Sistem Peringatan Dini untuk Kerusakan Material Komposit

Sebuah tim di National Institute of Standards and Technology (NIST) telah mengembangkan alat untuk memantau perubahan pada bahan komposit yang dikenal sebagai fiber reinforced polymers (FRPs). Serat ini dapat ditemukan dalam segala hal, mulai dari ruang angkasa, infrastruktur hingga turbin angin. Alat baru yang diintegrasikan ke dalam bahan-bahan ini, dapat membantu mengukur kerusakan yang terjadi seiring bertambahnya usia. "Ini memberi kami kemampuan untuk mengembangkan komposit yang lebih baik, lebih tahan "lelah"," kata ahli kimia NIST, Jeff Gilman.

"Kita bisa melihat kapan serat mulai pecah atau rusak dan kita sekarang memiliki cara untuk menghitung kerusakan tersebut," sambung Gilman. Sejak 1960-an, para ilmuwan telah bereksperimen dengan berbagai cara untuk membuat FRP lebih ringan dan lebih kuat.

Hal tersebut sering berarti bahwa pengujian ikatan antara serat dan resin. Seperti dilaporkan dalam publikasi sebelumnya, tim NIST menambahkan molekul kecil yang berfluoresensi setelah dampak gaya mekanik. Molekul-molekul ini, yang disebut "mechanophores," berubah warna atau menyala, membantu mengidentifikasi bukaan-bukaan atau lubanglubang kecil berukuran nanometer atau celah antara serat dan resin.

Tim NIST telah membawa teknologi ini ke tingkat selanjutnya dengan menggabungkan mechanophore di seluruh resin komposit. Meskipun tidak terlihat dengan mata telanjang, pendekatan terbaru memungkinkan para ilmuwan untuk menggunakan teknik pencitraan mikroskop khusus untuk mengukur kerusakan FRP.

Pendekatan ini menggabungkan sejumlah kecil (kurang dari 0,1% massa) pewarna fluoresen yang disebut rhodamin yang tidak menyebabkan perubahan yang berarti pada sifat fisik material. Pengujian Lapangan Jika mechanophore baru tertanam dalam struktur yang terbuat dari FRP, pengujian lapangan untuk kelelahan dapat dilakukan dengan biaya murah dan secara teratur. Struktur seperti turbin angin sering dapat dipindai dengan mudah untuk retakan interior, bahkan bertahun-tahun setelah mereka didirikan.

"Pekerjaan awal dengan alat baru ini juga mengungkapkan kejutan tentang kerusakan FRP. Ketika serat pecah, ia mengirimkan semacam gelombang kejut yang bergerak di seluruh bahan," jelas Jeremiah Woodcock.

Ia merupakan penulis utama sebuah makalah baru tentang montir yang diterbitkan dalam Science and Technology Composites. Di masa lalu, diyakini bahwa sebagian besar kerusakan terjadi pada titik kerusakan. "Kami berpikir bahwa ketika kami melihat hasilnya, akan ada lingkaran cahaya di sekitar retakan, menunjukkan fluoresensi mekanik," kata Woodcock.

Sebaliknya, mereka menemukan bahwa kerusakan terjadi di tempattempat yang sangat jauh dari titik fraktur serat. "Sepertinya kita tahu tentang adanya gempa tetapi tidak tahu tentang tsunami yang mengikutinya," tambah Woodcock. Penelitian mekanofor NIST juga menemukan bahwa pengujian yang ada secara tidak sengaja merusak kekuatan material.

Hal ini, pada gilirannya, mengarahkan para desainer dan insinyur untuk merancang FRP secara berlebihan. Oleh karena itu, menggunakan mechanophore dapat menurunkan biaya dan energi pembuatan serta meningkatkan cara bagaimana bahan-bahan ini digunakan dalam industri.

nik/dari berbagaisumber/S-2