PENINGKATAN KEKUATAN BENDING PADA REKAYASA DAN MANUFAKTUR BAHAN KOMPOSIT SANDWICH BERPENGUAT SERAT HYBRID DENGAN CORE KAYU PINUS

Transkripsi

1 PENINGKATAN KEKUATAN BENDING PADA REKAYASA DAN MANUFAKTUR BAHAN KOMPOSIT SANDWICH BERPENGUAT SERAT HYBRID DENGAN CORE KAYU PINUS Agus Hariyanto Jurusan Teknik Mesin,Fakultas Teknik,Universitas Muhammadiyah Surakarta. Jl. A. Yani Tromol Pos 1 Paelan Kartasura 5712 Telp Astrak Tujuan penelitian ini adalah menyelidiki pengaruh ketealan core melintang dan core memujur terhadap peningkatan kekuatan ending komposit sandwich hyrid serat kenaf dan serat gelas ermatrix Polyester dengan core kayu pinus. Pola kegagalannnya diamati dengan photo makro. Bahan utama penelitian adalah serat kenaf anyam dan serat E-Glass anyam, resin unsaturated polyester 157 BQTN, kayu pinus. Hardener yang digunakan adalah MEKPO dengan konsentrasi 1%. Komposit diuat dengan metode cetak tekan hidrolis. Komposit sandwich tersusun terdiri dari dua skin lamina komposit hirid) dengan core ditengahnya. Lamina komposit hirid seagai skin terdiri dari eerapa lamina serat gelas anyam dan lamina serat kenaf. Fraksi volume serat komposit hirid seagai skin adalah 3%. Core yang digunakan adalah kayu pinus yang dipotong pada arah melintang dan arah memujur. Core yang digunakan ada 4 macam variasi ketealan yaitu 5, 1, 15 dan 2 mm. Spesimen dan prosedur pengujian ending mengacu pada standart ASTM C 393. Penampang patahan dilakukan foto makro untuk mengidentifikasi pola kegagalannya. Hasil penelitian ini menunjukkan ahwa kemampuan menahan momen ending komposit sandwich meningkat seiring dengan penamahan ketealan core melintang dan core memujur pada komposit sandwich. Kekuatan ending komposit sandwich meningkat seiring dengan penamahan ketealan dari 5 mm menuju 1 mm pada core melintang dan memujur. Namun, menurunkan kekuatan ending komposit sandwich pada ketealan core 15 mm dan 2 mm. Tegangan kekuatan) ending komposit sandwich memiliki harga yang paling optimum pada ketealan core 1 mm. Tahapan pola kegagalan komposit sandwich adalah kegagalan tarik skin komposit sisi awah, kegagalan geser core, delaminasi skin komposit sisi atas dengan core, kegagalan skin komposit sisi atas. Kata Kunci: core; komposit sandwich; kekuatan ending; pola kegagalan. RAPI 215 Pendahuluan Serat alam telah dicoa untuk menggeser pengunaan serat sintetis, seperti E-Glass, Kevlar-49, Caron/ Graphite, Silicone Caride, Aluminium Oxide, dan Boron. Walaupun tak sepenuhnya menggeser, namun penggunaan serat alam menggantikan serat sintesis adalah seuah langkah ijak dalam menyelamatkan kelestarian lingkungan dari limah yang diuat dan keteratasan sumer daya alam yang tidak dapat diperaharui. Beragai jenis tanaman serat tumuh suur di Indonesia, seperti kenaf hiiscus canainus). Produksi serat kenaf dunia menduduki posisi mencapai 97. ton/tahun. Di Indonesia, serat kenaf terseut iasanya hanya dipakai seagai ahan karung goni sehingga nilai ekonominya rendah. Ketersediaan kayu pinus Pinus Merkusii) sangat erlimpah, namun nilai jualnya sangat murah. Sifat ringan kayu ini selaras dengan filosofi rekayasa ahan komposit, yaitu menghasilkan disain ringan. Keerhasilan aplikasi kayu ini seagai material core pada rekayasa ahan komposit diharapkan dapat menggantikan penggunaan ahan core sintetis impor dari luar negeri, seperti core polyurethane foam PUF) dan core Divynil cell PVC). Hal lain yang ironis adalah masuknya core kayu alsa yang diimpor dari Australia. Padahal, Indonesia seagai negara tropis menghasilkan aneka kayu hasil hutan termasuk kayu alsa di Indonesia Timur dan kayu pinus di Pulau Jawa. Inovasi teknologi dengan memanfaatkan ahan alam merupakan langkah ijak menuju kemandirian angsa yang ertumpu sumer daya alam lokal. Salah satu solusi kreatif terhadap anyaknya material impor yang masuk di Indonesia adalah memerdayakan material alam lokal yang ertumpu pada udaya riset yang erkelanjutan. M-227

