Fibre-reinforced plastic

Fibre-reinforced plastic  (FRP; juga disebut fibre-reinforced polymer) adalah bahan komposit yang terbuat dari matriks polimer yang diperkuat dengan serat.

FRP terdiri dari dua komponen utama yaitu:

  • Matriks polimer: Biasanya berupa plastik thermosetting seperti epoksi, vinil ester, atau poliester. Resin fenol formaldehida juga masih digunakan.
  • Serat penguat: Biasanya terbuat dari: Kaca (fiberglass), Karbon (carbon-fiber-reinforced polymer), Aramid, Basalt.
    Jarang sekali, serat lain seperti kertas, kayu, boron, atau asbes digunakan.

FRP memiliki kombinasi kekuatan, ketahanan, dan berat yang ringan dan digunakan secara luas dalam berbagai industri dirgantara, otomotif, kelautan, konstruksi, FRP juga ditemukan dalam pelindung balistik, tabung peralatan pernapasan mandiri  atau self-contained breathing apparatuses (SCBA).

FRP merupakan material yang serbaguna dan kuat berkat kombinasi sifat dari serat penguat dan matriks polimer. Penggunaannya yang luas di berbagai bidang menunjukkan keunggulan dan potensinya dalam berbagai aplikasi.

 

Sejarah


Bakelite adalah plastik yang diperkuat dengan serat (fiber-reinforced plastic) pertama kali. Leo Baekeland awalnya mencari pengganti shellac (yang dibuat dari ekskresi serangga lac). Para ahli kimia mulai mengenali bahwa banyak resin dan serat alami adalah polimer, dan Baekeland menyelidiki reaksi fenol dan formaldehida. Pertama-tama, dia memproduksi shellac fenol-formaldehida yang larut bernama “Novolak” yang tidak pernah sukses di pasar, kemudian beralih untuk mengembangkan pengikat untuk asbes yang pada saat itu dicetak dengan karet. Di tahun 1905, dengan mengontrol tekanan dan suhu yang diberikan pada fenol dan formaldehida, dia berhasil menemukan bahan keras yang dapat dibentuk (plastik sintetis pertama di dunia): bakelite yang dia impikan. Dia mengumumkan penemuannya dalam pertemuan American Chemical Society pada 5 Februari 1909.

Pengembangan plastik yang diperkuat dengan serat (fiber-reinforced plastic) untuk penggunaan komersial banyak diteliti pada tahun 1930-an. Di Inggris, penelitian yang signifikan dilakukan oleh pionir seperti Norman de Bruyne. Ini terutama menarik minat industri penerbangan.

Produksi massal serat kaca ditemukan pada tahun 1932, ketika Games Slayter, seorang peneliti di Owens-Illinois secara tidak sengaja mengarahkan jet udara bertekanan pada aliran kaca cair dan menghasilkan serat. Paten untuk metode ini pertama kali diajukan pada tahun 1933. Owens bergabung dengan perusahaan Corning pada tahun 1935 dan metode itu diadaptasi oleh Owens Corning untuk menghasilkan “fibreglas” (dengan satu “s”) patennya pada tahun 1936. Awalnya, fibreglas adalah glass wool dengan serat yang menjebak banyak gas, menjadikannya bermanfaat sebagai isolator, terutama pada suhu tinggi.

Resin yang cocok untuk mengkombinasikan “fibreglas” dengan plastik untuk menghasilkan bahan komposit, dikembangkan pada tahun 1936 oleh du Pont. Resin pertama yang merupakan leluhur dari resin poliester modern adalah resin Cyanamid pada tahun 1942. Sistem pengerasan peroksida digunakan saat itu. Dengan kombinasi fibreglas dan resin, kandungan gas dari material tersebut digantikan oleh plastik. Hal ini mengurangi sifat isolasi menjadi nilai-nilai yang khas untuk plastik, tetapi sekarang untuk pertama kalinya komposit tersebut menunjukkan kekuatan dan potensi besar sebagai material struktural dan bangunan. Namun sayangnya, banyak komposit serat kaca kemudian disebut “fibreglass” (sebagai nama umum) dan nama tersebut juga digunakan untuk produk glass wool berdensitas rendah yang mengandung gas bukan plastik.

