SISTEM ATAP LEMBARAN KOMPOSIT GFRP PROFIL BARU

Djoko Setyanto, Prof. Ir. Jamasri, Ph.D

2014 | Disertasi | S3 Teknik Mesin

Problem nyata pada struktur atap lembaran glass fibre reinforced plastic (GFRP) yang dipasang dengan pengencang sekerup adalah adanya kebocoran melalui lubang, sekerup yang mengalami korosi, dan kompleksitas pemasangan pada luasan atap yang besar. Tujuan riset ini adalah mendisain profil baru atap lembaran GFRP yang dapat dipasang tanpa sekerup dan lubang, mengembangkan cetakan ekstrusi untuk pembuatan atap lembaran GFRP pada mesin laminasi kontinyu, serta menentukan komposisi material GFRP yang memenuhi aspek teknik dan ekonomis. Perancangan profil baru dilakukan dengan mempertimbangkan kebutuhan akan kekuatan mekanik material dan kemampuannya menahan lingkungan korosif, tiadanya kebocoran, dan kemudahan pemasangan atap. Berdasarkan alasan tersebut material GFRP yang mengandung zat pengisi untuk mereduksi harga dipilih sebagai material yang tahan terhadap lingkungan korosif, serta bentuk puncak gelombang atap dan penumpunya berbentuk omega dengan ukuran yang pas dimaksudkan untuk meniadakan kebocoran dan kapilaritas. Bentuk tersebut memungkinkan cara pemasangan tanpa sekerup dengan terjadinya penguncian atap (bagian atas) yang ditekan ke penumpunya (bagian bawah). Model elemen berhingga juga dibuat untuk menggambarkan kekuatan struktur atap terhadap gaya yang mungkin diterima atap. Material pembentuk GFRP pada penelitian ini adalah resin poliester-orto, inisiator peroksid MEPOXM, dan tiga macam zat pengisi alumina, kalsium karbonat, dan talc sebagai matriks; serta E-Glass chopped strand mat (E-Glass CSM) sebagai penguat. Sampel-sampel material GFRP dengan ketebalan 2 mm dan 3 mm dibuat secara laminasi manual tanpa film plastik. Spesimen-spesimen yang digunakan untuk pengujian disiapkan dengan pemotongan lembaran sampel-sampel material GFRP tersebut menjadi ukuran-ukuran tertentu sesuai standar pengujian. Pengujian material dimaksudkan untuk mendapatkan karakteristik fisik-mekanik-kimiawi, kemampunyalaan, dan ketahanan terhadap UV. Pengujian ketahanan material terhadap UV dilakukan secara simulasi cuaca di dalam laboratorium selama 600 jam dan secara alami di udara terbuka selama dua belas bulan. Simulasi cuaca dengan UV-Ometer menggunakan lampu xenon yang spektrum cahayanya mirip dengan spektrum cahaya matahari dengan siklus periode pemanasan 60 O C selama 4 jam dilanjutkan kondensasi pada 50 O C selama 4 jam yang berlanjut selama 200, 400, dan 600 jam. Pengujian cuaca alami material dengan beban siklus panas-dingin-lembab siang malam dilakukan di udara terbuka di satu lokasi di Tangerang yang berlanjut selama 4, 6, dan 12 bulan. Pengujian karakteristik fisik-mekanik-kimiawi menunjukkan bahwa material GFRP dengan komposisi berat 30% serat penguat dan 70% matriks yang mengandung zat pengisi alumina memiliki karakteristik terbaik dibandingkan material GFRP yang mengandung zat pengisi kalsium karbonat dan talc. Material tersebut memiliki berat jenis spesifik 1,52 (ASTM D792); kekuatan tarik 134.8±13.7 MPa (ASTM D638); modulus elastisitas 51288±308 MPa (ASTM D638), kekuatan lentur 242±20.1 MPa (ASTM D790); dan perbandingan Poisson 0,37. Sementara itu karakteristik kemampunyalaan dalam arah horisontal menurut standar ASTM D635 adalah yang terendah laju rambatnya, yakni 11 mm/min ketimbang material lainnya (12,2 – 17,6 mm/min). Demikian juga durabilitas/ ketahanan terhadap UV material GFRP dengan zat pengisi alumina adalah yang terbaik karena penurunan kekuatan lenturnya adalah yang terendah. Untuk pembuktian bahwa disain profil baru atap lembaran dapat diproduksi dalam skala industri, satu set cetakan ekstrusi, cara pembuatan atap GFRP pada mesin laminasi kontinyu, dan sistem pemasangan atap tersebut telah didisain dan didaftarkan patennya di Direktorat Hak Kekayaan Intelektual (Ditjen HKI) dengan nomor pendaftaran P00201200262. Profil baru berbentuk omega atap lembaran dari material GFRP yang mengandung zat pengisi alumina akhirnya diproduksi dalam skala besar di pabrik manufaktur komposit di Tangerang-Banten. Produk tersebut telah dipasang sebagai atap pada satu bangunan di area pabrik tersebut dan secara teknis menunjukkan hasil yang baik serta berprospek ekonomis.

