REKAYASA DAN MANUFAKTUR KOMPOSIT SANDWICH BERPENGUAT SERAT RAMI BERMATRIK POLIESTER DENGAN CORE BERPENGUAT SEKAM PADI BERMATRIK UREA FORMALDEHIDE UNTUK PANELLING Agus Hariyanto Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta Jl. A.Yani Tromol Pos I Paelan, Kartosura E-mail: agus.hariyanto @ums.ac.id ABSTRAK Tujuan penelitian ini adalah menyelidiki pengaruh ketealan core erpenguat sekam padi ermatrik urea formaldehide dan skin erpenguat serat rami ermatrik polyester terhadap peningkatan kekuatan ending komposit Pola kegagalannnya diamati dengan photo makro. Bahan utama penelitian adalah serat rami acak dan sekam padi, resin unsaturated polyester 157 BQTN, hardener yang digunakan adalah MEKPO dengan konsentrasi 1% dan urea formaldehide yang digunakan ádalah tipe UF181 dan hardener HU12. Komposit diuat dengan metode cetak tekan hidrolis. Komposit sandwich tersusun terdiri dari dua skin (komposit) dengan core ditengahnya. Komposit seagai skin terdiri dari serat rami acak ermatrik polyester dengan teal skin 2 mm. Fraksi volume serat komposit seagai skin adalah 40%. Core yang digunakan adalah komposit erpenguat sekam padi ermatrik urea formaldehide. Fraksi volume penguat core seesar 50%. Variasi teal core 5mm, 10mm, 15mm, dan 20mm. 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 pada fraksi volume skin 40% dengan teal skin 2mm dan momen optimum pada ketealan core 20 mm. Namun, kekuatan ending menurun seiring dengan penamahan ketealan core komposit Tegangan (kekuatan) ending komposit sandwich memiliki harga yang paling optimum pada ketealan core 5 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, kekuatan ending, komposit sandwich, skin, pola kegagalan. 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 ramie (oehmeria nivea). Produksi serat ramie dunia menduduki posisi mencapai 100.000 ton/tahun (Eichorn, 2001). Di Indonesia, serat ramie terseut iasanya hanya dipakai seagai ahan karung goni sehingga nilai ekonominya rendah. Ketersediaan sekam padi sangat erlimpah, namun nilai jualnya sangat murah dengan harga Rp 15/kg - Rp50/kg (Rahmarestia, 2006). Sifat ringan sekam padi ini selaras dengan filosofi rekayasa ahan komposit, yaitu menghasilkan disain ringan. Keerhasilan aplikasi sekam padi 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) ( DIAB Sandwich Handook, 2003 ). Hal lain yang ironis adalah masuknya core kayu alsa yang diimpor dari Australia (diagroup). Padahal, Indonesia seagai negara tropis menghasilkan aneka ahan hasil pertanian termasuk sekam padi, produksi padi yang mencapai 51,4 juta ton gaah kering giling sekitar 20 % dari oot padi adalah sekam padi (Hara, 1986). 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 32 e-issn 2406-9329
Momentum, Vol. 12, No. 2, Oktoer 2016, Hal. 32-36 ISSN 0216-7395 memerdayakan material alam lokal yang ertumpu pada udaya riset yang erkelanjutan. Berdasarkan uraian terseut di atas, maka penggunaan serat ramie dan sekam padi seagai ahan komposit sandwich merupakan solusi kreatif untuk mendukung perkemangan teknologi komposit yang ramah lingkungan. Penelitian ini ertujuan untuk menyelidiki pengaruh fraksi volume core terhadap peningkatan kekuatan ending komposit sandwich ermatrik Polyester dengan core sekam padi dengan resin Urea Formaldehide (UF181) (Technical data Sheet, 2001) dan mengidentifikasi Pola kegagalannnya. BAHAN DAN METODA PENELITIAN Bahan utama penelitian adalah serat rami acak density 1,6 gr/cm 3 dan sekam padi dengan density 0,85 gr/cm 3, resin unsaturated polyester 157 BQTN, hardener yang digunakan adalah MEKPO dengan konsentrasi 1% dan urea formaldehide yang digunakan ádalah tipe UF181 dan hardener HU12 dengan konsentrasi 1% dan adhesive epoxy resin dan epoxy hardener dengan rasio 1:1 dengan density 0,5 ml/cm 2. Pemuatan komposit sandwich dilakukan dengan metode cetak tekan hidrolis (press mold) yang dikontrol dengan ketealan komposit sandwich saat pencetakan. Komposit sandwich tersusun terdiri dari dua skin (komposit) dengan core ditengahnya. Komposit seagai skin terdiri dari serat rami acak ermatrik polyester. Fraksi volume serat komposit seagai skin adalah 40% dengan teal skin 2 mm. Core yang digunakan adalah komposit erpenguat sekam padi ermatrik urea formaldehide. Fraksi volume penguat core seesar 50% dengan variasi teal core 5mm, 10mm, 15mm, dan 20mm.. 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. Persamaan yang digunakan untuk menghitung pengujian ending adalah ASTM C- 393 : Besarnya moment ending maksimum dapat dihitung dengan persamaan: M L / max P L (1) 2 4 Besarnya moment inersia dapat dihitung dengan persamaan: 3 d I 12 P L / Gamar 1. Spesimen Pengujian ending Dengan catatan: P = ean maksimum (N), L = panjang entangan (mm), = lear sandwich (mm), d = teal sandwich (mm) (2) Pengujian ending panel komposit sandwich dilakukan dengan four point ending method, esarnya tegangan ending maksimum dapat dihitung dengan persamaan (ASTM C 393): PL (3) 2t( d c) Dengan catatan: P = ean maksimum (N), L = panjang entangan (mm), t = teal facing (mm), d = teal sandwich (mm), c = teal core (mm), dan = lear sandwich t 2 t c d Fakultas Teknik-UNIVERSITAS WAHID HASYIM SEMARANG 33
