DESAIN STRUKTUR DAN PEMBUATAN PARKING
BUMPER DARI BAHAN POLYMERIC FOAM
DIPERKUAT SERAT TANDAN KOSONG
KELAPA SAWIT (TKKS) TERHADAP
BEBAN IMPAK DAN TEKAN
TESIS
SYURKARNI ALI
097015012/MTM
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
DESAIN STRUKTUR DAN PEMBUATAN PARKING
BUMPER DARI BAHAN POLYMERIC FOAM
DIPERKUAT SERAT TANDAN KOSONG
KELAPA SAWIT (TKKS) TERHADAP
BEBAN IMPAK DAN TEKAN
TESIS
SYURKARNI ALI
097015012/MTM
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
DESAIN STRUKTUR DAN PEMBUATAN
PARKING
BUMPER
DARI BAHAN
POLYMERIC FOAM
DIPERKUAT SERAT TANDAN KOSONG
KELAPA SAWIT (TKKS) TERHADAP
BEBAN IMPAK DAN TEKAN
TESIS
Untuk Memperoleh Gelar Magister Teknik
dalam Program Magister Teknik Mesin
pada Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara
OLEH
SYURKARNI ALI
097015012/MTM
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
Judul Penelitian :
DESAIN STRUKTUR DAN PEMBUATAN
PARKING BUMPER
DARI BAHAN
POLYMERIC FOAM
DIPERKUAT SERAT
TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT
(TKKS) TERHADAP BEBAN IMPAK DAN
TEKAN
Nama Mahasiswa :
SYURKARNI ALI
Nomor Pokok :
097015012
Program Studi :
MAGISTER TEKNIK MESIN
Menyetujui Komisi Pembimbing
Ketua
Prof.Dr.Ir. Bustami Syam, MSME
Anggota Zulfikar, ST., MT
Ketua Program Studi, Dekan FT-USU,
Dr.-Eng. Ir. Indra, MT
Telah Lulus : 9 Juni 2012
Telah diuji pada
Tanggal: 9 Juni 2012
PANITIA PENGUJIAN TESIS
Ketua : Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME.
Anggota : 1. Zulfikar, ST., MT.
2. Prof. Ir. Basuki Wirjosentono, PhD.
3. Dr.-Eng. Ir. Indra MT.
ABSTRAK
Perkembangan industri kelapa sawit dewasa ini semakin pesat. Salah satu hasil industri kelapa sawit yang kerap menjadi limbah adalah Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS). TKKS ini dapat diolah menjadi serat yang akhirnya dapat dimanfaatkan sebagai material engineering. Tujuan penelitian ini adalah untuk mendapatkan desain parking bumper yang mampu menahan beban tekan statik dan dinamik (impak) dan untuk mendapatkan proses pembuatan parking bumper yang efektif, juga untuk menemukan komposisi material yang terbaik untuk parking
bumper serta menyelidiki kekuatan mekanik material seperti kekuatan tarik, kekuatan
tekan dan kemampuan menahan impak pada parking bumper. Desain parking bumper
dilakukan dengan tiga bentuk. Desain ini dengan menggunakan software Ansys. proses pembuatan parking bumper dilakukan dengan dua bentuk cetakan yang dibedakan pada ukuran cetakan yaitu cetakan pertama berukuran 300 х 200 х 130 (mm) dan kedua berukuran 1000 х 200 х 130 (mm), dengan posisi cetakan vertikal dan rasio cetakan 3:1 dari volume cetakan. Bagian dalam cetakan dilapisi kaca setebal 5 mm. Komposisi material dibedakan pada tiga komposisi dengan perbandingan jumlah blowing agent dan jumlah resin yang bervariasi. Kekuatan mekanik material diperoleh dengan cara melakukan pengujian yaitu menggunakan alat uji tarik dan tekan Tensile Testing Machine untuk pengujian tarik dan pengujian tekan. Sedangkan pada pengujian impak dengan menggunakan alat uji impak jatuh bebas. Spesimen uji tarik digunakan ASTM D638 dan spesimen uji tekan dan impak dengan ASTM D1621-00. Hasil desain parking bumper secara simulasi diperoleh nilai tegangan sebesar 0,13 MPa. untuk bentuk trapesium. Nilai tegangan ini lebih kecil dari bentuk desain yang lain. Pada proses pembuatan parking bumper yang lebih tepat yaitu pada cetakan yang kedua. Komposisi material parking bumper yang terbaik yaitu pada variasi komposisi blowing agent 15%, resin 70%, serat 10% dan katalis 5%. Hasil uji kekuatan mekanik parking bumper diperoleh perbedaan perkomposisi berkisar 34-41% untuk pengujian tarik, dan untuk pengujian tekan berkisar 26-29%. Tegangan yang terjadi pada pengujian tekan diperoleh nilai error rata-rata per komposisi antara: 0,05-3,23 MPa, sementara untuk regangan terjadi selisih di bawah 0,010. Sehingga perbandingan antara eksperimental dan software sangat mendekati. Hasil pengujian impak jatuh bebas pada komposisi dua dengan variasi ketinggian jatuh diperoleh hasil yang sangat mendekati. Hal ini menandakan bahwa struktur material polymeric foam
sangat mempengaruhi hasil, dan dengan penggunaan blowing agent sebanyak 15% struktur material untuk pembuatan parking bumper ini menjadi lebih tepat dan sempurna.
Kata kunci: Limbah Tandan Kosong Kelapa Sawit, Material Engineering, Parking
ABSTRACT
The palm oil industry development is rapidly increasing. One of palm oil industry waste is oil palm empty fruit bunch (OPEFB). OPEFB waste can be processed in to fibers. OPEFB fibers are potential to be made as engineering materials. The aims of the research were to obtain the parking bumper design which was able to obtain the static and dynamic load impact, to obtain the effective parking bumper product manufacturing, to find the best material composition for parking bumper, and to examine the mechanical properties materials, such as tensile strength, static compressive load, and its strength to stand the impact of parking bumper. This design of the parking bumper was conducted in three types. This design used Ansys software. The process of making parking bumper was done with two molds which were
differentiated in their measurement: the first mold was 300 х 200 х 130 mm and the
second mold was 1000 х 200 х 130 mm with vertical mold position and the mold ratio
was 3:1 of the mold volume. Inside the mold was coated by 5 mm glass. The material composition was differentiated in three compositions with varied proportions of the number of blowing agents and the amount of resin. The mechanical properties materials was obtained by using Tensile Testing Machine for tensile test and compressive load test, while the impact was tested by using free fall impact testing device. The tensile test specimens were done by using ASTM D638 and the compressive load and impact test specimens were done by using ASTM D1621-00. The result of parking bumper design in simulation showed the stress value of 0.13 MPa. for trapezium type. This stress value was smaller than the other types. The process of making accurate parking bumper was in the second mold. The material composition of the best parking bumper was in the variation of the composition 15% of blowing agent, 70% of resin, 10% of fiber, and 5% of catalyst. The result of the mechanical properties of parking bumper showed different composition about 34-41% for tensile test and 26-29% for compressive load test. The stress in the compressive load test showed the average error value per composition between 0.05 - 3.23 MPa, while for the strain, there was the disparity under 0.010. The result was that the disparity between experimental and software was close enough. The result of the free fall impact in the second composition with the variation of the fall height was not close enough. This indicated that the polymeric foam material structure had significant influence on the result, and by using 15% of blowing agent, the material structure for making the parking bumper would become more accurate and perfect.
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah SWT atas limpahan rahmat dan karunia yang
diberikan kepada Penulis sehingga dapat menyelesaikan laporan hasil penelitian tesis
ini dengan judul “Desain Struktur dan Pembuatan Parking Bumper Dari Bahan
Polymeric Foam Diperkuat Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS)
Terhadap Beban Impak dan Tekan”.
Laporan hasil penelitian tesis ini merupakan salah satu syarat yang harus
dipenuhi oleh setiap mahasiswa untuk mendapatkan gelar Magister Teknik pada
Program Studi Magister Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Penulisan laporan hasil penelitian tesis ini merupakan lanjutan dari penelitian
sebelumnya yang mengedepankan pemanfaatan limbah tandan kosong kelapa sawit
dan penggunaan Polymeric Foam untuk dijadikan material baru yang berkualitas
dengan biaya ekonomis.
