BAB II TINJAUAN PUSATAKA 2.1 Proses-Proses Produksi - Proses Manufaktur Dalam Pembuatan Badan Pesawat Dari Bahan Komposit Polimer Berongga Yang Memakai Serat Batang Kelapa Sawit
BAB II TINJAUAN PUSATAKA
2.1 Proses-Proses Produksi
Banyak proses dapat dipergunakan untuk menghasilkan sebuah produk yang memiliki bentuk, ukuran dan kualitas permukaan tertentu. Menurut Agssutanto, proses manufaktur (atau dalam buku ini disebut juga proses produksi) tersebut dapat dibagi atas 8 (delapan) kelompok besar yaitu:
1. Proses pengecoran (Casting Processes)
2. Proses pembentukan (Forming Processes)
3. Proses pemesinan (Machining Processes)
4. Proses produksi polimer (Polymer Processing)
5. Proses metalurgi serbuk (Powder Metalurgy)
6. Proses penggabungan (Joining Processes)
7. Proses penyelesaian akhir seperti heat treatment dan surface treatment (Finishing Processes).
8. Proses perakitan (Assembly Processes)
2.1.1 Proses Pengecoran
Pengecoran adalah suatu proses manufaktur yang menggunakan logam cair dan cetakan untuk menghasilkan komponen dengan bentuk yang mendekati bentuk geometri akhir produk jadi. Logam cair akan dituangkan atau ditekan ke dalam cetakan yang memiliki rongga sesuai dengan bentuk yang diinginkan. Setelah logam cair memenuhi rongga dan kembali ke bentuk padat, selanjutnya cetakan disingkirkan dan hasil cor dapat digunakan untuk proses sekunder.
Secara umum proses pengecoran sendiri dibedakan menjadi dua macam, yaitu traditional casting dan non-traditional atau comtenporary casting. Perbedaan secara mendasar di antara keduanya adalah bahwa contemporary casting tidak bergantung pada pasir dalam pembuatan cetakannya dan biasanya digunakan untuk menghasilkan produk dengan geometri yang kecil dibandingkan bila menggunakan traditional casting. Hasil coran non-traditional casting juga tidak memerlukan proses tambahan untuk penyelesaian permukaan. Jenis logam yang kebanyakan digunakan di dalam proses pengecoran adalah logam besi bersama-sama dengan aluminium, kuningan, perak, dan beberapa material non logam lainnya.
Beberapa proses pengecoran traditional yang dikenal antara lain adalah sand- mold casting, dry-sand casting, shell-mold casting, full-mold casting dan vacuum- mold casting. Sedangkan beberapa teknik non-traditional yang banyak dipakai antara lain high-pressure die casting, permanent-mold casting, centrifugal casting, investment casting dan plaster-mold casting.
2.1.2 Proses Pembentukan
Proses pembentukan adalah melakukan perubahan bentuk pada benda kerja dengan cara memberikan gaya luar sehingga terjadi deformasi plastis. Deformasi yang terjadi pada proses pembentukan memanfaatkan sifat material (biasanya logam) untuk “mengalir” secara plastis pada keadaan padat ke bentuk yang kita inginkan tanpa ada material yang terbuang dalam bentuk geram.
Beberapa proses pembentukan yang dikenal luas antara lain adalah proses tempa (tempa panas atau tempa dingin), ekstruksi, proses penarikan kawat, deep drawing, blanking, spinning, rolling, shearing, bending (membengkokan), stamping dan lain-lain.
2.1.3 Proses Permesinan
Proses pemotongan logam yang disertai dengan terbentuknya material sisa dalam bentuk geram (chip). Pada proses pemesinan terjadi gerakan relatif antara pahat potong dan bendakerja. Secara prinsip pahat potong jauh lebih keras dari bendakerja sehingga dengan adanya gerakan relatif dan disertai dengan terjadinya gaya geser antara pahat dan bendakerja maka material bendakerja akan terpotong. Tujuan proses pemesinan secara umum adalah untuk menghasilkan benda kerja sesuai dengan ukuran, bentuk dan kekasaran permukaan yang diminta. Tiga hal yang terakhir ini sering disebut dalam istilah manufaktur adalah keterpenuhan atas spesifikasi geometrik yang diminta pada produk. Proses pemesinan secara umum merupakan proses akhir(finishing) dari proses pembuatan komponen. Proses pemesinan dewasa ini sering dikategorikan atas proses pemotongan dengan pahat, proses abrasif dan proses pemesinan non-konvensional.
Beberapa proses pemesinan yang dikenal luas adalah proses bubut (turning), proses freis (milling), proses gurdi (drilling), memperbesar lubang (boring), gergaji (sawing), pembuatan roda gigi, gerinda (grinding), EDM (electric-discharge machining) dan lain-lain. Proses pemesinan ini merupakan bahan utama pada buku ajar Teknik Manufaktur I ini.
2.1.4 Proses Produksi Polimer
Polimer atau dikenal sebagai plastik oleh kebanyak orang adalah material non logamyang terdiri dari molekul-molekul yang menyertakan rangkaian satu atau lebih dari satu unit monomer. Polimer memiliki sifat yang khas dibandingkan material lain yaitu polimer jauh lebih ringan, tahan korosi, cukup kuat, murah dan mudah dibentuk menjadi bentuk yang komplek. Dengan sifat ini banyak produk dibuat dengan memakai material polimer sebagai substitusi bahan logam.
Tipe polimer secara garis besar dapat dibedakan antara polimer termoplastik, polimer termoset dan polimer elastomer. Polimer termoplastik bersifat lunak dan viskos (viscous) pada saat dipanasikan dan menjadi keras dan kaku (rigid) pada saat didinginkan secara berulang-ulang. Sedangkan polimer termoset hanya melebur pada saat pertama kali dipanaskan dan selanjutnya mengeras secara permanen pada saat didinginkan. Polimer jenis elastomer, misalnya karet alam, memiliki daerah elastis non linear yang sangat besar. Umumnya produk dengan bahan polimer dibuat dengan menggunakan proses cetak tekan (injection molding), ekstruksi (proses ditekan panas melalui sebuah orifice),
blow molding (diekstrusi membentuk pipa kemudian ditiup di dalam cetakan)
ataupun thermoforming (lembaran polimer yang dipanaskan ditekan ke dalam suatu cetakan).
