KAJIAN KONSTRUKSI FIBERGLASS SEBAGAI LAMINASI
PADA LAMBUNG KAPAL BOAT SESUAI STANDAR
A Study on Fiberglass Construction As Lamination For Boat
According to Standard Rules
Shahrin Febrian S.T, M.Si, Swandjiono S.TFakultas Teknologi Kelautan – Program Studi Teknik Sistem Perkapalan Universitas Darma Persada
E-Mail: shahrin.febrian@gmail.com ABSTRAK
Indonesia sebagai negara maritim mempunyai ketergantungan terhadap kapal laut sebagai alat transportasi maupun alat angkut yang berfungsi ekonomis. Dalam hal ini Kapal Boat yang digunakan bertahun-tahun terbuat dari kayu, akan tetapi karena sifat kayu yang mudah lapuk oleh faktor cuaca dan kimia serta membutuhkan perawatan yang memadai maka dengan seiring perjalanan waktu maka muncullah bahan fiberglass yang berupa laminasi FRP (Fiber Reinforced Plastics) sebagai pengganti kayu dimana bahan ini mepunyai banyak kelebihan yang tidak dimiliki oleh kayu sehingga kapal berbahan FRP ini mulai mendapat tempat di dunia perkapalan khususnya para produsen kapal. Namun pada survey yang dilakukan pada beberapa galangan kapal tahun 2009 menunjukkan bahwa desain konstruksi dan proses laminasi lambung kapal fiberglass umumnya tidak mempunyai standar yang jelas sehingga akan menimbulkan resiko kecelakaan yang cukup signifikan. Untuk meminimalisir hal tersebut maka produksi kapal yang berbasiskan pada laminasi FRP ini haruslah mengacu kepada standar yang ada seperti ISO, aturan BKI yang melibatkan persyaratan yang ketat seperti tensile test, bending test dan lain sebagainya.
Kata kunci: produksi kapal, laminasi FRP, pengujian tarik, pengujian tekuk
1. Pendahuluan
Negara Indonesia adalah negara maritim dengan kekayaan Sumber Daya Alam (SDA) yang sangat berlimpah. Bahkan bila diperhatikan lebih lanjut kekayaan flora dan fauna Indonesia adalah yang terbesar di dunia. Oleh sebab itu eksploitasi terhadap sumber-sumber tersebut sangatlah berlebihan dan nyaris tidak terkendali, khususnya kayu yang dipakai sebagai bahan baku kapal boat para pencari ikan di sungai maupun di laut.
Dalam keadaan perkembangan kebutuhan manusia yang sangat meningkat seperti sekarang ini, sangat tidak bijak ketika kita semua terlalu bergantung pada alam. Dalam jangka waktu tertentu alam akan rusak oleh manusia jika hal itu terus dibiarkan. Dalam memenuhi kebutuhan hidup tersebut sebuah perusahaan atau produsen harus memiliki terobosan cerdas agar dapat menghasilkan produk yang tidak mengganggu kesetabilan alam. Bahan baku industri sangat penting tentunya dalam kelangsungan hidup manusia baik untuk memenuhi kebutuhan manusia itu sendiri ataupun kelestarian alam. Oleh sebab itu para produsen dituntut harus mampu menciptakan bahan baku industri yang tidak bergantung dan tidak mengganggu kelestarian alam atau energi yang terbarukan. Fiberglass (serat kaca) adalah salah satu terobosan yang dapat diaplikasikan dalam bahan baku pembuatan sebuah produk khususnya pada lambung kapal. Karena selain relatif mudah, fiberglass juga tidak menimbulkan polusi dan merusak alam.
Dalam hal ini Kapal Boat yang digunakan bertahun-tahun terbuat dari kayu, akan tetapi karena sifat kayu yang mudah lapuk oleh faktor cuaca dan kimia serta membutuhkan perawatan yang memadai maka dengan seiring perjalanan waktu maka muncullah bahan fiberglass yang berupa laminasi FRP (Fiber Reinforced Plastics) sebagai pengganti kayu dimana bahan ini mepunyai banyak kelebihan yang tidak dimiliki oleh kayu sehingga kapal berbahan FRP ini mulai mendapat tempat di dunia perkapalan khususnya para produsen kapal. Namun pada survey yang dilakukan pada beberapa galangan kapal tahun 2009 serta tingginya tingkat kecelakaan pada kapal fiberglass (Ma’ruf, 2009) menunjukkan bahwa desain konstruksi dan proses laminasi lambung kapal fiberglass umumnya tidak mempunyai standar yang jelas sehingga akan menimbulkan resiko kecelakaan yang cukup signifikan. Oleh sebab itu maka penulis ingin lebih membahas lebih dalam mengenai fiberglass sebagai bahan pengganti kayu dalam pembuatan lambung kapal kapal boat yang tidak hanya ramah lingkungan namun juga aman dalam penerapan di lapangan.
