REKAYASA KOMPOSIT SANDWICH BERPENGUAT SERAT KELAPA BERMATRIK EPOXY DAN GYPSUM

Transkripsi

1 REKAYASA KOMPOSIT SANDWICH BERPENGUAT SERAT KELAPA BERMATRIK EPOXY DAN GYPSUM Agus Hariyanto 1 1 Dosen Jurusan Teknik Mesin FT Universitas Muhammadiyah Surakarta. Astrak. Tujuan penelitian ini adalah menyelidiki pengaruh ketealan skin dan ketealan ore terhadap peningkatan kekuatan ending komposit sandwih erpenguat serat kelapa ermatrix epoxy pada skin dan ermatrix gypsum pada ore. Pola kegagalannnya diamati dengan photo makro. Bahan utama penelitian adalah serat kelapa aak, resin epoxy dan seruk gypsum. Hardener yang digunakan adalah epoxy type general porpose dengan perandingan 1:1. Komposit diuat dengan metode etak tekan hidrolis. Komposit sandwih tersusun terdiri dari dua skin (lamina) dengan ore ditengahnya. Lamina komposit seagai skin terdiri dari lamina serat kelapa. Fraksi volume serat komposit seagai skin adalah 30, 40, dan 50%. Skin yang digunakan ada 5 maam variasi ketealan yaitu 1, 2, 3, 4, dan 5 mm. Core yang digunakan adalah komposit erpenguat serat kelapa ermatrix gypsum dengan fraksi volume serat 30 dan 40%. Core yang digunakan ada 4 maam variasi ketealan yaitu 5, 10, 15 dan 20 mm. Spesimen dan prosedur pengujian ending mengau pada standart ASTM C 393. Penampang patahan dilakukan foto makro untuk mengidentifikasi pola kegagalannya. Hasil penelitian ini menunjukkan ahwa kemampuan menahan momen ending komposit sandwih meningkat seiring dengan penamahan ketealan ore pada komposit sandwih. Kekuatan ending komposit sandwih meningkat seiring dengan penamahan ketealan pada skin. Tegangan (kekuatan) ending komposit sandwih memiliki harga yang paling optimum pada teal skin 5mm dengan V f 50% eserta dengan teal ore 5 mm dengan V f 40%. Tahapan pola kegagalan komposit sandwih adalah kegagalan tarik skin komposit sisi awah, kegagalan geser ore, delaminasi skin komposit sisi atas dengan ore, kegagalan skin komposit sisi atas. Kata kuni: komposit sandwih, kekuatan ending, pola kegagalan.. Pendahuluan Serat alam telah dioa untuk menggeser pengunaan serat sintetis, seperti E-Glass, Kevlar-49, Caron/ Graphite, Silione 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 serat uah kelapa. Lahan produksi serat uah kelapa di Indonesia, menapai luas 2,841 juta ha pada tahun Di Indonesia, serat uah kelapa terseut iasanya hanya dipakai seagai ahan akar, keset, tali, matras sehingga nilai ekonominya rendah. Ketersediaan gypsum sangat erlimpah di Indonesia ontohnya di daerah Cidadap Ja-ar gipsum ditamang dimana rata-rata per tahun ton, namun nilai jualnya sangat murah. Sifat ringan gypsum ini selaras dengan filosofi rekayasa ahan komposit, yaitu menghasilkan disain ringan. Keerhasilan aplikasi gypsum dan serat kelapa ini seagai material ore pada rekayasa ahan komposit diharapkan dapat menggantikan penggunaan ahan ore sintetis impor dari luar negeri, seperti ore polyurethane foam (PUF) dan ore Divynil ell (PVC). 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. Berdasarkan uraian terseut di atas, maka penggunaan serat kelapadan gypsum seagai ahan komposit sandwih merupakan solusi kreatif untuk mendukung perkemangan teknologi komposit yang ramah lingkungan. Penelitian ini ertujuan untuk menyelidiki pengaruh ketealan skin dan ketealan ore terhadap peningkatan kekuatan ending komposit sandwih erpenguat serat kelapa ermatrix epoxy pada skin dan ermatrix gypsum pada ore. dan mengidentifikasi Pola kegagalannnya.. Bahan dan Metode Penelitian Bahan utama penelitian adalah serat kelapa aak dengan resin epoxy dan hardener epoxy dengan rasio 1:1 untuk ahan skin. Serat kelapa aak dengan gypsum untuk ahan ore. dan epoxy resin dan epoxy hardener dengan rasio 1:1 dengan density 0,45 ml/m 2 seagai adhesive. Serat kelapa yang digunakan tanpa perlakuan. Pemuatan komposit sandwih dilakukan dengan metode press mold. Fraksi volume serat komposit seagai skin adalah 30, 40, M-35

