Fiberglass – Serat Kaca

12 Jun
by admin, posted in Resources   |  Comments Off

Plastik Berserat Kaca (Glass-reinforced plastic)

Plastik berserat kaca (glass-reinforced plastic – GRP), yang juga dikenal sebagai plastik yang diperkuat oleh serat kaca (glass fiber-reinforced plastic – GFRP), merupakan suatu polimer yang diperkuat. Polimer ini terbuat dari bahan plastik yang diperkuat oleh serat-serat halus yang terbuat dari kaca. Bahan ini juga dikenal dengan nama GFK yang merupakan kepanjangan dari Glasfaserverstärkter Kunststoff, atau yang biasanya lebih akrab dikenal oleh serat kaca yang digunakan dalam proses penguatannya, yang dalam bahasa inggrisnya disebut fiberglass.

GRP adalah suatu material yang ringan dan kuat dengan banyak kegunaan, seperti dalam pembuatan perahu, mobil, tangki air, atap, perpipaan, pelapisan, box motor delivery, payung promosi, booth fiberglass dll.

Jenis bahan plastik yang digunakan dapat berupa epoxy, plastik thermosetting (pada umumnya poliester atau vinilester) atau thermoplastik.

Proses Produksi

Proses manufaktur dibuatnya serat kaca ini atau fiberglass menggunakan tungku pembakaran yang besar untuk melelehkan pasir atau bahan campuran kimia secara perlahan hingga cair. Kemudian bahan cair tersebut diproses melalui serangkaian lubang yang sangat kecil (biasanya berdiameter sekitar 17-25 mikrometer untuk E-Glass, 9 mikrometer untuk S-Glass) untuk membentuk filamen. Filamen-filamen ini kemudian direkatkan menggunakan larutan kimia untuk membentuk sebuah roving atau sebuah gulungan filamen yang panjang seperti benang. Diameter dari filamen-filamen tersebut dan juga jumlah filamen di dalam satu ikatan akan menentukan beratnya. Biasanya berat akan dinyatakan dalam satuan yield-yards per pon (yaitu berapa yard fiber dalam satu pon bahan, sehingga angka yang lebih kecil berarti gulungan yang lebih berat, contoh dari ukuran yield standar adalah 225 yield, 450 yield, 675 yield) atau dalam tex-grams per km (berapa gramkah berat gulungan fiber sepanjang 1 km itu. Angka ini merupakan kebalikan dari yield, sehingga angka yang lebih kecil akan menunjukkan gulungan yang lebih ringan. Contoh dari tex standar adalah 750 tex, 1100 tex, 2200 tex).

Gulungan-gulungan ini dapat digunakan untuk aplikasi teknik gabungan seperti teknik pultrusion, filament winding (untuk pipa), gun roving (alat otomatis yang akan mencacah kaca menjadi potongan yang kecil-kecil dan menjatuhkannya kedalam semprotan resin yang nantinya akan diproyeksikan di permukaan suatu cetakan). Atau dapat juga digunakan dalam teknik perantara, untuk memproduksi bahan seperti chopped strand mat (CSM) yang terbuat dari fiber yang dipotong kecil-kecil secara tidak beraturan dan diikat menjadi satu, kain tenunan, kain rajutan atau kain multi-arah.

Proses Perekatan

Adalah proses yang melibatkan semacam lapisan atau sering disebut primer, yang akan melindungi filamen kaca untuk proses produksi atau manipulasi. Lapisan ini juga akan menjamin ikatan yang kuat antara filamen kaca tersebut dengan bahan resin. Sehingga hal ini akan membantu proses transfer beban dari serat kaca (yang dapat melengkung jika terbebani) ke plastik thermoset (yang dapat menangani beban dengan cukup baik). Tanpa proses “pengikatan” ini, serat kaca dapat “terselip” di dalam matriks bahan dan cacat produksi sebagian dapat terjadi. Biasanya juga merupakan bahan dasar dalam pembuatan kain.


