REKAYASA DAN MANUFAKTUR BAHAN KOMPOSIT SANDWICH BERPENGUAT SERAT RAMI DENGAN CORE LIMBAH SEKAM PADI UNTUK PANEL INTERIOR OTOMOTIF DAN RUMAH HUNIAN
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Masalah
Dalam kurun waktu 5 tahun, data statistik Indonesia 2002 menunjukkan adanya hasil
produksi padi yang mencapai 51,4 juta ton gabah kering giling. Besarnya produksi tersebut
juga akan menghasilkan limbah sekam yang melimpah. Selama ini limbah sekan tersebut
digunakan untuk pembakaran batu bata dan abunya digunakan untuk abu gosok. Dengan
mengoptimalkan keunggulan sifatnya, limbah sekam tersebut dapat mempunyai kegunaan
yang tinggi, seperti untuk pembuatan panel komposit (Herina, 2005). Sekam padi adalah
bagian terluar dari butir padi, yang merupakan hasil sampingan saat proses penggilingan padi
dilakukan. Sekitar 20 % dari bobot padi adalah sekam padi (Hara, 1986). Menurut data di atas
jumlah limbah sekam padi di Indonesia pada tahun 2007 berkisar 10,28 juta ton. Sekam padi
mempunyai beberapa keunggulan seperti kemampuan menahan kelembaban, tidak mudah
terbakar, tidak mudah berjamur, tidak berbau dan lain-lain. Hasil penelitian terdahulu
menunjukkan bahwa limbah padi berupa sekam yang terkonsentrasi di penggilingan padi kecil
(PPK) dan rice mill unit (RMU). Saat ini, 90% dari limbah sekam yang ada dimanfaatkan oleh
pembuat batu bata. Para pembuat batu bata mendapatkan sekam secara gratis. Jika harus
membayar, sekam tersebut dibeli dengan harga Rp 15/kg- Rp 50/kg (Rahmarestia, 2006). Pada
penggilingan padi besar (PPB), hampir 75% sekam belum dimanfaatkan dan pengusaha
pengggilingan mengalami kesulitan dalam pemusnahannya. Pemanfaatan limbah sekam masih
berpeluang besar untuk digunakan sebagai bahan rekayasa. Dengan menambahkan perekat
yang murah, sekam padi ini berpotensi untuk direkayasa menjadi produk core fleksibel untuk
pembuatan panel komposit sandwich.
(a
)
(b)
Gambar 1.1. Tumpukan (a) limbah sekam padi dan (b) serat ramie
1
Selain itu, masalah yang timbul seiring dengan perkembangan teknologi bahan
komposit adalah bagaimana memanfaatkan bahan-bahan alam yang tersedianya cukup banyak
yang mampu diregenerasikan untuk mengantisipasi krisis bahan sintetis. Bahan sintetis
tersebut dipengaruhi oleh sumber minyak bumi yang tidak bisa diperbaharui, misalnya serat
gelas (Rowell,1998). Salah satu pemecahan masalah adalah dengan memanfaatkan serat alam
sebagai bahan campuran polimer plastik untuk menghasilkan material komposit yang dapat
digunakan seluas-luasnya untuk aplikasi teknik, baik struktur maupun non-struktur, khususnya
bidang otomotif (Wittig,1994). Berbagai jenis tanaman serat tumbuh subur di Indonesia.
Besarnya produksi beberapa serat alam dunia adalah: rami 100.000 ton/tahun, kenaf 970.000
ton/tahun, rosella 250.000 ton/tahun, dan abaca 70.000 ton/tahun (Eichhorn, 2001).
Pemanfaatan serat alam dari tetumbuhan tropis yang tersedianya cukup melimpah sebagai
alternatif media penguatan pada komposit polimer menunjukkan sifat-sifat yang baik, yakni
terutama sifat mekanis pada komposit polimer thermoset epoxy dan poliester (Marsyahyo,
dkk, 2005). Dewasa ini, pengembangan serat alam sebagai alternatif pengganti penguat serat
gelas pada material komposit polimer menunjukkan peningkatan akibat tuntutan terhadap
masalah lingkungan. Inovasi pengembangan serat alam untuk aplikasi di bidang otomotif tidak
hanya terbatas pada komponen interior tetapi juga pada bagian eksterior kendaraan (Peijs,
2002 dan McNaught, 2000). Serat alam memiliki keunggulan dibandingkan dengan serat
gelas, diantaranya: memiliki kekuatan spesifik yang sesuai, murah, densitas rendah,
ketangguhan tinggi, sifat termal yang baik, mengurangi keausan alat, mudah dipisahkan,
meningkatkan energy recovery, dan dapat terbiodegradasi (Karnani dkk, 1997). Serat rami
(Boehmeria Nivea) merupakan salah satu jenis serat alam yang tumbuh dan berlimpah
jumlahnya di Indonesia, seperti di daerah Koppontren Darussalam Garut Jawa Barat. Hingga
kini, tanam ramie ini dikonsentrasikan untuk produksi tekstil. Pengembangan dan pemanfaatan
rami tersebut dapat ditingkatkan untuk kepentingan teknologi, seperti pembuatan panel
komposit yang lebih ramah lingkungan untuk komponen panel interior dan penal rumah
hunian. Serat rami ini memiliki kekuatan relatif yang tertinggi diantara kelompok serat
tumbuhan (Marsyahyo dkk, 2005). Solusi kreatif pemanfaatan serat rami menjadi produk
teknologi dengan nilai ekonomi tinggi merupakan langkah yang tepat untuk menjawab
permasalahan ini.
Bahan urea formaldehide (UF) merupakan jenis resin yang tepat sebagai perekat
2
pembuatan core limbah sekam padi karena harganya sangat murah (Rp.4.000,-/liter). Bahan
ini mudah diperoleh karena dibuat PT. Pamalite Adhesive Industry di Probolinggo Jawa
Timur. Bahan UF ini sangat cocok untuk digunakan sebagai perekat produk core karena
komponen core di dalam struktur panel komposit sandwich menderita pembebanan yang
rendah. Oleh karena itu, untuk menekan biaya produk panel sandwich perlu dilakukan
pemilihan bahan yang murah pada komponen yang menderita tegangan kecil, seperti bagian
core yang berada di bagian tengah panel.
Namun, jenis resin yang digunakan sebagai pembuat komposit skin diperlukan bahan
resin yang memiliki kekuatan tinggi, fluiditas tinggi dan murah. Jenis resin yang paling cocok
adalah unsaturated polyester yang harganya sekitar Rp.20.000,-/liter. Resin ini sudah tersedia
di pasaran yang disuplai oleh PT. Justus Kimia Raya Jakarta.
3
HIBAH BERSAING
LAPORAN PENELITIAN
REKAYASA DAN MANUFAKTUR BAHAN KOMPOSIT
SANDWICH BERPENGUAT SERAT RAMI DENGAN
CORE LIMBAH SEKAM PADI UNTUK PANEL
INTERIOR OTOMOTIF DAN
RUMAH HUNIAN
Oleh:
Ir. Agus Hariyanto, M.T.
Prof. Dr. Kuncoro Diharjo, S.T., M.T.
