Analisa Respon Parking Bumper Komposit Polymeric Foam Diperkuat Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit Akibat Beban Tekan Statik

ANALISA RESPON PARKING BUMPER KOMPOSIT POLYMERIC FOAM DIPERKUAT SERAT TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT

AKIBAT BEBAN TEKAN STATIK

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

ARHANSYAH BAKTI RAMBE 060401010

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT atas segala karunia dan rahmat-Nya yang senantiasa diberikan kepada penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan sebaiknya.

Skripsi ini adalah salah satu syarat untuk dapat lulus menjadi Sarjana Teknik di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul skripsi yang dipilih, diambil dari mata kuliah Mekanika Kekuatan Bahan, yaitu “ANALISA RESPON PARKING BUMPER KOMPOSIT POLYMERIC FOAM DIPERKUAT SERAT TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT AKIBAT BEBAN TEKAN STATIK”.

Dalam penulisan skripsi ini, penulis telah berupaya dengan segala kemampuan pembahasan dan penyajian, baik dengan disiplin ilmu yang diperoleh dari perkuliahan, menggunakan literature, serta bimbingan dan arahan dari Bapak Prof.Dr.Ir.Bustami Syam,MSME sebagai Dosen Pembimbing.

Pada kesempatan ini, penulis tidak lupa menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Kedua orang tua saya tercinta.

2. Bapak Prof.Dr.Ir.Bustami Syam,MSME selaku dosen pembimbing yang telah banyak meluangkan waktunya dan dengan sabar membimbing penulis hingga skripsi ini dapat terselesaikan.

3. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri dan Bapak Ir. Sahril Gultom, MT selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik USU.

4. Bapak Syurkarni Ali,ST yang telah banyak memberikan masukan dan sarannya demi kesempurnaan penulisan hasil penelitian ini dan juga sebagai partner dalam penelitian ini.

6. Bapak/ibu staff pengajar dan pegawai Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik USU.

7. Teman-teman semua khususnya yang menjadi teman diskusi dan menemani penulis selama mengikuti studi dan menyusun skripsi ini. Penulis mengharapkan kritik dan saran yang sifatnya membangun demi penyempurnaan skripsi ini dimasa mendatang.

Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih dan berharap semoga skripsi ini berguna bagi kita semua. Amiin YA Rabbal Alamin.

Medan, November 2011

Penulis,

Arhansyah Bakti Rambe

ANALISA RESPONPARKING BUMPER

KOMPOSITPOLYMERICFOAMDIPERKUAT SERAT TANDAN KOSONG KELAPA SAWITAKIBAT BEBAN TEKAN STATIK

FakultasTeknik Universitas Sumatera Utara

ABSTRAK

Kompositpolymericfoamdiperkuat serat adalah material non-logam yangmempunyaibanyakkeuntungankarenasifatfisisdanmekanis yang baik. Salah satusifat yang dominanadalahmemilikiberatjenis yang ringandan relatif

kuat.Pemakaianblowing agentmembuat material inimenjadilebihringanlagi.Sebagai penguat penelitian ini menggunakan serat alam

yang didapat dari pengolahan serat tandan kosong kelapa sawit (TKKS).Tujuanpenelitianiniadalahuntukmemperoleh respon yang terjadi pada material polymeric foamberbentuk parking bumperakibatbebanstatiktekan. Beban tekan statik ini dilakukan dengan metode brazilian testdan tekan statik aksial. Material dibuatdenganbahandasar resin BQTN 157 EX, serat TKKS sebagaipenguat, polyurethanesebagaipembuatrongga, dankatalisMEKPO untuk mempercepat terjadinya reaksipolimerisasi. Melalui tugas akhir ini peneliti ingin mengetahui respon mekanik yang terjadi pada material komposit TKKS berbentuk parking bumperakibat beban tekan statik aksial dan brazilian. Hal ini akan menjadi lebih penting saat penelitian ingin membuat suatu produk. Hasil yang didapat dari pengujian tekan statik aksial adalah respon material berupa pola kepatahan patah bergeser dan hasil yang didapat dari hasil pengujian tekan statik brazilianadalah respon material dengan pola kepatahan patah getas. Tegangan maksimum dalam uji tekan statik aksial sebesar 2,1004MPa. Tegangan maksimum yang terjadi pada spesimen dengan menggunakan simulasi sebesar 4,593 MPa dan tegangan minimum sebesar 1,439 MPa.Tegangan maksimum tekan statik aksial yang terjadi akibat uji beban tekan statik braziliansebesar 0,542 MPa. Tegangan yang terjadi dalam uji tekan statikBrazilian menggunakan simulasi sebesar 0,60 MPa dan tegangan minimum sebesar 0,012 MPa.

Kata kunci: Serat TKKS, Parking Bumper Kompsit Polymeric foam, BebanTekanStatik.

DAFTAR ISI

Halaman

LEMBAR PENGESAHAN SPESIFIKASI TUGAS KATA PENGANTAR ABSTRAK

DAFTAR ISI

DAFTAR GAMBAR DAFTAR TABEL DAFTAR NOTASI BAB 1 PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang 1.2 Perumusan Masalah 1.3 Tujuan Penelitian 1.4 Manfaat Penelitian 1.6 Batasan masalah 1.5 Sistematika Penulisan

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pendahuluan

2.2 Material Komposit Polymeric Foam 2.2.1 Polyester Resin Tak Jenuh

2.2.2 Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) 2.2.3 Blowing Agent

2.2.4 Katalis MEKP 2.3 Parking Bumper

2.4 Pengujian Mekanik

2.4.1 Uji Tekan Statik Aksial 2.4.2 Uji Tekan Statik Brazilian

2.4.3 Respon Material Akibat Beban Tekan Statik Aksial 2.4.4 Respon Material Akibat Beban Tekan Statik Brazilian 2.4.5 Persamaan Tegangan - Regangan

2.4.6 Hubungan Tegangan - Regangan 2.6 Metode Elemen Hingga

2.6.1 Ansys 5.4

BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Pendahuluan

3.2 AlurPenelitian 3.3 WaktudanTempat 3.4 AlatdanBahan

3.4.1 Bahan yang DigunakandalamPembuatanSpesimen 3.4.1.1Polyurethane

3.4.1.2 Serat TKKS

3.4.1.3BahanPembentukRongga 3.4.1.4 Katalis

3.4.1.5 Resin

3.4.2 Alat yang DigunakanUntukMembuatSpesimen 3.4.2.1 MesinPemotong

3.4.2.2 MesinPenghalusSerat 3.4.2.3 Timbangan Digital 3.5 Desain Struktur Parking Bumper

3.5.1 Desain struktur parking bumper setengah bola 3.5.2 Desain struktur parking bumper sudut 600

3.5.3 Desain struktur parking bumper sudut 300

3.6 Pembuatan Spesimen 3.7 Pengujian

3.7.1 Uji struktur

3.7.2 Uji Tekan Statik Aksial 3.7.2.1 Persiapan Pengujian

3.7.2.2 Pengujian tekan Statik Aksial 3.7.3 Uji Tekan Statik Brazilian

3.7.3.1 Persiapan Pengujian

3.7.3.2 Pengujian tekan statik brazilian 3.8 Simulasi Numerik

3.8.1 Simulasi Uji Tekan Statik Aksial

3.8.1.1 Tampilan Pembuka Ansys Rel. 5.4. 3.8.1.2 Mendefenisikan Element/Property type 3.8.1.3 Mendefenisikan Material Properties 3.8.1.4 Tampilan Pembuatan Gambar cylinder 3.8.1.5 Proses Meshing

3.8.1.6 prosesSolution 3.8.1.7 Proses Analyzing

3.8.2 Simulasi Uji Tekan Statik Brazilian 3.9 Diagram Alir Penelitian

BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Desain Struktur Parking Bumper 4.2 Hasil Pengujian Spesimen

4.2.1 Hasil Pengujian Struktur

4.2.2.1 Respon Mekanik Akibat Beban Tekan Statik Aksial

4.2.3 Hasil Beban Tekan Statik Brazilian

4.2.3.1 Respon Mekanik Akibat Beban Tekan Statik Brazilian

4.2.4 Simulasi Material Akibat Beban Tekan Statik Aksial 4.2.4.1 Permodelan Spesimen Uji Melalui AnsysRel 5.4 4.2.4.2 Hasil Simulasi Uji Tekan Statik Aksial

4.2.4.3 Hasil Simulasi Uji Tekan Statik Brazilian

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan

5.2 Saran

DAFTAR PUSTAKA

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Gabungan Makroskopis Fasa-Fasa Pembentuk Komposit Gambar 2.2 Ilustrasi material polymeric foam

Gambar 2.3 GambarParking BumperKomersil

Gambar 2.4 Uji tekan material Gambar 2.5 Iustrasi brazilian test

Gambar 2.6 Pengujian beban tekan pada batang spesimen

Gambar 2.7 Pengujian brazilian pada spesimen

Gambar 2.8 Kurva tegangan regangan

Gambar 3.1 Bentuk TKKS yang dicacah

Gambar 3.2 Blowing agent Gambar 3.3 Katalis

Gambar 3.4 Resin

Gambar 3.5 Mesin Pemotong

Gambar 3.6 Mesin penghalus serat

Gambar 3.7 Timbangan digital

Gambar 3.8 Desain struktur parking bumper setengah bola

Gambar 3.9 Desain struktur parking bumper 600

Gambar 3.10 Desain struktur parking bumper 300

Gambar 3.11 Metode penuangan komposit PF Gambar 3.12 Spesimen Uji struktur

Gambar 3.13 Spesimen Uji tekan statik aksial

Gambar 3.15 Mesin uji tekan statik

Gambar 3.16 MesinUji tekan statik brazilian

Gambar 3.17 Tampilan Awalansys 5.4 interactive

Gambar 3.18 Tampilanlibrary element type.

Gambar 3.19 Tampilanmaterial properties

Gambar 3.20 Tampilan pembuatan Gambar cylinder

Gambar 3.21 Proses Meshing material

Gambar 3.22 Proses solusi material yang dikenai beban

Gambar 3.23 Proses analyzing material yang dikenai beban tekan aksial Gambar 3.24 Langkah-langkahsimulasipadaansys

Gambar 3.25 Tampilan pembuka ansys

Gambar 3.26 Preprocessor

Gambar 3.27 Kotak dialog sifat material

Gambar 3.28 Posisi pembebanan model Gambar 3.29 Diagram Alir penelitian

Gambar 4.1 Spesimen Uji

Gambar 4.2 Hasil desain struktur

Gambar 4.3 Diagram benda bebas

Gambar 4.4 Hasil uji struktur

Gambar4.5 Grafik hasil pengujian uji tekan statik aksial

Gambar 4.6 Model kegagalan spesimen akibat beban tekan statik aksial

Gambar 4.7 Grafik hasil pengujian uji tekan statik brazilian

Gambar 4.8 Model kegagalan akibat beban tekan statik brazilian Gambar 4.9 Geometris spesimen uji tekan

Gambar 4.10 Pemilihan elemen type

Gambar 4.8 Kotak Dialog Solid Circular Area

Gambar 4.9 Kotak Dialog Subtract Areas

Gamabr 4.10 Kotak Dialog Extrude Area

Gambar 4.11 Model SpesimenUjiTekanStatikAksial

Gambar 4.12 Input Sifat-sifat Material

Gambar 4.13 Input NilaiBebanTekanStatikAksial

Gambar 4.14 TeganganArah X SpesimenUji Tekan StatikAksial

Gambar 4.15 Tegangan Arah Y Spesimen Uji Tekan Statik Aksial

Gambar 4.16 Tegangan Arah Z Spesimen Uji Tekan Statik Aksial Gambar 4.17 Tegangan Von MisesSpesimen Uji Tekan Statik Aksial

