BAB 3 METODE PENELITIAN
3.1Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Kimia Polimer Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara dan Laboratorium Material Test Teknik Kimia Universitas Sumatera Utara Medan.
3.2Peralatan dan Bahan Penelitian
3.2.1 Peralatan
Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain: 1. Wadah perendaman
Berfungsi untuk merendam kulit durian yang sudah dibersihkan dengan larutan
NaOH untuk menghilangkan kandungan lignin. 2. Neraca analitik digital
Berfungsi untuk menimbang serat kulit durian dan poliester yang dibutuhkan sesuai
dengan komposisi yang telah ditentukan. 3. Hot Plate
Berfungsi sebagai kompor untuk memasak kulit durian dengan larutan NaOH dengan suhu 70o C.
4. Beaker Glass 500 ml
Berfungsi sebagai wadah untuk mengukur resin dan katalis. 5. Beaker Glass 2500 ml
Berfungsi sebagai wadah untuk memasak kulit durian dengan larutan NaOH. 6. Plat besi ( 2 buah )
8. Kempa panas (hot press)
Berfungsi untuk menekan alat cetakan agar diperoleh sampel uji yang padat sesuai dengan ketebalan cetakan.
9. Alumunium foil
Berfungsi untuk melapisi plat besi agar sampel tidak keluar dari cetakan. 10. Motor Stirrer/pengaduk
Berfungsi untuk mengaduk campuran resin poliester dengan katalis. 11. Spatula
Berfungsi untuk memindahkan resin saat menimbang dan meratakan resin saat pencampuran dengan serat kulit durian.
12. Oven Drying ( oven pengering) ( Tmaks= 100o C)
Berfungsi untuk memanaskan sampel yang akan diuji kadar air 13. Impaktor wolpert
Berfungsi untuk menguji kekuatan impak sampel. 14. Universal testing Machine
Berfungsi sebagai alat untuk melakukan pengujian sifat mekanik terutama kekuatan lentur dengan kapasitas beban 100 kgf dan kekuatan tarik dengan kapasitas beban 200 kgf.
15. Termometer
Berfungsi sebagai pengukur suhu pada saat proses pemasakan kulit durian dengan
larutan NaOH besar suhunya 70o C supaya suhunya tetap konstan. 16. Alat lain-lain
Perlengkapan lain yang digunakan pada saat pembuatan komposit diperlukan juga
alat-alat seperti : penggaris, gunting, pisau, sarung tangan, masker, stopwatch, kuas, serbet, plastic, kertas label dan lain-lain.
3.2.2 Bahan
Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain: 1. Serat Kulit Durian
24
2. Resin poliester 157 BQTN-EX sebagai penguat
Berfungsi untuk merekatkan serat kulit durian dengan perbandingan komposisi tertentu.
3. NaOH 5 % produk Kimia Organo.
Berfungsi untuk menghilangkan kandungan lignin pada serat kulit durian. 4. Aquades 4 liter
Berfungsi untuk membersihkan serat dari larutan NaOH
5. Mirror glaze/ MGH no 8 Wax produk PT. Justun-Kimia Raya cabang Medan
6. Handneer metyl etylketon perioksida (MEKPO) Produk PT. Justun Kimia raya cabang medan.
3.3Prosedur Penelitian
Dalam penelitian ini dilakukan beberapa tahap kegiatan atau pengerjaan yaitu,
preparasi dan pembuatan sampel, persiapan alat dan spesimen uji mekanik untuk melakukan pengujian mekanik untuk mendapatkan sifat-sifat yang diperlukan.
3.3.1 Preparasi Serat Kulit Durian
Dipilih kulit durian, kulit durian yang telah di ambil buahnya di bersihkan dengan air, dan dilakukan proses pemasakan kulit durian 700 gram dimasak dalam beaker glass 2500 ml dengan hot plate yang berfungsi sebagai kompor untuk memasak kulit durian
dengan larutan NaOH 5% selama 1,5 jam agar kulit duriannya lunak dan memudahkan untuk mengeluarkan seratnya. Dalam hal ini digunakan thermometer sebagai pengukur
suhu dalam proses pemasakannya agar suhunya tetap stabil yaitu dengan suhu 70˚C.
