Fiberglass

Fiberglass (American English) atau fibreglass (Commonwealth English) adalah jenis plastik yang diperkuat serat (fiber-reinforced plastic) yang umum menggunakan serat kaca. Serat-serat ini dapat disusun secara acak, diratakan menjadi lembaran yang disebut chopped strand mat, atau ditenun menjadi kain kaca. Matriks plastiknya dapat berupa matriks polimer termoset—paling sering didasarkan pada polimer termoset seperti epoksi, resin poliester, atau resin ester vinil—atau termoplastik.

Lebih murah dan lebih fleksibel daripada serat karbon, lebih kuat dari banyak logam berat, non-magnetik, non-konduktif, transparan terhadap radiasi elektromagnetik, dapat dibentuk menjadi bentuk-bentuk kompleks, dan inert secara kimiawi dalam banyak keadaan. Aplikasinya meliputi pesawat terbang, perahu, mobil, bak mandi dan pelindung, kolam renang, bak mandi air panas, tangki septik, tangki air, atap, pipa, penutup, cetakan ortopedi, papan selancar, dan kulit pintu eksternal.

Nama-nama umum lain untuk fiberglass adalah plastik yang diperkuat kaca (glass-reinforced plastic, GRP), plastik yang diperkuat serat kaca (GFRP) [2] atau GFK (dari bahasa Jerman: Glasfaserverstärkter Kunststoff). Karena serat kaca sendiri kadang-kadang disebut sebagai “fiberglass”, komposit ini juga disebut plastik yang diperkuat fiberglass (FRP). Artikel ini akan mengadopsi konvensi bahwa “fiberglass” mengacu pada bahan komposit yang diperkuat serat lengkap, bukan hanya serat kaca di dalamnya.

Polimer yang diperkuat serat karbon adalah bahan komposit serupa di mana penguatnya adalah serat karbon.

 

Sejarah


Serat kaca telah diproduksi selama berabad-abad, tetapi paten pertama diberikan kepada penemu asal Prusia, Hermann Hammesfahr (1845–1914), di Amerika Serikat pada tahun 1880.

Produksi massal dari serat kaca secara tidak sengaja ditemukan pada tahun 1932 ketika Games Slayter, seorang peneliti di Owens-Illinois, mengarahkan semburan udara bertekanan pada aliran kaca yang meleleh dan menghasilkan serat-serat. Paten untuk metode ini dalam produksi glass wool pertama kali diajukan pada tahun 1933. Owens bergabung dengan perusahaan Corning pada tahun 1935 dan metode ini diadaptasi oleh Owens Corning untuk memproduksi “Fiberglas” (dieja dengan satu “s”) yang dipatenkan pada tahun 1936. Awalnya, Fiberglas adalah glass wool dengan serat yang memerangkap banyak gas, membuatnya berguna sebagai bahan isolator, terutama pada suhu tinggi.

Resin yang sesuai untuk menggabungkan fiberglass dengan plastik untuk menghasilkan bahan komposit dikembangkan pada tahun 1936 oleh DuPont. Resin polyester modern pertama kali muncul dari resin Cyanamid pada tahun 1942. Sistem pengerasan peroksida digunakan pada saat itu. Dengan kombinasi fiberglass dan resin, konten gas dalam bahan digantikan oleh plastik. Ini mengurangi sifat isolasi menjadi nilai yang khas dari plastik, tetapi sekarang untuk pertama kalinya, komposit menunjukkan kekuatan dan potensi yang besar sebagai bahan struktural dan bangunan. Banyak komposit serat kaca terus disebut “fiberglass” (sebagai nama generik) dan nama itu juga digunakan untuk produk glass wool berdensitas rendah yang mengandung gas daripada plastik.

Ray Greene dari Owens Corning dikreditkan dengan memproduksi perahu komposit pertama pada tahun 1937 tetapi tidak melanjutkan lebih lanjut pada saat itu karena sifat rapuh plastik yang digunakan. Pada tahun 1939, dilaporkan bahwa Rusia telah membangun sebuah kapal penumpang dari bahan plastik, dan Amerika Serikat dengan sebuah badan pesawat dan sayap pesawat. Mobil pertama yang memiliki badan fiberglass adalah prototipe Stout Scarab tahun 1946, tetapi model tersebut tidak masuk ke dalam produksi.