1.2 Perumusan Masalah
Dari pemaparan latar belakang di atas, penulis merumuskan ada beberapa hal yang ingin dipelajari yaitu mengenai Fiber itu sendiri, pengolahan dan pemanfaatannya serta standar-standar pengujian yang harus dilakukan menurut standar-standar lokal maupun internasional agar memenuhi persyaratan keamanan yang ditetapkan.
1.3 Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah
1. Mempelajari tentang fiberglass (FRP) lebih mendalam serta aplikasinya.. 2. Mengetahui cara pembuatan lambung kapal boat dengan fiberglass.
3. Memahami standar-standar yang berkaitan dengan pembuatan lambung kapal boat dengan fiberglass.
1.4 Manfaat Hasil Penelitian
Manfaat yang dapat diambil dari hasil penelitian ini secara umum adalah dapat memberikan pengetahuan yang lebih mendalam mengenai fiberglass dan secara khusus dapat memberikan informasi yang benar mengenai pembuatan kapal fiberglass sesuai standar dalam memenuhi persyaratan keselamatan.
2. TINJAUAN PUSTAKA
Airboat m Fiberglass (kaca serat) atau sering diterjemahkan menjadi serat gelas adalah kaca cair yang ditarik menjadi serat tipis dengan garis tengah 0,005 mm – 0,01 mm. Serat ini dapat dipintal menjadi benang atau ditenun menjadi kain, yang kemudian diresapi dengan resin
sehingga menjadi bahan yang kuat dan tahan terhadap korosi sehingga dapat digunakan laminasi pada badan mobil, bangunan kapal, tangki dan lain sebagainya.
Secara umum Fiberglass juga digunakan sebagai elemen utama dalam penyusunan elemen berlapis atau composite (komposit) yang dikenal juga sebagai Glass Reinforced Plastic (FRP)
dan Glass Reinforced Epoxy (GRE) atau disebut juga fiberglass secara umum.
Pembuat gelas dalam sejarahnya telah mencoba banyak eksperimen dengan gelas giber, tetapi produksi masal dari fiberglass hanya dimungkinkan setelah majunya mesin. Pada 1893, Edward Drummond Libbey memajang sebuah pakaian di World Columbian Expositionmenggunakan glass fiber dengan diameter dan tekstur fiber sutra. Yang sekarang ini dikenal sebagai
“fiberglass”, diciptakan pada 1938 oleh Russell Games Slayter dari Owens-Corning sebagai sebuah material yang digunakan sebagai insulasi. Dia dipasarkan dibawah merk dagang Fiberglas.
Pada umumnya bentuk dasar suatu bahan komposit adalah tunggal dimana merupakan susunan dari paling tidak terdapat dua unsur yang bekerja bersama untuk menghasilkan sifat-sifat bahan yang berbeda terhadap sifat-sifat unsur bahan penyusunnya. Dalam prakteknya komposit terdiri dari suatu bahan utama (matrix) dan suatu jenis penguatan (reinforcement) yang ditambahkan untuk meningkatkan kekuatan dan kekakuan matrik. Penguatan ini biasanya dalam fiber (serat).
2.1 Sistem Fiberglass
************************************ Resin rich layer ++++++++++++++++++++++++ “E” Glass mat
************************************ Resin rich layer Gbr.2.1 Contoh Komposit Sederhana
Pada gambar 2.1 adalah elemen berlapis atau komposit sederhana yang terdiri dari 2 lapisan resin dan 1 lapisan glass dimana:
- “E” Glass Mat menambah flexural strength dan toughness.
- Resin Rich Layer memberikan kemampuan terhadap UV serta weathering performance.
