Dalam tulisan ini, material komposit didefinisikan sebagai campuran makroskopik antara serat dan matriks. Serat berfungsi memperkuat matriks karena, umumnya, serat jauh lebih kuat dari matriks. Matriks berfungsi melindungi serat dari efek lingkungan dan kerusakan akibat benturan (impact). Komposit dikategorikan menjadi beberapa jenis: komposit serat kontinu, komposit serat anyam, komposit serat acak, komposit hibrid dan komposit serat-logam. Serat terbuat dari karbon, aramid, boron, silicon carbide, alumina atau material lainnya. Matriks terbuat dari polimer (misal: epoksi), keramik dan logam (aluminum, titanium, etc). Dua istilah penting dalam komposit adalah lamina dan laminate. Lamina merujuk pada satu lembar komposit dengan arah serat tertentu, sedangkan laminate adalah gabungan beberapa lamina. Di pasaran, komposit ada juga yang dijual dalam bentuk pre-preg (pre-impregnated). Laminate bisa dibuat dengan cara memasukkan prepreg ini ke dalam autoclave (oven bertekanan) dalam waktu, tekanan dan temperatur tertentu.
Komposit telah dipakai di industri pesawat terbang lebih dari 40 tahun, dan kini, aplikasi komposit telah merambah ke industri lain seperti otomotif (misal: bodi mobil balap F1), olahraga (misal: raket tenis), perkapalan; industri minyak dan gas juga telah memakai komposit untuk membangun infrastrukturnya. Komposit memiliki kekuatan yang bisa diatur (tailorability), memiliki kekuatan lelah (fatigue) yang baik, memiliki kekuatan jenis (strength/weight) yang tinggi dan tahan korosi. Namun demikian, komposit masih cukup mahal untuk diproduksi, sehingga hanya komponen atau bagian tertentu saja yang dibuat dari komposit. (FYI, meski mahal, Boeing memakai komposit sebanyak 50% total struktur pesawat Boeing 787 yang baru di-launch).
Sejak 1980an, komposit mulai dikenal di industri minyak dan gas setelah sebuah panel anti-api untuk heli-deck dibangun memakai komposit serat gelas (glass-fiber reinforced-plastics). Berikut beberapa aplikasi material komposit di industri minyak dan gas:
- Pipeline -
Komposit untuk pipeline biasanya terbuat dari komposit serat gelas atau komposit hibrid untuk mengalirkan aqueous fluid dan gas alam. Komposit serat gelas dipakai menggantikan steel karena komposit lebih tahan karat. Komposit serat gelas ini juga dipilih karena memiliki fire integrity dan fatigue resistance yang baik. Pipeline juga menggunakan steel strip laminates (SSL); SSL adalah komposit sandwich yang terdiri tiga lapisan: lapisan luar dan dalam terbuat dari komposit serat gelas, sedangkan lapisan tengah adalah baja. SSL diharapkan mampu menahan tekanan tinggi, namun tidak terlampau mahal ketika diproduksi. Bonding antara baja dan komposit diakomodasi dengan perekat yang dipakai untuk rocket motor casing. RTP atau Reinforced Thermoplastic Pipework juga digunakan untuk pipeline. Mirip dengan SSL, RTP terdiri dari tiga lapisan: lapisan dalam dan luar adalah thermoplastic liner dan lapisan tengah adalah komposit serat aramid.
- Rigid riser -
Komposit serat gelas, serat karbon atau komposit hibrid digunakan untuk menggantikan baja dalam membangun riser. Keuntungan menggunakan komposit adalah penambahan daya apung (karena riser lebih ringan dibanding menggunakan baja), gaya hambat (drag) dan tension bisa diperkecil. Secara umum, karena konfigurasinya mengecil tetapi kekuatan masih terjaga, penggunaan komposit bisa memperkecil cost.
- Tension leg platforms -
TLP, yang dipancangkan ke dasar laut, adalah bagian yang sensitif dari platform terhadap kedalaman laut. Tendon baja kurang diminati karena terlalu berat dan resonansi yang berkenaan dengan elastisitas tendon masih terjadi. Dua hal itu bisa diatasi dengan menggunakan tendon serat karbon yang ringan namun kuat.
***
Komposit juga bisa dipakai untuk menambal kerusakan akibat beban impak dan korosi di permukaan pipa baja. Metode penambalan menggunakan komposit telah lama digunakan di industri pesawat. Dengan mengatur serat ke arah circumferencial, penambal komposit juga memberikan penguatan secara melingkar pula. Joining atau penyambungan antar pipa juga bisa menggunakan komposit ini. Pemilihan adhesive atau perekat sangat penting ketika proses penyambungan dilakukan.
***
Tahun 1980an, desainer dan fabrikator di industri minyak dan gas kurang berminat menggunakan komposit karena kurang familiar dengan sifat-sifat mekanik, perilaku dan metode inspeksi komposit. Namun sekarang, design code seperti BS4994 (1987) dan ASME (1992) untuk composite pressure vessels dan API specifications untuk composite tubing telah memberikan guidance untuk mengaplikasikan komposit. Design code untuk ‘composite for load-bearing structures’ kini juga tersedia seperti Eurocode for Composites (1994) dan DNV Design Guideline for Design with Composites (2000).
Industri komposit biasanya berskala kecil dan menengah. Hal ini kurang bisa mengakomodasi kebutuhan industri minyak dan gas yang memerlukan produksi skala besar. Ini pekerjaan rumah industri komposit untuk terus mengembangkan skala enterprisenya supaya bisa memenuhi keperluan industri minyak dan gas.
Selain mengacu kepada design code, desainer di industri minyak dan gas diharapkan juga mengacu kepada buku-buku mengenai mekanika komposit (kini jumlahnya ratusan) yang menjelaskan mengenai perilaku komposit yang “agak” berbeda dari logam yang isotropik dan homogeneous. [Arief Yudhanto]