Ray Greene dari Owens Corning dianggap sebagai orang yang memproduksi perahu komposit pertama pada tahun 1937, tetapi tidak melanjutkan lebih jauh pada saat itu karena sifat rapuh dari plastik yang digunakan. Pada tahun 1939, Rusia dilaporkan telah membuat perahu penumpang dari bahan plastik, dan Amerika Serikat membuat badan pesawat serta sayap pesawat terbang. Mobil pertama yang memiliki bodi fiber-glass adalah Stout Scarab tahun 1946. Hanya satu dari model ini yang dibuat. Prototipe Ford tahun 1941 bisa saja menjadi mobil plastik pertama, namun terdapat ketidakpastian mengenai bahan yang digunakan karena tidak lama kemudian dihancurkan.

Pesawat pertama yang menggunakan plastik diperkuat serat (fibre-reinforced plastic) mungkin adalah Fairchild F-46, pertama kali terbang pada 12 Mei 1937, atau Pesawat Bennett Plastic Plane yang dibuat di California. Sebuah badan pesawat fibreglass digunakan pada Vultee BT-13A yang dimodifikasi  sebagai XBT-16 yang berbasis di Wright Field pada akhir tahun 1942. Pada tahun 1943, eksperimen lebih lanjut dilakukan dengan membangun bagian-bagian pesawat struktural dari bahan komposit yang menghasilkan pesawat pertama, yaitu Vultee BT-15, dengan badan pesawat GFRP (glass fiber-reinforced plastic), untuk XBT-19, yang terbang pada tahun 1944. Sebuah perkembangan penting dalam peralatan untuk komponen GFRP telah dibuat oleh Republic Aviation Corporation pada tahun 1943.

Produksi serat karbon dimulai pada akhir tahun 1950-an dan digunakan, meskipun tidak luas di industri Inggris hingga awal tahun 1960-an. Serat aramid juga diproduksi sekitar waktu ini, pertama kali muncul dengan nama dagang Nomex oleh DuPont. Saat ini, masing-masing dari serat-serat ini digunakan secara luas dalam industri untuk aplikasi-aplikasi yang memerlukan plastik dengan kekuatan atau sifat elastis tertentu. Serat kaca adalah yang paling umum di semua industri, meskipun komposit serat karbon dan serat karbon-aramid banyak ditemukan dalam aplikasi penerbangan, otomotif, dan olahraga. Ketiga jenis serat ini (kaca, karbon, dan aramid) tetap menjadi kategori serat yang penting yang digunakan dalam FRP.

Produksi polimer global pada skala yang ada saat ini dimulai pada pertengahan abad ke-20, ketika biaya bahan baku dan produksi rendah, teknologi produksi baru, dan kategori produk baru, digabungkan untuk membuat produksi polimer ekonomis. Industri ini akhirnya matang pada akhir tahun 1970-an, ketika produksi polimer dunia melampaui produksi baja, menjadikan polimer sebagai material yang umum digunakan seperti sekarang ini. Plastik yang diperkuat dengan serat (fiber-reinforced plastic) telah menjadi aspek yang signifikan dari industri ini sejak awal.

 

Definisi proses


Polimer pada umumnya dibuat melalui proses polimerisasi bertahap (step-growth polymerization) atau polimerisasi adisi (addition polymerization). Ketika satu atau lebih polimer dicampur dengan zat tambahan untuk meningkatkan atau mengubah sifat materialnya, hasilnya disebut plastik.

