BAB III METODE PENELITIAN 3.1. Alat dan Bahan Penelitian 3.1.1. Alat Penelitian Alat yang digunakan untuk penelitian material komposit ini adalah: 1. Timbangan digital Digunakan untuk mengukur berat serat, resin polyester dan katalis sebelum proses pencetakan. Dapat ditunjukkan pada Gambar 3.1 Gambar 3. 1. Timbangan Digital. 2. Cetakan Cetakan yang digunakan terbuat dari kaca dengan tebal 10 mm, panjang 200 mm dan lebar 200 mm, digunakan untuk mencetak spesimen uji, yang ditunjukkan pada Gambar 3.2 Gambar 3. 2. Pencetakan Pelat Komposit
2 3. Mesin Gergaji Circular Alat ini digunakan untuk memotong komposit serat pelepah pisang. Yang ditunjukan pada Gambar 3.3 Gambar 3. 3. Pemotongan Plat menjadi Spesimen 4. Alat uji impak Pengujian impak merupakan suatu pengujian yang mengukur ketahanan bahan terhadap beban kejut. Adapun yang digunakan dapat ditunjukan pada Gambar 3.4. Gambar 3. 4. Alat Uji Impak
3 5. Oven Digunakan untuk mempercepat proses konsolidasi bahan material komposit melalui pemanggangan. Yang ditunjuk pada gambar 3.5 Gambar 3. 5. Oven 6. Alat Bantu Alat gunting, pisau, spidol, mista, gelas ukur, gelas pelastik, perekat dan lain sebagainya. Yang ditunjukan pada Gambar 3.6 Gambar 3. 6. Alat bantu 3.1.2. Bahan Penelitian Bahan yang digunakan pada penelitian ini, diantaranya yaitu : 1. Serat pelepah pisang, dapat ditunjukkan pada Gambar 3.7. Pelepah pisang diambil dari daerah parangtritis dengan jenis pisang musa kepok dan di jemur sampai 10 hari.
4 Gambar 3. 7. Serat pelepah pisang 2. Polyester Resin yang digunakan adalah jenis Polyester Resin Yukalac C-108 B. Bahan ini ditunjukan pada Gambar 3.8. Gambar 3. 8. Polyester 3. Alkali (NaOH) NaOH digunakan untuk menghilangkan lignin pada serat. NaOH merupakan larutan bilas, seperti yang ditunjukan pada Gambar 3.9. Gambar 3. 9. Alkali (NaOH)
5 4. Katalis Katalis digunakan agar reaksi curing lebih cepat. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.10 Gambar 3. 10. Katalis 3.2. Proses Pengadaan dan Persiapan Serat Bahan berupa serat pelepah pisang dikasih oleh warga parangkusuwo. Langkah untuk mendapatkan serat pelepah pisang sebagai bahan penguat material komposit sebagai berikut : 1. Pemisahan serat pelepah pisang, serat yang digunakan adalah serat pisang kepok. 2. Pelepah pisang di potong dengan panjang 25 cm, kemudian baru dipisahkan dari seratnya menggunakan sikat kawat besi. 3. Menurut Diharjo (2006), perendaman menggunakan alkali NaOH 5% selama 2 jam bertujuan untuk menghilangkan lignin yang masih tersisa di serat sehingga yang tersisa hanya serat saja.
