KAJIAN KEKUATAN TARIK DAN KETAHANAN BAKAR KOMPOSIT GEOPOLIMER MONMORRILONIT PHENOLYC SERAT KARBON TESIS

Transkripsi

1 KAJIAN KEKUATAN TARIK DAN KETAHANAN BAKAR KOMPOSIT GEOPOLIMER MONMORRILONIT PHENOLYC SERAT KARBON TESIS Disusun untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan Mencapai Derajat Magister Program Studi Teknik Mesin Oleh Sutrisno S PROGRAM PASCASARJANA UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA commit 2013 to user i

2 KAJIAN KEKUATAN TARIK DAN KETAHANAN BAKAR KOMPOSIT GEOPOLIMER MONMORRILONIT PHENOLYC SERAT KARBON TESIS Oleh Sutrisno S Komisi Nama Tanda Tangan Tanggal Pembimbing Pembimbing I Prof. Dr. Kuncoro Diharjo, S.T., M.T NIP Pembimbing II Dr. Triyono, S.T., M.T NIP Telah dinyatakan memenuhi syarat Pada tanggal Ketua Program Studi Teknik Mesin Program Pascasarjana UNS Dr. Techn. Suyitno, S.T., M.T. NIP commit to user ii

3 KAJIAN KEKUATAN TARIK DAN KETAHANAN BAKAR KOMPOSIT GEOPOLIMER MONMORRILONIT PHENOLYC SERAT KARBON TESIS Oleh Sutrisno S Jabatan Nama Tanda Tangan Tanggal Ketua Prof. Dra. Neng Sri S., M.Sc., Ph.D NIP Sekretaris Dr. Dwi Aries Himawanto, S.T., M.T. NIP Anggota Penguji Prof. Dr. Kuncoro Diharjo, S.T., M.T. NIP Dr. Triyono, S.T., M.T. NIP Telah dipertahankan di depan penguji Dinyatakan telah memenuhi syarat Pada tanggal Direktur Program Pascasarjana UNS Ketua Program Studi Teknik Mesin Prof. Dr. Ahmad Yunus, M.S. NIP Dr. Techn. Suyitno, S.T., M.T. NIP iii

4 Sutrisno Kajian Kekuatan Tarik dan Ketahanan Bakar Komposit Geopolimer Monmorrilonit Phenolyc Serat Karbon. TESIS. Pembimbing I: Prof. Dr. Kuncoro Diharjo, S.T., M.T. II: Dr. Triyono, S.T., M.T. Program Studi Teknik Mesin, Program Pascasarjana, Universitas Sebelas Maret Surakarta. ABSTRAK Serbuk genteng Sokka merupakan limbah industri genteng, selama ini belum dimanfaatkan secara maksimal. Serbuk genteng Sokka dapat dimanfaatkan sebagai bahan komposit geopolimer karena mempunyai kekuatan dan kekakuan yang tinggi serta tahan terhadap temperatur tinggi. Untuk membuat komposit yang kuat dan tahan bakar diperlukan resin Phenolyc dan serat karbon. Penelitian ini membahas pengaruh fraksi volume serat karbon dan fraksi volume serbuk genteng Sokka/lempung MMt terhadap kekuatan tarik dan ketahanan bakar komposit geopolimer. Genteng Sokka dihancurkan dan diayak sehingga didapatkan ukuran partikel +200, di oven selama 1 jam dengan suhu 100 C, selanjutnya dicetak secara hand lay up dengan dengan matrik resin phenolyc LP 1Q EX + serat karbon. Variasi yang dipakai yaitu variasi orientasi serat 0/90 dan 45/45 dengan variasi peubah fraksi volume (serbuk genteng Sokka + serat karbon = 40%) sedang fraksi volume resin phenolyc tetap (60%). Hasil cetakan difinishing sesuai ukuran standard ASTM. Pengujian tarik sesuai ASTM D 638, ketahanan bakar sesuai ASTM D 635, dan massa jenis sesuai ASTM D Hasil penelitian menunjukkan bahwa tegangan tarik dan modulus elastisitas tertinggi adalah komposisi orientasi serat 0/90 pada variasi 10 laminat dengan tegangan tarik sebesar 434,95 MPa dan modulus elastisitas 7,66 GPa. Ketahanan bakar tertinggi pada variasi 10 laminat dengan waktu penyalaan 28,39 detik dan kecepatan bakar 8,13 mm/menit. Massa jenis paling rendah terjadi pada variasi 10 laminat yaitu 1,344 g/cm 3. Foto SEM menunjukkan bahwa variasi 10 laminat mempunyai ikatan antara serat, matrik, dan serbuk lebih baik daripada variasi yang lain. Komposit geopolimer sangat baik digunakan untuk komponen industri khususnya otomotif karena mempunyai sifat kekuatan tarik baik, ketahanan bakar baik, dan densitas material tergolong rendah. Kata kunci: komposit geopolimer, laminat, serat karbon, phenolyc, ketahanan bakar. vii

