Mana yang Lebih Tahan Api? Serat Karbon VS. Aramid
Perkenalan
Dalam bidang teknik material, ada dua material yang telah banyak diteliti kekuatan dan karakteristik kinerjanya; serat karbon dan aramid. Kedua bahan ini digunakan secara luas di berbagai bidang, yang membedakannya berdasarkan kekuatan, daya tahan, dan ketahanannya terhadap keausan umum. Belakangan ini, terdapat minat yang besar untuk memahami kinerja tahan api dari bahan-bahan ini dan bagaimana kinerjanya ketika diuji secara ketat. Meskipun kedua bahan tersebut terbukti sangat tahan terhadap api, artikel ini berupaya untuk mengkaji secara komprehensif perbedaan antara keduanya mengenai sifat tahan api dan kinerja serat karbon dan aramid dalam situasi yang berbeda.
Fiber Karbon
Serat karbon, juga dikenal sebagai serat grafit, adalah bahan populer yang digunakan secara luas dalam industri dirgantara, peralatan olahraga, otomotif, dan aplikasi medis, serta berbagai bidang lainnya karena daya tahan dan kekuatannya yang luar biasa (Wang, Gao, & Cheng, 2016) . Serat karbon dibuat dengan mempolimerisasi akrilonitril pada tanaman yang kemudian dipintal secara elektro dan dipelintir menjadi mikrofilamen, yang kemudian mengalami karbonisasi. Proses ini melibatkan pemaparan filamen pada suhu ekstrem hingga 2.400 derajat, yang menghasilkan produksi atom karbon murni yang tersusun dalam struktur kisi kristal. Hasilnya adalah material yang memiliki kekuatan tarik tinggi, ekspansi termal rendah, dan ketahanan tinggi terhadap korosi kimia (Wang, Gao, & Cheng, 2016).
Terlepas dari sifat mekaniknya yang luar biasa, serat karbon dikenal karena kemampuannya dalam menahan suhu tinggi. Ini dianggap stabil hingga 400 derajat di udara dan dapat bertahan hingga 1,000 derajat dalam ruang hampa tanpa menunjukkan tanda-tanda kerusakan (Abdallah et al., 2018). Namun, jika terkena api langsung, serat karbon akan terurai, biasanya mengakibatkan peleburan atau pengapian. Hal ini karena pada suhu di atas 400 derajat, atom karbon dalam serat karbon bereaksi dengan oksigen atmosfer untuk menghasilkan karbon monoksida dan dioksida, yang menyebabkan pembakaran material.
Aramid
Serat aramid atau aramid adalah serat sintetis berperforma tinggi yang digunakan secara luas dalam berbagai aplikasi yang memerlukan kekuatan, daya tahan, dan ketahanan tinggi terhadap elemen eksternal. Jenis aramid yang paling umum adalah poli-p-fenilena tereftalamida, lebih dikenal sebagai Kevlar, diperkenalkan pada tahun 1971 oleh DuPont. serat aramid diproduksi dengan mempolimerisasi molekul menggunakan reaksi dua langkah yang meliputi pembuatan polimer kristal cair melalui pelarutan dan kemudian pemintalan menjadi bentuk serat. Serat jadi dibedakan berdasarkan kekuatan tariknya yang tinggi, perpanjangan putus yang rendah, dan ketahanan terhadap abrasi dan benturan (Zhou dkk., 2018). Serat ini dikenal karena stabilitas termalnya yang luar biasa dan dapat menahan suhu hingga 300 derajat tanpa kerusakan.
Tidak seperti serat karbon, serat aramid juga tahan api, suatu karakteristik yang menempatkannya di depan bahan lain dalam hal ketahanan terhadap api. Ketika serat aramid bersentuhan dengan sumber panas, serat tersebut mengalami proses yang disebut degradasi endotermik, yang menyebabkan serat terurai tanpa melepaskan gas yang mudah terbakar (Zhou et al., 2018). Karena tidak adanya gas yang mudah terbakar, laju perpindahan panas ke substrat ketika serat aramid mengalami kebakaran menjadi rendah, sehingga mengurangi intensitas dan mengurangi kerusakan.
Perbandingan: Serat Karbon dan Aramid dalam Ketahanan Api
Meskipun serat karbon dan serat aramid sama-sama dikenal karena kekuatan, daya tahan, dan ketahanannya terhadap elemen eksternal, keduanya berbeda dalam hal ketahanan terhadap api. Serat karbon rentan meleleh atau terbakar ketika terkena api, sedangkan serat aramid tahan terhadap panas dan nyala api, menjadikannya bahan yang ideal untuk aplikasi yang melibatkan paparan panas tinggi (Jeong, Lee, & Kim, 2018). Selain itu, serat aramid menunjukkan sifat mekanik yang luar biasa bahkan di lingkungan dengan suhu paling panas sekalipun, menjadikannya bahan pilihan dalam pembuatan alat pelindung di industri militer, industri, dan pemadam kebakaran.
Dalam menilai kinerja material yang tahan api, penelitian menunjukkan bahwa serat aramid bekerja lebih baik daripada serat karbon dalam situasi yang memerlukan perlindungan dari api. Dalam penelitian yang dilakukan oleh Li dan rekan kerja (2019), para peneliti memaparkan serat karbon dan aramid pada berbagai tingkat panas untuk menentukan efek paparan panas pada bahan. Studi tersebut menemukan bahwa meskipun serat aramid tidak mengalami perubahan signifikan saat terkena suhu hingga 600 derajat, serat karbon menyebabkan permukaannya meleleh, retak, dan mengembang secara signifikan. Demikian pula, dalam penelitian lain, Jeong dan rekan kerja (2018) menyelidiki sifat tahan api dari dua material dengan komposit serat karbon versus serat aramid. Para peneliti menemukan bahwa komposit serat aramid memiliki ketahanan api yang lebih unggul dibandingkan komposit serat karbon.
Selain itu, serat aramid lebih inovatif dalam hal aplikasi desain dibandingkan serat karbon. Karena serat aramid secara inheren bersifat tahan api, bahan ini sangat dicari di industri tekstil untuk berbagai aplikasi, termasuk peralatan pemadam kebakaran, alat pelindung diri (APD) industri, pakaian luar ruangan, tenda, dan lain-lain. Serat karbon secara alami tidak tahan api, dan aplikasi apa pun yang memerlukan ketahanan api, seperti komponen mesin, memerlukan penambahan matriks untuk mencapai ketahanan api.
Kesimpulan
Secara keseluruhan, serat karbon dan serat aramid adalah material luar biasa yang terkenal karena kekuatan, daya tahan, dan karakteristik kinerjanya yang luar biasa. Meskipun serat karbon dipuji karena sifat mekaniknya yang luar biasa, sifat tahan apinya tidak setara dengan serat aramid. Serat aramid dikenal dengan stabilitas termal yang luar biasa, ketahanan terhadap api, dan sifat mekanik yang luar biasa sehingga ideal untuk digunakan di lingkungan dengan suhu panas yang ekstrem. Oleh karena itu, dalam aplikasi yang memerlukan kinerja tinggi di lingkungan dengan suhu tinggi, serat aramid adalah pilihan yang lebih disukai.
Referensi
