SIFAT FISIS DAN MEKANIS KOMPOSIT SERAT LIMBAH PATI ONGGOK SANDWICH DENGAN CORE SERAT ACAK DARI BAHAN LIMBAH SEKAM PADI DENGAN MATRIK RESIN

Transkripsi

1 SIFAT FISIS DAN MEKANIS KOMPOSIT SERAT LIMBAH PATI ONGGOK SANDICH DENGAN CORE SERAT ACAK DARI BAHAN LIMBAH SEKAM PADI DENGAN MATRIK RESIN Ngafwan Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta Jl. A.Yani Tromol Pos I Paelan Surakarta ngafwan@ums.ac.ic ABSTRACT Nature composite from skin rice fire and palm sago fire have different mechanical and physycs properties characteristic, that have done from result of our researh efore. Therefore there is many research that can composse the properties of materials aove. The methode of compossing two fier use poliester that have 0%, 30%, and 40% volume fraction of that matrice, compossing with sandwich layer. Caracterizing properties testing used are thermal conductivity test, and ending test. The result are, at high thermal condition the conductivity was decrease for all aove materials. The decreasing of conductivity of this sandwich compsite is more significant. The sandwich composite more tough than skin rice fire composite. The resume is the mechanical properties ( ending toughness) more less significant of the thermal conductivity that more etter. Key words: sandwich composite, koductivity,ending strength PENDAHULUAN Serat sagu (Serat pati Onggok) dan Sekam padi adalah limah organik yang jumlahnya sangat anyak dan nilai ekonomisnya sangat murah. Agar ahan limah ini dapat dipakai seagai material teknik maka perlu dikemangkan seagai ahan komposit yang sesuai sifat fisis dan mekanisnya. Sekam padi sering dipakai ahan untuk menyimpan es artinya sekam padi merupakan ahan isolator panas yang aik. Serat sagu (pati onggok) merupakan serat alam yang mempunyai sifat mekanik yang leih aik diandingkan sekam terutama kekuatan tarik maka jika dua material serat ini digaungkan mempunyai harapan untuk peraikan komposit sekam padi. MEDIA MESIN, Vol. 8, No., Juli 007, ISSN Sifat isolator panas yang dimiliki sekam padi terseut perlu pemikiran pengemangan material komposit aru yang ahan dasar dari limah sekam padi seagai penghamat panas dan serat sagu mempunyai sifat mekanis yang leih aik diandingkan sekam padi sehingga harapan yang dilakukan penelitian ini adalah untuk dapat memperaiki sifat mekais dari material sekam padi yang diperoleh hasil dari penelitian yang terdahulu ahwa dari sita mekanis yang dihasilkan pada penelitian masih sifat mekanisnya sangat rendah. Tujuan Penelitian Penelitian ini ertujuan untuk mengetahui fenomena sifat fisis yaitu hamat panas komposit sandwich dengan core komposit yang diuat dari 53

2 sekam padi seagai serat dengan matrik Resin dan sifat mekanis yaitu kekuatan ending. TINJAUAN PUSTAKA Kekuatan ikatan antara matrik dan serat akan menimulkan tegangan dalam serat, tegangan yang tinggi pada ujung serat menimulkan adanya aliran plastik dalam matrik logam. Untuk dapat memanfaatkan kekuatan serat yang cukup tinggi, perlu dilakukan pencegahan agar zona plastik dari matrik tidak meramat melampaui tegah-tengah serat, seelum regangan dalam serat mencapai regangan putus (Dieter, 996). Pengujian kekuatan tarik, ending dan impak terhadap komposit serat gelas 3 layer dalam entuk chopped strand mat dengan erat jenis 300 gram/m yang dilakukan oleh Dany Yanuar dan Diharjo K (003), dipeoleh kekuatan tarik seesar 67,8 MPa, kekuatan ending 75,5 MPa dan kekuatan impak 0,045 J/mm. Sudiyono dan Diharjo K. (004), pada pengamatan awal penelitian yang sedang erjalan, menunjukkan adanya indikasi awal kelemahan pada komposit sandwich dengan core foam/pu, yaitu mudah lepasnya ikatan komposit dengan core foam. Hal ini diseakan oleh sifat foam yang mudah mripil. Jenis core ini tidak cocok untuk digunakan seagai core komposit sandwich yang menerima ean ending, geser, impak, dan tarik. Core ini hanya cocok untuk ean tekan yang ringan. Ngafwan dan Diharjo K (004) dari hasil penelitian komposit sanwitch serat gelas dengan core PVC, kekuatan ending dan impak leih aik yaitu pada H 000PVC Core dengan H 00 PVC Core.. Aspek Geometri Gison (994), Untuk memperoleh komposit erkekuatan tinggi penempatan serat disesuaikan dengan geometri serat, arah, distriusi dan fraksi volume. Komposit yang susunannya lamina unidirectional, serat kontinyu dengan jarak antar serat sama, dan direkatkan secara aik oleh matrik, fraksi volume dapat dihitung dengan menggunakan persamaan seagai erikut (Shackelford, 99):seperti ditunjukkan pada gamar. V ρ V ρ + ρ V ρ V + ρ V dengan catatan : V, V, fraksi volume,,, fraksi erat ρ, ρ,... densitas ahan pementuk... ()... () Kekuatan komposit dapat ditentukan dengan persamaan (Shackelford, 99) : σ C σ f V f + σ m V m... (3) r SERAT MATRI K V f S 0 dan r R π r 3 R S R π V f 4 r R SERAT MATRI K Gamar. Komposit Serat Teratur 54 Sifat Fisis dan Mekanis Komposit Serat Limah Pati Onggok Sandwich dengan Core Serat Acak dari Bahan Limah Sekam Padi dengan Matrik Resin oleh Ngafwan

