BAB III METODE PENELITIAN

BAB III METODE PENELITIAN

3.1. Persiapan Alat & Bahan 3.1.1. Alat Penelitian Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut : 1. Timbangan Digital Timbangan digital (Gambar.15) digunakan untuk menimbang berat dari serat dan matriks komposit.

Gambar 15. Timbangan Digital. 2. Molding (cetakan spesimen) Molding (Gambar.16) yang digunakan terbuat dari logam dan dilengkapi dengan heater sebanyak 4 buah untuk mencetak spesimen komposit sesuai dengan standar pengujian yang berlaku. Dimensi molding yang digunakan untuk membuat spesimen yakni dengan tebal spesimen 4 mm, lebar 20 mm dan panjang 170 mm untuk pengujian tarik.

26

27

Gambar 16. Molding. 3. Alat pengepress Alat pengepress (Gambar.17) digunakan untuk mengepress spesimen komposit yang ada didalam molding, agar didapatkan dimensi ketebalan yang diinginkan, selain itu berfungsi untuk mencegah timbulnya void yang ada didalam spesimen. Berikut ini gambar alat pres yang dilengkapi temperature control.

Gambar 17. Alat press yang dilengkapi temperature control.

28

4. Alat uji tarik Alat uji tarik (Gambar.18) yang digunakan adalah universal testing machine (UTM) dengan merk Zwick/Roell kapasitas 20 KN buatan Jerman. Pengujian ini dilakukan di Balai Besar Kulit, Karet dan Plastik Yogyakarta.

Gambar 18. Alat uji tarik. 5. Gelas beker Gelas beker (Gambar. 19) digunakan untuk mengukur volume air untuk merendam serat.

Gambar 19. Gelas beker.

29

6. Blower Blower (Gambar. 20) digunakan untuk mendinginkan molding, setelah proses pemanasan oleh heater.

Gambar 20. Blower. 7. Mesin CNC Mesin CNC (Gambar. 21) yang digunakan bermerk Roland SRM-20. Proses pemesinan dilakukan di Lab. CNC Teknik Mesin UMY.

Gambar 21. Mesin CNC. 8. Kamera Digital Kamera digital (Gambar. 22) digunakan untuk mengambil gambar struktur spesimen setelah diuji tarik. Kamera yang digunakan adalah Canon IXUS 16 MP (zoom in 8 X).

30

Gambar 22. Camera digital Canon IXUS 16 MP. 9. Mikroskop Mikroskop digunakan sebagai alat bantu untuk mengukur diameter serat kenaf dan E glass yang berukuran mikro (μm). Gambar 23. merupakan mikroskop optik OLYMPUS-SZ61TR yang berada di Lab. Teknik Mesin UMY.

Gambar 23. Mikrosop optik OLYMPUS-SZ61TR. 10. Alat bantu lain Alat bantu lain yang digunakan adalah gunting, penggaris, palu, kalkulator, dial indicator dan jangka sorong.

3.2.2. Persiapan Bahan Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebgai berikut : 1. Serat Kenaf Serat Kenaf (Gambar. 24) digunakan sebagai material penguat komposit. Serat kenaf didapatkan dari Balitas, Malang, Jawa Timur. Serat kenaf dicuci terlebih dahulu untuk menghilangkan kotoran.

31

Gambar 24. Serat kenaf. 2. E-glass Serat E-glass (Gambar. 25) digunakan sebagai material penguat komposit.

Gambar 25. Serat E- glass. 3. Wax Mold Release Wax Mold Release (Gambar. 26) digunakan untuk memudahkan spesimen dikeluarkan dari cetakan.

Gambar 26. Wax mold release. 4. NaOH (Natrium Hidroksida) NaOH (Gambar. 27) digunakan untuk melarutkan kotoran yang ada pada serat kenaf.

32

Gambar 27. NaOH. 3.2. Persiapan Serat 3.2.1. Persiapan Serat Kenaf dan Perlakuan Alkalisasi Sebelum digunakan sebagai material penguat komposit, perlakuan serat kenaf dilakukan dengan tujuan menghilangkan kotoran-kotoran dan kontaminan yang menempel pada permukaan serat kenaf. Berikut ini tahapan perlakuan serat kenaf : 1. Serat kenaf (Gambar. 28) dipotong pada bagian tengah.