DIBIAYAI OLEH DIREKTORAT JENDERAL PENDIDIKAN TINGGI,
DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL
SESUAI DENGAN SURAT PERJANJIAN PELAKSANAAN HIBAH PENELITIAN
NOMOR: 316 / SP2H / PP / DP2M / IV / 2010, TANGGAL 12 APRIL 2010
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2010
i
ABSTRAK
Indonesia dengan masyarakat sebagain besar matapencaharian bertani mampu
menghasilkan limbah sekam padi yang sangat melimpah, dari data statistik jumlah limbah
sekam padi di Indonesia pada tahun 2007 berkisar 10,28 juta ton. Begitu pula, serat rami
(Boehmeria Nivea) juga berlimpah, seperti di daerah Koppontren Darussalam Garut Jawa
Barat. Dengan melimpahnya bahan baku tersebut, maka sebagai solusi kreatif adalah dengan
memanfaatkan sekam padi menjadi produk core dan serat ramie menjadi produk komposit.
Tujuan dari penelitian tahun 2010 ini menyelidiki teknik manufaktur panel komposit
sandwich. Optimasi kekuatan bending dan impak panel komposit sandwich serat rami poliester - core limbah sekam padi -urea formaldehide dengan variabel tebal komposit skin (1,
2, 3, 4 dan 5 mm) dan tebal core (5, 10, 15, dan 20 mm). Pembuatan prototype panel komposit
sandwich serta usulan paten panel.
Manufaktur core dilakukan dengan cetak tekan panas, sedangkan komposit skin serat
rami-UPRs dan komposit sandwich dilakukan dengan cetak tekan biasa. Pengujian fisismekanis core dan komposit skin (Tarik, bending, geser, impak , tekan, densitas, foto makro,
kestabilan dimensi) dilakukan sebagai tahap optimasi awal (HB I / tahun 2009). Komposit
sandwich diteliti dengan variasi ketebalan skin (1, 2, 3, 4, 5 mm) dan core (5, 10, 15, 20 mm).
Optimasi komposit sandwich dilakukan dengan pengujian Bending (ASTM C-393), Impak.
(ASTM D 5941), foto makro.
Hasil pengujian menunjukkan bahwa komposit sandwich pada tebal core SP – UF
tebal 10 mm memiliki kekuatan bending tertinggi pada tebal komposit skin 4 mm. Harga
kekuatan bending komposit sandwich tertinggi tersebut adalah 32,53 MPa. Dari hasil
pengujian bending sandwich core SP – skin komposit serat ramie Vf skin 40% dengan tebal
skin 2 mm variasi ketebalan core 5mm, 10mm, 15mm, dan 20mm, maka dihasilkan optimasi
nilai tertinggi hasil pengujian bending sandwich core SP – skin komposit serat ramie dengan
ketebalan core 5 mm dan Vf skin 40% tebal 2 mm sebesar 47,35 MPa. Nilai optimum hasil
pengujian impak sandwich core SP – skin komposit serat ramie dengan tebal core 10 mm dan
Vf skin 40% variasi tebal skin 1 mm, 2 mm, 3 mm, 4 mm, dan 5 mm terdapat pada sandwich
dengan ketebalan skin 2 mm. Nilai optimum baik energi serap maupun ketangguhan impak
yaitu berturut-turut sebesar 1,9770 J dan 00,0104 N/mm2. Nilai optimum hasil pengujian
impak sandwich core SP-UF dengan Vf skin 40% tebal skin 2 mm variasi tebal core 5, 10, 15,
dan 20 mm terdapat pada sandwich dengan ketebalan core 10mm. Nilai optimum rata-rata
baik energi serap maupun kekuatan impak pada sandwich dengan ketebalan core 10 mm
berturut-turut sebesar 1,9770 J dan 0,0104 N/mm2 . Kegagalan akibat beban bending dengan
variasi tebal skin dan core menunjukkan mayoritas kegagalan didominasi pada bagian core,
kegagalan dengan jenis multiple splitting area. Jenis-jenis patahan didominasi oleh kegagalan
skin dan rapuhnya core, sesuai dengan sifat fisis penyusun core yang sangat rapuh, sehingga
memudahkan terjadinya kegagalan setelah skin patah atau skin terkena beban kejut / impak
yang tinggi. Aplikatif dari penelitian ini berupa produk panel sandwich interior meja kereta
api komersial, panel rumah hunian dari bahan serat rami–poliester - sekam padi -urea
formaldehide.
Kata kunci : komposit sandwich, skin, core, bending, impak.
iii
PRAKATA
Tim peneliti memanjat kan puji syukur kepada Allah SWT yang telah memberikan
kekuatan kepada tim peneliti untuk rnelaksanakan penelitian ini dengan baik. Kami
yakin bahwa tanpa rahmat dan hidayah-Nya maka banyak kendala-kendala yang tidak
dapat dipecahkan selama penelitian ini berlangsung.
Penelitian ini mengkaji pemanfaatan limbah sekam padi dari industri pengolahan
padi, pemanfaatan serat rami dari Koppontren Darussalam Garut, Jawa Barat, Meningkatkan
pemberdayaan pemanfaatan bahan alam, Menghasilkan produk panel yang kuat dan lebih
ramah lingkungan, Tahapan Alih Teknologi.
Tim peneliti mengharapkan adanya pengembangan penelitian lanjutan oleh para
peneliti yang lain. Aplikasi dari komposit diharapkan mampu menggantikan komponen
lokal, seperti pada struktur, panelling, dan body mobil. Keuntungan penggunaan produk
dari bahan komposit adalah ringan, kuat, tahan korosi, dan murah. Keberhasilan
penelitian ini akan meningkatkan nilai ekonomis produk, mampu mengurangi
ketergantungan bahan - bahan import, dan sekaligus menanamkan kemandirian bangsa
untuk memproduksi sendiri. Konsep rekayasa skin dan core ini merupakan tahapan alih
teknologi yang di-ilhami oleh masuknya core import kayu balsa dari Australia. Penelitian ini
diharapkan dapat menciptakan keberhasilan karya teknologi hasil penggabungan
komposit dan core menjadi komposit sandwich yang inovative.
Hasil penelitian ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, masukan kritik
dan saran sangat diharapkan untuk melakukan perbaikan pada penelitian mendatang. Peneliti
juga mengucapkan banyak-banyak terima kasih kepada Direktorat Jenderal Pendidikan
Tinggi, Departemen Pendidikan Nasional yang telah membiayai penelitian ini. Atas
bantuannya dari semua pihak, diucapkan terima kasih.
Surakarta, Oktober 2010
Penulis,
Tim Peneliti
iv
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL......................................................................................
i
HALAMAN PENGESAHAN........................................................................
ii
ABSTRAK.....................................................................................................
iii
PRAKATA.....................................................................................................
iv
DAFTAR ISI..................................................................................................
v
DAFTAR GAMBAR......................................................................................
vi
DAFTAR TABEL..........................................................................................
viii
LAMPIRAN...................................................................................................
ix
BAB I.
PENDAHULUAN...........................................................................
1
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA..................................................................
4
BAB III. TUJUAN DAN MANFAAT...........................................................
26
BAB IV. METODE PENELITIAN...............................................................
29
BAB V. HASIL DAN PEMBAHASAN.......................................................
