PENGARUH UKURAN SERBUK TEMPURUNG KELAPA SEBAGAI PENGISI KOMPOSIT POLIESTER TAK JENUH TERHADAP SIFAT MEKANIK DAN PENYERAPAN AIR SKRIPSI

Transkripsi

1 PENGARUH UKURAN SERBUK TEMPURUNG KELAPA SEBAGAI PENGISI KOMPOSIT POLIESTER TAK JENUH TERHADAP SIFAT MEKANIK DAN PENYERAPAN AIR SKRIPSI Oleh FALMA IRAWATI SIJABAT DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS TEKNIK KIMIA MEDAN JANUARI

2 PENGARUH UKURAN SERBUK TEMPURUNG KELAPA SEBAGAI PENGISI KOMPOSIT POLIESTER TAK JENUH TERHADAP SIFAT MEKANIK DAN PENYERAPAN AIR SKRIPSI Oleh FALMA IRAWATI SIJABAT SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK KIMIA DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK 1

3 UNIVERSITAS TEKNIK KIMIA JANUARI 2014 PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul : PENGARUH UKURAN SERBUK TEMPURUNG KELAPA SEBAGAI PENGISI KOMPOSIT POLIESTER TAK JENUH TERHADAP SIFAT MEKANIK DAN PENYERAPAN AIR Dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik. Skripsi ini adalah hasil karya saya kecuali kutipan kutipan yang telah saya sebutkan sumbernya. Demikian pernyataan ini diperbuat, apabila dikemudian hari terbukti bahwa karya ini bukan karya saya atau merupakan hasil jiplakan maka saya bersedia menerima sanksi sesuai dengan aturan yang berlaku. Medan, Januari 2014 Falma Irawati Sijabat NIM i

4 ii

5 PRAKATA Segala puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Kuasa atas segala berkat dan karunia-nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan skripsi dengan judul Pengaruh Ukuran Serbuk Tempurung Kelapa sebagai Pengisi Komposit Poliester Tak Jenuh Terhadap Sifat Mekanik dan Penyerapan Air, berdasarkan hasil penelitian yang penulis lakukan di Departemen Teknik Kimia Fakulatas Teknik Sumatera Utara. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar sarjana teknik. Melalui penelitian ini diperoleh kondisi optimum pada kekuatan bentur dengan menghasilkan kekuatan bentur tertinggi dari serbuk tempurung kelapa. Sehingga hasil yang diperoleh dapat dimanfaatkan, khususnya dalam pembuatan komposit. Manfaat lain yang diperoleh, yaitu dapat meningkatkan nilai ekonomis dari serbuk tempurung kelapa dan mengurangi masalah limbah tempurung kelapa. Selama melakukan penelitian sampai penulisan skripsi ini penulis banyak mendapat pengarahan dan bimbingan dari dosen pembimbing penulis, untuk itu secara khusus penulis mengucapakan terima kasih kepada Dr. Halimatuddahliana, ST, M.Sc yang telah banyak membantu. Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan masukan demi kesempurnaan skripsi ini. Semoga skripsi ini memberikan manfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan. Medan, Januari 2014 Penulis Falma Irawati Sijabat iii

6 DEDIKASI Rasa terima kasih dan hormat penulis ucapkan kepada kedua orang tua penulis, A. Sijabat dan H. Ambarita yang selalu mendukung penulis dalam melaksanakan studi dan dalam proses pengerjaan skripsi ini. Dedikasi skripsi ini penulis tujukan kepada : 1. Kedua orang tua penulis Bapak A. Sijabat dan Ibu H. Ambarita 2. Keluarga besar penulis. 3. Jenmorisdo Saragih atas kerjasamanya yang sangat baik selama melakukan penelitian dan penulisan skripsi ini. 4. Sahabat-sahabat terbaik di Teknik Kimia, khususnya semua stambuk 2007 yang memberikan banyak dukungan dan semangat kepada penulis. 5. Seluruh teman-teman, adik-adik dan abang kakak yang turut memberikan bantuan kepada penulis dalam menyelesaikan skripsi ini. iv

7 RIWAYAT HIDUP PENULIS Nama : Falma Irawati Sijabat Nim : Tempat/ tgl lahir : Waringin, 26 Oktober 1988 Nama orang tua : Alin Hasiholan Sijabat Alamat orang tua : Jl.Sisingamangaraja atas no. 31 Hutakeleb Tigalingga. Sidikalang Asal sekolah SD Impres No Tigalingga tahun SMP santo Paulus Sidikalang tahun SMU Markus Medan tahun Beasiswa yang pernah diperoleh : 1. Bantuan belajar mahasiswa 2008 Pengalaman organisasi/ kerja : 1. Himatek periode sebagai anggota Humas Artikel yang telah dipublikasi dalam jurnal/ pertemuan ilmiah: 1. Jurnal Teknik Kimia USU v

