikasi yang semakin beragam dan telah terjadi selama beberapa dekade terakhir. Serat-serat ini dikenal karena kekuatan dan kekakuannya yang luar biasa dan juga sangat ringan. Untaian serat karbon dikombinasikan dengan berbagai resin untuk membuat material komposit. Material komposit ini memanfaatkan sifat serat dan resin. Artikel ini memberikan perbandingan sifat serat karbon versus aluminium, beserta beberapa kelebihan dan kekurangan masing-masing bahan.

Serat Karbon vs Aluminium Diukur

Di bawah ini adalah definisi sifat berbeda yang digunakan untuk membandingkan kedua bahan:

Modulus elastisitas = “kekakuan” suatu bahan. Rasio tegangan terhadap regangan suatu bahan. Kemiringan kurva tegangan vs regangan suatu bahan pada daerah elastisnya.

Kekuatan tarik ultimat = tegangan maksimum yang dapat ditahan suatu bahan sebelum patah.

Massa jenis = massa bahan per satuan volume.

Kekakuan spesifik = Modulus elastisitas dibagi massa jenis bahan. Digunakan untuk membandingkan bahan dengan kepadatan yang berbeda.

Kekuatan tarik spesifik = Kekuatan tarik dibagi dengan kepadatan material.

Dengan mengingat informasi ini, tabel berikut membandingkan serat karbon dan aluminium.

Catatan: Banyak faktor yang dapat mempengaruhi angka-angka ini. Ini adalah generalisasi; bukan pengukuran mutlak. Misalnya, berbagai bahan serat karbon tersedia dengan kekakuan atau kekuatan yang lebih tinggi, seringkali dengan mengorbankan pengurangan sifat lainnya.

Bagan ini menunjukkan bahwa serat karbon memiliki kekuatan tarik spesifik sekitar 3,8 kali lipat dari aluminium dan kekakuan spesifik 1,71 kali lipat dari aluminium.

Membandingkan sifat termal serat karbon dan aluminium

Dua sifat lagi yang menunjukkan perbedaan antara serat karbon dan aluminium adalah ekspansi termal dan konduktivitas termal.

Ekspansi termal menggambarkan bagaimana dimensi material berubah ketika suhu berubah.

Aluminium memiliki sekitar enam kali ekspansi termal serat karbon.

Pro dan Kontra

Saat merancang material dan sistem tingkat lanjut, para insinyur harus menentukan sifat material mana yang paling penting untuk aplikasi spesifik. Ketika kekuatan terhadap berat yang tinggi atau kekakuan terhadap berat yang tinggi merupakan hal yang penting, serat karbon adalah pilihan yang tepat. Dalam hal desain struktural, ketika penambahan bobot dapat memperpendek siklus hidup atau menyebabkan kinerja buruk, desainer harus melihat serat karbon sebagai bahan bangunan yang lebih baik. Ketika ketangguhan sangat penting, serat karbon mudah dipadukan dengan bahan lain untuk mendapatkan karakteristik yang diperlukan.

Sifat ekspansi termal serat karbon yang rendah merupakan keuntungan signifikan saat membuat produk yang memerlukan tingkat presisi tinggi, dan stabilitas dimensi dalam kondisi suhu berfluktuasi: perangkat optik, pemindai 3D, teleskop, dll.

Ada juga beberapa kelemahan menggunakan serat karbon. Serat karbon tidak menghasilkan. Di bawah beban, serat karbon akan menekuk tetapi tidak secara permanen menyesuaikan diri dengan bentuk baru (elastis). Setelah kekuatan tarik utama bahan serat karbon terlampaui, serat karbon akan rusak secara tiba-tiba. Insinyur harus memahami perilaku ini dan memasukkan faktor keselamatan saat merancang produk. Suku cadang serat karbon juga jauh lebih mahal daripada aluminium karena tingginya biaya produksi serat karbon dan keterampilan serta pengalaman hebat yang terlibat dalam pembuatan suku cadang komposit berkualitas tinggi.