Sandwich Panel Makin Canggih, Riset Ungkap Cara Meningkatkan Serapan Energi hingga 60,8 Persen

Sandwich panel selama ini identik dengan konstruksi ringan, cepat dipasang, dan memiliki kemampuan insulasi yang baik. Namun, penelitian terbaru menunjukkan bahwa teknologi ini dapat dikembangkan jauh lebih jauh melalui rekayasa inti trapezoidal, orientasi serat, wire mesh, dan material nano.

Studi yang diterbitkan dalam Scientific Reports pada 25 Oktober 2024 meneliti bagaimana desain tersebut dapat meningkatkan kemampuan penyerapan energi sekaligus mengendalikan peak force pada sandwich panel berbasis logam dan serat kaca. Penelitian dilakukan oleh Mojtaba Lashgaroo, Ali Dadrasi, Vali Parvaneh, dan Hossein Taghipoor.

Penelitian ini menarik karena tidak sekadar mencari material yang lebih kuat. Para peneliti justru mengoptimalkan geometri dan susunan material agar panel mampu bekerja lebih efektif ketika menerima beban tekan.

Bukan Sekadar Membuat Panel Lebih Tebal

Sandwich panel memiliki struktur yang relatif sederhana: dua lapisan permukaan dengan material inti di antara keduanya.

Konsep tersebut membuat panel dapat memiliki rasio kekuatan terhadap berat yang menarik. Dalam penelitian ini, peneliti menggunakan trapezoidal core yang diperkuat kombinasi serat kaca, resin epoxy, dan metal wire mesh.

Namun, pertanyaan utamanya bukan sekadar seberapa kuat panel tersebut.

Peneliti ingin mengetahui bagaimana desain panel dapat dibuat lebih optimal dalam menyerap energi ketika menerima beban aksial.

Kemampuan tersebut penting untuk berbagai aplikasi yang menghadapi risiko benturan, tekanan, atau beban mekanis tinggi.

“This work introduces a novel approach to enhancing the mechanical performance of sandwich panels,” demikian kesimpulan penelitian tersebut mengenai pendekatan yang mereka kembangkan.

Pernyataan tersebut berasal dari artikel ilmiah yang ditulis oleh Lashgaroo dan kolega, bukan kutipan wawancara yang dibuat ulang.

Tiga Variabel Menjadi Fokus Penelitian

Penelitian menggunakan Response Surface Methodology (RSM) dan desain eksperimen Box-Behnken untuk mengetahui pengaruh tiga parameter utama.

Pertama adalah sudut inti trapezoidal. Kedua, orientasi serat kaca. Ketiga, penambahan nanopartikel MCM-48 ke dalam resin epoxy.

Pendekatan ini memungkinkan peneliti tidak hanya menguji satu konfigurasi, tetapi mempelajari hubungan berbagai parameter terhadap dua indikator utama, yaitu energy absorption dan peak force.

Model regresi yang dihasilkan menunjukkan tingkat kecocokan yang tinggi. Nilai R² mencapai 0,9027 untuk energy absorption dan 0,9228 untuk peak force. Hasil prediksi tersebut kemudian dibandingkan dengan pengujian eksperimental dan menunjukkan penyimpangan yang kecil.

Orientasi Serat Ternyata Sangat Berpengaruh

Salah satu hasil paling menarik muncul dari perubahan orientasi serat.

Ketika orientasi serat ditingkatkan dari 30 derajat menjadi 90 derajat, penelitian mencatat peningkatan energy absorption sebesar 72,18 persen.

Pada saat yang sama, peak force meningkat 46,9 persen.

Temuan ini memperlihatkan bahwa performa sandwich panel tidak hanya ditentukan oleh jenis material.

Arah penempatan serat juga dapat mengubah respons panel terhadap beban.

Hal tersebut menjadi penting dalam desain material komposit karena orientasi serat dapat disesuaikan berdasarkan kebutuhan performa.

Nanopartikel MCM-48 Tambahkan Efek Berbeda

Penelitian juga menguji penggunaan nanopartikel MCM-48, yaitu material silika berpori yang ditambahkan ke dalam resin epoxy.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa penambahan MCM-48 hingga 0,25 persen berat dapat meningkatkan energy absorption sebesar 60,8 persen.

Namun, menariknya, konfigurasi terbaik untuk mendapatkan kombinasi energy absorption maksimum dan peak force minimum justru tidak menggunakan nanopartikel.

Model optimasi menghasilkan parameter optimum berupa sudut core 58 derajat, orientasi serat 73,5 derajat, dan tanpa nanopartikel.

Temuan ini menjadi pelajaran penting dalam pengembangan material.

Menambahkan material baru tidak otomatis membuat sebuah panel menjadi lebih optimal.

Yang dicari adalah kombinasi parameter yang paling sesuai dengan tujuan desain.

Wire Mesh Membuat Core Lebih Tangguh

Selain serat kaca dan nanopartikel, penelitian juga memasukkan metal wire mesh AISI 304 ke dalam struktur komposit.

Wire mesh tersebut digunakan sebagai penguat tambahan pada core. Para peneliti melaporkan bahwa integrasi wire mesh secara signifikan meningkatkan kemampuan penyerapan energi sekaligus membantu mengurangi sifat getas pada core.

Penggunaan baja tahan karat AISI 304 juga memberikan karakteristik mekanis tambahan pada struktur komposit.

Dengan menggabungkan serat kaca, epoxy, dan wire mesh, panel mendapatkan sistem penguatan yang bekerja secara berlapis.

Mengapa Penyerapan Energi Penting?

Energy absorption menggambarkan kemampuan struktur dalam menerima dan menyerap energi akibat pembebanan.

Semakin efektif sebuah struktur menyerap energi, semakin besar peluang energi tersebut dapat dikelola melalui deformasi material sebelum diteruskan sepenuhnya ke bagian struktur lainnya.

Karena itu, teknologi seperti ini berpotensi menarik untuk aplikasi yang membutuhkan material ringan dengan kemampuan penyerapan energi tinggi.

Dalam artikel ilmiahnya, peneliti menyebut aplikasi potensial pada bidang seperti aerospace, automotive, dan marine industries.

Namun, hasil penelitian tetap harus dibaca sesuai konteks pengujian. Panel yang dirancang untuk kebutuhan aerospace, misalnya, tidak dapat langsung disamakan dengan sandwich panel konstruksi biasa.

Apa Kaitannya dengan Sandwich Panel Cleanroom?

Penelitian ini juga memberikan perspektif menarik untuk industri sandwich panel cleanroom, meskipun tujuan material yang digunakan berbeda.

Pada cleanroom, panel biasanya dipilih berdasarkan kebutuhan seperti kebersihan permukaan, kemudahan sanitasi, insulasi, ketahanan terhadap lingkungan tertentu, serta kompatibilitas dengan sistem HVAC.

Sementara itu, penelitian Lashgaroo dan tim berfokus pada respons mekanis dan penyerapan energi.

Karena itu, hasil penelitian ini tidak boleh diterjemahkan sebagai klaim bahwa panel komposit tersebut otomatis cocok untuk dinding cleanroom.

Namun, ada satu pelajaran yang sangat relevan: desain inti panel dapat menjadi faktor penting dalam menentukan performa keseluruhan.

Artinya, inovasi sandwich panel masa depan berpotensi bergerak dari sekadar memilih bahan menjadi merancang struktur internal secara lebih presisi.

Dari Material ke Rekayasa Struktur

Salah satu sisi menarik dari penelitian ini adalah perubahan cara melihat sandwich panel.

Material tidak lagi dianggap sebagai lembaran konstruksi yang seragam. Core, serat, sudut geometri, wire mesh, dan komposisi resin dapat dirancang sebagai satu sistem.

Bahkan, peneliti menggunakan pendekatan statistik untuk mencari kombinasi parameter yang paling optimal, bukan hanya mengandalkan metode trial and error.

Pendekatan seperti ini berpotensi menjadi semakin penting seiring berkembangnya teknologi simulasi dan manufaktur digital.

Masa Depan Sandwich Panel Lebih Terukur

Penelitian yang dipublikasikan Scientific Reports tersebut menunjukkan bahwa performa sandwich panel dapat ditingkatkan melalui kombinasi geometri core, orientasi serat, penguatan wire mesh, dan modifikasi resin.

Hasilnya cukup signifikan: orientasi serat tertentu mampu meningkatkan energy absorption hingga 72,18 persen, sementara penambahan MCM-48 sampai 0,25 persen berat meningkatkan energy absorption hingga 60,8 persen.

Namun, penelitian juga menunjukkan bahwa konfigurasi paling optimal bukan selalu yang memiliki material tambahan paling banyak.

Itulah pesan penting yang dapat diambil industri konstruksi.

Sandwich panel masa depan kemungkinan tidak hanya ditentukan oleh “material apa yang digunakan”, tetapi juga “bagaimana material tersebut disusun dan dioptimalkan”.

Bagi industri yang membutuhkan panel berperforma tinggi, pendekatan ini membuka peluang pengembangan material yang lebih ringan, kuat, dan mampu mengelola energi secara lebih efektif.