Penggunaan Komposit Pada Industri Perkapalan

Penggunaan Komposit Dalam Industri Kelautan dan Perkapalan baru mulai digunakan pada tahun 1965. Penggunaan komposit dalam industri perkapalan telah menjadi hal yang cukup umum dalam beberapa dekade terakhir. Telah dikenal sebelumnya bahwa bahan pembuatan kapal dapat berupa kayu, baja, dan aluminium. Meskipun pada umumnya kapal yang lebih besar dibangun terutama menggunakan baja dimana komposit kadang-kadang digunakan sebagian untuk superstructure kapal dan komponen interior. Komposit  berpotensi menawarkan penghematan berat yang signifikan di kapal dan dapat dipertimbangkan untuk diterapkan pada:

• Superstructure (Bangunan Atas)
• Tiang (Mast)
• Struktur pendukung lambung (internal deck dan sekat bulkhead)
• Struktur lambung utama

Penggunaan komposit pada industri perkapalan biasanya digunakan untuk kapal pesiar, kapal yacht, kapal penyebrangan dan kapal patroli. Salah satu alasan utama menggunakan bahan komposit adalah ketahanannya yang baik terhadap kondisi lingkungan dan beberapa keuntungan lainnya.

Sejarah Penggunaan Komposit pada Industri Perkapalan

Glass Fiber Reinforced Plastic (GRP) adalah salah satu bentuk dari Fiber-Reinforced Plastic (FRP) yang pertama kali diperkenalkan pada tahun 1940-an untuk kapal personel Angkatan Laut. Ketertarikan utama pertama pada kapal FRP komersial adalah di industri perikanan dimana dimulai pada akhir 1960-an dengan pembangunan Shrimp Trawl FRP. Sejak saat itu penggunaan bahan FRP telah diterima secara universal di kapal pesiar, kano, kayak, perahu layar, perahu motor dan kapal komersial kecil seperti kapal trawl. Dimana pada saat ini sekitar 50% kapal penangkap ikan komersial berkonstruksi FRP. 

Penggunaan komersial lainnya adalah pada alat bantu navigasi (buoy) dan aplikasi teknik lepas pantai seperti platform pengeboran lepas pantai dan tiang pancang. Penggunaan lainnya yaitu digunakan dalam pembuatan lifeboat dan utility boat, karena secara life-time dan perawatan yang rendah (terutama untuk sekoci yang mungkin ditempatkan diluar dengan cuaca yang cuaca yang ada selama bertahun-tahun), maka konstruksi FRP telah terbukti sangat efektif dan ekonomis.

Struktur Material Komposit

Material komposit pada dasarnya adalah material hybrid yang terbentuk dari beberapa material untuk memanfaatkan keunggulan struktural masing-masing dalam satu material struktural. Bahan komposit terdiri dari matriks resin yang diperkuat dengan bahan berserat (glass, carbon, atau polimer), seperti yang ditunjukkan pada Gambar. Fiber adalah bagian dari bahan komposit yang berkontribusi pada kekuatan material sedangkan matriks menahan fiber didalamnya.

Bahan komposit terdiri dari dua atau lebih bahan penyusun yang digabungkan sedemikian rupa sehingga bahan yang dihasilkan memiliki aplikasi yang lebih bermanfaat daripada hanya satu bahan penyusun saja. Bahan penyusun memainkan peran penting dalam pengembangan sifat bahan akhir. Bahan komposit canggih yang digunakan dalam aplikasi struktural diperoleh dengan memperkuat bahan matriks dengan serat kontinu, yang memiliki sifat kekuatan dan kekakuan yang tinggi. Pemilihan bahan komposit untuk aplikasi apapun akan melibatkan pemilihan fiber dan matriks penguat, serta volume fraksionalnya dalam bahan yang dihasilkan.

Dalam praktiknya, sebagian besar komposit terdiri dari bulk material (matriks) dan semacam penguat, ditambahkan untuk meningkatkan kekuatan dan kekakuan matriks. Penguatan ini biasanya berupa serat. Saat ini, komposit buatan manusia yang paling umum dapat dibagi menjadi tiga kelompok utama: 

1. Polymer Matrix Composite (polimer)
2. Metal Matrix Composite (logam) 
3. Ceramic Matrix Composite (Keramik)

Komposit matriks polimer adalah komposit yang paling umum dalam Industri Perkapalan. Komposit FRP (atau plastik) menggunakan resin berbasis polimer sebagai matriks dan berbagai serat (fiber) seperti Glass, karbon, dan aramid sebagai penguat.

