Komposit

5/24/2018 Komposit

1/14

TUGAS AKHIR MATERIAL KOMPOSIT

FIBERGLASS REINFORCED COMPOSITE AS

COMPOSITE MATERIAL FOR PIPING

Oleh:

Marina

1006773263

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA

DEPOK 2013

5/24/2018 Komposit

2/14

Material Komposit untuk Perpipaan Fiberglass Reinforced Composite

DAFTAR ISI

DAFTAR ISI ............................................................................................................... 1

DAFTAR GAMBAR .................................................................................................. 1

BAB I PENDAHULUAN ........................................................................................... 2

BAB II ISI ................................................................................................................... 3

2.1 Material Penyusun ............................................................................................. 3

2.1.1 Resin ........................................................................................................ 3

2.1.2 Bahan Penguat ......................................................................................... 3

2.1.3 Komposisi ................................................................................................ 4

2.2 Proses Manufaktur ............................................................................................. 42.2.1 Filament Winding .................................................................................... 4

2.2.2 Centrifugal Casting ................................................................................. 6

2.3 Kelebihan dan KekuranganFiberglass Reinforced Composite........................ 8

2.4 Perbandingan Pipa Komposit dan Pipa Baja ..................................................... 9

2.5 Pertimbangan Lingkungan terhadap Penggunaan Komposit ............................ 9

2.6 PengujianFiberglass Reinforced Composite.................................................. 10

BAB III PENUTUP .................................................................................................. 12

DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................... 13

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Skema ProsesFilament Winding........................................................ 5

Gambar 2.2 Skema Proses Centrifugal Casting..................................................... 7

5/24/2018 Komposit

3/14


2

BAB I

PENDAHULUAN

Pemilihan dan penggunaan material pada sistem perpipaan di dunia industri

merupakan hal yang sangat penting dan mendasar, dimana tiap industri memiliki

spesifikasi dan parameter tertentu sesuai dengan kebutuhan. Ada beberapa kriteria

umum terkait dengan pemilihan material pada sistem perpipaan, yaitu ringan, biaya

produksi murah, memiliki kekutan yang baik, pemasangan yang mudah dan cepat dan

yang paling penting memiliki ketahanan terhadap korosi yang tinggi.

Pada sebagian besar industri yang ada, pipa logam merupakan jenis pipa yang

paling banyak digunakan, terutama pipa yang terbuat dari baja. Namun, penggunaanpipa logam ini memunculkan suatu permasalahan klasik mengingat sifat dari logam

itu sendiri, yaitu memiliki ketahanan yang rendah terhadap korosi. Permasalahan

korosi di sistem perpipaan bukanlah hal kecil karena dapat mengakibatkan penurunan

ketebalan pipa ataupun kebocoran sehingga dibutuhkan maintenance yang lebih.

Salah satu cara untuk mengatasi permasalahan ini adalah dengan menggunakan pipa

yang terbuat dari material kompost karena memiliki kriteria yang diinginkan.

Komposit merupakan material hasil kombinasi makroskopis dari dua atau lebih

komponen yang berbeda dengan tujuan untuk menghasilkan sifat fisik dan mekanik

tertentu yang lebih baik daripada masing-masing komponen penyusunnya. Pengertian

ini meliputi berbagai jenis pipa yang merupakan kombinasi dari logam, plastik

maupun resin termoset. Pengertian komposit yang lebih mendalam adalah kombinasi

dari serat berpenguat (reinforcement fiber) dalam matriks resin termoset dimana

penguat serat memiliki rasio aspek yang mampu memindahkan beban antara serat dan

serat tersebut memiliki ikatan kimia dengan matriks resin. Material komposit yang

umum digunakan dalam sistem perpipaan adalahfiberglass reinforced composite.

Di dalam makalah ini akan dibahas mengenai bahan baku yang digunakan

sebagai fiber dan resin penyusun, kelebihan dan kekurangan, metode dan proses

manufaktur serta beberapa aplikasi penggunaan material komposit GRP dalam dunia

industri.

