STUDI PERLAKUAN SERAT TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT DAN PEMBUATAN KOMPOSIT POLIMER BUSA SERTA ANALISA UJI LENTUR

Transkripsi

1 STUDI PERLAKUAN SERAT TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT DAN PEMBUATAN KOMPOSIT POLIMER BUSA SERTA ANALISA UJI LENTUR SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik DEDI MULYONO PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013 ABSTRAK

2 Kajian eksperimen ini melaporkan proses perlakuan serat tandan kosong kelapa sawit dan pembuatan spesimen komposit polimer busa diikuti uji lentur. Permasalahan, bahwa sifat dari komposit diperkuat serat memiliki berat yang ringan dan relatif kuat. Pemakaian blowing agent membuat material ini menjadi lebih ringan lagi. Sebagai penguat penelitian ini menggunakan serat alam yang di dapat dari pengolahan TKKS. Tujuan kajian untuk mengetahui karakteristik dari tegangan lentur, regangan, modulus elastisitas, dan mode kerusakan. Matrik poliuretan dibuat dari campuran antara poliol, isosianat, resin BTQN 157 Ex, serta katalis MEKPO. Proses perlakuan serat dimulai dari persiapan tandan kosong kelapa sawit, penumbukan serat, perendaman serat, pengeringan serat, penimbangan serat pasca pengeringan serta pencacahan serat. Bentuk specimen uji dibuat berbentuk persegi panjang sesuai standar ASTM D-790. Jumlah spesimen uji 25 buah yang dibuat dalam 5 variasi komposisi, dimana tiap variasi terdiri dari 5 spesimen. Uji mekanik dilakukan menggunakan metoda uji lentur pada mesin uji servo pulser. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa untuk variasi tegangan lentur maksimum (σ maks) sebesar 15,36 MPa, regangan (ε) sebesar 2,45 %, modulus elastisitas (E) sebesar 45,166 MPa. Mode kerusakan adalah terbentuknya rongga-rongga sehingga mempengaruhi batas tegangan elastis, tegangan maksimum (σ maks ) dan regangan (ε) yang dicapai untuk patah. Kesimpulan kajian adalah mode kegagalan komposit polimer busa berbeda-beda pada setiap variasi komposisi, hal ini memberi informasi bahwa karakteristik material komposit polimer busa adalah akibat proses pencampuran yang tidak merata sehingga terbentuk rongga-rongga yang mempengaruhi hasil uji yang tidak sama. Kata kunci: Serat TKKS, NaOH, komposit busa polimer, uji lentur.

3 KATA PENGANTAR Puji syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT, karena atas berkat rahmat dan karunia-nya, yang telah memberikan pengetahuan, kesehatan, serta kesempatan kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan Skripsi ini. Teristimewa penulis mengucapkan terima kasih kepada kedua Orang tua tercinta, serta Abang dan Kakak yang telah begitu banyak berkorban tanpa pamrih baik moril maupun materi dan banyak memberikan motivasi kepada penulis. Skripsi ini merupakan salah satu syarat yang harus dipenuhi mahasiswa untuk menyelesaikan studinya di Fakultas Teknik, khususnya di Departemen Teknik Mesin Universitas sumatera Utara. Penulisan Skripsi ini penulis memilih Pemilihan Bahan Dan Proses, dengan judul Studi Perlakuan Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit Dan Pembuatan Komposit Polimer Busa Serta Analisa Uji Lentur. Dan dengan pembatasan masalah yang akan dibahas adalah melakukan analisa uji lentur untuk bahan komposit busa polimer yang meliputi persiapan serat, pelayanan serat, pembuatan spesimen, pengujian lentur, dan analisa hasil. Dalam menyelesaikan Skripsi ini, penulis telah banyak mendapat bimbingan dan arahan dari berbagai pihak, baik berupa materi, spiritual, informasi maupun segi administrasi, oleh karena itu pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada: 1. Bapak Ir. Syahrul Abda,M.Sc. selaku Dosen Pembimbing Tugas Sarjana ini. 2. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri, selaku Dosen Pembanding I. 3. Bapak Ir. Alfian Hamsi,MSc, selaku Dosen Pembanding II. 4. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri, selaku ketua Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik. 5. Seluruh Staff Pengajar/Dosen dan Pegawai di Departemen Teknik Mesin, dan Fakultas Teknik.

4 6. Semua teman-teman penulis, yang telah banyak memberikan bantuan motivasi semangat bagi penulis terima kasih atas dukungannya selama ini. Penulis menyadari bahwa Skripsi ini masih ada kekurangan. Untuk itu penulis mengharap kritik dan saran yang membangun dari para pembaca. Akhir kata penulis mengharapkan agar laporan Skripsi ini dapat memberikan manfaat bagi pembaca pada umumnya dan bagi penulis khususnya. Medan, Agustus 2013 Penulis, Dedi Mulyono NIM:

5 DAFTAR ISI SPESIFIKASI TUGAS SARJANA... i KATA PENGANTAR... ii ABSTRAK... iv DAFTAR ISI... v DAFTAR TABEL... vi DAFTAR GAMBAR... vii DAFTAR NOTASI... ix BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Perumusan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian Sistematika Penulisan... 4 BAB II TINJAUAN PUSATAKA Tandan Kosong Kelapa Sawit Serat TKKS Defenisi Komposit Klasifikasi Bahan Komposit Tipe Komposit Serat Polimer busa... 13