2 dan 50%. Core yang digunakan adalah komposit erpenguat serat kelapa ermatrix gypsum dengan fraksi volume serat 30 dan 40%. yang dikontrol dengan ketealan komposit sandwih saat penetakan. Komposit sandwih tersusun dari dua lamina komposit (skin) dengan ore di agian tengahnya. Lamina komposit (skin) yang digunakan ada 5 maam variasi ketealan yaitu 1, 2, 3, 4, dan 5 mm. Ketealan ore divariasi 5, 10, 15, dan 20mm. Komposit sandwih yang sudah dietak dipotong-potong menjadi spesimen uji. Pengujian ending dilakukan dengan four point ending method, seperti ditunjukkan pada gamar 1. Spesimen dan metode pengujiannya mengau 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 L total Persamaan yang digunakan untuk menghitung pengujian ending adalah ASTM C-393 : P L M max = ( 1 ) 2 4 ( 2 ) σ M. z = max E + E PL σ faing 4t( d + ) τ P ore ( d + ) HASIL DAN PEMBAHASAN Analisis Kekuatan Jenis Komposit Gamar 1. Pengujian ending spesimen uji. EI D = EI ( ) f = E = (4 ) = (5 ) Tael. Hasil pengujian ending komposit sandwih. f t f 2 d 2 + E Stress σ f ( 3 ) teal ore 5 mm V f 40% teal ore 10 mm V f 30% teal ore 15 mm V f 30% teal ore 20 mm V f 40% t 12 3 M-36

3 Stress σ f teal ore 5 mm V f 40% teal ore 10 mm V f 30% teal ore 15 mm V f 30% teal ore 20 mm V f 40% Stress σ f teal ore 5 mm V f 40% teal ore 10 mm V f 30% teal ore 15 mm V f 30% teal ore 20 mm V f 40% Stress σ f teal ore 5 mm V f 40% teal ore 10 mm V f 30% teal ore 15 mm V f 30% teal ore 20 mm V f 40% Stress σ f teal ore 5 mm V f 40% teal ore 10 mm V f 30% teal ore 15 mm V f 30% teal ore 20 mm V f 40% Komposit sandwih yang diperkuat serat kelapa ermatrix epoxy pada skin dan diperkuat serat kelapa ermatrix gypsum pada ore mampu menahan momen ending yang leih tinggi, seperti ditunjukkan pada tael. ending meningkat seiring dengan penamahan ketealan ore dan penamahan ketealan skin, seperti ditunjukkan pada gamar 2. Dengan demikian, penamahan agian inti struktur sandwih menunjukkan seara signifikan peningkatan kemampuan menahan momen ending. Sifat material yang leih lunak (ore diperkuat serat kelapa ermatrix gypsum) dan penamahan ketealan menyeakan memiliki kemampuan menahan momen ending yang leih tinggi. M-37

4 Selain itu, efek ore yang diperkuat serat kelapa ermatrix gypsum meningkatkan momen ending. Hal ini dapat diseakan oleh peruahan kekuatan ore leih tinggi dengan peningkatan penamahan ketealan ore. Bila ditinjau dari segi kekuatan ending, kekuatan ending komposit sandwih optimum pada ketealan ore sekitar 5 mm dan pada ketealan skin sekitar 5 mm seperti ditunjukkan pada gamar 3. Efek ore yang diperkuat serat kelapa ermatrix gypsum juga meningkatkan flexural rigidity. Hal ini diseakan oleh peruahan peningkatan penamahan ketealan ore dan skin sehingg flexural rigidity leih tinggi. Bila ditinjau dari segi flexural rigidity komposit sandwih optimum pada ketealan ore 20 mm dan pada ketealan skin 5 mm seperti ditunjukkan pada gamar 6. Berdasarkan analisis yang dihitung dengan standar ASTM D 393, komposit sandwih yang diperkuat serat kelapa ermatrix epoxy pada skin dan diperkuat serat kelapa ermatrix gypsum pada ore juga memiliki kekuatan ending faing yang leih tinggi, seperti ditunjukkan pada gamar 4. Hal yang sama menunjukkan ahwa kekuatan ending faing yang paling optimum terjadi pada komposit sandwih dengan ketealan ore 20 mm dan pada ketealan skin 5 mm seperti ditunjukkan pada gamar 4. Analisis kekuatan geser ore menunjukkan ahwa tegangan geser ore komposit dengan serat kelapa ermatrix epoxy pada skin dan diperkuat serat kelapa ermatrix gypsum pada ore meningkat seiring dengan penamahan ketealan ore dan skin. Namun, komposit yang pada penamahan ketealan ore dan penamahan ketealan skin 5 mm menurun seara signifikan. Efek penamahan ketealan skin mengindikasikan menurunkan kekuatan geser ore komposit sandwih. Analisis flexural rigidity (kekakuan) komposit sandwih yang diperkuat serat kelapa ermatrix epoxy pada skin dan diperkuat serat kelapa ermatrix gypsum pada ore mempunyai kekakuan yang leih tinggi pada ketealan ore 20 mm dan pada ketealan skin 5 mm seperti ditunjukkan pada gamar 6, serta meningkat seiring dengan penamahan ketealan ore dan skin. Gamar 2. Kurva momen ending komposit sandwih. Gamar 3. Kurva kekuatan ending komposit sandwih. M-38