Plastik komposit adalah jenis plastik yang dihasilkan dengan menggabungkan dua atau lebih bahan homogen dengan sifat material berbeda. Tujuannya adalah untuk mendapatkan produk akhir dengan sifat material dan mekanik tertentu yang diinginkan. Fibre-reinforced plastic (FRP) adalah kategori plastik komposit yang secara khusus menggunakan bahan serat untuk memperkuat daya tahan dan elastisitas plastik secara mekanis.

Plastik awal sebelum diperkuat serat disebut matriks atau bahan pengikat. Matriks adalah plastik yang kuat namun relatif lemah yang diperkuat oleh filamen atau serat penguat yang lebih kuat dan lebih kaku.

Peningkatan kekuatan dan elastisitas pada FRP dipengaruhi oleh:

  • Sifat mekanik serat dan matriks
  • Perbandingan volume antara serat dan matriks
  • Panjang dan orientasi serat di dalam matriks

Penguatan matriks terjadi ketika material FRP menunjukkan peningkatan kekuatan atau elastisitas dibandingkan dengan kekuatan dan elastisitas matriks itu sendiri.

 

Proses produksi


Proses pembuatan FRP melibatkan dua tahap utama yaitu pembuatan dan pembentukan serat, kemudian dilanjutkan dengan penyatuan serat dengan matriks melalui proses pencetakan.

 

Pembuatan dan pembentukan serat

Serat FRP bisa dibuat dalam bentuk dua dimensi dan tiga dimensi:

  • Dua Dimensi: Serat tersusun sejajar pada bidang datar (x dan y). Kekurangannya adalah kurang optimal dari segi biaya dan proses produksi karena membutuhkan banyak tenaga kerja untuk memotong, menyusun, dan membentuk serat menjadi komponen.
  • Tiga Dimensi: Serat tersusun dalam arah x, y, dan z. Keuntungannya adalah biaya produksi lebih rendah, performa mekanik, ketebalan lebih baik, dan ketahanan benturan lebih tinggi.

 

Penyatuan serat dengan matriks

Tahap ini adalah bagaimana serat dibentuk menjadi lembaran atau filamen kontinu sebelum akhirnya diikat dengan matriks melalui proses pencetakan. Ada empat metode utama pembuatan preform (bentuk awal serat) yaitu:

  1. Menenun (Weaving): Cocok untuk membuat serat dua dimensi dan tiga dimensi. Namun, untuk serat tiga dimensi, dibutuhkan banyak benang lungsin (warp yarn) sehingga waktu persiapan menjadi lama. Saat ini, tenun multilapis digunakan untuk produk dengan lebar terbatas atau produk bernilai tinggi.
  2. Mengepang (Braiding): Cocok untuk membuat kain pipih atau tabung dengan lebar terbatas. Proses ini dilakukan menggunakan mandrel dengan bentuk penampang yang bisa bervariasi. Mengepang bisa menghasilkan serat dengan sudut 45 derajat. Ada tiga jenis mengepang yaitu:
    • Mengepang Empat Langkah (Four-Step Braiding): Menggunakan bingkai datar dengan baris dan kolom benang yang membentuk preform. Proses ini membutuhkan kompresi mekanis untuk memadatkan struktur.
    • Mengepang Dua Langkah (Two-Step Braiding): Menggunakan benang tetap di arah sumbu (axial) dan benang kepang yang lebih sedikit. Proses ini tidak memerlukan pemadatan mekanis.
    • Mengepang Interlock Multilapis (Multilayer Interlock Braiding): menggabungkan beberapa alat kepang bundar standar menjadi bingkai kepang silinder. Proses ini menghasilkan jalinan serat dengan lapisan multilapis.
  3. Menyulvam (Knitting): Dapat dilakukan dengan metode rajut lungsin (warp knitting) dan rajut pakan (weft knitting). Mesin dengan dua atau lebih jarum bisa menghasilkan kain multilapis dengan benang yang melintang antar lapisan. Kontrol elektronik pada mesin rajut memungkinkan pembentukan preform tiga dimensi dengan seminimal mungkin sisa bahan.
  4. Menjahit (Stitching): Merupakan metode termudah dan membutuhkan investasi peralatan paling sedikit. Menjahit dilakukan dengan menusukkan jarum dan benang jahit melalui tumpukan lapisan kain untuk membentuk struktur 3D. Keuntungan menjahit adalah bisa dilakukan pada kain kering dan prepreg, serta menggunakan kain standar yang sudah familiar di industri komposit. Namun, proses menjahit pada prepreg lebih sulit dan bisa merusak material.