Sebagai tambahan penjelasan dari keterangan di atas, maka untuk penguat (reinforcement) dapat dianalogikan glass sebagai “tulang” dan resin sebagai “daging”. Dalam hal ini “E” Glass Mat merupakan chopped strand mat yang tersusun secara acak (random) yang artinya fibre glass dipotong-potong menjadi mat atau lembaran oleh binder agar memberikan physical properties yang sama di setiap bagian tanpa menghiraukan arah dari material yang akan diaplikasikan sehingga memberikan sifat adhesive yang baik antara resin dan glass.
2.2 Konstruksi Fiberglass
Istilah fiberglass itu adalah penyederhanaan istilah yang terdiri dari dua kata yaitu ‘fiber’ yang artinya serat dan ‘glass’ yang artinya kaca. Sesungguhnya fiberglass adalah salah satu jenis dari bahan komposit yang merupakan paduan dari dua bahan yang mempunyai
sifat fisika dan kimia yang berbeda dimana perbedaan tersebut pun masih dapat terlihat secara mikroskopik maupun makroskopik dalam paduan akhir material komposit tersebut. Beberapa penyebutan untuk Fiberglass yang sudah secara umum dipakai saat ini adalah sebagai berikut:
Fiberglass Reinforced Plastic (FRP), yang jika diterjemahkan bunyinya adalah plastik yang diperkuat oleh serat kaca.
Glass-fiber Reinforced Plastic (GRP), yang jika diterjemahkan bunyinya adalah juga plastik yang diperkuat oleh serat kaca.
Fiber-reinforced Plastic atau Fiber-reinforced Polymer (FRP), yang jika diterjemahkan bunyinya adalah plastik atau polymer yang diperkuat oleh serat. Melihat pemakaian bahan komposit di kapal boat, maka sebenarnya isitlah yang paling tepat adalah istilah FRP yang maksudnya adalah Fiber Reinforced Plastic atau Fiber Reinforced Polymer. Untuk lebih sederhana dan mudah dipahami, maka isitlah FRP yang akan digunakan adalah untuk Fiber-reinforced Plastic karena secara umum material polymer juga banyak dikenal sebagai plastik karena walaupun karet misalnya, juga termasuk salah satu material polymer oleh sebab itu penggunaan istilah tersebut kurang spesifik.
Plastik di dalam konstruksi FRP ini dalam wujudnya ada dalam bentuk resin cair (umumnya jenis polyester, vinylester dan epoxy), sedangkan seratnya bisa dibuat dari bahan gelas (umumnya jenis E-glass), karbon, Kevlar (serat sintetis aramid), dan lain-lain. Sedangkan istilah fiberglass pada boat sebaiknya hanya digunakan jika bahan kompositnya memang terdiri dari serat kaca dan plastik.
2.3 Metodologi Penelitian
Sesuai dengan tujuan penelitian ini, maka penulisan penelitian ini bersifat eksploratif dan deskriptif. Hal tersebut dilakukan karena penulisan laporan ini hanya bersifat kajian tanpa meibatkan pengujian sample. Data untuk penelitian ini dikumpulkan melalui studi kepustakaan, wawancara dan internet. Untuk lebih jelasnya mengenai diagram alir penelitian dapat dilihat di bawah sebagai berikut:
Gbr.2.2 Diagram Alir Penelitian
3. Rancang Bangun Konstruksi Fiberglass
Sebagai bahan komposit, FRP terdiri dari bahan dasar utama sebagai berikut:
Serat penguat: kaca (E-glass), karbon, Kevlar (serat sintetis aramid), bambu, dll.
Resin (cair) : polyester, vinylester dan epoxy
Resin (cair) gelcoat : polyester, vinylester dan epoxy Dengan bahan penunjang sebagai berikut:
Katalis (MEKP, methyl ethyl ketone peroxide) Pengeras (hardener) untuk resin epoxy
Pewarna (pigment) Pengental (filler)
Konstruksi FRP dibuat dengan mencampurkan serat penguat dan resin dengan menggunakan cetakan yang sesuai dengan bentuk yang diinginkan. Dimana konstruksi FRP terdiri dari paduan serat penguat dan resin sebagai dua material utama yaitu:
Serat penguat: sebagai kekuatan konstruksi.
Resin konstruksi: sebagai perekat serat penguat yang memberikan kekakuan bentuk dan juga kekedapan air di kapal.
