Proses Fiberglass

Material Fiberglass adalah salah satu jenis bahan fiber komposit yang memiliki keunggulan yaitu kuat namun tetap ringan. Walaupun tidak sekaku dan seringan bahan carbon fiber, fiberglass lebih ulet dan relatif lebih murah di pasaran. Fiberglass biasa digunakan untuk bahan pembuatan pesawat terbang, perahu, bodi atau interior mobil, perlengkapan kamar mandi, kolam renang, septic tank, tangki air, atap, perpipaan, dinding isolator, papan selancar, tong sampah dan lain-lain.

Material komposit itu sendiri adalah material yang terdiri dari dua komponen yaitu penguat (reinforcement) berupa serat dan pengikat (matrix) berupa plastik, sehingga menghasilkan kombinasi sifat yang kaku, kuat dan ringan (Untuk mempelajari material komposit secara umum, baca disini).

Pada komposit fiberglass, komponen penguat tersebut adalah serat kaca. Kaca pada umumnya memiliki sifat yang mudah retak dan pecah, hal tersebut diakibatkan karena kekerasan permukaan kaca yang terlalu tinggi, sehingga memudahkan proses perambatan retak pada permukaan kaca walaupun dengan sedikit saja cacat atau beban. Untuk menghindari retak awal atau cacat pada permukaan kaca tersebut, kaca dibuat benang yang sangat tipis dengan diameter sekitar 5-25 mikrometer. Diamter yang sangat kecil tersebut membuat serat kaca yang sangat kuat ini tidak diberikan kesempatan untuk mendapatkan cacat permukaan yang menjadi awal perambatan retak. Fiberglass sering juga dikenal dengan nama Glass-reinforced plastic (GRP) atau glass-fiber reinforced plastic (GFRP) karena terdiri dari komponen glass-fiber dan dikuatkan dengan plastik (resin).

Namun, diameter yang sangat kecil tersebut membuat serat kaca mudah untuk tertekuk (buckling). Untuk menghindari hal tersebut, fabrik atau mat fiberglass ini “diikat” dengan bahan semacam lem yang jika dicampur dengan katalis (untuk mempercepat proses reaksi kimia) akan kering dan menjadi bahan yang keras dan getas yang disebut dengan istilah resin. Kombinasi kekerasan dari resin kering dan kekuatan dari serat fiberglass inilah yang membuat bahan paduan komposit fiberglass menjadi kuat, keras dan ulet. Selain mencegah buckling, resin juga berfungsi untuk meratakan tegangan antara serat satu dengan serat lainya, sehingga komposit dapat menahan beban yang berat. Ibaratkan mematahkan satu batang lidi akan jauh lebih mudah daripada mematahkan ratusan batang lidi secara bersama-sama.

Serat-serat kaca yang kecil ini dipintal untuk kemudian disusun menjadi bentuk jahitan (woven), bulu-bulu yang disatukan membentuk lembaran (chopped strand mat), potongan-potongan kecil (chopped strand) ataupun benang panjang yang kontinyu (continuos roving). 

Woven Roving Mat (WRM): Jenis serat kaca yang diproduksi dengan anyaman yang rapi dari dua arah yaitu horizontal dan vertikal dengan kekuatan beban yang sama. Jenis serat kaca ini sering juga disebut type (0°/90°) mengikuti sudut horizontal dan sudut vertikal yang dibentuk anyamannya yang berati kuat menahan beban kedua arah tersebut dan lemah ke arah diagonal atau 45°. Tetapi jenis serat kaca ini tetap banyak digunakan dan telah diuji kekuatannya dalam perkapalan terutama yang banyak disebut dengan WR600 (Woven Roving 600gram / m²) yang cukup tebal untuk 1 lapis / meternya. Kelebihan lain serat ini adalah pemakaian resin yang relatif lebih kecil dibanding CSM yaitu 1:1 dan hal ini menjadi pertimbangan bagi produsen peralatan dan kapal berbahan fiberglass untuk tujuan komersial. Produsen-produsen serat kaca juga tidak kalah cerdik menciptakan jenis serat baru yaitu menggabungkan jenis yang hampir mirip dengan WRM dan CSM tetapi dengan membentuk arah serat 45° menjadikan jenis serat kaca baru yang disebut dengan Biaxial Mat.

woven

Chopped Strand Mat (CSM): Jenis serat kaca dengan anyaman yang diproduksi secara acak ke berbagai arah dan tidak beraturan. Serat kaca inilah yang paling banyak digunakan oleh pengrajin fiberglass karena harga yang relatif murah dan mudah digunakan. Jenis serat kaca ini seperti kumpulan serat - serat yang dicincang dan dibentuk menjadi satu helai atau lembaran baru. Jenis serat ini sangat cocok sebagai penguat resin type polyester dan epoxy karena sudah mengandung bubuk pengikat yang akan bereaksi apabila terkena resin. Kapasitas serap yang bisa mencapai 1½ ukuran beratnya membuat jenis serat kaca ini cukup kuat digunakan untuk menopang beban besar. Ketebalan serat ini pun diproduksi berbeda-beda dari yang tipis hingga yang tebal dan kadang dipadukan dengan serat yang lebih baik yaitu Woven Roving Mat. 