8 ABSTRAK Serbuk tempurung kelapa (STK) yang berasal dari industri pembuatan obat anti nyamuk dapat digunakan sebagai bahan pengisi (filler) pada komposit. Kajian tentang pemanfaatan STK sebagai pengisi di dalam matriks poliester tak jenuh telah dilakukan dengan tujuan untuk mendapatkan ukuran pengisi STK di dalam komposit poliester tak jenuh dalam menghasilkan sifat mekanik seperti kekuatan tarik (tensile strength), kekuatan bentur (impact strength) dan penyerapan air (water absorption) yang terbaik. Dalam penelitian ini, poliester tak jenuh dicampurkan dengan STK dengan ukuran 50, 70 dan 100 mesh dengan perbandingan STK : Poliester tak jenuh 20:80 (berat) menggunakan metode hand lay-up. Hasil pengujian sifat-sifat mekanik menunjukkan kekuatan tarik maksimum sebesar 42,558 MPa dihasilkan pada komposit dengan ukuran STK 70 mesh. Analisa terhadap sifat kekuatan bentur diperoleh bahwa peningkatan hanya terjadi pada ukuran STK 100 mesh yaitu 6083,47 J/m 2. Pada uji daya serap air, penyerapan air yang paling tinggi terjadi pada hari pertama, penyerapan air semakin meningkat seiring bertambahnya jumlah pengisi dan STK yang paling banyak menyerap air terdapat pada ukuran STK 70 mesh. Kata kunci : Poliester tak jenuh, Serbuk tempurung kelapa, metode Hand lay-up vi

9 ABSTRACT Coconut Shell Powder (CSP) was derived from industrial Making Anti-Mosquito can potentially be used as filler in materials composite. The investigation on the utilization of CSP as filler in a polyester matrix has been done with the purpose to obtain the best CSP fillers size in Unsaturated Polyester (UPR) composites in producing the best mechanical properties such as tensile strength, impact strength, and water absorption. In this study, UPR was mixed with CSP at the sizes 50 mesh, 70 mesh and 100 mesh with comparison of CSP: Unsaturated Polyester 20:80 (w/w) by using hand lay-up method. The result of mechanical properties showed that, at a ratio of CSP: PE (20:80), the maximum tensile strength obtained is MPa with the size of CSP 70 mesh. The test on impact strength was found that the increasing only occured with the size of CSP 100 mesh at J/m 2. For absorption test, the highest water absorption occured at the first day, water absorption increased with increasing the amount of filler and the most CSP absorbed water at 70 mesh. Keywords: Unsaturated Polyester, coconut shell powder, Hand lay-up method vii

10 DAFTAR ISI Halaman PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI i PENGESAHAN ii UCAPAN TERIMA KASIH iii ABSTRAK vi ABSTRACT vii DAFTAR ISI viii DAFTAR GAMBAR xi DAFTAR TABEL xiii DAFTAR LAMPIRAN xiv DAFTAR SINGKATAN xvi DAFTAR SIMBOL xvii BAB I PENDAHULUAN LATAR BELAKANG PERUMUSAN MASALAH TUJUAN PENELITIAN MANFAAT PENELITIAN RUANG LINGKUP PENELITIAN Bahan Baku yang Digunakan Variabel yang Digunakan Parameter 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA POTENSI DAN KESINAMBUNGAN BAHAN BAKU DAN PRODUK Tempurung Kelapa Selulosa Hemiselulosa Lignin Resin Poliester Tak Jenuh Katalis Komposit Termoset 12 viii

11 2.2 KARAKTERISTIK / SIFAT SIFAT BAHAN BAKU DAN PRODUK Sifat dari Tempurung Kelapa Sifat dari Resin Poliester Tak Jenuh Sifat dari Katalis Sifat dari Komposit PENELITIAN TERDAHULU YANG MENGGUNAKAN SERBUK TEMPURUNG KELAPA DENGAN PROSES LAIN STUDI PUSTAKA TERHADAP MEKANISME PROSES Uji Kekuatan Tarik (Tensile Strength) Uji Sifat Kekuatan Bentur (Impact Strength) Pengukuran Fraksi Volume Komposit Analisa Spektroskopi Inframerah (FTIR) Pengujian Daya Serap Air ANALISIS BIAYA 24 BAB III METODOLOGI PENELITIAN LOKASI PENELITIAN BAHAN DAN PERALATAN Bahan Peralatan PROSEDUR PENELITIAN Penyediaan Serbuk Tempurung Kelapa Persiapan Komposit Poliester Tak Jenuh Berpengisi Serbuk Tempurung Kelapa (STK) Pengujian Komposit Pengujian Sifat Kekuatan Tarik (Tensile Strength) ASTM D Pengujian Sifat Kekuatan Bentur (Impact Strength) ASTM D Penyerapan Air (Water Absorption) dengan ASTM D Pengukuran Fraksi Volume Serat dalam Komposit Analisa Spektoskopi Inframerah (FTIR) 33 ix