5 Gamar 4. Kurva tegangan faing/skin komposit sandwih. Gamar 5. Kurva tegangan geser ore komposit sandwih. Gamar 6. Kurva flexural rigidity (kekakuan) komposit sandwih. M-39

6 Analisis Pola Kegagalan Core patah geser Gagal tekan pada skin 15mm delaminasi skin dan ore pada ikatan interfaial Fier pull out gagal tarik pada skin Gamar 7. Penampang patahan ore dan skin komposit sandwih. gagal tarik pada skin Core patah geser 15mm delaminasi skin dan ore pada ikatan interfaial Fier pull out Gamar 8. Penampang patahan ore dan skin komposit sandwih. Kegagalan ending komposit sandwih ditunjukkan pada gamar 7 dan gamar 8. Seara umum, pola kegagalan diawali dengan retakan pada komposit skin yang menderita tegangan tarik. Kemudian, ean ending terseut didistriusikan pada ore sehingga menyeakan ore mengalami kegagalan. Skin yang semula menderita ean tekan akhirnya mengalami kegagalan seiring dengan gagalnya ore. Gamar 7 dan 8 menunjukkan seara jelas adanya kegagalan tarik pada komposit skin awah, gagal geser ore dan kegagalan tekan pada skin atas. Mekanisme patahan terjadi karena kegagalan komposit sandwih akiat ean ending erawal dari skin komposit sisi elakang (awah) dan dilanjutkan dengan kegagalan ore, delaminasi skin dan ore pada ikatan interfaial. KESIMPULAN Berdasarkan data hasil penelitian terseut maka dapat disimpulkan seagai erikut: 1. Efek penamahan ketealan ore dan skin mengindikasikan peningkatan kekuatan ending komposit sandwih diperkuat serat kelapa ermatrix epoxy pada skin dan diperkuat serat kelapa ermatrix gypsum pada ore. M-40

7 2. Tegangan ending komposit sandwih memiliki harga yang optimum pada ketealan ore 5 mm dan pada ketealan skin sekitar 5 mm. Kemampuan menahan momen, kekuatan geser dan kekakuan komposit sandwih meningkat seiring dengan penamahan ketealan ore dan skin 3. Tahapan pola kegagalan komposit hirid sandwih adalah kegagalan tarik skin komposit sisi awah, kegagalan geser ore, delaminasi skin komposit sisi atas dengan ore pada ikatan interfaial., kegagalan tekan skin komposit sisi atas. Notasi : lear spesimen ( mm ) : teal ore (mm) d : teal spesimen (mm) D:kekakuan ending (N.mm 2 ) E: modulus ending I: momen inersia (mm 4 ) L: panjang span (mm) M: momen ending (N-mm) P: ean ending(n) t f : teal skin sandwih (mm) τ ore : tegangan geser ore σ : tegangan ending σ :tegangan ending skin faing z: Jarak 0,5 tinggi skin terhadap titik auan sumu netral (mm) Daftar Pustaka Allen, H.G., 1969, Analysis and Design of Strutural Sandwih Panels, Pergamon press. Anonim, Annual Book of Standards, Setion 15, C , Standard Test Methods for Properties of Sandwih Construtions", ASTM, Anonim DIAB Sandwih Handook (3 Sptemer 2008, jam WIB) Anonim, 2001,Tehnial data Sheet,PT Justus Sakti Raya Corporation, Jakarta. Anonim, gypsum, , jam WIB). Anonim, Gypsum Mineral Data, ( jam10.30 Dept.Fisika FMIPA Universitas Sumatera Utara., Pengaruh orientasi serat saut kelapa dengan resin polyester terhadap karakteristik papan lemaran. (28 juli 2012, jam WIB). Eihorn, S.J., Zafeiropoulus, C.A.B.N., Ansel, L.Y.M.M.P., Entwistle, K.M., Esamilla, P.J.H.F.G.C., Groom,L, Hill, M.H.C., Rials, T.G. and Wild, P.M., 2001, Review Current International Researh into Cellulosi Fiers and Composites, Journal of Materials Siene, Vol. 36, pp Shwartz M.M., 1984, Composite Material Handook, MGraw-Hill In, New York. M-41