 

 

Serat


Berbeda dengan serat kaca yang digunakan untuk isolasi, untuk struktur akhir menjadi kuat, permukaan serat harus hampir benar-benar bebas dari cacat, karena ini memungkinkan serat mencapai kekuatan tarik gigapascal. Jika sepotong kaca dalam jumlah besar bebas cacat, ia akan sekuat serat kaca; namun, umumnya tidak praktis untuk memproduksi dan mempertahankan material dalam keadaan bebas cacat di luar kondisi laboratorium.

 

Produksi

Proses pembuatan fiberglass melibatkan peleburan bahan baku, pembentukan filamen, pelapisan, penyatuan, dan penggunaan akhir dalam berbagai bentuk tergantung pada aplikasinya.

Tahapan proses pembuatan fiberglass atau disebut dengan pultrusion.

Tahap 1: Peleburan

Proses pembuatan serat kaca menggunakan tungku besar untuk melelehkan campuran:

  • Pasir silika
  • Batu kapur
  • Kaolin clay
  • Fluorspar
  • Colemanite
  • Dolomite
  • Dan mineral lainnya

Tahap 2: Pembentukan Filamen

Cairan hasil peleburan kemudian diekstrusi melalui lubang-lubang kecil spineret (diameter 5-25 mikrometer) yang membentuk filamen (benang kaca).

Tahap 3: Sizing

Filamen dilapisi dengan bahan kimia khusus melalui proses yang disebut “sizing“.

Tahap 4: Penyatuan menjadi Roving

Filamen-filamen halus tersebut kemudian disatukan menjadi bundelan yang disebut roving. Berat roving ditentukan oleh diameter filamen dan jumlah filamen yang disatukan.

Terdapat dua sistem pengukuran berat roving:

  • Yield: Jumlah yard serat per pound berat (semakin kecil nilainya, semakin berat roving).
  • Tex: Gram per kilometer panjang roving (semakin kecil nilainya, semakin ringan roving).

Tahap 5: Penggunaan Roving

Roving selanjutnya digunakan dalam berbagai aplikasi komposit, seperti:

  • Pultrusion
  • Filament winding (pembuatan pipa)
  • Gun roving (memotong dan menyemprotkan roving ke cetakan)

Selain itu, roving juga bisa digunakan untuk membuat:

  • Chopped strand mat (CSM) – lembaran berisi potongan serat acak yang direkatkan
  • Woven fabrics – anyaman serat
  • Knit fabrics – rajutan serat
  • Unidirectional fabrics – serat searah

 

Chopped strand mat 

Chopped strand mat (CSM) adalah salah satu bentuk penguat yang umum digunakan dalam fiberglass. Material ini terdiri dari serat kaca yang tersusun acak dan direkatkan oleh bahan pengikat (binder).

Proses Pembuatan dengan CSM

CSM biasanya digunakan dengan teknik yang disebut hand lay-up. Dalam hand lay-up, lembaran CSM ditempatkan pada cetakan dan dilapisi dengan resin. Bahan pengikat dalam CSM akan larut dalam resin, sehingga material dapat dengan mudah mengikuti bentuk yang rumit. Setelah resin mengeras, produk fiberglass yang sudah jadi dapat dikeluarkan dari cetakan dan difinishing.

Pengaruh CSM pada Sifat Material

Penggunaan CSM membuat fiberglass memiliki sifat isotropik pada bidang datarnya. Isotropik berarti material memiliki sifat yang sama di segala arah pada bidang CSM. Hal ini terjadi karena serat yang berorientasi acak mendistribusikan kekuatan secara merata ke seluruh material.

CSM menawarkan kemudahan dalam pembentukan fiberglass karena kemampuannya mengikuti bentuk cetakan. Penggunaan CSM juga membuat fiberglass memiliki kekuatan yang terdistribusi merata pada bidang datarnya.

Fiberglass chopped strand mat (sumber: https://www.xometry.com/resources/materials/what-is-fiberglass/)

 

Sizing

Sizing adalah lapisan atau primer yang diaplikasikan pada roving (kumpulan filamen kaca). Sizing adalah elemen penting dalam pembuatan fiberglass. Sizing melindungi filamen kaca dan memastikan transfer beban yang efektif antara kaca dan resin, sehingga menghasilkan material komposit yang kuat dan tahan lama.