5/24/2018 Komposit

4/14


3

BAB II

ISI

2.1 Material Penyusun

Fiberglass reinforced composite dapat disebut juga sebagai fiberglass

reinforced plastic (FRP) atauglass reinforced plastic (GRP). Komposit tersusun dari

bahan penguat (reinforcement) dan resin (matrix). Terdapat beberapa bahan penguat

dan resin berbeda yang digunakan dalam pembuatan pipa pada saat ini. Berikut

merupakan beberapa resin dan bahan penguat yang umum digunakan dalam

pembuatan pipa.

2.1.1 Resin

Resin pada dasarnya adalah matriks, yaitu suatu material yang berbentuk cairan

pada suhu ruang atau dapat pula berupa material padatan yang dapat meleleh pada

suhu diatas 200oC. Resin yang umum digunakan berjenis thermosetting, yaitu dapat

berupa:

Epoxy, memiliki kekuatan yang baik, ketahanan terhadap zat kimia yang baik,

viskositas tinggi, mahal, diaplikasikan secara luas pada perpipaan.

Phenolic, memiliki kekuatan menengah, memiliki sifat flammability yang baik,

sifat pemuaian (pemanjangan) rendah, mahal.

Polyester, dibagi menjadi (1) orthophthalic polyester, paling sering digunakan

di industri FRP, memiliki kekuatan dan ketahanan terhadap korosi yang cukup,

murah; (2) isophthalic polyester, memiliki kekuatan dan ketahanan terhadap

korosi yang baik , lebih mahal dibandingkan orthophthalic polyester.

Vinyl Ester, kombinasi epoxy dan polyester, ketahanan terhadap korosi sangat

baik, memiliki kekuatan dan ketangguhan yang sangat tinggi, mahal.

2.1.2 Bahan Penguat (Reinforcement Material)

Serat penguat yang biasa digunakan dalam aplikasi perpipaan adalahfiberglass

reinforced compositedengan spesifikasi E-class. Bahan ini memiliki kekuatan yang

5/24/2018 Komposit

5/14


4

baik, modulus yang rendah, harga fiber rendah dan tersedia dalam berbagai bentuk.

Fiberglass reinforced composite atau fiberglass reinforced plastic (FRP) terdiri 2

jenis menurut ASTM (American Societyfor Testing and Materials) yakni reinforced-

thermosetting-resin-pipe (RTRP) yang tidak memiliki agregat dan glass-fiber-

reinforced polymer mortar pipe (RPMP) yang ditambahkan agregat ke dalam

matriksnya.

2.1.3 Komposisi

Komposisi material komposit padaFiberglass Reinforced Plasticsecara umum

dapat dibagi menjadi 3 jenis berdasarkan jenis dari proses pembuatannya, yaitu:

Discontinous Helical Filament Wound without Sand,memiliki komposisi 65%glass fiber dan 35% resin.

Centrifugally Cast Reinforced Plastic Mortar, memiliki komposisi 65% partikel

padatan (pasir), 15%glass fiber dan 20% resin.

Continuous Filament Wound with Sand, memiliki komposisi 50% partikel

padatan (pasir), 25%glass fiber dan 25% resin.

2.2 Metode dan Proses Manufaktur

Terdapat beberapa macam metode yang digunakan untuk membuat material

komposit. Pemilihan metode pembuatan komposit bergantung pada jenis dan bentuk

produk akhir yang diinginkan. Untuk produksi pipa komposit, umumnya dapat

berupa metode filament winding atau centrifugal casting, karena kedua metode ini

merupakan metode yang paling efisien untuk membentuk pipa yang berbentuk

tubular.

2.2.1 Filament Winding

Prinsip kerja dari metode ini ialah penggulungan filamen pada mandrel dimana

filamen tersebut telah dilapisi oleh resin yang berasal dari resin bath. Proses

manufaktur pada metode filamen winding terdiri dari 4 tahap sebagai berikut:

5/24/2018 Komposit

6/14


5

Gambar 2.1 Skema ProsesFilament WindingSumber: http://www.frpmachining.com

Persiapan: serat ditempatkan pada gulungan mesin filament winding dan

mandrel ditempatkan pada poros mesin. Mandrel dilapisi dengan mould release

agent (zat pelepas cetakan). Jika diperlukan, mandrel dapat dipanaskan terlebih

dahulu.

Penggulungan: serat digulung ke mandrel pada sudut dan pola yang telah

ditentukan. Umumnya, proses ini dibantu dengan sistem komputer untuk

mendapatkan akurasi yang diinginkan.