Untuk itu penulis ingin mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya
kepada: Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME, selaku Ketua Komisi Pembimbing dan
juga Dekan FT-USU; Zulfikar, ST., MT., selaku Anggota Komisi Pembimbing;
Dr-Eng. Ir. Indra Nasution, MT., selaku Ketua Program Studi Magister Teknik Mesin
FT-USU beserta Seluruh Dosen dan Staf administrasi program studi Magister Teknik
Mesin FT-USU yang telah banyak memberikan ilmu pengetahuan dan bantuan secara
administrasi selama penulis mengikuti pendidikan, juga ucapan terima kasih yang tak
Pranoto ST, MT., dan Muftil Badri, ST, MT., yang telah menginspirasikan penulis
untuk mengembangkan kembali pada desain material TKKS dengan pemanfaatan
Polymeric Foam hingga menjadi material yang memiliki nilai produktif. Juga kepada
peneliti Impak jatuh bebas, Rahmat Kartolo Simanjuntak, ST, MT., atas bantuan dan
kerjasamanya dalam kegiatan penelitian ini, Serta seluruh rekan-rekan mahasiswa
Magister Teknik Mesin (IKM2TM) yang telah memberikan motifasi, semangat dan
dukungan hingga terselesaikan penelitian ini, juga kepada tim Peneliti Impak fracture
Research Center (IFRC) atas kerjasama tim yang baik.
Teristimewa penulis mempersembahkan semua ini kepada Ayah dan Bunda
tercinta, Istri tercinta serta Abang-abang, Kakak dan Adik serta nanda M. Reza
Pahlevi tersayang yang telah memberikan do’a dan semangat serta dorongan moril
untuk menyelesaikan penulisan laporan hasil penelitian tesis ini.
Sebagai penutup Penulis sangat menyadari bahwa dalam laporan hasil
penelitian tesis ini masih jauh dari kesempurnaan, untuk itu saran dan komentar
sehingga akan mendapatkan hasil yang lebih sempurna lagi. Terima kasih atas segala
bantuan baik secara moril maupun materil, baik secara langsung ataupun tidak
langsung kepada semua pihak yang telah berkontribusi dalam penulisan laporan hasil
penelitian tesis ini.
Medan, 12 April 2012
Penulis,
DAFTAR RIWAYAT HIDUP
DATA PRIBADI
Nama : SYURKARNI ALI
Tempat & Tanggal Lahir : Banda Aceh, 15 Desember 1975 Jenis Kelamin : Laki - Laki
Status : Kawin
Pekerjaan : Dosen Tetap Universitas Teuku Umar
Alamat : Jl. Garuda RK I No 132 Rundeng Lama, Meulaboh - Aceh
Telp : 081378053313 / 085260538949 Warga Negara : Indonesia
PENDIDIKAN
1982 – 1988 : SD Suak Indrapuri Meulaboh 1988 – 1991 : MTsN I Meulaboh
1991 - 1994 : MAN I Meulaboh
1999 – 2005 : Sekolah Tinggi Teknologi Pekanbaru (STTP) 2009 - 2012 : Magister Teknik Mesin Universitas Sumatera
Utara.
PENGALAMAN KERJA
1996 - 1999 PT. RGMI (Training & Development Staff). 2003 - 2007 PT. RAK (Team Leader Finishing Prod.
Dept.)
2007 - 2008 Staff Pengajar Univ. Teuku Umar (UTU) 2008 - 2009 Ketua Prodi Teknik Mesin Univ. Teuku Umar
(UTU).
2009 - 2012 Tugas Belajar Magister Teknik Mesin USU
Medan, 01 Mei 2012
DAFTAR ISI
ABSTRAK ………..………. i
ABSTRACT ………..………. ii
KATA PENGANTAR ………..………. iii
DAFTAR RIWAYAT HIDUP ………. v
DAFTAR ISI ………..………. vi
DAFTAR TABEL ………..…………. ix
DAFTAR GAMBAR ………..………. x
DAFTAR LAMPIRAN ………..……. xii
BAB 1 PENDAHULUAN ………..………..… 1
1.1. Latar Belakang ……….…. 1
1.2. Perumusan Masalah ……….………. 2
1.3. Tujuan Penelitian ……….………. 3
1.3.1. Tujuan Umum ……….……… 3
1.3.2. Tujuan Khusus …….……… 3
1.4. Manfaat Penelitian .………. 4
1.5. Roadmap Penelitian .………. 4
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA ………..……….. 5
2.1. Pendahuluan ………..……….. 5
2.2 Desain Produk ……….. 6
2.3. Pemilihan Desain Parking Bumper ... 8
2.4. Material Komposit ……….………. 9
2.4.1. Material Komposit Polymeric Foam ………... 10
2.4.1.1. Polyester Resin Tak Jenuh ………... 11
2.4.1.2. Blowing Agent ……….………….... 12
2.4.1.3. Katalis MEKPO ……….. 14
2.4.2. Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit ……… 14
2.5. Teknik Pembuatan Material Komposit ... 16
2.6. Karakteristik Mekanik Material ... 17
2.6.1. Pengujian Statik ... 17
2.6.1.2. Hubungan Tegangan dan Regangan ….…….. 19
2.6.1.3. Pengujian Tarik ……….……….. 20
2.6.1.4. Pengujian Tekan ……….….... 21
2.6.2 Pengujian Dinamik ……….. 23
2.6.2.1. Pengujian Impak Jatuh Bebas ………..…….. 23
BAB 3 METODE PENELITIAN ……….……….... 27
3.1 Tempat dan waktu ... 27
3.1.1. Tempat ……….………... 27
3.1.2. Waktu ……….………... 28
3.2. Desain Pilihan Parking Bumper ... ... 28
3.3. Material Komposit Polymeric Foam ………... 30
3.3.1. Bahan ... 30
3.3.1.1. Polyester Resin Tak Jenuh …...………... 30
3.3.1.2. Blowing Agent ……… 30
3.3.1.3. Katalis ………. 31
3.3.1.4. Pembersih Serat ……….. 31
3.3.1.5. Pelumas Khusus ……….. 32
3.3.1.6. Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit ………... 32
3.3.2. Peralatan ... 33
3.3.2.1. Alat Ukur ... 33
3.3.3. Cetakan Spesimen...………. 34
3.4. Prosedur Pembuatan Parking Bumper ..……….. 38
3.4.1. Metode Pembuatan Parking Bumper ………... 38
3.4.1.1. Proses Pencetakan Parking Bumper ………... 39
3.4.1.2. Proses Pengerasan ………... 43
3.5. Alat Uji ……….…….... 44
3.5.1. Alat Uji Statik Tarik dan Tekan..………. 45
3.5.1.1. Set-up Alat Uji Tarik dan Tekan………. 46
3.5.1.2. Prosedur Pengujian Tarik……… 46
3.5.1.3. Prosedur Pengujian Tekan……….…….. 46
3.5.2. Alat Uji Impak ……… 47
3.5.2.1. Set-up Pengujian Impak ……….. 47
3.5.2.2. Prosedur Pengujian Impak ………. 48
3.5.2.3. Prosedur Kalibrasi ...……….. 49
3.6. Kerangka Konsep Penelitian..……….. 52
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN ……….…………. 53
4.1 Pendahuluan ……….…... 53
4.2 Pembuatan Parking Bumper ………... 56
4.3 Komposisi………... 57
4.4 Karakteristik Mekanik Parking Bumper.………. 57
4.4.2. Pengujian Statik Tekan ………. 65
4.4.3. Pengujian Impak ……… ……….. 70
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN …………..……….. 74
5.1 Kesimpulan ……….……… 74
5.2 Saran ………. 77
DAFTAR TABEL
Nomor Judul Halaman
1.1 Roadmap penelitian 4 2.1 Komposisi berdasarkan variasi komposisi serta berat jenis. 9 2.2 Hasil pengujian mechanical properties. 10 2.3 Karakteristik mekanik polyester resin tak Jenuh. 12 2.4 Parameter tipikal tandan kosong kelapa sawit, per kg. 15 2.5 Perbandingan tensile strenght dan tensile modulus serat alam 16 2.6 Waktu dan kecepatan benda jatuh. 24 3.1 Kegiatan penelitian 27 3.2 Peralatan dan material yang digunakan untuk pembuatan
spesimen. 38
DAFTAR GAMBAR
Nomor Judul Halaman
2.1. Lokasi perparkiran pada salah satu pusat perbelanjaan 5 2.2. Kenderaan pada saat parkir 6 2.3. Desain parking bumper 8
2.4. Serat TKKS 16
2.5. Ukuran spesimen uji tarik standar ASTM D638 20 2.6. Spesimen uji tekan ASTM D1621-00 21 2.7. Tipikal kurva respon tegangan regangan terhadap Polymeric
Foam akibat beban static 21 2.8. Diagram uji tekan statik 22 2.9. Grafik Hubungan v - t 24 3.1. Ilustrasi pembebanan pada parking bumper 29 3.2. Desain parking bumper dengan Software Ansys 12.1 29 3.3. Resin unsaturated polyester BQTN 157 30
3.4. Blowing agents 31
3.5. MEKPO 31
3.6. Pembersih serat (NaOH) 32
3.7. Serat TKKS 32
3.8. Timbangan digital 33
3.9. Gelas ukur volume 34
3.10. Jangka sorong 34
3.28. Kabel Loadcell dengan DAQ Lab-Jack U3-LV 50 3.29. Calibration program 51
3.30 Kerangka Konsep 52
4.1. Parking bumper balok 53 4.2. Parking bumper setengah bola 54 4.3. Parking bumper trapesium 54 4.4. Grafik tegangan maksimum parking bumper 55 4.5. Kekosongan pada bagian dalam parking bumper 56 4.6. Spesimen sebelum dilakukan uji tarik 57
4.7. Pengujian tarik 58
4.8. Grafik gaya tarik untuk komposisi satu 59 4.9. Grafik gaya tarik untuk komposisi dua 59 4.10. Grafik gaya tarik pada komposisi tiga 60 4.11. Grafik gaya tarik dengan ketiga komposisi 60 4.12. Grafik tegangan pada komposisi satu 61 4.13. Grafik tegangan pada komposisi dua 62 4.14. Grafik tegangan pada komposisi tiga 62 4.15. Grafik tegangan pada ketiga komposisi 63 4.16. Daerah putus pada pengujian tarik 64 4.17. Pengujian tekan dan hasil uji 65 4.18. Grafik gaya tekan komposisi satu 66 4.19. Grafik gaya tekan komposisi dua 66 4.20. Grafik gaya tekan pada komposisi tiga 67 4.21. Grafik gaya tekan untuk ketiga komposisi 67 4.22. Grafik tegangan pada komposisi satu 68 4.23. Grafik tegangan pada komposisi dua 68 4.24. Grafik tegangan pada komposisi tiga 69 4.25. Grafik tegangan pada ketiga komposisi 69