Problems exist in using roof sheets with pins and holes are water leakage through the holes, corrosion of the pins and complexity in installing particularly in a large roof case. The aims of this research, therefore, are to design a new profile of roof sheet which can be installed without holes and pins; develop extrusion dies for producing the roof sheet in a continuous lamination machine and determine composition of GFRP which meets to technical and economical aspects. Designing of new profiles were done by considering the needs of mechanical strength, the use of non-corrosive material, no water leakage and ease of installation. For these reasons, GFRP with less expensive of filler was selected as a candidate material to avoid corrosion and a pair of omega shape profile (upper and lower part) with small gap has been designed to avoid water leakage due to capillarity. With this shape, it is possible to lock the roof sheet (upper part) by pressing it on to another pair (lower part) without pins . A model of finite element has also been developed to simulate the strength during static and dynamic loading. Materials have been used to create GFRP with filler in the research were ortophthalic unsaturated polyester resin (Orto-UPR), MEPOXM peroxide initiator, and three types of filler (alumina, calcium carbonate and talc) as a matrix, and E-Glass chopped strand mat (E-Glass CSM) as reinforcement. GFRP material samples 2 mm and 3 mm thicknesses were prepared by manual lamination without plastic films. The speciments were prepared by cutting the GFRP sheet samples into a certain size according to the test standards. Tests were carried out to obtain physical-mechanical-chemical properties, flammability and UV resistant. The durability of materials from UV were carried out in a laboratory for 600 hours and in a natural out-door for 12 months. The artificial accelerated weathering using a xenon lamp where the light spectrum similar to sunlight spectrum at 60 O C for 4 hours followed by condensation at 50 O C for 4 hours continuously for 200, 400 and 600 hours duration. The natural weathering with thermal and moisture cyclic loading was done at an open area at Tangerang for 4,6, and 12 months. Mechanical-physical-chemical tests result were shown that GFRP (chopped strand mat reinforcement of 70% w and matrix of 30% w) with alumina filler performs the highest mechanical properties comparing to other GFRP’s with calcium carbonate and talc filler. It has specific weight of 1.52 (ASTM D792), tensile strength of 134.8±13.7 MPa (ASTM D638), elastic modulus of 51288±308 MPa (ASTM D638), flexural strength of 242±20.1 MPa (ASTM D790) and Poisson ratio of 0.37. While, for flammability test in horizontal direction referring to ASTM D635, the flammability rate of the GFRP with alumina filler exhibited the lowest rate. It was only 11 mm/min, lower than others (12.2-17.6 mm/min). The better result of GFRP with alumina filler was also revealed for the UV test because the smallest decreasing of its flexural strength. To proof that the new profile design of the roof sheet can be produced in industrial scale, a set of dies for extrusion, the method to produce GFRP roofing sheets in a continuous lamination machine, and the installation system of the roofs were designed and registered to Indonesia patent agency (Ditjen HKI) with registered number P00201200262. The new profile with omega shape made of GFRP with alumina filler has been produced in large scale at the composite manufacturer in Tangerang-Banten. The product of the roof sheet has been installed for roofing of the building in the area of composite factory in Tangerang and technically it demonstrated a good result and economically prospective.

Kata Kunci : profil baru, atap komposit GFRP, laminasi kontinyu