Free Web Hosting  

Teknologi Tekstil Komposit Serat Kaca
Peluang Baru Industri di Indonesia

 

Soma Ariyaka *

Abstrak

Bahan komposit serat kaca dan epoxy resin semakin sering digunakan sebagai pengganti bahan logam dalam dunia penerbangan. Namun demikian, sifat-sifat bahan ini belum diketahui sebagaimana kita mengenal sifat-sifat logam. Semakin kita mengenal sifat-sifat suatu bahan, pemanfaatan bahan tersebut akan semakin luas. Tulisan ini mencoba menggali sifat-sifat khusus bahan komposit serat kaca yang tidak dimiliki oleh bahan lain seperti logam, plastik, kayu atau bahan-bahan lain yang kita temui sehari-hari. Teknologi tekstil dapat pula diterapkan dalam proses pembuatan komposit yang merupakan peluang baru bagi industri Indonesia untuk memanfaatkan teknologi yang sudah tersedia. Keuntungan dan kerugian pemakaian bahan ini juga akan diuraikan dalam tulisan ini.

Pendahuluan

Dunia penerbangan selama ini dikenal sebagai ujung teknologi yang kita miliki. Teknologi maju yang kita miliki dapat kita temui di industri ini. Penerapan teknologi ini tidak hanya melibatnya barang jadinya saja, yaitu pesawat terbang, tetapi juga melibatkan teknologi baru dalam hal perencanaan dan pemasaran, proses pembuatan dan proses perubahan dan perbaikan. Semakin kita terlibat dalam dalam dunia ini, semakin kita tahu bahwa industri ini tidak bisa berdiri tanpa didukung oleh industri-industri lain. Predikat industri ujung teknologi lebih tepat dikatakan sebagai industri yang memacu industri-industri yang lain untuk memajukan teknologi yang dimiliki. Sebagai contoh, permintaan akan adanya bahan yang ringan dan kuat semakin memajukan teknologi material. Sehingga karena kemajuan teknologi dalam bidang material, pesawat terbang modern saat ini dapat mengangkut penumpang lebih banyak dibandingkan dengan pesawat dahulu. Perbandingan ini kita buat dengan catatan bahwa teknologi yang lain tetap tidak berubah. Lebih mudahnya dapat disimpulkan bahwa dulu belum ditemukan material yang kuat tetapi ringan. Saat ini aluminium alloy yang dipakai pesawat terbang modern mempunyai kekuatan tarik (tensile strength) sekitar dua kali lipat dan setengah berat jenis daripada logam-logam yang dipakai dahulu.

Sekitar tahun 60-an, mulai ada usaha untuk mencari bahan-bahan lain yang lebih baik untuk dipakai membuat pesawat terbang. Lebih baik ini dalam artian lebih kuat, lebih kaku dan lebih ringan. Tulisan ini membatasi pengertian bahan pesawat terbang hanya pada bahan struktur pesawat. Usaha ini membuahkan hasil dengan munculnya pemakaian bahan komposit karbon dan epoxy resin di struktur pesawat yang bukan utama. Tetapi ini sudah merupakan terobosan baru karena umumnya, penggantian bahan untuk struktur di pesawat terbang bukanlah hal yang mudah. Setelah pemakaian pertama ini, penelitian lebih lanjut menjadi semakin gencar. Saat ini, bahan komposit karbon yang paling maju sudah dipakai sebagai pengganti logam di struktur utama pesawat terbang. Bahkan pesawat terbang yang semua konstruksinya dibuat dari komposit sudah disahkan untuk terbang.

Keuntungan utama dari komposit serat karbon adalah kekuatannya yang tinggi dengan berat jenis yang rendah dan kekakuan yang tinggi juga. Sebagai perbandingan dengan high strength steel alloy, serat karbon komposit yang paling maju mempunyai kekuatan sekitar empat kali lipat dengan setengah berat jenis. Namun kekakuannya juga sekitar dua kali lipat logam. Kerugian dari komposit serat karbon adalah kemampuan menyerap energi yang rendah sehingga terlalu mudah rusak dan sulit untuk ditemukan kerusakannya serta sangat sulit untuk diperbaiki. Kekakuan bisa menjadi keuntungan atau kerugian tergantung terhadap penerapannya. Bahan yang akan kita ulas dalam tulisan ini adalah serat kaca. Bahan ini muncul agak terlambat karena dugaan awal orang-orang bahwa kaca lebih kaku dari karbon. Kaca juga tidak sekuat karbon. Setelah diteliti lebih lanjut, ternyata serat kaca lebih elastis daripada serat karbon. Kekuatannya memang dibawah serat karbon, tetapi hanya sedikit lebih lemah daripada logam dengan berat jenis yang lebih rendah. Keuntungan utama adalah kemampuan menyerap energi yang lebih besar dari serat karbon.

Serat Kaca

Kaca sering kita temui dalam kehidupan sehari-hari. Unsur penyusun utama kaca adalah silikon dioksida. Senyawa-senyawa lain seperti aluminium oksida dan natrium oksida adalah senyawa tambahan yang diperlukan untuk mempermudah pembuatan kaca. Dalam pendahuluan disebutkan bahwa serat kaca lebih elastis daripada serat karbon. Mungkin kita bertanya bagaimana mungkin kaca itu elastis. Sebagai contoh kaca jendela akan patah atau pecah kalau dibengkokkan. Namun jika kaca jendela itu dibuat panjang dengan diameter dua mikrometer, maka kaca tersebut akan dapat dibengkokkan tanpa mematahkannya. Contoh lain misalnya penggaris dari plastik yang tebal akan lebih mudah patah daripada penggaris besi yang tipis walaupun kita tahu bahwa plastik lebih elastis daripada besi. Jadi salah satu penyebab utama elastisitas adalah ukuran dari bahan tersebut.

