BAB III METODE PENELITIAN 3.1. Alat dan Bahan 3.1.1. Alat Alat yang digunakan selama proses persiapan matriks (plastik) dan serat adalah : 1. Gelas becker Gelas becker diguakan untuk wadah serat pada saat proses alkalisasi dan menimbang. 2. Pengaduk Gambar 3.1 Gelas beker Digunakan untuk mengaduk larutan kimia dengan serat. Gambar 3.2 Pengaduk 31
32 3. Sarung tangan lab untuk menjaga kesterilan serat kenaf. Gambar 3.3 Sarung tangan lab 4. Timbangan digital untuk menimbang berat matriks dan serat. Gambar 3.4 Timbangan digital 5. Gunting untuk memotong serat dan matriks Gambar 3.5 Gunting 6. Cutter untuk memotong plastik LDPE.
33 7. Penggaris untuk mengukur panjang matriks dan serat. 8. Oven untuk mengeringkan serat kenaf. Serat kenaf dikeringkan pada suhu 100 C selama 10 menit. Hal ini sesuai dengan hasil optimalisasi pada penelitian ini. Gambar 3.6 Oven Alat yang digunakan pada proses pencetakkan komposit : 1. Mesin hot press hasil rekayasa. Gambar 3.7 Mesin hot press 2. Molding Molding ini merupakan tempat dimana komposit nanti akan dicetak. Molding berupa cetakan baja yang terdiri dari cetakan baja tanpa tutup dan alas yang berdimensi (22 x 6,2 x 3,5) cm 3, plat baja sebagai tutup kotak dan thickness bar yang memiliki ketebalan 4 mm.
34 Gambar 3.8 Molding 3. Dongkrak hidrolik Dongkrak hidrolik digunakan untuk memberikan tekanan pada saat pengepressan. Dongkrak yang digunakan memiliki kapasitas tekanan max 2 ton. Gambar 3.9 Dongkrak hidrolik
35 4. Termokopel Termokopel digunakan untuk memantau suhu pada saat pengepressan. Termokopel ini dihubungkan langsung dengan molding. Gambar 3.10 Termokopel 5. Wax Mold Release Digunakan untuk melapisi plat wadah komposit agar tidak menempel dengan komposit yang dicetak. Gambar 3.11 Wax Mold Release
36 6. Blower selesai. Digunakan untuk mendinginkan komposit didalam cetakan setelah press Gambar 3.12 Blower 7. Kamera digital makro Digunakan untuk mengambil gambar pada saat penelitian dan gambar spesimen uji dan foto makro bentuk mode patahan yang terjadi pada spesimen uji. Kamera yang digunakan adalah merk Canon IXUS 16 MP 8x Optical Zoom. Gambar 3.13 Kamera Digital Makro 8. Mesin CNC Mesin CNC digunakan untuk memotong spesimen komposit yang sudah difabrikasi menjadi ukuran sesuai ASTM D 638. Mesin CNC yang digunakan merk ROLAND SRM20 yang berada di Teknik Mesin UMY.
37 Gambar 3.14 Mesin CNC Instrumen analitik yang digunakan dalam penelitian ini adalah : 1. Jangka sorong digunakan untuk mengukur ketebalan dan lebar komposit. Gambar 3.15 Jangka Sorong
38 2. Alat uji tarik COM SERVO (Teknik Mesin, Universitas Negeri Surakarta) Gambar 3.16 Mesin uji Tarik 3. Foto optik untuk mengamati struktur permukaan dan diameter serat kenaf. Foto optik dilakukan di Lab. Teknik Mesin UMY menggunakan mesin OLYMPUS seri SZ61. 4. SEM untuk mengamati ikatan matriks dengan serat pada permukaan komposit setalah diuji mekanik. Merk mesin yang digunakan adalah SEM TESCAN VEGA3 LMU yang ada di PT. Gestrindo Jakarta. 3.1.2. Bahan Bahan yang digunakan dalam penelitian adalah : 1. Serat kenaf Serat yang digunakan adalah serat kenaf yang berasal dari Balai Penelitian Tanaman Pemanis dan Serat (Balittas), Malang, Jawa Timur. Gambar 3.17 Serat Kenaf
39 2. Serat E-glass Serat gelas yang digunakan adalah jenis e-glass yang didapat dari Toko Ngasem Baru yang disuplai dari PT. Justus Kimia Raya, Semarang. Gambar 3.18 Serat E-glass 3. Matriks Polyethilene Jenis plastik polietilena yang digunakan adalah LDPE berbentuk lembaran dan digunakan sebagai matriks komposit. Gambar 3.19 Plastik LDPE 4. Alkali NaOH NaOH merupakan larutan basa yang digunakan untuk merendam serat kenaf untuk menghilangkan kotoran yang terkandung pada serat. NaOH yang digunakan berbentuk kristal.