 

Proses pencetakan fiber-reinforced plastic (FRP)

Tahap kedua pembuatan FRP setelah pembentukan serat adalah proses pencetakan (forming process). Proses ini bertujuan untuk membentuk serat yang sudah disiapkan menjadi komponen FRP final. Berikut bagaimana proses pencetakan dilakukan:

  1. Cetakan (Mould) sebagai penentu bentuk; Struktur kaku digunakan untuk membentuk komponen FRP. Cetakan bisa berupa permukaan datar (caul plate) atau silinder (mandrel). Namun, kebanyakan cetakan FRP memiliki bentuk rongga (mould) yang bisa berupa cetakan cekung (female mould), cetakan cembung (male mould), dan cetakan atas-bawah (top and bottom mould).
  2. Penempatan preform pada cetakan; Preform serat, berupa serat kering atau prepreg (serat dengan resin), ditempatkan pada atau di dalam cetakan.
  3. Pembasahan serat dengan resin; Serat kering kemudian “dibasahkan” dengan resin secara manual atau melalui injeksi resin ke dalam cetakan tertutup.
  4. Pengerasan (Curing); Setelah pembasahan, resin dikeringkan (cured) dengan menggunakan panas dan/atau tekanan untuk membentuk material final.

Berikut ini jenis-jenis proses pencetakan yang umum digunakan:

  • Bladder moulding: Lembaran prepreg dilapisi dan ditempatkan pada cetakan bersama dengan kantong seperti balon. Cetakan ditutup dan dipanaskan. Kantong kemudian ditekan untuk memadatkan lapisan material ke dinding cetakan.
  • Compression moulding: Preform SMC atau BMC ditempatkan pada rongga cetakan. Cetakan ditutup dan material dibentuk serta dikeringkan menggunakan tekanan dan panas. Proses ini cocok untuk bentuk geometris yang rumit.
  • Autoclave dan Vacuum Bag: Lembaran prepreg dilapisi dan ditempatkan pada cetakan terbuka. Material ditutup dengan lapisan pelepas, bahan penyerap, dan kantong vakum. Vakum ditarik dan seluruh cetakan dimasukkan ke dalam autoclave (bejana tekanan berpemanas). Proses ini menggunakan vakum terus menerus untuk mengeluarkan gas yang terperangkap. Metode ini umum di industri penerbangan karena menghasilkan presisi tinggi, namun juga lambat dan membutuhkan banyak tenaga kerja.
  • Mandrel wrapping: Lembaran prepreg dililitkan pada mandrel baja atau aluminium. Material dipadatkan dengan pita perekat nilon atau polypropylene. Pengerasan dilakukan dengan kantong vakum dan digantung di oven. Setelah kering, mandrel dikeluarkan sehingga terbentuk tabung karbon berongga.
  • Wet lay-up: Lapisan serat penguat ditempatkan pada cetakan terbuka dan kemudian dibasahi dengan resin basah. Cetakan dibiarkan agar resin mengering. Proses ini umumnya menggunakan fiberglass untuk membuat produk seperti ski, kano, kayak, dan papan selancar.
  • Chopper gun: Serat kaca yang terus menerus didorong melalui alat genggam yang memotong dan mencampurnya dengan resin poliester. Campuran tersebut kemudian ditembakkan ke permukaan cetakan. Proses ini cepat dan hemat biaya untuk produksi massal, namun menghasilkan bentuk dengan kekuatan lebih rendah.
  • Filament winding: Bundel serat ditarik melalui rendaman resin basah dan dililitkan pada mandrel baja yang berputar dengan orientasi tertentu. Pengerasan dilakukan pada suhu ruangan atau suhu tinggi. Mandrel kemudian dikeluarkan.
  • Pultrusion: Bundel serat dan lembaran fabrik ditarik melalui rendaman resin basah dan dibentuk menjadi bentuk awal komponen. Material jenuh kemudian dikeluarkan dari cetakan tertutup yang dipanaskan untuk pengerasan. Produk akhir pultrusion berupa bentuk struktural seperti balok I, siku, saluran, dan lembaran datar.
  • Resin transfer moulding (RTM): Fabrik ditempatkan ke dalam cetakan kemudian diisi dengan resin basah. Resin biasanya ditekan dan dipaksa masuk ke dalam rongga menggunakan vakum. Proses ini menghasilkan presisi tinggi namun beresiko material tidak sepenuhnya jenuh sehingga titik lemah dapat terbentuk.

