BAB III
METODE PENELITIAN
3.1. Metode Penelitian
Metode yang digunakan dalam penelitian ini ialah jenis penelitian Experimental atau True Experimental, karena data-data yang diperlukan hanya dapat diperoleh dari sebuah percobaan. Penelitian Experimental ini dipilih untuk menguji dengan benar hipotesis yang menyangkut judul tugas akhir. Kajian literatur dari berbagai sumber baik dari buku maupun jurnal yang terkait digunakan untuk menambah informasi yang diperlukan. Menggunakan limbah kulit biji jarak sebagai campuran komposit resin poliester yang bertujuan untuk mengetahui nilai optimal pada uji impak, makrografi komposit berpenguat limbah kulit biji jarak.
3.2. Tempat Penelitian
Pengambilan data dari tugas akhir ini dilakukan di beberapa tempat, sebagai berikut ini:
1. Laboratorium Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Malang.
2. Jl. 37b Tamanbaru, Rt3/Rw2 Banyuwangi, Jawa Timur
3. Laboratorium Fakultas Kehutanan Universitas Mulawarman Samarinda
3.3. Komposisi Komposit Poliester Filler Limbah Kulit Biji Jarak
Diketahui Komposisi pada komposit poliester dengan filler limbah kulit biji jarak setelah diuji massa jenisnya di Laboratorium Fakultas Kehutanan Universitas Mulawarman Samarinda, sebagai berikut ini:
• Massa jenis limbah kulit biji jarak = 1,40 g/cm3
• Massa jenis poliester = 1,19 g/cm3
Beberapa variasi persentase komposisi filler limbah kulit biji jarak:
1. 100% resin + katalis
2. 10% filler dan 90% resin + katalis 3. 20% filler dan 80% resin + katalis 4. 30% filler dan 70% resin + katalis.
Dari setiap masing-masing persentase diatas dibuat masing-masing 3 buah sampel uji impak, jadi total spesimen uji impak pada penelitian ini adalah 12 buah sampel uji impak.
Gambar 3. 1 Spesimen Uji Impak sesuai ASTM E23 Dimana:
Panjang (l) = 120mm
Lebar (w) = 10mm
Tinggi (h) = 10mm
Tinggi batas takik (h1) = 8 mm Sudut Celah (Ø) = 45˚
Kedalaman Celah (d) = 2mm
3.4. Perhitungan Volume Sempel Uji Impak
Diketahui perhitungan volume sempel uji impak pada komposit matriks poliester dengan filler limbah kulit biji jarak, sebagai berikut:
V = [(Vbalok) – (Vprisma)] V = [(p.l.t) – ((0,5.a.t)t)]
V = [(120x10x10) – [(0,5x1,66x2)100]
V = [12000 – 166]
V = 11834 h1
V = 11,834 mm3 = 12cm3
1. Komposisi Komposit dengan Filler 10%
10% filler, dan 90% Resin + Katalis
Menghitung volume serat alam (keseluruhan):
• Volume Serat = 10% x Volume Komposit
= 10
100 × 12
= 1,2 cm3
• Massa Serat = Volume Serat x Massa jenis serat
=1,2 cm3 x 1,40 g/cm3
=1,68 g
Menghitung Poliester 90%:
• Volume Poliester = Fraksi Volume Resin x Volume Komposit
= 90% x 12 cm3
= 90
100× 12
= 10,8 cm3
• Massa Poliester = Fraksi Volume ResinxMassa Jenis Poliester
= 10,8 x 1,19 g/cm3
= 12,85 g
• Massa Katalis = 1% x Massa Poliester
= 1
100 × 12,85
= 0,13 g
2. Komposisi Komposit dengan Filler 20%
20% filler, dan 80% Resin + Katalis
Menghitung volume serat alam (keseluruhan):
• Volume Serat = 20% x Volume Komposit
= 20
100 × 12
= 2,4 cm3
• Massa Serat = Volume Serat x Massa jenis serat
=2,4 cm3 x 1,40 g/cm3
=3,36 g
Menghitung Poliester 80%:
• Volume Poliester = Fraksi Volume Resin x Volume Komposit
= 80% x 12 cm3
= 80
100× 12
= 9,6 cm3
• Massa Poliester = Fraksi Volume ResinxMassa Jenis Poliester
= 9,6 x 1,19 g/cm3
= 11,42 g
• Massa Katalis = 1% x Massa Poliester
= 1
100 × 11,42
= 0,11 g
3. Komposisi Komposit dengan Filler 30%
30% filler, dan 70% Resin + Katalis
Menghitung volume serat alam (keseluruhan):
• Volume Serat = 30% x Volume Komposit
= 30
100 × 12
= 3,6 cm3
• Massa Serat = Volume Serat x Massa jenis serat
=3,6 cm3 x 1,40 g/cm3
=5,04 g Menghitung Poliester 70%:
• Volume Poliester = Fraksi Volume Resin x Volume Komposit
= 70% x 12 cm3
= 70
100× 12
= 8,4 cm3
• Massa Poliester = Fraksi Volume ResinxMassa Jenis Poliester
= 8,4 x 1,19 g/cm3
= 9,99 g
• Massa Katalis = 1% x Massa Poliester
= 1
100 × 9,99
= 0,09 g
4. Komposisi 0% serat dan 100% Resin 0% serat dan 100% Resin + Katalis Menghitung Poliester 100%:
• Volume Poliester = Fraksi Volume Resin x Volume Komposit
= 100% x 12 cm3
= 100
100× 12
= 12 cm3
• Massa Poliester = Fraksi Volume ResinxMassa Jenis Poliester
= 12 x 1,19 g/cm3
= 14,28 g
• Massa Katalis = 1% x Massa Poliester
= 1
100 × 14,28
= 0,143 g
Tabel 3. 1 Komposisi Komposit Limbah Kulit Biji Jarak
No. Orientasi Serat Alam Serat (g) Resin (g) Katalis (g)
1. 10% 1,68 12,14 0,12
2. 20% 3,36 11,42 0,11
3. 30% 5,04 9,99 0,09
4. 0% 0 14,28 0,14
3.5 Penyiapan Alat dan Bahan
Adapun Peralatan dan bahan yang digunakan dalam proses pembuatan komposit limbah biji jarak dan resin poliester, sebagai berikut.