Gambar 28. Serat Kenaf. 2. Serat kenaf dibersihkan dari kotoran yang menempel pada permukaan serat. 3. Serat kenaf direndam menggunakan larutan alkali dengan konsentrasi 6 % selama 4 jam, agar kotoran yang menempel pada serat larut, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 29.

33

Gambar 29. Alkalisasi serat kenaf. 4. Air rendaman alkalisasi serat kenaf dibuang ke jerigen penyimpanan limbah (Gambar. 30). Selanjutnya, serat kenaf dibilas menggunakan alir mengalir dengan tujuan agar kotoran dan NaOH yang menempel pada serat larut, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 31.

Gambar 30. Membuang air rendaman ke dalam jerigen penyimpanan limbah.

Gambar 31. Proses pembilasan serat.

34

5. Serat kenaf diangkat dan dikeringkan pada suhu ruangan dengan bantuan kipas angin selama sehari semalam, hingga kering sempurna.Selanjutnya, serat kenaf dipotong menggunakan gunting dengan panjang serat ± 1 cm (Gambar. 32).

Gambar 32. Serat kenaf setelah dipotong. 3.3. Prosedur Uji Tarik Serat Tunggal Prosedur uji tarik serat tunggal mengacu standar ASTM D3379-75. Berikut ini merupakan tahapan dalam uji tarik serat tunggal. 1. Serat dipotong dengan panjang minimum 100 mm sebanyak 10 buah. 2. Diameter serat (Gambar. 33) dapat diketahui menggunakan mikroskop.

Gambar 33. Hasil pengukuran menggunakan mikroskop.

35

3. Kertas karton dipotong dan direkatkan dengan serat kenaf menggunakan lem, sehingga beban tarik hanya ditahan oleh serat dan lembaran penahan (kertas karton) hanya berfungsi sebagai penahan serat agar tidak slip dengan penjepitnya (Gambar. 34).

Gambar 34. Spesimen uji tarik serat tunggal. 4. Spesimen uji dipasang pada mesin uji tarik, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 35.

Gambar 35. Pemasangan spesimen uji tarik serat tunggal. 5. Setting kecepatan tarik pengujian 2 mm/menit. 6. Didapatkan nilai beban tarik 7. Olah data hasil pengujian.

3.4. Pembuatan Komposit 3.4.1. Perhitungan Fraksi Volume Serat Hibrida Sebelum melangkah pada proses fabrikasi spesimen komposit hibrida (serat kenaf/E-glass) bermatriks LDPE, maka perlu dilakukan perhitungan massa serat kenaf/E-glass dan matriks LDPE. Perbandingan fraksi volume serat dan matriks

36

20% : 80% dengan variasi perbandingan fraksi volume serat kenaf/E-glass sebesar 70/30, 80/20 dan 90/10. Berikut ini merupakan perhitungan yang digunakan untuk menentukan volume dan massa komposit : Diketahui : Massa jenis serat kenaf

= 1.45 gr/cm3

Massa jenis serat E-glass

= 2.42 gr/cm3

Massa jenis LPDE

= 0.9 gr/cm3

Dimensi cetakan : panjang ( p)

= 17 cm

lebar (l)

= 2 cm

tebal (t)

= 0.4 cm

Perbandingan fraksi volume serat dan matriks 20% : 80% Fraksi perbandingan volume serat kenaf/ E - glass 70/30 Volume cetakan, V𝑐