 

 

Kelebihan dan keterbatasan


Kelebihan:

  • Kekuatan dan ketahanan Tinggi; FRP menawarkan kekuatan dan ketahanan terhadap deformasi yang dapat disesuaikan dengan kebutuhan desain. Hal ini dikarenakan serat kaca pada FRP dapat diarahkan sesuai kebutuhan. Semakin searah serat kaca dengan gaya yang diberikan, maka FRP akan semakin kuat. Sebaliknya, FRP akan lebih lemah jika gaya diberikan berlawanan arah dengan serat kaca.
  • Fleksibilitas arah serat; Proses pembuatan FRP memungkinkan pengaturan orientasi serat kaca dalam dua atau tiga dimensi. Hal ini membuat FRP dapat memiliki kekuatan di berbagai arah, sehingga titik lemah dapat diminimalisir.

Keterbatasan:

  • Orientasi serat menentukan kekuatan; Kemampuan FRP untuk mengatur orientasi serat kaca menjadi pedang bermata dua. Di satu sisi, orientasi serat kaca dapat menjadi kelebihan untuk meningkatkan kekuatan, namun di sisi lain, orientasi yang tidak tepat dapat menyebabkan titik lemah pada material. Jika gaya diberikan berlawanan arah dengan serat kaca, maka kekuatan FRP bisa jadi lebih rendah dibandingkan material matriks itu sendiri.
  • Jenis kegagalan material; Material FRP dapat mengalami kegagalan struktural dalam beberapa kondisi:
    • Gaya tarik yang berlebihan meregangkan matriks melebihi batas serat, sehingga material terkelupas pada antarmuka antara matriks dan serat.
    • Gaya tarik yang besar di ujung serat melebihi batas kemampuan matriks, sehingga menyebabkan serat terpisah dari matriks.
    • Gaya tarik yang terlalu kuat melebihi batas kemampuan serat, sehingga menyebabkan serat itu sendiri patah dan material mengalami kegagalan.

FRP menawarkan perpaduan antara kekuatan dan kemampuan untuk menyesuaikan arah serat sesuai kebutuhan desain. Namun, pertimbangan terhadap orientasi serat kaca menjadi penting untuk menghindari titik lemah pada material.

 

 

Material


Bahan-bahan yang digunakan dalam Plastik Diperkuat Serat (FRP) adalah material komposit yang memadukan plastik dengan serat untuk mendapatkan sifat yang lebih baik.

 

Matriks polimer

Jenis matriks polimer:

  • Matriks polimer termoset: Jenis plastik yang paling umum digunakan dalam FRP. Matriks ini mengeras secara permanen setelah melalui proses curing.
  • Matriks polimer termoplastik: Jenis plastik yang dapat dilelehkan dan dibentuk kembali. Jenis tertentu dari termoplastik bisa digunakan dalam FRP.