2.1.5 Proses Metalugi Serbuk
Bahan dasar teknologi ini adalah serbuk metal (metallic powder). Secara umum proses dalam metalurgi serbuk yaitu, sejumlah serbuk dari bahan murni atau bahan paduan dipadatkan (ditekan) didalam cetakan, kemudian disinter atau dipanaskan di dalam tungku (furnace) pada temperatur tertentu. Keuntungan dari teknologi metalurgi serbuk adalah menghilangkan atau meminimalisasi proses permesinan, tidak ada material yang terbuang, ketelitian dan kehalusan permukaan tinggi, kekuatan dan ketahanan aus meningkat, serta bentuk produk yang kompleks.
2.1.6 Proses Penyambungan
Proses penyambungan adalah proses mengabungkan dua atau lebih bendakerja menjadi satu kesatuan. Proses penyambungan (joining) yang paling banyak dipakai adalah proses pengelasan (welding). Selain itu proses penyambungan yang sering dipakai dalam soldering, brazing, adhesive (bahan perekat), keling (rivetting) serta sambungan tidak tetap dengan mengunakan baut dan mur.
Proses pengelasan juga dapat dibedakan menjadi dua kategori proses yaitu fusion weldingdan solid-state welding. Yang termasuk pada kategori fusion welding antara lain las karbit (oxyacetylene), gas-tungsten arc welding, plasma-arc welding shielded-metal arc welding, dan submerged-arc welding. Sedangkan yang termasuk kategori solid-state welding antara lain adalah las titik (spot welding), friction welding, seam welding, stud welding dan flash welding.
2.1.7 Perlakuan Panas dan Permukaan
Perlakuan panas (heat treatment) adalah salah satu proses untuk mengubah struktur logam dengan jalan memanaskan benda kerja pada tungku pemanas sampai dengan temperatur rekristalisasi selama periode waktu tertentu kemudian didinginkan pada media pendingin seperti udara, air, air garam, oli dan solar yang masing-masing mempunyai kerapatan pendinginan yang berbeda-beda. Dengan adanya pemanasan atau pendinginan dengan kecepatan tertentu maka logam dan paduan memperlihatkan perubahan strukturnya yang akan mengubah juga sifat mekanik logam tersebut.
Beberapa perlakuan panas bertujuan untuk melunakkan struktur kristal, menghaluskan butir, menghilangkan tegangan dalam dan memperbaiki machineability. Jenis dari perlakukan panas antara lain disebut dengan annealing, normalizing dan homogenizing. Sedangkan perlakuan panas untuk mendapatkan kekerasan dan kekuatan yang lebih tinggi antara lain adalah celup cepat (quenching), hardening, martempering dan austempering.
Sedangkan perlakuan permukaan (surface treatment) merupakan proses untuk meningkatkan karakteristik permukaan logam seperti tahan terhadap korosi, tahan geser dan aus, permukaan yang lebih kuat dan keras serta memberikan aspek estetika tertentu. Yang termasuk dalam proses ini adalah surface hardening (seperti: carburizing, nitriding dan flame hardening), electroplating, coating, pengecatan, dan lain-lain.
2.1.8 Proses Perakitan
Proses perakitan (assembly) adalah proses pengabungan beberapa atau banyak parts atau komponen menjadi kesatuan untuk menghasilkan suatu produk akhir. Proses perakitan ini memerlukan suatu lini perakitan yang terdiri dari urutan banyak stasiun kerja dengan tugas penggabungan tertentu. Proses perakitan dapat dilakukan secara manual (dilakukan oleh operator), gabungan manual dan otomatik ataupun secara otomatik murni dengan mempergunakan robot industri. Tabel 2.1 menjelaskan bahwa setiap produk yang dihasilkan merupakan hasil perakitan banyak komponen yang dibuat dari berbagai macam proses produksi.
Tabel 2.1. Jumlah Komponen Yang Dirakit Pada ProdukProduk Jumlah komponen
Rotary lawn mower 300 Piano 12.000 Mobil 15.000 Pesawat transport C5A >4.000.000 Pesawat boing 747-400 >6.000.000 Pada umumnya proses perakitan komponen menjadi assy/produk dilakukan pada beberapa stasiun kerja manual oleh beberapa operator kerja. Di Negara maju, karena alasan mahalnya upah operator, maka proses perakitan banyak digantikan oleh stasiun kerja otomatis, dimana robot industri memegang peranan penting. Gambar 5 menjelaskan tentang gabungan beberapa stasiun kerja manual dan otomatis dengan sistem transpotasi ban berjalan dan pembawa benda kerja (pallet) untuk suatu sitem perakitan yang fleksibel, yang banyak dipakai pada negara-negara maju.
2.2 Proses Pembuatan Produk Komposit Matriks Polymer
Menurut Siswo, bahan polymer memiliki keunggulan daripada bahan logam dan ceramic yakni lebih liat juga lebih murah tetapi juga memiliki kekurangan antara lain kurang kuat, kurang baik terhadap suhu tinggi juga kurang sesuai digunakan untuk menanggung beban tinggi. Oleh sebab itu sifat bahan polymer ini harus diperbaiki lagi. Salah satu metode yang digunakan adalah dengan mencampurkan bahan serat kedalamnya, yaitu dengan menjadikannya komposit. Berbagai macam proses pembuatan produk komposit matriks polymer:
1. Cara Hand Lay-Up Cara ini merupakan metode yang paling mudah dan murah namun lambat dan membutuhkan tenaga kerja yang berpengalaman dan mahir. Prosesnya dilakukan dengan tangan dan peralatan yang sederhana yakni roller dan kuas saja, seperti diperlihatkan pada gambar 2.1. Bahan yang digunakan serat kaca sebagai tulangan dan poliester resin sebagai matriksnya. Kebanyakan produk yang dihasilkan adalah badan boat, sampan, tangki air, dan sebagainya.