3.5.1 Penyiapan Alat
Adapun Peralatan yang digunakan dalam proses pembuatan komposit sebagai berikut:
a. sendok pengaduk
Sendok pengaduk digunakan untuk membantu mencampurkan serat alam limbah kulit biji jarak dan poliester+katalis.
b. Wadah
Wadah digunakan untuk tempat memcampurkan serat alam limbah kulit biji jarak dan Resin poliester+katalis.
c. Blender Dapur
Blender dapur digunakan untuk menghaluskan limbah kulit biji jarak menjadi sebuk partikel.
d. Minyak Goreng
Minyak goreng digunkana untuk olesan pinggiran cetakan sempel uji impak agar memudahkan untuk melepas.
e. Amplas
Amplas digunakan untuk meratakan dan menghaluskan sempel uji impak f. Timbangan Digital
Timbangan digital digunakan untuk menimbang bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian seperti serat alam dan resin+katalis.
g. Cetakan
Cetakan digunakan untuk membentuk adonan dari gabungan serat alam dan resin poliester+katalis membentuk spesimen sempel uji impak.
h. Alat Bantu Lain
Alat bantu lain yang dipergunakan meliputi kamera digital, gunting, spidol, penggaris, gergaji, alumunium foil, clay, kikir, jangka sorong pisau, dan kuas.
Gambar 3. 2 Peralatan yang dibutuhkan untuk pembuatan komposit
3.5.2 Penyiapan Bahan
Bahan yang digunakan dalam penelitian sebagai berikut:
a. Serat alam dari limbah kulit biji jarak
Menyiapkan serat alam dari limbah biji jarak yang sudah tidak digunakan, kemudian dibersikan dan dijemur diterik matahari dan kemudian dijadikan filler komposit pada penelitian kali ini.
a b
Gambar 3. 3 Limbah kulit biji jarak sebelum di Grinding, (b) Limbah kulit biji jarak sesudah di Grinding
b. Matriks Matrik yang digunakna dalam penelitian ini, merupakan termasuk dalam jenis polimer yaitu resin poliester tak jenuh (Unsaturated Poliester Resin) dengan merk dagang Poliester Yucalac 157BTQN-EX
c. Katalis
Katalis yang digunakan memiliki senyawa MEKPO yaitu senyawa Metyl Etyl Keton Peroksida yang berfungsi untuk membantu mempercepat proses pengeringan secara merata pada resin.
Gambar 3. 4 Resin Yukalac 157BTQN-EX dan Katalis
3.6 Proses Pembuatan Komposit Limbah Kulit Biji Jarak 1. Proses Persiapan Cetakan Uji Impak
Proses pembuatan cetakan uji impak dibuat dengan menggunakan kertas karton putih yang dibuat dengan ukuran sesuai dengan gambar 3.1 yang tertera.
Gambar 3. 5 Cetakan Komposit Uji Impak 2. Proses Persiapan Resin
Resin poliester dipersiapkan sesuai dengan hasil perhitungan massa resin poliester dan ditambahin katalis sebanyak 1% dari massa resin pada tabel 3.1 yang tertera.
Gambar 3. 6 Proses Persiapan Resin 3. Proses Pencetakan Komposit
Pencetakan Komposit dilakukan dengan metode hand lay up berikut adalah Langkah-langkah dalam proses pencetakan:
a. Menyiapkan bahan dan peralatan serta dilakukan penimbangan serat yang sudah dihaluskan dengan blender, dan resin+katalis yang akan digunakan
b. Memcampurkan resin dan katalis sesuai dengan fraksi volume yang telah dihitung sesuai dengan tabel 3.1 yang tertera
c. Mencampurkan serat alam limbah kulit biji jarak dan resin+katalis menjadi satu
d. Menuangkan adonan komposit pada cetakan yang telah di olesi terlebih dahulu dengan mentega
e. Meratakan adonan komposit pada cetakan dan ditunggu hingga mengering
f. Kemudian dilanjutkan pelapasan komposit pada cetakan
g. Spesimen yang telah dilepaskan dari cetakan kemudian dihaluskan bagian permukaan dengan menggunakan amplas.