Sifat

Setiap helai serat kaca yang terstruktur memiliki sifat kaku dan kuat dalam proses perengangan dan saat melalui proses kompresi atau pemberian tekanan di sepanjang sumbunya. Walaupun pada umumnya diasumsikan bahwa serat sebenarnya lemah dibawah proses kompresi atau penekanan, sebenarnya asumsi ini lebih didasarkan oleh rasio penampilan dari serat itu sendiri. Dalam artian; oleh karena bentuk serat tersebut tipis dan panjang, maka serat dianggap dapat bengkok dengan mudah. Disisi lain, serat kaca paling tidak kaku dan tidak kuat pada ketebalannya – yaitu, di lintang sumbunya. Oleh karena itu, jika sekumpulan serat dapat diatur arahnya secara permanen sesuai dengan yang diinginkan di dalam suatu material, dan jika serat-serat tersebut dapat dicegah dari pembengkokan saat dalam tekanan, maka material tersebut akan menjadi sangat kuat sesuai dengan arah yang diinginkan untuk diperkuat.

Lebih jauh lagi dalam pembahasan ini; dengan menumpuk lebih dari satu lapisan serat satu diatas yang lainnya, kemudian tiap lapisannya diorientasikan dalam berbagai arah yang berbeda sesuai dengan keinginan, faktor kekakuan dan kekuatan dari keseluruhan material dapat dikontrol dengan lebih efisien. Dalam kasus plastik berserat kaca, adalah bahan plastiklah yang akan menampung serat kaca yang terstruktur tersebut sesuai dengan arah yang dipilih oleh desainer produknya. Sementara pada kasus chopped strand mat, dasar pengaturan arahnya terletak pada 2 lempengan berbentuk dua dimensi dengan kain tenun atau lapisan yang tanpa pengaturan arah khusus. Dengan demikian, arah dari kekakuan dan kekuatan bahan tersebut akan dapat dikontrol dengan lebih presisi dari dalam lempengan itu sendiri.

Komponen dari plastik berserat kaca pada dasarnya terbuat dari konstruksi “kulit” tipis, kadang bagian dalamnya diisi dengan busa struktural, seperti dalam kasus pembuatan papan selancar. Komponennya bisa juga dibuat dengan bentuk yang hampir serampangan tetapi masih didalam batas kerumitan dan toleransi bentuk cetakan yang digunakan untuk memproduksi kulit luar tersebut.

Bahan Grafity Spesifik Kekuatan Renggangan (MPa) Kekuatan Tekanan (MPa)
Polyester resin (tidak diperkuat) 1.28 55 140
Polyester dengan Laminasi Chopped Strand Mat 30% E-glass 1.4 100 150
Polyester dengan Laminasi Woven Rovings 45% E-glass 1.6 250 150
Polyester dengan Laminasi Satin Weave Cloth 55% E-glass 1.7 300 250
Polyester dengan Laminasi Continuous Rovings 70% E-glass 1.9 800 350
E-Glass Epoxy composite 1.99 1,770 (257 ksi) N/A
S-Glass Epoxy composite 1.95 2,358 (342 ksi) N/A

Kegunaan

GRP adalah suatu bahan serba guna yang mengkombinasikan keringanan bahan dengan kekuatan intrinsik untuk menyediakan suatu lapisan luar yang tahan segala cuaca, dengan berbagai variasi tekstur permukaan dan cakupan pilihan warna yang tidak terbatas

GRP dikembangkan di Inggris pada jaman PD II sebagai pengganti tripleks yang dibentuk untuk digunakan pada radome (radar dome atau kubah penutup radar) di pesawat-pesawat (sebab gelombang mikro mampu melewati GRP). Kegunaannya yang pertama di dunia sipil adalah dalam pembuatan perahu, dimana bahan ini diterima secara umum di tahun 1950an. Kegunaannya sekarang telah merambah bidang otomotif dan perlengkapan olahraga seperti juga model pesawat terbang, walaupun untuk yang disebut terakhir ini, kegunaannya sekarang sebagian telah diambil alih oleh bahan carbon fiber yang beratnya lebih ringan per volumenya namun lebih kuat baik secara volume maupun beratnya. Kegunaan GRP juga meliputi bak air panas, perpipaan untuk air minum dan pembuangan air limbah, kotak display di kantor atau pabrik serta sistem atap datar.

Teknik produksi canggih seperti pre-pregs dan fiber rovings akan menambah kegunaannya serta kemungkinan kekuatan regangan dengan plastik yang diperkuat dengan serat.

