Pendahuluan Alur Penelitian Waktu dan Tempat Pembuatan Spesimen

BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN

3.1. Pendahuluan

Pada bab tiga ini akan dibahas tentang alur penelitian, alat dan bahan untuk pengujian dan langkah–langkah pembuatan spesimen uji. Spesimen tersebut akan diuji dengan uji tekan statik untuk mengetahui sifat–sifat mekanik dari suatu material. Material yang digunakan berbahan polymericfoam yang diperkuat serat tandan kosong kelapa sawit TKKS.

3.2. Alur Penelitian

Awal penelitian ini dimulai dengan mengumpulkan sebanyak – banyaknya literatur dari buku – buku maupun internet.Studi literatur dilakukan agar penulis dapat memudahkan interprestasi fisik tentang tujuan akhir penelitian. Studi literatur dilakukan terus menerus hingga penulis memahami betul tentang penelitian yang akan dikerjakan. Setelah literatur dikerjakan, penulis menyiapkan bahan dan alat untuk pembuatan spesimen uji.Setelah mengumpulkan bahan dan alat, maka tahap selanjutnya adalah pembuatan spesimen uji.Pembuatan spesimen dilakukan dengan pencampuran bahan polymericfoam yang diperkuat serat tandan kosong kelapa sawit TKKS.Pembuatan spesimen ini memerlukan ketelitian agar spesimen yang dihasilkan dapat mendekati sempurna.Setelah pembuatan spesimen selesai, tahap selanjutnya adalah dengan melakukan pengujian tekan statik.Tahap terakhir adalah dengan melakukan analisis terhadap spesimen yang telah diuji.

3.3. Waktu dan Tempat

Waktu penelitian ini direncanakan selama enam bulan yang dimulai dari Maret sampai dengan September 2011.Tempat dilaksanakannya penelitian adalah di Laboratorium Pusat Penelitian Impak dan Kegagalanunit I Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.Khusus untuk uji tekan statik dan Brazilian test dilakukan di Laboratoriun Kimia Polimer Fakultas Matemetika dan Ilmu Pengetahuan Alam.

3.4. Alat dan Bahan

Universitas Sumatera Utara Pembuatan spesimen uji pada penelitian ini dilakukan dengan metode penuangan.Metode penuangan ini adalah metode yang paling sederhana dalam manufaktur komposit.Alat-alat dan bahan yang diperlukan untuk membuat komposit TKKS diperlihatkan pada Tabel 3.1. Tabel 3.1. Alat dan Bahan No. Nama Jenis Jumlah Satuan Keterangan Alat 1. Cetakan pipa Pipa PVC Set 2. Cetakan Spesimen Triplek 1 Unit 3. Mesin penghalus Serat 1 Unit 4. Cawan Tuang Kup plastic - - 5. Lilin Tanah - - 6. Gelas Ukur 1 Buah 7. Timbangan Digital Metler toledo 1 Unit 8. Pengaduk Kayu 1 Buah 9. Pelumas Shell advance 1 Liter 10. Kuas 1 Buah 11. Mesin pemotong 1 Unit 12. Ayakan 1 Buah 13. Kertas Pasir 2 Lembar 14. Jangka Sorongrol 1 Unit Bahan 1. Resin BQTN 157 EX Liter 2. Serat TKKS 3. Poliuretan 4. Katalis MEKP ml 5. NaOH 3.4.1. Bahan Yang Digunakan Dalam Pembuatan Spesimen 3.4.1.1. Polyurethane PU Polyurethane yang digunakan adalah polyol dan isocyanat yang merupakan hasil reaksi antara asam dan basah tak jenuh seperti anhidrid fialatdengan alkohol dihidrat seperti etilen glikol.Bahan ini tergolong bahan Universitas Sumatera Utara polimer termoset.Karena bahan ini dihasilkan oleh reaksi kimia yang melibatkan dua peringkat. Peringkat 1 pembentukan rantai molekul yang sangat panjang prapolimer dan peringkat 2 rantai molekul yang panjang diikat melalui ikatan yang kuat agar bahan tidak menjadi lembut kembali jika dikenakan panas berikutnya dan jika panas berlebihan akan menyebabkan hangus dan rusak. Sifat dari termoplastik ini lebih keras, lebih kuat dan rapuh dibandingkan dengan termosetting. Polyester resin ini juga memiliki sifat dapat mengeras dengan capat pada suhu kamar dengan bantuan katalis tanpa pemberian tekanan.Material ini memiliki struktur molekul yang lebih kompleks dari fungsi material logam ataupun keramik. Pada umumnya polyester resin ini dapat membentuk rantai molekul raksasa dengan atom-atom karbon. Struktur bahan inidigolongkan dalam bentuk struktur crosslink dengan keunggulan kemampuan penyebaran beban yang lebih merata terhadap suatu jenis pembebanan tertentu.