Gambar 2.1 Cara Hand Lay Up2. Cara Semprot/Semburan
Semprotan/semburan dilakukan secara serentak dengan campuran serat yang tak beraturan, biasanya serat kaca dan resin keatas permukaan mal menggunakan alat penyemprot (spray gun) dengan tekanan yang sesuai. Roller juga dipergunakan untuk meratakan dan mengeluarkan udara yang terperangkap, seperti diperlihatkan pada gambar 2.2.
Gambar 2.2 Cara Semprot/Semburan3. Cara Kantong Vakum (Vacum Bag) Melalui cara ini cairan komposit resin dan cetakan dimasukan kedalam kantong atau membran yang lentur kemudian bagian dalam kantong dikeluarkan dengan cara divakum, diperlihatkan gambar 2.3.
Gambar 2.3 Cara Kantong Vakum (Bag Vacum)Ini menyebabkan tekanan atmosfir dari arah luar menekan kantong atau membran secara seragam keatas resin komposit yang basah ini. Tekanan kerja sekitar 383 kPa.
4. Cara Kantong Tekanan (Pressure Bag) Cara kantong tekanan digunakan apabila dibutuhkan tekanan yang lebih besar dari tekanan kantong vakum. Tekanan yang diberikan dari sebelah luar seperti ditampilkan pada gambar 2.4.
11
Gamabar 2.4 Cara Kantong Tekanan (Pressure Bag)
5. Cetakan Autoklaf Cara ini dilakukan apabila tekanan kerja melebihi dari kantong bertekanan. Tekanan yang diberikan dapat mencapai 1380 kPa, diperlihatkan pada gambar 2.5 (a) dan (b).
Gambar 2.5 (a) dan (b) Cetakan AutokafUmumnya produk yang dihasilkan dengan standar aeronautical dipergunakan antara lain untuk komponen struktur pesawat terbang (bagian ekor dan sayap), mobil racing F1 dan raket tenis.
6. Cara Cetakan Suntikan (Injection Moulding) Metode suntikan sesuai untuk produksi masal tetapi hanya untuk komponen kecil. Cara ini dapat menghemat tenaga kerja selain juga lingkungan kerja yang bersih dan terjamin keselamatan kerja. Cara ini merupakan penggabungan antara metode suntuk dan juga dibantu dengan alat vakum (gambar 2.6). produk yang dihasilakn banyak digunakan untuk komponen otomotif dan tempat duduk kereta api.
Gambar 2.6 Cara Cetakan Suntikan (Injection Moulding)7. Proses Pultrusi (Pultrusion)
12
Pultrusi merupakan teknik pemprosesan istimewa yang menggabungkan serat penguat dan resin matriks dalam alat yang sesuai untuk menghasilkan profil penguatan dengan ketahanan membujur yang baik. Serat ditarik keluar melalui rendaman resin juga melalui pewarna yang dipanaskan, seperti diperlihatkan gambar
2.7. Proses ini merupakan cara yang cepat dan ekonomis dimana kandungan resin dan serat dapat diatur takarannya sesuai dengan yang diinginkan. Sifat struktur juga sangat baik karena profil yang dihasilkan mempunyai serat yang lurus dan pecahan isi paduan serat yang tinggi. Contoh produk yang dihasilkan adalah sambungan yang digunakan dalam struktur jembatan, tangga, dan sebagainya.
Gambar 2.7 Proses Pultrusi (pultrusion)2.3 Komposit
Menurut Herman, komposit adalah bahan yang dicampurkan dua atau lebih tahap yang berbeda. Oleh karena itu komposit bersifat heterogen. Komposit adalah material yang satu tahap berlaku sebagai sebuah penguatan terhadap tahap kedua. Tahap kedua disebut matriks.
Umumnya dalam komposit terdapat bahan yang disebut sebagai “matriks” dan bahan “penguat”. Bahan matriks umumnya dapat berupa logam, polimer, keramik, karbon. Matriks dalam komposit berfungsi untuk mendistribusikan beban kedalam seluruh material penguat komposit. Sifat matriks biasanya “ulet” (ductile). Bahan penguat dalam komposit berperan untuk menahan beban yang diterima oleh material komposit. Sifat bahan penguat biasanya kaku dan tangguh. Bahan penguat yang umum digunakan selama ini adalah serat karbon, serat gelas, keramik. Serat alam sebagai jenis serat yang memiliki kelebihan-kelebihan mulai diaplikasikan sebagai bahan penguat dalam komposit polimer.
Pada umumnya konsep material komposit yang dibuat dapat dibagi kedalam tiga kelompok utama :
1. Komposit Matrik Polimer (Polymer Matrix Composites – PMC). Bahan ini merupakan bahan komposit yang sering digunakan disebut, Polimer Berpenguatan Serat (FRP – Fibre Reinforced Polymers or Plastics) – bahan ini menggunakan suatu polimer-berdasar resin sebagai matriknya, dan suatu jenis serat seperti kaca, karbon dan aramid (Kevlar) sebagai penguatannya.
2. Komposit Matrik Logam (Metal Matrix Composites – MMC). Ditemukan berkembang pada industri otomotif, bahan ini menggunakan suatu logam seperti aluminium sebagai matrik dan penguatnya dengan serat seperti silikon karbida.