3.3.2 Pembuatan Papan Komposit Serat Durian
Ditimbang serat yang akan dicetak dengan variasi komposisi 0 gr, 0,1 gr, 0,2 gr, 0,3 gr, 0,4 gr dengan panjang yang sama yaitu 2 cm menggunakan neraca analitik digital,
Dibersihkan cetakan agar kotoran tidak melekat pada cetakan, cetakan besi dilapisi dengan aluminium foil untuk bagian alas cetakan dan penutup cetakan. Kemudian ditimbang Resin poliester BQTN dan katalis dengan perbandingan 100:1 maksudnya
adalah resin poliesternya sebanyak 100gr dan katalisnya 1gr dimana fungsi dari katalis tersebut adalah untuk proses mempercepat pengerasan dan diaduk dengan motor stirrer sampai merata hingga terbentuk adonan yang homogen. Dituangkan campuran poliester dengan katalis MEKPO pada cetakan dan diratakan dengan spatula, ditutup cetakan dengan menggunakan lempengan besi yang dilapisi aluminium foil dan diletakkan pada
26
3.4 Diagram Alir
3.4.1 Preparasi Serat Kulit Durian
Kulit durian (Durio zibethinus murr)
Dipilih kulit durian, kulit durian yang telah di ambil buahnya di bersihkan dengan air, lalu dipotong kulit durian kira-kira 5cmx5cm lalu buang lapisan dalam.
Setelah itu lakukan proses pemasakan dengan hot
plate dengan suhu 70oC yang berfungsi sebagai kompor untuk memasak kulit durian dengan larutan NaOH 5%. Sepihan kulit durian di timbang
minimal 500 gr dimasukkanke dalam beaker glass dengan larutan NaOH 5 % lalu dimasak di hot plate.
Bilas pulp kulit durian dari NaOH 5% dengan menggunakan aquades.
Dikeringkan serat kulit durian di Oven Drying (oven pengering).
Dipotong serat kulit durian yang sudah kering dengan panjang serat 2 cm
3.4.2 Pembuatan Komposit Serat Kulit Durian (Durio zibethinus murr) Poliester dan Katalis Serat Kulit Durian Kering
Ditimbang
Sampel Uji
Uji Fisis Papan Komposit : 1. Densitas
2. Kadar Air
Analisa Data
Kesimpulan
Uji Mekanik Papan Komposit : 1. Uji Kuat Tarik ( ASTM D-638) 2. Uji Kuat lentur ( ASTM D-790)
3. Uji Kuat Impak ( ASTM D-256)
Data Cetakan
Disusun serat kulit durian secara acak dan merata di dalam cetakan.
Didistribusikan resin poliester dan Katalis yang telah dicampurkan hingga terbentuk adonan yang homogen diaduk dengan hardener.
Diletakkan pada kempa panas dengan suhu 70o C dan dipress selama 20 menit.