35
BAB VI. KESIMPULAN DAN SARAN.......................................................
51
DAFTAR PUSTAKA......................................................................................
52
LAMPIRAN....................................................................................................
55
v
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1. Tumpukan (a) limbah sekam padi dan (b) serat ramie
Gambar 2.1 Grafik laju pengeringan serat ramie sebagai acuan control kadar air
Gambar 2.2. Grafik tegangan tarik serat ramie tunggal perlakuan alkali 5% variasi waktu
perendaman
Gambar 2.3. Grafik tegangan tarik komposit berpenguat serat ramie terhadap variasi fraksi
volumeGambar 2.4a. Komposit dengan Vf=20%
Gambar 2.4b. Komposit dengan Vf=30%
Gambar 2.4c. Komposit dengan Vf= 40%
Gambar 2.4d. Komposit dengan Vf=50%
Gambar 2.5. Grafik kekuatan bending komposit berpenguat serat ramie variasi fraksi volume
Gambar 2.6. Grafik kekuatan bending komposit dengan Vf 40% terhadap variasi lama
perlakuan alkali
Gambar 2.7. Grafik kekuatan impak terhadap variasi fraksi volume serat(Vf)
Gambar 2.8.Grafik kekuatan impak terhadap variasi waktu perlakuan NaOH 5%
Gambar 2.9. Grafik tegangan tarik core terhadap variasi kandungan SP&UF
Gambar 2.10a. Core SP:UF=70%:30%
Gambar 2.10b. Core SP:UF= 60%:40%
Gambar 2.10c. Core SP:UF=50%:50%
Gambar 2.10d. Core SP:UF= 40%:60%
Gambar 2.10e. Core SP:UF=30%:70%
Gambar 2.11. Grafik kekuatan bending core terhadap variasi kandungan SP&UF
Gambar 2.12a. Core SP:UF= 70%:30%
Gambar 2.12b. Core SP:UF= 60%:40%
Gambar 2.12e. Core SP:UF= 30%:70%
Gambar 2.13. Grafik tegangan geser core terhadap variasi kandungan SP&UF
Gambar 2.14. Penampang patahan hasil pengujian geser core SP:UF
Gambar 2.14a. Grafik kekuatan impak core terhadap variasi kandungan SP:UF
Gambar 2.14b. Grafik kekuatan energi serap core terhadap variasi kandungan SP:UF
Gambar 2.15a. Core SP:UF= 70%:30%
Gambar 2.15b. Core SP:UF= 60%:40%
Gambar 2.15c. Core SP:UF= 50%:50%
Gambar 2.15d. Core SP:UF= 40%:60%
Gambar 2.15e. Core SP:UF= 30%:70%
Gambar 2.16. Diagram densitas core dengan variasi kandungan SP:UF
Gambar 2.17. Struktur mikro komposit dengan peletakan serat teratur. dan homogen.
Gambar 2.18. Penampang komposit sandwich (Popov, 1996)
Gambar 2.19. Karakteristik kegagalan impak
Gambar 2.20. Mekanisme pengujian geser panel sandwich (ASTM C-273).
Gambar 2.21. Prosedur manufaktur komposit dengan vacuum
Gambar 2.22. Hand lay up
Gambar 2.23. Press mold
Gambar 3.1. Skema konseptual pentingnya penelitian
Gambar 4.1. Disain penelitian tahun II (2010)
vi
Gambar 4.2. Proses Penetralisiran Serat Dari Efek Perendaman NaOH
Gambar 4.3. Manufaktur Mat Serat Rami
Gambar 4.4. Mekanisme Manufaktur Core Sekam Padi - Urea Formaldehyde
Gambar 4.5a. Manufaktur Komposit Skin
Gambar 4.5b. Manufaktur Komposit
Gambar 4.6. Pengujian geser core dan lamina core(ASTM D273)
Gambar 4.7. Pengujian impak Charpy(ASTM D 5942)
Gambar 4.8 Pengujian four-point bending komposit sandwich (ASTM C-393)
Gambar 4.9. Potensi aplikasi prototype produk hasil penelitian tahun II
Gambar 5.1.Sampel spesimen uji bending sandwich
Gambar 5.2. Mekanisme pengujian four point bending sesua ASTM C-393
Gambar 5.3. Grafik (a) defleksi, (b) momen maksimum, (c) tegangan bending komposit
sandwich dengan variasi tebal skin
Gambar 5.4. Gambar kegagalan akibat pengujian bending variasi tebal skin
Gambar 5.5 (a) defleksi (b) momen maksimunb, (c) tegangan bending komposit sandwich
dengan variasi ketebalan core 5, 10, 15, dan 20 mm
Gambar 5.6. Berbagai kegagalan pada komposit sandwich dengan variasi tebal core 5, 10, 15,
dan 20 mm dengan skin konstan 2 mm.
Gambar 5.7a. Core sekam padi
Gambar 5.7b. Sampel spesimen uji impak sandwich
Gambar 5.8 Grafik energi serap komposit sandwich dengan variasi tebal skin
Gambar 5.9. Grafik ketangguhan impak komposit sandwich dengan variasi tebal skin
Gambar 5.10. Patahan komposit sandwich dengan tebal core 10mm variasi tebal skin 2mm.
Gambar 5.11a.Kurva energi serap komposit sandwich skin 2mm variasi tebal core
Gambar 5.11b.Kurva ketangguhan impak komposit sandwich skin 2mm variasi tebal core
Gambar 5.12. Patahan hasil pengujian impak skin 2mm variasi tebal core 5mm, 10mm, 15mm,
dan 20mm
Gambar 5.13. Produk panel flat dari komposit sandwich
Gambar 5.14. master produk pintu rumah hunian yang sudah didempul
vii
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1. Bahan Baku Penelitian dan sumber pengadaannya
Tabel 5.1. Data hasil pengujian bending komposit sandwich dengan variasi tebal skin
Tabel 5.2. Data hasil pengujian bending komposit sandwich dengan variasi tebal core
Tabel 5.3.Hasil pengujian impak sandwich core SP – skin komposit serat ramie dengan
tebalcore 10 mm dan Vf skin 40% variasi tebal skin 1, 2, 3, 4, dan 5 mm
Tabel 5.4. Data hasil pengujian impak sandwich core SP-UF skin komposit serat ramie Vf skin
40% dengan tebal skin 2mm variasi ketebalan core 5, 10, 15, dan 20mm
viii
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Rancangan penelitian tahap 3 tahun 2011
Lampiran 2. Personalia Penelitian
Lampiran 3. Hasil pengujian bending variasi tebal skin dengan tebal core konstan 10mm
Lampiran 4. Hasil pengujian bending variasi tebal core dengan tebal skin konstan 2mm
Lampiran 5. Hasil pengujian impak variasi tebal skin dengan tebal core konstan 10mm
Lampiran 6. Hasil pengujian bending variasi tebal core dengan tebal skin konstan
Lampiran 7. Dokumentasi
ix
REKAYASA
RINGKASAN PENELITIAN HIBAH BERSAING
JUDUL PENELITIAN :
REKAYASA DAN MANUFAKTUR BAHAN KOMPOSIT
SANDWICH BERPENGUAT SERAT RAMI DENGAN
CORE LIMBAH SEKAM PADI UNTUK PANEL
INTERIOR OTOMOTIF DAN
RUMAH HUNIAN
OLEH:
Ir. Agus Hariyanto, M.T.