3. Komposit Matrik Keramik (Ceramic Matrix Composites – CMC). Digunakan pada lingkungan bertemperatur sangat tinggi, bahan ini menggunakan keramik sebagai matrik dan diperkuat dengan serat pendek, atau serabut-serabut (whiskers) dimana terbuat dari silikon karbida atau boron nitride. Secara garis besar komposit dapat diklasifikasikan menjadi empat macam, antara lain :
1.Material serat komposit (Fibrous composites materials) Terdiri dari dua komponen penyusun yaitu matriks dan serat. Skema penyusunan serat dapat dibagi menjadi tiga.
a) Serat berturut,
b) Serat terputus,
c) Serat acak terputus
2. Material komposit berlapis (Laminated composites materials) Terdiri dari dua atau lebih lapisan material yang berbeda dan digabung secara bersama-sama. Laminated composite dibentuk dari dari berbagai lapisan-lapisan dengan berbagai macam arah penyusunan serat yang ditentukan yang disebut lamina. Yang termasuk Laminated composites (komposit berlapis) yaitu : a) Bimetals
b) Cladmetals
4. Kombinasi dari ketiga tipe di atas Secara umum, sifat-sifat komposit ditentukan oleh :
Pengembangan berbagai jenis komposit telah meningkatkan permintaan untuk pengecoran resin. Komposit ringan yang banyak digunakan antara lain pada angkatan laut, otomotif, dll.
Menurut Azom, composite casting resin adalah proses pengecoran plastik di mana resin sintetik cair diisi dalam cetakan dan dibiarkan mengeras. Secara tradisional proses ini digunakan untuk produksi skala kecil seperti prototype industry dan produk kedokteran gigi. Hal ini juga dapat digunakan oleh penggemar dan produsen untuk membuat mainan, model skala, model objek, patung-patung, dan produksi perhiasan skala kecil. Casting resin relative sangat mudah digunakan.
d) Geometri dan orientasi serat pada komposit
c) Rasio serat terhadap resin dalam komposit (Fraksi Volume Serat – Fibre Volume Fraction)
b) Sifat-sifat resin
a) Sifat-sifat serat
d) Material komposit partikel logam di dalam matriks logam
c) Laminated Glass
c) Material komposit partikel non-logam di dalam matriks logam
b) Material komposit partikel logam di dalam matriks non-logam
a) Material komposit partikel non-logam di dalam matriks non-logam
Empat kombinasi yang digunakan sebagai matriks komposit partikel :
3. Material komposit partikel (Particulate composites materials) Terdiri dari satu atau lebih partikel yang tersuspensi di dalam matriks dari matriks lainnya. Partikel logam dan non-logam dapat digunakan sebagai matriks.
d) Plastic-Based Laminates
2.4 Composite Casting Resin
Proses sederhana untuk pengecoran resin adalah pengecoran gravitasi. Dalam proses ini, resin dituangkan kedalam cetakan dan dibiarkan mengalir oleh gravitasi. Bila resin dicampur, gelembung udara dapat terjadi dalam cairan, ini dapat dihapus dalam ruang vakum. Pengecoran ini juga dapat dilakukan dalam ruang vakum terutama ketika menggunakan cetakan terbuka, untuk mengekstrak gelembung. Hal ini juga dapat dilakukan dalam panic tekanan untuk mengurangi ukuran gelembung udara ketitik di mana mereka tidak terlihat. Akhirnya, tekanan dan gaya sentrifugal dapat digunakan untuk mendorong cairan resin sesuai dengan cetakan.
2.4.1 Jenis Resin Casting untuk Manufaktur Komposit
Ada beberapa jenis resin pengecoran tersedia di pasar :
1. Polyurethane casting resins- digunakan bersama dengan cetakan karet silicon untuk menghasilkan coran plastik yang tepat dari bagian asli atau prototype cepat. Resin ini memiliki stabilitas termal yang sangat baik, viskositas yang sangat rendah, ketahanan panas yang tinggi, dan dapat dengan mudah berpigmen untuk mencapai berbagai macam warna. Mereka mampu mereproduksi detail permukaan yang sangat unik. Hal ini relative murah, dan biayanya bahkan efektif untuk coran dengan ukuran yang lebih besar. Ini juga sangat mudah bentuk dan di cetak.
2. Water clear polyurethane casting resins – memiliki kinerja tinggi, ultra-clear casting resin dapat digunakan dalam clear casting, prototyping cepat, dan objek embedding / enkapsulasi. dapat dipoles pada gloss tinggi dan UV yang stabil.
3. Water clear polyester casting resins- ini cocok untuk objek embedding, pengecoran patung, membuat perhiasan dan mengatur desain.
4. Aluminium-filled epoxy casting resins- ini dirancang untuk aplikasi perkakas suhu tinggi dan dikenal untuk property sangat keras.
2.4.2 Material Komposit Resin Casting
1. Acrylic - Ada beberapa jenis resin akrilik. Sebagai contoh, jenis metakrilat metal dari resin sintetis yang digunakan untuk memproduksi kaca akrilik seperti Plexi glass, yang lebih dari polimer plastic bukan kaca. Resin ini sangat ideal untuk embedding objek.
2. Epoxy - resin Epoxy memiliki viskositas rendah dari pada resin poliuretan. Ini adalah resin polieter yang mengandung lebih dari satu kelompok epoxy.
Mereka mampu diubah menjadi bentuk termoset.
3. Polyester - resin polyester tak jenuh yang diproduksi oleh reaksi kondensasi antara asam seperti anhidrida ftalat, anhidrida maleat, asam isoftalat, dan glikol ( propilen glikol, di-etilena glikol, mono-etilena glikol ). Umumnya digunakan untuk aplikasi plastik yang diperkuat.
2.4.3Aplikasi dalam Bahan Komposit
Berikut ini adalah area aplikasi utama resin komposit pengecoran : 1. Kaki palsu dan aplikasi lain yang berhubungan.