Ditimbang
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Pengujian Sifat Mekanik
4.1.1 Pengujian Kuat Tarik
Pengujian kuat tarik dilakukan untuk mengetahui batas kuat tarik dari benda uji terhadap tarikan dan sejauh mana material tersebut bertambah panjang. Pengujian ini menggunakan standar ASTM 638 D. Data yang diperoleh untuk hasil pengujian kuat tarik ditampilkan pada tabel 2. sebagai berikut :
Tabel 2. Hasil Uji Kuat Tarik Komposit Serat Kulit Durian dengan Resin Poliester
Komposisi
Dari Tabel 2. maka dapat ditampilkan hubungan antara kuat tarik komposit serat kulit durian-resin poliester dengan komposisi serat kulit durian seperti pada Grafik 6 berikut ini :
Komposisi Serat Kulit Durian (gr)
Kuat Lentur (MPa)
Grafik 6. Kuat Tarik Komposit vs Komposisi Serat Kulit Durian
Pada grafik 6. tampak bahwa kuat tarik terendah adalah pada komposit dengan komposisi serat kulit durian 0gr yaitu 14,859MPa dan kuat tarik tertinggi pada komposit
serat kulit durian-resin poliester dengan komposisi serat 0,3gr yaitu 39,165MPa. Kekuatan tarik komposit semakin naik dengan bertambahnya komposisi serat kulit durian, namun mengalami penurunan pada komposisi 0,4gr yaitu 21,034MPa
disebabkan komposisi serat yang terlalu banyak sehingga resin poliester tidak mampu mengikat secara homogen. Penurunan kekuatan tarik komposit serat pendek acak ini disebabkan oleh tidak sempurnanya ikatan antara serat dan matriks seiring dengan penambahan volume serat pada komposit sehingga menimbulkan banyaknya void. Selain itu orientasi serat yang acak tidak mampu secara optimum menahan gaya yang diberikan pada arah dimana gaya bekerja. Adanya penurunan untuk kekuatan tarik ini disebabkan karena fraksi volume yang semakin besar dan pada waktu penuangan resin dalam cetakan serat mengumpul disisi-sisi pinggir pada cetakan, dan pada waktu ditekan secara handlay up serat melipat pada bagian pinggirnya dan ada sebagian serat yang melipat keluar dari cetakan karena banyaknya volume serat, akibat dari itu serat yang berada pada bagian tengah menjadi melengkung, menyebakan serat tidak mampu menahan konsentrasi beban yang diberikan dengan baik.
Berdasarkan Japanese Industrial Standard JIS A 5905 : 2003, papan serat mensyaratkan kuat tarik lebih besar dari 0,4 MPa. Masing-masing papan komposit serat
kulit durian-resin poliester untuk semua variasi telah memenuhi standard tersebut.
4.1.2 Pengujian Kuat Lentur
Pengujian kuat lentur dimaksudkan untuk mengetahui ketahanan komposit terhadap pembebanan sesuai standar ASTM D-790. Pengujian ini juga dimaksudkan untuk mengetahui keelastisan suatu bahan. Pada permukaan bagian atas sampel yang dibebani akan terjadi kompresi, sedangkan pada permukaan bawah sampel akan terjadi tarikan.
30
Tabel 3. Hasil Uji Kuat Lentur Komposit Serat Kulit Durian dengan Resin Poliester Komposisi
Dari tabel 3. di atas maka dapat ditampilkan hubungan antara kuat lentur komposit serat
kulit durian-resin poliester dengan komposisi serat kulit durian seperti pada Grafik 7. berikut ini :
Grafik 7. Kuat Lentur Komposit vs Komposisi Serat Kulit Durian
Dari Grafik 7. tampak bahwa kuat lentur tertinggi komposit serat kulit durian-resin polieter terdapat pada komposisi serat 0,3gr yaitu 46,439MPa dan kuat lentur terendah terdapat pada komposisi serat kulit durian 0gr, yaitu 12,736 MPa. Kuat lentur komposit bertambah seiring dengan bertambahnya serat kulit durian yang digunakan , namun mengalami penurunan pada komposisi 0,4gr yaitu 43,621MPa disebabkan komposisi
serat yang terlalu banyak sehingga resin poliester tidak mampu mengikat secara homogen, penurunan kekuatan lentur komposit serat pendek acak ini disebabkan oleh
y = 76,69x + 18,95
Komposisi Serat Kulit Durian (gr)
Kuat Lentur (MPa)
serat pada komposit sehingga menimbulkan banyaknya void. Selain itu orientasi serat yang acak tidak mampu secara optimum menahan gaya yang diberikan pada arah dimana gaya bekerja.
Berdasarkan JIS A 5905 :2003, beberapa komposit serat kulit durian-resin poliester dengan masing masing variasi komposisi serat kulit durian telah memenuhi syarat papan serat dengan kuat lentur lebih besar dari 32MPa.
