Kiki Angreini Siagian : Pemanfaatan Limbah Plastik Polietilena PE Sebagai Matriks Komposit Dengan Bahan Penguat Serat Kaca, 2010.
BAB III
BAHAN DAN METODE PENELITIAN
3.1. Bahan-bahan penelitian
Adapun bahan-bahan yang digunakan yaitu :
Tabel 3.1. Bahan-bahan penelitian
Nama bahan Spesifikasi
Merek Limbah plastik PE
Serat kaca n-heksana
p.a E.Merck
Xilena p.a
E.Merck
3.2. Alat-alat penelitian
Adapun alat-alat yang digunakan yaitu :
Tabel 3.2. Alat-alat penelitian
Nama Alat Spesifikasi
Merek
Kiki Angreini Siagian : Pemanfaatan Limbah Plastik Polietilena PE Sebagai Matriks Komposit Dengan Bahan Penguat Serat Kaca, 2010.
Neraca analitik Presisi ±0,0001 g
Mettler Toledo Gelas ukur
10 mL Pyrex
Labu takar 100 mL
Pyrex Aluminium foil
Seperangkat alat cetak tekan
Seperangkat alat uji tarik dan kemuluran
Tokyo Testing Machine MFG
Seperangkat alat FT-IR Shimadzu FT-IR-8201 PC
Seperangkat alat analisis termal differensial
Shimadzu DT-30
Seperangkat alat SEM Shimadzu ASM-SX
3.3. Metode Penelitian
3.3.1. Pengambilan Sampel
Sampel limbah plastik polietilena PE yang merupakan limbah dari kantong plastik bening yang digunakan dalam penelitian ini diambil dengan metode sampel acak
sederhana.
3.3.2. Parameter Penelitian
Dalam penelitian ini, parameter yang diukur adalah sifat mekanis yaitu nilai kekuatan tarik dan kemuluran, sifat ketahanan termal, serta analisis permukaan dari komposit
limbah plastik PE dengan serat kaca dengan variasi perbandingan komposisi bb yaitu 90:10, 80:20, 70:30, 60:40, 50:50 dan dengan variasi konsentrasi
xilena dalam n-heksana sebagai bahan pembasah yaitu 5, 10, 15, 20, 25 yang dilakukan pada suhu penekanan 140
o
C.
3.3.3. Identifikasi Sampel Limbah Plastik
Kiki Angreini Siagian : Pemanfaatan Limbah Plastik Polietilena PE Sebagai Matriks Komposit Dengan Bahan Penguat Serat Kaca, 2010.
Limbah kantong plastik bening direndam dan dicuci sampai bersih lalu dikeringkan kemudian dipotong-potong halus. Selanjutnya diletakkan dalam lempengan berukuran
15 cm x 15 cm yang telah dilapisi aluminium foil. Lempengan kemudian diletakkan di antara pemanas mesin pencetak tekan pada suhu 140
C selama 3 menit tanpa tekanan. Pemanasan dilanjutkan pada suhu yang sama dengan memberikan tekanan ± 100 kN
selama 20 menit. Kemudian lempengan diambil dan didinginkan dengan air. Selanjutnya dibentuk spesimen dan dianalisis dengan analisis spektroskopi infra
merah untuk melihat gugus fungsinya, apakah limbah plastik tersebut termasuk jenis polietilena.
3.3.4. Preparasi Sampel 3.3.4.1. Penyiapan Limbah Plastik PE
Limbah plastik PE direndam dan dicuci sampai bersih lalu dikeringkan kemudian dipotong-potong halus.
3.3.4.2. Penyiapan Serat Kaca
Serat kaca dipotong kecil-kecil hingga berbentuk serat pendek dengan ukuran ± 2cm.
3.3.5. Pembuatan Campuran
3.3.5.1. Pencampuran Limbah Plastik PE-Serat Kaca Tanpa Xilena
Limbah plastik PE yang telah dipotong-potong halus dicampur dengan serat kaca berbentuk serat pendek dengan variasi perbandingan komposisi bb 90:10, 80:20,
70:30, 60:40, dan 50:50 hingga merata.
3.3.5.2. Pencampuran Limbah Plastik PE-Serat Kaca dengan Xilena
Limbah plastik PE yang telah dipotong halus dicampur dengan serat kaca berbentuk serat pendek dengan perbandingan optimal hingga merata. Campuran ini kemudian
ditambahkan dengan bahan pembasah xilena dengan variasi konsentrasi 5,10, 15, 20, dan 25.
3.3.6. Pembuatan Film Spesimen
Kiki Angreini Siagian : Pemanfaatan Limbah Plastik Polietilena PE Sebagai Matriks Komposit Dengan Bahan Penguat Serat Kaca, 2010.
