BAB III METODOLOGI PENELITIAN - Repository ITK

21

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Garis Besar Penelitian

Pada penelitian komposit ini mempelajari tentang sifat mekanik komposit serat alam dengan pengaruh waktu perendaman atau alkalisasi sebagai variabel bebas. Penelitian ini menggunakan serat pelepah nipah sebagai filler dan resin polyester sebagai matriks. Secara garis besar penelitian ini dilakukan dengan beberapa tahap yaitu tahap persiapan bahan eksperimen, pengujian, pengambilan data, serta pengolahan data hasil pengujian. Penelitian dilakukan di Labolatorium Teknik Mesin Institut Teknologi Kalimantan dan bekerjasama dengan pemilik lahan pohon nipah yang berlokasi di Teritip, Kecamatan Balikpapan Timur, Kota Balikpapan, Kalimantan Timur.

3.2

Peralatan dan Bahan penelitian

Peralatan dan bahan penelitian yang digunakan untuk membuat spesimen komposit adalah sebagai berikut:

3.2.1

Bahan Penelitian

Bahan penelitian yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut:

1. Pelepah Nipah

(a)

22

(b)

Gambar 3.1 Pelepah Nipah (a) Sebelum diolah (b) Setelah diolah 2. Resin polyester

Matriks yang digunakan dalam pembuatan komposit pada penelitian ini yakni resin poliester merek yucalac 157 BQTN-EX.

Gambar 3. 2 Resin poliester 3. Katalis

Katalis (Hardener) merupakan zat yang ditambahkan sebagai bahan campuran resin untuk mempercepat proses pada penelitian ini yaitu jenis katalis MEKP (methyl ethyl ketone peroxide) yang ditampilkan pada gambar 3.3.

23 Gambar 3. 3 Katalis

4. NaOH

Pada proses alkalisasi digunakan NaOH berbentuk Kristal yang akan diencerkan kedalam aquades dengan konsentrasi 5%. Gambar 3. 4 merupakan NaOH yang digunakan dalam penelitian ini.

Gambar 3. 4 NaOH 5. Aquades

Pada penelitian ini menggunakan aquades untuk melarutkan NaOH.

Aquades merupakan air distilasi yang dapat diperoleh pada buangan air AC

24

6. Realese Agent

Gambar 3. 5 merupakan Realese Agent yang digunakan pada proses pembuatan komposit. Pada penelitian ini digunakan Realease agent dengan merek Miror Glaze.

Gambar 3. 5 Realese Agent

3.2.2

Peralatan Penelitian

Alat-alat yang digunakan dalam penelitian komposit serat pelepah nipah terdiri dari dua bagian peralatan, yaitu:

1. Peralatan pembuatan spesimen a. Cetakan Spesimen

Gambar 3. 6 merupakan cetakan yang berfungsi untuk mencetak spesimen sesuai dengan standar pengujian yang digunakan. Cetakan yang digunakan berukuran 200 mm x 150 mm x 8 mm untuk pengujian tarik dan 200 mm x 150 mm x 6 mm untuk pengujian lentur. Cetakan yang digunakan terbuat dari bahan kaca karena untuk mengurangi biaya pembuatan komposit.

25 Gambar 3. 6 Cetakan Spesimen

b. Timbangan Digital

Gambar 3. 7 adalah timbangan, digunakan untuk menimbang material penunjang penelitian seperti kristal NaOH, resin poliester, serat pelepah, dsb. Timbangan yang digunakan memiliki ketelitian 1 gram.

Gambar 3. 7 Timbangan Digital c. Wadah

Gambar 3.8 merupakan wadah yang digunakan untuk mencampur komposit. Wadah yang digunakan dalam penelitian ini menggunakan gelas bekas yang sekiranya dapat menampung matriks dan serat sesuai perhitungan.

26

Gambar 3. 8 Wadah d. Gerinda Mini

Gambar 3. 9 merupakan gerinda mini yang digunakan untuk memotong spesimen. Digunakannya gerinda mini ini bertujuan untuk menghindari getaran berlebih seperti gerinda yang umum digunakan.

Gambar 3. 9 Gerinda Mini (Mollar.co.id, 2020) e. Gerinda Batu

Gambar 3. 10 merupakan gerinda batu yang digunakan untuk membentuk dimensi pada spesimen dengan cara menghaluskan sisi spesimen sedikit demi sedikit sesuai standar yang digunakan yakni ASTM D638 tipe 1 dan ASTM D790.

