BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Tandan kosong kelapa sawit (TKKS), sebagai limbah dari Pabrik Kelapa Sawit (PKS) jumlahnya cukup banyak, yaitu 1,9 juta ton berat kering atau setara 4 juta ton berat basah per tahun. PT. Perkebunan Nusantara III (PTPN-III) sendiri menghasilkan limbah TKKS sebanyak 1350 ton per hari. Pemanfaatan TKKS untuk produk teknologi bermanfaat masih sangat terbatas jumlahnya. Beberapa di antaranya telah dimanfaatkan antara lain untuk pembuatan papan partikel. Saat ini, dengan turunnya harga crude palm oil (CPO) dipasaran dunia, pemanfaatan limbah sawit seperti TKKS untuk menjadi komoditi baru tentu sangat diperlukan. Selanjutnya, TKKS juga memiliki kekuatan tarik yang signifikan sebagai serat alam (Zuhri, et al, 2009). Dalam penelitian ini TKKS diolah untuk dijadikan serat untuk dicampur dengan resin termoset untuk selanjutnya dibuat bahan polymeric foam. Polymeric foam merupakan jenis polimer berongga (foam) yang memiliki dua sifat penting, yaitu massa jenis yang rendah dan daya serap energi yang baik (Wang dan Pan, 2006). Polymeric foam biasanya dibuat dari polyurethane dengan rongga terbuka yang mempunyai massa jenis (ρ) < 1 g/cm 3 (Avalle, et al, 2001). Polymeric foam dapat mendistribusikan energi yang diterima melalui dinding-dinding rongga dalam jumlah yang banyak.
Pemanfaatan polymeric foam jenis rongga terbuka dalam desain keteknikan cukup banyak jumlahnya, beberapa di antaranya dimanfaatkan sebagai stuktur pelindung, seperti: lapisan pada forniture, helmet (Mills, et al, 2003), dan isolasi panas pada pipa. Akan tetapi, pemanfaatan polymeric foam sebagai produk yang mampu menahan beban impak masih belum banyak dikembangkan. Salah satu penyebab keterbatasan pemakaian polymeric foam adalah fenomena buckling jika dikenai beban tekan (Subhash, et al, 2006). Buckling akibat beban tekan di dinding rongga dapat dikurangi dengan menambahkan material pengisi yang bersifat lebih kaku (Subhash, et al, 2006). Material pengisi yang digunakan dalam penelitian ini adalah resin termoset. Beberapa penyelidikan respon mekanik statik dan dinamik terhadap polymeric foam yang dibuat dari polyurethane telah dilakukan oleh beberapa peneliti. Subhash dan Liu (2009) telah menginvestigasi deformasi yang inelastic (tidak elastis) terjadi terhadap polymeric foam akibat beban tekan statik. Mantena dan Mann (2003) telah menyelidiki respon dinamik terhadap struktur polymeric foam dengan massa jenis 0,47 s.d. 7,0 g/cm 3 yang dikenai beban impak. Subhash, et al (2005) telah menginvestigasi respon akibat beban impak kecepatan tinggi dengan metode Split Hopkinson Pressure Bar (SHPB) terhadap struktur polymeric foam dengan massa jenis 0,83 s.d. 1,46 g/cm 3. Berdasarkan beberapa hasil penelitian tersebut belum ditemukan adanya pengkajian terhadap respon polymeric foam yang diperkuat oleh serat TKKS akibat beban tekan statik dan dinamik. Subjek dari beberapa topik penelitian terdahulu masih terbatas pada penyelidikan polymeric foam. Oleh karena
itu, dalam penelitian ini dilakukan penyelidikan terhadap respon polymeric foam yang diperkuat oleh serat TKKS melalui eksperimen dan simulasi numerik. Untuk kebutuhan penelitian ini dapat dilakukan dengan menggunakan setup pengujian menggunakan alat uji Shimadzu Servopulser sedangkan simulasi numerik menggunakan software yang menerapkan Metode Elemen Hingga (MEH) melalui paket program ANSYS Rel. 5.4 dan MSC/NASTRAN Rel. 4.5. 1.2 Perumusan Masalah Pemanfaatan polymeric foam yang dibuat dari polyurethane sebagai produk yang mampu menahan beban impak masih terbatas jumlahnya. Untuk meningkatkan kekakuan dan kekuatan polymeric foam maka di dalam penelitian ini polyurethane sebagai bahan pembentuk foam diformulasikan dengan beberapa material tambahan, yaitu serat TKKS dan resin termoset. Data respon polymeric foam yang diperkuat serat TKKS akibat beban tekan statik dan dinamik secara eksperimen dan simulasi numerik belum ada ditemukan dari beberapa penelitian terdahulu. Agar polymeric foam yang diperkuat serat TKKS dapat direkomendasikan sebagai produk yang dapat diketahui kemampuannya menahan beban tekan maka respon yang dialami oleh polymeric foam akibat beban tekan harus diketahui. Oleh karena itu, di dalam penelitian ini akan dilakukan penyelidikan respon polymeric foam yang diperkuat serat TKKS akibat beban tekan statik dan impak secara eksperimen dan simulasi numerik. Sasaran penelitian ini adalah memberikan informasi data respon akibat
beban tekan terhadap polymeric foam yang diperkuat serat TKKS sehingga dapat digunakan di dalam aplikasi keteknikan, seperti kerucut lalu lintas. 1.3 Tujuan Penelitian 1.3.1 Tujuan umum Penelitian ini bertujuan untuk menyelidiki respon polymeric foam yang diperkuat serat TKKS akibat beban tekan statik dan dinamik melalui eksperimen dan simulasi numerik. 1.3.2 Tujuan khusus Tujuan khusus dalam penelitian ini adalah: 1. Memperoleh respon tegangan dan regangan serta menganalisa batas tegangan elastis, tegangan maksimum, regangan saat patah, dan kerusakan polymeric foam diperkuat serat TKKS dan beberapa material penyusunnya, yaitu: polyurethane, resin termoset, dan serat TKKS. 2. Menganalisa distribusi tegangan akibat beban tekan statik aksial dan beban bending terhadap polymeric foam yang diperkuat serat TKKS melalui simulasi komputer menggunakan program ANSYS Rel. 5.4. 3. Menyelidiki distribusi tegangan akibat beban impak tekan (metode SHPB) dan bending terhadap polymeric foam yang diperkuat serat TKKS melalui simulasi komputer menggunakan program MSC/NASTRAN Rel. 4.5.
4. Menganalisa modulus elastisitas dan kekakuan resin termoset, polyurethane, dan polymeric foam yang diperkuat serat TKKS akibat beban tekan statik aksial. 1.4 Manfaat Penelitian Dengan mengetahui respon polymeric foam yang diperkuat serat TKKS akibat beban tekan statik dan dinamik adalah sangat bermanfaat untuk perencanaan produk untuk akan datang, karena perilaku material pada beban tekan statik dan dinamik belum banyak diketahui. Melalui uji tekan statik dapat diketahui perilaku tegangan tekan statik dari polymeric foam yang diperkuat serat TKKS. Hasil penelitian ini diharapkan akan menjadi informasi yang berharga dalam perencanaan produk kerucut lalu lintas, terutama tentang respon polymeric foam yang diperkuat serat TKKS terhadap beban tekan statik dan dinamik. Dari penelitian ini juga dapat diketahui distribusi tegangan tekan polymeric foam yang diperkuat serat TKKS.