4.26 Pengujian impak 71
4.27. Grafik gaya impak 71
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor Judul Halaman
1 Patent Application Publication (Injection Molded Plastic Nestable Shell for concrete Parking Bumpers)
82
2 Resilient Bumper Block ( Paten Application) 83 3 Heavy Duty Impact Resistant Parking Bumper (Cast-Crete
Product)
ABSTRAK
Perkembangan industri kelapa sawit dewasa ini semakin pesat. Salah satu hasil industri kelapa sawit yang kerap menjadi limbah adalah Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS). TKKS ini dapat diolah menjadi serat yang akhirnya dapat dimanfaatkan sebagai material engineering. Tujuan penelitian ini adalah untuk mendapatkan desain parking bumper yang mampu menahan beban tekan statik dan dinamik (impak) dan untuk mendapatkan proses pembuatan parking bumper yang efektif, juga untuk menemukan komposisi material yang terbaik untuk parking
bumper serta menyelidiki kekuatan mekanik material seperti kekuatan tarik, kekuatan
tekan dan kemampuan menahan impak pada parking bumper. Desain parking bumper
dilakukan dengan tiga bentuk. Desain ini dengan menggunakan software Ansys. proses pembuatan parking bumper dilakukan dengan dua bentuk cetakan yang dibedakan pada ukuran cetakan yaitu cetakan pertama berukuran 300 х 200 х 130 (mm) dan kedua berukuran 1000 х 200 х 130 (mm), dengan posisi cetakan vertikal dan rasio cetakan 3:1 dari volume cetakan. Bagian dalam cetakan dilapisi kaca setebal 5 mm. Komposisi material dibedakan pada tiga komposisi dengan perbandingan jumlah blowing agent dan jumlah resin yang bervariasi. Kekuatan mekanik material diperoleh dengan cara melakukan pengujian yaitu menggunakan alat uji tarik dan tekan Tensile Testing Machine untuk pengujian tarik dan pengujian tekan. Sedangkan pada pengujian impak dengan menggunakan alat uji impak jatuh bebas. Spesimen uji tarik digunakan ASTM D638 dan spesimen uji tekan dan impak dengan ASTM D1621-00. Hasil desain parking bumper secara simulasi diperoleh nilai tegangan sebesar 0,13 MPa. untuk bentuk trapesium. Nilai tegangan ini lebih kecil dari bentuk desain yang lain. Pada proses pembuatan parking bumper yang lebih tepat yaitu pada cetakan yang kedua. Komposisi material parking bumper yang terbaik yaitu pada variasi komposisi blowing agent 15%, resin 70%, serat 10% dan katalis 5%. Hasil uji kekuatan mekanik parking bumper diperoleh perbedaan perkomposisi berkisar 34-41% untuk pengujian tarik, dan untuk pengujian tekan berkisar 26-29%. Tegangan yang terjadi pada pengujian tekan diperoleh nilai error rata-rata per komposisi antara: 0,05-3,23 MPa, sementara untuk regangan terjadi selisih di bawah 0,010. Sehingga perbandingan antara eksperimental dan software sangat mendekati. Hasil pengujian impak jatuh bebas pada komposisi dua dengan variasi ketinggian jatuh diperoleh hasil yang sangat mendekati. Hal ini menandakan bahwa struktur material polymeric foam
sangat mempengaruhi hasil, dan dengan penggunaan blowing agent sebanyak 15% struktur material untuk pembuatan parking bumper ini menjadi lebih tepat dan sempurna.
Kata kunci: Limbah Tandan Kosong Kelapa Sawit, Material Engineering, Parking
ABSTRACT
The palm oil industry development is rapidly increasing. One of palm oil industry waste is oil palm empty fruit bunch (OPEFB). OPEFB waste can be processed in to fibers. OPEFB fibers are potential to be made as engineering materials. The aims of the research were to obtain the parking bumper design which was able to obtain the static and dynamic load impact, to obtain the effective parking bumper product manufacturing, to find the best material composition for parking bumper, and to examine the mechanical properties materials, such as tensile strength, static compressive load, and its strength to stand the impact of parking bumper. This design of the parking bumper was conducted in three types. This design used Ansys software. The process of making parking bumper was done with two molds which were
differentiated in their measurement: the first mold was 300 х 200 х 130 mm and the
second mold was 1000 х 200 х 130 mm with vertical mold position and the mold ratio
was 3:1 of the mold volume. Inside the mold was coated by 5 mm glass. The material composition was differentiated in three compositions with varied proportions of the number of blowing agents and the amount of resin. The mechanical properties materials was obtained by using Tensile Testing Machine for tensile test and compressive load test, while the impact was tested by using free fall impact testing device. The tensile test specimens were done by using ASTM D638 and the compressive load and impact test specimens were done by using ASTM D1621-00. The result of parking bumper design in simulation showed the stress value of 0.13 MPa. for trapezium type. This stress value was smaller than the other types. The process of making accurate parking bumper was in the second mold. The material composition of the best parking bumper was in the variation of the composition 15% of blowing agent, 70% of resin, 10% of fiber, and 5% of catalyst. The result of the mechanical properties of parking bumper showed different composition about 34-41% for tensile test and 26-29% for compressive load test. The stress in the compressive load test showed the average error value per composition between 0.05 - 3.23 MPa, while for the strain, there was the disparity under 0.010. The result was that the disparity between experimental and software was close enough. The result of the free fall impact in the second composition with the variation of the fall height was not close enough. This indicated that the polymeric foam material structure had significant influence on the result, and by using 15% of blowing agent, the material structure for making the parking bumper would become more accurate and perfect.
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Perkembangan industri kelapa sawit semakin pesat, produk limbahpun semakin
bertambah, salah satu hasil industri sawit yang kerap menjadi limbah yaitu tandan
kosong kelapa sawit selain itu juga pelepah sawit, bungkil sawit, lumpur sawit
(sludge) dan serabut sawit yang setiap tahunnya menghasilkan perhektar sebanyak
±23,3 ton limbah sawit [1].
Pemanfaatan tandan kosong kelapa sawit untuk produk teknologi yang
bermanfaat masih sangat terbatas, umumnya tandan kosong kelapa sawit tersebut
diolah secara tradisional untuk dijadikan pupuk kompos yang akan dimanfaatkan
kembali menjadi pupuk pada perkebunan kelapa sawit tersebut. Namun dewasa ini
semakin dikembangkan menjadi produk-produk yang bermanfaat bahkan telah
menjadi produk-produk yang memiliki nilai jual. Banyak penelitian ilmiah yang
berhubungan dengan limbah tandan kosong kelapa sawit yang telah dikerjakan
seperti: pembuatan papan partikel dengan perekat fenol formaldehyde [2], dan bahan
baku kertas [3].
Pemanfaatan material alternatif ini sangat beralasan yaitu: bahan baku mudah
disediakan, umur pakai dapat lebih lama, mudah didesain, dapat didaur ulang, tahan
korosi, daya tahan tinggi dan mampu menyerap suhu panas, serta ekonomis.
Indonesia merupakan negara agraris dengan jumlah perkebunan sawit sebesar
rata-rata 11,12% pertahun [2], dan produksi sawit pertahun 1,9 juta ton berat kering atau
setara 4 juta ton berat basah per tahun [4]. Sehingga untuk suplai bahan baku sangat
berlimpah.
Dari beberapa penelitian tersebut, belum ada ditemui penelitian yang berkenaan
dengan desain struktur dan pembuatan parking bumper dari bahan komposit
polymeric foam diperkuat serat tandan kosong kelapa sawit, sehingga dalam
penelitian ini dilakukan penyelidikan terhadap desain struktur dan pembuatan parking
bumper dari bahan komposit polymeric foam, yang diteliti oleh Syurkarni Ali.