Gambar 4.22 Pebandingan Hasil simulasi dengan eksperimen

Gambar 4.18 Tegangan Arah X Spesimen Uji Tekan Statik Brazilian

Gambar 4.19 Tegangan Arah Y Spesimen Uji Tekan Statik Brazilian

Gambar 4.20 Tegangan Arah Z Spesimen Uji Tekan Statik Brazilian Gambar 4.21 TeganganVon MisesSpesimen Uji Tekan Statik Brazilian

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1 Karakteristikmekanikpolister resin takjenuh. Tabel 2.2 Parameter tipikal TKKS per kg

Tabel 3.1 Alat dan bahan

Tabel 4.1 Tegangan dan regangan maksimum uji tekan statik aksial

DAFTAR NOTASI

Simbol Nama Keterangan Satuan

A - luas penampang mm2

ρ rho massa jenis kg/mm3

E - modulus elastisitas N/mm2

σ sigma tegangan N/mm2

F - gaya N

D - diameter mm

L - panjang mm

ε ebsilon penguluran %

Δ delta perubahan -

ANALISA RESPONPARKING BUMPER

KOMPOSITPOLYMERICFOAMDIPERKUAT SERAT TANDAN KOSONG KELAPA SAWITAKIBAT BEBAN TEKAN STATIK

FakultasTeknik Universitas Sumatera Utara

ABSTRAK

Kompositpolymericfoamdiperkuat serat adalah material non-logam yangmempunyaibanyakkeuntungankarenasifatfisisdanmekanis yang baik. Salah satusifat yang dominanadalahmemilikiberatjenis yang ringandan relatif

kuat.Pemakaianblowing agentmembuat material inimenjadilebihringanlagi.Sebagai penguat penelitian ini menggunakan serat alam

yang didapat dari pengolahan serat tandan kosong kelapa sawit (TKKS).Tujuanpenelitianiniadalahuntukmemperoleh respon yang terjadi pada material polymeric foamberbentuk parking bumperakibatbebanstatiktekan. Beban tekan statik ini dilakukan dengan metode brazilian testdan tekan statik aksial. Material dibuatdenganbahandasar resin BQTN 157 EX, serat TKKS sebagaipenguat, polyurethanesebagaipembuatrongga, dankatalisMEKPO untuk mempercepat terjadinya reaksipolimerisasi. Melalui tugas akhir ini peneliti ingin mengetahui respon mekanik yang terjadi pada material komposit TKKS berbentuk parking bumperakibat beban tekan statik aksial dan brazilian. Hal ini akan menjadi lebih penting saat penelitian ingin membuat suatu produk. Hasil yang didapat dari pengujian tekan statik aksial adalah respon material berupa pola kepatahan patah bergeser dan hasil yang didapat dari hasil pengujian tekan statik brazilianadalah respon material dengan pola kepatahan patah getas. Tegangan maksimum dalam uji tekan statik aksial sebesar 2,1004MPa. Tegangan maksimum yang terjadi pada spesimen dengan menggunakan simulasi sebesar 4,593 MPa dan tegangan minimum sebesar 1,439 MPa.Tegangan maksimum tekan statik aksial yang terjadi akibat uji beban tekan statik braziliansebesar 0,542 MPa. Tegangan yang terjadi dalam uji tekan statikBrazilian menggunakan simulasi sebesar 0,60 MPa dan tegangan minimum sebesar 0,012 MPa.

Kata kunci: Serat TKKS, Parking Bumper Kompsit Polymeric foam, BebanTekanStatik.

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1Latar belakang

Kelapa Sawit merupakan salah satu komoditi andalan di Indonesia yang perkembangannya semakin pesat.TKKS (Tandan Kosong Kelapa Sawit)adalah salah satu produk samping pabrik kelapa sawit yang jumlahnyasangat melimpah.Dalam satu hari pengolahan bisa dihasilkan ratusan ton TKKS. Diperkirakan saat ini limbah TKKS di Indonesia mencapai 20 juta ton (Dirjenbun,2009). TKKS tersebut memiliki potensi untuk diolah menjadi berbagai macam produk.Sebagai contoh pemanfaatan material ini di bidang teknologi diantaranya ialah pembuatan papan partikel, dan bahan baku kertas.

Pengembangan material ini sebagai material penguat komposit dengan matriks berasal dari material-material polimer baru masih jarang ditemukan.Penguat yang dimaksudkan disini adalah serat TKKS.Sehingga penulis tertarik untuk meneliti respon material komposit yang berpenguat serat TKKS apabila dibuat dalam bentuk Parking Bumper.

Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi memunculkan penemuan-penemuan baru di berbagai bidang.Dunia teknik merupakan salah satu bidang yang menunjukkan perkembangan yang sangat pesat.Terobosan - terobosan baru senantiasa dilakukan dalam rangka mencapai suatu hasil yang dapat bermanfaat bagi manusia.Komposit merupakan salah satu jenis material di dalam dunia teknik yang dibuat dengan penggabungan beberapa sifat berbeda menjadi satu material baru.

Komposit dari bahan serat (fibrous composite) terus diteliti dan dikembangkan guna menjadi bahan alternatif baru yang dapat menggantikan fungsi logam, hal ini disebabkan sifat dari komposit serat yang kuat dan mempunyai berat yang lebih ringan dibandingkan dengan logam.Penelitian yang mengarah pada pengembangan bahan komposit telah banyak dilakukan, terutama yang berkaitan dengan komposit penguatan serat alam yang berbahan matrik polimer.Penelitian ini dilakukan seiring dengan majunya eksploitasi penggunaan bahan alami dalam kehidupan sehari-hari.

Keuntungan mendasar yang dimiliki oleh serat alam adalah jumlahnya berlimpah, memiliki specific costyang rendah, dapat diperbarui dan didaur ulang, serta tidak mencemari lingkungan. Untuk memperoleh sifat mekanik yang tinggi (kekuatan tekan maksimum dan modulus elastisitas) maka serat alam telah diberi bermacam perlakuan yang dapat meningkatkan sifat mekanik tersebut. Penggunaan serat TKKS sebagai bahan komposit merupakan langkah yang tepat.Pada penelitian ini digunakan bahan dasar polymericfoam yang diperkuat serat TKKS.

Hasil yang diharapkan pada penelitian ini ialah bahan komposit berongga dengan berat produk relatif, lebih ringan (low density) dan sifat mekanis yang lebih baik dibandingkan dengan bentuk komposit polimer padat (compact). Selanjutnya material tersebut akan diuji secara mekanis. Pengujian dilakukan dengan uji tekan statik.Hasil yang diharapkan ialah didapatkan komposisi bahan yang terbaik, material yang berkekuatan tinggi dan ringan (low density).

1.2Perumusan Masalah

Rumusan masalah yang diangkat dalam penelitian ini adalah bagaimanakah massa jenis, kekuatan mekanik dan tegangan patah material komposit polymeric foamberbentuk parking bumper apabila diperkuat oleh serat TKKS. Kekuatan fisis dan mekanis tersebut dapat ditentukan dengan pengujian tekan statik.

1.3 Tujuan

1.3.1. Tujuan Umum

Adapun tujuan umum dari penelitian ini adalah untuk menganalisa respon parking bumper komposit polymeric foam diperkuat serat tandan kosong kelapa sawit akibat beban tekan statik.

1.3.2. Tujuan Khusus

Adapun tujuan khusus penelitian ini adalah:

1. Untuk memperoleh respon mekanikparking bumper hasil pengujian tekan statik pada komposit polymericfoam diperkuat serat TKKSdengan menggunakan spesimen uji.

2. Mengamati pola kegagalan spesimen dan mengetahui titik amanspesimen kompositpolymeric foamdiperkuat serat TKKS berbentuk parking bumpersetelah diberikan pembebanan tekan statik.

3. Untuk menyelidiki tegangan maksimum yang terjadi dengan menggunakan simulasi melalui software ansys rel.5.4.

1.4 Manfaat Penelitian

Manfaat penelitian ini adalah :

1. Bagi peneliti dapat menambah pengetahuan, wawasan dan pengalaman tentang material komposit.

2. Bagi akademik, penelitian ini dapat digunakan sebagai referensi tambahan untuk penelitian tentang komposit serat TKKS.

3. Bagi industri dapat digunakan sebagai acuan atau pedoman dalam pembuatan komposit yang terbuat dari serat alam, khususnya serat tandan kosong kelapa sawit (TKKS) sehingga dapat mengurangi pencemaran lingkungan sekaligus meningkatkan pendapatan masyarakat khususnya produk industri.

1.5 Batasan Masalah

Untuk mendapatkan arah penelitian yang baik, ditentukan batasan masalah sebagai berikut:

1. Membuat paking bumper komposit polymeric foam diperkuat dengan serat TKKS.

2. Spesimen uji dibuat menjadi bentuk silinder.

3. Pengujian yang dilakukan adalah uji tekan statik dan uji struktur.

4. Besaran-besaran yang diukur adalah kekuatan tekan, tegangan maksimum dan pola kegagalan yang terjadi.

5. Distribusi tegangan dicari dengan menggunakan alat bantu software Ansys 5.4.

1.6 Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan ini disajikan dalam tulisan yang terdiri dari lima bab dengan rincian sebagai berikut:

BAB I : PENDAHULUAN

Bab ini memberikan gambaran menyeluruh mengenai tugas akhir yang meliputi, pembahasan tentang latar belakang, perumusan masalah, tujuan, manfaat dan sistematika penulisan.

BAB 2 : TINJAUAN PUSTAKA

Berisikan landasan teori dan studi literatur yang berkaitan dengan pokok permasalahan serta metode pendekatan yang digunakan untuk menganalisa persoalan.

BAB 3 : METODOLGI PENELITIAN

Berisikan metode pengujian.juga spesifikasi material komposit polymeric foam diperkuat serat TKKS yang dijadikan studi kasus dan juga mengenai langkah pencampuran bahan, pembuatan spesimen dan permodelan simulasi dengan menggunakan software Ansys 5.4.

BAB 4 : HASIL DAN PEMBAHASAN

Berisikan penyajian hasil dan analisis yang diperoleh dari pengujian serta hasil simulasi.

BAB 5 : KESIMPULAN DAN SARAN

Berisikan jawaban dari tujuan penelitian.

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Pendahuluan

Komposit adalah campuran dua material atau lebih yang digabung atau dicampur secara makroskopik untuk menghasilkan suatu material baru. Artinya penggabungan sifat-sifat unggul dari pembentuk masih terlihat nyata.

Padadesain struktur dilakukan pemilihan matriks dan penguat, hal ini dilakukan untuk memastikan kemampuan material sesuai dengan produk yang akan dihasilkan.

Gambar 2.1. Gabungan Makroskopis Fasa-Fasa Pembentuk Komposit

Keterangan Gambar :

1. Matriks berfungsi sebagai penyokong, pengikat phasa, penguat. 2. Penguat/serat merupakan unsur penguat kepada matriks.

3. Komposit merupakan gabungan, campuran dua atau lebih bahan bahan yang terpisah.

Komposit dikenal sebagai bahan teknologi dan bukan bahan struktur konvensional melainkan bahan struktur yang artinya diperoleh dari hasil teknologi pemrosesan bahan. Kemajuan teknologi pemrosesan bahan dewasa ini telah menghasilkan bahan teknik yang dikenal sebagai bahan komposit.

Keunggulan komposit dapat dilihat dari sifat-sifat unggul dari sifat pembentuknya serta ciri-ciri komposit itu sendiri, antara lain:

1. Bahan ringan, kuat dan kaku

2. Struktur mampu berubah mengikuti perubahan keadaan sekitarnya

3. Unggul atas sifat-sifat bahan teknik yang diperlukan; kekuatan yang tinggi, keras, liat/kenyal, ringan serta tahan terhadap goresan dan impak.

