BAB III METODOLOGI PENELITIAN Laporan Tugas Akhir 3.1 Diagram Alir Proses Gambar 3.1. Diagram alir penelitian 25
Penelitian ini ditunjang dengan simulasi komputer dari hasil penelitian komposit PE-serbuk kayu untuk mengetahui model distribusi pembebanan berdasarkan input data yang diberikan. Gambar 3.2. Diagram alir pemodelan 3.2 Prosedur Preparasi Spesimen 3.2.1 Bahan Baku Komposit 1. Matriks Pada penelitian ini jenis matriks dari material polimer dengan jenis High Density Polyethylene ( HDPE ) dengan data teknis sebagai berikut: Density( ) = 0.955 g/cm 3 Percent Elongation = 10 120 Percent Crystallinity = 64 8 26
Temperature Melting = 130 136 Temperature Process = 175 235 C Flexural Modulus = 1,200 M Tensile Strength = 29 Mpa Gambar 3.3. Polyethylene 2. Reinforcement Penguat yang digunakan antara lain : Kayu Kamper ( Dryobalanops spp ) Sifat umum : o Warna : merah cokelat o Tekstur : tekstur kayu agak kasar dan merata o Arah serat : arah serat lurus atau berpadu o Kesan raba : permukaan kayu licin o Kilap : permukaan kayu mengkilap o Berat jenis : 0,74 g/cm 3 o Flexural Modulus : 1,100 kg/cm 2 o Tensile Strength : 624 kg/cm 2 Gambar 3.4. Serbuk kayu Kamper 27
Kayu Merbau ( Intsia spp ) Sifat umum : o Warna : cokelat merah cerah o Tekstur : kasar dan merata o Arah serat : kebanyakan lurus, kadangkadang tidak teratur dan berpadu o Kesan raba : permukaan kayu licin o Kilap : permukaan kayu mengkilap. o Berat jenis : 0,79 g/cm 3 o Flexural Modulus : 1327 kg/cm 2 o Tensile Strength : 697 kg/cm 2 Gambar 3.5. Serbuk kayu Merbau Kayu Ulin ( Eusideroxylon zwagerii ) Sifat umum : o Warna : cokelat kuning o Tekstur : agak kasar sampai kasar dan merata o Arah serat : lurus atau kadang-kadang berpadu o Kesan raba : permukaan licin kayu licin o Kilap : permukaan kayu agak mengkilap sampai mengkilap o Berat jenis : 1,04 g/cm 3 o Flexural Modulus : 1431 kg/cm 2 o Tensile Strength : 734 kg/cm 2 29
Gambar 3.6. Serbuk kayu Ulin 3.2.2 Peralatan percobaan 1. Mesin Sieve dan Shaker Mesin pengayak serbuk kayu, digunakan agar didapatkan ukuran mesh yang diinginkan dalam penelitian ini. Pada penelitian ini menggunakan saringan ukuran 40 Mesh dari serbuk kayu Kamper,Merbau, dan Ulin. Gambar 3.7. Mesin Sieve dan Shaker 2. Oven Funsinya untuk menghilangkan kadar air pada serbuk kayu, agar didapatkan berat jenis kering dari serbuk kayu tersebut. 3. Timbangan Timbangan yang digunakan dalam penelitian ini adalah timbangan kecil yang memiliki kapasitas 110 gr dengan tingkat ketelitian 1 gr, untuk menimbang berat matriks dan partikel kayu yang dibutuhkan. 30
Gambar 3.8. Timbangan 4. Ekstruder Jenis ekstruder yang dipakai adalah single screw ekstruder temper t thrust bearing thermocouple tool/die motor Gambar 3.9. Ekstruder 5. Cetakan, cetakan dibuat dari bahan besi cor. 31
Gambar 3.10. Cetakan 6. Amplas Fungsinya menghaluskan permukaan atau tepi tepi pada sisi hasil cetakan. 3.3 Langkah Percobaan 1. Pembuat campuran yang terdiri atas partikel serbuk kayu dan polyethylene 2. Campuran dimasukkan ke dalam hopper ekstruder. 3. Temperatur pada ekstruder diset pada 190 C. Temperatur proses mengacu pada ASTM D 1238. 4. Setelah temperatur tercapai, dilakukan pengadukan dengan menyalakan motor penggerak. 5. Campuran yang keluar dari ekstruder dimasukkan ke dalam cetakan. 6. Cetakan selanjutnya ditutup dan diberi tekanan. 7. Cetakan didinginkan 8. Spesimen dikeluarkan. 33
