PENGARUH KETEBALAN CORE MELINTANG PADA REKAYASA DAN MANUFAKTUR BAHAN KOMPOSIT HYBRID SANDWICH TERHADAP PENINGKATAN KEKUATAN BENDING Agus Hariyanto 1 1 Dosen Jurusan Teknik Mesin FT Universitas Muhammadiyah Surakarta. E-mail : agus.hariyanto @Ums.a.id Astrak Tujuan penelitian ini adalah menyelidiki pengaruh ketealan ore terhadap peningkatan kekuatan ending komposit hirid sandwih erpenguat serat kenaf dan serat gelas ermatrix Polyester dengan ore kayu pinus pada posisi melintang. 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 etak tekan hidrolis. Komposit sandwih tersusun terdiri dari dua skin (lamina komposit hirid) dengan ore ditengahnya pada posisi melintang. Lamina komposit hirid seagai skin terdiri dari eerapa lamina serat gelas anyam dan lamina serat kenaf. Fraksi volume serat komposit hirid seagai skin adalah 30%. Core yang digunakan adalah kayu pinus yang dipotong pada arah melintang. 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 melintang pada komposit hirid sandwih. Kekuatan ending komposit hirid sandwih meningkat seiring dengan penamahan ketealan pada ore melintang. Tegangan (kekuatan) ending komposit hirid sandwih memiliki harga yang paling optimum pada ketealan ore 5 mm. 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 hirid sandwih; kekuatan ending; ore melintan;, 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 kenaf (hiisus anainus). Produksi serat kenaf dunia menduduki posisi menapai 970.000 ton/tahun. Di Indonesia, serat kenaf terseut iasanya hanya dipakai seagai ahan karung goni sehingga nilai ekonominya rendah. Ketersediaan kayu pinus (Pinus Merkusi) 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 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). Hal lain yang ironis adalah masuknya ore kayu alsa yang di import 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 import yang masuk di Indonesia adalah memerdayakan material alam lokal yang ertumpu pada udaya riset yang erkelanjutan. Berdasarkan uraian terseut di atas, maka penggunaan serat kenaf dan kayu pinus seagai ahan komposit sandwih merupakan solusi kreatif untuk mendukung perkemangan teknologi komposit yang ramah lingkungan. Penelitian ini ertujuan untuk menyelidiki pengaruh ketealan ore melintang terhadap peningkatan kekuatan 335
ending komposit sandwih kominasi serat kenaf dan serat gelas (hirid) ermatrix Polyester dengan ore kayu pinus dan mengidentifikasi Pola kegagalannnya. Bahan dan Metoda Penelitian Bahan utama penelitian adalah serat E-glass anyam dengan massa jenis 2,42 gr/m 3, serat kenaf anyam dengan density 1,45 gr/m 3, ore 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 0,45 ml/m 2. Serat kenaf yang digunakan tanpa perlakuan. Pemuatan komposit sandwih dilakukan dengan metode press mold. Fraksi volume serat lamina komposit hirid ( skin) ditentukan 30%, yang dikontrol dengan ketealan komposit sandwih saat penetakan. Komposit sandwih tersusun dari dua lamina komposit hirid (skin) dengan ore kayu pinus di agian tengahnya. Lamina komposit hirid (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). 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 Gamar 1. Pengujian ending spesimen uji Persamaan yang digunakan untuk menghitung pengujian ending adalah ASTM C-393 : M max P L = 2 4 (1) = max M. z EI ( E + E ) D = EI = E f f t f 2 d 2 + E t 12 3 (2) (3) faing PL 4t( d + ) = (4) τ P ore ( d + ) = (5) 336
Hasil dan Pemahasan Analisis Kekuatan Bending Teal Core () mm Average Bending Moment (M) N.m Tael 1. Hasil pengujian ending komposit sandwih Komposit Sandwih Core Melintang Average Bending Strength ( ) MPa Average Faing Strength faing ( ) MPa Average Core Shear Strength τ ( ore ) MPa Average Flexural Rigidity; (D) N.m2 5 33,3 20 21 9 25,95 10 53,9 36 26 8 68,81 15 88 23 23 7 145,44 20 141 22 22 5 246 Komposit sandwih yang diperkuat serat kenaf dan serat E-glass dengan posisi ore kayu pinus melintang (tegak lurus serat kayu) mampu menahan momen ending yang tinggi, seperti ditunjukkan pada tael. Momen ending meningkat seiring dengan penamahan ketealan ore, 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 kayu pinus) dan penamahan ketealan ore menyeakan memiliki kemampuan menahan momen ending yang leih tinggi. Selain itu, efek posisi ore kayu pinus pada arah melintang (tegak lurus serat kayu) desainnya dapat dientuk urva pada idang lengkung dalam konstruksi ruangan. Hal ini dapat diseakan oleh peruahan posisi ore melintang diandingkan