Dalam desain struktur pada penelitian ini, jenis matriks yang akan digunakan adalah Polyester resin tak jenuh dan penguat serat TKKS.Matriksini tergolong jenis polimer thermoset yang memiliki sifat dapat mengeras pada suhu kamar dengan penambahan katalis tanpa pemberian tekanan ketika proses pembentukannya. Struktur material yang dihasilkan berbentuk cross-link dengan keunggulan daya tahan yang lebih baik terhadap jenis pembebanan statik dan impak. Hal tersebut disebabkan olehmolekul yang dimiliki bahan adalah dalam bentuk rantai molekul raksasa atom- atomkarbon yang saling mengikat satu dengan lainnya, sehingga struktur molekulnya menghasilkan efekperedaman yang cukup baik terhadap beban yang diberikan.

2.2. Material Komposit Polymeric Foam 2.2.1.Polyester Resin Tak Jenuh

Polyester resin tak jenuh merupakan material polimer kondensat yang dibentuk berdasarkan reaksi antara kelompok polyol, yang merupakan organik gabungan dengan alkohol multiple atau gugus fungsi hidroksi, dan polycarboxylic yang mengandung ikatan ganda.Tipikal jenis polyol yang digunakan adalah glycol, seperti ethylene glycol.Sementara asam polycarboxylic yang digunakan adalah asam phthalic dan asam maleic.

Poliester resin tak jenuh adalah jenis polimer thermoset yang memiliki struktur rantai karbon yang panjang. Matriks jenis ini memiliki sifat dapat mengeras pada suhu kamar dengan penambahan katalis tanpa pemberian tekanan ketika proses pembentukannya. Struktur material yang dihasilkan berbentuk crosslink dengan keunggulan pada daya tahan yang lebih baik terhadap jenis pembebanan statik dan impak.Hal ini disebabkan molekul yang dimiliki material ini ialah dalam bentuk rantai molekul raksasa atom-atom karbon yang saling berhubungan satu dengan lainnya.Dengan demikian struktur molekulnya menghasilkan efek peredaman yang cukup baik terhadap beban yang diberikan.Data mekanik material matriks diperlihatkan pada Tabel 2.1.

Tabel 2.1.Karakteristik mekanik polister resin tak jenuh.

Sifat Mekanik Satuan Besaran

Berat jenis (ρ) kg/mm3 1,215.10-6 Modulus Elastisitas (E) N/mm2 2941.8 Kekuatan Tarik (σT) N/mm

2

54 Elongasi % 1,6

Sumber: PT. Justus Kimia Raya, 2007

Pada umumnya material ini digunakan dalam proses penuangan, perbaikan badan kendaraan bermotor, pengisi kayu, dan sebagai material perekat. Material ini memiliki sifat perekat dan aus yang baik, dan dapat digunakan untuk memperbaiki dan mengikat secara bersama beberapa jenis material yang berbeda.Material ini memiliki umur pakai yang panjang, kestabilan ketahanan terhadap sinar UV, dan daya tahan yang baik terhadap air. Tetapi material ini tidak diproduksi dalam jenis yang sama, karena untuk keperluan tertentu material ini akan memiliki formulasi yang berbeda.

Kekuatan material ini diperoleh ketika dicetak dalam bentuk komposit, dimana kehadiran material-material penguat, seperti serat kaca, karbon, dan lain-lain, akan meningkatkan sifat mekanik material tersebut. Sementara ketika dalam keadaan tunggal, maka material ini akan bersifat kaku dan rapuh.

2.2.2. Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS)

Serat TKKS ialah serat alami yang terbuat dari tandan kosong kelapa sawit yang merupakan limbah pada proses pengolahan di suatu pabrik kelapa sawit. Pada penelitian ini serat TKKS dimanfaatkan sebagai unsur penguat komposit yang dihasilkan. Sementara hasil penelitian yang telah dilakukan oleh sebuah institusi komersial terhadap komposisi material kimianya diketahui bahwa kandungan material serat dalam TKKS merupakan kandungan maksimum seperti diperlihatkan pada Tabel 2.2.

Tabel 2.2.Parameter tipikal TKKS per kg.

No. Material-material Kandungan Komposisi (%)

1. Uap air 5,40

2. Protein 3,00

3. Serat 35,00

4. Minyak 3,00

5. Kelarutan Air 16,20 6. Kelarutan Unsur Alkali 1% 29,30

7. Debu 5,00

8. K 1,71

9. Ca 0,14

10. Mg 0,12

11. P 0,06

12. Mn, Zn, Cu, Fe 1,07

T O T A L 100,00

Sumber: http://www.w3.org/TR/REC-html40, 2008

Berdasarkan data pada Tabel 2.2 terlihat bahwa kandungan serat merupakan unsur dominan dalam TKKS. Dengan demikian TKKS diperkirakan akan memberikan sifat mekanik yang cukup baik terhadap material komposit yang dibentuk.

2.2.3.Blowing Agent (BA)

Blowing agent ialah material yang digunakan untuk menghasilkan struktur berongga pada komposit yang dibentuk.Jenis blowing agent yang digunakan pada penelitian ini ialah polyuretan.

Polyuretan adalah suatu jenis polimer yang mengandung jaringan uretan, yaitu -NH-CO-O-.Poliuretan dibentuk oleh reaksi senyawa isosianat yang bereaksi dengan senyawa yang memiliki hidrogen aktif, seperti diol (polyol), yang mengandung grup hidroksil dengan pemercepat reaksi (katalis). Unsur Nitrogen yang bermuatan negatif pada isosianatakan tertarik ke arah unsur Oksigen yang bermuatan positif pada kelompok alkohol (polyol) untuk membentuk ikatan

uretan antara dua unit monomer dan menghasilkan dimer uretan. Reaksi isosianat ini akan membentuk amina dan gas karbon dioksida (CO2). Gas ini yang

kemudian akan membentuk busa pada material polimer yang terbentuk. Material yang terbentuk dari campuran BA dan polimer disebut dengan material polymeric foam (PF).

Ilustrasi material polymeric foam ditunjukkan pada Gambar 2.2.

Gambar 2.2. Ilustrasi material polymeric foam

2.2.4. Katalis MEKP (Methyl Ethyl Keton Peroksida)

Katalis merupakan material kimia yang digunakan untuk mempercepat reaksi polimerisasi struktur komposit pada kondisi suhu kamar dan tekanan atmosfir.Pemberian katalis dapat berfungsi untuk mengatur waktu pembentukan gelembung blowing agent, sehingga tidak mengembang secara berlebihan, atau terlalu cepat mengeras yang dapat mengakibatkan terhambatnya pembentukan gelembung.

2.3.Parking Bumper

Parking bumper(pembatas parkir) adalah sebuah alat yang digunakan sebagai penahan roda kendaraan pada saat parkir. Parking bumper sering dijumpai pada lokasi perparkiran, gedung perkantoran, pusat perbelanjaan atau supermarket dan lain-lain.Untuk keteraturan perparkiran pada area parkir

kendaraan roda empat disediakan parking bumper sebagai penuntun dan juga pengaman kendaraan pada saat parkir.

Parking Bumpersering kita jumpai pada pelantara parkir yang ada di pusat perkantoran, perumahan, pertokoan, dan lain-lainya.Guna parking bumper ini merupakan sebagai penahan/batas parkir seperti terlihat pada Gambar 2.3.

Gambar 2.3.GambarParking BumperKomersil

Untuk menghindari terjadinya kecelakaan ketika aktifitas kendaraan pada lokasi keluar dan masuk area perparkiran, maka sangat dibutuhkanParking bumper karena sering terjadi parkir yang tidak beraturan, sehingga rentan terjadi kecelakan pada saat kendaraan yang hendak parkir keluar dan masuk, akibat posisi parkir tidak tepat ataupun kendaraan yang diparkir bergerak tiba-tiba, namun hal tersebut dapat dieliminasi dengan disediakan parking bumper untuk masing-masing kendaraan yang hendak diparkir, agar pemilik kendaraan merasa nyaman ketika meninggalkannya.

Selama ini kita sering menjumpai parking bumper tersebut terbuat dari material komposit semen (concrete) dengan dimensi geometri yang berbeda-beda. Dalam hal ini spesimen yang terbuat dari semen memiliki kelemahan antara lain apabila kendaraan yang akan melakukan parkir kurang hati-hati dalam menghentikan kendaraannya maka dapat merusak komponen ban mobil.

Biasanya parking bumper ini dibuat dengan cara cor langsung di daerah/area parkir secara permanen, sehingga kemungkian besar material ini tidak dapat dipindah-pindahkan jika ada penataan kembali tata letak dan posisi area parkir.

2.4. Pengujian Mekanik 2.4.1. Uji Tekan Statik Aksial

Kekuatan tekan material adalah nilai tegangan tekan uniaksial yang mempunyai modus kegagalan ketika saat pengujian.Kekuatan tekan biasanya diperoleh dari percobaan dengan alat pengujian tekan. Alat yang digunakan dalam pengujian ini sama dengan yang digunakan dengan pengujian tarik. Ketika dalam pengujian nantinya, spesimen (biasanya silinder) akan menjadi lebih mengecil seperti menyebar lateral.

Gambar 2.4.Uji tekan material

Dalam perancangan teknik yang sebenarnya sebagian besar kita bertumpu pada tegangan teknik.Pada kenyataannya, tegangan sebenarnya berbeda dengan tegangan teknik. Oleh sebab itu, material akibat beban tekan dapat dihitung dari penjelasan persamaan yang diberikan. Hal ini tentu saja karena perubahan luas penampang (A0) dan fungsi dari luas penampang A = φ (F). (Callister, 2003)

1. Perbedaan nilai deviasi tegangan dapat disimpulkan sebagai berikut: Pada kompresi spesimen akan mengecil atau memendek. Material akan cenderung menyebar kearah lateral dan meningkatnya luas penampang 2. Pada uji tekan, spesimen dijepit pada ujung – ujungnya. Untuk alasan ini,

timbul gaya gesekan yang akan menentang penyebaran lateral ini. Berarti yang harus dilakukan untuk menghindari gaya gesekan ini harus dengan meningkatnya energi selama proses penekanan.

2.4.2. Uji Tekan Statik Brazilian

Prinsip brazilian test sama dengan uji tekan statik tekan umumnya. Yang membedakan adalah posisi spesimen diletakkan horizontal. Umumnya brazilian testini digunakan untuk pengujian beton, namun dalam penelitian ini digunakan untuk menguji spesimen bentuk silinder dari komposit polymeric foam serat TKKS. Prinsip kerja brazilian test diperlihatkan pada Gambar 2.7.

Gambar 2.5. Ilustrasi brazilian test

Dalam pengujian ini tegangan (σ) pada saat gagal atau patah diberikan persamaan (2.1).