Fungsi Sizing:

  • Melindungi filamen kaca: Sizing melindungi filamen kaca selama proses pemrosesan dan penanganan. Ini membantu mencegah kerusakan pada filamen yang halus.
  • Menjamin ikatan yang kuat dengan resin: Sizing memastikan ikatan yang baik antara filamen kaca dengan resin. Ikatan yang kuat ini penting untuk memindahkan beban geser dari filamen kaca ke plastik thermoset. Tanpa sizing yang baik, filamen kaca bisa “tergelincir” di dalam resin, sehingga menyebabkan kerusakan lokal pada material fiberglass.
Penguat kaca yang digunakan untuk fiberglass tersedia dalam berbagai bentuk fisik: microspheres, chopped, atau anyaman serat kaca.

 

Sifat-sifat


Fiberglass adalah material komposit yang terbuat dari serat kaca dan resin polimer. Sifat-sifat fiberglass dipengaruhi oleh sifat serat kaca, resin, dan bagaimana serat tersebut disusun dalam material.

Serat kaca tunggal kuat dan kaku terhadap tarikan (tension) dan tekanan (compression) sepanjang sumbu seratnya. Artinya, serat kaca kuat ketika ditarik atau ditekan searah panjangnya.
Walaupun terlihat lemah terhadap tekanan, sebenarnya bentuk serat kaca yang panjang dan tipis (aspek rasio) yang membuatnya demikian. Serat kaca yang panjang dan tipis mudah melengkung ketika ditekan.
Sebaliknya, serat kaca lemah terhadap geseran (shear), yaitu gaya yang bekerja melintang serat.

Dengan mengatur susunan serat ke arah tertentu dan mencegahnya melengkung, maka material bisa menjadi lebih kuat pada arah tersebut.
Melapisi beberapa lembar serat yang arahnya berbeda-beda memungkinkan kontrol yang lebih baik terhadap kekakuan dan kekuatan keseluruhan material.

Pada fiberglass, resin polimer berfungsi mengikat permanen serat kaca sesuai arah yang diinginkan pembuat. Dengan chopped strand mat (CSM), arah kekuatan ini mencakup seluruh bidang datar. Sedangkan dengan woven fabrics atau unidirectional layers, arah kekakuan dan kekuatan bisa diatur lebih presisi di dalam bidang tersebut.

Komponen fiberglass biasanya memiliki struktur “cangkang” yang tipis, terkadang diisi dengan busa struktural di bagian dalamnya, seperti papan selancar.
Bentuk komponen fiberglass bisa bermacam-macam, tergantung pada kerumitan dan toleransi cetakan yang digunakan untuk membuat cangkang tersebut.

Fungsi mekanis fiberglass sangat bergantung pada kinerja gabungan antara resin dan serat.
Misalnya, pada suhu tinggi (lebih dari 180°C), resin pada komposit bisa kehilangan fungsinya sebagian, karena melemahnya ikatan antara resin dan serat.
Namun, GFRP (glass fiber reinforced plastics) masih bisa menunjukkan sisa kekuatan yang signifikan setelah terpapar suhu tinggi (200°C).

 

Jenis-jenis serat kaca pada fiberglass

Berbagai jenis serat kaca memiliki karakteristik yang berbeda dan cocok untuk aplikasi tertentu. Pemilihan jenis serat kaca yang tepat pada pembuatan fiberglass akan mempengaruhi sifat akhir dari material tersebut.

Berikut berbagai jenis serat kaca yang digunakan dalam pembuatan fiberglass.

Jenis serat kaca yang umum

  • E-glass: Jenis yang paling umum digunakan. Komposisinya berupa alumino-borosilicate glass dengan kandungan alkali oxides kurang dari 1% berat. E-glass banyak digunakan untuk glass-reinforced plastics (plastik diperkuat serat kaca).
  • A-glass: Komposisi berupa Alkali-lime glass dengan sedikit atau tanpa boron oxide.
  • E-CR-glass: Electrical/Chemical Resistance (tahan listrik/kimia). Komposisi alumino-lime silicate dengan kandungan alkali oxides kurang dari 1% berat, memiliki ketahanan tinggi terhadap asam.
  • C-glass:Alkali-lime glass dengan kandungan boron oxide tinggi. Digunakan untuk serat kaca staple (potongan pendek) dan isolasi.
  • D-glass: Borosilicate glass, dinamai karena nilai Dielectric constant yang rendah.
  • R-glass: Alumino silicate glass tanpa MgO dan CaO dengan kebutuhan mekanis tinggi sebagai Reinforcement (penguat).
  • S-glass: Alumino silicate glass tanpa CaO tapi mengandung MgO tinggi dengan kekuatan tarik tinggi.