Hasil pencampuran diletakkan dalam lempeng baja yang berukuran 15 cm x 15 cm yang telah dilapisi dengan aluminium foil. Lempengan kemudian diletakkan di antara
pemanas mesin pencetak tekan yang telah dipanaskan pada suhu 140
o
C selama 3 menit tanpa tekanan. Pemanasan dilanjutkan pada suhu yang sama dengan
memberikan tekanan 100 kN selama 20 menit. Kemudian lempengan diambil dan didinginkan di dalam air. Perlakuan ini dilakukan untuk masing-masing variasi
komposisi campuran PE dan serat kaca
3.3.7. Penyediaan Spesimen dan Karakterisasi Hasil Spesimen
3.3.7.1. Analisis Kekuatan Tarik dan Kemuluran
Film hasil spesimen dipilih dengan ketebalan 2 mm dan dipotong membentuk spesimen untuk uji tarik dan kemuluran sesuai dengan ASTM D-638-72-Type IV.
Seperti pada gambar berikut :
115 mm
64 mm
6 mm 19 mm
25,5 mm 30 mm
Gambar.3.1. Bentuk Spesimen Untuk Analisis Kuat Tarik dan Kemuluran ASTM D- 638-72-Type IV.
Alat uji tarik terlebih dahulu dikondisikan pada beban 100 kg
f
dengan kecepatan penarikan 10 mmmenit, kemudian spesimen dijepit kuat dengan alat penjepit, lalu
mesin dihidupkan dan spesimen akan tertarik ke atas, spesimen diamati sampai putus. Dicatat tegangan maksimum F
maks
dan regangannya. Data pengukuran tegangan regangan diubah menjadi kekuatan tarik
t
dan kemuluran .
Kiki Angreini Siagian : Pemanfaatan Limbah Plastik Polietilena PE Sebagai Matriks Komposit Dengan Bahan Penguat Serat Kaca, 2010.
3.3.7.2.Analisis Sifat Termal dengan Metode Differential Thermal Analysis DTA
Spesimen ditimbang dengan berat 30 mg dalam cawan cuplikan. Setelah alat dalam keadaan setimbang, suhu dinaikkan dari 20
o
C-600
o
C, kecepatan kenaikan suhu 10
o
Cmenit, termokopelmV = PR15 mV : DTA range ± 200 µV dan kecepatan grafik 2.5 mmmenit. Hasil dicatat berupa termogram.
3.3.7.3. Analisis Gugus Fungsi dengan Spektroskopi Infra Merah FT-IR
Spesimen dijepit pada tempat sampel kemudian diletakkan pada alat ke arah sinar infra merah. Hasilnya akan direkam ke dalam kertas berskala aluran kurva bilangan
gelombang terhadap intensitas sinar berupa grafik spektrum.
3.3.7.4. Analisis Permukaan dengan Skanning Elektron Mikroskopi SEM
Ruang mikroskop pada bagian dalam alat Shimadzu ASM-SX dibuat menjadi kedap udara. Sumber listrik 30 kV dibuka secara perlahan hingga mencapai tegangan 20 kV.
Sampel diletakkan melintang di atas gelas preparat dan dimasukkan dalam ruang mikroskop yang telah kedap udara dari luar. Tampilan gambar permukaan sampel
dapat dilihat pada layer tabung sinar katoda. Tampilan gambar difoto pada layer photograph dengan perbesaran 400 X dari gambar preparat asli.
Kiki Angreini Siagian : Pemanfaatan Limbah Plastik Polietilena PE Sebagai Matriks Komposit Dengan Bahan Penguat Serat Kaca, 2010.
3.4. Analisis Data
Data yang diperoleh dihitung dan kemudian ditabulasi.
1. Untuk data kekuatan tarik dan kemuluran, setelah dilakukan penelitian
diperoleh nilai tegangan F
maks
dan regangan I
i
-I
o
, maka dapat ditentukan nilai kekuatan tariknya dengan rumus :
A F
maks
= σ
... 3.1 Keterangan :
= Kekuatan tarik bahan Kg
f
mm
2
F
maks
= Tegangan maksimum Kg
f
A
o
= Luas penampang mula-mula mm
2
Kiki Angreini Siagian : Pemanfaatan Limbah Plastik Polietilena PE Sebagai Matriks Komposit Dengan Bahan Penguat Serat Kaca, 2010.
dan nilai kemuluran dapat dihitung dengan rumus :
100 x
I I
I
t
− =
ε ... 3.2
Keterangan : =
Kemuluran I
= Panjang spesimen mula-mula mm
I
t
= Panjang spesimen setelah diberi beban mm
2. Untuk hasil analisis gugus fungsi, analisis ketahanan termal, dan analisis
permukaan komposit dapat diperoleh secara langsung.
