KAJIAN PENGGUNAAN METODA TAGUCHI PADA PROSES

Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV)
Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015
KAJIAN PENGGUNAAN METODA TAGUCHI PADA PROSES
PEMBENTUKAN KOMPOSIT TEHADAP SIFAT MEKANIK BAHAN
Yovial1,a,*, Duskiardi2, Hendra S3, Puba P4, Rhadinos5
1,2,3,4,5
Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri Universitas Bung Hatta
Kampus III, Jalan Gajah Mada 19, Gng Pangilun, Padang.
a
email:[email protected]
Abstrak
Sejak beberapa dekade, bahan polimer komposit dengan berbagai macam pengisi telah mendapat
perhatian yang meluas untuk dihasilkan, terutama yang memiliki kegunaan praktis. Proses
pembuatan komposit itu sendiri dipengaruhi oleh berbagai parameter yang berdampak pada sifat
mekanik bahan. Penelitian ini bertujuan mengkaji proses pembentukan komposit yang optimum
dengan menggunakan metoda Taguchi. Rambut jagung dan serat kelapa sawit digunakan sebagai
pengisi komposit dan resin poliester sebagai matriks. Parameter yang dianggap berpengaruh dipilih
sebagai faktor, masing-masing dengan tiga level, yaitu komposisi bahan, panjang serat dan jumlah
katalis. Metoda Taguchi dengan susunan L9 digunakan untuk memprediksi hasil kajian berdasarkan
nilai tegangan dan harga impak. Analisa terhadap metode Taguchi dilakukan dengan menggunakan
software Minitab. Hasil pengujian menunjukkan bahwa jumlah katalis yang optimum diperoleh
sebesar 2 ml, sedangkan komposisi bahan dan panjang serat pengisi optimum yang diperoleh
menunjukkan perbedaan pada masing-masing jenis pengisi yaitu, sebesar 40% dan 12 cm untuk
rambut jagung dan 50% dan 2cm untuk serat kelapa sawit.
Kata kunci: TAGUCHI, KOMPOSIT, RAMBUT JAGUNG, SERAT KELAPA SAWIT.
Pendahuluan
Pada dasarnya peranan pengikat (matriks)
pada komposit polimer adalah untuk
meningkatkan kekuatan dan menstabilkan
geometri. Oleh karena itu dalam proses
pembuatan
komposit,
polimer
juga
merupakan faktor yang memberi efek kepada
kemampuan bahan.
Komposit dari termoplastik lebih banyak
digunakan dalam kajian, dibanding termoset,
karena termoplastik mudah diperoleh dan
dibentuk [1,2]. Selain itu, kelemahan termoset
terletak pada biaya yang tinggi, memerlukan
bahan dan teknik pembuatan khusus, seperti
cetakan bubur, penyusupan uap kimia dan
praproses pembuatan lain [3].
Untuk menghasilkan atau membentuk
komposit bermatrik termoset diperlukan
reaksi kimia untuk kestabilan geometri ketika
proses pembentukan dilakukan. Sedangkan,
bahan termoplastik lebih mudah dan hanya
melibatkan perubahan fisik bahan [4].
Oleh karena itu, parameter proses
pembentukan yang optimum perlu dipilih dan
ditentukan untuk komposit polimer yang
hendak dibentuk. Penggunaan gabungan set
parameter yang sesuai akan mempengaruhi
struktur akhir komposit polimer.
Kajian ini bertujuan untuk menentukan
parameter proses pembentukan komposit
polimer yang optimum dengan menggunakan
metoda Taguchi. W.E. Deming mengatakan
bahwa kualitas produk 85% dipengaruhi oleh
proses pembentukan dan 15% oleh faktor
pekerja [5,6]. Metoda Taguchi sesuai
digunakan apabila terdapat banyak parameter
serta interaksi antara parameter yang
mempengaruhi hasil eksperimen.. Metoda ini
juga dapat mengurangi waktu keseluruhan
eksperimen [7,8,9].
Metodologi
Material. Dua jenis pengisi dari bahan yang
berbeda digunakan dalam penelitian ini, yaitu
serat buah kelapa sawit dan serat rambut
jagung seperti Gambar 1. Polimer dari jenis
resin Poliester digunakan sebagai pengikat.
Preparasi. Jumlah pengisi berbeda disiapkan
berdasar berat masing-masing, yaitu 30%,
40% dan 50% berat komposit. Serat kelapa
sawit divariasikan dengan panjang 1, 2 dan 3
cm, sementara serat rambut jagung
divariasikan mengikuti panjang spesimen uji
Material 48
Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV)
Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015
tarik, yaitu 1/4 (3 cm), ½ (6 cm) dan panjang
penuh spesimen (12 cm). Jumlah katalis
divariasikan 1 ml, 2 ml dan 3 ml. Cetakan
disiapkan untuk pembuatan spesimen sesuai
standard ASTM, seperti Gambar 2.