2. UV stabilized yang dimodifikasi untuk translucent sheets.
3. Encapsulation potting for chokes dan transformer untuk aplikasi isolator listrik.
4. Aplikasi pada pultrusion.
5. Vacuum forming.
6. Alattekan platen.
7. Garage kits.
8. Aplikasi yang membutuhkan kejelasan ekstrim 9. Dekorasi dan aplikasi artistik.
2.5 Proses Manufaktur
2.5.1 Dasar-Dasar Proses Manufaktur
Menurut Slamet, perkembangan proses manufaktur modern dimulai sekitar tahun 1980-an. Terjadinya perang sipil membuat banyak kemajuan proses manufaktur di Amerika. Eksperimen dan analisis pertama dalam proses manufaktur dibuat oleh Fred W. Taylor ketika menerbitkan tulisan tentang pemotongan logam yang merupakan dasar-dasar dari proses manufaktur. Kemudian diikuti oleh Myron L., Begemen sebagai pengembangan lanjutan proses manufaktur
Sejak pertama digunakannya mesin-mesin perkakas, secara perlahan berkecenderungan untuk menggunakan mesin lebih efisien, yaitu dengan mengkombinasikan proses manufaktur dan semakin digunakannya mesin sebagai pengganti manusia untuk menurunkan waktu pemrosesan dan jumlah tenaga kerja.
Sejalan dengan perkembangan mesin-mesin produksi, kualitas proses manufaktur menjadi tuntutan. Berkembangnya pemahaman tentang inchangeable mengharuskan pengendalian dimensi produk secara ketat, sehingga proses perakitan dapat berjalan cepat, biaya rendah khususnya pada produksi massal. Untuk menjaga agar dimensi produk tetap terkendali, maka mengharuskan penyediaan fasilitas inspeksi yang memadahi.
Untuk menghasilkan produk yang kompetitif, maka menjadi penting untuk merancang produk yang lebih murah, berkaitan dengan material, proses manufaktur atau pemindahan dan penyimpanannya. Suatu produk dirancang mempunyai kekuatan yang tinggi, tahan korosi, mempunyai umur pakai yang panjang atau yang lain , namun demikian criteria ekonomis tetap dipertimbangkan. Untuk komponen- komponen yang diproduksi secara masal, perancangan disesuaikan denga mesin- mesin yang ada, yaitu untuk minimasi berbagai macam waktu set-.up.
Pemilihan mesin atau proses manufaktur untuk menghasilkan produk merupakan pengetahuan tentang metode proses manufaktur. Faktor-faktor yang dipertimbangkan dalam pemilihan proses manufaktur meliputi jumlah produk, kualitas akhir produk, dan keterbatasan dari peralatan yang ada. Kenyataanya, suatu produk dapat dibuat melalui berbagai macam metode, tetapi secara ekonomis biasanya ada satu jalan yang dipilih.
2.5.2 Faktor-Faktor Proses Manufaktur
Proses manufaktur merupakan suatu proses pembuatan benda kerja dari bahan baku sampai barang jadi atau setengah jadi dengan atau tanpa proses tambahan. Suatu produk dapat dibuat dengan berbagai cara, di mana pemilihan cara pembuatannya tergantung pada :
Jumlah produk yang dibuat akan mempengaruhi pemilihan proses pembuatan sebelum produksi dijalankan. Hal ini berkaitan dengan pertimbangan segi ekonomis.
Kualitas produk yang ditentukan oleh fungsi dari komponen tersebut. Kualitas produk yang akan dibuat harus mempertimbangkan kemampuan dari produksi yang tersedia.
Fasilitas produksi yang dimiliki yang dapat digunakan sebagai pertimbangan segi kualitas dan kuantitas produksi yang akan dibuat. Penyeragaman (standarisasi), terutama pada produk yang merupakan komponen atau elemen umum dari suatu mesin, yaitu harus mempunyai sifat mampu tukar (interchangeable). Penyeragaman yang dimaksud meliputi bentuk geometri dan keadaan fisik.
2.6 Bahan Komposit Polymeric Foam
2.6.1 Polyester Resin
Menurut Siswo, bahan ini tegolong polimer thermoset dan memiliki sifat yang dapat mengeras pada suhu kamar dengan penggunaan katalis tanpa pemberian tekanan ketika proses pencetakannya menjadi suatu peralatan tertentu.
Resin polyester tak jenuh merupakan hasil reaksi antara asam basa tak jenih seperti anhidrid ftalat dengan alkohol dihidrat seperti etilen glikol.
Struktur material yang digunakan delam penelitian ini ialah jenis struktur
crosslink dengan keunggulan pada daya tahan yang lebih baik terhadap pembebanan
tertentu. Hal ini disebabkan molekul yang dimiliki bahan ini adalah dalam bentuk rantai molekul raksasa atom-atom karbon yang saling berhubungan satu dengan yang lainnya. Dengan demikian struktur molekulnya menghasilkan efek peredaman yang cukup baik terhadap beban yang diberikan. Kekuatan bahan ini diperoleh ketika dalam keadaan komposit, dimana telah bercampur dengan bahan-bahan penguat, seperti serat kaca, karbon, dan lain-lain. Sementara dalam keadaan tunggal, bahan ini memiliki sifat kaku dan rapuh. Data mekanik material polyester diperlihatkan pada Tabel 2.2
Tabel 2.2 Karakteristik Mekanik Polyester ResinTak JenuhSifat Mekanik Satuan Besaran
-3
Berat Jenis ( Mg . m 1.2 s/d 1.5
ρ)
Modulus Young (E) GPa 2 s/d 4.5
T ) MPa 4- s/d 90
Kekuatan Tarik (σ
- Sumber data: Siswo Pranoto (2010)
2.6.2 Batang Kelapa Sawit (BKS)
Menurut Rahmadhani, kelapa sawit (Elaeis guineensis Jacq) yaitu merupakan tumbuhan dari ordo : Palmales, family : Palmaceae, sub family : Cocoideae. Tumbuhan ini termasuk tumbuhan monokotil dengan ciri-ciri tidak memiliki kambium, pertumbuhan sekunder, lingkaran tahun, sel jari-jari, kayu awal, kayu akhir, cabang, mata kayu. Pertumbuhan dan pertambahan diameter batang berasal dari pembelahan secara keseluruhan dan pembebasan sel pada jaringan dasar parenkim serta pembesaran serat dari berkas pembuluh. Batang terdiri dari serat dan parenkim. Pohon kelapa sawit produktif sampai umur 25 tahun, ketinggian 9-12 meter dan diameter 45-65 cm yang di ukur pada ketinggian 1,5 meter dari permukaan tanah. Jika tanaman telah mencapai dari 12 meter sudah sulit untuk dipanen, maka pada umumnya tanaman di atas 25 tahun sudah diremajakan. Batang kelapa sawit memiliki jaringan parenkim dan serat (gambar 2.1).