a b
c
Gambar 3. 7 Proses (a) penatakan cetakan komposit, (b) penuangan adonan komposit kedalam cetakan, (c) pengamplasan dan
pengikiran kampuh, (d) komposit siap diuji
3.7 Pengujian Porositas Komposit
Pengujian porositas dilakukan dengan menggunakan metode Archimedes, yaitu metode dengan pengukuran sebuah densitas dengan memanfaatkan sifat fluida untuk menentukan ukuran dari ruang kosong diantara Komposit limbah biji jarak, dan merupakan fraksi dari volume ruang kosong terhadap total volume sebagai presentase antara 0-100%. Nilai porositas dihitung menggunakan rumus berdasarkan pada standar ASTM C 20. Tahapan pengjian porositas ini adalah sebagai berikut:
d.
Gambar 3. 8 Proses penngujian porositas (a) ditimbang berat kering, (b) direndam sampai 24 jam, (c) diangkat dan dilap pakai tisu, dan (d) ditimbang
berat basah
1. Menyiapkan specimen komposit yang akan diuji porositasnya 2. Menyiapkan timbangan digital, wadah glass, gelas plastik, dan air 3. Menimbang massa kering masing-masing sempel komposit 4. Mencatat massa kering setiap sempel
5. Memasukan sempel ke wadah glass yang sudah berisi air hingga tidak ada lagi gelembung udara pada sempel, ditunggu selama 24 jam
6. Kemudian diangkat dan dilap pakai tisu selanjutnya ditimbang massa basah pada komposit
7. Setelah didapatkan data-data massa yang dibutuhkan untuk menghitung porositas, lalu dimasukan pada rumus porositas sebagai berikut:
(a) (b)
(c) (d)
Ø =𝑚𝑏 − 𝑚𝑘
𝑚𝑘 × 100%
Keterangan:
Ø : Porositas
Mk : Massa Kering (gr) Mb : Massa Basah (gr)
3.8 Pengujian Mekanis Komposit
Pengujian mekanis dilakukan untuk mengetahui dan memperoleh data atau nilai seberapa besar sifat komposit mampu menerima ketangguhan impak. Adapun pengujian mekanik dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
• Pengujian Impak
Pengujian Impak dilakukan untuk mengetahui sifat mekanik berdasarkan ASTM E23, ukuran spesimen seperti gambar 3.1 diatas. Adapun Langkah-langkah pengujian impak sebagai berikut:
1. Mempersiapkan dan memeriksa alat uj impak charpy
2. Melakukan pengukuran pada spesimen, yaitu mengukur tinggi dibawah takik dan lebar spesimen dengan jangka sorong, kemudian mencatatnya.
3. Mengukur temperature ruangan sebelum dilakukan pengujian impak 4. Memastikan jarum skala sebagai penunjuk harga impak material berada
pada posisi nol.
5. Memutar handle untuk menaikan pendulum hingga jarum penunjuk derat kemiringan sesuai dengan ketentuan
6. Meletakkan benda uji pada tempatnya dengan takik membelakangi arah datangnya pendulum dengan cara menarik handle
7. Melapas pendulum dengan cara menarik handle
8. Membaca nilai yang ditunjukan oleh jarum pada skala yang sesuai.
Gambar 3. 9 Alat Uji Impak Charpy 3.9 Pengujian Makrografi
Pengujian makrografi (macrography test) merupakan proses pengujian bahan yang menggunakan mata terbuka, dengan tujuan dapat memeriksa pola patahan hasil dari uji impak yang dilakukan pada komposit, menggunakan kamera digital untuk mendokumentasi hasil pengujian makrografi.
Gambar 3. 9 Pengujian Makrografi Menggunakan Alat Bantu Kamera Digital 3.10 Variabel penelitian
Berikut ini merupakan variable penelitian tugas akhir yang akan dilakukan, terlihat pada tabel 3.1, sebagai berikut:
Tabel 3. 2 Variabel penelitian No. Fraksi Volume Komposit
(Serbuk limbah biji jarak)
Pengujian
Impak Makrografi Porositas
1. 10%
2. 20%
3. 30%
4. 0%
3.11 Diagram Alir (Flow Chart) Penelitian
Adapun diagram alir penelitian Studi Variasi Komposisi Penambahan Matrix Poliester Terhadap Harga Impak Pada Komposit (Metode Hand Lay Up) Limbah Kulit Biji Jarak, sebagai berikut:
Gambar 3. 10 Diagram Alir Penelitian Mulai
Study Literatur
Pembuatan Cetakan Preparasi Limbah Biji Jarak
Pembuatan Komposit Dengan Metode Hand Lay Up
Pengujian Makrografi Hasil Patahan Uji Impak Pengujian Impak Komposit
Analisis Data dan Pembahasan
Kesimpulan Dan Saran
Selesai Pengujian Porositas
Komposit
ujian Pengujian Porositas Komposit
Komposit Tidak
Iya