σ = (2.1)

A adalah luas penampang besarnya πDL , sehingga dengan mensubstitusikan A ke persamaan (2.2) didapat :

σ = (2.2)

dimana:

σ = Tegangan (N/mm2

) F = Gaya maksimum (N) L = Panjang spesimen (mm) D = Diameter (mm)

2.4.3. Respon material Akibat beban Tekan Statik Aksial

Mekanisme deformasipolymeric foamakibat beban tekan statik ditunjukkanoleh kurva tegangan-regangan. Pada uji tekan statik diperoleh tiga tingkatan respon yaitu: elastisitas linier (bending), plateau(buckling elastis), dan densification. Elastisitas linier ditandai oleh bendingterhadap dinding rongga dan kemiringan (tegangan-regangan) awal atau moduluselastisitas diperoleh dari tingkatan ini. Plateau merupakan karakteristik respon yangterjadi setelah polymeric foam mengalami elastisitas linier ditandai denganberlipatnya rongga-rongga polymeric foam. Pada saat rongga-rongga-rongga-ronggahampir terlipat seluruhnya dan dinding-dinding rongga menyatumengakibatkan rongga-rongga menjadi lebih padat, tegangan normal tekan statikakan meningkat.Untuk mengoptimalkan produk tersebut perlu diketahuikarakteristik material penyusunnya akibat beban tekan statik.Karakteristik suatu spesimen harus terukur, untuk itu perlu suatu pengujian tekan statik terhadap material tertentuagar karakteristik dapat diketahui. Karakteristik dapat diketahui dari respon yangdialami oleh material. Respon diakibatkan oleh adanya gangguan (disturbance) yangdiberikan terhadap sebuah sistem, seperti: F (gaya), T (temperatur), dan lain-lain.Didalam uji tekan statik, gaya yang diberikan ditunjukkan pada Gambar. 2.8.

F

F )

(a (b)

Lo

L

∆

Gambar. 2.6.Pengujian beban tekan pada batang spesimen (a).Sebelum Uji Tekan,(b).Setelah Uji Tekan.

Berdasarkan respon yang ditunjukkan pada Gambar.2.8 dapat ditentukan respon mekanikberupa tegangan normal dan regangan akibat beban tekan statik.

Polymeric foamdengan massa jenis yang rendah merupakan jenis material baru yangbanyak diaplikasikan untuk keperluan keteknikan. Polymeric foamdigunakan sebagaiperedam energi impak, seperti: pelindung pada sebuah kemasan, struktur ringan padapanel berlapis, dan lain-lain. Polymeric foamdapat dimanfaatkan secara efisien jikasifat-sifat polymeric foamtelah diketahui sesuai dengan aplikasinya.Walaupunpemanfaatan polymeric foammasih dimanfaatkan sebagai bahan sampingan tetapi respon polymeric foamyang menunjukkan kegagalan dan kekuatannya mutlakdiperlukan.

2.4.4. Respon Material Akibat Beban Tekan Statik Brazilian

Pada uji tekan statik brazilian diperoleh respon yaitu terjadinya deformasi atau penjalaran yang cepat terjadi pada bagian atas dan bawah spesimen hingga spesimen mengalami keretakan dengan retak rapuh. Untuk mengoptimalkan produk tersebut perlu diketahuikarakteristik material penyusunnya akibat beban tekan statikbrazilian. Karakteristik suatu spesimen harus terukur, untuk itu perlu suatu pengujian tekan statik terhadap material tertentuagar karakteristik dapat diketahui. Karakteristik dapat diketahui dari respon yangdialami oleh material. Respon diakibatkan oleh adanya gangguan (disturbance) yangdiberikan terhadap sebuah sistem, sepertigaya, temperatur, dan lain-lain.Didalam uji tekan statik, gaya yang diberikan ditunjukkan pada Gambar. 2.9.

(a) (b)

Gambar 2.7.Pengujianbrazilian pada spesimen

Berdasarkan respon yang ditunjukkan pada Gambar.2.9 dapat ditentukan respon mekanikberupa tegangan normal dan regangan akibat beban tekan statikbrazilian.

2.4.5. Persamaan tegangan-Regangan

Sebuah batang komposit atau selinder yang dikenai beban tekan akan mengalami perubahan panjang yang disertai pengurangan luas penampang pada daerah elastis material. Adapun kurva tegangan – regangan akibat beban tekan dapat ditunjukkan pada Gambar 2.8

Gambar 2.8.Kurva tegangan – regangan.

Dalam penelitian ini terdapat bahan yang mengalami deformasi plastis jika terus diberikan tegangan dan bahan ini tidak akan berubah kebentuk semula. Biasanya material teknik terjadi pada daerah elastis yang hampir berimpitan dengan batas proposionalistik.

Perubahan panjang ini disebut sebagai regangan teknik.(

ε

eng.), yang

didefinisikan sebagai perubahan panjang yang terjadi akibat perubahan statik (∆L) terhadap panjang batang mula-mula (L0).Tegangan yang dihasilkan pada proses

pembebanan yang terjadi (F) pada suatu luas penampang awal (A0). Tegangan

normal tesebut akibat beban tekan statik dapat ditentukan berdasarkan persamaan(2.2)

Regangan akibat beban tekan statik dapat ditentukan berdasarkan persamaan (2.3).

L L ∆ =

ε

(2.3)

Dimana ∆L =L-L0

Keterangan :

ε = Regangan akibat beban tekan statik

L = Perubahan panjang spesimen akibat beban tekan (mm) Lo = Panjang spesimen mula-mula (mm)

Pada prakteknya nilai hasil pengukuran tegangan pada suatu pengujian tarik dan tekan pada umumnya merupakan nilai teknik. Regangan akibat beban tekan yang terjadi, panjang akan menjadi berkurang dan diameter pada spesimen akan menjadi besar, maka ini akan terjadi deformasi plastis.

2.4.6. Hubungan Tegangan – Regangan

Robert Hooke (1689), telah mengamati sebuah fenomena hubungan antara tegangan dan regangan pada daerah elastis suatu bahan tertentu dan menyimpulkan bahwa dalam batas-batas tertentu tegangan pada suatu material ialah proporsional terhadap regangan yang dihasilkan. Teori ini kemudian lebih dikenal dengan istilah hukum Hooke. Namun teori ini hanya berlaku pada batas elastis material, dimana besarnya tegangan akan berbanding lurus terhadap pertambahan regangan yang terjadi. Dan bila beban dihilangkan, maka sifat ini akan menyebabkan material kembali kedalam bentuk dan dimensi semula.Berdasarkan respon yang dialami oleh material maka karakteristik material tersebut dapat diketahui, seperti modulus elastisitas. Modulus elastisitas secara matematis (hukum Hooke) dapat ditentukan berdasarkan Persamaan (2.3) dan (2.4).

(2.4) atau L A L F E o ∆ = . . (2.5)

Hubungan linear antara tegangan dan regangan adalah salah satu sangat berguna dalam perhitungan terhadap respon solid elastic linear pada tegangan, tetapi tegangan mesti digunakan apabila solid yang terjadi adalah elastis terhadap regangan yang terjadi yaitu ± 0,001.Dan ini terjadi pada deformasi plastis.

2.5Metode Elemen Hingga 2.5.1 Ansys 5.4

Program ansys ini dikembangkan di Amerika Serikat oleh National Aeronautics and Space Administration (NASA). Perangkat Schwendler Corporation adalah program analisa elemen hingga untuk analisa tegangan (stress), getaran (vibration), dan perpindahan panas (heat transfer) dari struktur dan komponen mekanika. Dengan Ansys, kita dapat mengimport geometri CAD (Computer Aided Design) atau dengan membuat geometri sendiri dengan Ansys Rel.5.4.Mesh, dapat dibuat dengan banyak metode: secara manual sampai automatis. Pemakaian material dan penentuan sifat material dapat dibuat atau dipilih dari Ansys 5.4libraries.Demikian juga banyak tipe kondisi batas dan kondisi pembebanan dapat diterapkan.

Analisa tegangan dapat memecahkan beberapa kasus banyak menggunakan pendekatan prosedur dua dimensi.Prosedur dua dimensi digunakan karena praktis lebih mendekati, dan modelnya lebih sederhana.Pada kasus yang sebenarnya analisa tiga dimensi yang banyak digunakan karena analisa tegangan tiga dimensi mendekati masalah yang sebenarnya.

ε σ = E

Kajian numerik yang umum digunakan dilakukan dengan dua cara yaitu dengan beda hingga dan elemen hingga. Beda hingga (finite difference) dilakukan dengan mendiskretisasi persamaan differensial. Metode ini memiliki kelemahan utama yaitu syarat-syarat batasnya sangat susah dipenuhi. Kelemahan yang lain adalah akurasi hasil perhitungan yang relatif rendah. Kajian elemen hingga adalah analisis pendekatan yang berasumsi peralihan atau asumsi tegangan atau berdasarkan kombinasi keduanya pada setiap elemennya.

Mesh dapat dibuat dengan metode yaitu mesh tools.Material dan sifat material dapat dibuat atau dipilih dari Ansyslibraries.

BAB 3

METODOLOGI PENELITIAN

3.1. Pendahuluan

Pada bab tiga ini akan dibahas tentang alur penelitian, alat dan bahan untuk pengujian dan langkah–langkah pembuatan spesimen uji. Spesimen tersebut akan diuji dengan uji tekan statik untuk mengetahui sifat–sifat mekanik dari suatu material. Material yang digunakan berbahan polymericfoam yang diperkuat serat tandan kosong kelapa sawit (TKKS).

3.2. Alur Penelitian

Awal penelitian ini dimulai dengan mengumpulkan sebanyak – banyaknya literatur dari buku – buku maupun internet.Studi literatur dilakukan agar penulis dapat memudahkan interprestasi fisik tentang tujuan akhir penelitian. Studi literatur dilakukan terus menerus hingga penulis memahami betul tentang penelitian yang akan dikerjakan. Setelah literatur dikerjakan, penulis menyiapkan bahan dan alat untuk pembuatan spesimen uji.Setelah mengumpulkan bahan dan alat, maka tahap selanjutnya adalah pembuatan spesimen uji.Pembuatan spesimen dilakukan dengan pencampuran bahan polymericfoam yang diperkuat serat tandan kosong kelapa sawit (TKKS).Pembuatan spesimen ini memerlukan ketelitian agar spesimen yang dihasilkan dapat mendekati sempurna.Setelah pembuatan spesimen selesai, tahap selanjutnya adalah dengan melakukan pengujian tekan statik.Tahap terakhir adalah dengan melakukan analisis terhadap spesimen yang telah diuji.

3.3. Waktu dan Tempat

Waktu penelitian ini direncanakan selama enam bulan yang dimulai dari Maret sampai dengan September 2011.Tempat dilaksanakannya penelitian adalah di Laboratorium Pusat Penelitian Impak dan Kegagalanunit I Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.Khusus untuk uji tekan statik dan Brazilian test dilakukan di Laboratoriun Kimia Polimer Fakultas Matemetika dan Ilmu Pengetahuan Alam.

Pembuatan spesimen uji pada penelitian ini dilakukan dengan metode penuangan.Metode penuangan ini adalah metode yang paling sederhana dalam manufaktur komposit.Alat-alat dan bahan yang diperlukan untuk membuat komposit TKKS diperlihatkan pada Tabel 3.1.

