frp pipe

Seperti telah dijelaskan pada artikel “Apa Yang Telah Anda Pahami Tentang Pipa GRP ?”, bahwa materials utama pipa GRP adalah resin dan serat fiber. Walaupun terkesan simple karena hanya terdiri dari dua materials utama, tetapi ternyata banyak sekali variasi dari jenis resin dan serat fiber yang digunakan, dimana masing-masing mempunyai karakteristik dan sifat yang berbeda-beda, sehingga penggunaannya pun juga harus disesuaikan dengan fungsi dari materials tersebut serta sistem/metoda fabrikasinya yang digunakan.

Apa Yang telah Anda Pahami tentang Resin Thermosetting?

Resin yang digunakan untuk proses pembuatan pipa GRP adalah resin jenis thermosetting. Dan yang paling umum digunakan adalah grade polyester, vinyl ester dan epoxy.

Resin-resin tersebut harus diseleksi berdasarkan fungsi/aplikasinya sehinga sesuai secara design dan kompetitif secara pembiayaan (costing).

Dalam pemilihan jenis resin yang tepat, FRP engineer selalu akan membutuhkan data-data fluida yang akan melewatinya, seperti jenis kimia, level konsentrasi kimia dan temperature operasi.

Resin unsaturated polyester dapat diklasifikasikan sebagai berikut:

  • Resin orthopthalic Polyester. Ini adalah resin general purpose yang aplikasinya tidak diperuntukkan untuk ketahanan terhadap kimia, sehingga untuk pipa banyak digunakan seperti saluran air (water conveyance) dan limbah rumah tangga (sewerage) pada suhu ambient atau medium ke rendah, karena HDT (Heat Distorsion Temperature) resin <70 oC, bahkan produk dari beberapa manufaktur resin ada yang hanya menyatakan < 60 o

Note: HDT (Heat Distorsion Temperature) atau juga dikenal sebagai DTUL (Deflection Temperature Under Load) adalah suatu indikasi pada suhu berapa material mulai melunak ketika terkena beban tetap pada suhu tinggi.

  • Resin isopthalic Polyester. Resin ini mempunyai ketahanan kimia dan temperature yang lebih baik dari grade orthopthalic, sehingga secara umum telah banyak digunakan dilingkungan industri untuk aplikasi seperti drinking water, marine industry, cooling water system power plant, dan limbah dengan konsentrasi kimia ringan.  HDT resin ini <80 o
  • Resin terephthalic Polyester. Resin ini mempunyai ketahanan kimia dan kekuatan mekanik sedikit di atas resin isophtalic. Dan untuk ketahanan temperature sangat bisa diandalkan karena mempunyai HDT berkisar 100 ~ 140 oC (Note: Tergantung dari manufaktur resin), serta punya kelebihan ketahanan terhadap beberapa jenis solvent.
  • Resin Bisphenolic Polyester. Resin ini mempunyai ketahanan terhadap kimia & mekanik paling baik untuk jenis resin unsaturated polyester. Dan kelebihan lainnya mempunyai ketahanan temperature yang cukup tinggi karena mempunyai HDT sekitar 120 o Sehingga sangat cocok untuk aplikasi inorganic acids, organic acids dengan level medium.

Resin vinyl ester dapat diklasifikasikan sebagai berikut:

  • Resin Bisphenol A / Epoxy Vinyl ester. Resin ini mempunyai ketahanan kimia yang paling baik dari segala jenis resin thermosetting. Sehingga dapat digunakan secara luas untuk acids, alkalis, bleaches dan komponen organic yang diaplikasikan pada chemical processing industry. Untuk ketahanan mekanikal secara umum lebih tinggi dari grade polyester resin. Dan ketahanan temperature juga cukup baik karena mempunyai HDT <110 o
  • Resin Novolac Vinyl ester. Resin ini didesain untuk memberikan peningkatan mechanical properties pada temperature tinggi dari grade epoxy vinyl ester, sehingga mempunyai ketahanan kimia yang sangat baik serta ketahanan dan ketangguhan pada elevated temperature. Kelebihan lain dari resin ini adalah ketahanan terhadap solvent dan lingkungan acidic oxidizing yang baik. HDT resin ini umumnya <150 oC, tetapi beberapa manufakture resin juga telah menciptakan dengan HDT < 200 o
  • Resin Brominated Vinyl ester.Resin ini didesain untuk meningkatkan level derajat ketahanan terhadap api (fire retardant) dari resin vinyl ester, disamping resin tersebut telah mempunyai ketahanan terhadap kimia yang sangat baik.

