28 BAB III
METODE PENELITIAN
3.1. Tempat Penelitian
Pengambilan data dari tugas akhir saya ini dilakukan dibeberapa tempat : 1. Proses Produksi
Laboratorium Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Malang.
2. Proses Vakum
Laboratorium Pengujian Bahan Universitas Brawijaya Fakultas Teknik Jurusan Teknik
Mesin.
3. Uji Tarik Serat tunggal
Laboratorium Fisika Material Universitas Brawijaya Fakultas MIPA Jurusan Fisika.
4. Uji FTIR
Laboratorium Kimia OrganikUniversitas Brawijaya Fakultas MIPA Jurusan Kimia.
5. Uji Tarik Komposit
Laboratorium Pengujian Bahan Universitas Brawijaya Fakultas Teknik Jurusan Teknik
3.2. Flow Chart
Tidak
Tidak
Ya
Mulai
Studi literatur
Proses penimbangan serat dan resin
Proses pembuatan spesimen dengan metode Vacuum Infusion
Pengujian tarik
Analisi Pembahasan
Selesai Persiapkan alat dan bahan
Perendaman serat variasi 3%, 6%, 9,% NaOH
Uji Tarik Serat Tunggal
Hasil Uji Tarik Serat Tunggal
Apakah Sesuai dengan Literatur
?
A
A
Apakah Dimensi Sesuai standart ASTM D683-03 ?
Hasil Uji Tarik
Kesimpulan
3.3. Penyiapan Alat dan Bahan 3.3.1. Penyiapan Alat
Adapun peralatan yang digunakan dalam proses pembuatan komposit antara lain :
Gambar 3.1. Alat Uji Tarik Sumber : Dokumentasi pribadi a. Alat Uji Tarik
Alat uji tarik pada gambar 3.1. berfungsi untuk pengujian tarik pada komposit
Spesifikasi :
Produksi : Dogguan Liyi Test Equipment Co., Ltd.
Model : LY-1066B Kapasitas : 1000 kg
Tingkat akurasi : 0,5 %
Ruang tarik efektif : 1200 mm (mengandung grips)
Lebar tes yang efektif: 320 mm
Uji kekuatan resolusi : 1/150.000 Tes kecepatan : 50 ~ 500 mm/min
Metode operasi : kontrol komputer
Voltage : 220 V, 50 Hz Gambar
Gambar 3.2. Alat Uji Tarik Serat Tunggal Sumber : Dokumentasi pribadi b. Mesin Uji Tarik Serat Tunggal
Mesin uji tarik seperti Gambar 3.2 berfungsi untuk pengujian tarik serat tunggal dari komposit.
Spesifikasi alat:
Merk : IMADA
Produksi : Yuyang Industrial Co., Ltd.
Model : ZP/2PS Z2/Z2S
Kapasitas : 0-50 N
Tingkat akurasi : +/-0,2% F.S, +/- 1 digit
Metode operasi : kontrol computer c. Cetakan
Cetakan pada Gambar 3.3 digunakan untuk meletakkan resin dan serat yang telah tercampur, dan dicetak sesuai dengan bentuk yang diinginkan serta sesuai dengan standar yang digunakan. Cetakan ini dibagi menjadi cetakan untuk uji tarik.
Gambar 3.3. Cetakan Uji tarik Sumber : Dokumentasi pribadi
d. Timbangan Digital
Timbangan digital seperti Gambar 3.4 untuk mengukur berat dari serat dan matrik, serta untuk membuat larutan alkali.
Spesifikasi alat:
Kapasitas : 500 gram
Ketelitian : 0.01 gram
Gambar 3.4. Timbangan Digital Sumber : Dokumentasi pribadi
e. Sealent Tape
Pada gambar 3.5 berfungsi Sebagai perekat dan mencegah kebocoran.
Gambar 3.5. Sealent Tape Sumber : Dokumentasi pribadi
f. Release Agent
Release agent seperti Gambar 3.6 berfungsi untuk memudahkan melepas komposit dari cetakan. Release agent yang digunakan adalah release agent mirror glaze.
Gambar 3.6. Mirror Glaze Sumber : Dokumentasi pribadi g. Mesh
Mesh seperti Gambar 3.7 berfungsi sebagai jalan masuk resin dan pesebaran resin.