12 3.4 FLOWCHAT PENELITIAN Flowchat penyediaan Serbuk Tempurung Kelapa Flowchat Persiapan Komposit Poliester Tidak Jenuh Berpengisi Serbuk Tempurung Kelapa 35 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ANALISA SPEKTROSKOPI INFRAMERAH (FTIR) DAN SERBUK TEMPURUNG KELAPA Hasil Analisa FTIR Poliester Tak Jenuh Hasil Analisa FTIR Serbuk Tempurung Kelapa ANALISA PENGARUH UKURAN SERBUK TEMPURUNG KELAPA TERHADAP KEKUATAN TARIK (TENSILE STRENGTH) KOMPOSIT UPR DENGAN ASTM D ANALISA PENGARUH UKURAN SERBUK TEMPURUNG KELAPA TERHADAP PEMANJANGAN PADA SAAT PUTUS KOMPOSIT UPR DENGAN ASTM D ANALISA PENGARUH UKURAN SERBUK TEMPURUNG KELAPA TERHADAP KEKUATAN BENTUR (IMPACT STRENGTH) KOMPOSIT UPR DENGAN ASTM D HASIL ANALISA FTIR KOMPOSIT POLIESTER BERPENGISI STK ANALISA PENGARUH UKURAN SERBUK TEMPURUNG KELAPA TERHADAP PENYERAPAN AIR (WATER ABSORPTION) KOMPOSIT UPR DENGAN ASTM D HUBUNGAN UKURAN SERBUK TEMPURUNG KELAPA (STK) TERHADAP PENGUKURAN FRAKSI VOLUME SERAT DALAM KOMPOSIT POLIESTER TAK JENUH (UPR) 48 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN KESIMPULAN SARAN 50 DAFTAR PUSTAKA 51 LAMPIRAN 1 DATA HASIL PENELITIAN 56 LAMPIRAN 2 CONTOH PERHITUNGAN 62 LAMPIRAN 3 DOKUMENTASI PENELITIAN 68 x

13 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Struktur Molekul dari Selulosa 6 Gambar 2.2 Struktur Molekul dari Lignin 6 Gambar 2.3 Sintesa Poliester Tak Jenuh dari Etilen Glikol dan Asam Maleat 8 Gambar 2.4 Reaksi Curing Poliester Tidak Jenuh 9 Gambar 2.5 Bentuk Struktur Ikatan Silang 13 Gambar 2.6 Bahan Gesek Kampas Rem Mobil 15 Gambar 2.7 Metode Hand Lay Up 19 Gambar 2.8 Spesimen V-Notch Metoda Charpy dan Izod 21 Gambar 2.9 Skema Pengujian Impak 21 Gambar 2.10 Mekanisme Penyerapan Air 24 Gambar 3.1 Contoh Skema Uji Bentur 31 Gambar 3.2 Flowchat penyediaan Serbuk Tempurung Kelapa 34 Gambar 3.3 Flowchat Persiapan Komposit Poliester Tidak Jenuh Berpengisi Serbuk Tempurung Kelapa 36 Gambar 4.1 FTIR Poliester Tak Jenuh 37 Gambar 4.2 Grafik Hasil Uji FTIR Serbuk Tempurung Kelapa 39 Gambar 4.3 Pengaruh Ukuran Serbuk Tempurung Kelapa terhadap Kekuatan Tarik Komposit dengan Rasio ( STK : PE) 20 : Gambar 4.4 Pengaruh Ukuran Serbuk Tempurung Kelapa Terhadap Pemanjangan Pada Saat Putus Komposit UPR Berpengisi STK 42 Gambar 4.5 Pengaruh Ukuran Serbuk Tempurung Kelapa terhadap Kekuatan Bentur Komposit dengan Rasio (STK : PE) 20: Gambar 4.6 Grafik Hasil Uji FTIR Komposit dengan perbandingan STK : UPR ( 20: 80 ) 45 Gambar 4.7 Pengaruh Ukuran Serbuk Tempurung Kelapa Terhadap Daya Serap Air 47 Gambar L3.1 PenyediaanKomposit UPR-STKS 68 Gambar L3.2 Alat UTM Gotech Al-7000 M Grid Tensile 68 Gambar L3.3 Alat UTM Gotech Al-7000 M Grid Flexural 69 Gambar L3.4 Komposit yang sudah dilepas dari cetakan dan sudah di uji 69 xi

