23 BAB 3
METODE PENELITIAN
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Pengolahan Mutu Sekolah Tinggi Ilmu Pertanian Agrobisnis Perkebunan (STIPAP) Medan, dan Laboratorium Teknik Mesin Institut Teknologi Medan (ITM). Penelitian ini dilaksanakan mulai bulan Maret sampai dengan bulan Agustus 2019.
Tabel 02 Kegiatan Penelitian :
No Kegiatan Lokasi Penelitan Keterangan 1. Design cetakan papan
komposit (Molding)
Laboratorium Komputer STIPAP
Menggunakan Bahan Kaca 2. Pengolahan Abu Boiler Kebun LPP,
Bengkel dan Laboratorium STIPAP
Menggunakan
ayakan dan
gilingan
3. Pembuatan papan komposit
Laboratorium TPHP STIPAP
Dengan tehnik hand made
4. Pengujian kekuatan papan komposit
Laboratorium dan Workshop ITM
Menggunakan alat uji impak
3.2 Rancangan Penelitian
Pada penelitian ini menggunakan variabel penelitian sebagai berikut : a. Variabel Terikat (dependen variabel )
Pada penelitian ini variabel terikat yaitu uji impak papan komposit berbahan abu boiler pabrik kelapa sawit. Komposisi utama papan komposit resin poliester BTQN 157 UX, abu boiler limbah pabrik kelapa sawit, dan bahan penguat serat kaca, dengan ukuran cetakan kaca sebagai berikut :
24
Panjang cetakan : 30 cm
Lebar cetakan : 30 cm
Tebal cetakan : 1 cm
b. Variabel Bebas (independen)
Pada penelitian ini variabel bebas yang di gunakan adalah Variasi konsentrasi dari satu komposisi bahan, berupa Abu Boiler polyester BTQN 157 UX dan serat kaca.
3.3 Alat dan Bahan Penelitian
3.3.1 Alat yang digunakan dalam penelitian
Peralatan yang digunakan pada penelitian ini terdiri dari ayakan, cetakan papan komposit, alat ukur, ember, timbangan digital.
1. Ayakan
Untuk menyaring partikel abu agar ukuran partikel abu homogen.
Gambar 02: ayakan 2. Cetakan papan komposit
Cetakan papan komposit dibuat dari kaca dengan ukuran 5 mm dengan ukuran cetakan 30 x 30 x 0.5 cm, cetakan papan komposit terdiri dari tiga bagian yaitu:
Panjang cetakan : 30 cm Lebar cetakan : 30 cm
25 Tebal cetakan : 1 cm
Gambar 03: Cetakan papan komposit 3. Timbangan digital
Timbangan digital atau neraca analitik digunakan untuk menimbang berat dari serat dan matriks komposit.
Gambar 04: Neraca analitik 4. Gelas Beaker
Gelas beaker digunakan untuk mengukur volume resin dan katalis.
Gambar 05: Beaker Glass 5. Pengaduk
Pengaduk untuk melarutkan campuran.
26
Gambar 06: Pengaduk 6. Jangka sorong
Untuk mengukur ketebalan dengan ketelitian 0,1 mm.
Gambar 07: Jangka sorong 7. Impact test
Uji impak/benturan bahan menggunakan metode Impact Testing merupakan suatu metode yang penting bagi kelayakan suatu bahan produksi.
Gambar 08: Impack Test
3.3.2 Bahan yang digunakan dalam penelitian
Persiapan bahan dan alat pembuatan papan komposit dari bahan tandan kosong kelapa sawit meliputi sebagai berikut:
1. Persiapan bahan a. Abu boiler
Abu boiler berasal dari pabrik sawit yang berupa limbah padat dari hasil sisa pembakaran dalam penelitian ini digunakan sebagai bahan utama komposisi papan komposit.
27
Gambar 09: Abu boiler b. Serat E-glass
Serat kaca atau sering diterjemahkan menjadi serat gelas adalah kaca cair yang ditarik menjadi serat tipis dengan garis tengah sekitar 0,005 mm s/d 0,01 mm. Serat ini dapat dipintal menjadi benang atau ditenun menjadi kain yang kemudian di resapi dengan resin sehingga menjadi bahan yang kuat dan tahan korosi untuk digunakan sebagai badan mobil dan bangunan kapal. Juga digunakan sebagai agen penguat untuk banyak produk plastic, dan material komposit. Kelebihan material ini adalah mudah dibentuk menggunakan cetakan. Cetakannya pun reltif murah dan tidak perlu mesin khusus.