Tabel 3.1. Alat dan Bahan

No. Nama Jenis Jumlah Satuan Keterangan

Alat

1. Cetakan pipa Pipa PVC Set

2. Cetakan Spesimen Triplek 1 Unit

3. Mesin penghalus Serat 1 Unit

4. Cawan Tuang Kup plastic - -

5. Lilin Tanah - -

6. Gelas Ukur 1 Buah

7. Timbangan Digital Metler toledo 1 Unit

8. Pengaduk Kayu 1 Buah

9. Pelumas Shell advance 1 Liter

10. Kuas 1 Buah

11. Mesin pemotong 1 Unit

12. Ayakan 1 Buah

13. Kertas Pasir 2 Lembar

14. Jangka Sorong/rol 1 Unit

Bahan

1. Resin BQTN 157 EX Liter

2. Serat TKKS 3. Poliuretan

4. Katalis MEKP ml

5. NaOH

3.4.1. Bahan Yang Digunakan Dalam Pembuatan Spesimen 3.4.1.1. Polyurethane (PU)

Polyurethane yang digunakan adalah polyol dan isocyanat yang merupakan hasil reaksi antara asam dan basah tak jenuh seperti anhidrid fialatdengan alkohol dihidrat seperti etilen glikol.Bahan ini tergolong bahan

polimer termoset.Karena bahan ini dihasilkan oleh reaksi kimia yang melibatkan dua peringkat. Peringkat (1) pembentukan rantai molekul yang sangat panjang (prapolimer) dan peringkat (2) rantai molekul yang panjang diikat melalui ikatan yang kuat agar bahan tidak menjadi lembut kembali jika dikenakan panas berikutnya dan jika panas berlebihan akan menyebabkan hangus dan rusak. Sifat dari termoplastik ini lebih keras, lebih kuat dan rapuh dibandingkan dengan termosetting. Polyester resin ini juga memiliki sifat dapat mengeras dengan capat pada suhu kamar dengan bantuan katalis tanpa pemberian tekanan.Material ini memiliki struktur molekul yang lebih kompleks dari fungsi material logam ataupun keramik. Pada umumnya polyester resin ini dapat membentuk rantai molekul raksasa dengan atom-atom karbon. Struktur bahan inidigolongkan dalam bentuk struktur crosslink dengan keunggulan kemampuan penyebaran beban yang lebih merata terhadap suatu jenis pembebanan tertentu.

3.4.1.2. Serat TKKS (Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit)

Serat TKKS berfungsi sebagai bahan penguat matrik komposit polymericfoam yang dihasilkan. Serat TKKS diperoleh dari hasil pengolahan tandan kosong kelapa sawit menjadi bagian-bagian kecil melalui beberapa tahapan proses. Tahapan tersebut antara lain: (1) perendaman TKKS pada larutan NaOH 1% terhadap volume air, (2) pencacahan menjadi bagian-bagian kecil (5 s.d. 10 cm), (3) pengeringan, dan (4) penghalusan serat.

Bentuk seratTKKS yang telah dihaluskandan menjadi serbuk diperlihatkan pada Gambar 3.1.

Gambar 3.1. Bentuk TKKS yang telah dicacah 3.4.1.3. Blowing Agent)

Blowing agent berfungsi untuk menghasilkan struktur seluler dalam matriks, mengurangi kepadatan, meningkatkan isolasi termal dan akustik, sekaligus meningkatkan kekakuan relatif dari polimer asli. Bahan ini akan mempermudah terbentuknya busa dengan munculnya gelembung-gelembung kecil.

Bahan blowing agent yang digunakan pada penelitian ini ialah polyurethaneatau disingkat dengan PU. Bahan ini termasuk bahan polimer yang mengandung rantai organik yang digabungkan dengan rantai urethane / carbamate.Polimer polyurethane terbentuk selama langkah pertumbuhan polimerisasi sebagai reaksi antara suatu monomer yang mengandung sedikitnya dua gugus isocyanate dengan monomer lainnya yang mengandung sedikitnya dua gugus hydroxyl (alkohol) dengan bantuan katalis. Dan Gambar struktur berongga atau blowing agent dapat dilihat pada Gambar 3.2a dan 3.2b

(a)

(b)

Gambar 3.2.(a) Cairan blowing agent (b) Struktur rongga dari blowing agent

Katalis merupakan bahan kimia yang digunakan untuk mempercepat reaksi polimerisasi struktur komposit pada kondisi suhu kamar dan tekanan atmosfir.Selain itu pemberian katalis dapat digunakan untuk mengatur pembentukan gelembung blowing agent, sehingga tidak mengembang secara berlebihan, atau terlalu cepat mengeras yang dapat mengakibatkan terhambatnya pembentukan gelembung.Jenis katalis yang digunakan adalah metil etil keton peroksida (MEKP). Gambar Katalis dapat dilihat pada Gambar 3.3.

Gambar 3.3.Katalis

3.1.4.5.Resin

Resin adalah salah satu serat penguat alami dalam suatu material komposit. Fungsi utama adalah untuk mengikat campuran blowing agent dan katalis dan memindahkan tegangan dengan serat penguat (reinforced fibre). Secara umum, resin juga disebut sebagai polimer atau plastik.Polimer dalam penelitian ini termasuk pada polimer termoset. Karena merupakan bahan yang dapat mengeras jika dipanaskan dan mempunyai struktur cross-linked yang memiliki ketahanan yang baik dan sifat suhu yang tinggi. Resin yang digunakan jenis resin epoxy. Sebagai penguatnya ditambahkan katalis dan jenis katalis yang digunakan adalah MEKP.Gambar resin dapat dilihat pada Gambar 3.4

Gambar 3.4.Resin

3.4.2 Alat yang digunakan untuk membuat spesimen 3.4.2.1.Mesin Pemotong

Alat ini khusus digunakan untuk memotong bahan yang lunak seperti bahan dari plastic, pipa dan lain-lain. Dalam pencetakan ini digunakan cetakan dari pipa yang panjangnya 75 mm dan diameter 37.5 mm. Untuk menyesuaikan ukuran tersebut maka digunakan mesin pemotong yang terlihat pada Gambar 3.5.

Gambar 3.5.Mesin Pemotong 3.4.2.2.Mesin penghalus serat

Serat yang telah direndam dengan NaOH, dicacah dan dikeringkan kemudian dapat dihaluskan dengan menggunakan mesin penghalus serat. Ini bertujuan agar serat yang dicampur dengan bahan lain akan mendapatkan spesimen yang utuh dan kuat.

Gambar 3.6.Mesin Penghalus Serat Spesifikasi :

Out put : 1 Hp RPM : 1450 Phase : 9 Heat : 600 C Class : E

3.4.2.3.Timbangan Digital

Timbangan digital ini berfungsi untuk menakar atau menimbang bahan atau komposisi untuk membuat spesimen. Timbangan digital dapat dilihat pada Gambar 3.9

Gambar 3.7.Timbangan Digital Spesifikasi :

Berat max : 3100 g Min : 0.5 g

e :0.1 d : 10 mg

3.5. Desain Struktur Parking Bumper

Pada desain struktur parking bumper komersil dijumpai berbagai macam bentuk desain dan ukuran parking bumper.Pada penelitian ini dilakukan analisa beberapa bentuk desain parking bumperyang bertujuan untuk mendapatkan desain struktur yang paling baik.

3.5.1 Desain Struktur Parking Bumpersetengah bola

Analisa gaya desain struktur parking bumper setengah bola dengan sudut 450 ditunjukkan pada Gambar 3.8.

Gambar 3.8. Disain struktur parking bumpersetengah bola dengan sudut 450

Besarnya gaya tekan yang diterima oleh parking bumper adalah:

ΣF = 0

W sin α - F cos α - fs = 0 fs = W sin α - F cos α µs .P = m.g sin α - m.a cos α

µs . P = m.g sin α - m cos α P =

Dimana:

P = Gaya Tekan (N) W = Berat Benda (N) m = Massa (Kg)

g = Percepatan gravitasi (m/s2) v = Kecepatan (m/s)

= Sudut Kemiringan (⁰) fs= gaya gesek (N)

Maka besarnya nilai gaya tekan (P) yang terjadi pada parking bumper adalah:

P =

P =

P =

8 , 0

0528 , 78 44 , 2771 − P = 3366,734 N

3.5.2 Disain Struktur Parking Bumperdengan sudut kemiringan 600

Analisa gaya desain struktur parking bumper dengan sudut kemirigan 600 ditunjukkan pada Gambar 3.9.

Gambar 3.9. Disain struktur parking bumperdengan sudut kemiringan 600

Besarnya gaya tekan yang diterima oleh parking bumper adalah:

ΣF = 0

W sin α - F cos α - fs = 0 fs = W sin α - F cos α µs .P = m.g sin α - m.a cos α

µs . P = m.g sin α - m cos α P =

Dimana:

P = Gaya Tekan (N) W = Berat Benda (N) m = Massa (Kg)

g = Percepatan gravitasi (m/s2) v = Kecepatan (m/s)

= Sudut Kemiringan (⁰) fs= gaya gesek (N)

µs =koefisien gesek

Maka besarnya nilai gaya tekan (P) yang terjadi pada parking bumper adalah: ΣF = 0

W sin α - F cos α - fs = 0 fs = W sin α - F cos α µs .P = m.g sin α - m.a cos α

µs . P = m.g sin α - m cos α P =

P = 4174,4 N

3.5.3. Disain Struktur Parking Bumperdengan sudut kemiringan 300

Analisa gaya desain struktur parking bumper dengan sudut kemirigan 300 ditunjukkan pada Gambar 3.10.

Gambar 3.10. Disain struktur parking bumperdengan sudut kemiringan 300

Besarnya gaya tekan yang diterima oleh parking bumper adalah:

ΣF = 0

W sin α - F cos α - fs = 0 fs = W sin α - F cos α µs .P = m.g sin α - m.a cos α

µs . P = m.g sin α - m cos α P =

Dimana:

P = Gaya Tekan (N) W = Berat Benda (N) m = Massa (Kg)

g = Percepatan gravitasi (m/s2) v = Kecepatan (m/s)

= Sudut Kemiringan (⁰) fs= gaya gesek (N)

Pada saat pengujian parking bumper menggunakan mobil diperoleh: m = 1600 Kg

g = 9,8 m/s2 v = 5 km/s α = 300 µs= 0,8

Maka besarnya nilai gaya tekan (P) yang terjadi pada parking bumper adalah:

P =

P = 2330,492 N

Dari hasil perhitungan analisa gaya yang diterima oleh beberapa desain struktur parking bumper, maka desain struktur yang akan dibuat dalam penelitian ini adalah parking bumper dengan sudut kemiringan paling kecil. Hal ini disebabkan desain struktur parking bumper dengan sudut kemiringan paling kecil dapat meminimalisir gaya tekan yang diterima oleh parking bumper tersebut.

3.6. Pembuatan Spesimen

Metode dan teknik yang digunakan dalam pembuatan spesimen adalah merujuk kepada penelitian yang telah dilakukan sebelumnya oleh Zulfikar tahun 2010, dimana metode yang digunakan adalah metode penuangan.Ilustrasinya adalah seperti ditunjukkan pada Gambar 3.11.

3

4 1

Keterangan Gambar:

1. Wadah penampung material komposit 3. Alat pengaduk 2. Material komposit 4. Cetakan

Gambar 3.11. Metode Penuangan Komposit PF

Adapun proses pembentukan spesimen dalam pengujian tekan dilakukan beberapa langkah sebagai berikut:

1. Semua alat dan bahan disiapkan.

2. Massa dari semua bahan ditimbang menurut takarannya masing-masing, yaitu Resin 70%, serat TKKS 10%, poliuretan 15%, dan Katalis 5%.

3. Permukaan bagian dalam cetakan dilumasi dengan minyak pelumas dengan menggunakan kuas.Hal ini bertujuan untuk mempermudah selama proses pembongkaran.

4. Cetakan diletakkan di atas permukaan yang rata secara vertikal. 5. Serat TKKS dicampurkan ke resin dan aduk hingga merata.

6. Katalis dicampurkan ke dalam campuran resin dan serat sambil diaduk sampai merata.

7. Campuran polyurethane berupa polyol dan isocyanate dicampurkan ke dalam campuran serat, resin dan katalis tadikemudian diaduk hingga merata.

8. Setelah semua bahan tercampur merata campuran dituangkan ke dalam cetakan.

9. Selanjutnya biarkan campuran tersebut pada tekanan atmosfir dan suhu kamar. Proses polimerisasi akan terjadi disertai dengan terbentuknya gelembung gas pada seluruh bagian komposit. Dengan demikian akan terbentuk spesimen komposit berongga atau lebih dikenal dengan istilah polymericfoam.