Silikon kita ketahui adalah salah satu unsur yang paling banyak ditemui di alam setelah oksigen dan karbon. Jadi kaca bukanlah barang yang mahal. Namun demikian, serat kaca bukan barang yang murah pula. Proses pembuatan serat kaca menyebabkan harga serat kaca menjadi mahal. Proses pembuatan serat kaca secara sederhana dapat dijelaskan sebagai berikut, silikon oksida dilebur dan ditambah dengan beberapa senyawa kimia lain untuk memudahkan pembuatan. Setelah itu ada dua cara untuk membuat serat :

  1. Kaca yang lebur tadi disemprotkan dengan tekanan tinggi melalui semacam saringan dengan besar lobang yang sudah ditentukan sesuai dengan permintaan garis tengah serat kaca yang diperlukan.
  2. Leburan kaca tadi diputar dengan kecepatan tinggi. Proses ini sebenarnya sama dengan proses di atas hanya tekanan tinggi yang diperlukan diganti dengan gaya centrifugal yang diperoleh dengan memutar kaca tersebut.

Pendinginan dan penambahan senyawa tertentu untuk mencegah bersatunya lagi serat-serat kaca tadi segera dilakukan setelah serat kaca tersebut melewati saringan. Ada beberapa cara lagi yang tidak disebutkan di sini. Cara-cara lain yang menghasilkan serat kaca yang bermutu tinggi meminta biaya yang mahal. Serat kaca bermutu tinggi merupakan syarat serat kaca untuk kepentingan komunikasi.

Komposit Serat Kaca

Komposit serat kaca merupakan bahan yang tersusun dari serat kaca dan resin yang bisa berupa thermosetting atau thermoplastic. Resin berfungsi sebagai bahan yang mengikat serat-serat tadi. Namun pembawa beban tetap pada serat-serat kaca. Secara singkat karakteristik dari komposit serat kaca dapat disebutkan sebagai berikut :

Komposit serat kaca umumnya dibuat dengan cara :

  1. Wet Lay-Up
    Serat kaca yang sudah berupa lembaran kain atau serat-serat lepas diletakkan di atas cetakan female baru kemudian resin ditambahkan. Setelah semua serat tertutup oleh resin, cetakan male diletakkan. Cara ini sangat mudah untuk dikerjakan, tetapi membutuhkan waktu yang cukup lama. Umumnya digunakan untuk memproduksi barang yang jumlahnya sedikit dan berbentuk rumit.
  2. Pre-Preg Lay-Up
    Pre-preg merupakan kependekan dari pre-impregnated. Jadi serat kaca tersebut sudah ditambahkan resin dalam kondisi B yang diartikan resin dalam kondisi setengah matang. Pre-preg umumnya berbentuk lembaran-lembaran semacam kain. Cara ini paling sering digunakan untuk produksi barang-barang serat kaca. Masalah utama metode ini adalah bentuk lembaran yang menyebabkan bentuk-bentuk 3-D yang rumit sulit untuk dibuat.
  3. Preform dan RTM
    Preform berarti serat kaca tersebut sudah disiapkan bentuknya sebelumnya. RTM merupakanan kependekan dari resin transfer moulding. Metode ini merupakan kandidat utama proses produksi komposit serat. Permasalahan yang timbul adalah serat yang harus khusus dibuat. RTM proses dapat dijelaskan sebagai berikut, preform atau lembaran biasa ditekan dalam cetakan, dipanaskan dan dihampakan. Setelah itu baru resin dialirkan (karena suhu yang cukup tinggi menyebabkan resin bisa mengalir).
  4. Preform Pre-Preg
    Metode ini menggunakan pre-preg dalam bentuk preform. Penggunaannya masih dalam tahap penelitian karena masalah utama yang belum terpecahkan adalah resin yang sulit untuk mengalir melewati bentuk-bentuk yang rumit. Masalah untuk membuat preform dari serat yang sudah ditambahkan resin juga belum dapat dipecahkan.

Metode nomer 3 merupakan cara yang mempunyai lebih banyak keuntungan dibandingkan dengan cara-cara yang lain saat ini.

Teknologi Tekstil

Indonesia merupakan salah satu negara penghasil pakaian yang paling besar di dunia saat ini. Sehingga kita dapat menyimpulkan bahwa tenaga ahli dan tenaga kerja di bidang ini tidaklah terlalu sulit ditemukan. Serat kaca dapat diserupakan dengan benang. Jadi serat kaca dapat ditenun, dirajut atau dijahit. Seperti yang telah disebutkan di atas, preform adalah serat kaca yang sudah disiapkan bentuknya. Penyiapan bentuk ini dapat dilakukan dengan cara :

  1. Dari lembaran tenunan yang kemudian dipotong dan dijahit sesuai dengan bentuk.
  2. Dari lembaran rajutan yang elastis kemudian ditarik dan disesuaikan dengan bentuk.
  3. Dirajut langsung sesuai dengan bentuk.

Cara pertama terlalu lama dan tidak bisa mendapatkan bentuk yang konstan untuk produksi massal. Cara kedua mempunyai permasalahan dengan ketidakkonstantanan kerapatan serat, terutama pada bentuk-bentuk yang ekstrim. Cara terakhir mempunyai permasalahan dengan diperlukannya alat untuk merajut serat sesuai dengan bentuk.

Kesimpulan

Dengan kemampuan teknologi tekstil yang kita miliki, serat kaca dapat menjadi kandidat utama pengganti bahan-bahan barang yang kita temui sehari-hari dan merupakan peluang baru bagi industri di Indonesia. Terutama sekali adalah pengganti bahan-bahan yang tidak berkawan dengan alam.

Referensi