Adapun penelitian tentang respon statik dan dinamik parking bumper dari bahan
komposit polymeric foam dilakukan oleh Zainal Arif.
1.2. Perumusan Masalah
Penelitian ini berfokus pada desain/pembuatan dan analisa kekuatan material
untuk mendapatkan komposisi komposit polymeric foam yang tepat dengan
kandungan serat tandan kosong kelapa sawit. Pengujian yang dilakukan adalah
pengujian tarik, pengujian tekan dan pengujian impak. Bentuk spesimen uji tarik yang
digunakan sesuai dengan standar ASTM D638 dan pengujian tekan disesuaikan
dengan standar ASTM D1621-00, serta pengujian impak dengan menggunakan impak
jatuh bebas, perbedaan hanya terletak pada variasi komposisi pemakaian resin dan
blowing agent.
Proses pemakaian parking bumper pada umumnya sering mengalami beban
tekan diakibatkan oleh benturan dengan ban kenderaan pada saat parkir, beban tekan
tersebut. Untuk mengetahui kekuatan material yang dibutuhkan parking bumper ini
diperlukan penelitian yang lebih khusus terhadap desain dan pembuatan serta
kekuatan mekanik material parking bumper. Dari penelitian ini akan diperoleh data
mechanical properties yang dapat digunakan sebagai rujukan penelitian berikutnya,
dan dapat direkomendasikan untuk diproduksi secara massal dan digunakan di
masyarakat.
1.3. Tujuan Penelitian
1.3.1.Tujuan Umum
Tujuan umum dari penelitian ini adalah untuk mendapatkan desain struktur
Parking Bumper yang lebih baik dengan menggunakan bahan dasar Polymeric Foam
diperkuat serat tandan kosong kelapa sawit (TKKS).
1.3.2.Tujuan Khusus
Tujuan dari penelitian ini adalah:
1. Untuk mendapatkan proses desain/pembuatan yang sesuai dengan
kemampuan parking bumper.
2. Untuk mendapatkan komposisi material yang sesuai dengan kemampuan
parking bumper.
3. Untuk mendapatkan karakteristik mekanik material Parking Bumper
terhadap beban statik dan impak yaitu berupa kekuatan tarik dan tekan baik
1.4. Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah untuk mengolah limbah hasil pabrik kelapa
sawit menjadi produk yang bernilai ekonomis dan berdaya jual tinggi. Produk ini
dikembangkan untuk pembuatan material Parking Bumper dengan metode
penyelidikan kemampuan strukturnya yaitu dengan cara mendapatkan metode
pembuatan yang terbaik dan analisa kekuatan parking bumper dari bahan komposit
polymeric foam diperkuat serat TKKS terhadap beban impak dan tekan.
1.5. Roadmap Penelitian
Kegiatan penelitian dengan menggunakan material Polymeric Foam diperkuat
serat tandan kosong kelapa sawit seperti terlihat pada tabel 1.1.
Tabel 1.1. Roadmap Penelitian
No Nama
Peneliti Judul Penelitian Proses 1. Zulfikar Pembuatan dan penyelidikan perilaku
mekanik material Polymeric Foam diperkuat serat Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) akibat beban statik dan impak
Selesai
2. Muftil Badri Respon material komposit Polymeric Foam
diperkuat serat tandan kosong kelapa sawit. Selesai 3. Siswo Pranoto Desain dan pembuatan kerucut lalu lintas dari
bahan polymeric foam diperkuat serat tandan kosong kelapa sawit (TKKS).
Selesai
4. Syurkarni Ali Desain struktur dan pembuatan parking
bumper dari bahan Polymeric Foam diperkuat
serat tandan kosong kelapa sawit (TKKS) terhadap beban impak dan tekan.
Selesai
5. Zainal Arif Respon Parking Bumper dari bahan
Polymeric Foam diperkuat serat tandan
kosong kelapa sawit (TKKS) terhadap beban tekan statik.
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Pendahuluan
Parking bumper adalah sebuah alat yang digunakan sebagai penahan roda
kenderaan pada saat parkir. Parking bumper sering dijumpai pada lokasi perparkiran
gedung perkantoran, pusat perbelanjaan atau supermarket dan lain-lain. Parking
bumper ini berfungsi untuk menciptakan keteraturan perparkiran pada area parkir
kenderaan roda empat dan juga sebagai penuntun serta pengaman kenderaan pada
saat parkir, seperti diperlihatkan pada gambar 2.1.
Gambar 2.1. Lokasi perparkiran pada salah satu pusat perbelanjaan
Gambar 2.1. tersebut adalah lokasi perparkiran untuk bangunan gedung.
Penggunaan parking bumper bertujuan untuk menghindari terjadinya kecelakaan saat
kenderaan diparkir sehingga kecelakaan dilokasi parkir dapat dikurangi, menciptakan
keteraturan lokasi parkir, sehingga pemilik kenderaan merasa nyaman ketika
meninggalkan kenderaan tersebut diperparkiran, sebuah kenderaan dalam posisi
parkir seperti terlihat pada gambar 2.2.
Gambar 2.2. Kenderaan pada saat parkir
2.2. Desain Produk
Desain produk adalah perubahan atau penggantian informasi yang mencirikan
terhadap kebutuhan dan persyaratan sebuah produk untuk menjadi pengetahuan
tentang produk tersebut. Penggantian informasi ini bertujuan untuk menciptakan dan
mengevaluasi produk sesuai dengan tujuan yang akan dicapai [5].
Proses penerapan berbagai teknik dan prinsip-prinsip ilmiah, hal ini merupakan
definisi desain teknik yang bertujuan sebagai sebuah proses atau sebuah sistem yang
cukup terperinci untuk memungkinkan terealisasi dalam pembuatannya. Suatu desain
produk yang baik dapat menghasilkan pengembangan produk yang sukses. Desain
didasarkan pada kelebihan produk, praktis dalam pembuatan, biaya fabrikasi yang
relatif lebih murah, pemasaran. Sementara pada faktor kombinasi adalah dimana
desain produk tersebut memenuhi persyaratan yang dibutuhkan pelanggan [6].
Prinsip dasar proses desain adalah:
1. Untuk mengurangi pemakaian material.
2. Mendaur ulang (recycle).
3. Ketidaksesuaian dengan kebutuhan.
4. Untuk menghindari kerja ulang (re-work) terhadap produksi.
5. Untuk kebutuhan efisiensi dan kesesuaian terhadap standar.
Tahapan-tahapan yang dilakukan dalam proses desain yaitu:
1. Mengidentifikasi kebutuhan, atau bisa diartikan sebagai gambaran dan
pernyataan masalah yang samar-samar untuk dikembangkan dari sebuah
informasi.
2. Mengindentifikasi dan memahami masalah, selanjutnya memulai tujuan.
3. Memahami konsep asli.
4. Menciptakan spesifikasi tugas yang terperinci dan membuat batasan
masalah.
5. Membuat sebanyak mungkin alternatif pendekatan desain, umumnya pada
tahapan ini menentukan nilai dan kualitas.
6. Penyelesaian tahap-tahap sebelumnya selanjutnya menganalisa lalu
menentukan diterima, ditolak ataupun dimodifikasi/desain ulang. Lalu
7. Penentuan desain yang dipilih atau diterima.
8. Pengerjaan detail yaitu pembuatan gambar teknik, identifikasi penyuplai
(vendor) serta membuat spesifikasi manufaktur, dan lain-lain.
9. Merealisasi desain dengan membuat prototipe.
10. Menentukan kuantitas produksi [6].
2.3. Pemilihan Desain Parking Bumper
Parking bumper didesain dalam tiga bentuk desain yaitu: bentuk balok,
setengah bola dan polygon (trapesium) ketiga bentuk ini didesain dengan ukuran yang
sama yaitu: 250 x 200 x 130 mm. dengan asumsi bahwa parking bumper ini lebih
banyak dijumpai dilapangan, gambar desain parking bumper seperti terlihat pada
gambar 2.3.
Gambar 2.3. Desain parking bumper (a). Balok, (b) Setengah bola, dan (c) Trapesium
(a) (b)
2.4. Material Komposit
Material komposit terdiri dari dua bagian utama di antaranya: (1) Matriks, dan
(2) Penguat (reinforcement). Materilal komposit ini menghasilkan sebuah material
baru dengan sifat ataupun karakteristiknya yang masih didominasi oleh
sifat-sifat material pembentuknya [7]. Sehingga pemilihan jenis material yang tepat dengan
menggunakan jenis material komposit disebabkan oleh kekuatan materialnya lebih
baik akibat penggabungan antara dua atau lebih material penyusunnya.