Gambar 3.7. Mesh Sumber : Dokumentasi pribadi h. Plastic Bag
Pada Gambar 3.8 berfungsi sebagai penjebak udara dalam ruang agar tidak ada yang masuk dari lari dan menjaga udara agar hanya keluar.
Gambar 3.8. Plastic Bag Sumber : Dokumentasi pribadi i. Vacuum Compressor
Pada Gambar 3.9 berfungsi sebagai pemberi ruang hampa dengan menghisap udara yang ada pada tempat cetakan .
Spesifikasi dapur listrik yang digunakan adalah :
Merk : VALUE
Tipe : V-1215S-M
Tingkat aliran : 1.5 CFM
Vacuum tertinggi : 15 micron
Voltage/Frekuensi : 230V/50-60Hz
Daya : 1/5 HP
Buatan : Taiwan
Gambar 3.9. Vacuum compressor Sumber : Dokumentasi pribadi
j. Resin Trap
Seperti Gambar 3.10 Berfungsi sebagai penampung resin agar tidak masuk terus sampai ke Vacuum Compressor.
Gambar 3.10. Resin trap Sumber : Dokumentasi pribadi
k. Kaca
Seperti Gambar 3.11 berfungsi sebagai alas cetakan.
Gambar 3.11. Kaca Sumber : Dokumentasi pribadi
l. Alat bantu lain
Alat bantu lain yang dipergunakan meliputi penjepit klem, gelas, sikat kawat, penggaris, sarung tangan, selang.
Gambar 3.12. Alat Bantu Lain Sumber : Dokumentasi pribadi 3.3.2. Penyiapan Bahan
Bahan yang digunakan dalam pengujian ini antara lain : a. Serat daun nanas
Serat adalah bahan penguat yang memiliki kekuatan serta kekakuan yang bagus. Serat pada Gambar 3.13 digunakan adalah serat daun nanas
Gambar 3.13. Serat Daun Nanas Sumber : Dokumentasi pribadi Tabel 3.1. Komposisi Serat Daun Nanas
No Komposisi Kimia Serat Daun Nanas (%)
1 Alpha selulosa 4,4-4,7
2 Pentosan 17,0-17,8
3 Lignin 69,5-71,5
4 Pektin 3,0-3,3
5 Lemak dan Wax 1,0-1,2
6 Abu 0,71-0,87
7 Zat-zat lain (protein, asam
organic,dll) 4,5-5,3
Sumber : (Novia et al. 2015)
Tabel 3.2. Kekuatan Tarik Serat Tunggal
No Presentase NaOH Tegangan Tarik Rata-rata Serat Tunggal (N/cm)
1 0% 5,31
2 3% 7,00
3 6% 13,46
4 9% 8,54
Sumber : Pengujian Pribadi
b. Resin dan Katalis
Resin dan Katalis Resin seperti Gambar 3.14 berbentuk cairan kental yang digunakan untuk penguat pada komposit atau serat. Hardener adalah cairan yang berfungsi untuk mempercepat proses pengerasan pada resin.
Gambar 3.14. Resin dan Katalis Sumber : Dokumentasi pribadi c. Alkalisasi
Alkali (NaOH) Natrium Hidroxida pada Gambar 3.15 adalah larutan yang digunakan untuk membersihkan lignin, selulosa dan hemiselulosa. Untuk meningkatkan penyatuan atau impregnasi antara serat dan matrik.
Gambar 3.15. NaOH Sumber : Dokumentasi pribadi
3.4. Metode Penelitian
Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah jenis penelitian Experimental atau True Experimental, karna data-data yang diperlukan hanya dapat diperoleh dari sebuah percobaan. Penelitian Experimental ini dipilih untuk mengujji dengan benar hipotesis yang menyangkut judul tugas akhir. Kajian literature dari berbagai sumber baik dari buku maupun jurnal yang terkait digunakan untuk menambah informasi yang diperlukan. Menggunakan serat daun nanas sebagai campuran komposit resin polyester yang bertujuan untuk mengetahui nilai optimal pada uji tarik komposit berpenguat serat daun nanas.