3.4.1.2 . Serat TKKS Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit

Serat TKKS berfungsi sebagai bahan penguat matrik komposit polymericfoam yang dihasilkan. Serat TKKS diperoleh dari hasil pengolahan tandan kosong kelapa sawit menjadi bagian-bagian kecil melalui beberapa tahapan proses. Tahapan tersebut antara lain: 1 perendaman TKKS pada larutan NaOH 1 terhadap volume air, 2 pencacahan menjadi bagian-bagian kecil 5 s.d. 10 cm, 3 pengeringan, dan 4 penghalusan serat. Bentuk seratTKKS yang telah dihaluskandan menjadi serbuk diperlihatkan pada Gambar 3.1. Gambar 3.1. Bentuk TKKS yang telah dicacah

3.4.1.3. Blowing Agent

Universitas Sumatera Utara Blowing agent berfungsi untuk menghasilkan struktur seluler dalam matriks, mengurangi kepadatan, meningkatkan isolasi termal dan akustik, sekaligus meningkatkan kekakuan relatif dari polimer asli. Bahan ini akan mempermudah terbentuknya busa dengan munculnya gelembung-gelembung kecil. Bahan blowing agent yang digunakan pada penelitian ini ialah polyurethaneatau disingkat dengan PU. Bahan ini termasuk bahan polimer yang mengandung rantai organik yang digabungkan dengan rantai urethane carbamate.Polimer polyurethane terbentuk selama langkah pertumbuhan polimerisasi sebagai reaksi antara suatu monomer yang mengandung sedikitnya dua gugus isocyanate dengan monomer lainnya yang mengandung sedikitnya dua gugus hydroxyl alkohol dengan bantuan katalis. Dan Gambar struktur berongga atau blowing agent dapat dilihat pada Gambar 3.2a dan 3.2b a b Gambar 3.2.a Cairan blowing agent b Struktur rongga dari blowing agent 1.4.1.4.Katalis Universitas Sumatera Utara Katalis merupakan bahan kimia yang digunakan untuk mempercepat reaksi polimerisasi struktur komposit pada kondisi suhu kamar dan tekanan atmosfir.Selain itu pemberian katalis dapat digunakan untuk mengatur pembentukan gelembung blowing agent, sehingga tidak mengembang secara berlebihan, atau terlalu cepat mengeras yang dapat mengakibatkan terhambatnya pembentukan gelembung.Jenis katalis yang digunakan adalah metil etil keton peroksida MEKP. Gambar Katalis dapat dilihat pada Gambar 3.3. Gambar 3.3.Katalis 3.1.4.5.Resin Resin adalah salah satu serat penguat alami dalam suatu material komposit. Fungsi utama adalah untuk mengikat campuran blowing agent dan katalis dan memindahkan tegangan dengan serat penguat reinforced fibre. Secara umum, resin juga disebut sebagai polimer atau plastik.Polimer dalam penelitian ini termasuk pada polimer termoset. Karena merupakan bahan yang dapat mengeras jika dipanaskan dan mempunyai struktur cross-linked yang memiliki ketahanan yang baik dan sifat suhu yang tinggi. Resin yang digunakan jenis resin epoxy. Sebagai penguatnya ditambahkan katalis dan jenis katalis yang digunakan adalah MEKP.Gambar resin dapat dilihat pada Gambar 3.4 Universitas Sumatera Utara Gambar 3.4.Resin 3.4.2 Alat yang digunakan untuk membuat spesimen 3.4.2.1.Mesin Pemotong Alat ini khusus digunakan untuk memotong bahan yang lunak seperti bahan dari plastic, pipa dan lain-lain. Dalam pencetakan ini digunakan cetakan dari pipa yang panjangnya 75 mm dan diameter 37.5 mm. Untuk menyesuaikan ukuran tersebut maka digunakan mesin pemotong yang terlihat pada Gambar 3.5. Gambar 3.5.Mesin Pemotong 3.4.2.2.Mesin penghalus serat Universitas Sumatera Utara Serat yang telah direndam dengan NaOH, dicacah dan dikeringkan kemudian dapat dihaluskan dengan menggunakan mesin penghalus serat. Ini bertujuan agar serat yang dicampur dengan bahan lain akan mendapatkan spesimen yang utuh dan kuat. Gambar 3.6.Mesin Penghalus Serat Spesifikasi : Out put : 1 Hp RPM : 1450 Phase : 9 Heat : 60 C Class : E 3.4.2.3.Timbangan Digital Timbangan digital ini berfungsi untuk menakar atau menimbang bahan atau komposisi untuk membuat spesimen. Timbangan digital dapat dilihat pada Gambar 3.9 Universitas Sumatera Utara Gambar 3.7.Timbangan Digital Spesifikasi : Berat max : 3100 g Min : 0.5 g e :0.1 d : 10 mg