Gambar 10: Serat E-glass
28
Material fiberglass adalah salah satu jenis bahan fiber komposit yang memiliki keunggulan yaitu kuat namun tetap ringan.
Walaupun tidak sekaku dan seringan bahan carbon fiber, fiberglass lebih ulet dan relatif lebih murah dipasaran. Fiberglass biasa digunakan untuk bahan pembuatan pesawat terbang, perahu, bodi dan interior mobil, perlengkapan kamar mandi, kolam renang,septic tank,tangka air,atap, perpipaan,dinding isolator,papan selancar,tong sampah dan lain-lain. Serat E-glass digunakan sebagai material penguat komposit.
c. Resin poliester BTQN 157-UX
Resin 157 unsaturated polyester resin merupakan polimer termoset . Resin 157 terbuat dari reaksi polimerisasi antara asam dikarboksilat dengan glikol. Polimer dilarutkan dalam monomer reaktif seperti styrene untuk menghasilkan cairan dengan viskositas rendah. Ketika mengering, monomer bereaksi dengan ikatan tak jenuh pada polimer dan berubah menjadi struktur termoset padat.
Gambar 11: Resin BTQN 157-UX
d. Katalis methyl ethyl keton peroksida (MEKPO)
Jenis katalis yang digunakan adalah jenis Methyl Ethyl Ketone Peroksida (MEKPO). Katalis merupakan material kimia yang
29
digunakan untuk mempercepat proses reaksi polimerisasi struktur komposit pada kondisi suhu kamar dan tekanan atmosfir.
Pemberian katalis dapat berfungsi untuk mengatur waktu pembentukan gelembung blowing agent, sehingga tidak mengembang secara berlebihan, atau terlalu cepat mengeras yang dapat mengakibatkan terhambatnya pembentukan gelembung.
Gambar 12: Katalis methyl ethyl keton peroksida (MEKPO)
e. Wax Mold Release
Mold release agent digunakan untuk melumuri permukaan cetakan
(molding) agar spesimen yang dibuat dapat dilepas dari cetakan dengan mudah.
Gambar 13: Wax Mold Release
30 3.4. Tahapan Penelitian
Dalam pelaksanaan penelitian ini terdiri dari persiapan bahan abu boiler tahap pembuatan papan komposit, tahap pembuatan spesimen dan tahap pengujian papan komposit.
3.4.1 Persipan Bahan Abu Boiler
Persiapan bahan Abu Boiler adalah sebagai berikut:
1. Menyiapkan peralatan yaitu : ayakan, ember, pengaduk, timbangan, alat ukur, abu boiler, goni, gelas beker, dan gelas ukur.
2. Menyiapkan bahan yang dipersiapkan antara lain: Abu Boiler dan serat kaca. Abu Boiler di ambil di pabrik Gunung Bayu dengan berat 35 kg dari pembuangan alat Ash Hoper Boiler, Lalu Abu Boiler diayak hingga menjadi partikel-partikel.
3. Merendam Abu Boiler menggunakan larutan NaOH 1 molar 40% selama 1 x 24 jam.
4. Setelah itu dilakukan Penjemuran selama dua hari. Dihari pertama tgl 29 juni 2019 penjemuran dilakukan jam 14:00 s/d 16:30 dengan suhu 28 C, cuaca mendung, serat belum kering sepenuh nya. Di hari kedua tgl 29 juni 2019 penjemuran di lakukan jam 12:00 s/d 17:00 dengan suhu 28 C, cuaca berawan dan serat uda kering sepenuhnya.
5. Abu Boiler yang sudah keringkan kemudian diayak kembali agar partikel- partikel Abu Boiler merata atau homogen diameternya.