3.5. Komposisi Komposit Polyester Serat Daun Nanas Diketahui :
Resin Polyester
Jenis = Yukalac 157 BQNT-EX
Kekuatan tarik = 12.07 Mpa
Modulu elastisitas = 1.18 Gpa
Massa jenis = 1,19 gram/cm3
Beberapa variasi presentase komposisi serat daun nanas : 1. 3 % Alkali NaOH
2. 6 % Alkali NaOH 3. 9 % Alkali NaOH
Dari setiap masing-masing presentase diatas dibuat masing-masing 3 buah sampel uji tarik, jadi total spesimen uji tarik pada penelitian ini adalah 12 buah sampel uji tarik. Spesimen uji tarik pada pengujian tarik seperti yang di tunjukan pada Gambar 3.1 menggunakan ukuran spesimen sebagai berikut.
Gambar 3.16 Dimensi spesimen tarik berdasarkan ASTM D638-03 Sumber: Standard Test Method for Tensile Properties of Plastics
3.6 Variabel Penelitian 3.6.1 Variabel Bebas
Variabel bebas adalah variabel yang bebas ditentukan nilainya sebelum dilakukan penelitian. Dalam penelitian ini variable bebas yang digunakan adalah variasi Fraksi kandungan NaOH pada saat perendaman.
persentase yaitu: 3%, 6%, 9%.
3.6.2 Variabel Terikat
Variabel terikat adalah variabel hasil yang nilainya tidak dapat ditentukan oleh peneliti dan tergantung pada nilai variabel bebasnya. Dalam penelitian ini variabel terikat yang diamati adalah kekuatan tarik komposit serat daun nanas.
3.6.3 Variabel Terkontrol
Variabel terkontrol adalah variabel yang ditentukan oleh peneliti dan nilainya ditentukan konstan. Dalam hal ini yang menjadi variabel terkontrol adalah:
1. Material yang digunakan sebagai matriks adalah epoxy dengan 25 gram hardener per 50 gram resin
2. Material serat jumlah fraksi massa dengan berat 3,4 gram 3. Waktu perendaman larutan alkali NaOH selama 120 menit.
4. NaOH yang digunakan sebagai larutan alkali memiliki kadar kemurnian NaOH sebesar 99%.
5. Uji tarik menggunakan standar ASTM D683-03.
6. Menggunakan serat daun nanas
7. Resin yang di gunakan adalah resin epoxy
8. Metode pembuatan spesimen yang digunakan adalah Vacuum Infusion.
9. Orientasi serat yang digunakan adalah searah
3.7. Proses Pelaksanan
3.7.1 Proses Perendaman Alkali
Gambar 3.17. Proses Perendaman NaOH Sumber : Dokumentasi pribadi
Pada proses alkalisasi dilakukan beberapa tahapan-tahapan proses pengerjaan, antara lain:
1. Siapkan peralatan, antara lain: timbangan, gelas ukur, sendok pengaduk
2. Siapkan bahan, antara lain: aquades, NaOH 99 % dan serat daun nanas
3. Gunakan perlengkapan safety, antara lain: kaos tangan, masker
4. Timbang NaOH sebanyak 3%, 6%, 9% dari jumlah aquadest yang digunakan
5. Tuangkan aquades kedalam gelas ukur
6. Masukkan NaOH kedalam gelas ukur yang telah dituangkan aquades 7. Rendam serat daun nanas pada larutan alkali yang telah disiapkan 8. Serat daun nanas direndam selama 120 menit
9. Jika perendaman telah mencapai 120 menit, maka serat di cuci dengan air bersih dan kemudian dikeringkan
3.7.2 Proses Vacuum Infusion Resin
Gambar 3.18. Proses vacuum infusion resin Sumber : Dokumentasi pribadi
Tahapan dalam proses ini, antara lain:
1. Menyiapkan alat dan bahan
2. Menyiapkan serat yang akan digunakan 3. Meletakkan alas cetakan pola di atas meja 4. Meletakkan cetakan pola di atas alas
5. Memberi tanda pada alas sesuai ukuran cetakan pola
6. Memberikan release agent pada alas sesuai dengan daerah yang sudah ditandai dan berikan pula release agent pada cetakan pola
7. Menaruh kembali cetakan pola di atas alas