3 . Kekuatan Bending Material komposit mempunyai siafat tekan leih aik dianding tarik, pada perlakuan uji ending spesimen, agian atas spesimen terjadi proses tekan dan agian awah tarik sehingga kegagalan yang terjadi akiat uji ending kejadiannya yaitu mengalami patah diagian awah karena tidak mampu menahan tegangan tarik. Kekuatan ending komposit dapat ditentukan dengan persamaan 4 erikut ini : σ 3PL h δ + 4 L... 5 Dimensi alok dapat kita lihat pada gamar. erikut : Gaya geser pada uji ending dapat ditentukan memakai persamaan 6. P τ (d + c)... (4) h L/ L/ σ 3PL h Gamar. Potongan Penampang Balok Komposit Sandwich 3. Konduktivitas Panas Dalam menghantarkan panas, suatu material pada umumnya mempunyai tiga cara yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi. Pada konduksi, panas dialirkan dari satu molekul/atom ke molekul/atom disampingnya. Arus panas (yaitu panas yang dihantarkan per satuan waktu) seanding dengan luas penampang yang dilewati panas terseut. Pengalaman sehari-hari memperlihatkan ahwa panas itu mengalir dari suhu tinggi ke suhu rendah. Sehingga makin esar gradien suatu ahan yang dialiri panas, makin esar arus panas itu. Jika defleksi maksimum yang terjadi leih dari 0 % dari jarak antar penumpu (L), kekuatan endingnya dapat dihitung dengan persamaan 5 yang leih akurat daripada persamaan 4. MEDIA MESIN, Vol. 8, No., Juli 007, ISSN T q k A q T a. A k. a. (7) a k a A T0 T3 + k A + c. (8) k A Dimana : q : Kalor, (att). K : Konduktivitas thermal, (/m o C). A : Luas Penampang, (m ). : Teal, (m) T : Kalor yang mengalir, (att). c 55

4 Gamar 3. Cara Uji Hamat Panas METODOLOGI PENELITIAN Untuk pengujian hamat panas menggunakan metode seperti gamar 3.0, kotak yang erisi air dipanaskan dengan menggunakan heater sehingga panas akan mengalir dari air dikotak ke alumunium tipis yang erfungsi seagai kontrol kemudian ke air dikotak lalu ke alumunium teal dan ke komposit, dari perpindahan kalor terseut dapat diketahui selisih suhu ( T) sehingga dapat dicari nilai k atau konduktivitas komposit. Pengamilan data pada pengujian dilakukan urutan seagai erikut: - Kawat -, -, -3, -4, -5 dan -6 - Kawat -, -, -3, -4, -5 dan -6 - Kawat 3-, 3-, 3-3, 3-4, 3-5 dan Kawat 4-, 4-, 4-3, 4-4, 4-5 dan Kawat 5-, 5-, 5-3, 5-4, 5-5 dan Kawat 6-, 6-, 6-3, 6-4, 6-5 dan 6-6 T T 3 Kawat Kawat Kawat 3 Kawat 4 Kawat 5 Kawat 6 Kawat Kawat Kawat 3 Kawat 4 Kawat 5 Kawat 6 Gamar 4. Spesimen uji panas Gamar 5. Skema Urutan Pencatatan Suhu 56 Sifat Fisis dan Mekanis Komposit Serat Limah Pati Onggok Sandwich dengan Core Serat Acak dari Bahan Limah Sekam Padi dengan Matrik Resin oleh Ngafwan