GRP juga digunakan dalam industri telekomunikasi untuk menyelubungi penampilan luar dari antena. Hal ini disebabkan oleh kemampuannya untuk menyerap RF atau frekuensi radio dan kemampuannya untuk menurunkan kemungkinan pemancaran sinyal yang rendah. Dapat juga digunakan sebagai penyelubung tampilan luar dari peralatan lain dimana penyerapan tanpa gelombang sangat dibutuhkan, seperti pada lemari perlengkapan dan struktur penyokong berbahan baja. Hal ini disebabkan oleh kemudahan bahan ini dibentuk, diproduksi dan dicat sesuai dengan desain khusus yang diinginkan, seperti untuk membaur dengan struktur yang telah berdiri sebelumnya atau dinding bata. Kegunaan lainnya lagi meliputi GRP berbentuk lembaran yang dibuat menjadi insulator elektrik dan komponen struktural lainnya yang umum ditemukan pada industri pembangkit tenaga.

Tangki Penampungan

Tangki penampungan juga dapat dibuat dari bahan GRP dengan kapasitas hingga 300 ton. Ukuran tangki yang lebih kecil dapat dibuat dengan cetakan chopped strand mat diatas lapisan thermoplastik untuk bagian dalam tangki yang berfungsi sebagai matras cetakan dalam proses konstruksinya. Tangki-tangki yang lebih dapat diandalkan terbuat dari woven mat atau filament wound fiber dengan orientasi serat pada sudut yang tepat dibandingkan dengan tekanan sirkumferensial yang didesakkan pada dinding-dinding tangki oleh isi tangki tersebut. Tangki jenis ini biasanya digunakan untuk penyimpanan bahan kimia oleh karena pelapis plastiknya (yang biasanya berbahan polypropylene) resistan terhadap berbagai macam bahan kimia yang kuat. Tangki-tangki berbahan GRP juga digunakan sebagai septic tank.

Pembangunan Rumah

Plastik berserat kaca juga digunakan dalam konstruksi untuk pembuatan laminasi atap, door surrounds, kanopi diatas pintu, kanopi jendela dan dormers, cerobong, coping systems (tepian dinding), pinggiran dinding di atas perapian dan bingkai jendela. Kegunaan GRP untuk aplikasi-aplikasi tersebut akan mempercepat proses pemasangan dan mengurangi masalah dalam transportasinya. Dengan semakin banyaknya permintaan untuk produksi, sekarang proses produksi panel GRP berbentuk bata untuk keperluan pembangunan rumah dengan sistem composite ikut meningkat pula. Panel-panel ini dapat diproduksi dengan insulasi yang tepat sehingga akan mengurangi penguapan panas dari bangunan.

Perpipaan

Sistem perpipaan GRP dan GRE dapat digunakan untuk bermacam-macam jenis sistem yang dipasang baik diatas maupun dibawah tanah, seperti:

  • Sistem saluran air untuk pemadaman api
  • Sistem air pendingin
  • Sistem air minum
  • Sistem air limbah/sistem gorong-gorong
  • Sistem pengaliran gas

Metode Konstruksi

Proses lay-up manual untuk pembuatan fiberglass

Jika kita bekerja dengan material epoxy, maka resin harus dicampur dulu dengan katalis atau pengeras. Jika hal ini tidak dilakukan, maka resin tersebut akan susah mengeras hingga berhari-hari, kadang malah berminggu-minggu. Kemudian langkah selanjutnya, matras cetakan diisi dengan campuran tersebut. Lembaran-lembaran fiberglass diletakkan diatas cetakan tersebut dan disusun masuk kedalamnya menggunakan penggulung dari besi. Material ini harus melekat dengan baik dalam cetakannya. Tidak boleh ada udara yang terperangkap diantara fiberglass dengan dinding cetakannya. Setelah itu, adonan resin tambahan diaplikasikan dan kemungkinan juga lembaran fiberglass tambahan. Penggulung digunakan untuk memastikan adonan resin berada diantara lapisan, memastikan fiberglass diisikan secara merata ke seluruh ketebalan laminasi dan juga memastikan kantong udara yang ada dihilangkan. Pekerjaan ini harus dilakukan dengan cukup cepat supaya dapat selesai sebelum adonan resin mengeras. Waktu pengerasan yang bervariasi dapat dicapai dengan mengubah jumlah katalis yang dicampurkan kedalam adonan resin. Pada akhir proses, beban diaplikasikan dari atas untuk menekan kelebihan resin dan udara yang terperangkap dalam adonan keluar dari cetakan. Supaya beban tidak menekan adonan melebihi ukuran yang ingin dibuat, harus disediakan ganjalan (contohnya seperti koin yang diselipkan di tepian) yang akan menghalangi beban untuk terus menekan adonan di dalam cetakan hingga habis.