Kuncoro Diharjo, S.T., M.T., Ph.D.
DIBIAYAI OLEH DIREKTORAT JENDERAL PENDIDIKAN TINGGI,
DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL
SESUAI DENGAN SURAT PERJANJIAN PELAKSANAAN HIBAH
PENELITIAN
NOMOR: 316 / SP2H / PP / DP2M / IV / 2010, TANGGAL12 APRIL 2010
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
Oktober, 2010
0
RINGKASAN
REKAYASA DAN MANUFAKTUR BAHAN
KOMPOSIT SANDWICH BERPENGUAT SERAT RAMI
DENGAN CORE LIMBAH SEKAM PADI UNTUK
PANEL INTERIOR OTOMOTIF DAN RUMAH HUNIAN
Oleh: Agus Hariyanto, Kuncoro Diharjo
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Sesuai dengan uraian pada latar belakang, maka fokus permasalahan dalam
penelitian ini adalah (1) ketersediaan serat alam ramie perlu dimanfaatkan untuk
digunakan sebagai bahan baku produk yang memiliki kandungan teknologi tinggi agar
memiliki nilai ekonomi yang tinggi pula, (2) ketersediaan limbah sekam padi yang hanya
sebagai bahan bakar batu bata perlu digunakan untuk pembuatan produk teknologi agar
memiliki nilai teknologi dan ekonomi tinggi, (3) pengembangan panel-panel komposit
pada kendaraan mulai bergeser pada pemanfaatan bahan-bahan serat alam sesuai dengan
anjuran FAO melalui konggres "International Year of Natural Fiber 2009" dan peraturan
"End Life of Vehicle" di Eropa dan (4) rekayasa panel interior kendaraan, perlu
memperhatikan faktor fisis dan mekanis untuk menghindari korban jiwa ketika terjadi
kecelakaan yang diikuti kemampuan /sifat bahan yang tidak sesuai. Sesuai dengan fokus
permasalahan tersebut di atas, maka penelitian dengan konsentrasi pada pemanfaatan
serat alam yang dikombinasikan dengan polymer yang memiliki sifat fisis dan mekanis
tinggi dipandang sangat penting untuk dilakukan. Oleh karena itu, penelitian ini
difokuskan pada pemanfaatan bahan serat ramie dan limbah sekam padi untuk pembuatan
bahan komposit serat alam yang memiliki kemampuan fisis dan mekanis yang tinggi.
Tujuan utama penelitian ini adalah memanfaatkan limbah sekam padi dan serat
rami sebagai bahan pembuatan panel komposit untuk panel interior otomotif dan panel
rumah hunian. Hasil akhir penelitian ini adalah formulasi panel komposit serat alam
ramie yang memiliki kekuatan tinggi. Detail tujuan penelitian adalah (1) Teknik
1
manufaktur panel komposit sandwich serat ramie - poliester dengan core sekam padi urea formaldehide dengan cetak tekan terkontrol, (2) Optimasi pengaruh ketebalan skin 1,
2, 3, 4, 5 mm dengan Vf skin hasil optimasi dari hasil tahun pertama pada komposit
sandwich terhadap sifat fisis-mekanik (kekuatan bending, impak, dan foto makro), (3)
Optimasi pengaruh ketebalan core 5, 10, 15, 20 mm terhadap sifat fisis - mekanik
(kekuatan bending, impak, dan foto makro) komposit sandwich komposisi core SP:UF
hasil optimasi dari penelitian tahun pertama dan ketebalan skin hasil optimasi pada tahap
sebelumnya, (4) ) usulan paten panel.
Material penelitian adalah serat ramie acak dari kawasan kota
sekitarnya -
Garut dan
Jawa Barat, unsaturated polyester, limbah sekam padi di karesidenan
Surakarta, Urea Formaldehide, NaOH teknis. Variabel- variabel dalam penelitian ini
meliputi variasi komposisi ramie – polyester (20:80, 30:70, 40:60, 50:50) dan variasi
komposisi sekam padi - urea formaldehyde
(30:70, 40:60, 50:50, 60:40, 70:30).
Tahapan- tahapan optimasi hasil penelitian yang dicari meliputi optimasi manufaktur
core dilakukan dengan cetak tekan panas, sedangkan komposit skin serat rami-UPRs dan
komposit sandwich dilakukan dengan cetak tekan biasa. Pengujian fisis-mekanis core dan
komposit skin (Tarik, bending, geser, impak , tekan, densitas, foto makro, kestabilan
dimensi) dilakukan sebagai tahap optimasi awal (HB I / tahun 2009). Komposit sandwich
diteliti dengan variasi ketebalan skin (1, 2, 3, 4, 5 mm) dan core (5, 10, 15, 20 mm).
Optimasi komposit sandwich dilakukan dengan pengujian Bending (ASTM C-393),
Impak. (ASTM D 5941), foto makro.
Hasil pengujian menunjukkan bahwa komposit sandwich pada tebal core SP – UF
tebal 10 mm memiliki kekuatan bending tertinggi pada tebal komposit skin 4 mm. Harga
kekuatan bending komposit sandwich tertinggi tersebut adalah 32,53 MPa. Dari hasil
pengujian bending sandwich core SP – skin komposit serat ramie Vf skin 40% dengan
tebal skin 2 mm variasi ketebalan core 5mm, 10mm, 15mm, dan 20mm, maka dihasilkan
optimasi nilai tertinggi hasil pengujian bending sandwich core SP – skin komposit serat
ramie dengan ketebalan core 5 mm dan Vf skin 40% tebal 2 mm sebesar 47,35 MPa.
Nilai optimum hasil pengujian impak sandwich core SP – skin komposit serat ramie
dengan tebal core 10 mm dan Vf skin 40% variasi tebal skin 1 mm, 2 mm, 3 mm, 4 mm,
dan 5 mm terdapat pada sandwich dengan ketebalan skin 2 mm. Nilai optimum baik
2
energi serap maupun ketangguhan impak yaitu berturut-turut sebesar 1,9770 J dan
00,0104 N/mm2. Nilai optimum hasil pengujian impak sandwich core SP-UF dengan Vf
skin 40% tebal skin 2 mm variasi tebal core 5, 10, 15, dan 20 mm terdapat pada sandwich
dengan ketebalan core 10mm. Nilai optimum rata-rata baik energi serap maupun
kekuatan impak pada sandwich dengan ketebalan core 10 mm berturut-turut sebesar
1,9770 J dan 0,0104 N/mm2 . Kegagalan akibat beban bending dengan variasi tebal skin
dan core menunjukkan mayoritas kegagalan didominasi pada bagian core, kegagalan
dengan jenis multiple splitting area. Jenis-jenis patahan didominasi oleh kegagalan skin
dan rapuhnya core, sesuai dengan sifat fisis penyusun core yang sangat rapuh, sehingga
memudahkan terjadinya kegagalan setelah skin patah atau skin terkena beban kejut /
impak yang tinggi. Aplikatif dari penelitian ini berupa produk panel sandwich interior
meja kereta api komersial, panel rumah hunian dari bahan serat rami–poliester - sekam
padi -urea formaldehide.