40 Gambar 3.20 Kristal NaOH 5. Air Aquades Air Aquades digunakan untuk mencuci serat kenaf setelah alkalisasi NaOH. 3.2. Persiapan dan Pengujian Serat dan Matriks 3.2.1. Preparasi Plastik Polietilena Plastik polietilena (PE) jenis LDPE dalam bentuk lembaran diperoleh dari toko plastik. Plastik LDPE kemudian dipotong-potong menjadi ukuran 17mm x 2mm x 0,3mm. Gambar 3.21 Plastik LDPE yang sudah dipotong 3.2.2. Preparasi serat Serat yang digunakan pada penelitian ini adalah serat kenaf dan E-glass. Serat kenaf diperoleh dari Balai Penelitian Tanaman Pemanis dan Serat (Balittas),
41 Malang, Jawa Timur dalam bentuk serat panjang. Kemudian serat E-glass diperoleh dari Pasar Ngasem yang disuplai dari PT. Justus Kimia Raya, Semarang. 3.2.3. Alkalisasi serat Perlakuan terhadap serat kenaf yang meliputi proses alkalisasi dengan perendaman menggunakan NaOH. Adapun langkah-langkahnya adalah sebagai berikut : a. NaOH ditimbang dengan timbangan digital dengan perbandingan 6% (berat). Gambar 3.22 Penimbangan NaOH b. Siapkan air aquades ke dalam gelas beker sebanyak 1000 ml. Setelah itu NaOH yang sudah ditimbang dimasukkan ke dalam gelas beker kemudian diaduk menggunakan pengaduk hingga NaOH larut semua dengan air aquades. Gambar 3.23 Pengadukan NaOH dengan air aquades
42 c. Setelah seluruh NaOH larut, serat kenaf kemudian dimasukkan kedalam larutan NaOH hingga memenuhi gelas beker. Serat kenaf direndam selama 4 jam pada suhu ruangan. Gambar 3.24 Perendaman serat kenaf pada larutan NaOH d. Setelah direndam, serat kenaf dicuci menggunakan air aquades. Pencucian serat ini dilakukan dengan air aquades yang mengalir pada serat kenaf. Ini memungkinkan untuk menghilangkan larutan NaOH yang masih tersisa pada serat. Selain itu pencucian ini bertujuan untuk menetralkan serat. e. Setelah dicuci, serat dikeringkan dengan cara meletakkan pada meja pada suhu ruangan kemudian di-kipas angin-kan selama 1x24 jam. Untuk memastikan kandungan air yang terkandung dalam serat kenaf sudah hilang, kemudian dikeringkan kembali dengan menggunakan oven dengan suhu ±100 C selama 10 menit. f. Serat kenaf yang sudah kering kemudian dipotong menggunakan gunting dengan ukuran panjang 10 mm. Sama halnya dengan serat E-glass, juga dipotong dengan ukuran panjang 10 mm.
43 (a) (b) Gambar 3.25 (a) Serat kenaf dan (b) E-glass yang sudah dipotong 3.3. Proses Pencetakkan Komposit 3.3.1. Perhitungan Fraksi Volume Serat dan Matriks Sebelum proses pencetakan dimulai maka dilakukan perhitungan terlebih dahulu, yaitu perhitungan terhadap massa komposit, massa serat, dan massa matriks. Fraksi volume serat hibrida (kenaf dan E-glass) dengan matriks LDPE adalah 20% : 80%. Sedangkan fraksi volume serat kenaf dan E-glass yang digunakan adalah 50% : 50%, 40% : 60%, dan 30% : 70%. Contoh perhitungan massa komposit untuk fraksi volume serat hibrida 50% : 50% adalah sebagai berikut : Diketahui : Volume komposit, Vc = 17 cm x 2 cm x 0,4 cm = 13,6 cm 3 Massa jenis matriks, ρm = 0,925 g/cm 3 Massa jenis serat kenaf, ρkf = 1,45 g/cm 3 Massa jenis serat gelas, ρgf = 2,58 g/cm 3 Perhitungan perbandingan matriks dan serat hibrida ( 80% : 20%) Volume matriks, Vm = Vc x 80% = 13,6 g/cm 3 x 80% = 10,88 cm 3 Massa matriks, mm = Vm x ρm