3.5. Bagan Pengambilan Data
3.5.1. Pembuatan Komposit dari Matriks Limbah Plastik PE dan Bahan
Penguat Serat Kaca dengan Variasi Perbandingan komposisi bb 90:10, 80:20 , 70:30 , 60:40 dan 50:50 Tanpa Penambahan
Bahan Pembasah Xilena
Dicampurkan dengan variasi Limbah
plastik PE Serat kaca
Kiki Angreini Siagian : Pemanfaatan Limbah Plastik Polietilena PE Sebagai Matriks Komposit Dengan Bahan Penguat Serat Kaca, 2010.
perbandingan komposisi bb 90:10, 80:20, 70:30, 60:40 dan 50:50
secara merata
diletakkan pada lempengan baja berukuran 15 cm x 15 cm yang telah
dilapisi aluminium foil dicetak tekan pada suhu 140
o
C selama 20 menit
dibentuk spesimen dikarakterisasi
3.4.2. Pembuatan Komposit dari Perbandingan Komposisi Optimal Matriks Limbah Plastik PE dan Bahan Penguat Serat Kaca dengan Penambahan
Bahan Pembasah Xilena dengan Variasi Konsentrasi 5, 10, 15, 20 dan 25.
Dicampurkan secara merata ditambahkan bahan pembasah xilena
dengan variasi konsentrasi 5, 10, 15, 20 dan 25
Hasil Pencampuran limbah plastik PE dengan serat kaca
Bentuk Film
Spesimen
Analisis Kuat Tarik dan Kemuluran
X gram limbah plastik PE
X gram serat kaca
Kiki Angreini Siagian : Pemanfaatan Limbah Plastik Polietilena PE Sebagai Matriks Komposit Dengan Bahan Penguat Serat Kaca, 2010.
diletakkan pada lempengan baja berukuran 15 cm x 15 cm yang telah
dilapisi aluminium foil dicetak tekan pada suhu 140
o
C selama 20 menit
dibentuk spesimen dikarakterisasi
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Pengujian Sifat Mekanik Komposit dengan Variasi Perbandingan Komposisi Matriks Limbah Plastik PE dan Bahan Penguat Serat Kaca Tanpa
Penambahan Bahan Pembasah Xilena
Pengujian sifat mekanik yang dilakukan terhadap komposit meliputi kekuatan tarik
t
dan kemuluran . Data hasil pengujian kekuatan tarik dan kemuluran dapat Hasil Pencampuran limbah plastik
PE,serat kaca, dan xilena
Bentuk Film
Spesimen
Analisis Kuat Tarik dan Kemuluran
Analisis DTA
Analisis SEM
Kiki Angreini Siagian : Pemanfaatan Limbah Plastik Polietilena PE Sebagai Matriks Komposit Dengan Bahan Penguat Serat Kaca, 2010.
dilihat pada lampiran 1.a. Tabel 1. Dari data terlihat perubahan kekuatan tarik dan kemuluran pada limbah plastik PE sebelum dan sesudah penambahan serat kaca.
Dari data diperoleh kekuatan tarik dan kemuluran limbah plastik PE sebelum penambahan serat kaca adalah sebesar 0.69 Kg
f
mm
2
dan kemuluran sebesar 529.16. Setelah penambahan serat kaca pada perbandingan komposisi limbah plastik PE dan
serat kaca bb 90:10 terlihat adanya kenaikan pada kekuatan tarik dan kemulurannya yaitu kekuatan tarik sebesar 0.83 Kg
f
mm
2
dan kemuluran sebesar 179.55 dan maksimum terjadi pada komposisi limbah plastik PE dan serat kaca
bb 60:40 yang memberikan kekuatan tarik sebesar 2.48 Kg
f
mm
2
dan kemuluran sebesar 56.60. Hal ini menunjukkan bahwa serat kaca dapat bertindak
sebagai bahan penguat pada limbah plastik PE, serat kaca memiliki kekuatan dan kekakuan yang tinggi, sifat inilah yang disumbangkan pada matriks limbah plastik PE
yang bersifat elastis, namun rapuh. Pada perbandingan komposisi limbah plastik PE dan serat kaca bb 50:50 terjadi penurunan kekuatan tarik dan kemuluran, hal
ini kemungkinan terjadi karena titik jenuh dalam pencampuran antara matriks limbah plastik PE dan bahan penguat serat kaca telah terlampaui.