2 Berdasarkan uraian terseut di atas, maka penggunaan serat kenaf dan kayu pinus seagai ahan komposit sandwich merupakan solusi kreatif untuk mendukung perkemangan teknologi komposit yang ramah lingkungan. Penelitian ini ertujuan untuk menyelidiki pengaruh ketealan core melintang dan core memujur terhadap peningkatan kekuatan ending komposit sandwich kominasi serat kenaf dan serat gelas hyrid) ermatrik Polyester dengan core kayu pinus dan mengidentifikasi Pola kegagalannnya. Bahan Dan Metoda Penelitian Bahan utama penelitian adalah serat E-glass anyam dengan massa jenis 2,42 gr/cm 3, serat kenaf anyam dengan density 1,45 gr/cm 3, core kayu pinus, unsaturated poliester type 157 BQTN, hardener MEKPO dengan kadar 1%, dan adhesive epoxy resin dan epoxy hardener dengan rasio 1:1 dengan density,45 ml/cm 2. Serat kenaf yang digunakan tanpa perlakuan. Pemuatan komposit sandwich dilakukan dengan metode press mold. Fraksi volume serat hyrid lamina komposit skin) ditentukan 3%, yang dikontrol dengan ketealan komposit sandwich saat pencetakan. Komposit sandwich tersusun dari dua lamina skin) komposit hyrid dengan core kayu pinus di agian tengahnya. Lamina komposit hyrid skin) tersusun dari 3 lamina serat gelas anyam dan 2 lamina serat kenaf anyam. Serat kenaf yang digunakan tanpa perlakuan. Core kayu pinus diuat dengan pemotongan pada arah melintang tegak lurus serat kayu) dan memujur sejajar serat kayu). Ketealan core divariasi 5, 1, 15, dan 2mm. Komposit sandwich yang sudah dicetak dipotong-potong menjadi spesimen uji. Pengujian ending dilakukan dengan four point ending method, seperti ditunjukkan pada gamar 1. Spesimen dan metode pengujiannya mengacu pada standar ASTM C 393. Penampang patahan spesimen uji dilakukan foto makro untuk mengidentifikasi pola kegagalannya. L/4 L/2 L/4 d L = Span c L total Gamar 1. Spesimen pengujian ending Persamaan yang digunakan untuk menghitung pengujian ending adalah ASTM C-393 : P L M max = 1) 2 4 σ max = M. z EI E + E ) D = EI = E PL σ facing 4t d + c) τ P core d + c ) f f c t f 2 d 2 + E c tc 12 3 = 4) = 5) 2) 3) M-228