chopped strand mat

chopped strand

continuous roving

Biaxial Mat (BX): Disebut juga biax fiberglass dan seperti dijelaskan di atas, jenis serat ini adalah ibarat perpaduan antara Woven Roving Mat (WRM) dan Chopped Strand Mat (CSM) yang dijahit hingga membentuk kekuatan yang maksimal. Arah untaian serat yang membentuk 45° dan CSM dilapisan bawahnya menjadikan serat ini lebih kuat dari kedua jenis sebelumnya. Kelebihan lain jenis serat ini adalah berkurangnya penggunaan serat yang berlapis-lapis dan disebut-sebut lebih hemat dalam penggunaan resin dibanding CSM dan WRM. Jenis serat Biaxial ini disebut  (+/- 45°) sesuai dengan arah untaian serat yang dibentuk membuat penggunaan jenis serat fiber yang satu ini sangat mudah karena mampu mengikuti lekukan permukaan yang dilapisi dengan jauh lebih baik. Kalau kita pernah mendengar seri serat BX1708, itu karena penggunaan lapisan depan seberat 17oz (17 ons) dan lapisan belakang dengan serat seberat 8oz (8 ons) sehingga total berat biaxial matnya adalah 25oz (25 ons). Secara internasional, ukuran yang dipakai adalah Oz atau Ons atau sekitar 28,35 gram untuk setiap ons-nya

Untuk barang-barang yang menuntut keringanan tetapi kuat adalah serat karbon (Carbon Fiber) atau sering disebut dengan CF atau Graphite Fiber atau Graphite Fibre. Sejak tahun 70an serat ini sudah mulai populer dan diproduksi besar-besaran seiring meningkatnya kebutuhan pasar yang menuntut kedua karakteristik tersebut yaitu kuat tetapi ringan. Kelebihan lain serat karbon ini adalah sifat kaku lenturnya, ketahanan terhadap suhu panas dingin yang ekstrim dan ketahanannya terhadap reaksi kimia yang besar. Serat karbon banyak digunakan dalam pembuatan pesawat terbang, pertahanan persenjataan, teknologi tinggi, olah raga profesioanal seperti mobil balap, sepeda balap, alat pancing, dan lain sebagainya.

Selain arah anyaman/untaian serat di atas, berikut ini ada beberapa hal yang juga tidak kalah pentingnya untuk diketahui sebelum memilih serat kaca yang sesuai yaitu ukuran satuan penjualan yang digunaan. Serat kaca dihitung bukan berdasarkan lebarnya seperti membeli kain tetapi dengan berat bahan itu sendiri sebagai contoh, yang banyak dijual adalah 200gr dan 300gr yang artinya berat gulungan per-meter adalah 200 dan 300 gram. Tetapi kenyataannya, yang dijual adalah per-meter yang berat setiap meter persegi (m²) adalah 800gr.

Serat kaca dirancang sesuai dengan penggunaan resin sesuai dengan beratnya untuk menjamin kekuatan yang dihasilkan dan dengan mengetahui berat serat kaca per meter tentu saja bisa dengan mudah menentukan berapa banyak resin dan serat kaca yang harus dipersiapkan untuk bidang permukaan yang diinginkan. Hal ini akan mengurangi pemborosan dan kesulitan menentukan harga yang sesuai dengan bahan bagi pengrajin komersial atau pengusaha kerajinan ini. Beberapa jenis serat kaca sesuai dengan karakteristiknya memerlukan jumlah resapan resin yang berbeda seperti 1:1 untuk Woven Roving Mat dan 1:1½ untuk Chopped Strand Mat.

Proses pembuatan komponen berbahan fiberglass pun bermacam-macam.

1. Filament winding

Proses ini biasa dilakukan untuk membuat produk-produk berbentuk silinder dangan arah serat tertentu. Proses filament winding dilakukan dengan memutar cetakan bersamaan dengan menarik serat fiber yang sudah dibasahi dengan resin membentuk pola tertentu. Fiberglass yang digunakan pada proses ini adalah jenis continuos roving.

2. Hand Lay-up

Hand Lay-up merupakan proses fabrikasi fiberglass yang paling sederhana dan paling banyak digunakan untuk kalangan industri menengah kebawah. Proses ini dilakukan dengan cara meratakan fiberglass dengan jenis woven roving atau choped strand mat yang dibasahi dengan resin cair ke dalam cetakan secara manual menggunakan tangan.

3. Spray lay-up

Proses fabrikasi yang banyak dipakai di industri kapal dan perahu adalah spray up. Resin dan fiberglass dalam bentuk chopped strand dicampur dan disemprotkan ke cetakan kemudian diratakan dengan tanggan yang pada umumnya menggunakan alat bantu berupa roller. Sebelum menjadi choped strand, fiberglass sebelumnya berbentuk continuos roving yang dipotong oleh alat sprayer. Proses ini dapat dilakukan untuk bentuk-bentuk yang kompleks dengan banyak lengkungan, yang sulit dilakukan pada proses hand lay-up biasa karena fiberglass jenis woven roving dan choped strand mat memiliki keterbatasan untuk cetakan dengan kurva-kurva yang kompleks.