E-glass fiber

A-glass fiber

E-CR glass fiber

Silica dan Material Lain

  • Silica murni (silicon dioxide) dapat digunakan sebagai serat kaca pada fiberglass, namun kelemahannya adalah harus diproses pada suhu yang sangat tinggi.
    Untuk menurunkan suhu yang dibutuhkan, material lain ditambahkan sebagai “fluxing agents” (penurun titik leleh).

A-glass dan E-glass

  • A-glass (“A” untuk “alkalilime“) adalah jenis kaca pertama yang digunakan untuk fiberglass.
  • E-glass (“E” karena awalnya untuk aplikasi listrik), bebas alkali dan merupakan formulasi kaca pertama yang digunakan untuk pembentukan filamen kontinyu. Saat ini, E-glass mendominasi produksi fiberglass dunia dan merupakan konsumen terbesar mineral boron. E-glass rentan terhadap serangan ion klorida dan bukan pilihan yang baik untuk aplikasi kelautan.

Jenis Lainnya

  • S-glass (“S” untuk “stiff” – kaku) digunakan ketika kekuatan tarik (modulus tinggi) penting, sehingga penting untuk komposit epoksi pada bangunan dan pesawat terbang (disebut R-glass, “R” untuk “reinforcement” di Eropa).
  • C-glass (“C” untuk “chemical resistance” – tahan kimia) dan T-glass (“T” untuk “thermal insulator” – isolator termal – varian C-glass di Amerika Utara) tahan terhadap serangan bahan kimia. Keduanya biasa ditemukan pada fiberglass tiup untuk isolasi.

 

Penggunaan


Fiberglass adalah material yang diciptakan melalui inovasi dan memiliki berbagai macam penggunaan. Sifat-sifatnya yang ringan, kuat, dan tahan lama membuatnya menjadi pilihan material yang menarik untuk berbagai aplikasi

Pengembangan plastik yang diperkuat serat untuk penggunaan komersial diteliti secara luas pada tahun 1930-an, terutama diminati oleh industri penerbangan.
Penemuan cara produksi massal serat kaca terjadi secara tidak sengaja pada tahun 1932. Seorang peneliti di Owens-Illinois menemukan cara ini ketika menyemprotkan aliran udara terkompresi ke aliran kaca cair, sehingga menghasilkan serat kaca.
Setelah Owens bergabung dengan perusahaan Corning pada tahun 1935, Owens Corning mengadaptasi metode tersebut untuk memproduksi “Fiberglas” (dengan satu huruf “s”) yang dipatenkan.
Resin yang cocok untuk menggabungkan “Fiberglas” dengan plastik dikembangkan pada tahun 1936 oleh DuPont. Resin poliester modern yang pertama berasal dari Cyanamid pada tahun 1942, menggunakan sistem curing peroksida.

Selama Perang Dunia II, fiberglass dikembangkan sebagai pengganti kayu lapis yang digunakan pada radome pesawat terbang (karena fiberglass transparan terhadap gelombang mikro).
Penggunaan sipil pertama fiberglass adalah untuk pembuatan kapal dan bodi mobil sport, yang mulai populer pada 1950-an. Penggunaan fiberglass kemudian meluas ke sektor otomotif dan peralatan olahraga.
Untuk beberapa produk, seperti pesawat terbang, kini serat karbon digunakan sebagai pengganti fiberglass karena lebih kuat secara per volume dan berat.

Teknik manufaktur canggih seperti pre-preg dan fiber rovings memperluas aplikasi fiberglass dan meningkatkan kekuatan tarik yang mungkin dicapai dengan plastik yang diperkuat serat.

Fiberglass juga digunakan dalam industri telekomunikasi untuk penutup antena, karena permeabilitas RF dan sifat redaman sinyal yang rendah.
Fiberglass dapat digunakan untuk menutupi peralatan lain yang tidak memerlukan permeabilitas sinyal, seperti kabinet peralatan dan struktur pendukung baja. Kemudahan fiberglass untuk dicetak dan dicat membuatnya bisa menyatu dengan struktur dan permukaan yang ada.
Kegunaan lain dari fiberglass termasuk isolator listrik berbentuk lembaran dan komponen struktural yang biasa ditemukan pada produk-produk industri listrik.
Karena ringan dan tahan lama, fiberglass sering digunakan dalam alat pelindung seperti helm. Banyak olahraga yang menggunakan pelindung fiberglass, seperti masker penjaga gawang dan penangkap bola.

