Keyword : Composite, Product, Kenaf powder, Free fall impact tet, Resin

RESPON MEKANIS PROTOTIPE PENAHAN PANAS KNALPOT SEPEDA MOTOR MATERIAL KOMPOSIT KENAF TERHADAP UJI IMPAK JATUH BEBAS

1,2

Wardiansyah 1, Fadly Ahmad Kurniawan.,ST.MT.2 Jurusan Teknik Mesin Sekolah Tinggi Teknik Harapan Medan 2016 E-mail : [email protected]

ABSTRAK Penelitian ini diawali dengan pembuatan serat kenaf dengan cara menggiling menggunakan blender. dilanjutkan dengan pembuatan cetakan dari komposit bepenguat serat kaca, kemudian dilakukan pencetakan produk berupa prototype penahan panas knalapot sepeda motor dari komposit berpenguat serbuk kenaf dengan komposisi masingmasing 90% Resin-10% serbuk dan 70% Resin-30% Serbuk. Kemudian dilakukan pengujian impak jatuh bebas untuk mendapatkan nilai ketangguhan maksimum. Pegujian ini dilakukan menggunakan alat uji impak jatuh bebas dengan cara meletakkan produk pada anvil datar kemudian diberikan beban impak pada ketinggian tertentu hingga produk mengalami retak/pecah. data yang didapat kemudian digambarkan kedalam bentuk grafik. Nilai ketangguhan maksimum yang didapat pada pengujian ini adalah 25,31 N dengan waktu 4,844 s.

Kata kunci : komposit, prodak, serbuk kenaf, impak jatuh bebas, resin. ABSTRACT This Study with Kenaf Fiber manufacture by grinding using blender machine. Followed by mold manufacturing of Composite fiber glass, then made a prototype of the product printing motorcycle exhaust heat resistant Composite of kenaf powder with the composition of each 90% of Resin and 10% of kenaf powder, 70% of resin and 30% kenaf powder. Then testing the impact of free fall to get maximum toughness value. Test of this is done using a free fall impact tester by putting the product on a flat anvil then given impact loads at high altitudes of up product fractured / broken. Data were obtained and then depicted in the form of a graph. The maximum toughness value obtained in this test are 25.31 N with a time 4.844 s.

Keyword : Composite, Product, Kenaf powder, Free fall impact tet, Resin. 1.

Pendahuluan

Latar Belakang Kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi dalam industri telah mendorong peningkatan dalam permintaan terhadap material komposit. Perkembangan bidang ilmu pengetahuan dan teknologi dalam industri mulai menyulitkan bahan konvensional seperti logam untuk memenuhi keperluan aplikasi baru. Industri pembuatan pesawat terbang, perkapalan, mobil dan industri pengangkutan merupakan contoh industri yang sekarang mengaplikasikan bahan-bahan yang

memiliki sifat berdensitas rendah, tahan karat, kuat, tahan terhadap keausan dan fatigue serta ekonomis sebagai bahan baku industrinya. Dengan kandungan serat yang cukup besar, serat kenaf berpotensi untuk dikembangkan dalam bidang komposit berbasis serat alam. Salah satu aplikasinya adalah untuk pembuatan papan serat. Hal itu dikarenakan tanaman ini dinilai memiliki kualitas serat yang kuat, kandungan serat cukup tinggi, bahan baku yang melimpah dan mudah didapat, serta tidak beracun. Selain itu, peningkatan kebutuhan serat kenaf tidak

