34
III.
METODOLOGI PENELITIAN
A. Tempat Penelitian Penelitian dilakukan di Laboratorium Material Teknik Mesin Jurusan Teknik Mesin Universitas Lampung dan Laboratorium Teknik Mesin Politeknik Universitas Sriwijaya. Adapun kegiatan penelitian yang dilakukan di Laboratorium Teknik Mesin Unila adalah: pembuatan cetakan, pencampuran, dan pemanasan komposit.
B. Bahan yang Digunakan Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah: 1. Resin epoxy dan hardener Resin epoxy Berfungsi sebagai matrik dalam komposit, sedangkan hardener berfungsi sebagai pengeras komposit.
Gambar 9. Epoxy dan hardener
35
Dengan data–data spesifikasi epoksi resin yang dipergunakan adalah sebagai berikut:
a. Viskositas pada
25 0C 13.000 + 2.000 mPa .s
b. Nomor Epoksi
22.7 + 0.6 %
c. Ekuivalen Epoksi
189 + 5 g/equiv
d. Nilai Epoksi
0.53 + 0.01 equiv /100g
e. Total kandungan klorin
< 0.2 %
f. Kandungan klorin hydrolysable
< 0.05 %
g. Warna
< 1 Gardner
h. Densitas pada
25 0C 1.17 + 0.01 g/cm3
2. Fly ash Berfungsi sebagai penguat atau sebagai pengisi dalam komposit.
Gambar 10. Fly Ash Adapun sifat kimia fly ash yang digunakan adalah sebagai berikut:
36
Tabel 3. Sifat kimia fly ash Tarahan Provinsi Lampung (Sumber: Hasil Laboratorium PT.Sucofindo) Analisis Kimia
Nilai
SiO2 (%)
61,55
Al2O3 (%)
22,31
Fe2O3 (%)
4,72
CaO (%)
3,39
MgO (%)
0,52
K2O (%)
0,61
Na2O (%)
1,86
MnO2 (%)
0,08
TiO2 (%)
1,53
P2O5 (%)
0,35
SO3 (%)
2,56
Adapun pembahasan komposisi kimia dari fly ash ini dapat dilihat pada BAB IV.
C. Alat yang digunakan
Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Universal Testing Machine (UTM), digunakan untuk uji bending.
37
Gambar 11. Alat uji bending
2. Cetakan, digunakan untuk mencetak benda uji
Gambar 12. Cetakan
3. Pengaduk, digunakan untuk mengaduk matrik dan limbah batubara sehingga mempunyai komposisi yang seragam.
Gambar 13. Pengaduk
38
4. Timbangan Digital Timbangan
digital
digunakan
untuk
mengukur
berat
sebelum dilakukan pencampuran dalam pembuatan komposit.
Gambar 14. Timbangan digital
5. Amplas, digunakan untuk menghaluskan benda uji.
Gambar 15. Amplas
fly
ash
39
6. Gergaji, digunakan untuk memotong bahan spesimen.
Gambar 16. Gergaji
7. Grinder, untuk finishing geometri spesimen uji.
Gambar 17. Grinder
8. Ayakan, untuk mendapatkan ukuran mesh fly ash.
40
Gambar 18. Ayakan
9. Grease/gemuk, untuk menjaga agar bahan spesimen tidak lengket pada cetakan.
Gambar 19. Oli bekas
41
D. Prosedur Penelitian Untuk diagram alir pada penelitian ini ditunjukkan oleh Gambar sebagai berikut:
Mulai Persiapan bahan, alat uji & ukur Persiapan fly ash dan epoxy Pembuatan cetakan
Pencampuran 60% epoxy (30% hardener dan 30% epoxy) dan 40% fly ash
Pembuatan komposit
Pengujian komposit: uji bending dan fhoto SEM
Analisa data
Hasil dan Pembahasan
Kesimpulan dan saran
Selesai
Gambar 20. Diagram alir penelitian
42
Prosedur pengujian dimulai dengan pemasangan kelengkapan alat uji bending seperti dudukan, komputerisasi, alat penekan bending dan sebagainya. Adapun alat uji bending yang digunakan adalah hydraulic universal material tester. Pengujian dilanjutkan dengan meletakkan spesimen di tempat alat uji bending setelah itu ditekan tombol start untuk mulai melakukan bending, penekan bending mulai bergerak kebawah sedikit demi sedikit menekan spesimen yang sudah ada di bawahnya, gerakan dengan menekan tombol stop ketika
penekan
diberhentikan
spesimen sudah mengalami patah.