5 HASIL DAN PEMBAHASAN Uji Hamat Panas Pada pengujian yang dilakukan dari dua material diperoleh ahwa semakin esar fraksi volume serat pada komposit nilai hamat panas terjadi penurunan, namun jika diandingkan dengan material sandwich ahwa tingkat penurunan material sandwic leih easar.. Kejadian ini diakiatkan oleh adanya media peramatan kalor yaitu pada material sandwic terdapat perpindahan kalor secara konduksi dan radiasi, yang pada kondisi udara peramatan kalornya melalui radiasi secara tertutup pada ruangan Konduktivitas panas (k) /m 0 C Grafik Huungan Konduktivitas Panas Komposit Sandwich dan Fraksi Volume Komposit 0,5 0,0 0,5 0,0 0,05 0,00 0% 0% 30% 40% 50% 60% Fraksi Volume Gamar 6. Konduktivitas vs Fraksi Volume Fenomena konduktivitas panas pada komposit tidak senwich dengan peningkatan temperatur menunjukkan ahwa tren yang terjadi konduktivitas panas menurun seiring peningkatan temperatur seperti yang terlihat pada gamar 6, namun penurunan nilai hamat panas ini perlahanlahan.jika dilihar sesuai dengan fraksi volume serat maka material yang fraksi volumenya 50% nilai hamat panasnya leih aik. Pada material sandwich seperti pada gamar 7, nilai hamat panas yang diperoleh yaitu dengan peningkatan temperatur nilai hamat panas semakin kecil sesuai dengan peningkatan peneurunan temperatur, tingkat penurunan hamat panas diandingkan dengan komposit tidak sendwic penurunannya leih esar. Pada peramatan kolor cara radiasi temperatur sangat mempengaruhi kecepatan peramatan yaitu sesuai dengan persamaan åót 4. Sehingga pada material komposit sandwich leih aik nila hamat panas. konduktivitas panas (K) /m 0 C 0,30 0,5 0,0 0,5 0,0 0,05 0,00 Grafik huungan konduktivitas panas komposit Sandwich dan suhu Suhu (T) 0 C Gamar 7. Konduktivitas vs Suhu Uji ending Kejadian ini pada material sandwih yang diuat ternyata pada uji ending seelum spesimen uji patah kejadiam yang terjadi adalah kekuatan lapisan polyester seagai perekat dua material terkelupas dan diikutu patahnya inti dari sandwich terutama pada fraksi volume rendah. Tegangan ending (Mpa) V f 30 % V f 0 % V f 50 % V f 40 % Sekam padi Sandwich sekam serat sagu Fraksi volume % Gamar 8. Konduktivitas vs Fraksi Volume Hasil uji ending yang dilakukan pada komposit sandwich sekam serat sagu menunjukkan kekuatan ending meningkat dengan kenaikan fraksi vole serat dan jika diandingkandengan data komposit sekam. MEDIA MESIN, Vol. 8, No., Juli 007, ISSN

6 KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Hasil pemahasan perolehan penelitian dapat dismpulkan:. Komposit sendwich mempunyai gradien penurunan konduktivitas akiat kenaikan fraksi volume dan gradien penurunan konduktivitas akiat kenaikan temperatur leih esar diandingkan dengan yang tidak sendwich.. Tegangan ending pada komposit sendwich leih rendah diandingkan yang tidak sendwich, kejadian ini diakiatkan oleh mulai lepasnya pada lapisan inti dengan kulit (pelapis) lem polyester pada saat pengujian seelum material patah dan patah dimulai dari kulit. Saran Sesuai hasil penelitian peneliti menyaran:. Untuk memperkuat komposit sandwic maka diperlukan teal dan kekuatan lem perlu peraikan.. Untuk memperaiki konduktivitas maka perlu pemodelan sendwich yang erlapis. DAFTAR PUSTAKA Gison.R.F., 994, Principle of Composite Material Mechanics. Departement of Mechanical Engineering ayne State University Detroit, Michigan, McGraw-Hill, Inc. Mills,A.F., 999, Basic Heat Mass Transfer, Second Edition, Universitas of California at Angeles Los Angeles, California. Mazumdar. S.K., 00, Composites Manufacturing Materials Product and Process Engineering, CRC Press LLC, 000 N.. Corporate Blvd., Boca Raton, Florida Ngafwan; Diharjo, K., 004, Pengaruh Kepadatan Core PVC pada Komposit Sandwich Serat Gelas Terhadap Peningkatan Kekuatan Bending dan Impak, Penelitian Dosen Muda. 58 Sifat Fisis dan Mekanis Komposit Serat Limah Pati Onggok Sandwich dengan Core Serat Acak dari Bahan Limah Sekam Padi dengan Matrik Resin oleh Ngafwan