44 = 10,88 cm 3 x 0,925 g/cm 3 = 10,064 g Volume serat hibrida, Vf = Vc x 20% = 13,6 g/cm 3 x 20% = 2,72 cm 3 Perhitungan fraksi volume serat hibrida (50% : 50%) Volume serat kenaf, Vkf = Vf x 50% = 2,72 cm 3 x 50% = 1,36 cm 3 Massa serat kenaf, mkf = Vkf x ρkf = 1,36 cm 3 x 1,45 g/cm 3 = 1,972 g Volume serat gelas, Vgf = Vf x 50% = 2,72 cm 3 x 50% = 1,36 cm 3 Massa serat gelas, mgf = Vgf x ρgf = 1,36 cm 3 x 2,58 g/cm 3 = 3,5088 g Selanjutnya untuk perhitungan fraksi volume dapat dilihat pada lampiran 1 dan untuk hasil perhitungan dari massa serat dan matriks diperlihatkan pada Tabel 3.1. Tabel 3.1 Hasil Perhitungan Fraksi Volume Serat Matriks LDPE 80% Serat Hibrida 20% 10,0096 g Serat kenaf 50% Serat e-glass 50% 1,972 g 3,5088 g Serat kenaf 40% Serat e-glass 60% 1,5776 g 4,21056 g Serat kenaf 30% Serat e-glass 70% 1,1832 g 4,91232 g
45 3.3.2. Pencetakkan Komposit Pada penelitian ini yaitu komposit hibrida difabrikasi menggunakan serat kenaf dan E-glass sebagai bahan penguat dan matriks LDPE. Komposit dibuat secara manual dengan menggunakan teknik hot press. Tipe serat yang digunakan adalah serat pendek dengan arah orientasi serat acak. Bahan dicampur hingga merata dan dimasukkan ke dalam kotak baja beralaskan plat baja yang berisi heater sebagai pemanas kemudian diberikan tekanan menggunakan hidrolik dengan tekanan 25 (± 2) Kg/cm 2. Adapun proses-proses tersebut adalah sebagai berikut : 1. Proses persiapan cetakan a. Cetakan yang sudah siap kemudian dipasang heater dan termokopel pada sisi atas dan bawah. b. Pada bagian cetakan diolesi pelumas (wax) agar pada saat pelepasan komposit mudah dan tidak menempel pada cetakan. 2. Proses persiapan serat dan matriks. a. Serat hibrida (kenaf dan E-glass) yang sudah dipotong-potong dan ditentukan beratnya, kemudian dicampur menjadi satu dan diaduk manual dengan tangan hingga merata. Gambar 3.26 Pencampuaran serat hibrida b. Plastik LDPE yang sudah dipotong dan ditimbang, kemudian dihitung per sheet agar pada saat penggabungan dengan serat di molding menjadi rata. Terhitung plastik LDPE yang sudah ditimbang rata-rata ada 33 sheet.
46 c. Untuk memudahkan pembagian matriks dan serat yang akan disusun pada cetakan, maka komposit dibuat per layer dimana setiap layer ada 3 sheet. Sehingga ada 11 layer matrik LDPE dan 10 layer serat hibrida. 3. Proses pencetakkan a. Mempersiapkan semua bahan dan alat cetak yang akan digunakan. b. Matriks dan serat yang sudah dibagi per layer, kemudian disusun satu persatu ke dalam molding sampai menjadi 11 layer. Gambar 3.27 Penyusunan serat dan matriks pada cetakan c. Kemudian cetakan yang sudah terisi penuh ditutup dengan tutup cetakan dan diberi thickness kemudian diangkat ke mesin hot press. d. Setelah itu cetakan ditekan dengan hidrolik. e. Kemudian nyalakan heater sampai suhu 170 C selama 15 menit.
47 Gambar 3.28 Pencetakkan komposit pada mesin hot press f. Setelah mencapai suhu yang ditentukan kemudian cetakan didinginkan dengan blower sampai suhu kamar selama ±20 menit. g. Kemudian bongkar cetakan untuk mengeluarkan komposit. Gambar 3.29 Hasil pencetakkan komposit 3.4. Pembuatan Spesimen Uji a. Proses pembuatan spesimen uji tarik dilakukan dengan proses pemesinan yang mengacu pada standar uji yang digunakan yaitu ASTM D-638. b. Pemotongan spesimen dilakukan dengan menggunakan mesin CNC.