START
Pengumpulan data dari studi kepustakaan, wawancara dan
internet
Pembahasan tentang fiberglass, konstruksi kapal fiberglass serta standar baku mengenai kapal
fiberglass
Kesimpulan dan Saran
Dengan kata lain konstruksi FRP tidak bisa dibuat hanya dengan hanya fiber saja, demikian juga kalau hanya dengan resin saja karena tidak akan ada kekuatannya. Jadi di sini dapat dilihat bahwa dalam konstruksi FRP, fiber penguat berfungsi sebagai pemberi fungsi kekuatan dan resin sebagai pemberi fungsi kekakuan bentuk dan kekedapan air. Ilustrasi konstruksi FRP dibanding dengan konstruksi komposit pada beton bertulang baja dapat dilihat seperti gambar di bawah:
Pada konstruksi beton bertulang baja, dapat dilihat bahwa semen adalah sebagai pemberi fungsi kekakuan bentuk dan tulangan baja berfungsi sebagai pemberi fungsi kekuatan.
Gbr.3.2 Ilustrasi Konstruksi FRP
Sedangkan pada konstruksi FRP, dapat dilihat bahwa resin adalah sebagai pemberi fungsi kekakuan bentuk (dan juga kekedapan air pada kapal boat) seperti halnya semen pada konstruksi beton bertulang baja dan lapisan serat penguat berfungsi sebagai pemberi fungsi kekuatan seperti halnya tulangan baja pada konstruksi beton bertulang baja. Mengenai bentuknya, konstruksi FRP bisa dibentuk menurut cetakan sesuai keinginan. Mengenai wujud dari material penguat dari konstruksi FRP bisa dalam bentuk: Chopped Strand Mat (CSM); berwujud sebaran serat yang relatif pendek dan acak. Biasanya hadir dalam kode yang menyebutkan tiga angka di belakang CSM, contoh CSM 300. Artinya adalah CSM dengan kepadatan 300 gram per meter persegi (300 gr/m2).
Woven Roving (WR); berwujud seperti anyaman dengan kelompok serat panjang yang relatif tebal. Biasanya hadir dalam kode yang menyebutkan tiga angka di belakang WR, contoh WR 600. Artinya adalah WR dengan kepadatan 600 gram per meter persegi (600 gr/m2).
Multi Axial; berwujud seperti anyaman dengan arah serat memanjang, melintang dan juga menyilang.
Fiber Cloth; berwujud seperti kain tipis.
Jadi untuk selanjutnya di tulisan ini, istilah fiberglass akan diganti dengan FRP agar lebih tepat penggunaannya.
3.1 Konstruksi FRP Pada Kapal Boat
Konstruksi FRP di kapal boat yang baik adalah yang memenuhi kriteria-kriteria sebagai berikut :
Lapisan FRP yang memberikan kekuatan yang memadai; kekuatan di konstruksi FRP adalah terletak pada susunan serat penguat (jumlah lapisan, jenis serat penguat, dan pengaturan susunannya) dan bukan karena ketebalannya. Lapisan FRP yang tebal tapi disusun dari resin dan serat penguat yang tidak tepat serta pengerjaan yang sembarangan akan menghasilkan konstruksi yang tebal, berat dan lemah dalam kekuatan.
Kekedapan air yang baik; kekedapan air diberikan oleh penggunaan resin yang tepat (jenis dan cara pencetakan) akan menentukan kekedapan air tersebut.
Ketahanan cuaca yang baik; ketahanan cuaca, terutama ketahanan terhadap sinar ultra violet dari matahari yang diberikan oleh penggunaan gelcoat yang tepat (jenis dan cara pelapisan).
Kesatuan antar lapisan yang kuat; konstruksi FRP terdiri dari beberapa lapisan paduan resin dan serat penguat. Proses pengerjaan yang tidak tepat tidak akan memberikan kesatuan antar lapisan yang kuat sehingga bahaya delaminasi (pengelupasan sambungan antar lapisan) mengintai.
Kesatuan antar komponen konstruksi kapal FRP yang solid; dalam mempersatukan komponen konstruksi kapal FRP, pengikat eksternal diperlukan (lem dan pengikat mekanis seperti baut dan sekrup). Pengikatan-pengikatan tersebut harus menggunakan bahan dan metode pengikatan yang tepat.
Kerapian pengerjaan yang baik; jika konstruksi FRP di kapal boat tidak dikerjakan dengan rapi, maka keseluruhan kapal akan tidak enak dipandang dan akan berpengaruh kepada nilai ekonomis kapal tersebut dan juga kenyamanan manusia yang ada diatasnya.