Proses lay-up dengan metode semprotan untuk pembuatan fiberglass

Proses lay-up dengan metode spray atau semprotan untuk fiberglass sebenarnya mirip dengan metode manual. Hanya saja, perbedaannya pada metode pengaplikasian serat dan materi resin kedalam cetakan. Proses lay-up dengan metode semprotan adalah proses sistem produksi komposit dengan sistem cetakan terbuka dimana resin dan bahan-bahan penunjang lainnya disemprotkan ke permukaan cetakan. Adonan resin dan kaca dapat juga diaplikasikan secara terpisah atau “dicacah” secara berkesinambungan dalam arus yang dikombinasikan dari alat pencacah. Para pekerja menggelar hasil dari proses semprotan tersebut untuk memadatkan laminasi. Kayu, busa atau material inti lainnya baru bisa ditambahkan dan lapisan hasil proses semprotan kedua diisikan ke inti diantara laminasi-laminasi. Bagian tersebut nantinya dikeraskan, didinginkan dan kemudian dilepaskan dari cetakan yang nantinya dapat digunakan ulang untuk proses berikutnya.

Proses Pultrusion

Pultrusion adalah metode manufaktur yang digunakan untuk membuat bahan komposit yang kuat tetapi ringan, dalam hal ini adalah fiberglass. Serat (dalam hal ini bahan kaca) ditarik dari gulungannya melalui suatu alat yang akan melapisinya dengan resin. Kemudian bahan ini biasanya dipanaskan dan kemudian dipotong sesuai ukuran yang diinginkan. Pultrusion dapat dibuat dalam berbagai bentuk atau penampang lintang seperti penampang lintang W atau S (W or S cross-section). Kata “pultrusion” itu sendiri menggambarkan metode perpindahan serat didalam mesin tersebut. Serat tersebut ditarik baik menggunakan metode satu tangan diikuti tangan lainnya atau metode penggulung bersambung. Metode ini berlawanan dengan metode extrusion yang akan mendorong material melalui cetakan yang disebut dies.

Chopped Strand Mat

Chopped strand mat atau CSM adalah sebuah bentuk penguatan yang digunakan dalam plastik berserat kaca. Bahan ini mengandung serat-serat kaca yang ditaruh secara acak saling bersilang satu diatas lainnya dan diikat menjadi satu oleh suatu pengikat.

Bahan jenis ini biasanya diproses menggunakan teknik lay-up manual, dimana lapisan material diletakkan dalam suatu cetakan dan dilapisi dengan resin. Oleh karena bahan pengikatnya akan larut di dalam resin, bahan ini kemudian akan dengan mudah mengikuti bentuk-bentuk yang berbeda sesuai keinginan pembuatnya saat dibasahi. Setelah adonan resin mengeras, produk yang telah mengeras tadi dapat dikeluarkan dari cetakan dan memasuki proses finishing.

Menggunakan chopped strand mat akan memberikan keseragaman kegunaan kepada penguatan bahan plastik berserat kaca.


Contoh Kegunaan Bahan GRP

  • Glider, mobil-mobilan, mobil sport, mobil mikro, gokart, lapisan luar body mobil, kapal, perahu kayak, atap datar, lori, bilah kincir angin untuk pembangkit tenaga angin.
  • Pod, kubah, dan kegunaan arsitektur lainnya dimana faktor keringanan bahan memainkan peranan penting.
  • Bodi kendaraan, seperti pada merk Anadol, Reliant, Quantum Coupé, Chevrolet Corvette dan Studebaker Avanti, serta bodi bagian bawah untuk DeLorean DMC-12.
  • Tank dan kapal berbahan FRP. Bahan FRP banyak digunakan untuk proses manufaktur perlengkapan yang berkaitan dengan bahan kimia, tank dan badan kapal. BS4994 adalah standar Inggris yang berhubungan untuk pengaplikasian bahan ini.
  • Antena penyiaran UHF yang biasanya dinaikkan didalam silinder plastik berserat kaca di puncak menara pemancar siaran.
  • Sebagian besar dari Velomobile komersil
  • Bilah kincir raksasa untuk pembangkit tenaga angin komersil

Sumber: http://en.wikipedia.org/wiki/Glass-reinforced_plastic

(fcfibreglass)

Related Posts:

Tagged , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,

Comments are closed.