HASIL DAN PEMBAHASAN Analisis Kekuatan Tael 1. Hasil pengujian ending komposit Teal core (mm ) Momen (Nm) Tegangan (MPa) Defleksi (mm) 5 31,20 47,35 7,38 40% dan core diperkuat sekam padi pada fraksi volume 50%. Menunjukkan ahwa kekuatan ending yang paling optimum terjadi pada komposit sandwich dengan fraksi volume core 50%, pada fraksi volume skin 40% pada ketealan core 5 mm seesar 47,35 MPa. 10 38,30 27,95 11,02 15 48,10 17,87 9,83 20 59,90 14,92 5,53 Komposit sandwich yang diperkuat serat ramie dengan core diperkuat sekam padi mampu menahan momen ending yang leih tinggi, seperti ditunjukkan pada tael 1. Momen ending meningkat seiring dengan penamahan ketealan core pada fraksi volume skin 40% seperti ditunjukkan pada gamar 2. Namun, kekuatan ending menurun seiring dengan penamahan ketealan core komposit, seperti ditunjukkan pada gamar 3. Dengan demikian, penamahan ketealan core pada agian inti struktur sandwich pada fraksi volume skin 40% menunjukkan secara signifikan peningkatan kemampuan menahan momen ending. Sifat material yang leih lunak (core sekam padi) dan penamahan atau pengurangan pada fraksi volume skin 40% menyeakan memiliki kemampuan menahan momen ending yang leih rendah. Bila ditinjau dari segi kekuatan ending, kekuatan ending komposit sandwich optimum pada ketealan core 5 mm, pada fraksi volume skin 40% seperti ditunjukkan pada gamar 3. Kekuatan ending komposit sandwich meningkat seiring dengan penurunan ketealan core, serta ksi volume skin 40% menyeakan kemampuan kekuatan ending yang leih rendah. Defleksi ending meningkat pada ketealan 10mm seesar 11,02mm. Namun, terjadi penurunan pada ketealan core 15 dan 20 mm seesar 9,83 mm dan 5,53 mm seperti ditunjukkan gamar 4. Berdasarkan analisis yang dihitung dengan standar ASTM C 393, komposit sandwich yang diperkuat serat ramie pada fraksi volume skin Gamar 2. Kurva momen ending komposit Gamar 3. Kurva kekuatan ending komposit Gamar 4. Defleksi ending komposit 34 e-issn 2406-9329
Momentum, Vol. 12, No. 2, Oktoer 2016, Hal. 32-36 ISSN 0216-7395 Analisis Pola Kegagalan Jenis-jenis kegagalan akiat ean ending dengan variasi teal core 5, 10, 15, dan 20 mm menunjukkan mayoritas kegagalan didominasi pada agian core. Berikut adalah eragai kegagalan pada komposit sandwich dengan variasi teal core 5, 10, 15, dan 20 mm dengan teal skin 2 mm. Retak ramut Delaminasi Core (a) Teal core 5 mm () Teal core 10 mm (c)taal core 15 mm Multiple Splitting Area (d) Teal core 20 mm Gamar : Beragai kegagalan pada komposit sandwich dengan variasi teal core 5, 10, 15, dan 20 mm dengan teal skin 2 mm. KESIMPULAN Berdasarkan data hasil penelitian terseut maka dapat disimpulkan seagai erikut: 1. Efek peningkatan ketealan core mengindikasikan menurunkan kekuatan ending komposit sandwich serat ramie ermatrik polyester dengan core sekam padi ermatrik urea formaldehyde. 2. Tegangan ending komposit sandwich memiliki harga yang optimum pada pada ketealan core 5 mm, pada fraksi volume core 50%. Kemampuan menahan momen meningkat seiring dengan penamahan ketealan core. Namun penamahan ketealan core menurunkan kekuatan komposit 3. Tahapan pola kegagalan komposit 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 dan Multiple Splitting Area. NOTASI PERSAMAAN : lear spesimen ( mm ) c : teal core (mm) d : teal spesimen (mm) I : momen inersia (mm 4 ) L : panjang span (mm) M : momen ending (N-mm) P : ean ending(n) t : teal skin sandwich (mm) σ : tegangan ending (MPa) DAFTAR PUSTAKA Anonim, 1994, Annual Book of Standards, Section 15, C 393-94, Standard Test Methods for Flexural Properties of Sandwich Constructions, ASTM, 1994. Anonim, 2003, DIAB Sandwich Handook http://www.diagroup.com, (3 Sptemer 2008, jam 15.30 WIB) Anonim, 2001,Technical data Sheet,PT Justus Sakti Raya Corporation, Jakarta. 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., 2001, Review Current International Research into Cellulosic Fiers and Composites, Journal of Materials Science, Vol. 36, pp. 2107-2131 Hara, et-all, 1986, Utilization of Agrowastes for Buildinng Materials, International Fakultas Teknik-UNIVERSITAS WAHID HASYIM SEMARANG 35
Research and Development Cooperation Division, AIST, MITI, Japan. Rahmarestia, dkk., 2006. Analisis Penggunaan Sumer Energi Biomassa di Bidang Pertanian Balai Besar Pengemangan Mekanisasi Pertanian, litang, deptan, Jakarta. 36 e-issn 2406-9329