3 Hasil Dan Pemahasan Analisis kekuatan ending Teal Core c) mm Moment M) N.m Tael 1. Hasil pengujian ending komposit sandwich. Core Melintang Facing σ ) σ ) MPa facing MPa Core Shear τ ) MPa core Flexural Rigidity; D) N.m ,3 2,12 21,16 8,79 25, ,9 36,24 25,75 7,85 68, , 23,48 23,25 6,62 145, , 21,68 22,35 5,34 246, Teal Core c) mm Moment M) N.m σ ) MPa Core Memujur Facing σ ) facing MPa Core Shear τ ) MPa core Flexural Rigidity; D) N.m ,3 64,2 43,12 12,5 45,7 1 18,7 7,87 46,71 11,46 19, , 52,66 37,11 9,9 276, ,7 42,64 33,25 8,87 516,19 Komposit sandwich yang diperkuat serat kenaf dan serat E-glass dengan posisi core kayu pinus memujur sejajar serat kayu) mampu menahan momen ending yang leih tinggi, seperti ditunjukkan pada tael. Momen ending meningkat seiring dengan penamahan ketealan core, seperti ditunjukkan pada gamar 2. Dengan demikian, penamahan agian inti struktur sandwich menunjukkan secara signifikan peningkatan kemampuan menahan momen ending. Sifat material yang leih lunak core kayu pinus) dan penamahan ketealan menyeakan memiliki kemampuan menahan momen ending yang leih tinggi. Selain itu, efek posisi core kayu pinus pada arah melintang tegak lurus serat kayu) menurunkan momen ending. Hal ini dapat diseakan oleh peruahan kekuatan core melintang leih rendah diandingkan dengan core memujur kekuatan longitudinal leih esar dengan kekuatan lateral). Bila ditinjau dari segi kekuatan ending, kekuatan ending komposit sandwich optimum pada ketealan core sekitar 1 mm seperti ditunjukkan pada gamar 3. Komposit sandwich yang diperkuat serat hyrid serat kenaf dan serat E-glass) dengan posisi core kayu pinus memujur sejajar serat kayu) memiliki kekuatan ending yang leih tinggi diandingkan dengan komposit sandwich yang diperkuat serat kenaf dan serat E-glass dengan posisi core kayu pinus melintang tegak lurus serat kayu). Berdasarkan analisis yang dihitung dengan standar ASTM D 393, komposit sandwich yang diperkuat serat kenaf dan serat E-glass dengan posisi core kayu pinus memujur sejajar serat kayu) juga memiliki kekuatan ending facing yang leih tinggi, seperti ditunjukkan pada gamar 4. Hal yang sama menunjukkan ahwa kekuatan ending yang paling optimum terjadi pada komposit sandwich dengan ketealan core 1 mm. Analisis kekuatan geser core menunjukkan ahwa tegangan geser core komposit dengan serat kenaf dan serat E-glass dengan posisi core kayu pinus melintang tegak lurus serat kayu) menurun seiring dengan penamahan ketealan core. Namun, pada komposit yang diperkuat serat kenaf dan serat E-glass dengan posisi core kayu pinus memujur sejajar serat kayu) juga menurunkan, seiring dengan penamahan ketealan core. Efek posisi core kayu pinus melintang mengindikasikan menurunkan kekuatan geser core komposit hyrid sandwich. Namun, pada komposit yang posisi core kayu pinus melintang ini, memerikan efek stailitas dimensi yang leih aik tidak mudah terjadi deformasi). Analisis flexural rigidity kekakuan) komposit sandwich yang diperkuat serat hyrid kenaf dan serat E- glass ) dengan posisi core kayu pinus memujur sejajar serat kayu) mempunyai kekakuan yang leih tinggi. Kekakuan meningkat seiring dengan penamahan ketealan core, seperti ditunjukkan pada gamar 6. M-229

4 Facing, MPa, MPa Moment, N.m Simposium Nasional RAPI XIV FT UMS ISSN Moment vs Teal Core Teal Core, mm Core melintang Core memujur Gamar 2. Kurva momen ending komposit sandwich. 8 vs Teal Core Teal Core, mm Core memujur Core melintang Gamar 3. Kurva kekuatan ending komposit sandwich Facing vs Teal Core Teal Core, mm 2 25 Gamar 4. Kurva tegangan facing/skin komposit sandwich. Core melintang Core memujur M-23

5 Core Shear Stress, MPa Simposium Nasional RAPI XIV FT UMS ISSN Core Shear Stress vs Teal Core Teal Core, mm Core melintang Core memujur Gamar 5. Kurva tegangan geser core komposit sandwich Flexural Rigidity, N.m 2 Core patah geser Flexural Rigidity vs Teal Core Gagal tekan pada skin mm Teal Core, mm Gamar 6. Kurva flexural rigidity kekakuan) komposit sandwich. Core melintang Core memujur Analisis pola kegagalan ending delaminasi skin dan core pada ikatan interfacial Fier pull out gagal tarik pada skin Gamar 7. Penampang patahan core kayu pinus memujur komposit sandwich. M-231