27 Gambar 3. 10 Gerinda Batu

(Krisbow.com, 2020) f. Sarung Tangan Karet

Gambar 3.11 merupakan sarung tangan karet yang digunakan sebagai Alat Perlindungan Diri (APD) dari cairan kimia berupa larutan NaOH dalam penelitian ini.

Gambar 3. 11 Sarung Tangan Karet 2. Peralatan Pengujian spesimen

Pada proses pengujian spesimen digunakan Universal Testing Machine (UTM). Gambar 3. 12 merupakan mesin UTM yang berfungsi untuk menguji kekuatan Tarik dan lentur spesimen.

28

Gambar 3.12 Universal Testing Machine

3.3 Prosedur Penelitian

Prosedur pada penelitian ini terdiri dari pesipan bahan spesimen dan pembuatan komposit.

3.3.1

Persiapan Serat Pelepah Nipah

Tahapan dalam persiapan bahan serat pelepah nipah adalah sebagai berikut:

a. Pelepah nipah dibersihkan kemudian dipotong-potong memanjang lalu direndam kedalam air aquades.

b. Setelah direndam pelepah kemudian di ambil seratnya, lalu jemur hingga kering tanpa terkena sinar matahari langsung.

c. Setelah serat kering dilakukan perlakuan kimia atau alkalisasi menggunakan larutan NaOH dengan konsentrasi 5% dengan variasi tanpa alkalisasi, 1 jam, 2 jam, 3 jam, dan 4 jam. Setelah dilakukan alkalisasi, serat kemudian dicuci menggunakan aquades. selanjutnya dikeringkan tanpa terkena sinar matahari langsung.

d. Hasil serat yang telah di alkalisasi kemudian dipotong-potong sepanjang 10 mm.

29 3.3.2

Pembuatan Komposit

Tahapan dalam pembuatan komposit adalah sebagai berikut:

a. Peralatan disiapkan seperti wadah, pengaduk, resin poliester, serat pelepah, katalis dan timbangan yang akan dibuat menjadi komposit dengan fraksi volume 10% serat dan 90% poliester.

b. Resin dan serat dicampurkan sesuai dengan komposisinya kemudian ditambahkan katalis sebanyak 1%. Lalu dituangkan pada cetakan yang sebelumnya telah dilapisi dengan release agent dan dilakukan proses hand lay- up.

c. Komposit dilepaskan dari cetakan setelah mengeras.

d. Komposit kemudian dipotong menyesuaikan standar ASTM D638 tipe 1 untuk Pengujian Tarik dan ASTM D790 untuk Pengujian Lentur.

3.3.3

Komposisi Spesimen

Pada proses pembuatan spesimen dibutuhkan perhitungan untuk memudahkan pembuatan komposit. Berikut merupakan rumus perhitungan komposisi matriks dan serat:

A. Massa jenis filler (serat pelepah nipah)

Penelitian ini menggunakan specific gravity untuk mendapatkan massa jenis serat pelepah nipah sebesar 0.62 yang diperoleh dari penelitian (Akpakpan, dkk.

2012) sedangkan untuk massa jenis resin yukalac bernilai 1,215 𝑔𝑟 𝑐𝑚³

⁄ . Berikut merupakan perhitungan massa jenis serat pelepah nipah:

𝑆𝑝𝑒𝑐𝑖𝑓𝑖𝑐 𝐺𝑟𝑎𝑣𝑖𝑡𝑦 = 𝜌_𝑧𝑎𝑡 𝜌_𝐻2𝑂

0,62 = 𝜌 1 𝑔𝑟

𝑐𝑚³

⁄ ρ = 0,62 𝑔𝑟

𝑐𝑚³

⁄ ρ = 620 𝑘𝑔

𝑚³

⁄

B. Volume Cetakan (Vc) Uji Tarik Vc = a x b x c

30

= 200 mm x 150 mm x 8 mm

= 240000 mm3 = 240 cm3

Volume Cetakan (Vc) Uji Lentur Vc = a x b x c

= 200 mm x 150 mm x 6 mm

= 180000 mm3

= 180 cm3

C. Perhitungan Massa Jenis Komposit.

𝜌_𝐶 = 𝜌_𝑓 𝑉_𝑓+ 𝜌_𝑚𝑉_𝑚 𝜌_𝐶 = 620 𝑘𝑔

𝑚³

⁄ . 0,1 + 1215 𝑘𝑔 𝑚³

⁄ . 0,9 𝜌_𝐶 = 1155,5 𝑘𝑔

𝑚³

⁄

D. Perhitungan Fraksi Massa Serat dan Resin.

𝑊_𝑓 = 𝜌_𝑓 𝜌_𝐶 𝑉_𝑓

𝑊_𝑓 = 620 𝑘𝑔 𝑚³

⁄ 1155,5 𝑘𝑔

𝑚³

⁄

0,1

𝑊_𝑓 = 0,05366 𝑊_𝑚 = 𝜌_𝑚

𝜌_𝐶 𝑉_𝑚

𝑊_𝑚 = 1215 𝑘𝑔 𝑚³

⁄ 1155,5 𝑘𝑔

𝑚³

⁄

0,9

𝑊_𝑚 = 0,9463

E. Perhitungan Volume dan Massa Serat dan Resin.

Volume komposit (vc) berdasarkan pada volume cetakan, untuk volume komposit spesimen uji tarik bernilai 240 x 10⁻⁶ m³ sedangkan volume komposit untuk uji lentur bernilai 180 x 10⁻⁶ m³. Berikut perhitungan volume dan massa serat dan resin:

Perhitungan volume serat 𝑣_𝑓 = 𝑉_𝑓 𝑣_𝑐

31 𝑣_𝑓= 0,1 𝑥 240 x 10⁻⁶ m³

𝑣_𝑓= 2,4 x 10⁻⁵ m³ Perhitungan massa serat 𝑊_𝑓= 𝜌_𝑓 𝑣_𝑓

𝑊_𝑓= 620 𝑘𝑔 𝑚³

⁄ 𝑥 2,4 x 10⁻⁵ m³ 𝑊_𝑓= 0,01488 kg

Perhitungan volume matriks 𝑣_𝑚 = 𝑉_𝑚 𝑣_𝑐

𝑣_𝑚 = 0,9 𝑥 240 x 10⁻⁶ m³ 𝑣_𝑚 = 2,16 x 10⁻⁴ m³ Perhitungan massa matriks 𝑊_𝑚 = 𝜌_𝑚 𝑣_𝑚

𝑊_𝑚 = 1215 𝑘𝑔 𝑚³

⁄ 𝑥 2,16 x 10⁻⁴ m³ 𝑊_𝑚 = 0,26244 kg

3.3.4

Pengujian Komposit

Penelitian ini menggunakan material komposit berbahan serat pelepah nipah dan menggunakan resin polyester dengan merk Yukalac 157 – BQTN yang diperoleh secara komersial.

Dalam penelitian ini terdapat dua jenis pengujian, yaitu spesimen untuk pengujian tarik dan spesimen untuk pengujian lentur. Dimensi spesimen kekuatan tarik mengacu pada ASTM D638 tipe 1 yang ditunjukkan pada Gambar 3. 15 sedangkan spesimen uji lentur mengacu pada standar ASTM D790 yang ditunjukkan pada Gambar 3. 14.

32

Gambar 3.13 Rancangan Spesimen Uji Lentur (Ahaddin, 2016)

Gambar 3.14 Rancangan Spesimen Uji Tarik Tipe 1 (Chandramohan, 2017)

33

3.4 Diagram Alir

Gambar 3.15 merupakan diagram alir pada penelitian ini:

Gambar 3.15 Diagram Alir

3.5 Variabel Penelitian

Berikut merupakan variabel - variabel yang dapat mempengaruhi serta sebagai acuan dalam menganalisis.

3.5.1

Variabel Kontrol

Variabel kontrol ialah variabel yang dikendalikan atau dibuat konstan sehingga pengaruh variabel independen terhadap variabel dependen tidak dipengaruhi oleh faktor luar yang tidak diteliti. Variabel kontrol yang digunakan,

1. Jenis serat (pelepah nipah) 2. Penentuan panjang serat 10 mm

34

3. Perbandingan resin dan serat (90%:10%)

4. Resin Unsaturated Polyester Resin (UPR) seri Yukalac 157® BQTN-EX dengan katalis MEKP (Methyl Ethyl Ketone Peroxide)

5. Alkali yang digunakan adalah NaOH dengan kadar 5%

6. Standar Pengujian serta tipe spesimen yang digunakan sesuai dengan ASTM D638 tipe 1 dan ASTM D790.

3.5.2

Variabel Bebas

Variabel bebas adalah sebuah variabel yang memengaruhi variabel terikat.

Variabel bebas yang digunakan,

1. Variasi waktu perendaman yaitu sebesar:

a. 0 jam b. 1 jam c. 2 jam d. 3 jam

e. 4 jam 3.5.3 Variabel Terikat

Variabel terikat atau variabel output adalah variabel yang nilainya akan berubah terhadap faktor tertentu. Variabel terikat yang digunakan adalah:

1. Kekuatan Tarik 2. Kekuatan Lentur