10. Setelah 7 hari spesimen komposit polymeric foam yang sudah dilepas dari cetakan yang diperlihatkan pada Gambar 3.9 untuk spesimen uji lindas dan spesimen uji tekan statik aksial dan brazilian diperlihatkan pada Gambar 3.12 dan pada Gambar 3.13.

Gambar 3.12.Spesimen untuk Uji Struktur

Gambar 3.13.Spesimen untuk Uji Tekan Statik Aksial

Gambar 3.14.Spesimen Untuk Brazilian Test 3.7. Pengujian

Pengujian yang dilakukan terhadap spesimen meliputi uji tekan statik aksial, Brazilian.

3.7.1 Uji Struktur

Untuk pengujian strukturparking bumperdengan menggunakan mobildapat dilihat pada gambar 3.15.

(a) (b)

(c) (d)

Gambar 3.15. (a) posisi awal uji struktur posisi maju (b) posisi akhir struktur posisi maju (c) posisi awal uji struktur posisi mundur (d) posisi akhir uji strutur posisi mundur

3.7.2 Uji Tekan Statik Aksial

Pengujian ini dilakukan di Laboratorium Kimia Polimer FMIPA- USU dengan menggunakan mesin uji jenis Torsee Universal Testing Machinekeluaran tahun 1989. Pengujian yang bisa dilakukan menggunakan mesin ini antara lain: uji tarik, uji tekan, uji defleksi.Mesin ini mampu menekan/menarik s.d. 2000 kgf, mesin uji tersebut diperlihatkan pada Gambar3.16.

Gambar 3.16. Mesin uji Tekan Statik

Keterangan Gambar : 1. Load Value 2. Chuck

3. Speed control 4. Stroke value 5. Load range 6. Meja plot

3.7.2.1 Persiapan Pengujian

Persiapan pengujian yang dilakukan dalam uji tekan ini adalah sebagai beikut:

1. Memastikan arus listrik terhubung dengan baik.

2. Menghidupkan mesin uji dengan menekan tombol ON.

3. Memanaskan mesin selama ± 15 menit, setelah itu mesin sudah siap digunakan.

2

6 5 4

3.7.2.2 Pengujian Tekan Statik Aksial

Prosedur pengujian statik tekan adalah sebagai berikut: 1. Memasang kertas grafik pada meja plot.

2. Meletakkan spesimen pada chuck sesuai dengan uji tekan statik aksial. 3. Mengatur kecepatan tekan sebesar 50 mm/menit.

4. Menekan tombol DOWN untuk memulai pembebanan tekan. 5. Mengamati retak yang terjadi.

6. Mencatat beban dan perubahan panjang maksimum. 7. Mengambil foto dengan kamera digital.

3.7.3. Uji Tekan Statik Brazilian

Pengujian ini dilakukan di Laboratorium Kimia Polimer FMIPA- USU dengan menggunakan mesin uji jenis Torsee Universal Testing Machinekeluaran tahun 1989. Pengujian yang bisa dilakukan menggunakan mesin ini antara lain: uji tarik, uji tekan, uji defleksi.Mesin ini mampu menekan/menarik s.d. 2000 kgf, mesin uji tersebut diperlihatkan pada Gambar 3.17.

Gambar 3.17. Mesin uji Tekan Statik Brazilian 2

6 5 4

Keterangan Gambar : 1. Load Value 2. Chuck

3. Speed control 4. Stroke value 5. Load range 6. Meja plot

3.7.3.1 Persiapan Pengujian

Persiapan pengujian yang dilakukan dalam uji tekan ini adalah sebagai beikut:

4. Memastikan arus listrik terhubung dengan baik.

5. Menghidupkan mesin uji dengan menekan tombol ON.

6. Memanaskan mesin selama ± 15 menit, setelah itu mesin sudah siap digunakan.

3.7.3.2 Pengujian Tekan Statik Brazilian

Prosedur pengujian statik tekan adalah sebagai berikut: 8. Memasang kertas grafik pada meja plot.

9. Meletakkan spesimen pada chuck sesuai dengan uji tekan statik brazilian. 10.Mengatur kecepatan tekan sebesar 50 mm/menit.

11.Menekan tombol DOWN untuk memulai pembebanan tekan. 12.Mengamati retak yang terjadi.

13.Mencatat beban dan perubahan panjang maksimum. 14.Mengambil foto dengan kamera digital.

3.8. Simulasi Numerik

Dalam simulasi ini software yang digunakan ada dua yaitu: Ansys 5.4. Simulasi ini bertujuan untuk mengetahui distribusi tegangan akibat beban statik aksial dan Brazilian.

3.8.1 Simulasi Uji Tekan Statik Aksial

Dalam permodelan Gambar seperti material uji tekan statik aksial terlebih dahulu dibuat bentuk geometri dan dimensi. Dan softwareyang digunakan adalah ANSYS Rel. 5.4yang berbasis Metode Elemen Hingga (MEH). Simulasi komputer dilakukan untuk mengklarifikasi perilaku mekanik yang terjadi akibat pengujian secara eksperimental.

3.8.1.1 Tampilan Pembuka Ansys Rel. 5.4

Gambar 3.18.Tampilan awal ansys 5.4 interactive

Pada Gambar 3.18 permodelan selinder langsung dibuat melalui software simerulasiAnsys 5.4, dimana software program ini mampu melakukan analisa pembebanan statik aksial dan dinamis, analisa temperatur, deformasi, defleksi, tegangan pada truss, dan sebagainya. Pada Gambar merupakan Tampilan awal

ansys 5.4 interactive. Kemudian diklik tombol run untuk membuka tampilan ansys selanjutnya.

3.8.1.2 MendefinisikanElement/Property Type

Untuk mendefinisikan karakteristik geometri, maka langkah prosesnya adalah: pilih menu Model >Propocessor. Lalu pilih jenis materialnya / element type > add/edit/delet.Kemudian pilih add. Dan selanjutnya juga dipilih elementsolid>Tet 10 node 92 kemudian dipilih ok dan kembali ke elelment type dan dipilih close. Dapat dilihat pada Gambar 3.19 (a) dan (b)

(a)

(b)

3.8.1.3. Mendefenisikan Material Properties

Langkah selanjutnya adalah menentukanmaterial properties seperti material polymericfoam yang diperkuat serat TKKS. Langkah mendefenisikan material properties adalah: pilih material properties > Constan > Isotropik. Lalu masukan nilai modulus elastisitas, masa jenis dan poisson ratio ke dalam kotak dialog material.

Gambar 3.20.Tampilan material properties 3.8.1.4 Tampilan Pembuatan GambarCylinder

Model spesimen uji berbentuk selinder. Dan untuk simulasi maka Gambar yang akan dibuat melalui ansys rel. 5.4 berbentuk cylinder juga. Tampilan untuk pembuatannya adalah dengan memilih menu preprocessor > modeling > create dan dipilih area > circle. Kemudian klik solid circle dan diisi data yang terdapat pada kotak dialog solid circle. Setelah itu, pilih area > rectangle > by 2 rectangle dan diisi kotak dialog by 2 rectangle. Juga pilih main menu preprocessor > Modeling – operate > subtrack > area danblok circle dan rectangle tadi. Kemudian pilih modeling – operate > extrude / sweep > area – along normal. Untuk lebih jelas tampilan untuk membuat Gambarnya dapat dilihat dibawah ini.

3.8.1.5. Proses Meshing

Ukuran mesh sangat mempengaruhi hasil dalam analisa ini. Namun dalam skripsi ini tidak dibahas lebih lanjut mengenai pengaruh ukuran tersebut. Hal ini dikarenakan keterbatasan sistem komputer yang digunakan, Di sini proses menerapkan ukuran mesh sesuai kemampuan komputer yaitu dengan langkah sebagai berikut: pilihmenu mesh tool>global size>set > mesh. Tampilan penerapan mesh tampak pada Gambar3.22.

(a)

Tampak atas Tampak isometric (3D) (b)

Gambar 3.23.Proses Meshing Material

3.8.1.6. Proses Solution

Pada proses solution langkah perintahnya adalah dengan pilih menu solution>load apply>structural displacementkemudian pilih on node+ dan pilih box pada kotak dialog. Selanjutnya diconstrain tumpuan bawah material. Kemudian pilih juga pressure pada dialog kotak structural apply tadi.

Gambar 3.24.Proses Solusi Material Yang Dikenai Beban

3.8.1.7. Proses Analyzing

Untuk menganalisa dilakukan dengan cara: pilih menu file >general postproc>plot result > deformated shape dan pilih def + undef edge lalu klik ok.Kemudian selanjutnya pilih menu lagi file > general postproc > list result kemudian muncul dialog kotak list nodal solution dan pilih vonmises stress. Tampilan Analyze seperti tampak pada Gambar 3.25.

(a)

displacement

(b)

Gambar 3.25. Proses analyzing material yang dikenai beban tekan aksial

3.8.2. Simulasi Uji Tekan Statik Brazilian

Langkah-langkah simulasi dengan menggunakan Ansys 5.4 diperlihatkan pada Gambar 3.24.

Gambar 3.26. Langkah-langkah simulasi pada Ansys 5.4

Langkah yang pertama sekali adalah membuka program Ansys, tampilan pembuka pada Ansys 5.4 ditunjukkan oleh Gambar 3.27.

Pemodelan Objek

Jenis Elemen

Sifat Elemen

Jenis Material

Pemberian Mesh Penentuan

kondisi Batas Analisis

Menampilkan hasil analisis

Gambar 3.27. Tampilan pembuka Ansys

Selanjutnya membuat model simulasi berupa cylinder.setelah itu elemen type dipilih structural>solid> Tet 10 Node 92 seperti ditunjukkan pada Gambar 3.28.

(a)

(b)

Selanjutnya mendefenisikan material, material properties dipilih isotropik seperti diperlihatkan oleh Gambar 3.27.

Gambar 3.29. Kotak dialog sifat material

Setelah mendefenisikan sifat material dilanjutkan dengan pemberian mesh pada model simulasi, ukuran mesh dipilih 3. Langkah selanjutnya adalah menentukan kondisi batas. Bagian bawah model ditumpu All DOF, sedangkan bagian atas di tekan dengan gaya sebesar 168,389 N berlawanan arah sumbu-y, hal ini ditunjukkan pada Gambar 3.30.

3.9. Diagram Alir Penelitian

Diagram alir penelitian ditunjukkan oleh Gambar 3.31.

Gambar 3.31. Diagram alir penelitian Mulai

Studi literatur

Membuat spesimen

Berhasil

Pengujian Persiapan pengujian

Berhasil

Hasil

Simulasi numerik

Laporan

Selesai Disetujui Tidak

Ya

Tidak

Tidak

Ya Ya

BAB 4

PENGUJIAN DAN ANALISIS PENELITIAN

Pada bab ini akan ditampilkan hasil pengujian, hasil pengujian dianalisa untuk mendapatkan sifat mekanik, kegagalan yang terjadi, distribusi tegangan yang terjadi akibat tekan statik.

Hasil pembuatan spesimen uji dapat dilihat pada Gambar 4.1.

