Kevlar Composite

Kevlar
Serat Kevlar adalah merek dagang yang inovatif dari DuPont. Aramid (Kevlar) adalah suatu Material yang ditemukan tahun 1964, oleh Stephanie Kwolek, seorang ahli kimia berkebangsaan Amerika, yang bekerja sebagai peneliti pada perusahaan DuPont.

Gambar: Stephanie Kwolek

Aramid adalah kependekan dari kata aromatic polyamide. Aramid memiliki struktur yang kuat, alot (tough), memiliki sifat peredam yang bagus (vibration damping) , tahan terhadap asam (acid) dan basa (leach) dan selain itu dapat menahan panas hingga 370°C, sehingga tidak mudah terbakar.

Karena sifatnya yang demikian, aramid juga digunakan di bidang pesawat terbang, tank, dan antariksa (roket).Produk yang dipasarkan dikenal dengan nama Kevlar. Kevlar memiliki berat yang ringan, tapi 5 kali lebih kuat dibandingkan besi.

Dengan teknologi tinggi yang menggabungkan antara kekuatan dengan berat yang cukup ringan untuk membantu meningkatkan kinerja dari berbagai produk konsumen, industri maupun Militer.

Ringan dan fleksibel adalah sifat kevlar, Kevlar telah berkembang lebih dari empat dekade dari inovasinya.

Susunan/Struktur Kimia dari Kevlar

Soft body armor umumnya sekarang terbuat dari serat aramid (aramid fibres)

Gambar: ikatan molekul aramid
Gambar: Anyaman serat ini umumnya dikenal dipasaran dengan nama Kevlar

Satu lapisan Kevlar tebalnya kurang dari 1 mm , umumnya standar baju terdiri hingga 32 lapisan dan beratnya bisa mencapai 10 kg

Komposit

Komposit merupakan perpaduan dari dua material atau lebih yang memiliki fasa yang berbeda menjadi suatu material baru yang memiliki propertis lebih baik dari keduanya. Jika perpaduan ini terjadi dalam skala makroskopis maka disebut sebagai komposit

Kevlar Komposit

Salah satu yang paling dikenal menggunakan Kevlar adalah pakaian tahan peluru dalam tubuh. Kevlar Pertama kali diperkenalkan pada tahun 1970-an dan kini digunakan di berbagai macam produk. Serat Kevlar itu sendiri yang memiliki gaya tarik tinggi, sehingga sangat diperlukan sekali untuk material komposit.

Macam-macam dari nilai Kevlar Komposit

Kevlar kini digunakan di berbagai macam produk Serat itu sendiri yang memiliki gaya tarik tinggi, sehingga sangat diperlukan sekali untuk material komposit

Ada tiga macam Kevlar yang digunakan dalam bahan komposit. Kevlar 29 memiliki kekuatan untuk serupa serat kaca dengan berat yang lebih rendah, Kevlar 49 dan Kevlar 149 dapat digunakan untuk mengurangi berat bahkan lebih. Mengapa Kevlar tidak digunakan di seluruh bahan komposit? Karna penggunaan serat Kevlar dalam komposit adalah bahan yang lebih mahal dibandingkan dengan serat lainnya seperti kaca.

Perbedaan antara 3 Macam nilai Kevlar

Penggunaan komposit Kevlar pasti sangat memperhitungkan dari segi karakter Bahan Kevlar yang ringan, tidak berat dan kuat. Tapi perlu memperhitungkan dalam segi biaya dan harga dalam penggunaan bahan Kevlar dikarenakan untuk penggunaan komposit Kevlar lebih mahal dibandingkan penggunaan bahan komposit lainnya.

Berdasarkan matrik yang digunakkan Kevlar termasuk dari bagian Polymer Matrix Composite

Polymer Matrix Composite (PMC):

Jenis fiber yang biasa digunakan
• Glass fiber – fiber glass
• Carbon fiber – graphitic dan amorphous C
• Aramid fiber – kevlar, highly linear polimer chain

Jenis matriks yang biasa digunakan
• Polyester dan vinyl esters – fiberglass
• Epoxies – aerospace application, stronger, resistance to moisture
• Polimides – high temperature
• High temperature thermoplastic – PEEK<>

Keuntungan dari PMC
• Ringan
• Specific stiffness tinggi
• Specific strength tinggi
• Anisotropy

Aplikasi dari PMC
• Bathroom furniture
• Aerospace
• Construction material, etc

Keunggulan dan Kelemahan

Keunggulan Kevlar:

1. Kekuatan yang sangat luar biasa (cukup tinggi) tapi ringan, Bahkan Kevlar 5x lebih kuat dari baja (pada bobot ringan yang sama dan dimensi yang sama).
2. Bahan Kevlar yang mempunyai gaya tarik tinggi
3. Struktur dasarnya stabil
4. Konduksi listriknya sangat rendah.
5. Ketahanan pada bahan kimia yang cukup tinggi.
6. Tahan panas dan tahan bakar serta rendah dalam menghantar panas.