6 2.4.1 Material Komposit Polimer busa Blowing Agent (BA) Katalis MEKPO (Methyl Ethyl Keton Peroksida) Pembuatan Komposit Respon Mekanik akibat Beban Lentur Uji Lentur Ukuran Spesimen Uji Lentur Kerangka Konsep Penelitian BAB III METODOLOGI PENELITIAN Tempat Dan Waktu Penelitian Alat Dan Bahan Alat yang Digunakan Untuk Membuat Spesimen Cetakan Alas Cetakan Mesin Pencacah Neraca Analitik Alat Pelengkap Bahan yang Digunakan Untuk Membuat Spesimen Serat TKKS Resin BTQN 157 EX Blowing Agent (BA) Katalis MEKPO (Methyl Ethyl Keton Peroksida)... 26

7 Larutan Alkali NaOH Wax Persiapan Pembuatan serat TKKS Proses Pelayanan Serat TKKS Perendaman serat TKKS Pengeringan serat TKKS Pencacahan serat TKKS mengunakan mesin pencacah Proses Pembuatan Spesimen Uji Lentur Cetakan specimen Persiapan bahan pembentuk spesimen Pembuatan spesimen uji Pengujian secara Eksperimental Mode Kerusakan Polimer Busa Massa Jenis benda Diagram Alir Pelaksanaan Penelitian BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Pengujian Massa Jenis Hasil Pengujian Lentur Pembahasan Mode Kegagalan BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan... 61

8 5.2 Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN DAFTAR TABEL Nomor Judul Halaman 2.1 Karakteristik Serat Tunggal TKKS... 8

9 2.2 Parameter tipikal TKKS per kg Massa Bahan Penyusun Spesimen Uji Peralatan untuk Persiapan Bahan Penyusun Perbandingan perendaman serat TKKS Komposisi Bahan Penyusun Spesimen Uji Perbandingan campuran spesimen C Perbandingan campuran spesimen C Perbandingan campuran spesimen C Perbandingan campuran spesimen C Perbandingan campuran spesimen C Data pengujian massa jenis benda Data rata-rata massa jenis benda Data pengujian massa jenis benda Rata-rata Hasil Pengujian Massa Jenis Benda Hasil pengujian spesimen C Hasil pengujian spesimen C Hasil pengujian spesimen C Hasil pengujian spesimen C Hasil pengujian spesimen C Sifat mekanik pengujian lentur Spesimen C Sifat mekanik pengujian lentur Spesimen C Sifat mekanik pengujian lentur Spesimen C Sifat mekanik pengujian lentur Spesimen C

10 4.12 Sifat mekanik pengujian lentur Spesimen C Hasil rata-rata sifat mekanik pengujian lentur... 55

11 DAFTAR GAMBAR Nomor Judul Halaman 2.1 Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) TKKS yang telah dicabik Serat TKKS yang sudah dicacah Klasifikasi / Skema Struktur Komposit (Callister,1994) Tipe discontinuous fiber Tipe komposit serat Jenis Material Berongga Ilustrasi material Polimer busa Spesimen uji lentur polimer busa Tipikal Kurva Respon Tegangan-Regangan terhadap Material busa akibat beban Tekan Statik Ukuran spesimen uji lentur standar ASTM D Kerangka Konsep Penelitian Cetakan Mesin Pencacah Neraca Analitik Alat Pelengkap Serat TKKS Resin BTQN 157 EX Blowing Agent (BA) Katalis MEKPO... 26

12 3.9 NaOH dalam kemasan Wax Perendaman TKKS dengan larutan NaOH Proses penjemuran serat TKKS TKKS yang telah dicacah menurut kadar NaOH Cetakan spesimen Persiapan Bahan-bahan Penyusun Spesimen Uji Proses pembentukan spesimen polimer busa Foto Spesimen Uji Lentur Menurut standar ASTM D Setup Alat Uji Lentur Mode Polimer Busa yang Dikenai Uji Lentur Diagram Alir Penelitian Grafik hasil pengujian kerapatan-naoh Grafik hasil pengujian lentur spesimen C Grafik hasil pengujian lentur spesimen C Grafik hasil pengujian lentur spesimen C Grafik hasil pengujian lentur spesimen C Grafik hasil pengujian lentur spesimen C Grafik hasil pengujian nilai rata-rat Taganga-NaOH Grafik hasil pengujian nilai rata-rat Reganga-NaOH Grafik hasil pengujian nilai rata-rat Modulus Elastisitas-NaOH Kondisi awal spesimen Kondisi akhir spesimen setelah mengalami pengujian lentur... 59

13 DAFTAR NOTASI Simbol Nama Keterangan Satuan A - luas penampang mm2 Ρ rho massa jenis kg/mm3 E - modulus elastisitas N/mm2 Σ sigma tegangan N/mm2 F - gaya N L - panjang mm ε ebsilon regangan % Δ delta perubahan - π phi konstanta. 3,14 - Vf - fraksi volume serat % Wf - massa serat kg Vc - volume komposit m 3 Ρ f - massa jenis serat kg/m 3 UFS - kekuatan lentur Nm 2 P - gaya penekan N L - jarak dua penumpu m b - lebar sampel m h - tebal sampel m