Karakteristik Pembakaran Komposit Serat Karbon

Komposit adalah suatu jenis bahan baru hasil rekayasa yang terdiri dari dua atau lebih bahan dimana sifat masing-masing bahan berbeda satu sama lainnya baik itu sifat kimia maupun fisiknya, serta tetap terpisah dan berbeda dalam level makroskopik selagi membentuk komponen tunggal (William, J.C. et al. 2003). Sedangkan komposit serat karbon adalah salah satu jenis material plastik yang diperkuat oleh serat karbon sehingga memiliki sifat yang kuat dan ringan. Dalam penelitian kali ini plastiknya berupa resin.

Komposit Serat Karbon

Material komposit akan mempertahankan kehomogenannya saat mengembang karena pemanasan. Serat komposit akan membuat suatu isolasi dengan struktur seperti arang yang menyebabkan penurunan pemanasan internal, akibatnya laju pembakaran semakin menurun. Ketika laju pembakaran turun drastis, proses pembakaran berhenti secara alami karena tidak adanya jumlah panas yang cukup. Oleh karena itu, fluks kalor eksternal diperlukan untuk mempertahankan proses pembakaran.

Sifat fisik komposit akan berubah selama pemanasan yang diikuti oleh penguapan resin, karena komposit mengembang sebagai reaksi dari keberadaan tekanan internal. Pertama, bulk density material berkurang, maka pori-pori akan terbentuk, dan akhirnya konduktivitas termal dari matriks serat karbon menurun. Terjadinya proses pembakaran akan mempengaruhi performa dari material serat karbon, dimana material serat karbon akan mengalami pengurangan/degradasi kekuatan setelah mengalami pemanasan/pembakaran. Proses vaporisasi dari resin secara terus-menerus akan menyebabkan munculnya api dalam proses pembakaran, sementara itu sisa arang dan karbon dapat terbakar juga karena oksidasi permukaan (smoldering) an bahkan menghasilkan suatu api karbon monoksida di dekat permukaan yang teroksidasi. Biasanya pembakaran pada permukaan material komposit memerlukan temperatur tinggi untuk mempertahankan nyala api pembakaran, dimana temperaturnya melebihi 500°C.

Secara umum, komposit serat karbon mengalami dekomposisi pada suatu kondisi pemanasan dengan temperature yang relatif tinggi dan menghasilkan produk-produk mampu bakar. Produk-produk tersebut lah yang akan memulai munculnya nyala api pembakaran dan dapat berkembang dengan mudah. Proses ini dapat dilihat pada di bawah ini. Ada empat tahap utama yang terlibat dalam pirolisis dan pembakaran komposit. Proses pembakaran bahan komposit biasanya dimulai dengan pemanasan pada temperatur dimana mulai terjadi degradasi termal. Tahap pertama ini disebut sebagai tahapan penyalaan. Pada tahap kedua, atau tahap pirolisis, komposit yang terdegradasi melepaskan molekul-molekul kecil yang mudah terbakar.

                     

                        Skema umum proses pembakaran komposit serat karbon

Gambar diatas menunjukkan bahwa proses pembakaran dimulai ketika pemanasan dari komposit menghasilkan zat-zat mudah menguap (volatile matters). Jika zat-zat yang dihasilkan tersebut memiliki konsentrasi yang cukup, sesuai dengan kondisi batas nyala, dan berada dibawaj temperatur penyalaan, maka proses dimulainya pembakaran sedang terjadi. Pada tahap ketiga, disebut sebagai periode pembakaran, molekul-molekul kecil/mudah menguap (volatile matters).  yang dihasilkan pada langkah sebelumnya bergabung dengan oksigen dan terbakar, menghasilkan asap dan panas. Pada tahap ke empat, panas yang dihasilkan pada tahap ketiga sebagian kembali ke komposit (feedback step) dan siklus terus terjadi hingga seluruh komposit terbakar. Selama panas yang diterima oleh material komposit cukup untuk mempertahankan terjadinya dekomposisi termal pada laju pemanasan yang dapat mendukung nyala api pembakaran, maka proses pembakaran akan terus berlangsung. Proses pembakaran baru akan berakhir apabila bahan bakar (material komposit) sudah habis atau panas yang tersedia semakin berkurang. Panas yang tidak terpakali lagi dalam proses pembakaran kemudian akan terdispersi ke lingkungan.