1. Fiber Reinforcement

Fiber merupakan unsur penting dalam komposit. Banyak penelitian dan pengembangan telah dilakukan dengan fiber untuk berbagai jenis, fraksi volume, arsitektur, dan orientasi. Fiber (serat) umumnya menempati 30-70% dari volume matriks. Jenis serat yang paling umum digunakan dalam komposit canggih untuk aplikasi struktural adalah fiberglass, aramid, dan carbon. Fiberglass adalah yang paling murah sedangkan carbon adalah yang paling mahal. Biaya serat aramid hampir sama dengan harga serat carbon namun dengan grade yang lebih rendah. 

A. Fiber Glass

Fiberglass adalah jenis fiber yang paling banyak digunakan dalam komposit saat ini. Biaya rendah Fiberglass dan sifat fisik yang kuat secara keseluruhan menjadikannya sebagai bahan material yang dibutuhkan dalam berbagai industri.

Serat kaca dapat dibagi menjadi tiga kelas: 

1. E-glass : Paling umum digunakan dan dirancang untuk penggunaan listrik dan bahan penguat yang paling umum digunakan dalam struktur sipil
2. S-glass : untuk kekuatan tinggi (memiliki karakteristik kekuatan ~ 20%, lebih kaku dan lebih tahan benturan)
3. C-glass : dirancang untuk ketahanan korosi yang tinggi dan tidak digunakan untuk aplikasi teknik sipil. 

Keuntungan dari Fiber Glass:

• Best Cost Performance
• High Tensile Strength
• High Energy Absorption
• High Availability in differing patterns
• Widely Used, High Knowledge Base
• Chemically & Moisture Resistant
• Widest Variety of Resin Types
• Electrically Insulative

Kekurangan dari Fiber Glass:

• Lowest Strength to Weight Ratio
• Comparably Lower Strengths than CF
• Less Rigid than CF and Kevlar

Pengaplikasian: Kapal, Insulasi, Suku Cadang Mobil, Kolam Renang, Seluncuran Air, Perpipaan, Menara Pendingin, Permukaan Tahan Slip, komponen pesawat udara, dan Pressure Vessel.

B. Aramid Fiber

Aramid Fiber (Kevlar) adalah jenis fiber yang paling ringan dan paling keras yang banyak digunakan dalam industri komposit dan merupakan polimer organik buatan (poliamida aromatik) yang diproduksi dengan memutar serat padat dari campuran kimia cair. Digunakan hari ini sebagai bahan saja dalam rompi anti peluru, peralatan keselamatan tahan benturan dan potong, dan digunakan sebagai fire resistance. 

Dalam bentuk komposit, Kevlar digunakan untuk menghasilkan struktur yang memberikan karakteristik ketahanan benturan dan abrasi terbaik dibandingkan dengan fiber lainnya. Kevlar mengisi celah kekakuan antara fiberglass dan carbon fiber. Serat kevlar akan memberikan penguatan kekuatan tinggi Kevlar bisa sulit untuk dipotong dan diproses kecuali alat yang benar digunakan. 

Keuntungan dari Aramid Fiber:

• Lightest Weight / Density
• Highest Toughness
• Highest Energy Absorption (+Vibration)
• Highest Impact Resistance
• Highest Crack Resistant
• High Strength to Weight ratio
• Chemically Resistant
• High Level of Workability

Kekurangan dari Aramid Fiber:

• Low Compressive Strengths
• Fibers Absorb Water (~3.5%)
• High Cost
• Toughest challenge to process / cut / prep
• Poor UV Resistance

Pengaplikasian: Struktur Pesawat, Pelindung Tubuh (rompi), Papan selancar, Proteksi dalam olahraga, Kayak, Kano, Pressure Vessel, Transom Lambung Kapal, Bagian bodi otomotif.

C. Carbon Fiber

Serat Karbon paling dikenal sebagai pilihan utama dalam aplikasi pesawat udara dan aerospace karena kekuatan tariknya yang tinggi, kepadatan rendah, kekakuan tinggi, dan konduktivitas termal. Faktanya, Serat Karbon menghasilkan kekuatan material tertinggi jika dibandingkan dengan opsi aramid atau Fiberglass. Untuk itu Carbon Fiber dapat menggantikan paduan komponen pesawat udara yang sebelumnya menggunakan aluminium atau titanium.