Kata kunci : komposit sandwich, skin, core, bending, impak.
3
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Masalah
Dalam kurun waktu 5 tahun, data statistik Indonesia 2002 menunjukkan adanya hasil
produksi padi yang mencapai 51,4 juta ton gabah kering giling. Besarnya produksi tersebut
juga akan menghasilkan limbah sekam yang melimpah. Selama ini limbah sekan tersebut
digunakan untuk pembakaran batu bata dan abunya digunakan untuk abu gosok. Dengan
mengoptimalkan keunggulan sifatnya, limbah sekam tersebut dapat mempunyai kegunaan
yang tinggi, seperti untuk pembuatan panel komposit (Herina, 2005). Sekam padi adalah
bagian terluar dari butir padi, yang merupakan hasil sampingan saat proses penggilingan padi
dilakukan. Sekitar 20 % dari bobot padi adalah sekam padi (Hara, 1986). Menurut data di atas
jumlah limbah sekam padi di Indonesia pada tahun 2007 berkisar 10,28 juta ton. Sekam padi
mempunyai beberapa keunggulan seperti kemampuan menahan kelembaban, tidak mudah
terbakar, tidak mudah berjamur, tidak berbau dan lain-lain. Hasil penelitian terdahulu
menunjukkan bahwa limbah padi berupa sekam yang terkonsentrasi di penggilingan padi kecil
(PPK) dan rice mill unit (RMU). Saat ini, 90% dari limbah sekam yang ada dimanfaatkan oleh
pembuat batu bata. Para pembuat batu bata mendapatkan sekam secara gratis. Jika harus
membayar, sekam tersebut dibeli dengan harga Rp 15/kg- Rp 50/kg (Rahmarestia, 2006). Pada
penggilingan padi besar (PPB), hampir 75% sekam belum dimanfaatkan dan pengusaha
pengggilingan mengalami kesulitan dalam pemusnahannya. Pemanfaatan limbah sekam masih
berpeluang besar untuk digunakan sebagai bahan rekayasa. Dengan menambahkan perekat
yang murah, sekam padi ini berpotensi untuk direkayasa menjadi produk core fleksibel untuk
pembuatan panel komposit sandwich.
(a
)
(b)
Gambar 1.1. Tumpukan (a) limbah sekam padi dan (b) serat ramie
1
Selain itu, masalah yang timbul seiring dengan perkembangan teknologi bahan
komposit adalah bagaimana memanfaatkan bahan-bahan alam yang tersedianya cukup banyak
yang mampu diregenerasikan untuk mengantisipasi krisis bahan sintetis. Bahan sintetis
tersebut dipengaruhi oleh sumber minyak bumi yang tidak bisa diperbaharui, misalnya serat
gelas (Rowell,1998). Salah satu pemecahan masalah adalah dengan memanfaatkan serat alam
sebagai bahan campuran polimer plastik untuk menghasilkan material komposit yang dapat
digunakan seluas-luasnya untuk aplikasi teknik, baik struktur maupun non-struktur, khususnya
bidang otomotif (Wittig,1994). Berbagai jenis tanaman serat tumbuh subur di Indonesia.
Besarnya produksi beberapa serat alam dunia adalah: rami 100.000 ton/tahun, kenaf 970.000
ton/tahun, rosella 250.000 ton/tahun, dan abaca 70.000 ton/tahun (Eichhorn, 2001).
Pemanfaatan serat alam dari tetumbuhan tropis yang tersedianya cukup melimpah sebagai
alternatif media penguatan pada komposit polimer menunjukkan sifat-sifat yang baik, yakni
terutama sifat mekanis pada komposit polimer thermoset epoxy dan poliester (Marsyahyo,
dkk, 2005). Dewasa ini, pengembangan serat alam sebagai alternatif pengganti penguat serat
gelas pada material komposit polimer menunjukkan peningkatan akibat tuntutan terhadap
masalah lingkungan. Inovasi pengembangan serat alam untuk aplikasi di bidang otomotif tidak
hanya terbatas pada komponen interior tetapi juga pada bagian eksterior kendaraan (Peijs,
2002 dan McNaught, 2000). Serat alam memiliki keunggulan dibandingkan dengan serat
gelas, diantaranya: memiliki kekuatan spesifik yang sesuai, murah, densitas rendah,
ketangguhan tinggi, sifat termal yang baik, mengurangi keausan alat, mudah dipisahkan,
meningkatkan energy recovery, dan dapat terbiodegradasi (Karnani dkk, 1997). Serat rami
(Boehmeria Nivea) merupakan salah satu jenis serat alam yang tumbuh dan berlimpah
jumlahnya di Indonesia, seperti di daerah Koppontren Darussalam Garut Jawa Barat. Hingga
kini, tanam ramie ini dikonsentrasikan untuk produksi tekstil. Pengembangan dan pemanfaatan
rami tersebut dapat ditingkatkan untuk kepentingan teknologi, seperti pembuatan panel
komposit yang lebih ramah lingkungan untuk komponen panel interior dan penal rumah
hunian. Serat rami ini memiliki kekuatan relatif yang tertinggi diantara kelompok serat
tumbuhan (Marsyahyo dkk, 2005). Solusi kreatif pemanfaatan serat rami menjadi produk
teknologi dengan nilai ekonomi tinggi merupakan langkah yang tepat untuk menjawab
permasalahan ini.
Bahan urea formaldehide (UF) merupakan jenis resin yang tepat sebagai perekat
2
pembuatan core limbah sekam padi karena harganya sangat murah (Rp.4.000,-/liter). Bahan
ini mudah diperoleh karena dibuat PT. Pamalite Adhesive Industry di Probolinggo Jawa
Timur. Bahan UF ini sangat cocok untuk digunakan sebagai perekat produk core karena
komponen core di dalam struktur panel komposit sandwich menderita pembebanan yang
rendah. Oleh karena itu, untuk menekan biaya produk panel sandwich perlu dilakukan
pemilihan bahan yang murah pada komponen yang menderita tegangan kecil, seperti bagian
core yang berada di bagian tengah panel.
Namun, jenis resin yang digunakan sebagai pembuat komposit skin diperlukan bahan
resin yang memiliki kekuatan tinggi, fluiditas tinggi dan murah. Jenis resin yang paling cocok
adalah unsaturated polyester yang harganya sekitar Rp.20.000,-/liter. Resin ini sudah tersedia
di pasaran yang disuplai oleh PT. Justus Kimia Raya Jakarta.
3
HIBAH BERSAING
LAPORAN PENELITIAN
REKAYASA DAN MANUFAKTUR BAHAN KOMPOSIT
SANDWICH BERPENGUAT SERAT RAMI DENGAN
CORE LIMBAH SEKAM PADI UNTUK PANEL
INTERIOR OTOMOTIF DAN
RUMAH HUNIAN
Oleh:
Ir. Agus Hariyanto, M.T.
Prof. Dr. Kuncoro Diharjo, S.T., M.T.