Dan juga yang perlu dipahami adalah, sebenarnya resin ini terdiri dari dua grade yaitu pertama adalah brominated vinyl ester yang tahan api tetapi bukan untuk aplikasi temperature tinggi, karena pada prinsipnya resin ini merupakan pengembangan dari resin epoxy vinyl ester, sehingga HDT-nya juga hanya < 110 oC.  Dan yang kedua jenis brominated vinyl ester yang tahan terhadap api dan tahan temperature tinggi, karena resin ini merupakan pengembangan dari resin novolac vinylester, sehingga HDT-nya < 150 oC.

Aplikasi resin ini untuk pipa lebih banyak digunakan untuk pekerjaan ducting (ductwork).

Resin epoxy dapat diklasifikasikan sebagai berikut:

  • Resin Epoxy. Resin ini jika kita bandingkan dengan isophthalic polyester mempunyai ketahanan terhadap kimia yang hampir sama. Tetapi yang terkait dengan mechanical properties, adhesive, low shrinkage, resin ini memang paling tinggi dari segala jenis thermosetting resin.

Sedangkan ketahanan temperaturenya juga sangat baik karena HDT-nya < 140 oC. (Note: chek untuk setiap manufaktur resin, karena ada yang HDTnya < 110 oC.). Dan kekurangan yang lain harga resin ini cukup mahal, sehingga aplikasinya lebih cocok untuk pipa-pipa ukuran kecil.

Apakah Serat Glass Yang Digunakan Juga Banyak Macamnya?

Materials fiberglass yang digunakan untuk pembuatan pipa juga bermacam-macam dan bisa dikelompokkan berdasarkan jenis materials maupun bentuk dan ukurannya.

Jenis fiberglass berdasarkan jenis/type:

Sebenarnya banyak jenis/type fiberglass seperti A-glass, AR-glass, C-glass, D-glass, E-glass, ECR-glass, R-glass, S-glass dan synthetic glass. Tetapi yang umum digunakan untuk fabrikasi pipa & fittings fiberglass sebagai berikut:

  • C- glass.Sangat tahan terhadap serangan kimia, dan umumnya berbentuk surfacing veils/tissue sehingga digunakan sebagai corrosion liner dan outer layer pipa.  Serat glass terbuat dari calcium borosilicates.
  • E-glass.Alkali content-nya lebih rendah dari A-glass, dan mempunyai mechanical properties yang sangat baik dengan harga yang paling kompetitif, sehingga secara umum lebih banyak digunakan sebagai serat penguat polymer matix composites.  Bentuknya bisa berupa chopped strand mat, stitch mat, woven roving dan roving yarn.
  • ECR-glass.Tipe ini sejenis dengan E-glass tetapi tanpa atu dengan sedikit kandungan boron dan fluorine.  Dengan ketidakhadiran dua komponen ini ketahanan kimia, ketahanan temperatur dan beberapa physical properties-nya menjadi lebih baik dari E-glass.
  • Synthetic glass.Material ini terbuat dari serat polyester, yang mempunyai ketahanan kimia di atas C-glass. Sehingga dalam aplikasinya digunakan sebagai penguat corrosion liner pipa untuk level high corrosion. Dan bentuknya juga seperti surfacing veil / tissue.

Jenis fiberglass berdasarkan bentuk dan ukurannya:

  • Surfacing veil / tissue (V).Serat glass ini berbentuk seperti kertas tissue (lembaran dan tipis). Sedangkan standar ukurannya adalah 30 gr/m2, 40 gr/m2 & 50 gr/m2.

Dalam pembuatan pipa materials ini digunakan sebagai penguat lapisan liner.

  • Chopped Strand Mat (CSM/M). Serat glass berbentuk lembaran dari potongan-potongan serat roving (Chopped roving), yang diikat menggunakan binder materials sehingga membentuk lembaran. Dan standar ukurannya adalah 225 gr/m2, 300 gr/m2, 450 gr/m2, 600 gr/m2dan 900 gr/m2.