Material komposit terbentuk oleh dua jenis fasa, yaitu fasa matriks dan fasa
penguat. Fasa matriks adalah material fasa kontinyu yang selalu tidak kaku dan
lemah, sedangkan fasa penguat selalu lebih kaku dan kuat, akan tetapi fasa penguat
ini lebih rapuh.
Data penelitian sebelumnya memperoleh hasil dengan beragam komposisi
sebagaimana terlihat pada tabel 2.1. [8].
Tabel 2.1. Komposisi berdasarkan variasi komposisi serta berat jenis [8]
Variasi No Blowing Agent % Resin % Serat % Katalis % ρ
(kg/m3) 1. 1. 20 60 10 10 1096
2. 30 50 10 10 945 3. 40 40 10 10 936 4. 10 70 10 10 1124 2. 1. 20 65 5 10 1108 2. 20 55 15 10 1077 3. 1. 40 35 15 10 872
2. 10 70 10 10 1022
Penggabungan kedua fasa tersebut menghasilkan material yang dapat
menjadi lebih tahan terhadap pengaruh beban tersebut. Penguat umumnya berbentuk
serat, rajutan, serpihan, dan partikel, yang dibenamkan kedalam fasa matriks, penguat
merupakan fasa diskontinyu yang selalu lebih kuat dan kaku daripada matriks dan
merupakan kemampuan utama material komposit dalam menahan beban.
Pada hasil uji statik tarik dengan berbagai variasi komposisi diperoleh berat
jenis yang beragam, seperti ditunjukkan pada tabel 2.1., dan pada hasil pengujian
mechanical properties diperlihatkan pada tabel 2.2.
Tabel 2.2. Hasil pengujian mechanical properties [8]
Variasi No Kekuatan Tarik (MPa)
Elongasi %
Syt (MPa)
ε E
(MPa)
1. 1. 7,427 2,571 7,427 0,02571 288.8759 2. 8,049 2,363 8,049 0,02363 340,6263 3. 2,531 2,454 2,531 0,02454 103,1377 2. 1. 4,628 3,220 4,628 0,0322 143,7267 2. 1,715 3,589 1,715 0,03589 47,7849 3. 1. 1,871 4,234 1,871 0,04234 44,1898
2.4.1. Material Komposit Polymeric Foam
Material komposit Polymeric Foam terdiri dari Polyester resin tak jenuh dan
Blowing Agent. Blowing Agent yang digunakan dalam penelitian ini adalah: Polyol
dan Isocyanate. Sementara untuk mempercepat proses polymerisasi digunakan katalis
2.4.1.1. Polyester resin tak jenuh
Polyester resin tak jenuh merupakan polimer kondensat yang terbentuk
berdasarkan reaksi antara 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.
Polyester resin tak jenuh adalah jenis polimer thermoset yang memiliki struktur
rantai karbon yang panjang. Matrik yang berjenis ini memiliki sifat dapat mengeras
pada suhu kamar dengan penambahan katalis tanpa pemberian tekanan ketika proses
pembentukan [9].
Pada desain struktur dilakukan dengan cara pemilihan matriks dan penguat, hal
ini dilakukan untuk memastikan kemampuan material sesuai dengan produk yang
akan dihasilkan. Dalam desain struktur ini jenis matriks yang akan digunakan adalah
Polyester resin tak jenuh dan penguat serat tandan kosong kelapa sawit.
Matriks ini tergolong jenis polimer thermoset yang memiliki sifat dapat
mengeras pada suhu kamar dengan penambahan katalis tanpa pemberian tekanan
ketika proses pembentukannya [2]. Struktur material yang dihasilkan berbentuk
crosslink dengan keunggulan daya tahan yang lebih baik terhadap jenis pembebanan
statik dan impak. Hal tersebut disebabkan oleh molekul yang dimiliki bahan dalam
bentuk rantai molekul raksasa, atom-atom karbon yang saling mengikat satu dengan
cukup baik terhadap beban yang diberikan [9]. data karakteristik mekanik material
polyester resintak jenuh seperti terlihat pada tabel 2.3. [10].
Tabel 2.3. Karakteristik mekanik polyester resin tak jenuh
SIFAT MEKANIK SATUAN BESARAN
Berat Jenis (ρ) Mg.m-3 1,2 s/d 1,5
Modulus Young ( E) GPa. 2 s/d 4,5
Kekuatan Tarik (σT) (MPa)
40 s/d 90
Umumnya material ini digunakan dalam proses pembentukan dengan cara
penuangan antara lain perbaikan body kenderaan 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 terhadap
sinar Ultraviolet (UV), dan daya tahan yang baik terhadap serapan air. Kekuatan
material ini diperoleh ketika dicetak kedalam bentuk komposit, dimana
material-material penguat, seperti serat kaca, karbon dan lain-lain, akan meningkatkan sifat
mekanik material tersebut sementara ketika dalam keadaan tunggal material ini
bersifat rapuh dan kaku [11].
2.4.1.2. Blowing Agent
Blowing Agent adalah material yang digunakan untuk menghasilkan struktur
berongga pada komposit yang dibentuk. Jenis blowing agent yang digunakan dalam
Polyurethane adalah suatu jenis polimer yang mengandung jaringan urethane
yaitu -NH-CO-O-. polyurethane dibentuk oleh reaksi senyawa isosianat yang
bereaksi dengan senyawa yang memiliki hydrogen aktif seperti diol (polyol), yang
mengandung group hydroksil dengan pemercepat katalis. Unsur nitrogen yang
bermuatan pada kelompok alkohol (polyol) akan membentuk ikatan urethane antara
dua unit monomer dan menghasilkan dimer urethane. Reaksi isosianat ini akan
membentuk amina dan gas karbon dioksida (CO2
Berdasarkan sifat mekaniknya [13] Material ini memiliki 4 (empat) sifat
penting di antaranya:
). Gas ini yang kemudian akan
membentuk busa pada material polimer yang terbentuk [12]. Material yang terbentuk
dari campuran Blowing Agent dan polimer disebut dengan material Polymeric Foam.
Material Polymeric Foam banyak ditemukan sebagai busa kaku dan fleksibel yang
digunakan sebagai pelapis atau perekat material.
1. Sifat Elastik
Sifat ini berhubungan dengan sifat kekakuan material yang terdiri dari
geometri, bentuk dan mikrostrukturnya.
2. Sifat Viskoelastik
Sifat peredaman solid material, sifat ini merupakan efek dari bentuk
geometri material tersebut.
3. Sifat Akustik.
Sifat ini berhubungan dengan sifat media yang dilewati oleh perambatan
udara masuk kedalam material dan terserap atau terperangkap sebagian besar
kedalam struktur tersebut. Dengan demikian suara yang keluar dan atau
dipantulkan oleh material Polymeric Foam akan mengalami pelemahan.
4. Sifat Viskoakustik.
Sifat ini berhubungan dengan peredaman fluida yang dihubungkan dengan
geometri, bentuk mikrostrukturnya yang sama dengan sifat elastiknya [13].
2.4.1.3. Katalis MEKPO
Katalis merupakan material kimia yang digunakan untuk mempercepat proses
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.
2.4.2. Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS)
Untuk penguat komposit digunakan serat tandan kosong kelapa sawit yang akan
dicampurkan kedalam matriks. Tiap kandungan serat tandan kosong kelapa sawit
secara fisik mengandung bahan–bahan serat seperti lignin (16,19%), selulosa
(44,14%) dan hemi selulosa (19,28%) yang mirip dengan bahan kimia penyusun kayu
[4]. Sedangkan penelitian yang dilakukan oleh sebuah institusi komersial terhadap
komposisi bahan kimianya diketahui bahwa kandungan bahan serat tandan kosong
kelapa sawit merupakan kandungan terbesar seperti terlihat pada tabel 2.4.
adalah serat, sehingga akan mampu memberikan sifat mekanik yang cukup baik
[image:34.612.151.487.181.399.2]terhadap material komposit yang akan dibentuk.
Tabel 2.4. Parameter tipikal tandan kosong kelapa sawit per kg [14]
No Bahan-Bahan 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
TOTAL 100,00
Permasalahan yang dihadapi pada penggunaan limbah dari tandan kosong
kelapa sawit adalah terdapat kandungan zat ekstraktif dan asam lemak yang sangat
tinggi, sehingga dapat menurunkan sifat mekanik material yang dibentuk [2]. Tandan
kosong kelapa sawit segar dari hasil pabrik kelapa sawit umumnya memiliki
komposisi lignoselulose 30,5%, minyak 2,5% dan air 67%, sedangkan bagian
lignoselulose sendiri terdiri dari lignin 16,19%, selulose 44,14% dan hemiselulose
19,28% [8]. Sehingga pada pembuatan material ini tandan kosong kelapa sawit
terlebih dahulu direndam kedalam larutan NaOH 0,4% selama sehari, kemudian
[4]. Gambar 2.4 merupakan serat hasil pencacahan tandan kosong kelapa sawit yang
telah dihaluskan.