DIBIAYAI OLEH DIREKTORAT JENDERAL PENDIDIKAN TINGGI,
DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL
SESUAI DENGAN SURAT PERJANJIAN PELAKSANAAN HIBAH PENELITIAN
NOMOR: 316 / SP2H / PP / DP2M / IV / 2010, TANGGAL 12 APRIL 2010
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2010
i
ABSTRAK
Indonesia dengan masyarakat sebagain besar matapencaharian bertani mampu
menghasilkan limbah sekam padi yang sangat melimpah, dari data statistik jumlah limbah
sekam padi di Indonesia pada tahun 2007 berkisar 10,28 juta ton. Begitu pula, serat rami
(Boehmeria Nivea) juga berlimpah, seperti di daerah Koppontren Darussalam Garut Jawa
Barat. Dengan melimpahnya bahan baku tersebut, maka sebagai solusi kreatif adalah dengan
memanfaatkan sekam padi menjadi produk core dan serat ramie menjadi produk komposit.
Tujuan dari penelitian tahun 2010 ini menyelidiki teknik manufaktur panel komposit
sandwich. Optimasi kekuatan bending dan impak panel komposit sandwich serat rami poliester - core limbah sekam padi -urea formaldehide dengan variabel tebal komposit skin (1,
2, 3, 4 dan 5 mm) dan tebal core (5, 10, 15, dan 20 mm). Pembuatan prototype panel komposit
sandwich serta usulan paten panel.
Manufaktur core dilakukan dengan cetak tekan panas, sedangkan komposit skin serat
rami-UPRs dan komposit sandwich dilakukan dengan cetak tekan biasa. Pengujian fisismekanis core dan komposit skin (Tarik, bending, geser, impak , tekan, densitas, foto makro,
kestabilan dimensi) dilakukan sebagai tahap optimasi awal (HB I / tahun 2009). Komposit
sandwich diteliti dengan variasi ketebalan skin (1, 2, 3, 4, 5 mm) dan core (5, 10, 15, 20 mm).
Optimasi komposit sandwich dilakukan dengan pengujian Bending (ASTM C-393), Impak.
(ASTM D 5941), foto makro.
Hasil pengujian menunjukkan bahwa komposit sandwich pada tebal core SP – UF
tebal 10 mm memiliki kekuatan bending tertinggi pada tebal komposit skin 4 mm. Harga
kekuatan bending komposit sandwich tertinggi tersebut adalah 32,53 MPa. Dari hasil
pengujian bending sandwich core SP – skin komposit serat ramie Vf skin 40% dengan tebal
skin 2 mm variasi ketebalan core 5mm, 10mm, 15mm, dan 20mm, maka dihasilkan optimasi
nilai tertinggi hasil pengujian bending sandwich core SP – skin komposit serat ramie dengan
ketebalan core 5 mm dan Vf skin 40% tebal 2 mm sebesar 47,35 MPa. Nilai optimum hasil
pengujian impak sandwich core SP – skin komposit serat ramie dengan tebal core 10 mm dan
Vf skin 40% variasi tebal skin 1 mm, 2 mm, 3 mm, 4 mm, dan 5 mm terdapat pada sandwich
dengan ketebalan skin 2 mm. Nilai optimum baik energi serap maupun ketangguhan impak
yaitu berturut-turut sebesar 1,9770 J dan 00,0104 N/mm2. Nilai optimum hasil pengujian
impak sandwich core SP-UF dengan Vf skin 40% tebal skin 2 mm variasi tebal core 5, 10, 15,
dan 20 mm terdapat pada sandwich dengan ketebalan core 10mm. Nilai optimum rata-rata
baik energi serap maupun kekuatan impak pada sandwich dengan ketebalan core 10 mm
berturut-turut sebesar 1,9770 J dan 0,0104 N/mm2 . Kegagalan akibat beban bending dengan
variasi tebal skin dan core menunjukkan mayoritas kegagalan didominasi pada bagian core,
kegagalan dengan jenis multiple splitting area. Jenis-jenis patahan didominasi oleh kegagalan
skin dan rapuhnya core, sesuai dengan sifat fisis penyusun core yang sangat rapuh, sehingga
memudahkan terjadinya kegagalan setelah skin patah atau skin terkena beban kejut / impak
yang tinggi. Aplikatif dari penelitian ini berupa produk panel sandwich interior meja kereta
api komersial, panel rumah hunian dari bahan serat rami–poliester - sekam padi -urea
formaldehide.
Kata kunci : komposit sandwich, skin, core, bending, impak.
iii
PRAKATA
Tim peneliti memanjat kan puji syukur kepada Allah SWT yang telah memberikan
kekuatan kepada tim peneliti untuk rnelaksanakan penelitian ini dengan baik. Kami
yakin bahwa tanpa rahmat dan hidayah-Nya maka banyak kendala-kendala yang tidak
dapat dipecahkan selama penelitian ini berlangsung.
Penelitian ini mengkaji pemanfaatan limbah sekam padi dari industri pengolahan
padi, pemanfaatan serat rami dari Koppontren Darussalam Garut, Jawa Barat, Meningkatkan
pemberdayaan pemanfaatan bahan alam, Menghasilkan produk panel yang kuat dan lebih
ramah lingkungan, Tahapan Alih Teknologi.
Tim peneliti mengharapkan adanya pengembangan penelitian lanjutan oleh para
peneliti yang lain. Aplikasi dari komposit diharapkan mampu menggantikan komponen
lokal, seperti pada struktur, panelling, dan body mobil. Keuntungan penggunaan produk
dari bahan komposit adalah ringan, kuat, tahan korosi, dan murah. Keberhasilan
penelitian ini akan meningkatkan nilai ekonomis produk, mampu mengurangi
ketergantungan bahan - bahan import, dan sekaligus menanamkan kemandirian bangsa
untuk memproduksi sendiri. Konsep rekayasa skin dan core ini merupakan tahapan alih
teknologi yang di-ilhami oleh masuknya core import kayu balsa dari Australia. Penelitian ini
diharapkan dapat menciptakan keberhasilan karya teknologi hasil penggabungan
komposit dan core menjadi komposit sandwich yang inovative.
Hasil penelitian ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, masukan kritik
dan saran sangat diharapkan untuk melakukan perbaikan pada penelitian mendatang. Peneliti
juga mengucapkan banyak-banyak terima kasih kepada Direktorat Jenderal Pendidikan
Tinggi, Departemen Pendidikan Nasional yang telah membiayai penelitian ini. Atas
bantuannya dari semua pihak, diucapkan terima kasih.
Surakarta, Oktober 2010
Penulis,
Tim Peneliti
iv
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL......................................................................................
i
HALAMAN PENGESAHAN........................................................................
ii
ABSTRAK.....................................................................................................
iii
PRAKATA.....................................................................................................
iv
DAFTAR ISI..................................................................................................
v
DAFTAR GAMBAR......................................................................................
vi
DAFTAR TABEL..........................................................................................
viii
LAMPIRAN...................................................................................................
ix
BAB I.
PENDAHULUAN...........................................................................
1
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA..................................................................
4
BAB III. TUJUAN DAN MANFAAT...........................................................
26
BAB IV. METODE PENELITIAN...............................................................
29
BAB V. HASIL DAN PEMBAHASAN.......................................................
35
BAB VI. KESIMPULAN DAN SARAN.......................................................
51
DAFTAR PUSTAKA......................................................................................
52
LAMPIRAN....................................................................................................