6 Gambar 3. 11. Perendaman menggunakan Alkali 4. Setelah didapatkan serat yang benar-benar bersih kemudian serat di netralisir dengan cara direndam dengan air selama 3 hari, dibilas setiap 6 jam dan air diganti. Setelah itu diangin-anginkan pada suhu kamar sampai kering. Serat tersebut tidak boleh dijemur dengan panas matahari langsung. Gambar 3. 12. Serat yang sudah kering dan siap digunakan
7 3.3 Langkah Pembuatan Pelat Komposit Dalam penelitian ini, pelat komposit dibuat dengan metode cetak tekan (press mould). 1. Langkah pertama memasang pembatas di tepian kaca. 2. Untuk komposit dengan arah serat pelepah pisang yang di potong panjang spesimen kemudian di susun pada cetakan, penyusunan dilakukan dengan cara menempelkan setiap ujung serat pada double tipe yang diletakan pada kaca. Untuk komposit dengan arah serat pelepah pisang disusun silang dan anyam pada cetakan. 3. Mencampur poliester dengan katalis, kemudian menuangkannya pada susunan serat. 4. Menutup bagian atas dengan kaca supaya didapatkan hasil yang rata dan halus. 5. Menekan material komposit tekan dengan metode cetak tekan, proses ini bertujuan untuk memadatkan dan mengisi rongga-rongga udara diantara resin agar terisi oleh matrik. 3.3.1 Perhitungan fraksi volume Contoh perhitungan untuk fraksi volume 40% adalah sebagai berikut: Volume cetakan Volume cetakan (vc) vc = p * l * t = 200 mm * 200 mm * 0.4 mm = 16.000 mm 3 = 160 cm 3
8 Volume serat (vf) V f = V f * v c = 40% * 160cm 3 = 64 cm 3 Massa Serat (mf) m f = vf * ρf = 64 cm * 1.35 g/cm 3 = 86,4 g Volume Matrik (Vm) v m = v C * (100-40%) = 160 cm 3 * 60% = 96 cm 3 Massa Matrik (mm) m M = v m * ρ m = 96 cm 3 * 1.13 g/cm 3 = 108.48 g Massa Katalis (Mk) m k = m m * 1% = 108.48 * 1% = 1.0808 g Keterangan: v f = volume serat (cm 3 ) v m = volume matrik (cm 3 ) v c = volume cetakan (cm 3 ) V f = fraksi volume sarat (%) m F = massa serat (g) m m = massa matrik (g) ρ f = massa jenis serat = 1,35 g/cm 3
9 ρ m = massa jenis matrik = 1,13 g/cm 3 m k = massa katalis (g) l = panjang cetakan (cm) b = lebar cetakan (cm) d = tebal cetakan (cm) 3.3.2 Pencetakan Komposit 1. Penyiapan cetakan a. Pada permukaan bagian atas cetakan dipasang kaca dengan tujuan untuk mendapatkan hasil lebih halus dan rata. b. Pada ujung permukaan dipasang kaca pembatas, adapun dimensi plat komposit yang akan dibuat adalah sebagai berikut: l = 200 mm b d = 200 mm = 4 mm 2. Penyiapan resin Resin disiapkan sesuai dari hasil perhitungan massa resin dan kemudian ditambahkan dan kemudian ditambahkan dengan katalis sebanyak 1% dari massa resin dan dicampur sampai merata. 3. Proses pencetakan Pencetakan komposit dilakukan dengan cara cetak tekan (press mould). Adapun beberapa proses pencetakan meliputi beberapa tahapan, yaitu: 1) Menyiapkan semua bahan dan peralatan alat cetak yang akan digunakan. 2) Menyusun serat pada cetakan dan meletakan serat secara anyam atau silang untuk komposit. Seperti yang ditunjukan pada gambar berikut :
10 lkk Gambar 3. 13. Penyusunan serat anyam pada cetakan Gambar 3. 14. Penyusunan serat silang pada cetakan 3) Mencampur resin dan katalis. 4) Menuangkan campuran resin dan katalis dengan cara perlahan. Gambar 3. 15. Pembasahan susunan serat dengan resin
11 5) Setelah cetakan ditutup kemudian dilakukan penekanan dengan menggunakan pemberat selama satu jam. 6) Memasukan cetakan dan isinya kedalam oven sampai terjadi konsolidasi dan keras selama satu jam. 7) Membongkar cetakan untuk mengeluarkan pelat komposit. 8) Dilakukan pemotongan sesuai dimensi ASTM D 638-02 untuk komposit dengan arah serat silang dan anyam. 3.4 Pengujian Impak 3.4.1 Alat Uji Impak Alat yang digunakan untuk menguji ketangguhan impak kecepatan rendah material komposit adalah alat uji impak sederhana dengan kecepatan rendah. Yang tampak pada gambar. Gambar 3. 16. Alat Uji Impak
12 3.4.2 Spesimen Uji Impak Spesimen material komposit yang akan diuji sesuai standar ASTM D 638-02 adalah berbentuk pelat persegi panjang dengan panjang 165 mm, lebar 19 mm, dan tebal 4 mm, seperti tampak pada gambar berikut. Gambar 3.17. Gambar teknik uji Gambar 3. 18. Spesimen benda uji 3.4.3 Proses Pengujian Impak Urutan langkah pengujian impak adalah sebagai berikut: 1) Pasang unting-unting untuk mengukur ketegakan tiang beban alat uji impak.