Gambar 2.8. Penampang Melintang Batang Kelapa Sawit Komponen-komponen yang terkandung dalam kayu kelapa sawit adalah selulosa, lignin, parenkim, air, dan abu dan pati (Tomimura, 1992). Kandungan parenkim dan air meningkat sesuai dengan ketinggiannya. Tingginya kadar air menyebabkan kestabilan dimensi batang kelapa sawit rendah. Parenkim pada bagian atas pohon mengandung pati hingga 40 % ini menyebabkan sifat fisik dan mekanik batang kelapa sawit juga rendah, yaitu mudah patah, retak dan mudah diserang rayap (Tomimura, 1992).Kerapatan kayu batang kelapa sawit berkisar dari 0,2 g/ml sampai 0,6 g/ml dengan kerapatan rata-rata 0,37 g/ml (Lubis, A. U., 1994). Persentase kandungan dari kayu kelapa sawit dapat dilihat pada tabel 2.1.
Tabel 2.3. Persentase Komponen-Komponen Kayu Kelapa SawitKomponen Kandungan %
Air 12,5 Abu 2,25
SiO
2 0,48
Lignin 17,22 Hemiselulosa 16,81
30,77 α-selulosa
Pentosa 20,05
- Sumber data: Rahmadhani Banurea (2011)
Sumatera salah satu penghasil kelapa sawit terbesar. Oleh karena itu, pemanfaatan limbah kelapa sawit sangat di perlukan. Dalam skripsi ini akan dibahas pemanfaatan dari batang kelapa sawit. Alasan pemilihan batang kelapa sawit karena kelapa sawit memiliki nilai akustik yang baik dikarenakan batang kelapa sawit memiliki sifat lembut dan struktur yang berpori sehingga dapat menyerap energy suara.
2.6.3 Chemical Blowing Agent
Menurut Siswo, blowing agent berfungsi untuk menghasilkan jenis plastik dengan struktur bangunan sel-sel berongga seperti diperlihatkan pada gambar 2.10. Bahan ini akan mempermudah terbentuknya busa dengan munculnya gelembung- gelembung tersebut. Jenis blowing agent yang digunakan sebagai bahan campuran
21
pembuatan body pesawat ini ialah polyurethane (PU) terdiri dari polyol 55% dan isocyanate 45%.
Gambar 2.9 Ilustrasi Komposit Berongga2.6.3.1 Isocyanate
Properti polyurethane foam yang dihasilkan, juga sangat berpengaruh dari jenis isocyanate yang digunakan. Menurut Rizal, jenis isocyanate yang banyak digunakan adalah aromatic dan aliphatic. Beberapa contoh isocyanate yang banyak digunakan dalam pembuatan polyurethane foam adalah toluene diisocyanate (TDI) dan diisocyanate diphenylmethane (MDI). Toluene diisocyanate adalah salah satu jenis isocyanate yang paling sering digunakan. TDI terdiri dari campuran dari 2,4 – dan 2,6-toluene diisocyanate isomer. Produk yang paling sering digunakan adalah TDI-80 yang terdiri dari 80% dari 2,4-isomer dan 20% dari 2,6-isomer. Biasanya TDI digunakan dalam memproduksi low density foam.
Gambar 2.10 Rumus Kimia Isocyanate2.6.3.2 Polyol / Polypropilene Glicol PPG Salah satu komponen penting dalam pembuatan polyurethane adalah polyol.
Polyol dapat bereaksi dengan polyisocyanate untuk membuat polyurethane. Menurut
22
Ilalazir, polyol yang mengandung dua gugus hidroksil disebut diol dan yang mengandung tiga gugus hidroksil disebut triol, dll. Secara umum, jenis polyol yang digunakan dalam pembuatan polyurethane terbagi menjadi dua yaitu polyol yang terbuat dari produk alami dan polyol yang dibuat secara sintetis. Sebagai polyol alami, castor oil banyak digunakan karena mengandung tiga grup hidroksil yang akan menghasilkan cross-linked polymers. Sedangkan polyol yang dibuat secara sintetis terbagi menjadi dua yaitu polyester polyol dan polyether polyol. Sekitar 90% polyol yang digunakan untuk membuat polyurethane adalah berjenis polyether yang diapit gugus-gugus hidroksil. Polyester polyol biasanya lebih mahal daripada jenis polyether polyol. Polyether polyol dan polyester polyol hanya terlarut sebagian (partially miscible) satu dan lainnya. Secara thermal, polyether polyol lebih tidak stabil dan lebih mudah teroksidasi daripada polyester polyol, namun polyether polyol lebih stabil untuk reaksi saponifikasi.
Saat ini pembuatan polyol yang digunakan untuk membuat polyurethane telah dikembangkan agar mempunyai tingkat reaktifitas yang tinggi saat bereaksi dengan isocyanate untuk memproduksi polyurethane dengan sifat khusus. Saat ini juga ditemukan penggunaan polyol triol dalam pembuatan polyurethane yaitu polypropylene glycol (PPG) three function, glycerol, dll. Penggunaan polyol triol ini mulai dikembangkan karena apabila monomer yang digunakan untuk polimerisasi mempunyai lebih dari dua gugus fungsi, akan menciptakan crosslinking dalam jaringan polimernya sehingga akan dihasilkan polyurethane dengan sifat khusus.