(a) (b) (c)

Gambar 4.1.(a) Spesimen parking bumper PF (b) Spesimen uji tekan statik aksial (c) spesimen uji Brazilian

4.1. Hasil Desain Struktur Parking Bumper

Hasil desain struktur parking bumperyang telah dipilih berdasarkan hasil dari analisa gaya ditunjukkan pada Gambar 4.2

Gambar 4.2. Hasil desain Struktur Parking Bumper dan Parking Bumper PF 300

Gambar 4.3. Diagram benda bebasparking bumperdengan sudut kemiringan 300

Untuk menganalisa distribusi gaya yang terjadi pada parking bumper

akibat beban yang didapatkan oleh parking bumper berdasarkan pengujian

struktur maka digunakan persamaan 4.1 sebagai berikut : ΣF = 0

W sin α - F cos α - fs = 0 fs = W sin α - F cos α µs .P = m.g sin α - m.a cos α

µs . P = m.g sin α - m cos α

P = (4.1)

Dimana:

P = Gaya Tekan (N) W = Berat Benda (N) m = Massa (Kg)

g = Percepatan gravitasi (m/s2) v = Kecepatan (m/s)

= Sudut Kemiringan (⁰) fs= gaya gesek (N)

µs =koefisien gesek

Pada saat pengujian parking bumper menggunakan mobil diperoleh: m = 1600 Kg

g = 9,8 m/s2 v = 5 km/s α = 300 µs= 0,8

Maka besarnya nilai gaya tekan (P) yang terjadi pada parking bumper adalah:

P =

P = 2330,492 N

Dari hasil perhitungan analisa gaya yang diterima oleh parking bumper, maka desain struktur yang akan dibuat dalam penelitian ini adalah parking bumper dengan sudut kemiringan paling kecil sebesar 300.

4.2.Hasil Pengujian Spesimen

Data yang diperoleh dari hasil pengujian berupa data beban, perpindahan, dan luas penampang.Data tersebut lalu dibuat plotnya dalam bentuk kurva tegangan dan regangan. Dalam data ini akan dianalisis respon tegangan dan ragangan polymericfoam yang diperkuat serat tandan kosong kelapa sawit (TKKS) akibat beban tekan statik aksial, beban lindas dan beban tekan statik brazilian.

4.2.1. Hasil Pengujian Struktur

Pengujian struktur parking bumper dilakukan dengan cara melindas parking bumperdengan menggunakan ban mobil dimana spesimen yang

digunakan sebanyak dua buah. hasil pengujian struktur parking bumperPF dapat dilihat pada gambar 4.4.

(a) (b)

(c) (d)

Gambar 4.4. (a) spesimen uji lindas sebelum pengujian (tampak atas) (b) Spesimen uji lindas sebelum pengujian (sisi miring) (c) Spesimen setelah pengujian (tampak depan) (d) Spesimen setelah pengujian (sisi miring)

Dari hasil pengujian lindas pada material komposit parking bumperPF, material tidak terlihat tanda-tanda deformasi. Respon material akibat beban lindas tidak terdapat tanda-tanda kerusakan pada spesimen parking bumper PF. Sehingga untuk mendapatkan sifat mekanik d an modulus elastisitas diperlukan pengujian yang lebih spesifik. Dalam hal ini digunakan pengujian tekan statik aksial dan brazilian.

4.2.2. Hasil Pengujian Tekan Statik Aksial

Prosedur pengujian tekan statik terhadap spesimen ini mengacu pada standar ASTM D 1621-00.Hasil pengujian ditunjukkan dalam bentuk grafik pada beberapa respon material polymericfoam diperkuat serat TKKS, seperti: modulus elastisitas tekan dan tegangan patah.Respon tersebut dapat diketahui dari kurva yang menunjukkan hubungan tegangan - regangan polymeric foam diperkuat serat TKKS yang diperlihatkan pada Gambar.4.5.

Gambar 4.5. Grafik hasil pengujian uji tekan statik aksial

Tabel 4.1Tegangan maksimum dan regangan maksimum spesimen pada uji tekan statik aksial.

4.2.2.1. Respon Mekanik Komposit Polymeric foam Akibat Beban Tekan Statik Aksial

Hasil uji tekan statik aksial terhadap polymeric foam yang diperkuat serat TKKS menunjukkan respon yang khas, yaitu terjadinya pergeseranpada dinding rongga. Untuk pembebanan yang berkelanjutan akan mengakibatkan konsentrasi teganganterhadap bidang dimana keretakanterjadi.

No Spesimen Tegangan Maks (MPa) Regangan Maks

(%)

1 1.853 60.19

2 1.895 59.07

3 2.103 51.77

4 2.910 35.21

5 1.741 24.29

Kegagalan dilihat secara makroskopikmenunjukkan adanya kegagalan geser seperti ditunjukkan pada Gambar 4.6.

Gambar 4.6.Model kegagalan polymeric foam yang diperkuat serat TKKS akibat beban tekan statik

Kegagalan terhadap polymeric foam yang diperkuat serat TKKS ditandai dengan terbentuknya beberapa rongga membesar yang dominan yang menghasilkan retak secara berkelanjutan. Retak akan terus menjalarsaat beban diberikan hingga spesimen patah.Retak diakibatkan karena kurang menyatunya matriks dengan serat.Retak terjadi dipinggir atau sudut pada spesimen sehingga ada yang membentuk sudut 450.

4.2.3. Hasil Pengujian Beban Tekan StatikBrazilian

Hasil pengujian statik tekanBrazilian dilakukan terhadap enam buah spesimen, grafik hasil pengujian ditunjukkan pada Gambar 4.7.

Sedangkan tegangan tekan, regangan maksimum, tegangan tekan patah dan modulus elastisitas ditampilkan pada Tabel 4.2.

Tabel 4.2.Sifat mekanik akibat beban tekan statik brazilian

Spesimen Teg Maks Teg Patah Reg Maks Modulus Elastisitas No. (MPa) (MPa) (%) (MPa)

1. 0,642 0,003 31,01 0,15

2. 0,449 0,018 27 0,4

3. 0,535 0,009 31,51 0,45 4. 0,623 0,036 34,4 1,8 5. 0,461 0,019 23,46 0,95 Rata-rata 0,542 0,017 29,476 0,75

4.2.3.1Respon Mekanik Komposit polymeric foam Akibat Beban Tekan Statik Brazilian

Respon material polymeric foam akibat beban tekan statik brazilian berupa keretakan yang terjadi pada sumbu y. kegagalan pada material akibat beban tekan statik brazilian dimulai dengan retak pada bagian atas yang ditunjukkan pada Gambar 4.8 ditandai dengan adanya retak menjalar pada rongga dari atas ke bawah dimana laju retak cukup cepat, karena pada daerah ini terjadi konsentrasi tegangan seperti ditunjukkan pada Gambar 4.8.

Gambar 4.8. Model kegagalan polymeric foam yang diperkuat serat TKKS akibat beban tekan statik Brazilian

Kegagalan pada spesimen polymeric foam dapat dikategorikan kedalam jenis material rapuh dengan bentuk kegagalan patah getas pada permukaan sumbu normal.Sewaktu pengujian, retak pada spesimen pertama kali terjadi pada bagian sisi atas dan bawah spesimen seperti ditunjukkan oleh Gambar 4.8.di atas.

4.2.4. Simulasi MaterialPolymeric Foam diperkuat Serat TKKS Akibat Beban Tekan Statik

4.2.4.1. Permodelan Spesimen Uji Melalui Ansys Rel. 5.4

Simulasi menggunakan Ansys Rel. 5.4 dilakukan bertujuan untuk mengetahui distribusi tegangan yang terjadi pada material komposit yang berbahan dasar polymericfoamdiperkuat serat TKKS.Simulasi komputer berbasis metoda elemen hingga modelnya dipersiapkan dalam dua tahap, yaitu model solid dan model elemen hingga. Sebelum simulasi elemen hingga dilakukan, Gambar material ini diGambar dengan menggunakan autoCAD dan ansys rel. 5.4

Sebelum pembuatan model dilakukan maka dimensi geometri spesimen uji tekan statik aksial harus diketahui terlebih dahulu.Spesimen uji tekan statik danberdasarkan standar ASTM D 1621 – 00.Geometri spesimen uji tekan ditunjukkan pada Gambar 4.9 pada Gambar 2D melalui AutoCAD.

Gambar 4.9. Geometri spesimen uji tekan

Penekanan statik aksial ini dilakukan untuk melihat distribusi tegangan pada permukaan material polymericfoam.Posisi material polymericfoam diperkuat

serat TKKS terletak di atas terhadap arah pembebanan.Penyelesaian metoda elemen hingga diupayakan semaksimal mungkin untuk menyederhanakan kondisi sebenarnya. Penelitian ini menggunakan pengujian experimental dan simulasi,

Sebelum menggambar model dari spesimen uji yang akan disimulasikan, maka terlebih dahulu mendefenisikan Element Type dan Material Properties dari spesimen uji. Hal ini dimaksudkan untuk menginput sifat-sifat material yang disimulasikan pada program ANSYS Rel. 5.4. Beberapa tahap simulasi dapat ditentukan sebagai berikut:

1. Element Type yang dipilih berasal dari elemen padat (solid) yang digunakan untuk perhitungan struktur yaitu; Type Solid92. Pemilihan Element Type ditunjukkan pada Gambar 4.10.

Gambar 4.11.Kotak Dialog Sifat-sifat Material Isotropik

2. Sifat-sifat material yang diinputkan pada program ANSYS Rel. 5.4 meliputi Constant Isotropic Material. Sifat-sifat material diinput ke dalam kotak dialog yang ditunjukkan pada Gambar 4.11.

3. Untuk keperluan simulasi, model geometri dibuat ½ bagian dari model penuh benda uji yang sebenarnya dalam tiga dimensi, tidak dibuat penuh karena dianggap model mempunyai bentuk yang simetris dan bertujuan agar menghemat memori dan mempersingakat waktu proses.

Geometri model yang dibuat dengan memilih bentuk geometri silinder solid pada kotak kerja ANSYSMain Menu seperti ditunjukkan pada Gambar 4.12.Bentuk dan dimensinya dikombinasikan sehingga sesuai dengan bentuk perangkat pengujian di laboratorium.Pembuatan model spesimen uji tekan statik aksial dimulai dengan pembuatan model Solid Circular Area seperti ditunjukkan pada Gambar 4.12.

Gambar 4.12. Kotak Dialog Solid Circular Area

Tahap selanjutnya adalah dengan membuat ½ model geometri seperti ditunjukkan pada Gambar 4.12.Sebagian model geometri dibuang dengan memilih kotak dialog yang ditunjukkan oleh Gambar 4.13 dibawah ini.

Gambar 4.13.Kotak Dialog Subtract Areas

Model geometri dibuat menjadi bentuk 3 dimensi melalui Extrude Area seperti ditunjukkan pada Gambar 4.14.

Gambar 4.14.Kotak Dialog Extrude Area

Model geometri spesimen untuk simulasi uji tekan statik aksial ditunjukkan pada Gambar 4.15.

4.1.4.2. Hasil Simulasi uji tekan statik aksial

Sifat-sifat polymeric foam diperkuat serat TKKS yang diperoleh dari hasil uji tekan diinput ke dalam kotak dialog Isotropic Material Properties yang ditunjukkan pada Gambar 4.16.

Bila dipilih salah satu dari material-material tersebut maka kotak dialog untuk materialakan terisi. Karena material komposit yang diinginkan tidak terdapat pada daftar, maka sifat-sifat mekanik material polymericfoam dapat kita tulis di kotak dialog secara manual. Data yang dibutuhkan untuk simulasi seperti modulus elastisitas, massa jenis, dan poisson ratio harus diisikan ke dalam kotak dialog . Ukuran material polymericfoam ketika dimodelkan dengan software AutoCAD dibuat dalam satuan milimeter, sehingga data yang dimasukkan dalam satuan millimeter.

• Young’s Modulus, E = 15,57 Mpa

• Tegangan maksimum = 2,1004 MPa • Massa = 50,24 gr • Mass density, ρ = 0.6*10-6kg/mm3

t d

V * *

4

1 ₂

1

1=

π

3 2

1 1103.9mm *75mm 82792.9mm

V = =

Sehingga massa jenis ,ρ

ρ=

3 6 3 0,6*10

9 . 82792 0524 , 0 mm kg mm kg V m ₋ = =

Gambar 4.16. Input Sifat-sifat Material

Beban tekan statik aksial yang diberikan adalah beban maksimum yang diperoleh pada saat pengujian. Dari hasil pengujian diperoleh tegangan maksimum tekan statik untuk polymeric foam yang diperkuat serat TKKS adalah 2,1004 MPa. Input nilai beban tekan tersebut ke dalam menu ANSYS Rel. 5.4 dapat dilihat pada Gambar 4.17.