Melalui pengujian ini didapat hasil flectional strength (kekuatan bending) dan gaya maksimumnya yang bisa
kita lihat melalui komputerisasi yang sudah
ada pada alat uji bending tersebut, pengujian ini terus berjalan sampai 12 spesimen komposit yang merupakan variasi dari ukuran butir fly ash yaitu terdiri dari tiga spesimen dengan ukuran butir fly ash 120 mesh, tiga spesimen dengan ukuran butir fly ash 80 mesh, tiga spesimen dengan ukuran butir fly ash 40 mesh, dan tiga spesimen dengan epoxy murni. Data-data hasil dari keseluruhan pengujian dapat dilihat pada Tabel 4, sedangkan data-data hasil pengujian yang dibahas dalam bab ini ditampilkan dalam bentuk grafik.
Metode
pelaksanaan
penelitian
tahapan, yaitu: 1. Pembuatan cetakan spesimen uji 2. Rencana persiapan pencampuran 3. Pembuatan benda uji
yang
dilakukan
dibagi
menjadi
4
43
4. Pengujian dan analisa. 1. Pembuatan cetakan spesimen Cetakan spesimen uji dibuat dengan ukuran standar pengujian, bahan yang digunakan untuk cetakan ini adalah kaca. Cetakan ini disesuaikan dengan geometri spesimen uji bending ASTM D-790
”Standart Test Methods for Flexural Properties of
Unreinforced and Reinforced Plastics and Electrical Insulating Materials” dengan dimensi yang disesuaikan, ditunjukan pada Gambar 23.
L 100
d6
0
b 15
Dimana : d=Tebal spesimen (mm) L= Panjang spesimen (mm) b= Lebar spesimen (mm)
Gambar 21. Geometri spesimen uji bending (dalam mm)
44
2. Persiapan pencampuran a. Persiapan matriks Pencampuran untuk pembuatan benda uji matriks dilakukan dengan mencampurkan resin epoxy dan hardener (pengeras) dengan komposisi perbandingan 1:1 (30% epoxy dan 30% hardener). Sifat-sifat mekanik resin yang digunakan dalam penelitian ini juga perlu diketahui, oleh sebab itu maka dilakukan pengujian bending.
b. Persiapan penguat (fly ash) Bahan penguat yang digunakan adalah fly ash, fly ash dihancurkan penggiling dan diayak hingga diperoleh ukuran fly ash berdasarkan diameter yang diinginkan yaitu: 40 mesh, 80 mesh dan 120 mesh. Adapun fly ash ini sebanyak 40%.
3. Pembuatan benda uji
Setelah didapatkan fly ash dengan ukuran partikel (secara ukuran mesh): 40, 80 dan 120, maka fly ash diukur perbandingan massa campurannya, adapun perbandingan campurannya yaitu fly ash 40% dan matriks (resin epoxy) 60% . Secara ukuran dengan satuan gram, dapat dijelaskan bahwa dalam pembuatan satu spesimen komposit yaitu seberat 100 gram (100%) yang terdiri dari 30 gram (30%) resin epoxy +30 gram (30%) hardener + 40 gram (40%) fly ash
45
Untuk masing-masing jenis ukuran fly ash diatas akan dibuat material uji sebanyak: a. Tiga buah untuk ukuran partikel fly ash 40 mesh b. Tiga buah untuk ukuran partikel fly ash 80 mesh c. Tiga buah untuk ukuran partikel fly ash 120 mesh d. Tiga buah untuk spesimen tanpa fly ash (epoxy murni)
4. Prosedur pengujian dan hasil analisa
Pelaksanaan pengujian adalah adalah proses uji bending, pengujian bending pada komposit dilakukan untuk mengetahui kekuatan terhadap bending atau kelenturan. Dari pengujian ini akan didapat data beban yang dapat diterima oleh benda uji sebelum terjadi patahan. Adapun metode pengujiannya adalah sebagai berikut:
Gambar 22. Pengujian bending Prosedur pengujian bending menggunakan three point bending seperti pada Gambar 22. Pengujian dilakukan untuk mendapatkan
46
kekuatan bending dan gaya maksimum yang terjadi pada komposit partikel. Sesuai standart ASTM D 790, teori perhitungan kekuatan bending adalah: 3PL
σf =
2bd
…….. (1)
2
Dimana: P= Gaya beban maksimum (N) L= Panjang spesimen (mm) b= Lebar spesimen (mm) d=Tebal spesimen (mm)
Rumus lain untuk mencari kekuatan bending adalah sebagai berikut :
H2 . B Wb =
……….(1)
6
Fmax . L Mbmax = 4
………(2)
47
Maka dengan persamaan yang ada diatas,
Mbmax σb =
Dimana: Wb = Gaya Berat (N) σb =Kekuatan Bending (N/mm2) Mbmax =Momen maksimum (Nmm) Fmaks = Gaya maksimum (N) B = Lebar spesimen (mm)
Wb
………(3)