 

Tangki penyimpanan

Fiberglass menawarkan solusi yang handal dan tahan lama untuk berbagai kebutuhan tangki penyimpanan, terutama untuk bahan kimia. Fiberglass menjadi pilihan menarik untuk pembuatan tangki penyimpanan dengan kapasitas hingga sekitar 300 ton.

Tangki berukuran kecil dapat dibuat menggunakan chopped strand mat (CSM) yang dilapiskan di atas tangki bagian dalam berbahan termoplastik. Tangki termoplastik ini berfungsi sebagai preform (cetakan awal) selama pembuatan.
Untuk membuat tangki yang lebih kuat dan andal, digunakan woven mat (lapisan anyaman) atau filament wound fiber (serat berliku filamen). Orientasi serat pada metode ini dibuat tegak lurus dengan tegangan hoop (tekanan melingkar) yang diberikan oleh isi tangki pada dinding samping.
Tangki yang dibuat dengan cara ini umumnya digunakan untuk penyimpanan bahan kimia karena lapisan plastik (seringkali polypropylene) tahan terhadap berbagai bahan kimia korosif.

Fiberglass juga digunakan untuk membuat septic tank (tangki septik).

 

Konstruksi bangunan

Fiberglass yang diperkuat plastik (FRP) digunakan untuk memproduksi berbagai komponen bangunan. Beberapa contohnya termasuk:

  • Lapisan atap
  • Bingkai pintu
  • Kanopi di atas pintu dan jendela
  • Cerobong asap
  • Coping system (sistem penutup dinding)
  • Hiasan kepala jendela dan ambang pintu

Keuntungan menggunakan fiberglass dalam konstruksi:

  • Bobot yang lebih ringan dan kemudahan penanganan dibandingkan kayu atau logam. Hal ini memungkinkan pemasangan yang lebih cepat.
  • Panel fiberglass yang diproduksi massal dengan efek bata dapat digunakan untuk konstruksi perumahan komposit. Panel ini bahkan dapat termasuk isolasi untuk mengurangi kehilangan panas.

 

Sistem produksi minyak dan gas

Pada aplikasi rod pumping (pompa batang), batang fiberglass sering digunakan karena rasio kekuatan tarik terhadap beratnya yang tinggi.
Batang fiberglass memiliki beberapa keuntungan dibanding batang baja:
Lebih elastis (modulus Young lebih rendah) dibanding baja untuk berat yang sama. Artinya, lebih banyak minyak dapat diangkat dari reservoir hidrokarbon ke permukaan dengan setiap tarikan, sekaligus mengurangi beban pada unit pompa.
Namun, batang fiberglass harus selalu dalam keadaan tertarik. Jika mengalami tekanan sedikit saja, batang fiberglass mudah patah. Kemampuan terapung batang fiberglass dalam fluida memperparah kecenderungan ini.

 

Pipa (Piping)

Pipa GRP dan GRE (Glass-Reinforced Plastic dan Glass-Fiber Reinforced Epoxy) banyak digunakan untuk berbagai keperluan, baik di atas maupun di bawah tanah, seperti:

  • Desalinasi
  • Pengolahan air
  • Jaringan distribusi air
  • Pabrik kimia
  • Air untuk pemadam kebakaran
  • Air panas dan dingin
  • Air minum
  • Air limbah/tinja
  • Gas LPG (Liquefied Petroleum Gas)

 

Perahu (Boating)

Kapal komposit fiberglass sudah dibuat sejak awal 1940-an. Bahkan, banyak perahu layar yang dibuat setelah 1950 menggunakan proses lay-up fiberglass. Meskipun teknik pembuatan kapal sudah lebih canggih saat ini (misalnya dengan vacuum bag moulding), fiberglass tetap menjadi material pilihan untuk pembuatan kapal.

Kayaks made of fiberglass
Kayak dari fiberglass

 

Pelindung (Armour)

Meskipun kebanyakan armor anti peluru terbuat dari material tekstil, komposit fiberglass terbukti efektif sebagai pelindung balistik.

 

Metode konstruksi


Filament winding

Filament winding adalah teknik fabrikasi yang terutama digunakan untuk membuat struktur terbuka (silinder) atau tertutup (tangki atau bejana tekan). Proses ini melibatkan melilitkan filamen (serat tipis) dengan tekanan pada mandrel jantan (cetakan berbentuk batang). Mandrel berputar sementara “wind eye” (mata lilit) pada kereta bergerak horizontal, menempatkan serat sesuai pola yang diinginkan.