6. Menyimpanan Abu Boiler kedalam plastik atau goni.
7. Timbang abu boiler untuk mengetahui berat kering dan berat abu boiler setelah di keringkan 5 kg.
3.4.2 Tahap Pembuatan Papan Komposit
Tahap pembuatan papan komposit adalah sebagai berikut :
1. Menyiapkan peralatan yaitu: Ayakan, Cetakan papan komposit, Timbangan digital, Gelas beaker, pengaduk.
2. Menyiapkan bahan-bahan.
31
Menyiapkan bahan antara lain: Resin BTQN 157-UX, wax, katalis, tiner dan abu boiler. Abu boiler diambil dari dust collector boiler.
3. Menimbang terlebih dahulu abu boiler, kemudian timbang serat E-glass, timbang katalis methyl ethyl keton peroksida dan resin BTQN 157-UX . 4. Cetakan papan komposit yang sudah dipersiapkan di wax terlebih dahulu
sampai merata tujuannya untuk mempermudah proses pengangkatan papan komposit yang sudah dicetak.
5. Mengaduk serat dan dicampur resin polyester BQTN 157-UX dan Katalis methyl ethyl keton peroksida (MEKPO).
6. Masukan abu boiler tersebut ke dalam cetakan, tuangkan dengan merata dan jangan sampai tumpah.
7. Kemudian tunggu hasil cetakan papan komposit dengan waktu 60 menit, suhu ruangan dapat mempengaruhi percepatan dalam mencetak.
8. Membuka cetakan papan, lalu lihat hasil cetakan papan komposit dan setelah itu lakukan proses pengujian kekuatan (impak).
3.4.3 Tahap Pembuatan Spesimen Uji Impak Papan Komposit
Sebelum di uji papan komposit yang telah siap di cetak, spesimen terlebih dahulu di potong sesuai standart ASTM A370, Berikut pola pemotongan seperti gambar berikut :
Gambar 14: Pola potong spesimen uji impak
Benda uji dibuat dengan bentuk empat persegi panjang dengan ukuran 10 x 10 x 55 mm dan diberi takik sedalam 2 mm dengan sudut 450 yang
32
berada ditengah-tengah benda uji, Pengujian impak mengacu pada standart pengujian ASTM A370, bentuk dan dimensi benda uji impak yang digunakan dapat dilihat pada gambar :
Gambar 15: ilustrasi ukuran spesimen uji impak
3.4.4 Tahap Pengujian Impak Papan Komposit
Pengujian impak papan komposit ini menggunakan metode charpy, dimana benda uji diletakkan secara mendatar dan ditahan pada sisi kiri &
kanan, Kemudian benda dipukul pada bagian belakang takikan, letaknya persis di tengah. Takikan membelakangi pukulan (arah pembebanan berlawanan dengan arah takikan). Setelah selesai proses pembuatan spesimen kemudian dilakukan pengujian benturan (impak), dengan tahapan sebagai berikut :
1. Mengangkat bandul 1400 dengan cara memutar berlawanan arah jarum jam secara perlahan-lahan dan kunci bandul di posisi atas.
2. Meletakkan spesimen pada tempat tumpuan dengan posisi di tengah, dimana pisau pada bandul spesimen sejajar dengan takikan benda tersebut.