6 Gagal tekan pada skin 15mm Core patah geser Fier pull out gagal tarik pada skin delaminasi skin dan core pada ikatan interfacial Gamar 8. Penampang patahan core kayu pinus melintang komposit sandwich. Kegagalan ending komposit sandwich core arah serat kayu memujur dan melintang ditunjukkan pada gamar 7 dan gamar 8. Secara umum, pola kegagalan diawali dengan retakan pada komposit skin yang menderita tegangan tarik. Kemudian, ean ending terseut didistriusikan pada core sehingga menyeakan core mengalami kegagalan. Skin yang semula menderita ean tekan akhirnya mengalami kegagalan seiring dengan gagalnya core. Gamar 7 dan 8 menunjukkan secara jelas adanya kegagalan tarik pada komposit skin awah, gagal geser core dan kegagalan tekan pada skin atas. Mekanisme patahan terjadi karena kegagalan komposit sandwich akiat ean ending erawal dari skin komposit sisi elakang awah) dan dilanjutkan dengan kegagalan core, delaminasi skin dan core pada ikatan interfacial. Kesimpulan Berdasarkan data hasil penelitian terseut maka dapat disimpulkan seagai erikut: 1. Efek posisi core melintang mengindikasikan menurunkan kekuatan ending komposit sandwich serat kenaf dan serat gelas hyrid) ermatrik polyester dengan core kayu pinus. 2. Tegangan ending komposit hyrid sandwich memiliki harga yang optimum pada ketealan core 1 mm. Kemampuan menahan momen dan kekakuan komposit sandwich meningkat seiring dengan penamahan ketealan core. Namun penamahan ketealan core menurunkan kekuatan geser. 3. Tahapan pola kegagalan komposit hyrid sandwich adalah kegagalan tarik skin komposit sisi awah, kegagalan geser core, delaminasi skin komposit sisi atas dengan core pada ikatan interfacial., kegagalan tekan skin komposit sisi atas. Notasi Persamaan : lear spesimen mm ) c: teal core mm) d : teal spesimen mm) D:kekakuan ending N.mm 2 ) E: modulus ending MPa) I: momen inersia mm 4 ) L: panjang span mm) M: momen ending N-mm) P: ean endingn) t f : teal skin sandwich mm) τ core : tegangan geser core MPa) σ : tegangan ending MPa) σ facing :tegangan ending skinmpa) z: Jarak,5 tinggi skin terhadap titik acuan sumu netral mm) M-232

7 Daftar Pustaka Allen, H.G., 1969), Analysis and Design of Structural Sandwich Panels, Pergamon press. Anonim., 1994), Annual Book of Standards, Section 15, C , Standard Test Methods forflexural Properties of Sandwich Constructions", ASTM. Annual Book of Standards, ASTM D 79 2., 22), Standard Test Methods for Flexural Properties of Unreinforced and Reinforced Plastics and Electrical Insulating Materials,ASTM. Anonim. 23), DIAB Sandwich Handook 3 Sptemer 28, jam 15.3 WIB) Anonim., 21), Technical data Sheet,PT Justus Sakti Raya Corporation, Jakarta. David W., 1987) Mechanical Properties of Wood,Wood Handook, Wood as an Engineering Material Forest Products Laoratory USDA Forest Service Madison, Wisconsin. Eichorn, S.J., Zafeiropoulus, C.A.B.N., Ansel, L.Y.M.M.P., Entwistle, K.M., Escamilla, P.J.H.F.G.C., Groom,L, Hill, M.H.C., Rials, T.G. and Wild, P.M., 21), Review Current International Research into Cellulosic Fiers and Composites, Journal of Materials Science, Vol. 36 pp Ferianto, B. dan Diharjo, K.., 24), Kekuatan Dan Impak Komposit Hirid Sandwich Kominasi Serat Karung Goni Dan Serat Gelas Polyester Dengan Core Kayu Sengon Laut Skripsi, UNS. Hariyanto, A.,. 26), Studi Perlakuan Alkali dan Teal Core Terhadap Sifat dan Impak Komposit Hyrid Sandwich Serat Kenaf dan Gelas Bermatrik Polyester dengan Core Kayu Sengon Laut Tesis. Yogyakarta: Universitas Gajah Mada. Siswamartana,. 22). Hutan Pinus dan Hasil Air Cepu: Pusat Pengemangan Sumer Daya Hutan Perhutani. M-233