Gambar. 2.4. Serat TKKS
Serat tandan kosong kelapa sawit memiliki kekuatan tensile strength yang
rendah, sedangkan tensile modulus agak conservative di antara serat alam lainnya
[image:35.612.251.427.167.284.2][15] seperti terlihat pada tabel 2.5.
Tabel 2.5. Perbandingan tensile strength dan tensile modulus serat alam [15]
Natural Fiber Name Ave. Tensile Strength (MPa)
Ave.Tensile Modulus
(GPa)
Bamboo fiber 25 – 35
(EFB) Ǿ= 0.44 mm 253 16
Coir, cocos nucifera 220 6
Sisal, agave sissalan 400-600 38
Jute 430 – 530 10 – 30
Hemp 550 – 900 70
2.5. Teknik Pembuatan Material Komposit
Pembuatan material komposit pada umumnya tidak melibatkan penggunaan
atau melebur [9]. Proses pencampuran ini dilakukan pada saat matriks dalam keadaan
cair.
Ada beberapa metode pembuatan material komposit diantaranya adalah:
1. Metode penuangan secara langsung
2. Metode pemampatan atau tekanan.
3. Metode pemberian tekanan dan panas.
Pada metode penuangan secara langsung dilakukan dengan cara melekatkan
atau menyentuhkan material-material penyusun pada cetakan terbuka dan dengan
perlahan - lahan diratakan dengan menggunakan roda perata atau dengan pemberian
tekanan dari luar. metode ini cocok untuk jenis serat kontinyu, pada metode
pemampatan atau dengan menggunakan tekanan ini menggunakan prinsip ekstrusi
dengan pemberian tekanan pada material bakunya yang dialirkan kedalam cetakan
tertutup. Metode ini umumnya berupa injeksi, mampatan atau semprotan. Material
yang cocok untuk jenis ini adalah penguat partikel. Metode selanjutnya adalah
metode pemberian panas dan tekanan, dimana metode ini menggunakan tekanan
dengan pemberian panas awal yang bertujuan untuk memudahkan material komposit
mengisi pada bagian-bagian yang sulit terjangkau atau ukuran yang sangat kecil [8].
2.6. Karakteristik Mekanik Material
2.6.1. Pengujian Statik
2.6.1.1.Persamaan Tegangan dan Regangan
Pada sebuah batang lurus yang dikenai beban tarik, maka akan mengalami
Perubahan panjang ini disebut juga dengan regangan teknik (
ε
eng), yang didefinisikansebagai perubahan panjang yang terjadi (ΔL) terhadap panjang batang mula-mula
(Lo). Tegangan yang dihasilkan pada proses ini disebut dengan tegangan teknik
(
σ
eng), dimana hal ini didefinisikan juga sebagai nilai pembebanan yang terjadi (F)pada suatu luas penampang awal (Ao
�
=
�� ………. (2.1)
). untuk memperoleh tegangan, dalam
persamaan dapat dituliskan seperti pada persamaan (2.1).
Dimana σ adalah tegangan normal dengan satuan (N/m2), dan F adalah gaya
yang ditimbulkan akibat tarik dan tekan (N) dan A adalah luas penampang (m2
�
���=
��� ……….… (2.2)).
Seperti ditunjukkan pada Persamaan (2.2) dan (2.3).
dan
�
���=
∆�L0 ………. (2.3)Dimana ΔL = L1- L0, L1 merupakanpanjang akhir batang pada suatu pengujian
tarik, sebelum beban dihilangkan kembali. Tegangan sebenarnya (σtrue) didefinisikan
sebagai nilai beban yang diberikan terhadap luas penampang batang. (Ai) yang
berubah akibat tarikan. Sementara regangan sebenarnya (εtrue), didefinisikan sebagai
logaritmik perubahan panjang batang akhir terhadap panjang awal batang. Kedua
σ
true=
F
Ai
……….
dan
(2.4)
ε
true= ln
L1
L0
………...
(2.5)Dalam aplikasinya hasil dari pengukuran tegangan pada pengujian tarik dan
tekan umumnya merupakan nilai teknik, hal ini disebabkan oleh sulitnya untuk
mendapatkan nilai perubahan luas penampang sebenarnya yang disebabkan oleh
beban tarik, selain itu perubahan yang terjadi sangat kecil, sehingga dapat dianggap
sama dengan A0.
2.6.1.2. Hubungan Tegangan dan Regangan
Sebuah fenomena hubungan antara tegangan dan regangan pada daerah elastis
material, yang menyatakan bahwa dalam batas-batas tertentu tegangan pada suatu
material ialah proporsional terhadap regangan yang dihasilkan. Teori ini kemudian
lebih dikenal dengan Hukum Hooke. Namun teori ini hanya berlaku pada batas
elastik material, dimana tegangan akan berbanding lurus terhadap regangan, dan bila
beban dihilangkan, maka sifat ini akan menyebabkan material kedalam bentuk dan
dimensi aslinya.
Perbandingan antara tegangan dan regangan dalam batas elastik disebut dengan
atau Modulus Young. Pada penelitian ini istilah yang digunakan ialah E, dan
diperlihatkan pada persamaan (2.6).
�
=
�� ………. (2.6)
2.6.1.3. Pengujian Tarik
Pengujian Tarik mengikuti standar ASTM D638, dengan ukuran diperlihatkan
pada gambar 2.5.
Gambar 2.5. Ukuran spesimen uji tarik standar ASTM D638
Daerah pembebanan pada uji tarik dibedakan atas 3 (tiga) jenis yaitu: (1)
Daerah Panjang Pengukuran, (2) Daerah Transisi, dan (3) Daerah yang Dibebani.
Pengukuran regangan dilakukan pada daerah aksial spesimen, sementara pengukuran
tegangan dilakukan berdasarkan luas penampang dan nilai pembebanan. Daerah
transisi merupakan daerah dimana terjadinya gaya geser antara permukaan spesimen
dan pengikat spesimen. Daerah yang dibebani merupakan daerah pada mesin uji yang
mentransmisikan beban tarik eksternal ke bagian pengukuran.
Persyaratan pada daerah pengukuran adalah: (1) keadaan tegangan harus
seragam. (2) nilai yang diukur harus bebas dalam bentuk ukuran dan luas penampang,
2.6.1.4. Pengujian Tekan
Pengujian tekan dilakukan dengan menggunakan standar ASTM D1621-00,
yaitu standarisasi khusus untuk material plastik. Gambar spesimen seperti terlihat
[image:40.612.261.388.230.372.2]pada gambar 2.6.
Gambar 2.6. Spesimen uji tekan ASTM D1621-00
Mekanisme deformasi polymeric foam akibat beban statik ditunjukkan oleh
gambar 2.7. yaitu kurva tegangan dan regangan, berdasarkan kurva tegangan dan
regangan uji tekan statik diperoleh tiga tingkatan respon yaitu: Elastisitas Linear
(bending), Plateau(buckling elastis, densification).
Gambar 2.7.Tipikal kurva respon tegangan regangan terhadap polymeric foam akibat
Elastisitas linear ditandai oleh bending terhadap dinding rongga dan kemiringan
(tegangan-regangan) awal atau modulus elastisitas yang diperoleh dari tingkatan ini.
Plateau merupakan karakteristik respon yang terjadi setelah polymeric foam
mengalami elastisitas linier ditandai dengan berlipatnya rongga-rongga (buckling
elastis) polymeric foam. Pada saat rongga-rongga hampir terlipat seluruhnya dan
dinding-dinding rongga menyatu mengakibatkan rongga-rongga menjadi lebih padat,
tegangan normal tekan statik akan meningkat (tingkat densification atau elastisitas
linear) [17].
Karakteristik material dapat diketahui dari respon yang dialami material,
respon diakibatkan oleh adanya gangguan (disturbance) yang diberikan terhadap
sebuah sistem. Seperti F (gaya), T (temperatur) dan lain-lain. didalam pengujian
tekan statik gaya yang diberikan terlihat pada gambar 2.8.
Gambar 2.8. Diagram uji tekan statik
Berdasarkan diagram yang ditunjukkan pada gambar 2.8. dapat ditentukan
Tegangan normal akibat beban tekan statik dapat ditentukan berdasarkan persamaan
(2.7). sementara untuk regangan akibat beban tekan statik adalah:
�
=
∆��0
……….
(2.7)Regangan akibat beban statik adalah perbandingan antara ΔL perubahan
panjang spesimen (m) dan L0
�
=
��
………..
(2.8)panjang awal spesimen (m). 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. (2.8) atau (2.9).
atau
�
=
�.�0�.��
……….. (2.9)
2.6.2. Pengujian Dinamik
Pengujian dinamik dilakukan untuk mendapatkan respon secara dinamik
material, dan pengujian ini dilakukan dengan pengujian impak jatuh bebas kecepatan
tinggi.