55
v
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1. Tumpukan (a) limbah sekam padi dan (b) serat ramie
Gambar 2.1 Grafik laju pengeringan serat ramie sebagai acuan control kadar air
Gambar 2.2. Grafik tegangan tarik serat ramie tunggal perlakuan alkali 5% variasi waktu
perendaman
Gambar 2.3. Grafik tegangan tarik komposit berpenguat serat ramie terhadap variasi fraksi
volumeGambar 2.4a. Komposit dengan Vf=20%
Gambar 2.4b. Komposit dengan Vf=30%
Gambar 2.4c. Komposit dengan Vf= 40%
Gambar 2.4d. Komposit dengan Vf=50%
Gambar 2.5. Grafik kekuatan bending komposit berpenguat serat ramie variasi fraksi volume
Gambar 2.6. Grafik kekuatan bending komposit dengan Vf 40% terhadap variasi lama
perlakuan alkali
Gambar 2.7. Grafik kekuatan impak terhadap variasi fraksi volume serat(Vf)
Gambar 2.8.Grafik kekuatan impak terhadap variasi waktu perlakuan NaOH 5%
Gambar 2.9. Grafik tegangan tarik core terhadap variasi kandungan SP&UF
Gambar 2.10a. Core SP:UF=70%:30%
Gambar 2.10b. Core SP:UF= 60%:40%
Gambar 2.10c. Core SP:UF=50%:50%
Gambar 2.10d. Core SP:UF= 40%:60%
Gambar 2.10e. Core SP:UF=30%:70%
Gambar 2.11. Grafik kekuatan bending core terhadap variasi kandungan SP&UF
Gambar 2.12a. Core SP:UF= 70%:30%
Gambar 2.12b. Core SP:UF= 60%:40%
Gambar 2.12e. Core SP:UF= 30%:70%
Gambar 2.13. Grafik tegangan geser core terhadap variasi kandungan SP&UF
Gambar 2.14. Penampang patahan hasil pengujian geser core SP:UF
Gambar 2.14a. Grafik kekuatan impak core terhadap variasi kandungan SP:UF
Gambar 2.14b. Grafik kekuatan energi serap core terhadap variasi kandungan SP:UF
Gambar 2.15a. Core SP:UF= 70%:30%
Gambar 2.15b. Core SP:UF= 60%:40%
Gambar 2.15c. Core SP:UF= 50%:50%
Gambar 2.15d. Core SP:UF= 40%:60%
Gambar 2.15e. Core SP:UF= 30%:70%
Gambar 2.16. Diagram densitas core dengan variasi kandungan SP:UF
Gambar 2.17. Struktur mikro komposit dengan peletakan serat teratur. dan homogen.
Gambar 2.18. Penampang komposit sandwich (Popov, 1996)
Gambar 2.19. Karakteristik kegagalan impak
Gambar 2.20. Mekanisme pengujian geser panel sandwich (ASTM C-273).
Gambar 2.21. Prosedur manufaktur komposit dengan vacuum
Gambar 2.22. Hand lay up
Gambar 2.23. Press mold
Gambar 3.1. Skema konseptual pentingnya penelitian
Gambar 4.1. Disain penelitian tahun II (2010)
vi
Gambar 4.2. Proses Penetralisiran Serat Dari Efek Perendaman NaOH
Gambar 4.3. Manufaktur Mat Serat Rami
Gambar 4.4. Mekanisme Manufaktur Core Sekam Padi - Urea Formaldehyde
Gambar 4.5a. Manufaktur Komposit Skin
Gambar 4.5b. Manufaktur Komposit
Gambar 4.6. Pengujian geser core dan lamina core(ASTM D273)
Gambar 4.7. Pengujian impak Charpy(ASTM D 5942)
Gambar 4.8 Pengujian four-point bending komposit sandwich (ASTM C-393)
Gambar 4.9. Potensi aplikasi prototype produk hasil penelitian tahun II
Gambar 5.1.Sampel spesimen uji bending sandwich
Gambar 5.2. Mekanisme pengujian four point bending sesua ASTM C-393
Gambar 5.3. Grafik (a) defleksi, (b) momen maksimum, (c) tegangan bending komposit
sandwich dengan variasi tebal skin
Gambar 5.4. Gambar kegagalan akibat pengujian bending variasi tebal skin
Gambar 5.5 (a) defleksi (b) momen maksimunb, (c) tegangan bending komposit sandwich
dengan variasi ketebalan core 5, 10, 15, dan 20 mm
Gambar 5.6. Berbagai kegagalan pada komposit sandwich dengan variasi tebal core 5, 10, 15,
dan 20 mm dengan skin konstan 2 mm.
Gambar 5.7a. Core sekam padi
Gambar 5.7b. Sampel spesimen uji impak sandwich
Gambar 5.8 Grafik energi serap komposit sandwich dengan variasi tebal skin
Gambar 5.9. Grafik ketangguhan impak komposit sandwich dengan variasi tebal skin
Gambar 5.10. Patahan komposit sandwich dengan tebal core 10mm variasi tebal skin 2mm.
Gambar 5.11a.Kurva energi serap komposit sandwich skin 2mm variasi tebal core
Gambar 5.11b.Kurva ketangguhan impak komposit sandwich skin 2mm variasi tebal core
Gambar 5.12. Patahan hasil pengujian impak skin 2mm variasi tebal core 5mm, 10mm, 15mm,
dan 20mm
Gambar 5.13. Produk panel flat dari komposit sandwich
Gambar 5.14. master produk pintu rumah hunian yang sudah didempul
vii
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1. Bahan Baku Penelitian dan sumber pengadaannya
Tabel 5.1. Data hasil pengujian bending komposit sandwich dengan variasi tebal skin
Tabel 5.2. Data hasil pengujian bending komposit sandwich dengan variasi tebal core
Tabel 5.3.Hasil pengujian impak sandwich core SP – skin komposit serat ramie dengan
tebalcore 10 mm dan Vf skin 40% variasi tebal skin 1, 2, 3, 4, dan 5 mm
Tabel 5.4. Data hasil pengujian impak sandwich core SP-UF skin komposit serat ramie Vf skin
40% dengan tebal skin 2mm variasi ketebalan core 5, 10, 15, dan 20mm
viii
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Rancangan penelitian tahap 3 tahun 2011
Lampiran 2. Personalia Penelitian
Lampiran 3. Hasil pengujian bending variasi tebal skin dengan tebal core konstan 10mm
Lampiran 4. Hasil pengujian bending variasi tebal core dengan tebal skin konstan 2mm
Lampiran 5. Hasil pengujian impak variasi tebal skin dengan tebal core konstan 10mm
Lampiran 6. Hasil pengujian bending variasi tebal core dengan tebal skin konstan
Lampiran 7. Dokumentasi
ix
REKAYASA
RINGKASAN PENELITIAN HIBAH BERSAING
JUDUL PENELITIAN :
REKAYASA DAN MANUFAKTUR BAHAN KOMPOSIT
SANDWICH BERPENGUAT SERAT RAMI DENGAN
CORE LIMBAH SEKAM PADI UNTUK PANEL
INTERIOR OTOMOTIF DAN
RUMAH HUNIAN
OLEH:
Ir. Agus Hariyanto, M.T.