dengan ore memujur (posisi longitudinal leih sulit dengan posisi lateral). Bila ditinjau dari segi kekuatan ending, kekuatan ending komposit sandwih optimum pada ketealan ore sekitar 10 mm seperti ditunjukkan pada gamar 3. Komposit sandwih yang diperkuat serat kenaf dan serat E-glass dengan posisi ore kayu pinus melintang (tegak lurus serat kayu) memiliki tingkat kemampuan kemudahan dientuk ( forming) yang leih tinggi diandingkan dengan komposit sandwih yang diperkuat serat kenaf dan serat E-glass dengan posisi ore kayu pinus memujur (sejajar serat kayu). Berdasarkan analisis yang dihitung dengan standar ASTM D 393, komposit sandwih yang diperkuat serat kenaf dan serat E-glass dengan posisi ore kayu pinus melintang (tegak lurus serat kayu) memiliki kekuatan ending faing yang tinggi, seperti ditunjukkan pada gamar 4, yang paling optimum terjadi pada komposit sandwih dengan ketealan ore 10 mm. Analisis kekuatan geser ore menunjukkan ahwa tegangan geser ore komposit dengan serat kenaf dan serat E-glass dengan posisi ore kayu pinus melintang (tegak lurus serat kayu ) menurun seiring dengan penamahan ketealan ore. Efek posisi ore kayu pinus melintang mengindikasikan menurunkan kekuatan geser ore komposit hirid sandwih. Namun, pada komposit yang posisi ore kayu pinus melintang ini, memerikan efek stailitas dimensi yang leih aik (tidak mudah terjadi deformasi). Analisis flexural rigidity (kekakuan) komposit sandwih yang diperkuat serat kenaf dan serat E-glass dengan posisi ore kayu pinus melintang (tegak lurus serat kayu) mempunyai kekakuan yang ukup tinggi. Kekakuan meningkat seiring dengan penamahan ketealan ore, seperti ditunjukkan pada gamar 6. Gamar 2. Kurva momen ending komposit sandwih 337
Gamar 3. Kurva kekuatan ending komposit sandwih Gamar 4. Kurva tegangan faing/skin komposit sandwih Gamar 5. Kurva tegangan geser ore komposit sandwih 338
Gamar 6. Kurva flexural rigidity (kekakuan) komposit sandwih Analisis Pola Kegagalan Bending Gagal tekan pada skin 15mm Core patah geser Fier pull out gagal tarik pada skin delaminasi skin dan ore pada ikatan interfaial Gamar 7. Penampang patahan ore kayu pinus melintang komposit sandwih Kegagalan ending komposit sandwih ore arah serat kayu melintang ditunjukkan pada gamar 7. Seara umum, pola kegagalan di awali 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 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. Momen ending meningkat seiring dengan penamahan ketealan ore. Efek posisi ore melintang mengindikasikan desainnya dapat dientuk urva pada idang lengkung dalam konstruksi ruangan. 339
2. Tegangan ending komposit sandwih memiliki harga yang optimum pada ketealan ore 10 mm. Kemampuan menahan momen dan kekakuan komposit sandwih meningkat seiring dengan penamahan ketealan ore. Namun penamahan ketealan ore menurunkan kekuatan geser. 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 Persamaan : lear spesimen ( mm ) : teal ore (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 ending(n) t f : teal skin sandwih (mm) τ ore : tegangan geser ore (MPa) : tegangan ending (MPa) :tegangan ending faing skin(mpa) 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, 1994. Annual Book of Standards, Setion 15, C 393-94, Standard Test Methods forflexural Properties of Sandwih Construtions", ASTM, 1994. Annual Book of Standards, ASTM D 790 02, Standard Test Methods for Flexural Properties of Unreinfored and Reinfored Plastis and Eletrial Insulating Materials,ASTM, 2002 Anonim. 2003. DIAB Sandwih Handook http://www.diagroup.om, (3 Sptemer 2008, jam 15.30 WIB) Anonim, 2001,Tehnial data Sheet,PT Justus Sakti Raya Corporation, Jakarta. David W.,1987 Mehanial Properties of Wood,Wood Handook, Wood as an Engineering Material Forest Produts Laoratory USDA Forest Servie Madison, Wisonsin. http://www.fpl.fs.fed.usdoumntsfplgtrfplgtr113h04.pdf, Novemer 2007. 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. 2107-2131 Ferianto, B. dan Diharjo, K., 2004, Kekuatan Bending dan Impak Komposit Hirid Sandwih kominasi serat karung goni dan serat gelas polyester dengan ore kayu sengon laut, Skripsi, UNS, Green, Hariyanto, A.,. 2006. Studi Perlakuan Alkali dan Teal Core Terhadap Sifat Bending dan Impak Komposit Hyrid Sandwih Serat Kenaf dan Gelas Bermatrik Polyester dengan Core Kayu Sengon Laut Tesis. Yogyakarta: Universitas Gajah Mada. Siswamartana,. 2002. Hutan Pinus dan Hasil Air Cepu: Pusat Pengemangan Sumer Daya Hutan Perhutani. 340