2.6.2.1.Pengujian Impak Jatuh Bebas
Pengujian impak jatuh bebas didefinisikan adalah sebuah benda jatuh bebas dari
keadaan mula berhenti mengalami pertambahan kecepatan selama benda tersebut
jari-jari bumi, maka benda mengalami pertambahan kecepatan ke bawah dengan
harga yang sama setiap detik. Hal ini berarti bahwa percepatan benda berkurang
dengan harga yang sama jika sebuah benda ditembakkan ke atas kecepatannya
berkurang dengan harga yang sama setiap detik dan perlambatan keatasnya seragam.
Untuk menentukan kecepatan benda jatuh setiap detik akan diperoleh harga
pendekatan sebagaimana terlihat pada tabel 2.6.
Tabel 2.6. Waktu dan Kecepatan Benda Jatuh [28]
Waktu t
(s) 0 1 2 3 4 5
Kecepatan
v (m/s) 0 9,8 19,6 29,4 39,2 49
Perbandingan waktu dengan kecepatan seperti terlihat pada tabel 2.6. dan
grafik v-t seperti ditunjukkan pada gambar 2.9. yang merupakan sebuah garis lurus
sehingga percepatan seragam.
Jika tahanan udara diabaikan gerakan benda jatuh bebas dapat dihitung dengan
percepatan seragam melintas sebuah garis lurus, asalkan percepatan diganti dengan
percepatan gravitasi (g) yaitu:
1. Untuk gerakan ke bawah a = + g
2. Untuk gerakan keatas a = - g
percepatan gravitasi (g) dapat dipandang sebagai sebuah vektor dengan arah tegak ke
bawah menuju ke pusat bumi.
Definisi perpindahan adalah perubahan kedudukan, hal ini merupakan besaran
vektor mencakup jarak dan arah. Kecepatan adalah laju perubahan kedudukan
terhadap waktu. Hal ini juga merupakan besaran vektor mencakup jarak, arah dan
waktu. Kecepatan seragam memiliki partikel yang bergerak dengan kecepatan
konstan pada lintasan lurus atau dimiliki partikel yang melintasi perpindahan yang
sama dalam selang waktu yang sama secara berturut-turut tanpa peduli berapa selisih
selang waktu tersebut. Sedangkan percepatan seragam dimiliki partikel yang
mengalami perubahan kecepatan yang sama dalam selang waktu yang sama secara
berturut-turut tanpa peduli berapa selisih selang waktu tersebut, seperti ditunjukkan
pada persamaan (2.10).
1
2 (�0 +� ) =
� �
� =1
Dimana V0
∆�
∆� =� ……… (2.11)
� = �0+∆�
∆� �
� = �0�+1
2 ��
2
adalah kecepatan awal, V kecepatan akhir, a percepatan, t waktu
dan s perpindahan kecepatan pertengahan = perpindahan/waktu. Maka persamaan
(2.11). perbandingan antara kecepatan dan waktu.
�2 =�
0+ 2 �� ………. (2.12)
Dari persamaan (2.12), bila V0 = 0, maka : v2
Maka untuk v diperoleh seperti ditunjukkan pada persamaan (2.13). = 0 + 2 as
� = √2�� ……… (2.13)
bila a = g, dan s = H,
maka :
� = �2�� ...………... (2.14)
Maka persamaan (2.14) adalah percepatan benda jatuh bebas tergantung pada
jarak atau tinggi benda jatuh dari pusat bumi, ketika sebuah benda padat jatuh dengan
kecapatan sedang, dapat dianggap benda mengalami percepatan gravitasi seragam,
untuk pengertian umum para ilmuan mengambil harga percepatan gravitiasi g = 9,81
BAB 3
METODE PENELITIAN
3.1. Tempat dan Waktu
3.1.1. Tempat
Kegiatan penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Pusat Riset Impak dan
Keretakan Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
[image:46.612.136.512.371.668.2]Beberapa kegiatan penelitian yang dilakukan seperti diperlihatkan pada tabel 3.1.
Tabel 3.1. Kegiatan Penelitian
No Kegiatan Lokasi Penelitian Keterangan
1 Desain Parking Bumper Laboratorium Komputer IC-STAR USU Desain dengan menggunakan ANSYS workbench 12.1.
2 Pengolahan Serat Laboratorium Impak dan Keretakan Unit I
3 Pembuatan Spesimen
Laboratorium Impak dan Keretakan Unit I
Standar ASTM D638 dan ASTM D1621-00.
4 Pengujian Statik Tarik
Laboratorium Polimer FMIPA USU
Tokyo Universal
Testing Machine.
5 Pengujian Statik Tekan
Laboratorium Polimer FMIPA USU
Tokyo Universal
Testing Machine.
6 Pengujian Impak Jatuh Bebas
Laboratorium Impak dan Keretakan MTM-USU
3.1.2. Waktu
Waktu pelaksanaan penelitian ini direncanakan selama (6) Enam bulan dimulai
Oktober 2011 s.d. Maret 2012.
3.2. Desain Pilihan Parking Bumper
Parking bumper telah dikenal oleh masyarakat International sejak tahun 1962
[24], pada saat itu bahan yang digunakan adalah karet (rubber), dengan desain
seperempat lingkaran (seperempat bola) dengan sudut 90º, setelah itu dimodifikasi
kembali pada tahun 2009 [25]. Parking bumper ini berbentuk polygon (trapesium).
Sementara di lapangan sering dijumpai parking bumper berbentuk balok terbuat dari
bahan komposit beton [26] dengan ukuran yang tidak memiliki standar khusus.
Parking bumper didesain dengan memperhatikan kekuatan mekaniknya. Hal ini
bertujuan untuk dapat memperkirakan kemampuan parking bumper dalam menahan
beban, baik tekan maupun beban kejut atau impak yang terjadi tiba-tiba. Karena
parking bumper ini digunakan untuk menahan roda kenderaan roda empat atau lebih
(mobil). Desain ini mengasumsikan berat kotor sebuah mobil berkisar 1700 kg [27]
dan ditambah berat badan pengendara mobil 70 kg, sehingga total berat mobil
tersebut 1770 kg. Pada proses pemakaian parking bumper tersebut akan bersentuhan
langsung dengan roda mobil (tergantung posisi parkir) pada posisi roda depan
ataupun belakang. Sementara satu roda mobil akan menyentuh satu parking bumper.
tersebut yaitu letak pembebanan pada roda mobil maka akan diperoleh beban sebesar
442,5 kg. Ilustrasi seperti diperlihatkan pada gambar 3.1.
Gambar 3.1. Ilustrasi pembebanan pada parking bumper
Desain dilakukan dengan menggunakan Software Ansys Workbench 12.1.
Desain dibuat dalam tiga bentuk dengan ukuran geometri yang sama yaitu: 250 x 200
x 130 mm, beberapa bentuk yang didesain adalah: (1). bentuk balok. (2). setengah
lingkaran 180º, dan yang terakhir (3). bentuk trapesium. Beberapa bentuk desain
terlihat seperti pada gambar 3.2. berikut :
Gambar 3.2. Desain Parking Bumper dengan Software Ansys 12.1 Workbench
(a) (b) (c)
3.3. Material Komposit Polymeric Foam
3.3.1. Bahan
Bahan – bahan yang akan digunakan sebagai spesimen parking bumper adalah
serat tandan kosong kelapa sawit, polyester resin tak jenuh, katalis dan pembersih
serat.
3.3.1.1. Polyester Resin Tak Jenuh
Jenis resin yang akan digunakan dalam penelitian ini adalah resin Unsaturated
[image:49.612.249.393.360.558.2]Polyester BQTN-157, seperti diperlihatkan pada gambar 3.3.
Gambar 3.3. Resin Unsaturated Polyester BQTN-157
3.3.1.2. Blowing Agents
Jenis blowing agent yang digunakan adalah polyurethane, seperti diperlihatkan
Gambar 3.4. Blowing Agents
3.3.1.3. Katalis
Jenis katalis yang digunakan adalah jenis methyl Ethyl Ketone Peroksida
(MEKPO), seperti diperlihatkan pada gambar 3.5.
Gambar 3.5. MEKPO
3.3.1.4. Pembersih Serat
Pembersih serat tandan kosong kelapa sawit digunakan NaOH yang dicampur
dengan air bersih sebelum dilakukan perendaman. Pembersih yang digunakan seperti
[image:50.612.248.394.403.547.2]Gambar 3.6. Pembersih serat (NaOH)
3.3.1.5. Pelumas Khusus
Untuk memudahkan dalam pembongkaran spesimen yang telah dicetak maka
digunakan pelumas khusus dari jenis Wax, yang berfungsi untuk melumasi bagian
dalam cetakan.
3.3.1.6. Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS)
Serat tandan kosong kelapa sawit yang berfungsi sebagai penguat matriks
komposit polymeric foam diperoleh dari hasil pengolahan tandan kosong kelapa sawit
yang diolah menjadi serat berdasarkan proses-proses tertentu. Serat tandan kosong
kelapa sawit yang diperlihatkan pada gambar 3.7.(a) adalah serat yang masih kasar
[image:51.612.258.385.113.228.2]namun untuk pembuatan parking bumper digunakan serat yang halus (b).
