27
BAB III METODE PENELITIAN
METODE PENELITIAN
3.1. 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 impak komposit berpenguat serat daun nanas.
3.2. 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 Impak Komposit
Laboratorium Pengujian Bahan Universitas Brawijaya Fakultas Teknik Jurusan
Teknik
28
3.3. 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 impak, jadi total spesimen uji impak pada penelitian ini adalah 12 buah sampel
uji impak.
Gambar 3.1. Spesimen Uji Impak sesuai ASTM D5942-96 (Hadi et al., 2016)
Dimana :
Panjang (l) = 62 mm
Lebar (w) = 10 mm
Tinggi = 10 mm
3.4 Variabel Penelitian
3.4.1 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%.
29
3.4.2 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 impak komposit serat daun nanas.
3.4.3 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 10 gram hardener
per 20 gram resin
2. Material serat jumlah fraksi massa dengan berat 1,25 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 D5942-96.
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
3.5. Penyiapan Alat dan Bahan
3.5.1. Penyiapan Alat
Adapun peralatan yang digunakan dalam proses pembuatan komposit antara lain :
a. Alat Uji Impak
Alat uji tarik pada gambar 3.2. berfungsi untuk pengujian impak pada
komposit
Spesifikasi :
30
Merk : Time
Sudut maksimal : 150°
Beban : 12 Joule
Panjang lengan : 23 cm
Gambar 3.2. Alat Uji Impak
Sumber : Dokumentasi pribadi
b. Mesin Uji Tarik Serat Tunggal
Mesin uji tarik seperti Gambar 3.3 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
31
Gambar 3.3. Alat Uji Tarik Serat Tunggal
Sumber : Dokumentasi pribadi
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 impak.
Gambar 3.4. Cetakan Uji Impak
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
32
Gambar 3.5. Timbangan Digital
Sumber : Dokumentasi pribadi
e. Sealent Tape
Pada gambar 3.5 berfungsi Sebagai perekat dan mencegah kebocoran.
Gambar 3.6. 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 3.7. Mirror Glaze
Sumber : Dokumentasi pribadi
33
g. Mesh
Mesh seperti Gambar 3.7 berfungsi sebagai jalan masuk resin dan pesebaran
resin.
Gambar 3.8. 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 3.9. 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
34
Gambar 3.10. 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 3.11. Resin trap
Sumber : Dokumentasi pribadi
k. Kaca
Seperti Gambar 3.11 berfungsi sebagai alas cetakan.
Gambar 3.12. Kaca
Sumber : Dokumentasi pribadi
l. Alat bantu lain
Alat bantu lain yang dipergunakan meliputi penjepit klem, gelas, sikat
kawat, penggaris, sarung tangan, selang.
35
Gambar 3.13. Alat Bantu Lain
Sumber : Dokumentasi pribadi
3.5.2. 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 3.14. Serat Daun Nanas
Sumber : Dokumentasi pribadi
Tabel 3.1. Komposisi Serat Daun Nanas
No Komposisi Kimia Serat 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
36
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 3.15. Resin dan Katalis
Sumber : Dokumentasi pribadi
37
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 3.16. NaOH
Sumber : Dokumentasi pribadi
3.6. Proses Pelaksanan
3.6.1 Proses Perendaman Alkali
Gambar 3.17. Proses Perendaman NaOH
Sumber : Dokumentasi pribadi
38
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
3.6.2 Proses Vacuum Infusion Resin
Gambar 3.18. Proses vacuum infusion resin
Sumber : Dokumentasi pribadi
Tahapan dalam proses ini, antara lain:
1. Persiapkan alat bahan
2. Persiapkan serat yang akan digunakan
39
3. Letakkan alas cetakan pola di atas meja
4. Letakkan cetakan pola di atas alas
5. Beri tanda pada alas sesuai ukuran cetakan pola
6. Berikan release agent pada alas sesuai dengan daerah yang sudah
ditandai dan berikan pula release agent pada cetakan pola
7. Taruh kembali cetakan pola di atas alas
8. Pasang sealant tape pada alas cetakan mengitari cetakan pola
9. Ukur dan potong mesh, plastic bag
10. Masukkan serat pengisi pada cetakan pola
11. Pasang mesh diatas cetakan pola, dan rekatkan
12. Ukur selang PE-tube sesuai panjang salah satu sisi cetakan pola dan
potong sebanyak dua.