3.5. Desain Struktur Parking Bumper

Pada desain struktur parking bumper komersil dijumpai berbagai macam bentuk desain dan ukuran parking bumper.Pada penelitian ini dilakukan analisa beberapa bentuk desain parking bumperyang bertujuan untuk mendapatkan desain struktur yang paling baik.

3.5.1 Desain Struktur Parking Bumpersetengah bola

Analisa gaya desain struktur parking bumper setengah bola dengan sudut 45 ditunjukkan pada Gambar 3.8. Universitas Sumatera Utara Gambar 3.8. Disain struktur parking bumpersetengah bola dengan sudut 45 Besarnya gaya tekan yang diterima oleh parking bumper adalah: ΣF = 0 W sin α - F cos α - fs = 0 fs = W sin α - F cos α µ s . P = m.g sin α - m.a cos α µ s . P = m.g sin α - m cos α P = Dimana: P = Gaya Tekan N W = Berat Benda N m = Massa Kg g = Percepatan gravitasi ms 2 v = Kecepatan ms = Sudut Kemiringan ⁰ f s = gaya gesek N µ s = koefisien gesek Universitas Sumatera Utara Maka besarnya nilai gaya tekan P yang terjadi pada parking bumper adalah: P = P = P = 8 , 0528 , 78 44 , 2771 − P = 3366,734 N

3.5.2 Disain Struktur Parking Bumperdengan sudut kemiringan 60

Analisa gaya desain struktur parking bumper dengan sudut kemirigan 60 ditunjukkan pada Gambar 3.9. Gambar 3.9. Disain struktur parking bumperdengan sudut kemiringan 60 Besarnya gaya tekan yang diterima oleh parking bumper adalah: ΣF = 0 W sin α - F cos α - fs = 0 fs = W sin α - F cos α µ s . P = m.g sin α - m.a cos α µ s . P = m.g sin α - m cos α P = Universitas Sumatera Utara Dimana: P = Gaya Tekan N W = Berat Benda N m = Massa Kg g = Percepatan gravitasi ms 2 v = Kecepatan ms = Sudut Kemiringan ⁰ f s = gaya gesek N µ s = koefisien gesek Maka besarnya nilai gaya tekan P yang terjadi pada parking bumper adalah: ΣF = 0 W sin α - F cos α - fs = 0 fs = W sin α - F cos α µ s . P = m.g sin α - m.a cos α µ s . P = m.g sin α - m cos α P = P = 4174,4 N