Pengeringan: penggulungan selesai, bagian yang terdapat pada mander

ditempatkan ke dalam oven untuk dikeringkan pada satu atau lebih temperatur.

Dalam beberapa kasus, tergantung pada sistem resin yang dipakai, bagian

tersebut dikeringkan pada suhu kamar.

Pelepasan M andrel: setelah proses pengeringan selesai, mandrel dapat dilepas

dengan berbagai cara. Metode yang digunaan tergantung pada tipe mandrel,

yaitu multi-use (dapat digunakan berkali-kali) atau disposable (sekali pakai).

Kelebihan

Memiki sifat pengulangan yang baik untuk menghasilkan material dengan sifat

yang sama.

Biaya peralatan dan biaya proses rendah.

5/24/2018 Komposit

7/14


6

Dapat membuat bagian yang besar.

Biaya material murah jika digunakan materialprepreg.

Menggunakan serat berpersentase volume tinggi, menghasilkan menghasilkan

kekutan tinggi.

Menghemat energi, waktu, dan tenaga kerja.

Memiliki alternatif pemilihan metode penggulungan

Kekurangan

Untuk bentuk yang rumit memerlukan desain mandrel yang kompleks dan

biaya tambahan.

Tidak dapat membentuk lengkungan terbalik.

Mandrel sangat diperlukan dan merupakan alat yang mahal.

Kualitas permukaan tidak cukup baik dibandingkan dengan autoclave, sehingga

memerlukan mesin penghalus permukaan.

2.2.2 Centrifugal Casting

Pencetakan sentrifugal (centrifugal casting) dilakukan dengan cara

menuangkan cairan ke dalam cetakan silinder yang berputar cepat hingga mengeras.

Cairan komposit tersebut menempel pada dinding cetakan karena adanya gaya

sentrifugal cetakan. Proses manufaktur pada metode pencetakan sentrifugal secara

sederhana ialah sebagai berikut:

Memanaskan cetakan baja dan melapisi bagian dalam cetakan dengan ceramic

coating.

Melelehkan komposit diatas tungku.

Memutar cetakan kemudian menuangkan lelehan komposit hingga lelehan

mengering.

Melepaskan padatan komposit dari cetakan.

5/24/2018 Komposit

8/14


7

Gambar 2.2 Skema Proses Centrifugal Casting

Sumber:http://caststeel.kubota.co.jp/e/ema/ema-a.html

Proses ini dapat diklasifikasikan menjadi 3 macam, yaitu true centrifugal

casting, semicentrifugal casting, centrifuge mold casting. Namun, untuk pembuatan

pipa hanya digunakan proses true centrifugal casting dansemicentrifugal casting.

a. True Centrifugal CastingTrue centrifugal casting merupakan proses yang umumnya diterapkan pada

pembuatan komponen tubular seperti pipa. Proses ini memiliki aliran panas

yang menghasilkan gerakan pemadatan planar dari bagian luar cetakan menuju

sumbu rotasi. True centrifugal casting atau lazim disebut centrifugal casting

berjalan dengan 3 jenis yakni vertikal, horizontal, dan miring dengan sudut

tertentu. Horizontal centrifugal casting dilakukan untuk mencetak komponen

dengan rasio panjang terhadap diameter yang tinggi dan diameter dalam yang

seragam. Di sisi lain, vertical centrifugal casting ditujukan untuk pencetakan

komponen dengan rasio panjang terhadap diameter yang rendah. Jangkauan

pembuatan komponen lebih luas pada metode ini. Bahkan komponen yang non

silindris dan non simetris dapat dibuat melalui metode ini. Inclined centrifugal

casting memberikan kombinasi kelebihan dan kekurangan dari horizontal
http://caststeel.kubota.co.jp/e/ema/ema-a.htmlhttp://caststeel.kubota.co.jp/e/ema/ema-a.htmlhttp://caststeel.kubota.co.jp/e/ema/ema-a.html

5/24/2018 Komposit

9/14


8

centrifugal casting dan vertical centrifugal casting sehingga dapat

dilaksanakan untuk aplikasi tertentu.

b. Semicentrifugal CastingDalam proses ini, cetakan diputar sesuai dengan sumbu simetri nya. Spesifikasi

hasil cetakan bergantung pada bentuk cetakan yang mungkin saja bisa

kompleks. Hasil cetakan yang sulit dibuat dengan metode biasa dapat dibuat

menggunakan metode ini karena gaya sentrifugal mrmbuat lelehan berada di

bawah tekanan lebih tinggi daripada pencetakan biasa.