13. Taruh kedua selang PE-tube pada kedua sisi cetakan pola
14. Berikan sealant tape diatas dan bawah cetakan
15. Tutup semua bagian yang ada di atas alas cetakan dengan plastic bag
16. Rekatkan plastic bag dengan sealant tape yang terpasang pada alas
cetakan
17. Potong 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. Pasang PE-tube pada lubang pada penampung resin yang sebelumnya
telah dibuat
19. Sumbat PE-tube arah masuk resin dengan clamp
20. Sambungkan PE-tube arah keluar ke resin trap
21. Sambungkan PE-tube dari resin trap ke vacuum compressor
22. Nyalakan vacuum compressor
23. Tunggu sampai pressure gauge sudah tidak dapat naik (kondisi
maksimal)
24. Matikan vacuum compressor dan tunggu selama dua jam untuk
mengetahui kebocoran
25. Jika tekanan stabil selama 10 menit, lakukan pencampuran resin dan
katalis dengan volume yang sudah di sesuaikan
40
26. Setelah resin dan katalis tecampur sambungkan PE-tube arah masuk
kedalam tempat penampung resin dan buka clamp
27. Tunggu sesaat sampai resin mengalir ke cetakan dan masuk ke resin
trap untuk memastikan semua resin masuk ke dalam cetakan
28. Sumbat kedua aliran masuk dan keluar dengan clamp dan tunggu
resin hingga mongering
3.7. Pengujian Mekanis Komposit
3.7.1. Proses Serat Tunggal
Gambar 3.19. Proses Serat Tunggal
Sumber : Dokumentasi pribadi
1. Siapkan 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.
41
3.7.2. Proses Uji Impak
Gambar 3.20. Proses Uji Impak
Sumber : Dokumentasi pribadi
Pengujian impak dilakukan untuk mengetahui kekuatan impak
berdasarkan ASTM D5942-96, ukuran spesimen seperti pada gambar 3.1
diatas. Adapun langkah- langkah pengujian impak sebagai berikut :
1. Mempersiapkan dan memeriksa alat uji impak komposit charpy.
2. Melakukan pengukuran pada spesimen, yaitu mengukur tebal dan lebar
spesimen dengan jangka sorong, kemudian mencatatnya.
3. Mengukur temperature ruangan sebelum pengujian dilakukan.
4. Memastikan jarum skala sebagai penunjuk harga impak komposit material
berada pada posisi nol.
5. menaikkan pendulum hingga jarum penunjuk derajat kemiringan 150°.
6. Meletakkan benda uji pada tempatnya dan memastikan benda uji tepat
berada di tengah.
7. Melepaskan pendulum dengan cara menekan tombol pelepas pendulum.
8. Membaca nilai yang ditunjukkan oleh jarum pada skala yang sesuai.
42
3.8. Flow Chart
Tidak
Tidak
Ya
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 ?
Kesimpulan
Hasil Uji Tarik
43
3.9 Kerangka Tabel
Adapun kerangka tabel yang akan digunakan dalam pengolahan data hasil
pengujian sebagai berikut :
Tabel 3.3. Kerangka Tabel Hasil Pengujian Impak Komposit
No. Material
Sudut Pendulum
Setelah Mematahkan ( β ) Rata-Rata
( β ) Spesimen
1
Spesimen
2
Spesimen
3
1 Tanpa Perlakuan x x x x
2 Perendaman NaOH
3% x x x x
3
Perendaman NaOH
6% x x x x
4 Perendaman NaOH
9% x x x x
c
NO Variabel Cos α Cos β Berat
(Joule)
Panjang
(m)
Luas
(mm2)
E
(Joule)
HI
(Joule/mm2) COS β-α
1 0% x x x x x x x x
2 3% x x x x x x x x
3 6% x x x x x x x x
x 9% x x x x x x x x
44