(OC
3 H 6 )nOH
n(OC
3 H 6 )OH (OC
3 H 6 )nOH
Gambar 2.11 Rumus Bangun PolyPpropylene Glycol Triol2.6.4. Pembersih Serat
Pembersih serat yang digunakan adalah sodium hydroxide (NaOH) konsentrasi 1molar dengan volume pemakaian sebesar 1% dari volume air yang digunakan untuk merendam TKKS. Bahan ini berfungsi sebagai pengikat sisa lemak perebusan TKKS sehingga membentuk larutan sabun yang terpisah dengan serat.
2.6.5 Katalis
Katalis merupakan bahan kimia yang digunakan untuk mempercepat proses pengerasan komposit pada kondisi suhu kamar dan kondisi udara terbuka. Selain itu pemberian katalis dapat digunakan untuk mengatur pembentukan blowing agent, sehingga tidak mengembang secara berlebihan, atau terlalu cepat mengeras yang dapat mengakibatkan terhambatnya pembentukan gelembung. Jenis katalis yang digunakan ini adalah metil etil keton peroxida (MEKP) atau dikenal juga dengan istilah butanone peroxide.
2.7 Formulasi Campuran Polymeric Foam
Untuk membuat produk yang berkualitas, dibutuhkan bahan/material
polymeric foam dengan campuran yang baik. Dari hasil penelitian Zulfikar (2010)
diperoleh variasi campuran seperti ditampilkan pada tabel 2.4:
Tabel 2.4 Variasi Formulasi Campuran Polymeric Foam3 No. B.A. Resin Serat Katalis )
Ρ (kg/m 1 20% 60% 10% 10% 1096 2 30% 50% 10% 10% 945 3 40% 40% 10% 10% 936 4 0% 80% 10% 10% 1124 5 20% 65% 5% 10% 1108 6 20% 55% 15% 10% 1077 7 40% 35% 15% 10% 872 8 10% 70% 10% 10% 1022
- Sumber data: Zulfikar (2010)
Dan menyimpulkan formulasi campuran yang baik adalah:
3. Semakin tinggi presentase pemakaian resin semakin baik kekuatan tariknya yakni presentase resin diatas 60%
1. Pada variasi pertama dihasilkan dengan nilai rata-ratanya: Maximum Force = 66.7133 kgf Maximum stroke = 0.78733 mm Maximum strain = 0.00984166 Maximum stress = 9.08969166 MPa Maximum elastic modulus = 1371.81733 MPa
Setiawan maka diperoleh hasil dengan rata-rata pengujian tarik sebagai berikut:
3. Resin 65%, Blowing Agent 30%, Serat Batang Kelapa Sawit 5% Berdasarkan pengujian tarik dan tekan yang dilakukan oleh teman saya Andri
2. Resin 75%, Blowing Agent 20%, Serat Batang Kelapa Sawit 5%
1. Resin 85%, Blowing Agent 10%, Serat Batang Kelapa Sawit 5%
Dalam mencari karakteristik material kami, melakukan pengujian tarik dan tekan dengan menggunakan 3 variasi,yaitu:
Berdasarkan penelitian tersebut variasi campuran pada tabel 2.3 yaitu nomor 1, nomor 5 dan nomor 8 adalah baik diaplikasikan, tetapi yang lebih baik adalah variasi campuran nomor 1.
4. Pemakaian blowing agent diatas 20% didapat hasil sebaran gelembung yang relatif tidak seragam dan tidak merata.
2. Pemakaian blowing agent dibawah 40%
1. Campuran yang memiliki berat jenis yang mendekati berat jenis air, komposisi resin diatas 50%, yaitu: komposisi resin 55%: ρ= 1077 kg/m
3 .
, dan resin 80%:ρ= 1124kg/m
3
, resin 70%: ρ= 1122 kg/m
3
, resin 65%: ρ= 1108 kg/m
3
, resin 60%: ρ= 1096 kg/m
3
2.8 Karakteristik Material
2. Pada variasi kedua dihasilkan dengan nilai rata-ratanya: Maximum Force = 45.36 kgf Maximum stroke = 1.13733 mm Maximum strain
= 0.0142166 Maximum stress = 6.1803 MPa Maximum elastic modulus
= 669.82082 MPa
3. Pada variasi ketiga dihasilkan dengan nilai rata-ratanya: Maximum Force = 16.533 kgf Maximum stroke = 2.037 mm Maximum strain = 0.0254625 Maximum stress = 2.25266 MPa Maximum elastic modulus = 230.86012 MPa Sedangkan dalam pengujian tekan diperoleh hasil sebagai berikut:
1. Pada variasi pertama dihasilkan dengan nilai rata-ratanya: Maximum Force = 1368.1866 kgf Maximum stroke = 16.64366 mm Maximum strain = 0.2412125 Maximum stress
= 13.186194 MPa Maximum elastic modulus = 464.349844 MPa
2. Pada variasi kedua dihasilkan dengan nilai rata-ratanya: Maximum Force = 1152.1866 kgf Maximum stroke = 16.27433 mm Maximum strain = 0.2358599 Maximum stress = 11.1044 MPa Maximum elastic modulus
= 449.08672 MPa