=pxlxt = 17 cm x 2 cm x 0.4cm = 13.6 cm3

Volume matriks, 𝑉𝑚

80 %

= 100 % x 13.6 cm3 = 10.88 cm3

Volume serat, 𝑉𝑓

20 %

= 100 % x 13.6 cm3 = 2.72 cm3

Volume serat kenaf, 𝑉𝑘𝑒𝑛𝑎𝑓

70 %

= 100 % x 2.72 cm3 = 1.904 cm3

Volume serat, 𝑉𝐸−𝐺𝑙𝑎𝑠𝑠

30 %

= 100 % x 2.72 cm3 = 0.816 cm3

Massa matriks, 𝑚𝑚

= 𝑉𝑚 x ρ𝑚 = 10.88 cm3 x 0.9 gr/cm3 = 10.0096 gr

Massa serat kenaf, 𝑚𝐾𝑒𝑛𝑎𝑓

= 𝑉𝐾𝑒𝑛𝑎𝑓 x ρ𝐾𝑒𝑛𝑎𝑓 = 1.904 cm3 x 1.45 gr/cm3

37

= 2.76 gr Massa serat E-glass, 𝑚𝐸−𝑔𝑙𝑎𝑠𝑠

= 𝑉𝐸−𝑔𝑙𝑎𝑠𝑠 x ρ𝐸−𝑔𝑙𝑎𝑠𝑠 = 0.816 cm3 x 2.42 gr/cm3 = 1.9474 gr

Selanjutnya perhitungan untuk variasi fraksi volume lainnya dapat dilihat pada lembar lampiran perhitungan. Sedangkan hasil perhitungan fraksi volume dapat dilihat pada Tabel 9. Tabel 9. Perhitungan perbandingan serat dan matrik komposit. Fraksi volume serat & matrik Massa Serat Kenaf Massa Serat E glass 20% : 80% (gr) (gr)

Massa LDPE (gr)

Serat Kenaf -E glass (70/30)

2.76

1.94

10

Serat Kenaf -E glass (80/20)

3.15

1.31

10

Serat Kenaf -E glass (90/10)

3.55

0.65

10

3.4.2. Prosedur Pembuatan Komposit Adapun proses pencetakan komposit adalah sebagai berikut 1. Menyiapkan serat dan LDPE (sheet) yang telah dipotong sesuai dengan panjang yang telah ditentukan. 2. Memberi wax mold release pada molding (Gambar. 36).

Gambar 36. Molding setelah diberikan wax mold release.

38

3. Menata serat dan matriks membentuk lapisan (Gambar. 37).

Gambar 37. Menyusun serat dan matriks pada molding. 4. Setelah serat ditata, molding dipasang pada mesin press (Gambar. 38). Penekanan maksimal bertujuan untuk mengurangi void yang terjadi pada spesimen.

Gambar 38. Pemasangan molding pada alat press. 5. Selanjutnya menghidupkan heater yang ada pada box control, yakni dengan temperatur ± 160 oC selama 15 menit (Gambar. 39).

Gambar 39. Setting temperatur.

39

3.4.3. Preparasi Spesimen Komposit Sesuai Standar Spesimen uji tarik yang telah dibuat dengan molding perlu dilakukan pembentukan dimensi sesuai dengan ASTM D 638-02, antara lain: 1. Menggambar desain dimensi ASTM D 638-02 menggunakan software Solidworks 2016. Berikut ini merupakan dimensi ASTM D 638- 02, seperti yang ditunjukkan Gambar. 40.

Gambar 40. Dimensi ASTM D 638-02. 2. Setelah gambar desain spesimen selesai dibuat, maka tahapan selanjutnya yakni melakukan input gambar ke mesin CNC. Kemudian memasang spesimen yang akan dibentuk kedalam ruang benda kerja pada mesin CNC (Gambar. 41). Langkah selanjutnya mesin CNC dijalankan dan melakukan proses pemakanan.

Gambar 41. Pemesinan komposit menggunakan mesin milling CNC. 3.5. Prosedur Uji Tarik Berikut ini merupakan tahapan dalam melakukan pengujian tarik: 1. Memberi label pada setiap spesimen yang bertujuan untuk menghindari kesalahan dalam melakukan pembacaan hasil pengujian tarik (Gambar. 42).

40

Gambar 42. Spesimen uji yang telah diberi label. 2. Mengukur dimensi spesimen, yakni mengukur lebar dan tebal spesimen menggunakan dial indicator (Gambar. 43).

Gambar 43. Mengukur ketebalan spesimen. 3. Menghidupkan mesin.

Gambar 44. Mesin uji tarik dalam keadaan ON.

41

4. Setting kecepatan pengujian mesin yaitu 500 mm/menit dan spesimen uji dipasang pada mesin uji tarik sesuai dengan standar ASTM D 638-02a, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 45 dan Gambar. 46.

Gambar 45. Setting jarak grip to grip dan kecepatan tarik.

Gambar 46. Pemasangan spesimen pada mesin uji tarik. 5. Melakukan pemberian beban tarik dengan kecepatan konstan 6. Didapatkan beban hasil pengujian tarik 7. Olah data hasil pengujian.

42

3.5. Diagram Alir Penelitian Secara garis besar proses penelitian ini dapat digambarkan dalam sebuah diagram alir, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 47.

43

Gambar 47. Diagram alir penelitian.