PEMANFAATAN LIMBAH SERAT KELAPA DAN BAGAS …

Pemanfaatan Limbah Serat Kelapa… (Kuntari Adi Suhardjo, dkk)

101

PEMANFAATAN LIMBAH SERAT KELAPA DAN BAGAS SEBAGAIPENGISI PALANG PINTU PERLINTASAN KERETA API DARI

KOMPOSIT BERSTRUKTUR SANDWICH

UTILIZATION OF WASTE COCONUT AND BAGASSE FIBER AS A FILLER OFRAILWAY CROSSING BARRIER FROM SANDWICH STRUCTURE COMPOSITE

Kuntari Adi Suhardjo dan Ariyadi BasukiBalai Besar Bahan dan Barang Teknik, Kementerian Perindustrian

Jl. Sangkuriang No.14, Bandung - Indonesiae-mail: [email protected]

diajukan: 17/06/2014, direvisi: 14/07/2014, disetujui: 27/08/2014

ABSTRACT

Railway crossing barrier is made of wood, often hit by a vehicle that cause short lifetime. For wood substitutionhas done a research railway crossing barrier of composite sandwich structure using coconut /bagasse fiberboardas fillers, which aims to substitute wood. The experiment used WR200 and stichbonded fiberglass. Preliminaryexperiments have been done by making glass fiber and polyester resin composite test specimens with threevariations: First 4WR200 + 4Stitchbonded + polyester resin with a total thickness of 10 mm, second 2WR200 +6Stitchbonded + polyester resin with a total thickness of 14 mm and third 6WR200+ 2Stitchbonded resin with atotal thickness of 6 mm. The best results are the first variation. Furthermore, the experiment of making railwaycrossing barrier with the first variation [(2WR200+2Stitchbonded) + polyester resin] + coconut/bagasse fiberboard + [(2WR200 + 2Stich bonded) + polyester resin]. From the calculation of Techno Economics: Price ofwooden railway crossing barrier is Rp 7.589.500,-/unit with investment in equipment and price is Rp 2.532.000,-/unit without investment in equipment, Price of crossing barrier sandwich composite is Rp 12.811.430,-/unit withinvestment in equipment and price is Rp 2.419.180, - / unit without investment in equipment. The overall weightof wooden railway crossings product 52.62 kg, product of railway crossing barrier sandwich composites usingcoconut fiberboard filler 57.71 kg, and using bagasse fiberboard filler 54.25 kg

Keywords: railway crossings barrier, composites, fiberglass, polyester resin, coconut fiberboard and bagassefiberboard.

ABSTRAK

Palang pintu perlintasan kereta api terbuat dari kayu, pada umumnya sering tertabrak kendaraan sehingga umurpakai menjadi pendek. Telah dilakukan penelitian pembuatan palang pintu dari komposit berstruktur sandwichdengan menggunakan pengisi fiberboard serat kelapa atau bagas yang bertujuan untuk substitusi kayu.Percobaan ini menggunakan serat gelas WR200 dan Stichbonded. Tahapan percobaan pendahuluan membuatspesimen komposit serat gelas dan resin poliester dengan tiga variasi yaitu pertama 4WR200 + 4Stitch Bonded+ resin poliester dengan total tebal 10 mm; kedua 2WR200 + 6Stitch Bonded + resin dengan total tebal 14 mmdan ketiga 6WR200 + 2Stitch Bonded+ resin dengan tebal total 6 mm yang hasil terbaik adalah variasi pertama.Selanjutnya dilakukan percobaan pembuatan palang pintu kereta api menggunakan variasi pertama, hal inipercobaan yang pertama memberikan hasil terbaik Proses pembuatan meliputi layup serat gelas dan resinpoliester dengan menyisipkan fiberboard serat kelapa/serat bagas pada molding [(2WR200 + 2Stitch bonded)+resin poliester] + fiber board serat kelapa/ bagas + [(2Stich bonded + 2WR200) + resin poliester,kemudianpengepresan, serta pengeringan.Hasil perhitungan Tekno Ekonomi: Harga palang pintu kayu dengan investasiperalatan Rp 7.589.500,-/unit, Harga palang pintu kayu tanpa investasi alat Rp 2.532.000,-/unit, harga palangpintu komposit dengan investasi peralatan Rp 12.811.430,-/unit, Harga Palang Pintu Komposit tanpa investasialat Rp 2.419.180,-/unit. Berat keseluruhan palang pintu perlintasan kereta api dari kayu 52,62 kg dari sandwichkomposit mempergunakan sandwich pengisi serat kelapa 57,71 kg, dari sandwich komposit mempergunakansandwich pengisi bagas 54,25 kg

Kata Kunci: Palang pintu perlintasan kereta api, komposit, serat gelas, resin poliester, fiber board serat kelapadan fiberboard serat bagas

Jurnal Riset Industri (Journal of Industrial Research) Vol. 8 No. 2, Agustus 2014, Hal. 101 – 112

102

PENDAHULUAN

Palang pintu perlintasan kereta apiyang ada saat ini umumnya terbuat darikayu dengan proteksi permukaanmenggunakan cat, umur pakai pendekkarena pengendara yang kurang disiplinsehingga kendaraan sering menabrakpalang pintu yang mengakibatkan rusakatau patah. Selain hal tersebut jugaprasarana kereta api yang tidak memadaiyaitu kurangnya sarana palang pintu dipersimpangan lintasan kereta api denganjalan raya ataupun perlintasan kereta api liardidaerah yang mengakibatkan kecelakaan,diperlukan palang pintu kereta api lebihbanyak (Kuntari 2012). Atas dasar inilahmaka dilakukan percobaan pembuatanpalang pintu kereta api dari bahan kompositberstruktur sandwich dengan pengisimenggunakan limbah dari serat kelapa atauserat bagas yang dibuat menjadi fiberboard,serat bagas adalah ampas tebu bekaspenggilingan dipabrik gula (Vilay 2007).

Kelebihan yang ditawarkan dari palangpintu dari komposit berstruktur sandwich iniadalah kuat, tahan cuaca, tahan lama danrelatif murah dengan menggunakan bahankomposit yang banyak tersedia di pasardalam negeri. Selain hal tersebut apabilapalang pintu tersebut rusak akibat tertabrakmudah diperbaiki dengan dicetak kembali.

Struktur Sandwich adalah strukturkomposit yang tersusun dari minimum tigabagian, yaitu laminate bagian atas; inti ataucore; laminate bagian bawah.

Pada struktur sandwich, core bergunauntuk mempertebal struktur dengan caramenyisipkan diantara dua laminate yaitulaminate atas dan laminate bawah. Selainmeningkatkan kekakuan lentur (flexuralrigidity) dengan susunan yang berlapistersebut secara mekanik struktur menjadilebih tahan terhadap laju kerusakan.

Pada struktur solid, jika terjadi retakawal di satu sisi maka retak tersebut akanmerambat sampai ke sisi lainnya danakhirnya struktur patah total. Namun padastruktur berlapis jika terjadi retak pada satusisi maka rambatan retak akan tertahan,retak akan berhenti paling jauh sampai padasisi lapisan lain di lapisan yang sama. Untukmelanjutkan kerusakan perlu usaha lagi

untuk membuat retak awal di lapisanberikutnya

Gambar 1. Struktur Sandwich

.Berdasarkan perhitungan denganasumsi penggunaan bahan sandwich dapatmenurunkan nilai defleksi hingga 8 kali lebihkecil dari bahan solid. Penggunaan strukturkomposit/sandwich akan meningkatkan nilaikuat lentur dari model hingga 8 kali lebihbesar bila dibandingkan memakai strukturbahan solid. Struktur laminate tersusun darilembaran-lembaran serat gelas yangditumpuk-tumpuk sedemikian rupa dicampurresin poliester, pengeras/katalis dan pigmenbila diperlukan pengeras/katalis dengancara lay-uping.

Pada saat penyusunan, orientasi seratdiatur sehingga menghasilkan kekuatanoptimal pada kuat tarik, kuat tekan dan kuatlentur. Struktur Core dalam hal inidigunakan bahan yang lebih ringan danlentur, dengan tebal yang memadai sesuaidengan perhitungan teoritis kekuatanstruktur sandwich yang diinginkan.Penggabungan antara laminate dengancore menggunakan adonan resin yangsama seperti untuk pembuatan laminatedengan cara lay-uping (Charles E, Knox2001).

Dalam percobaan ini digunakankomposit dari bahan resin poliester (matriks)dan serat gelas (reinforcement) dengansandwich pengisi fiberboard seratkelapa/serat bagas (Mulinari 2011). Faktormanufaktur yang berpengaruh terhadaphasil produksi palang pintu perlintasankereta api antara lain proses lay up, mixingantara resin epoksi atau serat poliesterdengan serat gelas accelerator agent(katalis). Selain itu teknik pengepresan,penyusunan orientasi serat (00, 450, 900),jumlah layer serat, jenis konstruksi serat

d/2

Core

d/4

Laminatebawah

b

d/4

Laminateatas


103

gelas, susunan tumpukan dan fraksi volumeserat antara serat dan matriks, sangatmempengaruhi kekuatan produk kompositpalang pintu perlintasan kereta api.Tekanan diperlukan untuk mengatur danmengontrol fraksi volume serat (Ning Pan1991). Hal lainnya untuk mengurangi udarayang terjebak didalam komposit yangmenimbulkan void memperlemah struktur.

Void tersebut akan menjadi awalretakan (crack) ataupun delaminasi padastruktur jika menerima beban siklik. Olehkarena itu untuk memperoleh produk palangpintu dilakukan percobaan dengan variabel:Raw material komposit, penyusunanorientasi serat (00.450.900), jumlah layer,susunan tumpukan, fraksi volume antaraserat dan matriks (Fan C.F et al 1989)Diharapkan dari variabel ini dapat diperolehkondisi optimum manufaktur pembuatanpalang pintu perlintasan kereta api.

Oleh karena palang pintu kereta apitidak mendapatkan beban statik dandinamik tinggi, yang diperlukan adalah kuattarik dan kuat lentur yang tinggi makadipertimbangkan untuk menggunakansandwich komposit, dengan sandwichpengisi fiberboard dari serabut kelapa ataufiberboard dari bagas (serat ampas tebu).

Keunggulan serat gelas adalahmempunyai kekuatan tarik yang sangattinggi, ratio antara kekuatan dan berat lebihkuat dari steel wire. Tahan terhadap panas,api, zat kimia dan tidak terpengaruh olehjamur.Tahan terhadap kelembaban sangatbaik, tidak swelling, stretch ataudisintegrate. Tahan dan mampu menahanmaksimum mechanical strength dalamlingkungan lembab. Mempunyai coefisienthermal linier expansion yg rendah, sertacoefisien thermal conductivity yang tinggi,karena itu mempunyai performance yangsangat baik pada lingkungan panas,khususnya untuk menghilangkan panasyang sangat cepat bila diinginkan. Sangatideal digunakan sebagai electric insulation,keuntungan dapat diambil pada kekuatandielectric yang tinggi dan constant dieletricyang rendah (George lubin, 1981).

Dari Hasil penelitian terdahulumengenai karakteristik konstruksi seratgelas telah diperoleh hasil bahwapenggunaan serat gelas WR200 dapatmemberikan sifat kuat tarik yang tinggi,

serta memberikan permukaan produk lebihhalus, sedangkan penggunaan serat gelasstichbonded dapat memberikan sifat kuatlentur dan kuat tekan yang tinggi (Kuntari etal 2011). Oleh karena itu pada percobaanpembuatan produk palang pintu perlintasankereta api pada penelitian ini digunakan WR200 dan stichbonded. Sebagai sandwichpengisi digunakan fiberboard serat kelapadan bagas karena berat jenis keduanyalebih ringan dan keduanya adalah limbahyang selama ini belum dimanfaatkanmaksimal (Zoi N 2014)

Pemanfaatan limbah serabut kelapadapat diolah lebih lanjut (Agustian et al2003) menjadi papan partikel sebagaibahan bangunan struktural/non strukturalataupun sebagai sandwich pengisi daripanel komposit yaitu dengan menambahkanmaterial pengikat urea formaldehyde,phenolic formaldehyde atau poly urethane(PU) dan perlakuan kempa panas, makaakan didapat papan partikel dengan densitysampai 800 Kg/m3.Bagas atau ampas tebu(bagasse), yaitu limbah padat berserat sisapenggilingan batang tebu. Pabrik gula rata-rata menghasilkan bagas sekitar 32% bobottebu yang digiling. Sebagian besar bagasdimanfaatkan sebagai bahan bakar danuntuk pulp kertas. Komposisi kimia daribagas: Selulosa 45 – 55%, Hemicellulose20 – 25%, Lignin 18 – 24%,Debu 1 – 4%,Lilin (wax) < 1% (Vilay V et al, 2007)..Sebagai bahan konstruksi bangunan, bagassudah dimanfaatkan sebagai bahan bakupapan atau building board serta panelkedap suara

Kegiatan penelitian ini bertujuan untukpenerapan teknologi komposit berstruktursandwich pada pembuatan palang pintuperlintasan kereta api mulai dariperencanaan rancangan produk, rancanganmould, manufaktur, pengujian spesimen danmencari kondisi optimum formula danmerupakan teknologi proses tepat guna.

Tujuan dari penelitian ini adalahmenghasilkan produk palang pintuperlintasan kereta api berbahan sandwichcomposite dari serat gelas sebagai penguatdan resin poliester sebagai matriks, dengansandwich pengisi memanfaatkan fiberboarddari serabut kelapa dan fiberboard daribagas serta menghasilkan metode


104

manufaktur yang dapat dikerjakan olehIndustri kecil Menengah (IKM).

METODE

Bahan dan Peralatan

Bahan Utama:Resin poliester: Resilient polyester resinhydrogenated bisphenol A bersifat fleksibel,Fiber glass: Jenis C-glass (sodiumborosilica)/ S-glass (magnesium aluminosilica) tahan kimia sangat baik, kekuatantarik sangat tinggi untuk struktur aircraft,electrical insulation properties yang sangatbaik, WR200: woven roving tebal 0,2mmbreaking strength (N/25x100mm) 1256Warp/1146 Wft SB: Stich Bonded glassfiberfabric, kain di bending dengan filament,breaking strength (N/25x100mm)2650Warp/2150Weft, density 1250 g/m2 (JustusSakti Raya PT, 2012)

Bahan Pembantu adalah thinner pembersih,gel coat, majun, mirror tape, double tapedan glass film.

Peralatan utama yang digunakan adalahcetakan palang pintu kereta api

Peralatan pembantu yang digunakan adalahtimbangan, gunting, jangka sorong (untukmengukur ketebalan), mistar, kape, kuas,gelas ukur, cawan, kaos tangan panjang

Cara Kerja

Percobaan pendahuluan

Desain struktur konstruksi bertujuanuntuk menemukan kondisi sifat mekanikyang optimal berupa kuat tarik, kuat tekan,kuat lentur dan kekerasan pada strukturkomposit serat gelas sebagai penguat danresin poliester sebagai matriks melaluipercobaan pendahuluan dengan variasijumlah layer, konstruksi, susunan tumpukandan fraksi volume serat gelas sebagaiberikut : Pembuatan spesimen uji proseslay-uping dengan variasi sesuai kodepercobaan:

1. 4WR200 + 4Stitch Bonded + resinpolyester dengan total tebal 10 mm.

2. 2WR200 + 6Stitch Bonded + resindengan total tebal 10 mm,

3. 6WR200 + 2Stitch Bonded + resindengan tebal total 6 mm.

Selanjutnya dilakukan pengeringandan pemotongan spesimen uji sesuaiukuran.

Pembuatan Fiberboard Serat Kelapa

Limbah serabut kelapa masuk mesincarding jarum kasar untuk menguraikanseratnya, serbuk dipisahkan dari seratnya.Masuk mesin carding dengan jarum yanglebih halus. Penyaringan untuk memisahkanserbuk, serat panjang dan serat pendek.Selanjutnya pengeringan Fiberboard yangdigunakan percobaan adalah serat pendek

Penimbangan serat pendek: 90% PolyUrethane (PU): 10% dan MC pengencer10% PU dan MC di blender, selanjutnyadimasukkan dalam tanki mixer dicampurdengan serat pendek kelapa. Masuk dalammoulding dengan penataan, di press 2menit dengan pemanasan uap 1700C untukmendapatkan density 200kg/m3, pelepasandari cetakan, curing dengan blower 260C 2hari, pemotongan packing, siap pakai(Polatique PT 2012)

Pembuatan Fiberboard Serat Bagas

Limbah bagas masuk mesin cardingdisaring dipisahkan antara bagas halus danbagas kasar. Poly Urethane (PU) 13% danMC 10% di blender. Membuat adonan seratbagas dan binder resin PU dan MC sesuaidengan jenis layer. Molding dibuat sandwichlayer I adonan bagas halus 15%, Layer IIadonan bagas kasar 70%, layer III adonanbagas halus 15% selanjutnya di press 3menit dengan steam 1700C untukmendapatkan density 250 kg/m3, pelepasandari cetakan, curing dengan blower 260C 2hari, pemotongan packing, siap pakai(Polatique PT 2012)

Pembuatan Palang Pintu Kereta Api

Persiapan cetakan, cetakan untukpalang pintu dengan dimensi ≠ 20 x 180 x3000 (mm) 2 pcs; ≠ 20 X 140 X 3500 (mm)2 pcs dan ≠ 20 x 100 x 1500 (mm) 1 pcs,


105

pembersihan dengan thinner.Perekatancetakan dengan release film dan pelapisandengan mirror grase (3 lapisan) supayaproduk mudah dilepas

Persiapan bahan, pemotongan seratgelas, fiberboard serat kelapa danfiberboard bagas sesuai ukuran.Penimbangan resin poliester dan powder.Pengadukan resin poliester dan powderuntuk gelcoat dengan perbandingan 1:1,serta resin poliester dan katalisperbandingan 9:1.

Proses lay-up

Proses lay-up serat gelas denganresin poliester, layer demi layer serat gelasWR200 dan stichbonded dan ditengah diisifiberboard serat kelapa/bagas kemudiandilapisi lagi serat gelas stichbonded danWR200 pada cetakan, selanjutnya cetakanditutup, serta dilakukan pengepresan,proses curing pada suhu kamar waktu 8jam, pembukaan cetakan dan produkdilepas.

Proses Finishing dan Assembling

Pemeriksaan perapihan bilah-bilahpalang pintu, pemotongan, pengampelasandan pengecatan selanjutnya dilakukanproses penyetelan dan assembling

Pengujian Mekanik

Tensile strength Testing, acc. to TestMethod of Tensile Properties of Plastics,ASTM D638-02a,Compression Testing, acc.to Test Method ofCompressive Properties of Rigid Plastics,ASTM D695-02a,Flexural Testing, acc.to Test Method ofFlexural Properties of Unreinforced andReinforced Plastics, ASTM D790-02a,Hardness Testing, acc.to Test Method ofRockwell Hardness Properties of Plasticsand Insulating Material, ASTM D785-02a.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Dari penelitian terdahulu mengenaikarakteristik komposit dari serat gelasdengan variasi kontruksi yaitu WR200,

WR400, WR600, WR800 dan Stich Bondedtelah diperoleh informasi bahwapenggunaan serat gelas WR200 dapatmemberikan sifat kuat tarik yang tinggi,serta memberikan permukaan produk lebihhalus, sedangkan penggunaan serat gelasstichbonded dapat memberikan sifat kuatlentur dan kuat tekan yang tinggi (Kuntari etal 2011). Oleh karena itu pada percobaanpembuatan produk palang pintu kereta apipada penelitian ini digunakan WR 200 padabagian luar supaya permukaan produkhalus, rata dan mempunyai kuat tarik tinggi,serta digunakan serat gelas stichbondedpada bagian dalam untuk memudahkanproses dan mendapatkan sifat kuat lenturdan kuat tekan yang tinggi.

Penelitian Pendahuluan

Penelitian pendahuluan yang telahdilakukan susunan layer pada spesimen ujisesuai dengan ilustrasi gambar layer sesuaidengan kode percobaan berikut ini:

1. 4WR200 + 4Stitchbonded +resinpoliester, total tebal 10 mm

2. 2WR200 + 6Stitchbonded + resinpoliester, total tebal 14 mm

3. 6WR200+2Stitchbonded+ resinPoliester, total tebal 6 mm

Spesimen uji dari penelitianpendahuluan tersebut diuji terhadap sifatmekanik yaitu kuat tekan, kuat tarik, kuatlentur dan kekerasan, hasil pengujian sifat


105



Proses lay-up




Pengujian Mekanik












105



Proses lay-up




Pengujian Mekanik












106

mekanik percobaan pendahuluan dapatdilihat pada Tabel 1.

Tabel 1. Hasil Pengujian Sifat Mekanikpercobaan pendahuluan

Kode

KuatTekan

(kgf/cm2)

KuatTarik

(kgf/ cm2)

KuatLentur

(kgf/ cm2)

KekerasanHRR

1A 3529,249 2600,42 0,586 116,71B 3293,621 2331,37 0,582 117,21C 3859,401 2439,26 0,541 112,71D 3933,241 2595,40 0,489 118,31E 3658,249 2471,33 0,566 114,7

3654,753 2487,56 0,553 115,92A 2865,665 1680,23 0,474 105,22B 2943,512 2139,04 0,574 104.32C 2773,532 2399,17 0,661 103,52D 2861,341 1367,83 0,701 105,72E 2797,245 2028,03 0.678 104,8

2848,259 1922,86 0,608 104,73A 1952,442 1691,16 0,651 95,43B 1879,347 2209,26 0,587 96,33C 1889,568 2485,99 0,543 97,53D 1934,761 4285,71 0,643 96,73E 1893,852 2391,90 0,616 94,9

1909,994 2612,81 0,608 96,2

Hasil Pengujian Kuat Tekan danKekerasan

Karakteristik kain ditentukan olehkonstruksi kain. Stitchbonded merupakankain dari roving serat gelas yang dilapisioleh serat panjang dan ditabur secara tidakberaturan selanjutnya di bending denganbenang filament dengan ketebalan 1,6 mm,hal ini dimaksudkan untuk meningkatkansifat fisik kain. WR200 adalah kain daribenang roving serat gelas yang mempunyaipenampang roving lebih halus daripenampang roving stichbonded denganketebalan 0,2 mm, sehingga dipakaisebagai lapisan luar komposit untukmenghasilkan permukaan yang halus.WR200 karena terdiri dari beberapa benangfilament yang dipuntir dan kuat kalau sudahmenjadi kain akan saling mendukungmempunyai kekuatan yang tinggi,sedangkan stichbonded karena terdiri dariroving acak, maka kalau ditarik menjadikurang kuat (Charles E knox, 2001).

Pada Tabel 1 dan Gambar 2 terlihatbahwa ada kesamaan korelasi antarapengujian kuat tekan dan kekerasan, artinyamempunyai kecenderungan yang sama.Pada variasi 1 komposit 4WR200, 4SB +resin poliester mempunyai kuat tekan dan

kekerasan tertinggi, variasi 2. komposit2WR20, 6SB + resin poliester mempunyaikuat tekan dan kekerasan lebih kecil darivariasi 1 dan variasi 3: 6WR200, 2SB +resin poliester mempunyai kuat tekan dankekerasan terkecil.

Gambar 2. Hasil Pengujian Kuat TekanRata-rata Pada PercobaanPendahuluan

Percobaan ini digunakan matriksresilient polyester resin adalah tipepolyester resin dengan tujuan penggunaanantara kaku dan fleksibel yang mempunyaikandungan ester linkages lebih kecil,sehingga lebih tahan terhadap alkali. Jenisresin ini dipakai untuk manufaktur peralatanproses kimia seperti fume-hood, reactionvessels, tanks dan pipes. Struktur molekulResilient polyester resin denganpenambahan gugus hydrogenatedbisphenol A

Gambar 3. Struktur molekul Resilientpolyester resin

Serat gelas stitchbonded (1,6mm)lebih tebal dan lebih bulky dari WR200(0,2mm), serat gelas lebih solid daripadaresin.

Pada saat resin poliester diimpregnasipada serat gelas, maka pada kain seratgelas jenis stichbonded, pada saat lay-upingresin poliester akan terdispersi dengan baik


106



Kode

KuatTekan

(kgf/cm2)

KuatTarik

(kgf/ cm2)

KuatLentur

(kgf/ cm2)

KekerasanHRR

1A 3529,249 2600,42 0,586 116,71B 3293,621 2331,37 0,582 117,21C 3859,401 2439,26 0,541 112,71D 3933,241 2595,40 0,489 118,31E 3658,249 2471,33 0,566 114,7

3654,753 2487,56 0,553 115,92A 2865,665 1680,23 0,474 105,22B 2943,512 2139,04 0,574 104.32C 2773,532 2399,17 0,661 103,52D 2861,341 1367,83 0,701 105,72E 2797,245 2028,03 0.678 104,8

2848,259 1922,86 0,608 104,73A 1952,442 1691,16 0,651 95,43B 1879,347 2209,26 0,587 96,33C 1889,568 2485,99 0,543 97,53D 1934,761 4285,71 0,643 96,73E 1893,852 2391,90 0,616 94,9

1909,994 2612,81 0,608 96,2










0

1000

2000

3000

4000

1N

ilai K

uat

Teka

n (k

g/cm

2 )Kode Sampel

Karakteristik Kuat Tekan


106



Kode

KuatTekan

(kgf/cm2)

KuatTarik

(kgf/ cm2)

KuatLentur

(kgf/ cm2)

KekerasanHRR

1A 3529,249 2600,42 0,586 116,71B 3293,621 2331,37 0,582 117,21C 3859,401 2439,26 0,541 112,71D 3933,241 2595,40 0,489 118,31E 3658,249 2471,33 0,566 114,7

3654,753 2487,56 0,553 115,92A 2865,665 1680,23 0,474 105,22B 2943,512 2139,04 0,574 104.32C 2773,532 2399,17 0,661 103,52D 2861,341 1367,83 0,701 105,72E 2797,245 2028,03 0.678 104,8

2848,259 1922,86 0,608 104,73A 1952,442 1691,16 0,651 95,43B 1879,347 2209,26 0,587 96,33C 1889,568 2485,99 0,543 97,53D 1934,761 4285,71 0,643 96,73E 1893,852 2391,90 0,616 94,9

1909,994 2612,81 0,608 96,2










Kode Sampel

Karakteristik Kuat Tekan

1

2

3


107

diantara pori-pori mikrofibril serat gelas.Percobaan ini resin mempergunakan resinyang mempunyai fleksibilitas tinggi,terjadinya reaksi polimerisasi pada prosescuring pada suhu kamar akan membentukpolimer dengan berat molekul yang lebihbesar dan lebih kuat serta fleksibel,sehingga apabila % resin yang lebihbanyak, maka akan memberikan nilai kuattekan dan kekakuan yang lebih rendah(Chiachun Tan 2011).

Oleh karena itu pada variasi 2menggunakan 6 stitchbonded, nilai kuattekan dan kekakuan lebih rendah daripadavariasi 1 yang hanya menggunakan 4stitchbonded. Pada variasi 3 menggunakan6WR200 dan 2 stichbonded untukmenghasilkan tebal yang sama yaitu 10mm,karena WR200 tipis, maka jumlah resinpoliester yang digunakan lebih besar (NingPan 1991) sehingga nilai kuat tekan dankekakuan menjadi lebih rendah biladibandingkan dengan variasi 1 dan 2.

Hasil Pengujian Kuat Tarik

Hasil pengujian kuat tarik dapat dilihatpada Tabel 1 dan Gambar 4, terlihat bahwavariasi 1 lebih tinggi daripada variasi 2 dantertinggi adalah variasi 3.

Stitchbonded adalah kain serat gelasyang lebih bulky dibandingkan denganWR200 sehingga pada waktu lay-upingresin poliester mudah masuk ke dalam pori-pori mikrofibril, sehingga dapat terdispersikedalam serat gelas, sehingga jumlah resinpoliester yang masuk ke dalam serat lebihbanyak.

Gambar 4. Hasil Pengujian Kuat Tarik Rata-rata Pada PercobaanPendahuluan

Kain serat gelas sebagai penguat,mempunyai kekuatan yang lebih tinggi biladibandingkan dengan kekuatan resin, makakandungan serat gelas yang lebih besarmengakibatkan kekuatannya lebih tinggidari pada resin. Oleh karena itu kekuatantarik dari komposit serat gelas dan resinpoliester sebagai matriks lebih ditentukanoleh jumlah pemakaian WR200. Variasi 3mempunyai kandungan WR200 terbesar,setelah itu diikuti variasi 1 dan terkeciladalah variasi 3. Wr200 mempunyaikonstruksi yang tipis dan halus sertamempunyai kekuatan tarik tinggi. Setelahberpolimerisasi dengan resin polyestersebagai matriks, pada proses curing dengansuhu kamar selama 24 jam maka diperolehkekuatan yang tinggi karena kekuatan seratakan saling mendukung. Tetapi kain dariserat gelas dengan konstruksi tinggi/haluspada saat lay-uping harus mendapattekanan tinggi dan harus merata untukmenghindari void/buble udara/gas yangmengakibatkan initial cracking (PiotrPencezek 2005).

Hasil Pengujian Kuat Lentur

Hasil pengujian kuat lentur diperlihatkanpada Tabel 1 dan Gambar 5, Kuat lenturtidak menunjukan perubahan yangsignifikan dengan selisih sekitar 0,055kgf/cm2

Gambar 5. Hasil Pengujian Kuat Lenturrata-rata Pada PercobaanPendahuluan

0.00

1000.00

2000.00

3000.00

1Nila

i Kua

t Ta

rik

(kg/

cm2 )

Kode Sampel

Nilai Kuat Tarik Rata-Rata(kg/cm2)

123

0.5200.5400.5600.5800.6000.620

1

Nila

i Kua

t Le

ntur

(kgf

/cm

2 )

Kode Sampel

Nilai Kuat Lentur Rata-Rata(kg/cm2)

1

2

3


108

Hal ini dikarenakan jumlah layer lebihsedikit, dengan jumlah % resin yang adapada produk lebih besar dari pada variasi 1.Juga didukung didukung oleh orientasi seratpada komposit gabungan antara 0,90 dan450 (arah diagonal) maka apabila diujikelenturannya (flexural) akan mempunyainilai uji yang tinggi. Selain hal tersebutuntuk mendukung kelenturan adalah stitchbonded lebih bulky dari WR200, sehinggapada saat diimpregnasi dengan resinpolyester jenis Resilient polyester resinhydrogenated bisphenol A yang bersifatfleksibel, resin dapat terdistribusi diantarapori-pori mikrofibril serat, pada saat prosescuring akan berpolimerisasi dengan baik,karena serat dan resin lebih kompak,sehingga mempunyai hasil uji flexural /kuatlentur yang lebih baik (Piotr Penczek 2005).Hal yang harus diperhatikan adalah padasaat lay-uping harus mengontrol fraksivolume dan serat untuk mengejar tebalyang sama dan diusahakan jangan sampaiada udara/gas yang terjebak dalam voidyang akan memperlemah struktur (initialcrack)

Hasil Pengujian sifat Mekanik Sandwichpengisi Fiberboard Serat Kelapa danSerat Bagas

Hasil pengujian sifat mekanik Fiberboardserat kelapa dan serat bagas dapatdiperlihatkan pada Tabel 2

.Tabel 2. Hasil Pengujian Sifat Mekanik

Fiberboard Serat Kelapa dan SeratBagas

Filler Sampel

KuatTekan

(kgf/cm2)

KuatTarik

(kgf/ cm2)

KuatLentur

(kgf/ cm2)Seratkelapa

1 2,40 10,42 11,342 3,11 8,32 11,853 3,20 4,70 7,794 3,07 4,70 10,155 4,06 4,86 8,86

3,17 6,59 10,00Seratbagas

1 1,52 3.95 7,672 1,78 3.57 6,833 2,14 5,73 5,954 1,93 2,86 6,895 2,25 2,25 7,57

1,93 3,67 6,98

Dari Tabel 2 terlihat bahwa fiberboardserat kelapa mempunyai nilai kuat tekan,

kuat tarik dan kuat lentur yang lebih tinggidari pada fiberboard serat bagas. Seratkelapa mempunyai kekuatan tarik dan kuatlentur yang lebih tinggi dari serat bagaskarena serat kelapa mempunyaipenampang yang lebih besar, lebih ulet dankandungan selulosa dan ligninnya lebihbesar dari serat bagas, oleh sebab itufiberboard serat bagas mempunyai kuattekan, kuat tarik dan kuat lentur yang lebihrendah dari fiberboard serat kelapa (Mulinari2011,Vilay 2007).

Hasil Percobaan Pembuatan PrototypePalang Pintu Perlintasan Kereta Api

Kondisi optimum percobaan diambilpada kondisi percobaan pada komposisi 1dengan urutan layup 2 layer WR200, 2 layerstich bonded, fiberboard serat kelapa 10mmsebagai central line, 2 layer stichbonded, 2layer WR200. Pemilihan ini dikarenakan Kuattarik dan kuat tekan tertinggi dan kuatlenturnya hanya sedikit lebih rendah. Dalampengerjaan lebih mudah dan lebih cepat,serta memberikan performance yang lebihbaik. Berat palang pintu komposit sedikitlebih berat dari pada kayu, karena resinpoliester masuk dalam fiberboard seratkelapa, pada proses manufaktur perlu diberilapisan gel coat, supaya resin tidak masukkedalam fiberboard.

Tabel 3. Hasil Pengukuran Berat PalangPintu Kereta Api

Palang Pintu KA dari KayuJumlah(buah)

Panjang(m) Ukuran (mm) Berat(kg)

2 3 20x180x3000 23,762 3,5 20x140x3500 21,561 1,5 20x100x1500 3,30

asesoris 4,00Berat total 52,62

Sandwich komposit filler fiberboard serat kelapa2 3 20x180x3000 25,402 3,5 20x140x3500 24,541 1,5 20x100x1500 3,77

asesoris 4,00Berat total 57,71

Sandwich komposit filler fiberboard serat bagas2 3 20x180x3000 25,782 3,5 20x140x3500 20,781 1,5 20x100x1500 3,69

asesoris 4.00Berat total 54,25


109

Berat keseluruhan produk palang pintuperlintasan kereta api dari kayu 52,62 kg darisandwich komposit mempergunakansandwich pengisi serabut kelapa 57,71 kg,dari sandwich komposit mempergunakansandwich pengisi bagas 54,25 kg. Hargapalang pintu sandwich komposit lebih murahdari palang pintu kayu, karena lebih kuatumur pakai lebih lama, sehingga secaraekonomi akan lebih menghemat. Investasiperalatan molding untuk pembuatan palangpintu kereta api dari sandwich komposit lebihmahal dari pada kayu.

Proses lay-uping fiberboard serat kelapadiberi lapisan gelcoat supaya resin poliestertidak masuk ke dalam fiberboard. Sehinggadiperoleh palang pintu KA yang lebih ringan.Fiberboard Bagas agak regas jadi untukmendapatkan kuat lentur yang baik, lebihbaik menggunakan fiberboard serat kelapa.Pada penelitian pembuatan produk palangpintu kereta api yang terbaik adalahpenggunaan resin poliester sebagai matriksdan serat gelas kombinasi jenis WR200 danstich bonded dengan sandwich pengisifiberboard serabut kelapa dengan tebal 10mm,

Gambar 6. Skema Desain Palang PintuKereta Api

Keterangan: Palang Pintu KA terdiri dari3 rangkaian pilah yaitu: Pilah 1 3000 mm,

pilah 2 3000mm dan pilah 3 1500 mmdengan dimensi masing-masing pilah sesuaiukuran seperti pada Gambar 6.

Gambar 7. Contoh Palang Pintuperlintasan KA

TINJAUAN EKONOMI

Untuk memproduksi palang pintu keretaapi dapat diproduksi secara komersial olehIKM industri komposit mitra B4T/PT.KAI.Perhitungan nilai ekonomis didasarkan padakriteria Net Present Value (NPV), secaramatematis, kriteria penilaian tersebutmerupakan penjumlahan dari benefit-costyang dikomulatifkan (Park et al 1990)

Gambar 8. Gross Cash Flow (b=benefitc=cost)

Keterangan:Fn: adalah net cash flow, selisih antara (B)benefit dengan (C) Cost Fn=B-CN: adalah waktu tahun ke 1,2,3 danseterusnya


110

Gambar 9. Net Cash Flow (F=B-C)

Nilai Ekonomis Palang Pintu KayuA = Investasi alat (aset) Rp. 3.557.500,-B1 = Biaya Perawatan Rp. 757.000,-B2 = Biaya Bahan Rp. 1.775.000,-C = Biaya Upah Rp. 1.500.000,-D = Penyusutan Rp 355.750,- (10% dariInvestasi awal). Dengan asumsi usia pakaipalang pintu kayu = 2 tahun, dan bungatahunan 9,75%, dan eskalasi kenaikanbahan kayu sebesar 10% per dua tahun,maka untuk usia pakai selama minimal 10tahun, pada cash flow seperti Gambar 8:

Gambar 10. Cash Flow Palang Pintu KayuPerhitungan NPV:

Th Komponen Biaya PVi (Rp)0 F0 = A+B1+B2+C 7.589.5001 F1 = D +324.1462 F2 = A+B1+(1,1 x B2) +C 6.448.2853 F3 = D +269.1114 F4 = A+B1+(1,2 x B2) +C 5.475.8115 F5 = D +223.4206 F6 = A+B1+(1,3 x B2) +C 4.647.6767 F7 = D +185.4878 F8 = A+B1+(1,4 x B2) +C 3.942.8999 F9 = D +153.994

10 F10 = A+B1+(1,5 x B2) +C 3.343.466NPV10 = 32.603.795

Untuk Palang Pintu Kayu Harga satuunit dengan investasi peralatan Rp7.589.500,-. Untuk Palang Pintu KayuHarga satu unit tanpa investasi alat Rp2.532.000,-

Nilai Ekonomis Palang Pintu sandwichcomposit filler fiberboard serat kelapaA = Investasi alat (aset) Rp. 8.892.250,-B = Biaya Bahan Rp. 2.419.180,-C = Biaya Upah Rp. 1.500.000,-D = Penyusutan Rp.889.225,-(10% dariInvestasi awal)

Dengan asumsi usia pakai palangpintu komposit sandwich = 5 tahun, danbunga tahunan 9,75%, maka untuk usiapakai selama minimal 10 tahun, pada cashflow seperti pada Gambar 9

Gambar 9. Cash Flow Palang PintuSandwich Composit FillerFiberbord Serat Kelapa

Perhitungan NPVTh Komponen Biaya PVi (Rp)0 F0 = A+B+C 12.811.4301 F1 = D 810.2282 F2 = D 738.2493 F3 = D 672.6644 F4 = D 612.9065 F5 = B+C+D 3.019.8016 F6 = D 508.8447 F7 = D 463.6398 F8 = D 422.4509 F9 = D 384.92010 F10 = A+B+C 5.053.035

NPV10 = 25.498.166

Untuk Palang Pintu Komposit Hargasatu unit dengan investasi peralatan Rp12.811.430,-Untuk Palang Pintu KompositHarga satu unit tanpa investasi alat Rp


111

2.419.180,-Dari hasil analisis tersebutterlihat bahwa nilai NPV untuk palang pintudari komposit sandwich lebih kecil (positif)dibandingkan NPV untuk palang pintu kayu,dalam pengamatan usia layan 10 tahun.Secara tekno ekonomi, penggunaan palangpintu berbahan dasar komposit sandwichmampu menekan/mereduksi biayapengeluaran (cost) selama masapemakaian.

KESIMPULAN

Pada penelitian pembuatan produkpalang pintu kereta api dari kompositberstruktur sandwich dengan menggunakanresin poliester sebagai matriks dan seratgelas sebagai penguat kondisi optimumpada kombinasi [(2 WR200 + 2 Stitchbonded) +resin poliester] + fiber board seratkelapa + [(2 Stich bonded + 2 WR200) +resin poliester dengan tebal 10 mm. Beratproduk palang pintu perlintasan kereta apidari kayu 52,62 kg dari sandwich kompositmempergunakan sandwich pengisi serabutkelapa 57,71 kg, dari sandwich kompositmempergunakan sandwich pengisi bagas54,25 kg Kayu yang biasa dipakai palangKayu pelawan Merah BJ 1,17, KayuKandole BJ+1,12, Kayu Gewaya Hutan BJ1,09. Dari hasil perhitungan Ekonomi: HargaPalang Pintu Kayu dengan investasiperalatan Rp 7.589.500,-/unit, Harga PalangPintu Kayu tanpa investasi alat Rp2.532.000,- /unit, Harga Palang PintuKomposit dengan investasi peralatan Rp12.811.430,-/unit, dan Harga Palang PintuKomposit tanpa investasi alat Rp2.419.180,-/unit

UCAPAN TERIMAKASIH

Penelitian ini didanai dari AnggaranDIPA TA 2014 Balai Besar Bahan danBarang Teknik berdasarkan No:11/Kpts/Bd/BBBBT-1/I/2012 Tanggal 06Januari 2012. Penulis mengucapkanterimakasih dan penghargaan sebesar-besarnya kepada Bapak Ir.Sulaefi Nasseriedan Bapak Suryadi Rachmat atas semuabantuan dan bimbingannya selakunarasumber sehingga terselesainya tulisanini.

DAFTAR PUSTAKA

Agustian et al., 2003,” Indonesia negarakepulauan penghasil kelapa terbesarno.2 di dunia,.

Charles E. Knox, 2001,“Fiber GlassReinforcement “Technical Director,Uniglass Industries New York.

Chiachun Tan, Ishak Ahmad 2011,MuichinHeng,” Characterization of polyestercomposites from recycledpolyethylene terephthalate reinforcedwith empty fruit bunch fibers” Materialsand Design Elsevier

Fan C.F, Hsu S, 1989,”Effects of FiberOrientation on The Stress, Distributionin Model Composite”, Journal OfPolymer Science: Polymer Physics.

George Lubin, 1981,”Handbook ofComposites Van Nostrand. ReinholdCompany, New York, Cincinnati,Toronto, London Melbourne

Justus Sakti Raya PT, 2002, “unsaturatedPolyester Resin Yukalac andFiberglass Fabric” Technology From:Showa High Polymer Co< Ltd-JepangLonz.

Kuntari Adi Suhardjo dkk 2012,” PenelitianSandwich Composite Untuk PalangPintu Perlintasan Kereta Api” BalaiBesar Bahan dan Barang Teknik,Nopember 2012,

Kuntari Adi Suhardjo dkk 2011, ”PembuatanInsulated Rail Joint Bertulang BajaDari Bahan Komposit SebagaiSubstitusi Impor” Jurnal Riset IndustriVol V No2 Agustus 2011

Mulinari, D.R; Baptista, C.A.R.P; Souza, J.V. C; Voorwald, H.J.C 2011,”Mechanical Properties of CoconutFibers Reinforced PolyesterComposites” Elsevier ProcediaEngineering 10 (2011) 2074–2079

Ning Pan, 1991,“The Optimal Fiber VolumeFraction and Fiber-Matrix PropertyCompatibility in Fiber ReinforcedComposite”, Division of Textile andClothing, University of California.

Park, Chan S, Sharp-Bette, Gunter P,1990,”Advance EngineeringEconomics” John Wiley &Sons Inc

Piotr Penczek, Piotr Czub, Pielichowski2005,“Unsaturated Polyester Resins”Chemistry and Technology Adv Polym


112

Sci (2005) 184: 1–95DOI10.1007/b136243 Springer-VerlagBerlin Heidelberg,Published online: 26July 2005.

Polatique Serat PT 2012 “Informasi Teknik,Standar Operasional Prosedur,Pembuatan Fiberboard serat kelapadan Fiberboard Serat Bagas”.

Vilay V, Mariatti M, Mat Taib M, MitsuguTodo 2007.“ Effect of fiber surfacetreatment and fiber loading on theproperties of bagasse fiber–reinforcedunsaturated polyester composites”Elsevier, Composites Science andTechnology 68 (2008) 631–638.

Zoi N. Terzopouloua, George Z.Papageorgioua,ElektraPapadopouloub,Eleftheria Athanassiadoub, EfiAlexopoulouc, Dimitrios N. Bikiarisa2014,“ Green composites preparedfrom aliphatic polyesters and bastfibers” Industrial Crops and Products,Elsevier

Documents

PEMANFAATAN LIMBAH SERAT KELAPA DAN BAGAS …