Bahan komposit

Halaman ini meliputi satu standard kandungan Tingkatan 4 daripada bab Bahan Buatan dalam Industri: bahan komposit. Peperiksaan bertanya definisi bahan komposit yang jelas, beberapa contoh yang dinamakan dengan bahan komponen dan sifat yang diperbaik, dan penaakulan tentang mengapa komposit lebih baik daripada bahagian berasingannya. Ini topik penerangan dan aplikasi, jadi contoh yang tepat memperoleh markah.

Apa itu bahan komposit

Bahan komposit ialah bahan yang dibuat dengan menggabungkan dua atau lebih bahan berbeza, bahan utama (matriks) dan bahan penguat, supaya produk yang terhasil mempunyai sifat yang lebih baik daripada bahan asal secara berasingan. Tujuan komposit ialah menggabungkan ciri terbaik setiap bahagian: contohnya, kekuatan satu bahan dan keringanan bahan yang lain.

Contoh lazim dan sifatnya

Anda harus mengetahui contoh piawai ini, komponennya, dan sifat yang diperbaik yang diperoleh setiap satu:

• Konkrit bertetulang, konkrit dikuatkan dengan bar atau jaringan keluli. Konkrit kuat di bawah mampatan tetapi lemah di bawah tegangan; keluli kuat di bawah tegangan. Komposit ini kuat di bawah kedua-duanya, jadi ia digunakan dalam bangunan, jambatan, tiang dan rasuk.
• Gentian kaca (plastik bertetulang kaca), gentian kaca yang tertanam dalam plastik/resin poliester. Ia ringan, kuat dan tahan kakisan, jadi ia digunakan untuk badan bot, panel badan kereta, tangki simpanan dan topi keledar.
• Gentian optik, helaian halus kaca atau plastik yang membawa maklumat sebagai denyutan cahaya. Ia digunakan dalam telekomunikasi dan alat perubatan, kerana ia menghantar sejumlah besar data dengan pantas dan kehilangan yang kecil.
• Kaca fotokromik, kaca yang mengandungi zarah halida perak yang menjadi gelap dalam cahaya terang dan jernih semula dalam cahaya malap. Ia digunakan dalam kanta cermin mata dan cermin depan kereta.
• Superkonduktor, bahan yang mengalirkan elektrik dengan hampir tiada rintangan pada suhu sangat rendah, digunakan dalam magnet berkuasa dan elektronik canggih.

Mengapa komposit digunakan

Komposit dipilih kerana ia memperbaik satu bahan tunggal. Sebab umum ialah komposit itu lebih kuat, lebih ringan, lebih tahan haba, kakisan atau haus, atau mampu melakukan sesuatu yang tiada bahan tunggal boleh lakukan, seperti kuat di bawah kedua-dua mampatan dan tegangan. Apabila anda menjustifikasikan komposit dalam jawapan, namakan sifat yang diperbaiknya dan kegunaan yang dimungkinkannya. Perhatikan juga bahawa banyak komposit menggabungkan keringanan dengan kekuatan pada masa yang sama, satu gabungan yang jarang ditemui dalam satu bahan tunggal, dan inilah sebab ia begitu berguna dalam industri seperti pembinaan, pengangkutan dan penerbangan.

Contoh penyelesaian

Soalan. Satu rasuk konkrit bertetulang mempunyai jumlah jisim 500 kg. Ia mengandungi bar tetulang keluli berjumlah jisim 40 kg, dan selebihnya konkrit. Hitung (a) jisim konkrit dalam rasuk dan (b) peratus jisim keluli dalam rasuk itu.

Langkah 1, Cari jisim konkrit. Jisim konkrit = jumlah jisim − jisim keluli = 500 kg − 40 kg = 460 kg.

Langkah 2, Sediakan peratus. Peratus jisim keluli = (jisim keluli ÷ jumlah jisim) × 100.

Langkah 3, Gantikan dan hitung. = (40 kg ÷ 500 kg) × 100 = 0.08 × 100 = 8 %.