Bahan ini memiliki ketahanan lelah dan rambat yang sangat tinggi. Komposit Carbon Fiber unggul dalam menjaga toleransi dimensi saat pembebanan diterapkan. Meskipun sifat-sifat ini bagus untuk dimiliki, hal ini juga dapat menyebabkan laminasi serat carbon tiba-tiba pecah atau pecah secara tiba-tiba setelah nilai maksimum terlampaui. Serat Karbon tidak menyerap energi dengan baik, namun mentransfer energi itu di sepanjang seratnya ke sumber lain. Karena kerapuhan material pada modulus yang lebih tinggi, menjadi penting dalam detail sambungan dan sambungan, yang dapat memiliki konsentrasi tegangan tinggi. Sebagai akibat dari fenomena ini, laminasi komposit karbon lebih efektif dengan ikatan perekat yang menghilangkan pengencang mekanis. Carbon Fiber paling baik digunakan dengan resin epoksi untuk mencapai sifat maksimalnya ditambah dengan proses vakum dengan peralatan vakum akan sangat meningkatkan kualitas laminasi Carbon Fiber.

Keuntungan dari Carbon Fiber:

• Highest Tensile / Compressive Strength
• Highest Strength to Weight
• Most Rigid
• Low Coefficient of Thermal Expansion
• High EMI Shielding Properties

Kekurangan dari Carbon Fiber:

• High Cost
• Corrosive to metals in contact with CFRP
• Breaks suddenly
• Electrically Conductive
• Low Impact Strength

Pengaplikasian: Komponen dan Struktur Pesawat, Drone, Spoiler, Kapal, Peralatan Olahraga (raket, tongkat, kelelawar, tongkat, panah, sepeda), Penguat, Suku Cadang Otomotif, Panel Otomotif, Elektronik, Peralatan Musik.

2. Resin

Resin merupakan bahan penting lainnya dalam komposit. Resin dapat dibagi menjadi 2 kategori yaituh termoplastik dan termoset. Sebuah resin termoplastik tetap padat pada suhu kamar. Meleleh saat dipanaskan dan memadat saat didinginkan. Polimer rantai panjang tidak berikatan silang secara kimiawi dan karena tidak kembali secara permanen, maka polimer ini tidak digunakan untuk aplikasi struktural. Sebaliknya resin termoset akan kembali secara permanen dengan ikatan silang ireversibel pada suhu tinggi. 

Resin yang paling umum digunakan dalam komposit adalah unsaturated poliester, epoksi, dan vinil ester. Dimana resin yang paling tidak umum adalah poliuretan dan fenolat.

Keuntungan Penggunaan Komposit pada Kapal

1. Ketahanan terhadap Korosi: Membuat waktu life-time komponen lebih panjang dan mengurangi maintenance terhadap korosinya
2. Ringan: Bahan komposit yang ringan membuat kapasitas muatan yang lebih besar, kedalaman (Depth) yang lebih dalam, kecepatan kapal yang lebih tinggi, serta penanganan/ pemasangan yang lebih mudah
3. Memudahkan dalam proses pembuatan kapal terhadap bentuk kompleks
4. Bentuk akhir dan hasil akhir yang bagus: dengan bentuk dan hasil akhir yang bagus, maka dapat mengurangi finishing lanjutan, mengurangi limbah material, dan mengurangi kebutuhan pengecatan
5. Peningkatan kinerja komponen
6. Pengurangan gesekan dan pengurangan korosi galvanik terhadap air laut
7. Mengurangi Kebisingan: karena mempunyai sifat redaman yang baik
8. Low thermal conductivity
9. Biaya yang cukup murah

Penggunaan material komposit dalam industri perkapalan terus berkembang seiring kemajuan teknologi dan kebutuhan operasional kapal yang menuntut struktur lebih ringan, kuat, dan tahan terhadap lingkungan laut. 

Dengan karakteristik unggul seperti ketahanan korosi, efisiensi perawatan, serta fleksibilitas desain, komposit menjadi alternatif penting bagi berbagai jenis kapal dan komponen pendukungnya. Meskipun biaya awal dan tantangan teknis tertentu masih perlu dipertimbangkan, penerapan komposit terbukti mampu meningkatkan kinerja, umur pakai, dan efisiensi operasional kapal secara keseluruhan. Ke depan, inovasi material dan proses manufaktur diprediksi akan semakin memperluas penggunaan komposit dalam dunia maritim, menjadikannya bagian integral dari pembangunan kapal modern.

Share :