13 2) Menjepit spesimen pada dudukan dan memastikan bahwa spesimen telah terpasang dengan kuat. 3) Atur ketinggian penyangga bola sesuai keperluan. 4) Menarik pengait bola untuk melepaskan massa agar menghantam spesimen. 5) Spesimen yang dipasang pada pengait dilepas. 3.5 Pengujian Tarik 3.5.1 Alat Uji Tarik Mesin yang digunakakan dalam pengujian tarik adalah mesin uji tarik yang ada di Laboratorium bahan dan pengujian jurusan Teknik Mesin, sekolah vokasi Universitas Gajah Mada Yogyakarta. Adapun spesifikasi mesin tersebut sebagai berikut : Merk : Controlab Tipe : TN20MD Produksi : France Tahun : 1997 Sebelum plat komposit dipotong menjadi spesimen uji tarik sesuai dengan standar (ASTM D 638-02), setiap spesimen diberi label untuk membedakan masingmasing spesimen, selanjutnya dilakukan uji tarik seperti yang ditunjukkan pada gambar 3.18.
14 Gambar 3.19 Alat Uji Tarik 3.5.2 Prosedur Pengujian Tarik Adapun langkah-langkah pengujian tarik yang dilakukan adalah sebagai berikut : 1. Mengukur dimensi spesimen yang meliputi : panjang, lebar dan tebal. 2. Memasang tab yang terbuat dari alumunium pada permukaan kontak langsung dengan rahang jepit. 3. Pemasangan specimen pada mesin uji. 4. menyiapkan dan menghidupkan mesin uji tarik yang digunakan. 5. Mensetting program sesuai dengan bahan yang akan diuji dan memasukan data-data sesuai dimensi yang terdapat pada spesimen. 6. Pencetakan hasil pengujian sesuai dengan informasi yang diberikan dari hasil pengujian bahan komposit tersebut. Setelah mendapatkan data hasil dari pengujian dilanjutkan dengan penghitungan karakteristik kekuatan tarik, regangan tarik dan modulus tarik. 3.6 Pengamatan Struktur Mikro Pengambilan struktur mikro bertujuan untuk mengetahui distribusi serat dan menentukan fraksi volume serat. Proses foto mikro dilakukan di S1 Teknik Mesin UMY.
15 Persiapan spesimen uji foto mikro adalah sebagai berikut: 1. Mengamplas area yang akan difoto pada spesimen. 2. Membersihkan area yang akan difoto dengan cairan pembersih. Langkah-langkah pengambilan foto patahan mikro adalah sebagai berikut: 1. Nyalakan lampu sebagai sumber cahaya. 2. Letakkan spesimen pada Stage Plate.atau meja objek. 3. Memasang lensa repro pada kamera dan atur perbesaran yang diinginkan. 4. Lihat gambar pada LCD yaitu pada layar kamera. 5. Fokuskan gambar. 6. Melakukan pemotretan 7. Melihat hasil pemotretan.
16 3.7 Diagram Alir Penelitian Adapun hasil penelitian di atas dapat disimpulkan dalam diagram alir sebagai berikut: Mulai Persiapan alat dan bahan Pengadaan resin poliester dan katalis Pengadaan serat Perendaman serat dengan alkali dengan kosentrasi alkali 5% 2 jam Pencetakan komposit dengan fraksi volume sebesar 0, 10, 20, 30 dan 40% Post cure dengan suhu 60 0 C selama 2 jam Pembuatan spesimen sesuai dengan ASTM D 638-02 untuk impak kecepatan rendah dan uji tarik. A
A Pengujian Impak kecepatan rendah Pengujian Tarik ASTM D 638-02 Foto mikro dan analisis karakteristik patahan komposit Hasil analisis data dan pembahasan Kesimpulan Selesai Gambar 3. 20 Gambar Diagram Alir 23