Insinyur kedirgantaraan telah lama mahir menggunakan serat karbon yang ringan dan super kuat untuk membangun pesawat siluman dan pesawat komersial. Tim balap F1, seperti McLaren dan Ferrari, juga memanfaatkan material komposit ini. Lantas, bagaimana mungkin OceanGate—startup di balak implosi bencana kapal selam Titan pada 2023—bisa begitu keliru dalam merancang lambung serat karbon mereka sendiri?
Para peneliti di Australia tampaknya telah menemukan petunjuk baru saat menguji ketahanan material terkenal tangguh ini untuk aplikasi penerbangan: Penyerapan kelembapan, menurut mereka, merupakan faktor paling kritis yang mendegradasi material serat karbon dari waktu ke waktu.
Para insinyur mekanik dan kedirgantaraan dari Royal Melbourne Institute of Technology (RMIT) dan Monash University memulai studi dengan menyelidiki bagaimana berbagai desain serat karbon terdegradasi saat terpapar cuaca. Meski temuan mereka tidak langsung membahas kasus Titan, hasil yang didapat tidak hanya mengejutkan mereka tetapi juga mempertanyakan kebijaksanaan menggunakan material ini untuk kapal selam laut dalam di masa depan.
“Temuan kami menunjukkan bahwa suhu atau kelembapan penuaan yang spesifik bukanlah faktor terpenting,” ungkap rekan penulis studi, Katherine Grigoriou, peneliti komposit kedirgantaraan di Monash, dalam sebuah pernyataan, “melainkan seberapa banyak kelembapan yang akhirnya diserap oleh material.”
“Artinya, jika kita memahami bagaimana kelembapan terakumulasi di dalam struktur komposit,” papar Grigoriou lebih lanjut, “kita dapat memprediksi kinerjanya selama bertahun-tahun dengan jauh lebih andal.”
Jenuh Air yang Kritis
Grigoriou dan rekan-rekannya berfokus pada bagaimana orientasi serat karbon yang ditenun berinteraksi dengan “kondisi higrotermal” (penuaan akibat paparan atmosfer panas dan lembap) dan dampaknya terhadap material serat karbon tingkat kedirgantaraan.
Mereka menguji tiga jenis anyaman—anyaman sudut 90 derajat murni, anyaman 45 derajat, dan campuran keduanya—dengan kondisi suhu 140 derajat Fahrenheit (60°C) dan 176 derajat Fahrenheit (80°C) serta kelembapan relatif 90% dan 100%.
Analisis terhadap “kerusakan mikrostruktural” yang diperiksa melalui tomografi terkomputasi sinar-X dan mikroskop elektron pemindaian menemukan bahwa komposit campuran yang mengandung anyaman 90 derajat dan 45 derajat paling tahan terhadap degradasi akibat penyerapan air. (Sementara anyaman 45 derajat murni tampaknya yang paling buruk kinerjanya.)
Namun, yang mengejutkan, suhu dan kelembapan yang dialami semua serat karbon ini memiliki dampak minimal terhadap proses ini. Tingkat keparahan cacat struktural ini, seperti yang mereka laporkan dalam jurnal Composites Part A: Applied Science and Manufacturing bulan ini, “hanya ditentukan oleh kadar air akhir—bukan oleh suhu atau kelembapan selama pengkondisian.”
Menurut Grigoriou, temuan ini mengubah cara insinyur seharusnya mensimulasikan stabilitas seumur hidup material ini melalui uji stres panas dan kelembapan di lab. Kandungan kelembapan dalam material, katanya, harus “dipahami dan dikendalikan dengan benar.”
Desain Bawah Laut yang Dipertanyakan
Kembali pada 2023, ketika penyelidik dari Penjaga Pantai AS dan Dewan Keselamatan Transportasi Nasional berusaha menentukan penyebab dan pihak yang bertanggung jawab atas implosi fatal bertekanan tinggi pada kapal Titan, beberapa akademisi telah membicarakan masalah kejenuhan air ini.
Arun Bansil, seorang fisikawan di kampus Northeastern University di Boston, menyatakan kepada publikasi kampus bahwa “efek degradasi dari penyerapan air pada epoksi yang mengikat serat karbon dalam komposit” perlu diperhatikan dalam “menilai kegagalan Titan.”
Meski demikian, Bansil berspekulasi bahwa gagasan dasar menggunakan serat karbon dalam kapal selam suatu hari mungkin berhasil. Tim yang lebih hati-hati daripada OceanGate, di bawah kepemimpinan yang kurang dominan, “pada akhirnya akan mengembangkan material berbasis serat karbon untuk aplikasi laut dalam,” ujarnya, “bersama dengan protokol pengujian untuk operasi yang aman.”
Pada kenyataannya, penyelidik NTSB menemukan kelalaian keselamatan serius di seluruh proyek Titan OceanGate, yang akhirnya menggambarkan implosi kapal selam itu, yang menewaskan kelima penumpangnya, sebagai “tragedi yang bisa dicegah.”
Seperti tragedi Ikarus dalam mitologi Yunani—kisah tentang seorang wirausahawan kuno yang terbang terlalu dekat ke Matahari dengan sayap lilin—kini tampaknya salah satu kelalaian itu merupakan gabungan dari ilmu material yang buruk dan kesombongan belaka.