Jawapan. (a) Jisim konkrit ialah 460 kg. (b) Peratus jisim keluli dalam rasuk itu ialah 8 %.

Soalan latihan

Soalan. (a) Takrifkan bahan komposit. (b) Konkrit bertetulang ialah komposit konkrit dan keluli. Terangkan, dari segi mampatan dan tegangan, mengapa ia lebih baik daripada konkrit sahaja. (c) Nyatakan satu kegunaan gentian kaca dan sifat yang menjadikannya sesuai.

Jawapan. (a) Bahan komposit dibuat dengan menggabungkan dua atau lebih bahan berbeza supaya produknya mempunyai sifat lebih baik daripada bahan asal secara berasingan. (b) Konkrit kuat di bawah mampatan tetapi lemah di bawah tegangan, manakala keluli kuat di bawah tegangan; menggabungkannya memberi bahan yang kuat di bawah kedua-dua mampatan dan tegangan, jadi ia tidak mudah retak apabila dibebani. (c) Gentian kaca digunakan untuk badan bot (atau panel badan kereta) kerana ia ringan, kuat dan tahan kakisan.

Petua peperiksaan

Dua perkara memperoleh markah di sini: definisi (“dua atau lebih bahan digabungkan untuk memberi sifat lebih baik”) dan, bagi setiap contoh, pemadanan bahan komponen dengan sifat yang diperbaik. Bagi konkrit bertetulang, sentiasa sebut mampatan dan tegangan, kontras itu ialah mata pemarkahan. Apabila diminta menjustifikasikan komposit untuk sesuatu kegunaan, jangan sekadar menamakannya; nyatakan sifat (ringan, kuat, tahan kakisan) yang menyesuaikannya dengan tugas. Elakkan perkataan kabur seperti “lebih baik” sahaja, nyatakan mengapa ia lebih baik.

Menaakul tentang komposit dalam peperiksaan

Banyak soalan komposit memberi anda situasi dan bertanya bahan mana yang perlu dipilih. Kaedahnya sama setiap kali: kenal pasti tuntutan kegunaan, kemudian pilih komposit yang sifat diperbaiknya memenuhi tuntutan itu. Badan bot mesti ringan dan tidak boleh terkakis dalam air, jadi gentian kaca sesuai. Jambatan mesti menampung beban berat tanpa retak, jadi konkrit bertetulang sesuai. Kanta cermin mata yang perlu menjadi gelap dalam cahaya matahari menunjuk kepada kaca fotokromik. Dengan menaakul daripada sifat yang diperlukan dan bukannya cuba mengingati senarai tetap, anda boleh mengendalikan konteks asing, dan anda secara semula jadi menyertakan justifikasi yang dituntut soalan markah tinggi. Ia juga membantu mengingati bahawa komposit ialah gabungan fizikal, bukan sebatian kimia, bahan berasingan mengekalkan identitinya sendiri dalam produk.

Kedudukan dalam bab

Ini standard kandungan 8.4 bab Bahan Buatan dalam Industri, terletak bersebelahan aloi sebagai satu lagi cara mereka bentuk bahan yang lebih baik. Kukuhkannya dengan nota ulang kaji bab dan latih soalan definisi dan aplikasi dalam contoh penyelesaian. Dalam kelas 1-ke-1 Kimia SPM dalam talian kami, diajar dalam bahasa Inggeris, dari RM50/jam, dengan percubaan satu jam berbayar, guru kami memastikan setiap komposit dipasangkan dengan sifat dan kegunaannya, kerana pemadanan itulah yang memperoleh markah penuh dalam 4541.

Ringkasan pantas

• Komposit menggabungkan dua atau lebih bahan untuk memberi sifat lebih baik daripada mana-mana satu.
• Konkrit bertetulang = konkrit + keluli; kuat di bawah mampatan dan tegangan.
• Gentian kaca = gentian kaca + plastik; ringan, kuat, tahan kakisan.
• Gentian optik membawa data sebagai cahaya; kaca fotokromik menjadi gelap dalam cahaya terang.
• Sentiasa justifikasikan komposit dengan menamakan sifat yang diperbaik dan kegunaannya.