5 Sutrisno A Study of Tensile Strength and Fire Resistance of the Monmorrilonit Phenolyc Carbon Fiber Geopolymer Composites. Thesis: Principal Advisor: Prof. Dr. Kuncoro Diharjo, S.T., M.T., Co-advisor: Dr. Triyono, S.T., M.T. Thesis: The Graduate Program in Mecahnical Eningeering, Sebelas Maret University, Surakarta ABSTRACT The roof tile dusts derived from the waste of roof tile industry have not been utilized in technical field. The Sokka roof tile dusts are potential as geopolymer composite material for they have a high strength, a high hardness, and a hightemperature resistance. To produce strong and fire-resistance composites, phenolyc resin and carbon fiber are required. This research discusses the effect of the carbon fiber volume fraction and the Sokka roof tile dust/mmt clay volume fraction on the tensile strength and the fire resistance of the geopolymer composites. The Sokka roof tiles were respectively crushed, sieved to obtain particles with the size +200, heated in an oven with the temperature of 100 C for an hour, and molded with hand lay-up technique with the matrix of phenolyc resin of LP1Q EX + carbon fibers. The variations employed were fiber orientation variations of 0/90 and 45/45 with the variables of volume fraction (Sokka roof tile dusts + carbon fibers = 40%) and with the fixed phenolyc resin volume fraction (60%). Then they were then exposed to final touch according to standardized sizes for ASTM testing. The tensile strength, the fire resistance, and the density were based on ASTM D 638, ASTM D 635, and ASTM D respectively. The result of the research shows that the fiber orientation composition of 0/90 at a 10-laminate variation has the tensile stress of MPa and the elasticity modulus of 7.66 GPa. The highest fire resistance is at the 10-laminate variation with the burning time of seconds and the burning rate of 8.13 mm/min. The lowest density takes place at the 10-laminate variation, that is, g/cm 3. The SEM photograph shows that the 10-laminate variation has better inter-fiber bonding, matrix, and dusts than those at other variations. The geopolymer composites are very good to be used as industrial components particularly for automotive industry as they have a good tensile strength, a good fire resistance, and a low material density. Keywords: Geopolymer composites, laminate, carbon fiber, phenolyc, and fire resistance. viii

6 KATA PENGANTAR Puji syukur alhamdulillah ke hadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan karunia-nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan tesis dengan judul ˮKajian Kekuatan Tarik dan Ketahanan Bakar Komposit Geopolimer Monmorrilonit Phenolyc Serat Karbonˮ. Adapun tujuan penulisan Tesis ini adalah untuk memenuhi sebagian persyaratan guna mencapai gelar Magister Teknik di Prodi Pasca Sarjana Universitas Sebelas Maret Surakarta. Penulis mengucapkan terima kasih yang sangat mendalam kepada semua pihak yang telah berpartisipasi dalam penelitian dan penulisan Tesis ini, khususnya kepada: 1. Allah SWT yang telah melimpahkan rahmad dan hidayah-nya, sehingga atas bimbingan dan ridho-nya dapat menyelesaikan Tesis ini. 2. Bapak Prof. Dr. Kuncoro Diharjo, S.T., M.T. selaku pembimbing I dan Bapak Dr. Triyono, S.T., M.T. selaku selaku pembimbing II yang dengan sabar dan penuh pengertian telah memberikan banyak bantuan, motivasi serta dukungan dalam penelitian dan penulisan Tesis ini. 3. Bapak Dr. Techn. Suyitno, S.T., M.T. selaku Ketua Program Studi Magister Teknik Mesin UNS dan Bapak Zainal Arifin, S.T., M.T. Selaku Pembimbing Akademik yang selalu memberikan motivasi dan semangat dalam mengerjakan Tesis. 4. Bapak Ibu Dosen Program Studi Magister Teknik Mesin UNS. 5. Bapak Ir. Wijang Wisnu Raharjo, M.T. selaku Ketua Laboratorium Material jurusan Teknik Mesin UNS dan mas Maruto yang telah membantu penulis dalam pembuatan spesimen. 6. Bapak Ibu tercinta yang telah memberikan sumbangan besar baik moril maupun materil. 7. Istriku Diana dan ketiga anakku (Ibam, Dero, dan Puput) yang selalu memberi motifasi dan semangat. 8. Bapak Wahyu yang selalu menemani, memberi motifasi, dan semangat selama 2 tahun di Pucang Sawit. 9. Berbagai pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu, atas bantuan dan dorongan semangat serta do anya, terima kasih. iv