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Gambar 3.11. Skema Peralatan Percobaan Keterangan: 1. Electric motor 2. Speed reduction 3. Thrust bearing 4. Feed hopper 5. Barrel 6. Thermocouple 7. Screw 8. Heater 9. Adapter 10. Tool (die) 3.4 Pengujian Mekanik Komposit yang dihasilkan sudah berbentuk sesuai dengan standar masing-masing pengujian (sesuai dengan bentuk dari cetakan) untuk selanjutnya dilakukan pengujian mekanik untuk mengetahui properties dari masing-masing pengujian. 34
Gambar 3.12. Spesimen Hasil Ekstrusi yang Dicetak 3.4.1 Prosedur Pengujian 3.4.1.1 Peralatan Pengujian 1. Mesin uji three point bending 2. Mesin uji tensile 3. Jangka Sorong 4. Mistar 3.4.2.1 Pengujian Three Point Bending (sesuai dengan ASTM D 790M-84, Test Method for Flexural Properties of Reinforced Plastics) Load specimen span span Gambar 3.13. Skematis Uji Three Point Bending 35
b M M = 80 mm d = 4 mm b = 10 mm Gambar 3.14. Dimensi Spesimen Uji Three Point Bending d Berdasarkan hasil pengujian three point bending akan diperoleh grafik kurva beban-defleksi. Selanjutnya nilai flexural strength dan flexural modulus dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut : 3PLsp Flexural Strength S 2.......................... (3.1) 2bd 3 L sp m Flexural Modulus b 3......................... (3.2) 4bd dimana P = beban yang diberikan pada spesimen ( kg ) L sp = panjang support / span (mm ), dengan rumus: Lsp = (16±1)d b = lebar spesimen ( mm ) d = tebal spesimen ( mm ) m = slope garis awal kurva beban-defleksi (kg/mm) M = panjang spesimen ( mm ) 37
3.4.2.2 Pengujian Tensile (sesuai dengan ASTM D 638M-84, Test Method for Tensile Properties of Plastics) grips for holding specimen specimen constant rate of motion Gambar 3.15. Mesin Tensile Spesimen uji tarik menggunakan Tipe M-I R w o w Lo Lt Gambar 3.16. Dimensi Spesimen Uji Tarik T Dimensi Spesimen w o = 20 mm. Lo = 60 mm. w = 10 mm. Lt = 150 mm. R = 60 mm. T = 8 mm Berdasarkan hasil pengujian tensile akan diperoleh grafik kurva beban-pertambahan panjang, yang selanjutnya akan diolah menjadi grafik stress-strain. 39
P ultimate Tensile Strength ultimate A............ (3.3) L Elongation...................... (3.4) Lo Tensile Modulus ( pada daerah elastis )... (3.5) dimana : P = beban yang diberikan pada specimen A = luas panampang specimen ΔL = pertambahan panjang Lo = panjang awal spesimen 3.4.2.3 Pengamatan Struktur Mikro Pengamatan Struktur mikro dilakukan dengan menggunakan Scanning Electron Microscope (SEM), dengan perbesarn yang digunakan 1000x. Hal ini dilakukan untuk mengetahui bagaimana bentuk permukaan dari komposit polyethylene/serbuk kayu. 40
Fraksi Volume 3..5 Rancangan Pengolahan Data Tabel 3.1 Rancangan Perhitungan Densitas Material Vol. Resin (ml) Vol. Filler (ml) Density Resin (gr/ml) Density Filler (gr/ml) M. Resin (gr) M. Filler (gr) Density Komposit (gr/ml) 0% PE 100 0 0,955 0 95,5 0 PE/ Kamper 80 20 0,955 0,74 76,4 14,8 0,912 20% PE/ Merbau 80 20 0,955 0,79 76,4 15,8 0,922 PE/ Ulin 80 20 0,955 1,04 76,4 20,8 0,972 Fraksi Volume Tabel 3.2 Rancangan Pengolahan Data Ukuran Partikel Mat. Spsm. Uji Kode Flexural Properties Flexural Strength (kg/mm²) Flexural Modulus (kg/mm²) Tensile Strength (kg/mm 2 ) Tensile Properties Tensile Modulus (kg/mm 2 ) Elongation (%) 0% PE 20% 40 mesh PE/ Kamper PE/ Merbau PE/ Ulin 1 P1 2 P2 3 P3 1 K1 2 K2 3 K3 1 M1 2 M2 3 M3 1 U1 2 U2 3 U3 41