Kelebihan

Memiliki sifat mekanis yang baik

Minimnya kehilangan campuran komposit

Laju produksi tinggi

Kekurangan

Biaya produksi mahal

2.3 Kelebihan dan Kekurangan F iberglass Rein forced Plastic

Secara umum, kelebihan dan kekurangan penggunaan FRP dalam sistem

perpipaan dapat dituliskan sebagai berikut:

Kelebihan

Tahan korosi, baik bagian internal maupun eksternal pipa.

Jauh lebih ringan dibandingkan dengan carbon steel.

Tahanan atau friksi yang kecil.

Bahan komposit bukan tempat tumbuh yang nyaman bagi organisme seperti

ganggang, lumut.

Tahan api (tidak memerlukanfire blanket).

Komposit adalah penghantar panas yang buruk sehingga temperatur fluida

dalam sistem cenderung stabil.

5/24/2018 Komposit

10/14


9

Kekurangan

Teknik desain sistem komposit lebih sulit dibanding sistem carbon steel.

Desain yang tidak tepat dapat membuat sistem berfungsi tidak sesuai harapan.

Harga lebih mahal dibandingkan dengan carbon steel.

Operating pressurelebih rendah dibandingkan dengan carbon steel.

2.4 Perbandingan Pipa Komposit dan Pipa Baja

Dalam membandingkan komposit dengan baja, maka terdapat beberapa

parameter dimana komposit lebih baik. Namun perlu diingat bahwa, pipa komposit

memiliki biaya pembuatan yang mahal dari segi material dibandingkan dengan pipa

baja. Jika membandingkan kekuatan lentur relatif, komposit jelas lebih lenturdaripada baja. Komposit sangat tahan terhadap zat dan senyawa kimia, termasuk H2S.

Pada beberapa sistem perpipaan, pipa baja dilapisi dengan komposit untuk

meningkatkan sifat-sifat strukturalnya dan disaat bersamaan meningkatkan ketahanan

korosi eksternal dimana merupakan kekurangan pipa baja. Komposit lebih ringan

dibandingkan dengan baja. Bahkan ketika dilakukan pengkajian strength-to-weught

ratio, komposit memiliki kekuatan yang lebih baik dari baja.

Baja memiliki ketahanan terhadap abrasi (pengikisan) yang lebih baik

dibandingkan dengan komposit. Namun, penambahan zat adiktif dapat digunakan

pada pembuatan pipa komposit untuk meningkatkan ketahanan abrasi. Pemasangan

pipa komposit di dalam tanah sebanding dengan baja, meskipun dibutuhkan perhatian

lebih tentang kondisi palung yang akan dimasuki oleh pipa komposit.

2.5 Pertimbangan Lingkungan terhadap Penggunaan Komposit

Peningkatan produksi dan penggunaan komposit pada sistem perpipaan

memunculkan suatu persoalan lingkungan yang tidak terjadi pada produksi baja.

Badan pengatur lingkugan hidup sangat mengkhawatirkan penggunaan stirena dalam

pembuatan komposit. Terdapat bermacam-macam bahan kimia digunakan sebagai

monomer dalam produksi komposit, tetapi stirena yang paling luas penggunaannya.

5/24/2018 Komposit

11/14


Stirena merupakan cairan bening dengan bau yang khas. Stirena paling sering

digunakan karena:

Dapat dikombinasikan dengan berbagai polimer untuk membentuk resin.

Sifat fisiknya telah diketahui dan mudah diperkirakan ketika digunakan dengan

polimer lain.

Memberikan sifat fisik yang penting pada produk akhir.

Ketersediaan melimpah dan harganya yang relatif murah.

Institusi pemirantahan di Amerika Serikat telah melakukan studi mengenai

dampak stirena pada manusia maupun lungkungan. Beberapa badan telah

menyatakan bahwa stirena tidak berbahaya bagi kehidupan dan kesehatan

manusia dan bukan merupakan bahaya bagi lingkungan dimana kehidupanmanusia bergantung. Namun demikian, penggunaan bahan-bahan kimia dalam

pembuatan material komposit masih akan tetap menjadi perhatian terkait dengan

dampak terhadap lingkungan.

