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