Kuncoro Diharjo, S.T., M.T., Ph.D.
DIBIAYAI OLEH DIREKTORAT JENDERAL PENDIDIKAN TINGGI,
DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL
SESUAI DENGAN SURAT PERJANJIAN PELAKSANAAN HIBAH
PENELITIAN
NOMOR: 316 / SP2H / PP / DP2M / IV / 2010, TANGGAL12 APRIL 2010
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
Oktober, 2010
0
RINGKASAN
REKAYASA DAN MANUFAKTUR BAHAN
KOMPOSIT SANDWICH BERPENGUAT SERAT RAMI
DENGAN CORE LIMBAH SEKAM PADI UNTUK
PANEL INTERIOR OTOMOTIF DAN RUMAH HUNIAN
Oleh: Agus Hariyanto, Kuncoro Diharjo
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Sesuai dengan uraian pada latar belakang, maka fokus permasalahan dalam
penelitian ini adalah (1) ketersediaan serat alam ramie perlu dimanfaatkan untuk
digunakan sebagai bahan baku produk yang memiliki kandungan teknologi tinggi agar
memiliki nilai ekonomi yang tinggi pula, (2) ketersediaan limbah sekam padi yang hanya
sebagai bahan bakar batu bata perlu digunakan untuk pembuatan produk teknologi agar
memiliki nilai teknologi dan ekonomi tinggi, (3) pengembangan panel-panel komposit
pada kendaraan mulai bergeser pada pemanfaatan bahan-bahan serat alam sesuai dengan
anjuran FAO melalui konggres "International Year of Natural Fiber 2009" dan peraturan
"End Life of Vehicle" di Eropa dan (4) rekayasa panel interior kendaraan, perlu
memperhatikan faktor fisis dan mekanis untuk menghindari korban jiwa ketika terjadi
kecelakaan yang diikuti kemampuan /sifat bahan yang tidak sesuai. Sesuai dengan fokus
permasalahan tersebut di atas, maka penelitian dengan konsentrasi pada pemanfaatan
serat alam yang dikombinasikan dengan polymer yang memiliki sifat fisis dan mekanis
tinggi dipandang sangat penting untuk dilakukan. Oleh karena itu, penelitian ini
difokuskan pada pemanfaatan bahan serat ramie dan limbah sekam padi untuk pembuatan
bahan komposit serat alam yang memiliki kemampuan fisis dan mekanis yang tinggi.
Tujuan utama penelitian ini adalah memanfaatkan limbah sekam padi dan serat
rami sebagai bahan pembuatan panel komposit untuk panel interior otomotif dan panel
rumah hunian. Hasil akhir penelitian ini adalah formulasi panel komposit serat alam
ramie yang memiliki kekuatan tinggi. Detail tujuan penelitian adalah (1) Teknik
1
manufaktur panel komposit sandwich serat ramie - poliester dengan core sekam padi urea formaldehide dengan cetak tekan terkontrol, (2) Optimasi pengaruh ketebalan skin 1,
2, 3, 4, 5 mm dengan Vf skin hasil optimasi dari hasil tahun pertama pada komposit
sandwich terhadap sifat fisis-mekanik (kekuatan bending, impak, dan foto makro), (3)
Optimasi pengaruh ketebalan core 5, 10, 15, 20 mm terhadap sifat fisis - mekanik
(kekuatan bending, impak, dan foto makro) komposit sandwich komposisi core SP:UF
hasil optimasi dari penelitian tahun pertama dan ketebalan skin hasil optimasi pada tahap
sebelumnya, (4) ) usulan paten panel.
Material penelitian adalah serat ramie acak dari kawasan kota
sekitarnya -
Garut dan
Jawa Barat, unsaturated polyester, limbah sekam padi di karesidenan
Surakarta, Urea Formaldehide, NaOH teknis. Variabel- variabel dalam penelitian ini
meliputi variasi komposisi ramie – polyester (20:80, 30:70, 40:60, 50:50) dan variasi
komposisi sekam padi - urea formaldehyde
(30:70, 40:60, 50:50, 60:40, 70:30).
Tahapan- tahapan optimasi hasil penelitian yang dicari meliputi optimasi manufaktur
core dilakukan dengan cetak tekan panas, sedangkan komposit skin serat rami-UPRs dan
komposit sandwich dilakukan dengan cetak tekan biasa. Pengujian fisis-mekanis core dan
komposit skin (Tarik, bending, geser, impak , tekan, densitas, foto makro, kestabilan
dimensi) dilakukan sebagai tahap optimasi awal (HB I / tahun 2009). Komposit sandwich
diteliti dengan variasi ketebalan skin (1, 2, 3, 4, 5 mm) dan core (5, 10, 15, 20 mm).
Optimasi komposit sandwich dilakukan dengan pengujian Bending (ASTM C-393),
Impak. (ASTM D 5941), foto makro.
Hasil pengujian menunjukkan bahwa komposit sandwich pada tebal core SP – UF
tebal 10 mm memiliki kekuatan bending tertinggi pada tebal komposit skin 4 mm. Harga
kekuatan bending komposit sandwich tertinggi tersebut adalah 32,53 MPa. Dari hasil
pengujian bending sandwich core SP – skin komposit serat ramie Vf skin 40% dengan
tebal skin 2 mm variasi ketebalan core 5mm, 10mm, 15mm, dan 20mm, maka dihasilkan
optimasi nilai tertinggi hasil pengujian bending sandwich core SP – skin komposit serat
ramie dengan ketebalan core 5 mm dan Vf skin 40% tebal 2 mm sebesar 47,35 MPa.
Nilai optimum hasil pengujian impak sandwich core SP – skin komposit serat ramie
dengan tebal core 10 mm dan Vf skin 40% variasi tebal skin 1 mm, 2 mm, 3 mm, 4 mm,
dan 5 mm terdapat pada sandwich dengan ketebalan skin 2 mm. Nilai optimum baik
2
energi serap maupun ketangguhan impak yaitu berturut-turut sebesar 1,9770 J dan
00,0104 N/mm2. Nilai optimum hasil pengujian impak sandwich core SP-UF dengan Vf
skin 40% tebal skin 2 mm variasi tebal core 5, 10, 15, dan 20 mm terdapat pada sandwich
dengan ketebalan core 10mm. Nilai optimum rata-rata baik energi serap maupun
kekuatan impak pada sandwich dengan ketebalan core 10 mm berturut-turut sebesar
1,9770 J dan 0,0104 N/mm2 . Kegagalan akibat beban bending dengan variasi tebal skin
dan core menunjukkan mayoritas kegagalan didominasi pada bagian core, kegagalan
dengan jenis multiple splitting area. Jenis-jenis patahan didominasi oleh kegagalan skin
dan rapuhnya core, sesuai dengan sifat fisis penyusun core yang sangat rapuh, sehingga
memudahkan terjadinya kegagalan setelah skin patah atau skin terkena beban kejut /
impak yang tinggi. Aplikatif dari penelitian ini berupa produk panel sandwich interior
meja kereta api komersial, panel rumah hunian dari bahan serat rami–poliester - sekam
padi -urea formaldehide.
Kata kunci : komposit sandwich, skin, core, bending, impak.
3