Lembaran CSM mempunyai arah serat yang acak kesegala arah dengan panjang tertentu, sehingga secara mekanik juga akan mempunyai kekuatan yang merata ke segala arah.

Pada proses pembuatan pipa GRP material ini dapat difungsikan sebagai penguat lapisan backing layer dari liner. Sedangkan untuk pembuatan fittings selain untuk backing layer juga digunakan sebagai penguat lapisan mechanical barrier / structural layer.  Dan metoda fabrikasi yang paling tepat dengan materials ini adalah secara hand lay-up (pelapisan secara manual dengan menggunakan kwas & relieve roll).

  • Stitch mat (SK). Serat glass berbentuk lembaran yang terbuat dari gabungan chopped strand mat dan potongan serat glass roving dengan panjang tertentu yang dijahit menjadi satu. Standard ukuran stitch mat: 300 gr/m2dan 450 gr/m2.

SK sebenarnya pengembangan dari chopped strand mat, dimana dilakukan penambahan chopped roving dan dilakukan penjahitan, sehingga lembaran ini tidak mudah putus karena tarikan atau akibat terkena styrene monomer (pelarut resin). Sehingga materials ini dapat digunakan untuk pembuatan lapisan backing layer liner secara proses winding (pelilitan).

  • Woven Roving (WR). Serat glass berbentuk lembaran yang terbuat dari anyaman dua arah dari serat glass roving yarn.  Standard ukuran yang umum digunakan untuk produk pipa dan fittings adalah 400 gr/m2, 580 gr/m2, 600 gr/m2dan 800 gr/m2.

Karena arah serat hanya mengarah ke arah vertikal dan horisontal, maka kekuatan maksimal juga akan diperoleh pada kedua arah serat tersebut. Dan di sisi lain karena seratnya utuh/tidak terputus-putus seperti CSM & SK, maka lapisan dengan penguat woven roving akan mempuyai kekuatan mekanik yang jauh lebih tinggi dari CSM, tetapi mempunyai daya adhesive antar lapisan yang lebih rendah. Karena itu didalam aplikasinya material ini secara hand lay-up dan dikombinasikan dengan CSM digunakan sebagai penguat lapisan mechanical barrier/structural layer pada fittings.

  • Roving Yarn. Serat glass berbentuk benang dengan ukuran standar 1200 tex, 2200 tex, 2300 tex, 2400 tex, 4400 tex dan 8800 tex.

Note: 1 tex = 10-6 kg/m.

Dalam proses pembuatan pipa GRP ada dua jenis roving yang digunakan yaitu roving untuk filament winding (proses pelilitan benang roving) dan chopped roving (roving yang dicacah/dipotong-potong lalu ditaburkan).

Fungsi dari roving jenis filament winding adalah sebagai penguat lapisan structural layer pipa, dimana kekuatan pipa bisa diatur sesuai sudut lilitan (winding angle) yang diaplikasikan. Sedangkan roving jenis chopped roving selain dapat digunakan sebagai lapisan backing layer liner seperti CSM & SK, juga digunakan sebagai penguat lapisan structural layer pada pipa GRP yang difabrikasi secara continuous filament winding (CFW) dan centrifugal casting.

Materials Additive Lainnya

Selain dua materials utama yaitu fiberglass dan resin yang telah dijelaskan di atas di dalam manufactur pipa GRP juga banyak menggunakan materials additive seperti curing agent (harderner), thixotropic agent, moisture inhibitor, ultraviolet inhibitor dan lain-lainnya. Tetapi di dalam artikle ini tidak kami jelaskan, biarlah para FRP engineer saja yang mendalami tentang fungsi dan aplikasi dari materials-materials tersebut.

Dan jika para pembaca masih berminat ingin lebih paham tentang aplikasi-aplikasi dari material-material di atas silahkan membaca artikel berikutnya terkait metoda-metoda fabrikasi yang secara umum digunakan oleh manufaktur pipa GRP. Teima kasih.

Oleh : Wibowo – FRP Engineer PT. GAJA