3.2.2. Peralatan
Peralatan yang dipergunakan pada penelitian ini terdiri dari:
a. Alat ukur
b. Alat cetak spesimen
c. Alat uji
3.2.2.1.Alat Ukur
Alat ukur yang digunakan pada penelitian ini adalah:
A. Alat Ukur Berat Jenis
Alat ukur untuk mengetahui berat jenis spesimen digunakan timbangan digital,
dengan cara terlebih dahulu harus mengetahui massa dan volume spesimen.
[image:52.612.282.358.471.572.2]Timbangan digital yang dipergunakan pada penelitian ini seperti diperlihatkan pada
gambar 3.8.
Gambar 3.8. Timbangan digital
B. Alat Ukur Volume
Untuk mengetahui besarnya volume digunakan gelas ukur. Gelas ukur yang
Gambar 3.9. Gelas ukur volume
Pengukuran volume air dilakukan dengan menggunakan gelas ukur 1000 ml.
dan volume NaOH menggunakan gelas ukur dengan volume 100 ml.
C. Alat Ukur Dimensi
Untuk mengukur dimensi cetakan digunakan dua buah alat ukur yaitu: mistar
baja dan jangka sorong. Jangka sorong yang digunakan seperti terlihat pada gambar
3.10.
Gambar 3.10. Jangka sorong
3.3.3.Cetakan Spesimen
Cetakan spesimen parking bumper dibuat dari papan tripleks dan dilapisi kaca
[image:53.612.226.416.463.546.2]a. Cetakan Parking Bumper
Cetakan parking bumper diperlihatkan pada gambar 3.11. Berikut dimensi
cetakan dan skala ukuran diperlihatkan dalam (cm).
Gambar 3.11. Cetakan parking bumper dalam ukuran cm
Cetakan yang digunakan terbuat dari bahan tripleks dengan dilapisi kaca pada
bagian dalam cetakan sebagaimana terlihat pada gambar 3.12.
Gambar 3.12. Cetakan parking bumper dari bagian atas
Cetakan ini digunakan untuk mendapatkan permukaan spesimen yang rata,
menghindari terjadinya pecah pada kaca tersebut maka lapisan terluar adalah tripleks.
seperti terlihat pada gambar 3.12. dan 3.13.
Gambar 3.13. Bagian terluar cetakan
b. Cetakan Spesimen Uji Tarik
Cetakan spesimen uji tarik statik dibuat berdasarkan standar ASTM D638 untuk
material polimer, sebagaimana terlihat pada gambar 3.14.
Gambar 3.14. Cetakan spesimen uji tarik
Untuk dimensi spesimen uji tarik dan uji tekan yang akan digunakan pada
Gambar 3.15. Dimensi cetakan sampel uji tarik
c. Cetakan Spesimen Uji Statik Tekan
Cetakan spesimen uji statik tekan mengikuti standar ASTM D1621-00 yang
[image:56.612.235.408.396.569.2]digunakan untuk pengujian plastik. gambar cetakan terlihat seperti pada gambar 3.16.
Gambar 3.16. Cetakan spesimen uji tekan dan impak
d. Cetakan Spesimen Uji Impak
Cetakan spesimen uji impak jatuh bebas sesuai standar ASTM D1621-00.
3.4. Prosedur Pembuatan Parking Bumper
Untuk peralatan dan material yang akan digunakan dalam pembuatan spesimen
Polymeric Foam, baik untuk pengujian tarik statik, pengujian statik tekan maupun
[image:57.612.130.514.268.528.2]untuk pengujian impak seperti diperlihatkan pada tabel 3.2.
Tabel. 3.2 Peralatan dan material yang digunakan untuk pembuatan spesimen
No Nama Jml Sat. Jenis Material Ukuran (mm) Alat
1. Cetakan spesimen 1 Set Kayu dilapisi kaca 1000x200x130 2. Gelas Ukur 1000 ml 1 Bh Kaca
3. Gelas Ukur 100 ml 1 Bh Kaca 4. Cawan Pencampur 1 Bh Kaca
5. Pengaduk 1 Bh
6. Penghalus Serat 1 Unit
Material
1. Matriks * gr Unsaturated polyester
2. Serat * gr TKKS
3. Katalis * gr MEKPO
4. Blowing Agent * gr Polyol dan Isocyanate 5. Cairan Pembersih lemak * ml NaOH 6. Cairan Pembersih Alat * ml Acetone
7. Pelumas * gr Wax
(*) ukuran disesuaikan dengan kebutuhan pembuatan spesimen.
3.4.1. Metode Pembuatan Parking Bumper
Proses pembuatan parking bumper dimulai dengan menentukan komposisi
sebagaimana terlihat pada tabel 3.3. Penelitian ini dilakukan dengan beberapa variasi
Tabel 3.3. Pembagian komposisi untuk pembuatan parking bumper
No. Nama Blowing Agent
(%)
Resin (%)
Serat (%)
Katalis (%)
Ket.
1 Komposisi Satu 10 75 10 5 K1 2 Komposisi dua 15 70 10 5 K2 3 Komposisi Tiga 20 65 10 5 K3
3.4.1.1. Proses Pencetakan Parking Bumper
Proses pencetakan Parking Bumper dilakukan dengan langkah-langkah sebagai
berikut:
1. Pemberian lapisan pemisah pada cetakan. Oleskan lapisan pemisah pada
bagian dalam cetakan dengan bahan pemisah berupa Wax agar tidak terjadi
ikatan yang kuat atau lengket antara permukaan cetakan dan produk yang
dibentuk. Hal ini bertujuan untuk mempermudah proses pembongkaran.
Proses ini diperlihatkan pada gambar 3.17. (a) dan (b).
( a ) ( b )
Gambar 3.17 (a). Pemberian lapisan pemisah pada bagian dalam
tutup belakang cetakan
2. Persiapan bahan-bahan yang diperlukan yaitu serat, resin tipe BQTN 157-EX
yang merupakan polyester resin tak jenuh kemudian ditimbang. Seperti
terlihat pada gambar 3.18. adalah proses penimbangan serat sesuai dengan
berat campuran yang ditetapkan. Berat volume isi cetakan adalah 6303 gr.
Berdasarkan pengujian yang telah dilakukan untuk membuat campuran cairan
polymeric foam seberat yang diinginkan sebanyak 85%, sehingga campuran
yang diperlukan menjadi 85% x 6303 gr = 5357,3 gr. [23].
[image:59.612.244.400.306.447.2]
Gambar 3.18. Penimbangan serat
3. Campurkan terlebih dahulu polyester resin dan serat tandan kosong kelapa
sawit kemudian aduk hingga merata.
[image:59.612.242.402.540.668.2]Polyester resin tak jenuh dan serat tandan kosong kelapa sawit yang
dipergunakan seperti terlihat pada gambar 3.19. adalah proses pencampuran
antara Polyester resin dengan serat tandan kosong kelapa sawit kedalam
sebuah wadah.
4. Campurkan katalis kedalam campuran serat dan resin dan aduk hingga
merata.
5. Campurkan bahan pembentuk polyurethane dengan komposisi polyol 55%
dan isocyanate 45%, dan aduk hingga merata seperti diperlihatkan pada
gambar 3.20.(a), (b) dan (c).
Gambar 3.20. (a) Isocyanate , (b) Polyol, (c) Hasil adukan Polyol+Isocyanate
4 Masukkan campuran polyol + isocyanate kedalam campuran resin dan serat
tandan kosong kelapa sawit, dan aduk hingga merata.
Setelah itu campurkan dengan katalis lalu aduk hingga campuran merata,
seperti ditunjukkan pada gambar 3.21.
Gambar 3.21.Pengadukan Bahan Polymeric Foam dan Serat
6. Tuangkan campuran tersebut kedalam cetakan yang telah dipersiapkan
[image:61.612.230.412.180.326.2]seperti diperlihatkan pada gambar 3.22.
Gambar 3.22. Cetakan siap untuk digunakan
7. Proses penuangan matriks dan serat kedalam cetakan. seperti diperlihatkan
a b
Gambar 3.23. Proses penuangan kedalam cetakan
3.4.1.2.Proses Pengerasan
Berikutnya biarkan campuran tersebut pada tekanan atmosfir dan suhu kamar.
Proses polimerisasi akan terjadi disertai dengan terbentuknya gelembung gas pada
![Tabel 2.4. Parameter tipikal tandan kosong kelapa sawit per kg [14]](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/309999.27774/34.612.151.487.181.399/tabel-parameter-tipikal-tandan-kosong-kelapa-sawit-per.webp)
![Tabel 2.5. Perbandingan tensile strength dan tensile modulus serat alam [15]](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/309999.27774/35.612.251.427.167.284/tabel-perbandingan-tensile-strength-tensile-modulus-serat-alam.webp)