Persyaratan matriks polimer:

  • Melapisi dan menempel serat; Matriks harus dapat melapisi serat dengan baik dan idealnya bisa membentuk ikatan kimiawi untuk menghasilkan daya rekat yang kuat.
  • Melindungi serat; Matriks harus sepenuhnya membungkus serat untuk melindunginya dari kerusakan yang dapat mengurangi kekuatan.
  • Mentransfer gaya; Matriks harus bisa meneruskan gaya yang diterima material ke serat untuk menahan beban.
  • Mencegah kontak antar serat; Serat harus terpisah satu sama lain untuk melokalisir kerusakan jika terjadi. Matriks juga harus bisa terlepas dari serat saat terjadi kerusakan untuk alasan yang sama.
  • Stabilitas kimia dan fisik; Matriks harus stabil secara kimia dan fisik selama dan setelah proses penguatan dan pencetakan.

 

Serat penguat

Persyaratan serat penguat antara lain:

  • Meningkatkan kekuatan tarik dan modulus elastisitas; Serat harus bisa meningkatkan kemampuan material untuk menahan tarikan dan kekakuannya.
  • Kandungan serat minimum; Jumlah serat yang digunakan harus melebihi batas minimum yang dibutuhkan untuk efektivitas penguatan.
  • Kekuatan dan kekakuan serat lebih tinggi; Kekuatan dan kekakuan serat itu sendiri harus lebih tinggi daripada matriks plastik.
  • Ikatan optimal; Harus ada ikatan yang optimal antara serat dan matriks untuk memastikan transfer gaya yang efektif.

Jenis serat penguat:

  • Serat kaca (Fiberglass): Jenis serat yang paling umum digunakan dalam FRP. Dibuat dari silika (SiO2) dengan campuran bahan lain.
  • Serat karbon: Memiliki kekuatan dan kekakuan yang lebih tinggi daripada serat kaca, namun juga lebih mahal. Dibuat dari bahan seperti polyacrylonitrile (PAN).
  • Serat aramid (Kevlar): Dikenal akan ketahanannya terhadap panas dan bahan kimia. Biaya produksinya lebih tinggi daripada serat kaca.

Bentuk serat kaca:

  • Roving: Serat kaca yang dibuat menjadi kumpulan benang dengan diameter lebih besar. Digunakan untuk membuat kain dan matras penguat.
  • Fiber fabrics (glass cloth): Susunan serat kaca yang ditenun seperti kain, memiliki arah memanjang (warp) dan melintang (weft).
  • Fiber mats: Bentuk lembaran tidak teranyam yang terdiri dari serat kaca cincang atau serat kaca kontinu.
  • Chopped fiber glass: Serat kaca dengan panjang potongan antara 3-26 mm. Cocok untuk proses pencetakan plastik.
  • Serat kaca pendek: Serat kaca dengan panjang 0.2-0.3 mm. Biasa digunakan untuk memperkuat termoplastik pada proses injection moulding.

Pemilihan jenis matriks polimer dan serat penguat yang tepat sangat penting untuk mendapatkan performa optimal dari FRP.

Pilihan bahan untuk matriks polimer dan serat penguat sangat menentukan sifat akhir dari FRP. Berikut beberapa kombinasi bahan yang umum digunakan:

Serat Penguat Matriks Polimer Sifat yang Ditingkatkan
Serat Kaca UP ( poliester tak jenuh / unsaturated polyester), EP (epoxy), PA (poliamida), PC (polikarbonat), POM (polioksimetilen), PP (polipropilen), PBT (polibutilen tereftalat), VES (vinil ester) Kekuatan, elastisitas, ketahanan panas
Serat Kayu PE (polietilen), PP (polipropilen), ABS (akrilonitril butadiena stiren), HDPE (polietilen dengan densitas tinggi), PLA (polilaktat) Kekuatan lentur, modulus tarik, kekuatan tarik
Serat Karbon dan Aramid EP (epoxy), UP (poliester tak jenuh / unsaturated polyester), VE (vinil ester), PA (poliamida) Elastisitas, kekuatan tarik, kekuatan kompresi, kekuatan listrik
Partikel Anorganik Termoplastik semi-kristalin, UP (poliester tak jenuh / unsaturated polyester) Penyusutan isotropik (menyusut sama ke semua arah), ketahanan abrasi, kekuatan kompresi
Mikrosfer Mikrosfer kaca Pengurangan berat dibandingkan filler padat
  • UP (Unsaturated Polyester): Matriks polimer yang umum digunakan dan terjangkau, namun memiliki ketahanan kimia yang sedang.
  • EP (Epoxy): Matriks dengan kekuatan dan ketahanan kimia yang lebih baik daripada UP, namun lebih mahal.
  • PA (Polyamide): Matriks dengan ketahanan aus dan abrasi yang baik.
  • PC (Polycarbonate): Matriks yang menawarkan transparansi dan ketahanan benturan yang baik.
  • POM (Polyoxymethylene): Matriks dengan tingkat gesekan yang rendah dan ketahanan kimia yang baik.
  • PP (Polypropylene): Matriks yang ringan dan memiliki ketahanan kelelahan yang baik.
  • PBT (Polybutylene Terephthalate): Matriks dengan ketahanan panas dan dimensi yang baik.
  • VE (Vinyl Ester): Mirip dengan UP namun memiliki ketahanan kimia yang lebih baik.

Pemilihan kombinasi bahan yang tepat didasarkan pada kebutuhan dan aplikasi akhir dari FRP. Misalnya, FRP dengan serat kaca dan matriks epoxy cocok untuk penggunaan yang membutuhkan kekuatan dan ketahanan kimia yang tinggi, sedangkan FRP dengan serat kayu dan matriks PE cocok untuk aplikasi yang membutuhkan biaya produksi yang lebih rendah.

 

 

Aplikasi


FRP banyak dipilih karena memiliki kombinasi unik antara kekuatan, ringan, tahan korosi, dan fleksibilitas desain. Kain dari komposit serat kaca-aramid (glass-aramid-hybrid fabric), digunakan pada aplikasi yang membutuhkan kekuatan tarik dan tekan yang tinggi.

Kain kaca-aramid-hibrida (untuk tegangan dan kompresi tinggi)

Contoh Aplikasi FRP

  • Bidang Kedirgantaraan:
    • Rudder pesawat Airbus A310 dari CFRP (Carbon-fibre-reinforced polymers) 25% lebih ringan dari rudder aluminium. Jumlah komponen berkurang 95% karena beberapa bagian digabungkan menjadi bentuk yang lebih sederhana. Hal ini akan mengurangi biaya produksi dan operasional secara keseluruhan.
  • Bidang Otomotif:
    • Manifold udara (intake manifold) dari glass-fibre-reinforced PA 66 bobotnya 60% lebih ringan dari manifold aluminium, permukaan dan aerodinamika lebih baik. Kemudian jumlah komponen berkurang karena beberapa bagian digabungkan menjadi bentuk yang lebih sederhana.
    • Pedal gas dan kopling dari glass-fibre-reinforced PA 66, pedal dapat dicetak sebagai satu unit yang menggabungkan kedua pedal dan tautan mekanis, sehingga menyederhanakan produksi dan penggunaan. Serat dapat diarahkan untuk memperkuat terhadap tekanan tertentu, meningkatkan daya tahan dan keamanan.
  • Bidang Konstruksi:
    • FRP dapat digunakan untuk memperkuat balok, kolom, dan pelat pada bangunan dan jembatan. Penguatan dapat dilakukan dengan cara menempelkan lembaran serat yang dibasahi resin epoksi pada permukaan yang sudah dibersihkan. Terdapat dua teknik yang umum digunakan untuk penguatan balok, yaitu penguatan lentur (flexural strengthening) dan penguatan geser (shear strengthening).
    • Pelat dapat diperkuat dengan memasang strip FRP pada bagian bawah.
    • Kolom biasanya dibungkus FRP di sekelilingnya untuk meningkatkan ketahanan geser dan tekan.
  • Lift (Elevator):
    • Perusahaan KONE mengembangkan Ultrarope, kabel lift pengganti baja yang terbuat dari serat karbon dilapisi polimer bergesekan tinggi. Ultrarope memungkinkan penggunaan lift pada gedung tinggi hingga 1000 meter. Sekitar 15% lebih hemat energi dibanding lift kabel baja pada gedung tinggi 500 meter.