Filamen yang paling umum digunakan adalah serat karbon atau kaca, dilapisi dengan resin sintetis saat dililitkan.
Setelah mandrel tertutup penuh dengan ketebalan yang diinginkan, resin kemudian diawetkan. Biasanya mandrel ditempatkan dalam oven untuk mencapai hal ini, meskipun terkadang pemanas radiasi digunakan dengan mandrel yang masih berputar di mesin.
Setelah resin diawetkan, mandrel dikeluarkan, meninggalkan produk akhir yang berongga.
Untuk beberapa produk seperti tabung gas, ‘mandrel’ adalah bagian permanen dari produk jadi yang membentuk lapisan untuk mencegah kebocoran gas atau sebagai penghalang untuk melindungi komposit dari fluida yang akan disimpan.

Filament winding sangat cocok untuk otomatisasi. Banyak aplikasi, seperti pipa dan bejana tekan kecil, yang dapat dililit dan diawetkan tanpa campur tangan manusia. Variabel yang dikendalikan adalah jenis serat, kandungan resin, sudut lilit, lebar untaian atau pita serat, ketebalan bundel serat. Sudut di mana serat dililitkan mempengaruhi sifat produk akhir. Sudut lilit “hoop” yang tinggi akan memberikan kekuatan keliling atau “burst“, sedangkan pola sudut yang lebih rendah (polar atau heliks) akan memberikan kekuatan tarik longitudinal yang lebih besar.

Berbagai produk saat ini diproduksi menggunakan teknik ini, mulai dari pipa, stik golf, housing membran Reverse Osmosis, dayung, garpu sepeda, pelek sepeda, tiang listrik dan transmisi, bejana tekan hingga selongsong rudal, badan pesawat terbang, tiang lampu, dan tiang mast kapal pesiar.

 

Proses Hand Lay-Up Fiberglass

Hand Lay-Up adalah teknik pembuatan fiberglass yang dilakukan secara manual. Teknik ini banyak digunakan untuk membuat berbagai macam produk, seperti:

  • Panel bodi perahu atau mobil
  • Tangki penyimpanan
  • Pipa
  • Komponen elektronik

Proses Pembuatan:

  • Pelepas cetakan (Release Agent): Lapisan pelepas cetakan, biasanya berupa cairan atau wax, diaplikasikan pada permukaan mold (cetakan) terlebih dahulu. Lapisan ini membantu produk jadi untuk mudah dikeluarkan dari cetakan setelah proses selesai.
  • Resin dan Pengeras: Resin, biasanya terdiri dari dua komponen thermoset polyester, vinyl, atau epoxy, dicampur dengan pengerasnya dan kemudian diaplikasikan pada permukaan mold.
  • Pelapisan Fiberglass: Lembaran mat fiberglass dimasukkan ke dalam mold, kemudian lapisan resin tambahan diaplikasikan menggunakan kuas atau roller. Material fiberglass harus mengikuti bentuk mold dengan sempurna, dan pastikan tidak ada udara yang terperangkap di antara fiberglass dan mold.
  • Penjenuhan dan Penghilangan Udara: Lapisan resin tambahan dan lembaran fiberglass mungkin diperlukan. Tekanan tangan, vakum, atau roller digunakan untuk memastikan resin menyerap dan membasahi semua lapisan secara menyeluruh, serta menghilangkan kantong udara yang mungkin terbentuk. Proses ini harus dilakukan dengan cepat sebelum resin mulai mengeras, kecuali jika menggunakan resin khusus dengan suhu tinggi yang tidak akan mengeras sampai dipanaskan dalam oven.
  • Vakum (Opsional): Pada beberapa kasus, setelah dilapisi resin, fiberglass ditutup dengan lembaran plastik dan divakum untuk menghilangkan gelembung udara dan menekan fiberglass agar mengikuti bentuk mold dengan lebih baik.

Keunggulan Hand Lay-Up:

  • Mudah dipelajari: Teknik hand lay-up tergolong mudah dipelajari dan tidak memerlukan peralatan yang rumit.
    Cocok untuk produksi skala kecil: Teknik ini cocok untuk pembuatan produk dalam jumlah sedikit atau prototipe.
  • Fleksibel: Hand lay-up bisa digunakan untuk membuat berbagai bentuk dan ukuran produk.