4.1.3 Pengujian Kuat Impak
Pengujian ini menggunakan alat Wolperts Type : CPSA Com. No. 8803104/000 diberikan perlakuan dengan pemukul( godam) sebesar 4 Joule menggunakan standard
ASTM 256 D. Data hasil pengujian kuat impak komposit serat kulit durian-resin poliester ditampilkan pada Tabel 4. di bawah ini :
Tabel 4. Hasil Uji Kuat Impak Komposit Serat Kulit Durian dengan Resin Poliester
Komposisi
Dari Tabel 4. di atas dapat ditampilkan hubungan antara kuat impak komposit serat kulit durian-resin poliester seperti pada Grafik 8. dibawah ini
Grafik 8. Kuat Impak Komposit vs Komposisi Serat Kulit Durian
y = 7,83x + 9,264
Komposisi Serat Kulit Durian (gr)
Kuat Impak (kJ/mm2)
32
Dari Grafik 8. kuat impak tertinggi yaitu komposit dengan komposisi serat 0,3 gr yaitu 13,02 kJ/mm2dan yang terendah pada komposisi tanpa serat yaitu 9,07kJ/mm2. Kuat impak komposit semakin meningkat seiring dengan bertambahnya komposisi serat yang digunakan.Namun terjadi penurunan pada komposisi 0,4 Penurunan kekuatan impak komposit serat pendekacak ini disebabkan oleh tidak sempurnanya ikatan antaraserat dan matriks seiring dengan penambahan volume seratpada komposit sehingga
menimbulkan banyaknya void.Selain itu orientasi serat yang acak tidak mampu secaraoptimum menahan gaya yang diberikan pada arah dimana gaya bekerja yang mengakibatkan kerapuhan pada papan komposit. Bertambahnya komposisi serat yang
digunakan pada spesimen maka kemampuan spesimen semakin besar dalam menerima gaya yang diberikan.
4.2 Pengujian Sifat Fisis
4.2.1 Pengujian Densitas
Densitas merupakan salah satu sifat fisis yang menunjukkan perbandingan antara massa benda terhadap volumenya atau banyaknya massa zat per satuan volume. Data yang
diperoleh dari hasil pengujian densitas komposit serat kulit durian-resin poliester ditampilkan pada tabel 5. berikut :
Tabel 5. Hasil Uji Densitas Komposit Serat Kulit Durian dengan Resin Poliester
Komposisi
Grafik 9. Densitas Komposit vs Komposisi Serat Kulit Durian
Densitas komposit serat kulit durian-resin poliester tertinggi pada komposisi tanpa serat yaitu 1,022 g/cm3 , sedangkan densitas terendah pada komposisiserat 0,4gr yaitu 0,947gr/cm3 . Pada komposit serat kulit durian-resin poliester terjadi kenaikan densitas diakibatkan oleh penggunaan serat yang bertambah. Jika semakin banyak serat yang digunakan maka matriksnya semakin sedikit. Berkurangnya matriks menyebabkan massa komposit semakin kecil. Massa komposit semakin kecil sedangkan volume
komposit tetap akan menyebabkan densitas kompositnya menurun. Papan komposit serat kulit durian-resin poliester dapat digunakan sebagai papan komposit karena telah memenuhi JIS A 5905 : 2003 yang mensyaratkan nilai densitas papan serat yaitu :
0,35gr/cm3 sampai dengan 1,3 gr/cm3 jadi semua variasi komposisi pada komposit serat kulit durian yang dihasilkan telah memenuhi syarat yang ditetapkan.
4.2.2 Pengujian Kadar Air
Pengujian kadar air dilakukan untuk menentukan besarnya kandungan air di dalam suatu benda dengan memasukkan sampel pada oven suhu 1000 C selama 3 jam. Pengujian daya serap air telah dilakukan terhadap semua variasi komposisi serat yang ada. Berikut
data hasil penimbangan massa sampel awal dan massa sampel akhir, besar kadar air dinyatakan dalam persen. Data hasil pengujian kadar air komposit serat kulit durian-resin poliester ditampilkan pada tabel 6. sebagai berikut :
y = -0,201x + 1,027
Komposisi serat Kulit Durian ( gr)
Densitas ( gr/ cm3)
34
Tabel 6. Hasil Uji Daya Serap Air Komposit Serat Kulit Durian dengan Resin Poliester
Komposisi
Dari data pada tabel 6. dapat ditampilkan hubungan antara kadar air komposit serat kulit durian-resin poliester dengan komposisi serat kulit durian seperti pada Grafik 10.