Dalam pembuatan konstruksi FRP untuk kapal boat, pada dasarnya ada tiga jenis pekerjaan utama yaitu:
Pembuatan cetakan Pencetakan FRP
Penggabungan komponen konstruksi (lambung, geladak dan bangunan atas) Penyelesaian akhir
3.2 Standar FRP Pada Kapal Boat
Standar / Aturan yang dapat diaplikasikan dalam hal ini adalah Aturan BKI (BKI Rules) tahun 2006 dimana pengujian yang disyaratkan adalah uji tekuk dan uji tarik dengan jumlah sampel masing-masing uji adalah 6 buah. Aturan atau Rules ini mengacu pada International Standard (ISO) 14125 (1998) dan ISO 527-4 (1997), dimana Uji tarik bertujuan untuk menentukan nilai tensile strength, fracture strain dan modulus of elasticity, sedangkan uji tekuk bertujuan untuk menentukan nilai bending strength dan
modulus of elasticity. Untuk spesimen fiberglass yang menggunakan serat berbentuk mat, nilai minimum yang disyaratkan oleh BKI Rules untuk kedua jenis pengujian tersebut yaitu sebagai berikut:
Kuat Tarik (Tensile Strength)
𝑹𝒛 = 𝟏𝟐𝟕𝟖𝚽𝟐− 𝟓𝟏𝟎𝚽 + 𝟏𝟐𝟑 (𝑴𝑷𝑨)
Kuat Tekuk (Bending Strength)
𝑹𝑩 = 𝟓𝟎𝟐𝚽𝟐+ 𝟏𝟎𝟔, 𝟖 (𝑴𝑷𝑨)
Untuk sampel yang menggunakan roving fiber nilai minimumnya adalah sebagai berikut: 𝑿𝒎𝒊𝒏 = 𝜶 [𝑿𝒓𝒆𝒇(
𝝓 𝟎,𝟒)]
Dimana:
Xmin = nilai minimum yang dibutuhkan
Xref = nilai acuan untuk isi volume serat F= 0,4 a = faktor untuk lay-up
Dan untuk sampel yang menggunakan carbon fiber nilai minimumnya adalah:
Fiber Property Xref [Mpa] α 0o 0o/90o 0o/±45o 0o/90o/±45o Carbon Tensile strength Bending strength 800 725 1.0 0 1.0 0 0.5 5 0.5 5 0.5 0 0.4 5 0.4 5 0.4 2
Tabel. 3.1 Nilai Minimum Tensile dan Bending Strength Untuk Carbon Fiber 4. Penutup
Berdasarkan hasil pengumpulan data, analisa data dan pelaksanaan pembuatan lambung airboat pada penelitian yang dilakukan diperoleh kesimpulan sebagai berikut:
4.1. Kesimpulan
1. Kapal Boat berbahan fiber memang relatif lebih mudah untuk diaplikasikan, namun tanpa memenuhi persyaratan atau standar yang berlaku bisa menimbulkan cacat pada kapal yang dihasilkan.
2. Karena kurangnya pengetahuan industri galangan pada umumnya, maka perlu adanya sosialisasi dari BKI agar kapal-kapal yang akan dihasilkan dapat memenuhi standar yang diinginkan.
4.2. Saran
1. Agar pembahasan dan analisa yang dikemukakan lebih mendalam ada baiknya pengambilan sampel untuk diuji.
2. Pengujian bukan hanya dari kekuatan saja, namun juga dari komposisi dari fiberglass itu sendiri.
5. Daftar Pustaka
International Organization for Standardization (ISO) 14125 (1998), Fiber Reinforced Plastic Composites Determination of Flexural Properties.
International Organization for Standardization (ISO) 527-4 (1997), Plastic Determination of Tensile Properties.
BKI Rules For Classification and Surveys (Vol. I) 2012 BKI Rules For Rules For Hull (Vol. II) 2009
BKI Rules For Fiberglass Reinforced Plastic Vessels (1996)
Callister J.r, William D., Materials Science and Engineering Fourth Edition. John Wiley & Sons, Inc. New York 1997
BKI Rules For Non-Metallic Materials (2006) http://boati8ndonesia.com/
http://dephub.go.id/