Kelemahan HandLay-Up:

  • Kualitas permukaan: Hasil akhir permukaan produk mungkin tidak selalu halus dan membutuhkan pekerjaan finishing tambahan.
  • Kekuatan: Kekuatan produk mungkin tidak sekonsisten teknik lain yang lebih otomatis.
  • Waktu pengerjaan: Proses hand lay-up umumnya lebih memakan waktu dibandingkan teknik lain.

 

Fiberglass Spray Lay-Up

Spray Lay-Up adalah teknik pembuatan fiberglass yang mirip dengan hand lay-up, tetapi berbeda dalam cara penerapan resin dan serat ke dalam mold (cetakan). Teknik spray-up termasuk dalam proses fabrikasi komposit open-molding, di mana resin dan penguat disemprotkan ke mold.

Perbedaan dengan Hand Lay-Up:

  • Cara Aplikasi: Pada hand lay-up, resin dan fiberglass diaplikasikan secara manual menggunakan kuas atau roller. Sedangkan pada spray lay-up, keduanya disemprotkan menggunakan alat khusus (chopper gun) yang bisa jadi terpisah atau dicampur dalam aliran yang sama.
  • Efisiensi: Proses spray lay-up umumnya lebih cepat dan efisien dibandingkan hand lay-up, sehingga cocok untuk produksi massal.

Tahapan Proses Spray Lay-Up:

  • Pelapisan Resin dan Fiberglass: Resin dan fiberglass yang sudah di-chopping (potong pendek) disemprotkan ke mold menggunakan chopper gun.
  • Pemadatan Lapisan: Setelah penyemprotan, pekerja akan memadatkan lapisan menggunakan roller untuk memastikan material padat dan tidak ada rongga udara.
  • Penambahan Inti (Opsional): Kayu, foam, atau material inti lainnya dapat ditambahkan di antara lapisan fiberglass. Lapisan fiberglass tambahan kemudian disemprotkan untuk melapisi inti tersebut.
  • Pengerasan dan Pelepasan: Setelah semua lapisan terbentuk, produk dibiarkan mengeras (curing), didinginkan, dan kemudian dikeluarkan dari mold yang bisa digunakan kembali.

Keunggulan Spray Lay-Up:

  • Cepat dan Efisien: Cocok untuk produksi massal karena prosesnya lebih cepat daripada hand lay-up.
  • Biaya Produksi Lebih Rendah: Efisiensi waktu dan tenaga kerja dapat menurunkan biaya produksi.

Kelemahan Spray Lay-Up:

  • Kualitas Permukaan: Hasil akhir permukaan mungkin kurang halus dibandingkan hand lay-up dan membutuhkan finishing tambahan.
  • Keamanan: Proses spray lay-up membutuhkan alat khusus dan berpotensi menimbulkan debu atau partikel berbahaya, sehingga membutuhkan alat pelindung bagi pekerja.
  • Keterbatasan Bentuk: Spray lay-up kurang sesuai untuk membuat bentuk produk yang rumit.

Pultrusion

Pultrusion adalah metode manufaktur yang digunakan untuk membuat material komposit yang kuat dan ringan. Proses ini berbeda dengan ekstrusi, di mana material didorong melalui cetakan. Pada pultrusion, material ditarik melalui mesin pembentuk menggunakan salah satu dari dua metode: metode “hand-over-hand” atau metode “continuous-roller”.

Proses Pultrusi Fiberglass:

  • Penarikan Serat Fiberglass: Serat fiberglass ditarik dari kumparan melalui mesin yang melapisinya dengan resin.
  • Pemanasan (Opsional): Dalam beberapa kasus, serat yang sudah dilapisi resin kemudian dipanaskan.
  • Pemotongan: Setelah dilapisi dan dipanaskan (jika diperlukan), material dipotong sesuai dengan panjang yang diinginkan.

Keunggulan Produk Pultrusi Fiberglass:

  • Kuat dan Ringan: Kombinasi resin dan fiberglass menghasilkan material yang kuat namun tetap ringan.
  • Beragam Bentuk: Pultrusion dapat membentuk berbagai macam profil dan penampang, seperti bentuk W atau S.
Gambar diagram proses pultrusi

 

Warping


Pelengkungan (warping) dapat terjadi pada produk fiberglass selama proses pengerasan. Hal ini disebabkan oleh perbedaan sifat antara resin dan serat fiberglass.

