Karbon Fiber atau serat karbon merupakan salah satu bentuk material komposit yang sering digunakan pada berbagai jenis peralatan kendaraan bahkan konstruksi. Hal itu disebabkan karena karakteristiknya lebih kuat dan lebih ringan dibandingkan besi dan baja sehingga menjadikan harganya sangat mahal. Karbon fiiber digunakan tahun 1879, dimana Thomas Alfa Edison menggunakan serat karbon untuk filamen pada bola lampu awal. Serat tersebut terbuat dari bahan berbasis selulosa seperti kapas atau bambu. Berbagai eksperimen terus dilakukan pada karbon fiber hingga menjadi karbon fiber saat ini.
Karbon fiber merupakan helai karbon tipis yang diameternya antara 5-10mm. Sebagian besar karbon fiber terbuat dari 90% poli akrilonitil atau pan yang terbuat dari minyak bumi, sedangkan sisanya terbuat dari 10% rayon atau residu dari minyak bumi. Karbon fiber lima kali lebih kuat dari baja dan dua kali lebih kaku serta lebih ringan setengah kali dari baja. Karna sifatnya tersebut membuat karbon fiber ini menjadi material yang ideal untuk berbagai macam jenis peralatan dan kendaraan dalam kebutuhan manufaktur.
Gambar Ilustrasi: https://www.plasticomp.com/plasticomp-expands-production-capability-for-long-carbon-fiber-reinforced-composites/ di https://www.plasticomp.com/wp-content/uploads/PlastiComp-Long-Carbon-Fiber-Pultrusion-1-Website.jpg
Pembuatan karbon fiber memerlukan banyak proses untuk siap digunakan. Proses-proses yang dilalui sebagai berikut:
1. Proses Spinning
Yaitu proses pengubahan plastik akrilonitril menjadi serat-serat plastik poli akrilonitril. Plastik tersebut dicampur dengan bahan kimia tertentu kemudian dipompa kedalam bak yang berisi bahan kimia. Nantinya plastik poliakrilonitril mengental dan memadat menjadi serat-serat. Serat-serat tersebut dicuci dan dibentangkan dengan diameter yang diinginkan.
2. Proses Stabilising atau Oksidasi
Yaitu proses mengkonversi ikatan atom struktur serat-serat plastik akrilonitril menjadi lebih stabil. Serat plastik poliakrilonitil tersebut dimasukkan ke dalam hot roller dan dipanaskan dengan temperatur sekitar 250°C selama beberapa menit. Proses tersebut menyebabkan fiber mengambil molekul oksigen dari udara yang kemudian mengatur ulang pola ikatan atom plastik poliaktilonitril sehingga membuatnya menjadi tahan terhadap panas. Ketika fiber plastik akrilonitril teroksidadi, serat-serat tersebut akan berubah warna dari awalnya yang berwarna emas menjadi warna tembaga lalu menjadi coklat dan akhirnya menjadi hitam.
3. Proses Karbonasi
Fiber dipanaskan pada suhu1000°C - 3000°C selama beberapa menit di dalam furnace. Furnace diisi dengan campuran gas yang tidak mengandung oksigen untuk mencegah fiber terbakar dalam suhu tinggi. Pemanasan fiber bertujuan untuk melepaskan atom non karbon dalam bentuk gas dan atom karbon yang tersisa akan membentuk ikatan kristal karbon.
4. Proses Surfacing
Setelah proses karbonase, fiber memiliki ikatan permukaan yang tidak baik. Untuk memberikan sifat yang lebih baik, maka permukaannya perlu sedikit dioksidasi. Fiber dimasukkan kedalam bak berisi air yang bermuatan listrik sehingga membuat permukaan fiber akan menjadi tahan terhadap goresan dan permukaannya menjadi agak kasar.
5. Proses Sizing
Fiber dilapisi dengan bahan pelapis seperti epoxy, polyester, nilon, dll. Tujuannya untuk meliindungi fiber dari kerusakan ketika digulung nantinya. Setelah dilapisi, fiber digulung melalui mesin sampai menjadi benang karbon fiber dalam berbagai ukuran dan bentuk lain karbon fiber adalah pre impregnated, yaitu ketika kertas resin diresapi oleh serat karbon. Resin yang terdiri dari epoxy dan bahan-bahan kimia lain dituang dalam filming mesin. Resin akan membentuk lapisan tipis diatas lembaran kertas. Dibagian mesin lainnya, 2-300 karbon fiber ditarik dan dibentuk menjadi kumpulan karbon fiber yang disebut dengan web.
Selanjutnya dua gulungan kertas resin yang sudah dibuat sebelumnya dimasukkan ke dalam mesin. Web dan dua gulungan kertas resin masuk kedalam heated roller bertekanan tinggi sehingga kerta resin dan web menjadi 1 lembaran utuh yang bernama prepage. Kemudian masuk kedalam cooling plat yang mengubah resin menjadi bentuk gel sehingga nantinya mebuat kertas resin dapat ditarik dengan mudah. Selanjutnya lembaran prepage dilapisi dengan polyester film, kemudian digulung pada sebuah silinder besar dan menjadi karbon fiber prepage.
Setelah semua proses selesai, diambil sempel untuk dilakukan tes quality control. Selain tes quality control, juga dilakukan tes kekuatan untuk mengukur seberapa besar kekuatan prepage sebelum putus. Setelah lolos uji, karbon fiber prepage akan diberi label dan siap dikirm ke konsumen. Penggunaan karbon fiber ini sangat beragam mulai dari kontruksi industry pesawat terbng hingga frame sepeda balap. Dalam ajang perlombaan sepeda balap, rangka atau frame dibuat khusus dengan menggunakan karbon fiber prepage yang kuat dan ringan.