8. Memasang sealant tape pada alas cetakan mengitari cetakan pola 9. Mengukur dan potong mesh, plastic bag
10. Memasukkan serat pengisi pada cetakan pola
11. Memasang mesh diatas cetakan pola kemudian rekatkan
12. Mengukur selang PE-tube sesuai panjang salah satu sisi cetakan pola dan potong sebanyak dua
13. Menaruh kedua selang PE-tube pada kedua sisi cetakan pola 14. Memberikan sealant tape diatas dan bawah cetakan
15. Menutup semua bagian yang ada di atas alas cetakan dengan plastic bag
16. Merekatkan plastic bag dengan sealant tape yang terpasang pada alas cetakan
17. Memotong PE-tube sesuai panjang yang disesuaikan dengan jarak dari penampung resin kecetakan pola, cetakan pola ke resin trap dan dari resin trap ke vacuum compressor
18. Memasang PE-tube pada lubang pada penampung resin yang sebelumnya telah dibuat
19. Menyumbat PE-tube arah masuk resin dengan clamp 20. Menyambungkan PE-tube arah keluar ke resin trap
21. Menyambungkan PE-tube dari resin trap ke vacuum compressor 22. Menyalakan vacuum compressor
23. Menunggu sampai pressure gauge sudah tidak dapat naik (kondisi maksimal)
24. Mematikan vacuum compressor dan tunggu selama dua jam untuk mengetahui kebocoran
25. Jika tekanan stabil selama 10 menit selanjutnya menyampurkan resin dan katalis dengan volume yang sudah di sesuaikan
26. Setelah resin dan katalis tecampur yaitu menyambungkan PE-tube arah masuk kedalam tempat penampung resin dan buka clamp
27. Menunggu sesaat sampai resin mengalir ke cetakan dan masuk ke resin trap untuk memastikan semua resin masuk ke dalam cetakan 28. Menyumbat kedua aliran masuk dan keluar dengan clamp dan tunggu resin hingga mongering
3.8. Pengujian Mekanis Komposit 3.8.1. Proses Serat Tunggal
Gambar 3.19. Proses Serat Tunggal Sumber : Dokumentasi pribadi
1. Menyiapkan serat daun nanas yang telah diproses Alkalisasi, kertas, gunting dan lem
2. Setelah selesai, serat tersebut dipilih dan diukur setiap variasi.
3. Kertas sudah di bentuk sesuai standar yang sudah di tentukan dan serat tersebut direkatkan dengan lem.
4. Benda uji siap di uji tarik.
3.8.2. Proses Uji Tarik
Gambar 3.20. Proses Uji Tarik Sumber : Dokumentasi pribadi
Pengujian mekanis dilakukan untuk mengetahui dan memperoleh data atau nilai seberapa besar sifat komoosit maupun menerima ketangguhan tarik. Adapun pengujian mekanik dalam penelitian ini adalah sebagai berikut.
Pengujian Tarik
Pengujian tarik dilakukan untuk mengetahui sifat mekanik berdasarkan ASTM D 683-03. Adapun langkah- langkah pengujian tarik sebagai berikut :
1. Memasang beban pada kait pembebanan,sesuaikan beban yang digunakan, A;A+B;A+B+C
2. Memutar chuck lever searah jarum jam untuk mengangkat chuck spesimen. Menyesuaikan dengan ukuran spesimen yang akan diuji.
3. Memasang spesimen yang telah dilakukan heat treatment serta telaah diukur panjang serta diameternya pada chuck spesimen. Memposisikan diameter terkecil spesimen pada posisi bawah untuk mempermudah pengukuran.
4. Memutar lever berlawanan arah jarum jam hingga spesimen tidak bergeser untuk mengunci spesimen agar tidak bergeser/lepas saat pengujian tarik dilakukan.
5. Mengatur alat pengukur pertambahan panjang pada posisi nol.
6. Memposisikan jarum beban pada posisi nol.
7. Mengatur crane pengatur kecepatan tarik pada ukuran yang diinginkan.
8. Memutar crane pengunci fluida berlawanan arah jarum jam untuk menutup aliran fluida.
9. Alat siap untuk digunakan