48 c. Spesimen yang sudah dipotong kemudian dihaluskan menggunkan amplas. Gambar 3.30 Proses pemotongan spesimen uji tarik dengan mesin CNC d. Spesimen yang sudah jadi kemudian diberi amplas pada setiap ujung. Pemasangan amplas berguna untuk mencekam pada saat pengujian tarik agar tidak meleset. Gambar 3.31 Hasil spesimen setelah dipotong dengan mesin CNC
49 3.5. Uji Serat Tunggal Pengujian serat dilakukan guna untuk mencari tegangan tarik serat. Pengujian tarik serat kenaf dilakukan di Laboratorium Balai Besar Kulit, Karet, dan Plastik Yogyakarta. Pengujian ini menggunakan standar pengujian ASTM D 3379-75, seperti yang terlihat pada gambar 3.32 dibawah ini : Gambar 3.32 Ukuran uji tarik serat menurut standar ASTM D 3379-75 Sebelum uji tarik dilakukan persiapkan dahulu bahan dan alatnya, setelah semua siap maka boleh dilakukan pengujian. Serat yang akan diuji diukur diameternya terlebih dahulu menggunakan foto optik. Hal ini digunakan untuk melengkapi pada saat penghitungan kekuatan tarik serat. Gambar 3.33 menampilkan diameter serat kenaf menggunakan foto optik. Gambar 3.33 Foto optik diameter serat kenaf
50 Langkah kerja dalam pengujian adalah sebagai berikut : 1. Siapkan serat kenaf dan E-glass dengan panjang minimal 10 cm sesuai standar pengujian. 2. Serat kenaf yang digunakan adalah serat yang sudah mengalami alkalisasi. 3. Setelah itu buat kertas dibentuk seperti Gambar 3.32, namun pada bagian tengahnya belum putus. 4. Spesimen uji tarik diletakkan diantara kertas kemudian ujung serat direkatkan pada kertas dengan lem perekat. Tujuan ditempelkannya serat di kertas agar beban tarik hanya ditahan oleh serat, sehingga lembaran penahan serat hanya berfungsi menahan serat agar tidak slip dengan penjepitnya. Spesimen uji tarik serat tunggal bisa dilihat pada Gambar 3.34. Gambar 3.34 Spesimen uji serat tunggal 5. Setelah lembaran kertas dijepit pada cekam mesin uji tarik serat, lembaran penahan serat dipotong agar beban tarik hanya ditahan oleh serat saja. 6. Setelah siap baru dilakukan pengujian. Spesimen ditarik hingga putus, beban dicatat sehingga tensile strength dapat dihitung dan mendapatkan hasil yang maksimal. 3.6. Pengujian Tarik Komposit Mesin yang digunakan dalam pengujian tarik adalah mesin uji tarik yang ada di Laboratorium Material Fakultas Teknik Mesin Universitas Negeri Surakarta. Adapun spesifikasi mesin tersebut sebagai berikut : Merk : COM SERVO Model : BS-2000M
51 Produksi : J.T.M. Technology Co., Ltd. Beban Max : 2 TON Setelah pemotongan bahan untuk spesimen uji selesai dan sesuai dengan standar uji tarik (ASTM D-638), selanjutnya spesimen ditempel amplas pada grip agar pada saat uji tarik pencekaman spesimen kuat dan tidak terjadi beban geser. Kemudian spesimen ditandai dengan cara memberi tulisan pada amplas untuk membedakan masing-masing spesimen. 3.6.1. Prosedur Pengujian Tarik Adapun langkah-langkah pengujian tarik yang dilakukan adalah sebagai berikut : 1. Mengukur dimensi spesimen meliputi : panjang, lebar dan tebal. 2. Menempelkan amplas pada grip komposit agar pencekaman pada saat pengujian kuat. 3. Memberi label pada setiap spesimen untuk menghindari kesalahan pembacaan dari hasil pengujian. 4. Menghidupkan mesin. 5. Memprogram sesuaian dengan bahan yang akan diuji dan memasukkan datadata sesuai dimensi yang terdapat pada spesimen. 6. Memasang spesimen pada mesin uji. Pada Gambar 3.35 posisi pemasangan spesimen yang siap dilakukan pengujian. Gambar 3.35 Posisi pemasangan spesimen
52 7. Spesimen ditarik menggunakan speed testing 5 mm/min ± 25% sesuai pada ASTM D 638. 8. Mencetak hasil pengujian sesuai dengan informasi yang diberikan dari hasil pengujian bahan komposit tersebut. 9. Setelah mendapatkan data hasil dari pengujian dilanjutkan dengan penghitungan karakteristik kekuatan tarik, regangan tarik dan modulus tarik. 3.7. Karakterisasi Patahan Komposit Karakterisasi komposit dilakukan dengan preparasi sampel uji SEM. Sampel uji yang akan dianalisis menggunakan SEM berupa papan komposit yang telah diuji tensile strength. Sampel kemudian dipotong kecil pada salah satu bagian patahan. Sampel analisis SEM bisa dilihat pada Gambar 3.36. Gambar 3.36 Sampel uji SEM
53 3.8. Diagram Alir Penelitian Gambar 3.37 Diagram Alir Penelitian