akan mempengaruhi stabilitas pangan, sandang dan papan karena tidak berkedudukan sebagai komoditas primer masyarakat. Pada pengujian yang akan di lakukan untuk komposit serat kenaf ini adalah dengan komposisi yang bervariasi antara resin dan serbuk dengan campuran 10% serbuk - 90% resin dan 30% serbuk - 70% resin. Setelah di buat dalam bentuk produk berupa Prototipe penahan panas knalpot sepeda motor, maka akan dilakukan pengujian impak untuk mendapatkan hasil pengujian yang optimal. Batasan Masalah Batasan masalah Dalam penelitian ini adalah: 1. Komposisi komposit dengan variasi bahan resin dan serbuk kasar 10% serbuk - 90% resin dan 30% serbuk - 70% resin. 2. Proses pembuatan produk komposit berpenguat serat kenaf. 3. Pengujian impak jatuh bebas. Tujuan Penelitian a. Tujuan umum Membuat suatu penelitian produk komposit serbuk kasar menggunakan serat kenaf berpenguat resin dengan masing-masing komposisi 90% resin – 10% serbuk dan 70% resin – 30% serbuk. b. Tujuan Khusus 1. Melakukan kerja pemula pembuatan produk komposit berpenguat serbuk kenaf dengan pengikat resin (matriks). 2. Memperoleh nilai ketangguhan prodak komposit serbuk kenaf terhadap uji impak standar. 3. Mengetahui perbandingan nilai ketangguhan produk komposit serbuk kasar kenaf pada setiap komposisi komposit.

Manfaat Penelitian a.

Diaharapkan dapat memberikan imformasi tentang Optimasi

b.

c.

d.

2.

kekuatan Impak dari Komposit berpenguat serat Kenaf Hasil yang didapat dari penelitian ini diharapkan dapat memberikan referensi untuk membuat penelitian dari bahan yang sejenis ataupun penelitian lain di bidang teknik. Secara praktis diharapkan dapat digunakan sebagai bahan pertimbangan dalam pengolahan serat kenaf serta memberikan inovasi dalam ilmu pengetahuan dan teknologi untuk pemanfaatan serat kenaf di dunia industri. Meningkatkan nilai jual serat Kenaf sekaligus memberikan motivasi kepada masyarakat untuk memanfaatkan serat kenaf sehingga menghasilkan pendapatan bagi masyarakat Tinjauan Pustaka

Komposit Menurut Gibson (1994) Komposit adalah perpaduan dari bahan yang dipilih berdasarkan kombinasi sifat fisik masing-masing material penyusun untuk menghasilkan material baru dengan sifat yang unik dibandingkan sifat mateial dasar sebelum dicampur dan terjadi ikatan permukaan antara masing-masing material penyusun. Dari campuran tersebut akan dihasilkan material komposit yang mempunyai sifat mekanik dan karakteristik yang berbeda dari matrial pembentuknya. 1. Matriks Matriks adalah fasa dalam komposit yang mempunyai bagian atau fraksi volume terbesar (dominan), 2. Reinforcement atau Filler atau Fiber Salah satu bagian utama dari komposit adalah reinforcement (penguat) yang berfungsi sebagai penanggung beban utama pada komposit, Jenis jenis Komposit Jenis jenis komposit berdasarkan Matriknya 1. MMC: Metal Matriks Composite

Metal Matriks Composite yaitu bagian dari jenis komposit yang mengunakan matriks logam. MMC dikembangkan sejak tahun 1996. Pada awalnya yang diteliti adalah Continous Filamen MMC yang diperlukan untuk industri penerbangan. 2. CMC:

Ceramic

Matriks

Composite CMC merupakan material dua fasa dengan satu fasa berfungsi sebagai penguat dan satu fasa sebagai matriks dimana matriksnya terbuat dari keramik. Penguat yang umum digunakan pada CMC adalah; oksida, carbide, nitride. Salah saru proses pembuatan dari CMC yaitu dengan proses DIMOX yaitu proses pembentukan komposit dengan reaksi oksidasi leburan logam untuk pertumbuhan matriks keramik di sekeliling daerah filler. 3. PMC:

Polymer

Matriks

Composite Polimer merupakan matriks yang paling umum digunakan pada material komposit. Karena memiliki sifat yang lebih tahan terhadap korosi dan lebih ringan. Matriks polimer terbagi 2 yaitu termoset dan termoplastik. Bedanya hanyalah polimer termoset tidak dapat didaur ulang sedangkan termoplastik dapat didaur ulang sehingga lebih banyak digunakan belakangan ini. Jenisjenis termoplastik yang biasa digunakan adalah polypropylene (PP), polystryrene (PS), polyethylene (PE), dan sebagainya. Secara garis besar ada 3 macam jenis komposit berdasarkan penguat yang digunakannya, yaitu : 1. Bahan Komposit Partikel Dalam struktur komposit bahan komposit partikel tersusun dari partikel– partikel disebut bahan komposit partikel (particulate composite) menurut defenisinya partikel ini berbentuk beberapa macam seperti bulat, kubik, tetragonal atau bahkan berbentuk yang tidak beraturan secara acak, tetapi rata–

rata berdimensi sama. Bahan komposit partikel umunya digunakan sebagai pengisi dan penguat bahan komposit keramik (ceramic matrik composites). 2. Bahan komposit laminat Komposit laminat adalah komposit yang terdiri dari dua lapis atau lebih dan bahan penguat yang digabung menjadi satu dan setiap lapisnya memiliki karakteristik sifat sendiri, contohnya polywood, laminated glass yang sering digunakan sebagai bahan bangunan dan kelengkapannya. 3. Bahan komposit serat Komposit serat umumnya komposit serat terbagi menjadi 3 jenis, a. Komposit serat panjang b. Komposit serat pendek c. Komposit serat acak Komposit Serat Serat-serat organik dan anorganik umumnya digunakan untuk memperoleh bahan komposit serat. Serat organik seperti selulosa, propilene dan serat grafit pada umumnya dikarakterisasikan sebagai bahan yang ringan, lentur, elastis dan peka terhadap panas. Sedangkan serat anorganik seperti serat glas dan keramik merupakan serat yang paling tinggi kekuatannya serta tahan terhadap panas.

Unsur utama komposit adalah serat yang mempunyai banyak keunggulan, oleh karena itu bahan komposit serat yang paling banyak dipakai. Bahan komposit serat terdiri dari serat–serat yang terikat oleh matrik yang saling berhubungan. Bahan komposit serat ini terdiri dari dua macam, yaitu serat panjang (continous fiber) dan serat pendek (short fiber dan whisker). Penggunaan bahan komposit serat sangat efesien dalam menerima beban dan gaya. Karena itu bahan komposit

serat sangat kuat dan kaku bila dibebani searah serat, sebaliknya sangat lemah bila dibebani dalam arah tegak lurus serat. Selain itu serat juga menghemat penggunaan resin. Beberapa syarat untuk dapat memperkuat matriks antara lain : 1. Mempunyai modulus elastisitas yang tinggi. 2. Kekuatan lentur yang tinggi. 3. Perbedaan diameter serat harus relatif sama. 4. Mampu menerima perubahan gaya dari matriks dan mampu menerima gaya yang bekerja padanya (Feldman 1995 Komposit Serat Alam (Composite Natural Fiber) Komposit serat alam berbeda dengan serat sintetis yang sulit didapat, bobotnya lebih berat, tidak mampu melalui proses manufaktur secara alami dan tidak ramah lingkungan, dalam komposisi serat alam adalah bahan alternatif baru dan mampunyai kelebihan yang baik contohnya yaitu komposit jenis ini tidak menyebabkan iritasi pada kulit. Keuntungan lainnya adalah kualitas dapat divariasikan dan memiliki kesetabilan panas yang rendah (Lonkantra, 2007)

Tumbuhan Kenaf Kenaf (hibiscus cannabinus L.) adalah tanaman yang berasal dari tumbuhan pada ribuan tahun silam di Wilayah Timur-Afrika Tengah. Kenaf dapat tumbuh didaerah tropis maupun sub-tropis. Penelitian pertama kali di Amerika Serikat pengunaan serat dari tanaman agrikultur, dimulai sesudah Perang Dunia Ke II. Pada tahun 1950, Departemen Agrikultur Amerika seksi Agricultural Research Service (ARS) telah meneliti lebih dari 500 spesis tanaman yang berpotensial menghasilkan serat berkualitas untuk keperluan industri Pulp dan Kertas. Hasil penelitian, menetapkan bahwa Kenaf memiliki serat terbaik untuk keperluan industri PULP dan KERTAS

serta produk turunan lainnya. Tumbuhan Kenaf dan Serat Kenaf dapat dilihat pada gambar dibawah :

Matrik/Resin Matriks merupakan bahan yang digunakan untuk membalut dan menyatukan panguat tanpa bereaksi secara kimia dengan penguat. Matriks yang sering digunakan dalam pembuatan bahan komposit adalah resin. Secara umum resin dapat diklasifikasikan atas 2 kelompok, yaitu:

1. Resin termoplastik 2. Resin termoset Resin yang digunakan pada pengujian ini adalah resin Termoset. Resin Termoset Resin termoset seperti yang terlihat pada gambar 2.10 merupakan bahan yang tidak dapat mencair atau lunak kembali apabila dipanaskan. Resin termoset tidak dapat didaur ulang karena telah membentuk ikatan silang antara rantai-rantai molekulnya. Sifat mekanisnya bergantung pada unsur molekuler yang membentuk jaringan, rapat serat panjang jaringan silang (Humaidi 1998).

Resin Termoset

Katalis Katalis adalah zat yang ditambahkan kedalam suatu reaksi dengan maksud memperbesar kecepatan reaksi. Katalis terkadang ikut terlibat dalam reaksi tetapi tidak mengalami perubahan kimiawi yang permanen, dengan kata lain pada akhir reaksi katalis akan dijumpai kembali dalam bentuk dan jumlah yang sama sebelum reaksi. Katalis mempercepat reaksi kimia pada suhu tertentu, tanpa mengalami perubahan atau terpakai oleh reaksi itu sendiri. Suatu katalis berperan dalam reaksi tapi bukan sebagai pereaksi ataupun produk. Katalis memungkinkan reaksi berlangsung lebih cepat atau memungkinkan reaksi pada suhu lebih rendah akibat perubahan yang dipicunya terhadap pereaksi.

Uji Impak Jatuh Bebas Pada penelitian ini, pengujian dilakukan dengan menggunakan standar teknik jatuh bebas. Menggunkan alat uji impak jatuh bebas, produk yang akan diuji ditempatkan diatas sebuah anvil datar dan dihatam dengan striker dengan ketinggian tertentu dengan cara jatuh bebas. Pengujian standar ini bertujuan untuk melihat sejauh mana kemampuan produk dalam menyerap energi impak (impact energy test), selain itu uji standar juga bertujuan meneliti kepatahan rusak produk (penetration test) yang memungkinkan merusak lapisan cangkang produk. t (S)

0

1

2

3

4

5

v (m/s)

0

9,8

19,6

29,4

39,2

49

Dari data tabel diatas dapat digambarkan sebuah grafik hubungan antara kecepatan dan waktu yang juga merupakan sebuah persamaan garis lurus seperti pada gambar dibawah.

Katalis Pembuatan produk komposit Proses hand lay-up merupakan proses laminasi serat secara manual, dimana merupakan metode pertama yang digunakan pada pembuatan komposit. Metode hand lay-up lebih ditekankan untuk pembuatan produk yang sederhana dan hanya menuntut satu sisi saja yang memiliki permukaan halus (Gibson,1994 Keuntungan hand lay-up : 1. Peralatan sedikit dan harga murah. 2. Kemudahan dalam bentuk. 3. Variasi ketebalan dan komposisi serat dapat diatur dengan mudah.

Metodelogi Penelitian Metodologi penelitian yang dilakukan dalam penelitian ini adalah metode penelitian eksperimental. Data diperoleh melalui pengujian impak jatuh bebas pada prototipe produk komposit berupa anti panas knalpot sepeda motor. Tempat dan Waktu Adapun tempat dan waktu pelaksaan penelitian in dilakukan pada bulan April 2016 sampai dengan bulan Agustus 2016. Tempat dan waktu pelaksaan kegiatan penelitian ini dapat dilihat pada tabel

N Wa o ktu . 1 Apr il

2 Mei juni

3

Juli

4 Agu stus

Kegiatan

Lokasi Penelitian

Pengolahan serat kenaf

Lab. Fenomena dasar mesin sekolah tinggi teknik harapan medan Lab. Fenomena dasar mesin sekolah tinggi teknik harapan medan

e.

Pembuatan cetakan dan percobaan pmbuatan variasi komposisi Pembuatan produk

Pengujian impak jatuh bebas dan pengolahan data

Lab. Fenomena dasar mesin sekolah tinggi teknik harapan medan Lab. Impak Unit 2, Magister teknik mesin Universitas Sumatra Utara

Prosedur Pembuatan Produk Komposit 1. Pengolahan serat Tanaman kenaf memiliki panjang batang sekitar 3,5 – 4 m pada waktu panen sekitar umur 150 hari, serat kenaf terbagi 2 yaitu serat luar dinamakan bast dan serat dalam (inti) dinamakan core. Pada penelitian ini yang diambil untuk pembuatan penguat dari spesimen uji adalah bagian bast yaitu serat luar. Pertama yaitu memotong bagian ranting, akar dan daun tanaman kenaf dan memisahkannya. Lalu di kuliti tanaman kenaf tersebut dengan memisahkan antara bast (bagian serat luar) dan core (bagian serat dalam). Lalu dilakukan proses pengeringan dibawah sinar matahari secara langsung ± 1 hari atau lebih sampai benar-benar mengering. Setelah mengering lalu dilakukan pemisahan antara core dan bast. 2.

d.

Proses percetakan a. Menyiapkan bahan b. Menyiapkan cetakan. c. Ppengolesan cetakan wax

dengan

f.

Mengolesi bagian cetakan dengan campuran resin dan tepung talc. Penuangan campuran resin dan serat kedalam cetakan. Setelah kering keluarkan produk dari cetakan.

Hasil dan Pembahasan Material yang dikembanangkan pada penelitian ini yaitu komposit berpenguat serbuk kenaf. pembuatan Komposit ini menggunakan Polyster resin sebagai matrik dan serbuk kenaf sebagai penguat. Dari meterial diatas dibuat dalam beberapa produk uji yang divariasikan ke dalam dua komposisi yang masing-masing dibuat dua produk seperti diperlihatkan pada tabel Nama

Resi n (%)

Sera t (%)

Katali s (%)

Jumla h

Komposisi 1

70

30

0,5

2

Komposisi 2

90

10

0,5

2

Pengujian Impak Jatuh Bebas Pengujian impak jatuh bebas bertujuan untuk mengetahui respon tegangan pada prototipe produk komposit berpenguat serbuk kenaf berupa anti panas knalpot. Pruduk yang diuji pada penelitian ini mempunyai dimensi panjang 38,5 cm, tinggi 4 cm dan lebar 10,5 cm. sedangkan massa test rig sebesar 4 kg dan massa produk berkisar anatra 0,243 kg sampai 0,250 kg. pengujian dilakukan dengan ketinggian jatuh impaktor adalah 0,5 m, dengan alasan produk yang dibuat diperkirakan hanya mampu bertahan pada ketinggian maksimumnya 0,5 m. Variasi pembebanan impak jatuh bebas diberikan pada bagian sisi atas pada produk dengan alasan bagian tersebut adalah bagian yang rentan mengalami kerusakan. Anvil yang digunakan adalah anvil plat datar. Dari empat pengujian yang dilakukan pengujian pertama yang dilakukan pada produk dengan komposisi 70% Resin dan 30% serat

merupakan hasil terbaik yang didapat yaitu dengan gaya impak 25,31 N dengan waktu 4,755 sec. Perbandingan nilai ketangguhan pada setiap komposisi dapat dilihat pada tabel dan grafik dibawah . KOMPOSISI

N

90-10 (A)

19,33

90-10 (B)

16,66

70-30 (A)

20,66

70-30 (B)

25,31

Saran

30 20

19.33

16.66

20.66

25.31

10 0 90-10 (A)

90-10 (B)

70-30 (A)

90% resin dan 10% serat dengan 19,33 N, hal ini membuktikan bahwa semakin besar komposisi serat pada sebuah produk komposit maka ketangguhanya semakin tinggi.

70-30 (B)

Kesimpulan Dan Saran Berdasarkan hasil pengujian dan pembahasan yang telah dilakukan, maka dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut: 1. Produk yang dibuat dari komposit serat kenaf dapat dikatakan cukup baik dengan bentuk dan ukuran yang identik dengan praduk pabrikan, hanya saja pembuatan cetakan yang kurang sempurna berakibat juga pada hasil cetakan yang mengalami cacat pada beberapa bagian 2. Setelah dilakukan pengujian impak jatuh bebas didapat hasil yang berbeda beda pada setiap komposisi dari setiap produk yang diuji. Yaitu Produk 90-10 A : 19,33 N, Produk 90-10 B : 16,66 N, Produk 70-30 A : 20,66 N, Prodak 70-30 B : 25,31 N. 3. Pengaruh komposisi pada pembuatan produk komposit mempengaruhi ketangguhan produk pada pengujian impak jatuh bebas, dimana diketahui ketangguhan komposisi dengan 70% resin dan 30% serat lebih tinggi dengan 25,31 N dibandingkan dengan komposisi

Saran-saran yang dapat diperhatikan untuk melakukan penelitian serupa di kemudian hari yaitu: 1. Pada saat ingin melakukan penelitian sebaiknya dilakukan persiapan jauh sebelum dilakukan penelitian, seperti study literatur melalui buku atau media elektronik. 2. Pembuatan cetakan sebaiknya dilakukan dengan teliti dan berhati hati untuk mencegah kerusakan atau cacat di suatu sisi, karena cacat yang terjadi pada cetakan akan berpengaruh juga pada kualitas produk yang dicetak. 3. Pada proses percetakan sebaiknya menggunakan anti lengket (wax) yang merata pada setiap bagian cetakan, hal ini untuk menghindari lengketnya produk pada cetakan sehingga akan membuat produk yang Dicetak akan rusak atau mengalami kecacatan. 4. Pengujian yang dilakuakan di luar kampus sangat menyulitkan mahasiswa saat melakukan penelitian, sehingga sangat diharapkan jika kampus memiliki sendiri peralatan uji, sehingga akan mempermudah mahasiswa saat melakukan penelitian karna penelitian akan lebih efisien dengan penghematan waktu dan biaya sehingga hasil penelitian dapat

dimaksimalkan. Daptar Pustaka Iswandi, puji. 2014. Proses Termoset Dan Termoplastik. http://pujiiswandi42.blogspot.sg/2 014/03/proses-termoset-dantermoplastik.html. Diakses 23 juli 2016. Septyawan. Dwi. 2009. Kevlar Composite. http://dwi-

septyawan.blogspot.sg/2010/01/ke vlar-composite.html. Diakses 23 juli 2016. Ellyawan. 2008. Paduan untuk komposit. http://ellyawan.dosen.akprind.ac.i d/?= 6. Diakses 25 juli 2016. Feldman, Dorel. 1995. Bahan Polimer Konstruksi Bangunan. Gramedia Pustaka Utama, Jakarta. Gibson, R.F., 1995, Priciples of Composite Material Mechanics. Copyright by McGraw-Hill.Inc., Humaidi,Syahrul. 1998. Bahan Kompoisit Polimer. Unipersitas Sumatra Press, Medan Japanese Industrial Standart. 2003. JIS Particle Board JIS A 5908 : 2003. Japan. Maloney, T.M. 1997. Modern Particleboard dan Drying-Process Fiberboard Manufacturing.Miller Freeman Publication, San Francisco. Schwatrz, MM, 1984, Composite Material Handbook, McGraw Hill Inc. New york USA. Tsomis, G. 1991. Science and Technology of Wood. Van Nostran New York.