Proses Pembentukan. Komposit polimer
dengan komposisi dan jenis pengisi yang
berbeda dibuat dengan menggunakan metoda
sederhana hand lay-up. Parameter proses
yang dipilih adalah perbandingan komposisi,
panjang serat dan jumlah katalis yang
diperlukan untuk membekukan resin.
yang mempengaruhi sifat-sifat akhir produk.
Dengan menggunakan rasio S/N dan analisis
ANOVA, gabungan parameter proses yang
optimum bisa diprediksi.
Tabel 1 Tabel Ortogonal array Spesimen uji
tarik dan impak
No
.
Sp
esi
Me
n
1
Gambar 1. (a) Serat rambut jagung dan (b)
Serat buah kelapa sawit
Komposisi
(% wt)
Panjang
Serat (cm)
A
D
B
C
√
2
√
3
√
E
F
√
Katalis
(ml)
G
H I
√
√
√
√
4
√
5
√
6
√
√
√
√
√
√
√
7
√
8
√
9
√
√
√
√
√
√
√
√
Rasio S/N yang digunakan pada
eksperimen ini adalah berdasarkan pada yang
terbesar terbaik (Larger is Better) berikut:
Gambar 2. (a) Spesimen Uji tarik ASTM D3039 dan (b) spesimen uji impak ASTM E-23
Taguchi. Metoda Taguchi dengan susunan
ortogonal L9 digunakan untuk mendesign
eksperimen, seperti ditunjukkan pada Tabel 1.
Setiap spesimen dibuat 3 buah untuk
mendapatkan nilai yang lebih baik dan
diambil
nilai
rata-ratanya.
Menurut
Montgomery, untuk memperoleh produk yang
variabilitasnya
kecil,
perlu
dilakukan
pengulangan eksperimen sedikitnya dua kali,
dengan tujuan agar keragamannya dapat
dihitung [10]. Dalam metoda Taguchi,
parameter design lebih signifikan jika
pengaruhnya lebih besar dibanding ralat
pengujian melalui metoda stastitik analisis
variant (ANOVA). Untuk mengoptimumkan
parameter, kesimpulan eksperimen kemudian
diberikan dalam bentuk rasio S/N (Signal-tonoise ratio). ANOVA juga bisa digunakan
untuk menentukan kontribusi setiap faktor
⁄
( ∑
Y
)
dan semua data yang diperoleh dianalisa
dengan menggunakan program Minitab
statistical software 15.
Hasil dan Pembahasan
Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa
kondisi spesimen uji tarik Taguchi yang
optimum untuk pengisi serat buah kelapa
sawit, akan diperoleh pada spesimen C
(komposisi 50%) E (Panjang serat 2cm) H
(katalis 2ml). Sedangkan, kondisi spesimen
uji impak Taguchi yang optimum akan
diberikan oleh spesimen B (komposisi 40%) F
(Panjang serat 3cm) G (katalis 1 ml). Design
dari kondisi optimum tersebut ditunjukkan
pada Gambar 3 dan Gambar 4.
Material 48
Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV)
Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015
Grafik 5 Plot rasio S/N uji tarik spesimen
serat rambut jagung menurut Taguchi L9
Grafik 3 Plot rasio S/N uji tarik spesimen
serat buah kelapa sawit menurut Taguchi L9
Grafik 6 Plot rasio S/N uji tarik spesimen
serat rambut jagung menurut Taguchi L9
Kesimpulan
Grafik 4. Plot rasio S/N uji impak spesimen
serat buah kelapa sawit menurut Taguchi L9.
Hasil yang diperoleh dari pengujian tarik
dan impak komposit polimer dengan pengisi
rambut jagung menunjukkan bahwa kondisi
spesimen uji tarik Taguchi yang optimum
untuk pengisi rambut jagung, akan diperoleh
dari spesimen B (komposisi 40%) F (Panjang
serat 12cm) H (katalis 2ml). Sedangkan,
kondisi spesimen uji impak Taguchi yang
optimum akan diberikan oleh spesimen B
(komposisi 40%) D (Panjang serat 1.5 cm) H
(katalis 2 ml). Design dari kondisi optimum
tersebut ditunjukkan pada Gambar 5 dan
Gambar 6.
Sifat mekanik komposit dipengaruhi oleh
komposisi pengikat dengan pengisi serta
karakteristik
masing-masing
komponen
pembentuk [11]. Hasil yang diperoleh dalam
penelitian ini menunjukkan hal yang sama.
Hasil yang diperoleh juga menunjukkan
bahwa metoda Taguchi dapat memprediksi
sifat mekanik yang optimum dari komposit
yang
memvariasikan
komposisi
dan
karakteristik serat, dalam hal ini adalah
panjang serat.