Dari hasil analisa dapat ditampilkan contour plot penjalaran tegangan yang terdistribusi pada model spesimen yang diberikan. Distribusi tegangan yang merupakan respon uji tekan statik aksial akan disajikan pada Gambar 4.18 s.d. 4.21.

Gambar 4.18. Distribusi Tegangan Normal Arah X Spesimen Uji Statik Aksial

Dari Gambar. 4.18 dapat dilihat bahwa polymeric foam yang diperkuat serat TKKSmemberikan respon tegangan normal hampir di sepanjang sumbu aksis.Distribusi tegangan tidak merata di seluruh bagian spesimen uji.Tegangan maksimum terjadi di bagian dasar dan terus menyebar di sepanjang sumbu aksis spesimen uji. Besarnya tegangan normal maksimum arah X sekitar 0,336 MPa (tegangan tekan). Ini menandakan bahwa salah satu penyebab kerusakan spesimen uji di sepanjang sumbu aksis arah vertikal adalah akibat tegangan normal arah X.

BerdasarkanGambar4.19 dapat dilihat bahwa polymeric foam yang diperkuat serat TKKS memberikan respon distribusi tegangan normal arah Y lebih kecil dibandingkan dengan tegangan normal arah X. Tegangan normal maksimum arah Y sekitar 0,332 MPa (tegangan tekan).

Gambar 4.19. Distribusi Tegangan Normal Arah Y Spesimen Uji Tekan Statik Aksial

Gambar 4.20 menunjukkan tegangan normal arah Z tersebar lebih acak, yaitu di bagian puncak dan dasar spesimen uji. Hasil simulasi distribusi tegangan normal arah Z juga tersebar di sepanjang aksis sentroid spesimen uji.

Gambar.4.20. Distribusi Tegangan Normal Arah Z Spesimen Uji Tekan Statik Aksial.

Tegangan normal maksimum arah Z sekitar -2,347 MPa (tegangan tekan).Kegagalan dapat berawal dari puncak spesimen yang terus menjalar hingga bagian dasar spesimen uji.

Gambar 4.21 menyajikan distribusi tegangan Von Mises.Secara keseluruhan tegangan maksimum lebih banyak terjadi di dasar spesimen uji dimana spesimen ditumpu.

Gambar 4.21.Tegangan Von Mises Spesimen Uji Tekan Statik Aksial

Distribusi tegangan Von Mises lebih mendekati hasil yang diperoleh dari pengujian.Tegangan terdistribusi di beberapa lokasi secara acak. Ini menandakan bahwa kegagalan spesimen uji akan berawal dari titik yang berbeda. Tegangan maksimum yang diperoleh sekitar 4,593 MPa.

Perbandingan model retak/patah hasil simulasi numerik dan pengujian dapat dilihat pada Gambar 4.21.model retak patah cenderung menunjukkan pola yang sama. Retak/patah yang ditimbulkan akibat kegagalan spesimen bersifat acak namun cenderung berada di daerah tertentu sesuai arah pembebanan.

Gambar 4.22.Perbandingan model retak/patah hasil simulasi dan eksperimen

Respon tegangan yang terjadi pada daerah ini terihat adanya perbedaan baik besarnya respon maupun bentuk gelombang penjalarannya.Pada beban tekan statik aksialterjadi fenomena penjalaran tegangan, gelombang tegangan dapat berpropagasi dan terefleksi pada batas bebas menuju arah beban.Gelombang dapat bertubrukan sesamanya dan membentuk daerah pemusatan tegangan yang mampu merusak struktur. Perlu dicatat bahwa pada kasus ini tegangan yang dilihat dari hasil pengimpakan adalah tegangan diatas dari load mesin uji tekan statik pada respon polymeric foam yang diperkuat serat TKKS.Tegangan maksimum atau pada batas hancur spesimen didapat dari hasil simulasi melalui software Ansys Rel. 5.4 pada vonmises stress sebesar 4,593 MPa pada arah beban. Sedangkan tegangan normal dalam arah sumbu X sebesar 0,336 MPa, tegangan normal dalam arah sumbu Y sebesar 0,332 MPa, dan tegangan normal dalam arah sumbu Z

Untuk tegangan normal arah-y tegangan maksimum yang terjadi adalah sebesar 0,107 MPa, harga ini lebih kecil bila dibandingkan dengan tegangan normal arah-y.

Gambar 4.25.Distribusi tegangan normal arah sumbu–z

Pada tegangan normal arah-z tegangan maksimum yang terjadi adalah sebesar 0,102 MPa.

Tegangan solid von mises maksimum adalah sebesar 0,608 MPa dan tegangan minimum 0.0012 MPa. Jika dibandingkan antara hasil simulasi dengan eksperimental, maka daerah dan bentuk retak yang terjadi adalah mendekatisama.

Perbandingan model retak hasil simulasi numerik dan pengujian dapat dilihat pada Gambar 4.26.model retak cenderung menunjukkan pola yang sama. Retak yang ditimbulkan akibat kegagalan spesimen bersifat retak rapuh dengan pola keretakan diawali pada bagian atas dan bawah spesimen.

Gambar 4.27.Perbandingan model retak hasil simulasi dan eksperimen

Respon tegangan yang terjadi pada daerah ini terihat adanya perbedaan baik besarnya respon maupun bentuk gelombang penjalarannya.Pada beban tekan statik aksialterjadi fenomena penjalaran tegangan, gelombang tegangan dapat berpropagasi dan terefleksi pada batas menuju arah beban.Gelombang membentuk daerah pemusatan tegangan yang mampu merusak struktur.Ini dapat diamati bahwa kegagalan dapat berawal dari atas dan bawah spesimen terus menjalar sehingga terjadi kegagalan pada spesimen uji.

Dapat disimpulkan bahwa material yang berbahan polymeric foam diperkuat serat TKKS dapat diamati dari experimental dan hasil simulasi. Didapat tegangan maksimum pada experimental sebesar 0,542 MPa sedangkan hasil simulasi menggunakan Ansys Rel. 5.4 menunjukkan tegangan normal pada arah

Simulasi Ansys Eksperimen

X= 0,076 MPa, arah Y= -0,71 MPa, arah Z= -0,19 MPa dan secara keseluruhan pada VonMises Stress = 0,60 MPa. Maka, nilai simulasi ini mendekati pada nilai experimental.

BAB 5

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari pengujian terhadappolymeric foam yang diperkuat serat TKKS diperoleh beberapa kesimpulan sebagai berikut:

1. Berdasarkan hasil analisa gaya desain struktur parking bumper didapatkan bahwa dengan sudut kemiringan parking bumper sebesar 300menghasilkan gaya tekan P yang paling kecil yaitu sebesar 2.330,492 N

2. Dari hasil pengujian struktur parking bumperkompositpolymeric foam tidak terjadi kegagalan spesimen. Tidak terlihat tanda-tanda kerusakan material akibat dilindas.

3. Respon Mekanik materialpolymericfoam diperkuat serat TKKS akibat beban tekan statik aksial ditandai adanya daerah lipatan dipermukaan spesimen.Kegagalan polymericfoam diperkuat serat TKKS menunjukkan kegagalan geser karena sudut patah atau retak 450 pada arah beban. Dan tegangan maksimum yang terjadi pada keretakan material sebesar 2,1004 MPa akibat beban tekan statik aksial. Sedangkan respon material akibat beban statik tekan Brazilianadalah adanyakeretakan diawali dari atas dan bawah spesimendengan ditandai penjalaran yang cepat pada daerah keretakan.Kepatahan yang terjadi merupakan patah getas dan tegangan maksimum yang diterima spesimen sebesar 0,542 Mpa.

4. Tegangan maksimum tekan statik aksial didapat dari hasil simulasi melalui software Ansys Rel. 5.4 yaitu tegangan maksimum arah X sebesar 0,336 MPa pada arah beban. Tegangan maksimum arah Y sebesar 0,322 MPa (tegangan tekan). Dan tegangan maksimum arah Z sebesar -2,347 MPa. Tegangan maksimum Von Mises diperoleh sebesar 4,593 MPa.

5. Tegangan maksimum uji tekan statik Brazilianpada sumbu x sebesar 0,076 Mpa tegangan maksimum arah Y sebesar -0,71 Mpa sedangkan tegangan arah Z sebesar -0,19 Mpa. Tegangan maksimum Von Mises sebesar 0,6 Mpa.

5.2 Saran

1. Untuk mengoptimalkan materialpolymericfoam yang diperkuat serat TKKS perlu diketahuikarakteristik material penyusunnya atau komposisi bahan yang diperlukan agar mendapat hasil yang signifikan dan sempurna nantinya.

2. Hasil skripsi ini dapat dijadikan sebagai rujukan bagi penelitian berikutnya. Dari hasil analisa disarankan agar TKKS yang telah menjadi limbah dimanfaatkan secara optimal untuk dijadikan sebagai produk komposit karena material komposit TKKS ini mempunyai kelebihan yaitu dengan meningkatnya keteguhan rekat, berkekuatan tinggi, dan kuat. Penelitian mengenai penggunaan komposit serat TKKS ini diharapkan dapat menjadi acuan dan alternatif baru dalam suatu pembuatan produk komposit yang akan datang bagi penelitian berikutnya.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Ansys 5.4 Inc.

[2]. Callister Jr, W.D. Material Science and Engineering: An Introduction. New York: John Wiley&Sons: 2004.

[3] Dieter, George E. Metalurgi Mekanik, Jakarta: Erlangga, 1987.

[4]. Gere, M.J., & Timoshenko, P.S., Mekanika Bahan, Terjemahan oleh Hans J. Wospakri. Jakarta: Penerbit Erlangga. 1987.

[5]. Hashim, J. Pemprosesan Bahan, Edisi Pertama, Johor Bahru: Cetak Ratu Sdn. Bhd :2003.

[6] Hosford, William.F Mechanical Behaviour of Materials. University of Michigan, New York: Cambridge University Press. 2005.

[7]. Jones, R.M. Mechanics of Composites Material. Washington D.C. USA. Scripta Book Company: 1975.

[8]. Johnson, W., Impact Strength of Material. London: Edward Arnold Press. 1972.

[9]. Justus Kimia Raya, PT. Technical Data Sheet. Jakarta: 2007.

[10]. Mawardi, I., Model Bentuk Kepala dari Bahan Komposit Polimer dan

Responnya Terhadap Beban Impak.Tesis. Magister Teknik

Mesin FT-USU, 2005.

[11] Nash, William.Strength of Materials. Schaum’s Outlines, 1998.

[12] Rahmad, Zulfahmi. Analisa Respon Komposit Polymeric Foam Akibat Beban Tekan Statik.Medan : 2010.

[12]. Schwartz, M.M. Composite Material Handbook. Mc. Graw Hill: Book Company: 1984.

[13]. Van Vlack, Lawrence H., Djaprie, Sriati, dan Array. Ilmu dan Teknologi

Bahan. Jakarta.

[14]. Vernon, John, Testing of Material. London: Macmillan Education Ltd: 1992.

[15] Zulfikar, Pembuatan dan Penyelidikan Perilaku Mekanik Material

Polymeric Foam diperkuat Serat TKKS akibat Beban Statik dan Impak.Tesis. Magister Teknik Mesin FT-USU: 2010.