2.6 Pengujian F iberglass Rein forced Plastic

Pada material Fiberglass Reinforced Plastics yang sudah dibuat, dilakukan

berbagai macam pengujian yang berkaitan langsung dengan sifat material yang

dihasilkan. Pengujian ini untuk mengetahui apakah material tersebut sudah sesuai

standat atau belum. Berikut merupakan beberapa pengujian untuk pipa komposit:

ASTM D 1599-99 Metode pengujian aplikasi tekanan hidrolik dengan waktu

yang cepat pada pipa plastik, tubing, dan fitting

ASTM D 2105-01 Metode yang menunjukkan sifat tensil pipa fiberglassyang

diuji dengan berbagai macam perlakuan, suhu, dan kecepatan mesin

ASTM D 2143-00 Pengujian pada pipa plastik termoset untuk menentukan

karakteristik kegagalan pipa ketika diberi tekanan hidrolik internal secara

periodik. Tes ini ditujukan untuk sampel dengan rasio 10:1 yakni diameter luar

terhadap ketebalan dinding pipa.

ASTM D 2513-01a Pengujian terkait ketahanan kimia; kekuatan hidrostatik;

ketahanan, dimensi dan toleransi terhadap impact.

5/24/2018 Komposit

12/14


ASTM D 2517-00 Metode untuk pipa yang dibuat melalui proses filament

winding terkait dengan ketahanan kimia; kekuatan hidrostatik; ketahanan,

dimensi dan toleransi terhadap impact.

ASTM D 2924-01 Metode pengujian standar untukglassfiber-reinforced

thermosetting-resin pipe (RTRF)tentang ketahanan terhadap tekanan luar.

5/24/2018 Komposit

13/14


2

BAB III

PENUTUP

Dari pembahasan mengenai Fiberglass Reinforced Plastics (FRP) dalam

penggunaanya sebagai material pembuatan pipa, maka dapat disimpulkan beberapa

hal sebagai berikut:

1. Fiberglass Reinforced Plastics (FRP) memiliki ketahan terhadap korosi yangtinggi dan penggunaannya semakin luas untuk menggantikan pipa berbasis baja

yang rentan terhadap korosi.

2. Resin dan bahan penguat yang umum digunakan pada pembuatan FiberglassReinforced Plastics (FRP) adalah resin polyester dan fiberglass reinforcedcompositedengan spesifikasiE-class.

3. Terdapat 2 metode pembuatan Fiberglass Reinforced Plastics (FRP) yaitufilament windingdan centrifugal casting.

4. Penggunaan komposit berbahan dasar zat atau senyawa kimia akan memunculkanpermasalahan lingkungan yang perlu diperhatikan.

5. Jenis-jenis standar dalam pengujian pipa berbahanFiberglass Reinforced Plastics(FRP) ialah ASTM D 1599-99, ASTM D 2105-01, ASTM D 2143-00, ASTM D

2513-01a, ASTM D 2517-00 dan ASTM D 2924-01.

5/24/2018 Komposit

14/14


3

DAFTAR PUSTAKA

Akovali, Guneri. 2001. Handbook of Composite Fabrication. RAPRA Technology

Ltd.

Beckwith, Scott W. 2000.Filament Winding. Utah. Beckwith Technology Group.

Laney, Patrick. 2002. Use of Composite Pipe Materials in the Transportation of

Natural Gas. Idaho. Idaho National Engineering and Environmental Laboratory

Fossil Energy Technologies Department.

Mettry, Matthew. 2012. What is FRP?. dalam

http://www.beetleplastics.com/blog/bid/212313/What-is-FRP .

Morton, Ted R. ____.Fiber-Glass-Reinforced Plastics for Corrosion Resistance Part

I and II. Beetle Plastics Inc.

Prvoslav, Trifunovic. 2011. Use of Composite Material in Oil Industry. Underground

Mining Engineering 19 (2011) 157-164. Faculty of Mining and Geology,

Belgrade.

Wei, Sufei. 2008. Centrifugal Casting. Jurnal ASM International Volume 15.

Komposit

Documents

Transcript of Komposit