Kelemahan Kevlar:

1. Harga Bahan serat Kevlar yang cukup mahal

Salah Satu contoh Prinsip Kerja Baju Anti Peluru dari serat Kevlar

Prinsip kerjanya adalah dengan mengurangi sebanyak mungkin lontaran energi kinetik peluru, dengan cara menggunakan lapisan-lapisan kevlar untuk menyerap energi laju tersebut dan memecahnya kepenampang baju yang luas, sehingga energi tersebut tidak cukup lagi untuk membuat peluru dapat menembus baju.

Dalam menyerap laju energi peluru, baju (kevlar) mengalami deformasi yang menekan ke arah dalam (shock wave), tekanan kedalam ini akan diteruskan sehingga mengenai tubuh pengguna.
Batas maksimal penekanan kedalam tidak boleh lebih dari 4,4 cm (44 mm).
Jika batasan tersebut dilewati, maka pengguna baju akan mengalami luka dalam (internal organs injuries), yang tentunya akan membahayakan keselamatan jiwa.

Gambar: Serapan laju energi peluru yang menyebabkan lapisan kevlar mengalami deformasi.

Analoginya seperti laju bola yang dapat ditahan oleh jaring gawang. Jaring gawang terdiri dari rangkaian tali yang saling terhubung satu sama lain. Apabila bola tertangkap oleh jaring gawang, maka energi laju (kinetik) bola tersebut akan diserap oleh jaring gawang, yang menyebabkan tali disekitarnya bertambah panjang (extend) dan kemudian tekanan (tarikan) tali akan dialirkan ke tiang gawang.

Gambar: Deformasi kevlar yang menekan tubuh pengguna baju.

Gambar diatas menunjukan bahwa anggapan pemakai baju anti peluru dapat terhindar sepenuhnya dari cidera yang dihasilkan oleh tembakan adalah salah !

Perlu ditekankan sekali lagi, bahwa fungsi utama baju anti peluru hanyalah untuk menahan peluru!! Sehingga peluru tidak sampai masuk kedalam tubuh pemakai baju, yang dapat menyebabkan kematian.

Tidak jarang akibat "tekanan" yang ditimbulkan peluru tadi, pemakai baju akan menderita luka memar (blunt force trauma) hingga patah tulang.

Gambar: blunt force trauma.

Tentunya cidera juga tergantung dari jenis baju yang digunakan. Ini menunjukkan bahwa istilah baju/ rompi anti peluru (bullet proof vest) tidaklah tepat, istilah yang benar adalah baju/ rompi balistik (ballistic vest) !

Level Baju Balistik

Standar baju balistik yang paling banyak digunakan adalah standar NIJ (National Institute of Justice)Amerika. Berdasarkan standar ini, baju balistik dibagi menjadi beberapa tingkatan (level), yaitu level I, II-A, II, III-A, III, dan IV. Level I adalah tingkatan yang terendah, baju hanya dapat menahan peluru yang berkaliber (berdiameter) kecil. Lengkapnya lihat gambar dibawah

Gambar: tingakatan kemampuan baju balistik

Gambar: tingkatan kemampuan perlindungan terhadap terjangan peluru

Gambar: Level II Vest (5-YEARS-OLD) Shot from 18" (46 cm)

Mulai level III baju akan dilengkapi dengan lempengan besi, sehingga mampu untuk menahan shotgun!!

Dengan menggunakan material yang sekarang, makin tinggi tingkat keamanan yang diberikan (makin tinggi level), maka akan semakin tebal dan berat baju yang harus dikenakan. Ini tentunya merupakan kekurangan dari material tersebut.
Atas dasar ini, pihak ilmuwan dan militer masih mengembangkan material baru yang lebih ringan dan juga lebih kuat.

Material Lain

Selain kevlar, material lain yang tengah dikembangkan adalah: Vestran
Vectran adalah polymer kristal cair (liquid crystal polymer). Seratnya memiliki kekuatan hingga dua kali lipat dibandingkan dengan kevlar.

Gambar: vectran

Aplikasi dan Penggunaan Kevlar


Di atas adalah Bahan Kevlar yang 20 kali lebih kuat dari baja. Kevlar kabel ini adalah fasilitas yang mendukung sebuah sonar bahwa US Navy digunakan untuk mengetahui bagaimana membuat gaduh submarines.


Pakaian Tahan peluru yang terbuat dari Bahan Kevlar, umumnya digunakkan untuk instansi militer.


Helm, pelindung kepala terbuat dari bahan Kevlar, digunakkan untuk instansi militer. Pada dunia otomotif dan balap bahan kevlar juga digunakkan untuk pelindung kepala (Helm).


Windsurfing Layar yang dapat menahan kekuatan 60 mph angin dan tidak mudah rusak dibuat dari Kevlar. Meskipun Kevlar dikembangkan pada akhir tahun 1960-an, Berikut ini Kevlar memberikan beberapa kekuatan pada layar.