Grafik 10. Kadar Air Komposit vs Komposisi Serat Kulit Durian
Dari Grafik 10. nilai kadar air komposit serat kulit durian-resin poliester tertinggi adalah pada komposisi 0,4gr, sedangkan kadar air terendah terdapat pada komposisi tanpa serat.
Jadi dapat disimpulkan bahwa semakin banyak serat yang digunakan maka semakin tinggi nilai kadar air yang dimiliki.Japanese Industrial StandardJIS A 5905 : 2003. Mensyaratkan nilai kadar air papan serat 5 % -13 %.
Pada penelitian ini pembuatan papan komposit dengan variasi serat kulit durian sebagai penguat komposit: 0 gr, 0,1gr, 0,2 gr, 0,3 gr, 0,4 gr untuk penelitian selanjutnya tidak dibatasi berapa komposisi serat kulit durian yang akan digunakan. Karena semakin
banyak seratnya maka kekuatannya akan besar. Hubungan antara variasi fraksi volume
y = 3,48x + 0,43
Komposisi Serat Kulit Durian (gr)
Kadar air komposit ( %)
berpengaruh terhadap kekuatan mekanik yang dihasilkan dengan semakin meningkatnya fraksi volume serat.
Dari hasil pengujian semua komposit dengan variasi komposisi memenuhi
syarat sebagai papan serat. Adapun hasil uji mekanik: uji tarik,uji lentur, uji impak dan sifat fisis: densitas, kadar air dapat dilihat seperti tabel 7. di bawah ini:
Tabel 7. Perbandingan Hasil Uji Mekanik dan Fisis dengan JIS A 5905:2003
Uji Mekanik Dan Uji Fisis
Hasil Uji Mekanik Dan Uji Fisis
Standart JIS A 5905:2003 Uji Tarik 14,859-39,165MPa >0,4 MPa Uji lentur 12,73-46,439MPa >32 MPa Uji Impak 9,07-13,65kJ/mm2 -
Densitas 0,947-1,022/cm3 0,35-1,3 gr/cm3
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Dari data hasil penelitian sifat mekanik dan sifat fisis komposit serat kulit durian dengan resin poliester yang dilakukan, maka dapat disimpulkan :
1. Perbandingan hasil uji mekanik dan fisis dengan JIS A 5905:2003 dengan besar kuat tarik 39,165MPa, kuat lentur 46,439MPa, kuat impak 13,65kJ/mm2, densitas 1,022gr/cm3dan kadar air 2,00% serat kulit durian dapat dijadikan sebagai penguat komposit serat alam.
2. Penambahan serat kulit durian terhadap komposit serat kulit durian dengan resin poliester sangat mempengaruhi sifat mekanik dan sifat fisis komposit tersebut, yaitu semakin banyak serat yang digunakan maka semakin tinggi nilai kekuatan mekaniknya, dan densitasnya semakin rendah akan tetapi kadar airnya semakin besar.
3. Ditinjau dari sifat mekanik dan sifat fisis komposit serat kulit durian dengan resin poliester memiliki hasil pengujian kuat tarik 39,165MPa dan dapat diaplikasikan sebagai bumper mobil yang memiliki kuat lentur ±32MPa( Jones,
2013).
5.2 Saran
1. untuk penelitian selanjutnya sebaiknya melakukan penelitian dengan komposisi serat kulit durian dan resin poliester yang berbeda supaya ikatan antara matriks dan serat lebih baik.
2. Untuk penelitian selanjutnya sebaiknya melakukan penelitian dengan menggunakan metode orientasi serat yang berbeda, juga pada saat peletakan serat lebih diperhatikan lagi supaya tidak menimbulkan void.