4.2. Pengujian Sifat Mekanik Komposit dari Perbandingan Optimal Matriks Limbah Plastik PE dan Bahan Penguat Serat Kaca dengan Penambahan
Variasi Konsentrasi Bahan Pembasah Xilena
Data hasil pengujian kekuatan tarik dan kemulurannya dapat dilihat pada lampiran 1.b. Tabel 2. Dari data terlihat perubahan kekuatan tarik dan kemuluran pada campuran
limbah plastik PE dan serat kaca sebelum dan sesudah penambahan xilena sebagai bahan pembasah.
Dari data diperoleh kekuatan tarik dan kemuluran campuran PE dan serat kaca sebelum penambahan xilena adalah sebesar 2.48 Kg
f
mm
2
dan kemuluran sebesar
Kiki Angreini Siagian : Pemanfaatan Limbah Plastik Polietilena PE Sebagai Matriks Komposit Dengan Bahan Penguat Serat Kaca, 2010.
56.60. Setelah penambahan xilena 5 terlihat adanya kenaikan pada kekuatan tarik dan kemulurannya yaitu kekuatan tarik sebesar 2.78 Kg
f
mm
2
dan kemuluran sebesar 74.58 dan maksimum terjadi pada penambahan xilena 20 yang memberikan
kekuatan tarik sebesar 3.82 Kg
f
mm
2
dan kemuluran sebesar 58.78. Hal ini menunjukkan bahwa xilena dapat bertindak sebagai bahan pembasah yang dapat
meningkatkan interaksi antara matriks limbah plastik PE dengan bahan penguat serat kaca, dimana dengan adanya bahan pembasah xilena maka serat kaca akan terdispersi
tersebar secara lebih merata pada matriks PE dan akan mengisi rongga-rongga pada matriks PE dengan lebih baik.
4.3. Analisis Termal dengan Menggunakan Analisis Termal Deferensial DTA
Analisis termal diferensial merupakan salah satu cara untuk menentukan sifat panas dari suatu bahan sampel dalam hal ini komposit PE, dengan mengukur perbedaan
temperatur di antara sampel dengan suatu bahan pembanding yang stabil terhadap perubahan panas.
Dari termogram DTA limbah plastik PE tanpa bahan penguat serat kaca pada lampiran 2.a. memperlihatkan adanya puncak endotermis pada suhu 125
o
C, yang diidentifikasikan sebagai temperatur leleh. Adanya puncak eksotermis pada suhu
370
o
C sebagai temperatur terdekomposisi.
Pada lampiran 2.b. yang merupakan termogram DTA komposit PE dengan bahan penguat serat kaca tanpa penambahan bahan pembasah xilena memperlihatkan
adanya puncak endotermis pada suhu 125
o
C, yang diidentifikasikan sebagai temperatur leleh. Adanya puncak eksotermis pada suhu 370
o
C sebagai temperatur terdekomposisi dan pada suhu 470
o
C sebagai temperatur terbakar. Pada termogram ini, menunjukkan banyak puncak dengan titik yang berbeda-beda.
Sedangkan pada lampiran 2.c. yang merupakan termogram DTA komposit PE dan serat kaca dengan bahan pembasah xilena memperlihatkan adanya puncak
endotermis pada suhu 130
o
C, yang diidentifikasikan sebagai temperatur leleh. Adanya
Kiki Angreini Siagian : Pemanfaatan Limbah Plastik Polietilena PE Sebagai Matriks Komposit Dengan Bahan Penguat Serat Kaca, 2010.
puncak eksotermis pada suhu 370
o
C sebagai temperatur terdekomposisi dan pada suhu 460
o
C sebagai temperatur terbakar. Pada termogram ini, puncak yang dihasilkan lebih sedikit daripada termogram komposit PE tanpa penambahan xilena.
Adanya perubahan titik leleh dari kedua komposit sebelum dan sesudah penambahan bahan pembasah xilena diduga disebabkan karena meningkatnya gaya
adhesi dan interaksi fisik antara matriks PE dan bahan penguat serat kaca karena adanya penambahan xilena, sehingga dibutuhkan suhu yang lebih tinggi untuk
melelehkan campuran tersebut. Hal ini juga dapat dilihat dari jumlah puncak yang terdapat pada termogram kedua komposit. Pada termogram komposit PE sebelum
penambahan xilena terdapat banyak puncak pada berbagai titik berbeda dibandingkan dengan termogram komposit PE dengan penambahan xilena. Perbedaan jumlah
puncak ini menunjukkan bahwa komposit PE dengan penambahan xilena lebih homogen dibandingkan tanpa penambahan xilena. Terlihat bahwa penambahan xilena
dapat meningkatkan ketahanan termal komposit.
4.4. Analisis Skanning Elektron Mikroskopi SEM