7 Penulis menyadari, bahwa dalam Tesis ini masih terdapat banyak kekurangan. Oleh karena itu, bila ada saran, koreksi, dan kritik demi kesempurnaan Tesis ini, akan penulis terima dengan ikhlas dan dengan ucapan terima kasih. Dengan segala keterbatasan yang ada, penulis berharap Tesis ini dapat digunakan sebagaimana mestinya. Surakarta, 26 Juni 2013 Sutrisno v

8 DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL.. i HALAMAN PENGESAHAN PEMBIMBING. ii HALAMAN PENGESAHAN PENGUJI... iii KATA PENGANTAR. iv PERNYATAAN ORISINALITAS DAN PUBLIKASI ISI TESIS.. vi ABSTRAK vii ABSTRACT. viii DAFTAR ISI... ix DAFTAR GAMBAR... xi DAFTAR TABEL xii DAFTAR LAMPIRAN xiii BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Masalah Rumusan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian... 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA Kajian Teori Kerangka Pikir Hipotesis BAB III METODE PENELITIAN Tempat Penelitian Alat dan Bahan Prosedur Pelaksanaan Variabel Sampel Jenis Pengujian Diagram Alir Penelitian BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN Massa Jenis Komposit Kekuatan Tarik. 21 ix

9 4.3 Ketahanan Bakar Pengujian TGA/DTA BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran 39 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN x

10 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Skema klasifikasi komposit.. 4 Gambar 2.2 Hasil SEM serbuk genteng Sokka 5 Gambar 2.3 Hasil SEM montmorrilonite.. 6 Gambar 2.3 Grafik tegangan-regangan Gambar 3.1 Serat karbon.. 14 Gambar 3.2 Gambar specimen uji tarik Gambar 3.3 Skema uji bakar sesuai ASTM D Gambar 3.4 Alat uji bakar.. 18 Gambar 4.1 Kurva massa jenis variasi orientasi serat 45/45 dan orientasi serat 0/ Gambar 4.1 Hubungan variasi jumlah laminat, orientasi, dan Tegangan Tarik Gambar 4.3 Orientasi serat Gambar 4.4 Hubungan variasi jumlah laminat, orientasi, dan modulus elastisis Gambar 4.5 Hubungan variasi jumlah laminat, orientasi, dan regangan Gambar 4.6 Perbandingan SEM penampang patah komposit 6 laminat.. 25 Gambar 4.7 Perbandingan SEM penampang patah komposit 10 laminat. 26 Gambar 4.8 Bentuk permukaan patahan uji tarik (0/90 ) Gambar 4.9 Bentuk permukaan patahan uji tarik (45/45 ) 30 Gambar 4.10 Hubungan variasi jumlah laminat, orientasi serat, dan waktu penyalaan Gambar 4.11 Hubungan variasi jumlah laminat, orientasi serat, dan kecepatan bakar 32 Gambar 4.12 Perbandingan SEM penampang patah komposit dengan variasi 6 laminat Gambar 4.13 Perbandingan SEM penampang patah komposit dengan variasi 10 laminat Gambar 4.14 Hasil uji TGA variasi 4, 6, dan 8 Laminat.. 35 Gambar 4.15 Hasil uji DTA variasi 4, 6, dan 8 laminat 37 xi

11 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1 Kandungan unsur utama serbuk genteng Sokka berdasarkan hasil uji XRF... 9 Tabel 3.1 Tempat kegiatan penelitian Tabel 3.2 Data perbandingan serat, phenolyc, dan serbuk genteng Sokka 16 Tabel 4.1 Hasil pengujian massa jenis orientasi 0/90 dan 45/ Tabel 4.2 Hasil pengujian kekuatan tarik.. 21 Tabel 4.3 Hasil pengujian ketahanan bakar.. 31 Tabel 4.4 Perubahan temperatur pada proses eksotermis dan endotermis 37 xii

12 DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran 1. Biodata Lampiran 2. Data uji tarik orientasi 0/90 44 Lampiran 3. Data uji tarik orientasi 45/ Lampiran 4. Data uji bakar orientasi 0/ Lampiran 5. Data uji bakar orientasi 45/ Lampiran 6. Data uji massa jenis 0/ Lampiran 7. Data uji massa jenis 45/ xiii