Parameter berpengaruh lainnya pada
proses pembentukan bahan komposit seperti
suhu proses pembentukan, tekanan dan waktu
yang digunakan tidak dilakukan pada kajian
ini. Parameter proses di atas selalu
mempengaruhi
viskositas
serta
kemampuanalir bahan pengikat yang pada
gilirannya akan memberi efek pada
kemampuan bahan pengikat untuk membasahi
bahan pengisi. Tapi dalam kajian ini, jumlah
pemberian katalis dalam proses pembekuan
pengikat resin termoset boleh dianggap
mewakili karakteristik kemampuan alir bahan
pengikat
untuk
membasahi
pengisi.
Kemampuan bahan polimer untuk membasahi
antara muka bahan pengisi bisa ditentukan
melalui perbedaan nilai energi antamuka
kedua-dua bahan. Tenaga bebas antara muka
antara
bahan
pengisi
dan
matrik
mempengaruhi interaksi kedua-dua bahan
tersebut. Jika perbedaan nilai tersebut rendah
maka kemampuan pembasah bahan polimer
atas bahan pengisi adalah lebih baik [12].
Material 48
Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV)
Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015
Pada penelitian ini perbedaan nilai energi
antarmuka kedua bahan diwakili oleh jumlah
katalis yang diberikan pada bahan polimer.
Tekanan dan waktu tekanan yang terjadi
pada saat reaksi kimia termoset akan
mempengaruhi faktor padatan di antara bahan
pengisi dan bahan pengikat. Kepadatan
mempengaruhi bentuk susunan struktur akhir
komposit dan pada gilirannya berpengaruh
terhadap sifat mekanik bahan.
Peningkatan jumlah bahan pengisi secara
umum meningkatkan kekuatan tarik kedua
bahan komposit. Walau bagaimanapun
peningkatan jumlah bahan pengisi dapat
menurunkan sifat mekanikal secara mendadak
karena pembasahan yang tidak mencukupi
atas bahan pengisi [13]. Hasil yang diperoleh
dalam penelitian ini menunjukkan hal yang
sama.
Kesimpulan dari keseluruhan kajian
menunjukkan bahwa pembasahan bahan
pengisi oleh bahan pengikat memegang
peranan penting dalam proses pembentukan
komposit.
Referensi
1) Heiser, J.A. 2002. Conductive,
shielding,
tensile,
and
impact
properties of carbon-filled nylon 6,6
based resins. Michigan Technological
University, Houghton, Michigan PhD
Thesis
2) Huang, J., Baird, D.G. & McGrath,
J.E. 2005. Development of fuel cell
bipolar plates from graphite filled wetlay thermoplastic composite materials.
Journal of Power Sources 150:110 –
119.
3) Metha, V. & Cooper, J.S. 2003.
Review and analysis of PEM fuel cell
design and manufacturing. Journal of
Power Sources 114:32-53.
4) Long, A.C. 2007. Composite Forming
Technology: Forming technology for
thermoplastic composites, Cornwall,
England: TJ International Limited
5) Roy, R.K. 1990. A Primer On The
Taguchi Method. Competitive
Manufacturing Series. New York: Van
Nostrand Reinhold
6) Park, S.H. 1996. Robust Design and
Analysis for Quality Engineering. UK:
Chapman & Hall
7) Ozcelik, B. & Erzurumlu, T. 2006.
Comparison
of
the
warpage
optimization in the plastic injection
molding using ANOVA, neural
network model and genetic algorithm.
Journal of Materials Processing
Technology. 171: 437-455
8) Roy, R.K. 2001. Design of experiment
using Taguchi approach. New York:
John Wiley & Sons, Inc
9) Casalino, G., Curcio , F. & Memola,
C.,M.
2005.
Investigation
on
Ti6A14V laser welding using
statistical and Taguchi approaches.
Journal of Materials Processing
Technology. 167: 422-428
10) Montgomery, D. C. 2001. Design and
analysis of experiment, 5th ed. John
Wiley & Sons, New York
11) Sliwa F., Nour-eddine E. B., Fatima
C., Gérard M., Frédéric M. 2012.
Mechanical and interfacial properties
of wood and bio-based thermoplastic
composite. Composites Science and
Technology 72 (14) 1733–1740.
12) Mamunya, E. P., Davidenko, V. V. &
Lebedev, E. V. 1997. Effect of
polymer-filler interface interaction on
percolation of thermoplastic filled
with carbon black. Composites
Interfaces. 4(4):169.
Lee, J.H., Jang, Y. K., Hong, C. H., Kim, N.
H., Li, P. & Lee, H. K. 2009. Effect of carbon
fillers on properties of polymer composite
bipolar plates of fuel cells. Journal of Power
Sources 193:523-529.
Material 48