3. Pada variasi ketiga dihasilkan dengan nilai rata-ratanya: Maximum Force = 230.5633 kgf Maximum stroke = 16.872 mm
Maximum strain = 0.24452 Maximum stress = 2.222103 MPa Maximum elastic modulus = 128.02774 MPa Selanjutnya dalam hal mencari massa jenis, dilakukan oleh teman saya
Fransdinata dan memperoleh hasil sebagai berikut:
3
1. Rata-rata Massa jenis variasi pertama = 865.63 kg/m
3
2. Rata-rata Massa jenis variasi kedua = 539.56 kg/m
3
3. Rata-rata Massa jenis variasi ketiga = 236.38 kg/m
2.9 Pengaruh Pelakuan Alkali ( NaOH)
Alkali apabila dicampur dengan serat akan mengubah sifat fisis mekanis serat kelapa sawit. Berdasarkan penelitian yang dilakukan Widya maka dihasilkan tabel perlakuan alkali terhadap variasi konsentrasi dan variasi waktu perendaman. Seperti ditampilkan pada tabel 2.5. Keterangan:
A1 = konsentrasi 1% A2 = konsentrasi 3% A3 = konsentrasi 5%
= waktu perendaman 24 jam B1 B2 = waktu perendaman 48 jam
= waktu perendaman 72 jam B3 C1 = spesimen pertama
= spesimen kedua C2 C3 = spesimen ketiga
Tabel 2.5 Rekapitulasi Nilai KeseluruhanKode Sifat Fisis Sifat Mekanis KKU g/cm 3 KKO g/cm 3 KA % PT % DS %
IB g/cm 2 KPS kg MOE kg/cm 2 MOR kg/cm 2 Kontrol 1 0,67 0,67 13,61 45,19 126,89 2,498 24,4 13.168,3 228,2
Kontrol 2 0,65 0,64 13,44 40,30 122,87 2,214 30,8 10.831,6 163,1 Kontrol 3 0,71 0,65 12,25 40,71 95,31 1,596 24 9.745,4 154,1 Rata-Rata 0,68 0,65 13,1 42,07 115,02 2,103 26,4 11.248,5 181,8
A1B1C1 0,98 0,69 25,59 36,22 106,48 2,141 32 12.210,8 202,1 A1B1C2 0,73 0,69 13,44 40,33 119,14 3,579 24 10.477,2 167 A1B1C3 0,72 0,7 13,42 39,49 118,44 2,249 24,4 11.416,2 176,7
Rata-Rata 0,79 0,69 17,48 38,68 114,69 2,249 26,8 11.257,1 185,3 A1B2C1 0,69 0,65 12,45 40,12 135,01 5,383 16 4.533,6 157,2 A1B2C2 0,68 0,65 12,08 37,96 123,09 4,682 21,6 8.778,4 145,7
A1B2C3 0,65 0,63 19,81 43,60 118 5,152 22,4 8.856,6 164,8 Rata-Rata 0,68 0,64 14,78 40,59 125,37 5,072 21,3 7.389,5 155,9 A1B3C1 0,75 0,68 15,55 43,48 113,86 2,316 28,8 17.022,9 197,7 A1B3C2 0,84 0,79 10,88 42,09 104,19 2,106 23,6 13.192,8 306,5 A1B3C3 0,77 0,72 14,93 36,04 111,56 2,173 22 12.720,9 196,3 Rata-Rata 0,77 0,73 13,79 40,54 109,87 2,198 24,8 14.312,2 233,5 A2B1C1 0,59 0,53 13,16 36,43 135,31 2,119 18,4 8.868,6 144,2 A2B1C2 0,61 0,6 14,32 33,81 130,92 3,759
18 9.944,6 140,9 A2B1C3 0,67 0,63 13,86 36,19 113,03 3,803 18,2 7.804 113,5 Rata-Rata 0,62 0,59 13,78 35,49 126,42 3,227 18,2 8.872,4 132,9 A2B2C1 0,69 0,67 12,42 37,54 117,92 2,801 11,2 10.658 182
A2B2C2 0,66 0,62 18,88 32,07 114,29 2,541 24,4 10.768,2 132 A2B2C3 0,69 0,63 17,62 30,18 109,35 2,713 23,6 7.233,8 141,9 Rata-Rata 0,68 0,63 16,31 33,27 113,85 2,686 19,7 9.553,4 152 A2B3C1 0,68 0,63 16,24 35,48 116,64 3,884 24,8 7.310,5 163,9
A2B3C2 0,7 0,64 18,67 31,06 117,11 3,142 30,2 6.315,6 157 A2B3C3 0,85 0,88 10,39 53,84 98,17 2,662 28 11.742,7 357,8 Rata-Rata 0,74 0,72 15,1 40,13 110,64 3,229 27,6 8.456,3 226,2
A3B1C1 0,74 0,7 15,41 44,44 114,89 6,56 8 7.300,8 157,4 A3B1C2 0,72 0,69 19,83 32,27 97,16 3,67 12 7.629,7 146 A3B1C3 0,79 0,79 8,24 60,26 121,58 4,232 20,4 21.911,7 349,7
Rata-Rata 0,75 0,73 14,49 45,66 111,21 4,821 13,4 12.280,6 207,7 A3B2C1 0,65 0,62 20,99 29,51 114,06 3,983 26 4.399,1 106,8 A3B2C2 0,69 0,63 13,39 22,71 109,06 2,5 23,2 9.206 123,5
A3B2C3 0,65 0,61 15,76 39,4 130,22 3,034 21,2 4.906 134 Rata-Rata 0,66 0,62 16,71 30,54 117,78 3,162 23,4 6.170,4 121,5 A3B3C1 0,68 0,67 15,38 32,89 131,23 2,532 30 7.234,8 111,7 A3B3C2 0,69 0,58 25,65 33,46 119,86 3,954
26 5.178,3 107,7 A3B3C3 0,63 0,61 20,05 33,49 119,08 1,911 27,6 5.724 114,1 Rata-Rata 0,66 0,62 20,36 33,27 123,39 2,799 27,6 6.045,7 111,1
- Sumber data: Widya Fatriasari(2001)
Berdasarkan tabel diatas maka dapat didapat kesimpulan apabila waktu rendaman semakin lama maka nilai modulusnya akan semakin berkurang dan apabila konsentrasinya bertambah maka nilai modulusnya akan semakin berkurang. Maka waktu perendaman yang paling bagus ialah 24 jam dengan menggunakan konsentrasi 1%.