BAB 3 METODE PENELITIAN
3.1. Umum.
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. Tempat dan Waktu.
Penelitian ini dilaksanakan di laboratorium pusat penelitian unit II program magister dan doctor Teknik Mesin Fakultas Teknik Univesitas Sumatera
Utara. Waktu Penelitian ini direncanakan selama lima bulan mulai dari 15 Februari 2010 sampai 10 Juni 2010.
Universitas Sumatera Utara
3.4. Alat dan Bahan.
Pembuatan spesimen uji pada penelitian ini dilakukan dengan metode campuran polymeric foam yang diperkuat TKKS. Metode polymericfoam ini
adalah metode yang paling sederhana dalam manufaktur komposit. Alat–alat yang diperlukan untuk membuat komposit serat TKKS adalah:
1. Pipa PVC dengan ukuran panjang 75 mm dan diameter 37,5 mm
2. Timbangan Digital.
3. Mesin Penghalus Serat TKKS.
4. Gelas
5. Masker
6. Mistar
7. Mesin pemotong
Dan bahan – bahan yang diperlukan adalah: 1.
Polyurethane yang terdiri dari campuran polyol dengan isocyanate. 2.
Serat TKKS 3.
Wax release agent yang berfungsi untuk memudahkan pelepasan spesimen dari cetakan.
4. Katalis, berfungsi untuk memperkuat memperkeras spesimen.
5. NaOH,berfungsi untuk menghilangkan kotoran yang terdapat dalam serat.
6. Polyester Resin Tak Jenuh.
Secara detail spesifikasi alat dan bahan dapat dilihat pada tabel 3.1
Tabel 3.1 Bahan dan peralatan yang digunakan untuk pembuatan spesimen yang
berbahan dasar polymericfoam diperkuat serat TKKS.
No. Nama
Jml. Sat.
Jenis Material Ukuran
Alat:
1. Cetakan Spesimen
1 set
75x37,5mm 2.
Mesin Pemotong 1
bh 3.
Timbangan Digital 1
bh
Bahan:
1. Matriks
g Unsaturated Polyester
Resin 2.
Serat g
TKKS 3.
Katalis g
MEKP 4.
Blowing agent g
5. Cairan Pembersih lemak
25 ml
NaOH 1
7. Pelumas
1 g
Wax
Universitas Sumatera Utara
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
fialat dengan alkohol dihidrat seperti etilen glikol. Bahan ini tergolong
bahan 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 ini
digolongkan 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 serat TKKS yang telah dihaluskan dan menjadi serbuk diperlihatkan pada gambar 3.1.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.1. Bentuk TKKS yang telah dicacah.
3.4.1.3 Bahan Pembentuk Berongga Blowing Agent.
Blowing agent berfungsi untuk menghasilkan struktur bangunan sel-sel berongga. Bahan ini akan mempermudah terbentuknya busa dengan
munculnya gelembung-gelembung kecil.
Bahan blowing agent yang digunakan pada penelitian ini ialah polyurethane atau 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
Universitas Sumatera Utara
a
b Gambar 3.2. a Cairan blowing agent b Struktur rongga dari blowing
agent
3.4.1.4 Katalis.
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.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.3 Katalis
3.4.1.5 Resin.
Resin adalah salah satu serat penguat alami dalam suatu material komposit. Fungsi utama adalah untuk mengikat kedua bahan 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
Gambar 3.4. Resin
Universitas Sumatera Utara
3.4.1.6 Wax.
Wax digunakan untuk melumasi cetakan supaya dalam pembukaan cetakan, spesimen tidak lengket. Wax diolesi disemua bagian
cetakan yang terkena kontak langsung dengan bahan yang akan dibuat.
Sehingga dalam pembukaan cetakan menjadi mudah.
Gambar 3.5.Wax
3.4.1.7 NatriumHidroksida NaOH
Serat yang dibutuhkan dalam pembuatan spesimen ini adalah serat TKKS. Sebelum terjadi pencampuran dengan bahan yang lain, serat ini
harus direndam dengan NaOH, dikeringkan dan dihaluskan untuk mendapatkan hasil yang terbaik. Sebagaimana dalam reaksi kimia: Fibre -
OH + NaOH Fibre – O - Na + H
2
O. Serat yang direndam dalam larutan 5 dengan natrium hidroksida selama 48 jam. Serat disapu
dengan beberapa setetes asam asetat untuk menetralkan alkali residu. Serat tersebut dicuci dengan air suling dan dikeringkan.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.6. NaOH
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 3.7.
Gambar 3.7 Mesin Pemotong
Universitas Sumatera Utara
3.4.2.2 Mesin penghalus serat.
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 3.8. Mesin Penghalus Serat
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
Gambar 3.9. Timbangan Digital
Universitas Sumatera Utara
3.5 Spesimen bahan polymericfoam diperkuat serat TKKS
Spesimen yang digunakan untuk penelitian ini adalah bentuk dan geometri spesimen uji tekan statik polimer dibentuk berdasarkan standar ASTM D1621-00.
Spesimen uji terdiri dari polymeric foam yang diperkuat serat TKKS Serat
Tandan Kosong Kelapa Sawit.
Polymeric foam yang diperkuat Serat TKKS terdiri dari beberapa unsur pembentuk yaitu Polyurethane, resin dan serat TKKS. Persentase kandungan
massa unsur pembentuk spesimen adalah Polyurethane 20, Resin 60, Serat TKKS 10 dan Katalis 10. Spesimen bahan polymericfoam yang diperkuat
serat tandan kosong kelapa sawit Serat TKKS akan diuji tekan statik seperti ditunjukkan pada gambar 3.10
Detail B:
Gambar 3.10 Spesimen Polymeric foam yang diperkuat Serat TKKS.
Massa dari setiap bahan yang akan dicampur kemudian ditimbang untuk mengetahui massa dari bahan tersebut. Dan massa jenis dapat diketahui dari
perhitungan yang ada pada bab 4. Dari tabel 3.2 dapat diketahui spesifkasi material polymericfoam.
B
Universitas Sumatera Utara
Tabel 3.2. Spesifikasi material polymeric foam+TKKS
Material Massa g
Massa jenis gcm
3
Polymeric Foam Diperkuat Serat
TKKS 34,91
0,42
3.6 Alat Uji Tekan Statik.
Kategori