3.5.3. Disain Struktur Parking Bumperdengan sudut kemiringan 30

Analisa gaya desain struktur parking bumper dengan sudut kemirigan 30 ditunjukkan pada Gambar 3.10. Universitas Sumatera Utara Gambar 3.10. Disain struktur parking bumperdengan sudut kemiringan 30 Besarnya gaya tekan yang diterima oleh parking bumper adalah: ΣF = 0 W sin α - F cos α - fs = 0 fs = W sin α - F cos α µ s . P = m.g sin α - m.a cos α µ s . P = m.g sin α - m cos α P = Dimana: P = Gaya Tekan N W = Berat Benda N m = Massa Kg g = Percepatan gravitasi ms 2 v = Kecepatan ms = Sudut Kemiringan ⁰ f s = gaya gesek N µ s = koefisien gesek Universitas Sumatera Utara Pada saat pengujian parking bumper menggunakan mobil diperoleh: m = 1600 Kg g = 9,8 ms 2 v = 5 kms α = 30 µ s = 0,8 Maka besarnya nilai gaya tekan P yang terjadi pada parking bumper adalah: P = P = 2330,492 N Dari hasil perhitungan analisa gaya yang diterima oleh beberapa desain struktur parking bumper, maka desain struktur yang akan dibuat dalam penelitian ini adalah parking bumper dengan sudut kemiringan paling kecil. Hal ini disebabkan desain struktur parking bumper dengan sudut kemiringan paling kecil dapat meminimalisir gaya tekan yang diterima oleh parking bumper tersebut.

3.6. Pembuatan Spesimen

Metode dan teknik yang digunakan dalam pembuatan spesimen adalah merujuk kepada penelitian yang telah dilakukan sebelumnya oleh Zulfikar tahun 2010, dimana metode yang digunakan adalah metode penuangan.Ilustrasinya adalah seperti ditunjukkan pada Gambar 3.11. 3 4 1 2 Universitas Sumatera Utara Keterangan Gambar: 1. Wadah penampung material komposit 3. Alat pengaduk 2. Material komposit 4. Cetakan Gambar 3.11. Metode Penuangan Komposit PF Adapun proses pembentukan spesimen dalam pengujian tekan dilakukan beberapa langkah sebagai berikut: 1. Semua alat dan bahan disiapkan. 2. Massa dari semua bahan ditimbang menurut takarannya masing-masing, yaitu Resin 70, serat TKKS 10, poliuretan 15, dan Katalis 5. 3. Permukaan bagian dalam cetakan dilumasi dengan minyak pelumas dengan menggunakan kuas.Hal ini bertujuan untuk mempermudah selama proses pembongkaran. 4. Cetakan diletakkan di atas permukaan yang rata secara vertikal. 5. Serat TKKS dicampurkan ke resin dan aduk hingga merata. 6. Katalis dicampurkan ke dalam campuran resin dan serat sambil diaduk sampai merata. 7. Campuran polyurethane berupa polyol dan isocyanate dicampurkan ke dalam campuran serat, resin dan katalis tadikemudian diaduk hingga merata. 8. Setelah semua bahan tercampur merata campuran dituangkan ke dalam cetakan. 9. Selanjutnya biarkan campuran tersebut pada tekanan atmosfir dan suhu kamar. Proses polimerisasi akan terjadi disertai dengan terbentuknya gelembung gas pada seluruh bagian komposit. Dengan demikian akan terbentuk spesimen komposit berongga atau lebih dikenal dengan istilah polymericfoam. 10. Setelah 7 hari spesimen komposit polymeric foam yang sudah dilepas dari cetakan yang diperlihatkan pada Gambar 3.9 untuk spesimen uji lindas dan spesimen uji tekan statik aksial dan brazilian diperlihatkan pada Gambar 3.12 dan pada Gambar 3.13. Universitas Sumatera Utara Gambar 3.12.Spesimen untuk Uji Struktur Gambar 3.13.Spesimen untuk Uji Tekan Statik Aksial Gambar 3.14.Spesimen Untuk Brazilian Test

3.7. Pengujian