3. Menyesuaikan posisi jarum skala ukuran di 0o
4. Tarik pengunci bandul atau melepaskan untuk mengayun dan mematahkan spesimen.
5. Tekan pedal rem untuk menghentikan bandul.
6. Lihat dan catat angka cos α dan cos β pada busur drajat.
7. Analisa data energi impak yang telah di uji.
33 3.5 Pengamatan Penelitian
Besar energi (W1) pada setiap sudut ayun dapat diketahui dari data pada tabel beriku tini :
Tabel 03 : Besar energi impak
Rumus- rumus dalam Uji Impact Charpy
1. Menentukan luas penampang dengan persamaan berikut :
Ao = a × b ... (2) dimana :
a = Dalam Takikan
b = Lebar/Tinggi spesimen
2. Usaha yang dilakukan pendulum waktu memukul benda uji atau usaha yang diserap benda uji sampai patah dapat diketahui melalui rumus sebagai berikut :
E1 = m × g × h1 ... (3) Untuk nilai h1 menggunakan rumus berikut ini :
h1 = L – (L × cos α) ... (4) dimana :
E1 = Energi sebelum pembebanan tiba-tiba L = berat pendulum (kg)
34
h1 = jarak awal antara pendulum dengan benda uji (m) cos α = sudut posisi awal pendulum
3. Sedangkan sisa usaha setelah mematahkan benda uji dapat diketahui melalui rumus sebagai berikut :
E2 = m × g × h2 ... (5) Untuk nilai h2 dapat diperoleh persamaan sebagai berikut :
h2 = L – (L × cos α) ... (6) dimana :
E1 = Energi sebelum pembebanan tiba-tiba L = berat pendulum (kg)
h1 = jarak awal antara pendulum dengan benda uji (m) cos α = sudut posisi awal pendulum
4. Besarnya usaha yang diperlukan untuk memukul patah benda uji dapat diketahui melalui rumus sebagai berikut :
E = E1 – E2 ... (7) dimana :
E1 = Energi sebelum pembebanan tiba-tiba E2 = Energi sesudah pembebanan tiba-tiba E = Energi yang diserap
5. Dan besarnya harga impact dapat diketahui dari rumus berikut ini :
dimana :
Hi = Harga Impak E = Energi yang diserap Ao = Luas Penampang
35 Langkah Kerja :
1. Siapkan dan periksalah benda kerja. Catatlah ukuran benda kerja dan jenis bahannya.
2. Buatlah alur (takik) pada benda kerja, tepat pada bagian tengah dengan ukuran yang sudah ditentukan menggunakan notching machine.
Pengukuran alur menggunakan notch gauge.
Pengujian Impak dilakukan berdasarkan standart ASTM E23 1. Ukur luas permukaan di bawah takik.
2. Benda uji dipasang dan dijepitkan pada pemegang sample (fixture) dengan sisi yang diberi notched menghadap sisi berlawanan impak dari pendulum.
3. Kemudian pendulum dilepaskan dan dibiarkan menumbuk specimen.
4. Menunggu pendulum hingga, catat hasil beban impak yang tertera. Beri keterangan terkait dengan patahan yang terjadi.
Gambar 16 : ilustrasi alat uji impak
Spesimen yang digunakan baik pada pengujian dengan metode Izod maupun charpy mempunyai bentuk batang dengan dimensi permukaan 10 mm x 10 mm, notch (takik) berbentuk V dengan sudut 45° dan kedalaman 2mm Oleh karena spesimen impak memiliki takik berbentuk V maka pengjian ini sering disebut sebagai The Notched Bar Test atau pada metode charpy dikenal charpy v Notched Test. Pengujian dilakukan dengan cara memberikan beban impak dalam bentuk palu pendulum dari
36
ketinggian tertentu, ho. Pada saat palu pendulum diayunkan akan menumbuk spesimen, selanjutnya spesimen akan patah di daerah takikan yang berfungsi sebagai konsentrasi tegangan. Palu pendulum akan terus terayun sampai ketinggian maksimum, h1, yang tentu saja lebih rendah dari h.
Metode pengujian spesimen :
Uji Charphy
Benda uji diletakkan secara mendatar dan ditahan pada sisi kiri & kanan.
Kemudian benda dipukul pada bagian belakang takikan, letaknya persis di tengah. Takikan membelakangi pukulan (arah pembebanan berlawanan dengan arah takikan).
.
Gambar 17 : ilustrasi peletakan Spesimen
37
3.6 Diagram Alir Pembuatan Papan Komposit
Mulai
Pengambilan Bahan Abu Boiler Pabrik
Sawit
Penyaringan Abu Boiler + Penimbangan + Perendaman + Penirisan + Penjemuran
+ Penimbangan
Penentuan Komposisi Papan Komposit
Standar ASTM
Pembuatan Papan Komposit
Uji Kekuatan Papan Komposit
Analisa Hasil
Kesimpulan
Selesai
38 3.7 Jadwal Penelitian
11 12 1 3 4 6 7 8 9
1 Pengajuan Judul 2 Seminar Proposal 3 Observasi Awal
4 Persiapan Alat & Bahan
5 Pembuatan & Pengujian Papan Komposit 6 Pengamatan Penelitian
7 Analisa Data 8 Pengolahan Data
9 Penyusunan Laporan Penelitian 10 Seminar Tugas Akhir
Bulan Jenis Kegiatan
No