 

 

Pertimbangan desain


FRP digunakan untuk desain yang membutuhkan tingkat kekuatan atau modulus elastisitas tertentu. Plastik tanpa penguat dan material lain mungkin tidak cocok secara mekanis atau ekonomis untuk aplikasi tersebut.

Desain yang baik harus memanfaatkan karakteristik struktural khusus FRP secara ekonomis. Orientasi serat atau arah serat mempengaruhi kekuatan, kekakuan, elastisitas, dan pada akhirnya fungsionalitas produk akhir sehingga cara penyusunan serat selama produksi sangat penting. Serat yang searah dengan gaya (forces) yang diberikan akan lebih tahan terhadap perubahan bentuk. Area yang menahan gaya berat akan diperkuat dengan serat searah gaya. Area yang membutuhkan fleksibilitas, seperti engsel, akan memiliki serat yang melintang dengan gaya. Susunan serat ke berbagai arah dapat menghindari titik lemah akibat orientasi serat searah. Hal ini bertujuan menciptakan objek yang kuat ke segala arah.

Kekuatan, fleksibilitas, dan elastisitas FRP juga dapat dipengaruhi oleh bentuk geometris dan desain akhir produk. Ketebalan dinding yang cukup menjamin integritas material dan struktur produk. Desain bentuk yang dapat dicetak menjadi satu kesatuan mengurangi kebutuhan sambungan, sehingga meningkatkan kekuatan struktur.

Desain yang baik untuk FRP harus mempertimbangkan karakteristik material dan memanfaatkannya secara optimal. Orientasi serat dan bentuk produk yang tepat sangat penting untuk mendapatkan performa yang diinginkan.

 

Pembuangan dan daur ulang

Mirip dengan plastik pada umumnya, FRP menghadapi tantangan dalam pembuangan dan daur ulang. Plastik sulit didaur ulang karena terbuat dari polimer dan monomer yang umumnya tidak bisa dipisahkan dan dikembalikan ke bentuk aslinya. Hal ini menyebabkan hanya sebagian kecil plastik yang dapat didaur ulang. FRP sebagai material komposit yang mengandung plastik turut menghadapi tantangan serupa.

Berikut tantangan pembuangan dan daur ulang FRP antara lain:

  • Sulit dipisahkan; Serat dan matriks pada FRP sulit dipisahkan untuk didaur ulang menjadi material dasar.
  • Matriks sulit diolah; Matriks pada FRP sulit diproses kembali menjadi plastik, polimer, atau monomer yang bisa digunakan lagi.
  • Minimnya opsi daur ulang; Saat ini hanya sedikit opsi yang tersedia untuk mendaur ulang FRP secara efektif.

Metode pembuangan sampah FRP:

  • Pembakaran dengan penguraian pengikat; Metode ini membakar bahan pengikat pada FRP untuk mendapatkan kembali sebagian energi yang digunakan saat pembuatan material. Sisa pembakaran berupa elemen yang tidak terbakar akan difiltrasi.
  • Pembakaran di Kiln Semen: Metode ini membakar FRP di kiln semen. Serat FRP akan terintegrasi ke dalam material hasil pembakaran.

Penggunaan bahan matriks yang lebih ramah lingkungan seperti bioplastik dan plastik yang dapat terurai dengan sinar UV dapat meningkatkan keberlanjutan FRP.

 

 

Sumber referensi:

  • wikipedia.org
  • dll.

Tinggalkan Komentar

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