Resin yang digunakan pada fiberglass mengalami penyusutan selama proses pengerasan. Besaran penyusutan ini berbeda tergantung jenis resin. Misalnya, resin poliester menyusut sekitar 5-6%, sedangkan resin epoxy menyusut sekitar 2%.

Serat fiberglass, tidak seperti resin, hampir tidak mengalami penyusutan selama pengerasan.

Perbedaan sifat penyusutan antara resin dan fiberglass ini dapat menyebabkan perubahan bentuk pada produk fiberglass selama pengerasan. Lengkungan bisa muncul beberapa jam, hari, atau bahkan minggu setelah resin mengeras.

Risiko terjadinya lengkungan dapat diminimalisir dengan menggunakan serat fiberglass secara simetris pada saat perancangan produk. Namun, meskipun risiko diminimalisir, proses pengerasan tetap menimbulkan tegangan internal pada material. Jika tegangan ini terlalu besar, maka dapat terbentuk retakan pada produk.

 

Bahaya kesehatan fiberglass


Fiberglass memiliki potensi bahaya kesehatan, terutama pada saat produksi dan pemasangan.

Klasifikasi sebagai Karsinogen:

The National Toxicology Program (NTP) Amerika Serikat tidak lagi memasukkan glass wool yang dapat larut secara biologis (digunakan untuk isolasi rumah dan bangunan) ke dalam daftar karsinogen mereka.
Namun, NTP masih menganggap debu fiberglass sebagai “diperkirakan secara wajar [sebagai] karsinogen pada manusia (Serat Wol Glass Tertentu (Dapat Terhirup))”.
Badan lain seperti IARC menggolongkan fiberglass sebagai “Tidak Dapat Diklasifikasikan” terkait risiko karsinogen pada manusia.

Paparan fiberglass bisa terjadi melalui penyerapan (inhalasi), kontak kulit, kontak mata.
OSHA (Occupational Safety and Health Administration) Amerika Serikat mengatur batas paparan legal (permissible exposure limit) fiberglass di tempat kerja yaitu 15 mg/m3 untuk total paparan dan 5 mg/m3 untuk paparan pernapasan dalam 8 jam kerja.
NIOSH (National Institute for Occupational Safety and Health) Amerika Serikat menetapkan batas paparan yang direkomendasikan (recommended exposure limit) sebesar 3 serat/cm3 (diameter kurang dari 3.5 mikrometer dan panjang lebih dari 10 mikrometer) sebagai rata-rata tertimbang waktu selama 8 jam kerja, dan batas total 5 mg/m3.
Uni Eropa dan Jerman mengklasifikasikan serat vitreous sintetis sebagai kemungkinan atau mungkin karsinogenik, tetapi serat tersebut dapat dikecualikan dari klasifikasi ini jika lulus uji tertentu.
Studi epidemiologi pada pekerja yang terpapar fiberglass tidak menunjukkan peningkatan risiko kanker paru-paru atau mesothelioma.

Fiberglass dapat mengiritasi mata, kulit, dan sistem pernapasan.
Gejala potensial termasuk iritasi pada mata, kulit, hidung, tenggorokan, kesulitan bernapas (dyspnea), sakit tenggorokan, suara serak, dan batuk.

Fiberglass aman untuk diproduksi, dipasang, dan digunakan jika praktik kerja yang disarankan diikuti untuk mengurangi iritasi mekanis sementara.
Paparan fiberglass terutama terjadi di tempat kerja dan dapat menimbulkan gangguan kesehatan pernapasan dan iritasi.
Fiberglass yang terpapar di tempat tinggal (misalnya isolasi yang tidak tertutup dengan baik) perlu dihindari.

Resin yang mengeras pada fiberglass dapat mengeluarkan uap styrene. Uap ini dapat mengiritasi selaput lendir dan saluran pernapasan.
Pemasangan dan pemotongan fiberglass dapat menghasilkan debu dan serpihan halus yang dapat mengganggu kesehatan dan fungsi mesin atau peralatan.
Untuk keamanan dan efisiensi, diperlukan peralatan ekstraksi dan filtrasi yang efektif.

 

 

Sumber referansi:

  • wikipedia.org
  • https://www.xometry.com/
  • dll.

1 komentar untuk “Fiberglass”

  1. Pingback: Serat Kaca - fesyendesign.com

Tinggalkan Komentar

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *