BAB 3
METODE PENELITIAN
3.1 Tempat dan WaktuPenelitian ini dilaksanakan di Laboratorium mutu TPHP Sekolah Tinggi Ilmu Pertanian Agrobisnis Perkebunan (STIPAP) Medan dan Laboratorium Teknik Institut Teknologi Medan (ITM) pada bulan Juni – Agustus 2019.
3.2 Sampel Penelitian
Sampel penelitian yang digunakan yaitu pelepah kelapa sawit dari kebun Lembaga Pendidikan Perkebunan (LPP) STIPAP Medan varietas tenera.yang nantinya akan dikonversi menjadi serat pelepah kelapa sawit.
3.3 Rancangan Penelitian
Penelitian ini dilakukan dengan metode eksperimen laboratorium. Perlakuan pada penelitian ini adalah menambah Resin Unsaturated Polyester BTQN-157 EX, Katalis dan Serat Kaca (fiberglass).
Adapun faktorial variabel penelitian ini sebagai berikut: 3.3.1 Variabel Bebas (Independent variabel)
Variabel bebas adalah variabel yang mempengaruhi. Pada penelitian ini variabel bebas yang digunakan adalah variasi konsentrasi dari campuran serat pelepah kelapa sawit (SPKS), Resin Polyester BTQN 157 EX dan Katalis. Komposisi konsentrasi bahan serat pelepah kelapa sawit, Resin Polyester dan Katalis antara lain:
Serat 29 % Resin 70 % Katalis 1 %
Tabel 3.1 Tabel Pengujian Impak Spesimen Lebar (mm) Tebal (mm) Luas (mm2) Suhu (oC) Energi (joule) Harga Impak (J/mm2) Spesimen 1 Spesimen 2 spesimen 3 Spesimen 4 spesimen 5 Spesimen 6 spesimen 7 Spesimen 8
3.3.2 Variabel Terikat (Dependent Variabel)
Variable terikat adalah variabel yang dipengaruhi. Variabel terikat menjadi titik pusat penelitian. Pada penelitian ini variabel terikatnya yaitu uji kuat impak charpy papan komposit berbahan baku serat pelepah kelapa sawit yang akan digunakan sebagai bahan pembuatan papan komposit.
3.4 Bahan dan Peralatan 3.4.1 Bahan Penelitian
Serat pelepah kelapa sawit
Pelepah kelapa sawit yang masih panjang dan masih muda diambil dari pohon lalu dipotong sepanjang 3 cm. Potongan tersebut dipecahkan untuk memperoleh serat. Serat pelepah kelapa sawit yang dihasilkan kemudian dipotong kecil menjadi ukuran 0,5 cm sesuai ketentuan ukuran yang digunakan pada penelitian ini. Serat pelepah kelapa sawit berfungsi sebagai bahan dasar utama dalam pembuatan papan komposit yang diperoleh dari hasil pengolahan pelepah kelapa sawit yang di jadikan serat berdasarkan perlakuan tertentu. Serat yang digunakan
Resin Unsaturated Polyester BTQN-157 EX
Matriks yang digunakan adalah matrik jenis thermoset yaitu polyester BQTN-157 EX. Dalam kebanyakan hal ini disebut polyester saja. Karena berupa resin cair dengan viskositas yang relatif rendah, mengeras pada suhu kamar dengan menggunakan katalis tanpa menghasilkan gas sewaktu pengesetan seperti banyak resin lainnya. Sifat resin ini adalah kaku dan getas. Mengenai sifat thermalnya karena banyak mengandung monomer stiren, maka suhu deformasi thermal lebih rendah dari pada resin thermoset lainya. Resin ini mempunyai karakteristik yang khas yaitu dapat dibuat kaku dan flesibel, transparan, dapat diwarnai, tahan air, tahan bahan kimia dan cuaca.
Tabel 3.2 Nilai properties resin polyester BTQN-157 EX
Massa jenis 1,2 gr/cm3
Modulus young 3,5 Gpa
Kekuatan Tarik 70 Mpa
Sumber: Safina, 2011 NaOH % 1 molar
NaOH atau Natrium Hidroksida terbentuk dari oksida basa Natrium Oksida dilarutkan dalam air. Natrium hidroksida membentuk larutan alkalin yang kuat ketika dilarutkan ke dalam air. NaOH digunakan berfungsi sebagai penetral atau alkalisasi komponen kimia pelepah kelapa sawit yaitu sellulosa,hemisellulosa dan lignin. NaOH yang digunakan pada penelitian ini yaitu sebanyak 80 ml.
Katalis
Jenis katalis untuk resin polyester yaitu Methyl Ethyl Ketone Peroksida (MEKPO), katalis digunakan untuk mempercepat pengerasan resin pada suhu yang tinggi. Semakin banyak katalis maka reaksi pengerasan resin akan semakin cepat tetapi terlalu banyak katalis bisa membuat resin getas dan rapuh. Oleh karena itu pemakaian katalis dibatasi sampai 1%
dari volume resin. Pada penelitian ini komposisi katalis yang digunakan yaitu 10 gr.
Serat kaca (fiberglass)
Pada penelitian ini jenis serat kaca yang digunakan yaitu jenis serat S-glass, yang dimana jenis serat ini memiliki lebih dari satu lapisan serat dan arah serat yang tidak searah. Ukuran serat kaca yang digunakan pada penelitian ini yaitu 2 m x 2 m.
Tiner
Pada penelitian ini tiner yang digunakan yaitu jenis solvent. Tiner tersebut berfungsi sebagai bahan pengencer resin unsaturated polyester BTQN-157 EX karena suatu resin hanya dapat larut dengan tiner jenis solvent dan tiner ini juga digunakan sebagai pembersih sisa pelumas wax yang nempel pada cetakan.
Wax (mirror glaze)
Wax yang digunakan pada penelitian ini yaitu jenis mirror glaze yang mana fungsi wax ini yaitu untuk memudahkan dalam pembongkaran papan komposit dari cetakan. Bagian yang akan dilapisi oleh was ini yaitu hanya bagian dalam cetakan.
3.4.2 Peralatan Penelitian
Adapun peralatan yang digunakan pada penelitian ini adalah antara lain: Parang / gergaji, Jerigen, Ember, Karung goni, Timbangan, Neraca analitik, Gunting, Gelas ukur, Gelas cup, Mangkok, Sendok plastic, Tissue, Sarung tangan, Cetakan kaca, Kuas, Alat ukur jangka sorong, Mesin uji impak charpy (impact test machine).
3.5 Tahapan penelitian
Adapun tahapan penelitian pada pembuatan papan komposit dari bahan pelepah kelapa sawit adalah:
3.5.1 Pemilihan Kebun Pengambilan Sampel Penelitian
Kebun kelapa sawit yang digunakan dalam penelitian ini adalah kebun Lembaga Pendidikan Perkebunan (LPP) Medan varietas tenera.
3.5.2 Pemotongan Pelepah Kelapa Sawit
Pelepah kelapa sawit dipotong menggunakan parang sesuai kebutuhan. Pelepah kelapa sawit yang diambil sebanyak 3 batang. Pelepah yang digunakan yaitu pelepah muda dan masih hijau.
3.5.3 Proses Pengolahan Bahan Pemotongan dan Pemecahan
Pelepah kelapa sawit yang telah diambil dan dikumpulkan, lalu dibersihkan dari daun yang menempel, kemudian dipotong menjadi potongan kecil berukuran 3 cm. Potongan tersebut dipecahkan atau dicacah untuk memperoleh serat. Hasil pemecahan pelepah kelapa sawit berupa serat kemudian dibersihkan dari kotoran-kotoran seperti pasir, tanah dan lainnya. Selanjutnya serat dimasukan kedalam karung goni untuk ditimbang beratnya.
Pencampuran dan Perendaman Serat
Hasil serat yang telah di cacah dan ditimbang kemudian mempersiapkan NaOH dan air bersih. Selanjutnya proses pencampuran dilakukan dengan cara serat pelepah kelapa sawit dimasukan bersamaan dengan NaOH dan air bersih kedalam ember sebagai tempat penampungan keseluruhan bahan, lalu mengaduknya hingga seluruh bahan tercampur merata. Waktu perendaman dilakukan selama 1 x 24 jam (1 hari) dalam ruangan dengan suhu kamar 25° C. Tujuan dilakukan nya perendaman dengan campuran bahan kimia guna untuk menghilangkan kadar protein yang terkandung dalam serat agar tidak habis dimakan oleh mikroorganisme yang akan memakannya.
Penirisan dan Pengeringan
Serat yang telah selesai direndam, kemudian dimasukan kembali kedalam karung goni untuk ditiriskan selama ± 2 jam lamanya bertujuan untuk mengurangi kadar air yang terkandung dalam serat tersebut. Selanjutnya serat di keringkan dengan cara perlakuan penjemuran di ruang terbuka selama 3 hari. Pada saat penjemuran tersebut terjadi reaksi perubahan warna pada serat. Setelah serat sudah kering kemudian serat dimasukan kembali kedalam karung goni untuk melakukan penimbangan kembali guna mengetahui berat kering serat. Pengecilan Ukuran Serat
Langkah selanjutnya yang dilakukan peneliti yaitu melakukan proses pemotongan ukuran serat. Ukuran serat yang digunakan pada pembuatan papan komposit dalam penelitian ini yaitu ukuran 0,5 cm. Pemotongan serat dilakukan secara merata.
3.6 Prosedur Penelitian
Prosedur yang dilakukan pada penelitian ini adalah sebagai berikut: 3.6.1 Persiapan Cetakan
Cetakan yang digunakan pada penelitian ini adalah cetakan yang terbuat dari bahan kaca. Cetakan ini memiliki ketahanan terhadap temperatur tinggi, transparan dan permukaan nya rata. Pencetakan papan komposit ini menggunakan metode pencetakan semi tertutup atau semi compression molding. Pencetakan papan komposit ini dilakukan dengan cara dituang kedalam cetakan lalu ditutup dengan lapisan kaca namun tidak semua bagian yang ditutup agar udara tidak masuk yang nantinya akan merusak papan yang dihasilkan.
Berikut ukuran dimensi cetakan kaca yang digunakan: 1. Alas dan tutup cetakan : 40 cm x 40 cm
2. Plat kaca bagian tengah : 40 cm x 5 cm (4 buah ) : 30 cm x 5 cm (4 buah) 3. Tebal kaca : 1 cm 5 cm 1 cm (a.1) (c) 40 cm 40 cm 40 cm 30 cm 40 cm 5 cm (b) (a.2) Keterangan:
A1 dan A2 = Kaca bagian tengah
B = Kaca alas dan tutup cetakan
C = Tebal kaca
3.6.2 Prosedur Pencetakan Papan Komposit
Proses pencetakan papan komposit dimulai dengan menentukan komposisi bahan yang akan digunakan. Penentuan komposisi bahan material papan komposit dipengaruhi oleh volume dengan asumsi 70 % resin (matriks), 29 % serat pelepah kelapa sawit atau bahan pengisi (filler) dan 1 % katalis (bahan pengikat). Pencetakan papan komposit ini menggunakan metode pencetakan semi tertutup atau semi compression molding. Pencetakan papan komposit ini dilakukan dengan cara dituang kedalam cetakan yang kemudian ditutup
dengan kaca tetapi tidak semua bagian yang ditutup. Berikut adalah langkah-langkah pencetakan papan komposit:
a. Peneliti menyiapkan peralatan dan semua bahan baku yang digunakan. b. Kemudian membersihkan cetakan kaca dengan menggunakan tissue, lalu
mengolesinya dengan mirror glaze guna untuk mempermudah mengeluarkan papan komposit dari cetakan..
c. Memotong serat kaca (fiberglass) dengan menggunakan gunting sesuai ukuran cetakan yaitu 30 cm x 30 cm.
d. Menimbang bahan yang digunakan seperti: serat pelepah kelapa sawit, resin, dan katalis.
e. Mencampur resin polyester dan katalis
Resin polyester dicampurkan dengan katalis yang sudah ditakar kedalam cup plastik lalu diaduk hingga rata. Dalam pengadukan dibutuhkan waktu ± 1 menit dengan perlahan agar resin terhindar dari gelembung udara (void).
f. Mencampur serat, dengan campuran resin dan katalis
Mencampur serat pelepah kelapa sawit dimasukan beserta resin dan katalis kedalam wadah plastik, lalu mengaduknya hingga tercampur merata. g. Menuang campuran kedalam cetakan kaca
Campuran serat, resin dan katalis dituang kedalam cetakan kaca yang sudah dilapisi serat kaca, lalu meratakannya sampai permukaan cetakan benar-benar terisi padat, lalu cetakan dipress, kemudian menutupnya dengan klip agar cetakan tidak bergeser.
h. Pendiaman dan pengeringan
Langkah selanjutnya yaitu mendiamkannya agar mengeringkan ± 5-10 menit didalam ruangan dengan suhu 25° C sampai papan komposit benar-benar kering. Apabila masih belum benar-benar-benar-benar kering maka proses pengeringan dapat dilakukan lebih lama.
i. Pengambilan papan komposit
Setelah kering papan komposit dikeluarkan dari cetakan menggunakan scrup, lalu melihat hasil papan komposit kemudian melakukan proses pemotongan, pengamatan dan pengujian.
3.6.3 Pemotongan Papan Komposit
Produk papan komposit yang telah dihasilkan kemudian dipotong menggunakan gergaji besi dengan bentuk potongan yang searah (vertikal). potongan pertama yaitu memotong dengan lebar 1 cm sebanyak 5 ruas digunakan untuk spesimen (bahan uji).
3.6.4 Pembuatan Spesimen (Benda Uji)
Spesimen yang digunakan yaitu bagian yang tidak terdapat gelembung udara (void), rusak (cacat) atau adanya bercak putih. Untuk ukuran sampel spesimen dibuat berdasarkan standar uji impak dengan ukuran impak Charpy U. Standart spesimen uji impak yang digunakan yaitu standart Amerika (ASTM E23) dimana ukuran spesimen yaitu memiliki luas penampang lintang bujur sangkar (10 mm x 10 mm) dan panjang 5,5 cm dan bentuk takik (notch) berbetuk U dengan sudut 45º, jari-jari dasar 0,25 mm dan kedalaman takik 2 mm. Pada penelitian ini spesimen yang diuji yaitu sebanyak 8 sampel specimen dengan ukuran panjang, lebar dan tinggi yang sama.
3.6.5 Pembuatan Bentuk Spesimen (Benda uji)
Bentuk dan dimensi benda uji pada penelitian ini mengacu pada standart ASTM (American Society for Testing and Material). Bentuk takik spesimen yang dibuat dan digunakan pada penelitian ini yaitu takikan bentuk U (U notch) dengan kedalaman takik 2 mm. Berikut macam-macam bentuk takikan menurut standart ASTM pada pengujian impak yaitu: takikan type A (V), type B (key hole) dan type C (U) sebagaimana ditunjukkan pada gambar dibawah ini:
Gambar 3.1 Macam-macam Bentuk Takikan Pada Spesimen Uji Impak Charpy
Pembentukan bentuk spesimen dilakukan dengan cara pemotongan manual yaitu pemotongan dengan menggunakan gergaji besi.
Adapun tahapan pembuatan spesimen sebagai berikut: 1. Pemilihan Bagian Papan Komposit
Pada bagian papan yang digunakan yaitu pada bagian yang tidak mengalami kerusakan, seperti terdapat gelembung udara (void), permukaan papan belum kering, isian serat tidak padat dan terdapat bercak-bercak putih.
2. Pemotongan pertama
Pemotongan awal, papan komposit di potong sebanyak 5 ruas dengan ukuran panjang 30 cm dan lebar 1 cm.
3. Pemotongan kedua
Pemotongan kedua, setiap ruas yang telah dipotong sebelumnya, dipotong kembali menjadi ukuran panjang 5,5 cm, dengan memperhatikan bagian ruas papan yang dapat digunakan.
4. Pembuatan takik
Pada pembuatan takik spesimen yang sudah dipotong pada tahap 3 dengan pembuatan takik dengan bentuk takik U dengan kedalaman 2 mm
3.7 Metode Pengujian 3.7.1 Uji Impak
Pengujian impak Charpy juga dikenal sebagai tes Charpy v-notch merupakan standar pengujian laju regangan tinggi yang menentukan jumlah energi yang diserap oleh bahan selama terjadi patahan. Energi yang diserap adalah ukuran ketangguhan bahan tertentu dan bertindak sebagai alat untuk belajar bergantung pada suhu transisi ulet getas. Metode ini banyak digunakan pada industri dengan keselamatan yang kritis, karena mudah untuk dipersiapkan dan dilakukan. Kemudian hasil pengujian dapat diperoleh dengan cepat dan murah. Tujuan uji impact charpy adalah untuk mengetahui kegetasan atau keuletan suatu bahan (spesimen) yang akan diuji dengan cara pembebanan secara tiba-tiba terhadap benda yang akan diuji secara static (Handoyo, 2013). 3.7.2 Prosedur Pengujian Spesimen
Pengujian spesimen meliputi sifat mekanik yaitu kuat impak metode charpy. Untuk pengujian sifat mekanik, papan komposit yang sudah dipersiapkan sebelumnya dipotong sesuai dengan spesimen yang akan di uji menggunakan gergaji besi. Adapun tahapan pengujian spesimen menggunakan mesin uji impak Charpy (Charpy Test Machine) sebagai berikut:
1. Mempersiapkan alat dan kelengkapan yang dibutuhkan. 2. Menentukan spesimen yang akan diuji.
3. Menentukan perlakuan yang akan diberikan pada spesimen. 4. Memeriksa alat pengujian untuk memastikan nilai yang didapat. 5. Menempatkan spesimen ke titik center pada pisau pemukul. 6. Memastikan keamanan posisi peneliti.
7. Menaikan bandul pemukul pada tuas penahan. 8. Melepaskan tuas.
9. Menghentikan gerakan bandul setelah melewati setengah periode. 10. Mencatat besar sudut ayun pendulum yang ditunjukan jarum skala pada
busur derajat.
Gambar 3.2 Letak Posisi Spesimen Uji Impak Charpy 3.7.3 Proses Pengujian Spesimen Oleh Penguji
1. Mengukur luas penampang dan kedalaman takik spesimen sesuai standart.
2. Memeriksa alat pengujian untuk memastikan nilai yang didapat.
3. Mengatur posisi jarum penunjuk/pengarah ke angka pada busur derajat dan jarum penunjuk skala dihubungkan ke poros pengayun.
4. Meletakan spesimen (benda uji) yang telah diukur dimensi ke titik center pada pisau pemukul (tumpuan). Perhatikan posisi takik.
5. Menaikan bandul pemukul pada tuas penahan. 6. Melepaskan tuas.
7. Menghentikan gerakan bandul setelah melewati setengah periode. 8. Mencatat besar sudut ayun pendulum yang ditunjukan jarum skala pada
busur derajat. 3.8 Pengamatan Spesimen
Ada beberapa parameter yang diamati pada saat penelitian berlangsung sampai dengan selesai yaitu:
1. Pengujian Impak
Dasar pengujian impak adalah penyerapan energy potensial dari beban yang berayun dari suatu ketinggian dan menumbuk benda yang diuji
banyak energy yang diserap oleh bahan untuk terjadinya patahan setelah benda uji patah akibat deformasi, bandul melanjutkan ayunan sehingga posisi h ( end of swing). Bila bahan tersebut tangguh yaitu makain mampu menyerap energy lebih besar, maka makin rendah posisi h (end of swing). Suatu material dikatakan tangguh bila memiliki kemampuan menyerap beben kejut yang besar tanpa terjadi retak / terdeformasi dengan mudah.Pada pengujian impak, energy yang diserap oleh benda uji biasanya dinyatakan dalam satuan joule dan dibaca langsung pada skala (dial).Petunjuk yang dikalibrasi yang terdapat pada mesin pengujian.Harga impak (HI) suatu bahan yang diuji dengan charpy diberikan oleh.
鲰
………. (1)
Dimana:
E = energi yang diserap (joule)
A = luas penampang di bawah takik ( ) Hi=Harga Impak (j/mm2)
2. Temperatur
Semakin tinggi temperature dari specimen, maka ketangguhannya semakin tinggi dalam menerima beban secara tiba-tiba, demikinanpun sebaliknya, dengan temperature yang lebih rendah. Namun temperature memiliki batas tertentu dimana ketangguhan akan berkurang dengan sendirinya.
3. Beban
Semakin besar beban yang diberikan, maka energi impak semakin kecil yang dibutuhkan untuk mematahkan specimen, dan demikianpun sebaliknya. Hal ini diakibatkan karena suatu material akan lebih mudah patah apabila dibebani oleh gaya yang sangat besar.
4. Energi yang diserap
Energi yang diserap juga dapat dituliskan dalam bentuk rumus : E = m . g (h1-h2)
= gaya x jarak Dimana :
E = energi terserap = tenaga untuk mematahkan benda uji (Joule) m = massa pendulum (kg)
g = percepatan gravitasi (m/s2) = 10 m/s2
h1 = tinggi jatuh palu godam (m) = R+R sin (α - 90) h2 = tinggi ayunan palu godam (m) = R+R sin (β - 90) R = jarak titik putar ke titik berat palu godam (m) α = sudut jatuh (°)
β = sudut ayun (°) 5. Luas Penampang
Dilakukan dengan mengukur volume dari spesimen uji (panjang x lebar x tinggi).
6. Kedalaman Takik
Ada tiga macam bentuk takikan pada pengujian impact yakni takikan V, U dan key hole Pada suatu konstruksi, keberadaan takik atau nocth memegang peranan yang amat berpengaruh terhadap kekuatan impact. Adanya takikan pada kerja yang salah seperti diskotinuitas pada pengelasan, atau korosi lokal bisa bersifat sebagai pemusat tegangan (stress concentration). Adanya pusat tegangan ini dapat menyebabkan material brittle (getas), sehingga patah pada beban di bawah yield strength.
3.9 Diagram Alir Pembuatan Papan Komposit
Gambar 3.3 Flow Diagram Penelitian Mempersiapkan Bahan
Baku Pelepah Kelapa Sawit
Pemecahan Pelepah Kelapa Sawit + Penimbangan + Perendaman + Penirisan
+ Penjemuran + Penimbangan Penentuan Komposisi Papan Komposit Standar ASTM Pembuatan Papan Komposit Uji Kekuatan Papan Komposit Analisa Hasil Kesimpulan Selesai
3.10 Jadwal Penelitian
No Jenis Kegiatan Bulan
11 12 1 2 3 6 7 8 9 1 Pengajuan Judul 2 Pembuatan Proposal 3 Persiapan Penelitian 4 Pengamatan dan Analisa 5 Penyusunan Laporan Penelitian 6 Seminar Tugas Akhir