14 Gambar L3.5 Serbuk tempurung kelapa yang sudah diayak 70 Gambar L3.6 Poliester tak jenuh yang sudah dilepas dari cetakan 70 xii

15 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1 Komposisi Kimia Tempurung Kelapa 5 Tabel 2.2 Adapun perbandingan kelebihan komposit 17 Tabel 2.3 Adapun perbandingan kelemahan komposit 17 Tabel 2.4 Rincian Biaya Pembuatan Komposit UPR Berpengisi STK 24 Tabel 2.5 Rincian Biaya untuk Pembuatan bingkai foto 26 Tabel 4.1 Hasil data FTIR dari poliester murni 38 Tabel 4.2 Hasil data FTIR dari serbuk tempurung kelapa 40 Tabel 4.3 hasil data FTIR dari komposit UPR berpengisi STK 46 Tabel 4.4 Ukuran STK Terhadap Fraksi Volume Serat 48 Tabel L1.1 Pengujian Sifat Kekuatan Bentur ( Impact Strength ) 56 Tabel L1.2 Penyerapan Air ( Water absorption ) 56 Tabel L1.3 Perhitungan Densitas Komposit ( dalam 15 ml air ) 58 Tabel L1.4 Pengujian Sifat Kekuatan Tarik ( Tensile Strength ) 59 Tabel L1.5.1 Pengujian Sifat Kekuatan Bentur ( Impact Strength ) 59 Tabel L1.5.2 Penyerapan Air ( Water absorption ) 60 Tabel L1.5.3 Perhitungan Densitas Komposit ( dalam 15 ml air ) 60 Tabel L1.5.4 Pengujian Sifat Kekuatan Tarik ( Tensile Strength ) 61 xiii

16 DAFTAR LAMPIRAN Halaman LAMPIRAN 1 DATA HASIL PENELITIAN 56 L1.1 PENGUJIAN SIFAT KEKUATAN BENTUR ( IMPACT STRENGTH ) 56 L1.2 PENYERAPAN AIR ( WATER ABSORPTION ) DENGAN ASTM D L1.3 PERHITUNGAN DENSITAS KOMPOSIT ( DALAM 15 ML AIR) 58 L1.4 PENGUJIAN SIFAT KEKUATAN TARIK (TENSILE STRENGTH) ASTM D L1.5 DATA YANG DIGUNAKAN DALAM LAPORAN 59 L1.5.1 Pengujian Sifat Kekuatan Bentur ( Impact Strength ) ASTM D L1.5.2 Penyerapan Air ( Water absorption ) dengan ASTM D L1.5.3 Perhitungan Densitas Komposit ( dalam 15 ml air ) 60 L1.5.4 Pengujian Sifat Kekuatan Tarik ( Tensile Strength ) ASTM D LAMPIRAN 2 CONTOH PERHITUNGAN 62 L2.1 PERHITUNGAN PERSIAPAN POLIESTER TAK JENUH DAN PENGISI SERBUK TEMPURUNG KELAPA 62 L2.1.1 Untuk 50 mesh 62 L2.1.2 Untuk 70 mesh 63 L2.1.3 Untuk 100 mesh 64 L2.2 PERHITUNGAN PENGUKURAN FRAKSI VOLUME SERAT DALAM KOMPOSIT 65 L2.2.1 Perhitungan Densitas Komposit 65 L Perhitungan Fraksi Volume Serat dalam xiv

17 Komposit 66 LAMPIRAN 3 DOKUMENTASI PENELITIAN 68 L3.1 PENYEDIAAN KOMPOSIT UPR-STK 68 L3.2 ALAT UNIVERSAL TESTING MACHINE (UTM) GOTECH Al-7000M GRID TENSILE 68 L3.3 ALAT IMPACT TESTER GOTECH 69 xv

18 DAFTAR SINGKATAN STK MEKP UPR FTIR Serbuk Tempurung Kelapa Metil Etil Keton Peroksida Unsaturated Polyester Resin Fourier Transform Infra Red xvi

19 DAFTAR SIMBOL Simbol Keterangan Dimensi τ Tegangan kgf/mm 2 Fmaks Beban kgf Ao Luas penampang mulamula V F Fraksi volume serat ml ρ C Densitas komposit gr/ml ρ F Densitas serat gr/ml M F Massa Serat gram DSA Daya serap air % B 1 B 2 Berat sampel uji sebelum perendaman Berat sampel uji setelah perendaman Wg Persentase pertambahan berat komposit We Berat komposit setelah perendaman Wo Berat komposit sebelum perendaman V R Fraksi volume resin ml Mc Massa komposit gr xvii