TESIS PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI GENTENG POLIMER MENGGUNAKAN ASPAL DAN POLYPROPILEN DENGAN VARIASI KOMPOSISI DAN SERAT NANAS TERORIENTASI.

Transkripsi

1 TESIS PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI GENTENG POLIMER MENGGUNAKAN ASPAL DAN POLYPROPILEN DENGAN VARIASI KOMPOSISI DAN SERAT NANAS TERORIENTASI Oleh NENI JULI ASTUTI /FIS PROGRAM PASCA SARJANA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2012

2 PENGESAHAN TESIS Judul : Pembuatan dan Karakterisasi Genteng Polimer Menggunakan Aspal dan Polypropilen Dengan Variasi Komposisi dan SeratNanas Terorientasi Nama : Neni Juli Astuti Nomor Induk Mahasiswa : Program Studi Fakultas : Magister Fisika : Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Menyetujui Komisi Pembimbing Prof. Drs. Basuki Wirjoesentono, M.Sc. Ph.D Ketua Dr. Susilawati, M.Si Anggota Ketua Program Studi Dekan, Dr.Nasruddin MN, M. Eng. Sc NIP Dr. Sutarman, M. Sc NIP

3 PERNYATAAN ORISINALITAS PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI GENTENG POLIMER MENGGUNAKAN ASPAL DAN POLYPROPILEN DENGAN VARIASI KOMPOSISI DAN SERAT NANAS TERORIENTASI TESIS Dengan ini saya menyatakan bahwa saya mengakui semua karya tesis ini adalah hasil karya saya sendiri kecuali kutipan dn ringkasan yang tiap satunya telah dijelaskan sumbernya dengan benar Medan, Juli 2012 NENI JULI ASTUTI NIM

4 PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS Sebagai sivitas akademika universitas Sumatera utara, saya yang bertanda tangan di bawah ini: Nama : Neni Juli Astuti NIM : Program Studi : Fisika Jenis Karya Ilmiah : Tesis Demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada hak Bebas Royalti Non-Ekslusif (Non-Exclusive Royalty Free Right) atas tesis saya yang berjudul: PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI GENTENG POLIMER MENGGUNAKAN ASPAL DAN POLYPROPILEN DENGAN VARIASI KOMPOSISI DAN SERAT NANAS TERORIENTASI Beserta perangkat yang ada. Dengan hak bebas royalti ini, universitas Sumatera Utara untuk berhak menyimpan, mengalih media, memformat, mengelola dalam bentuk data base, merawat dan mempublikasikan tesis saya tanpa meminta izin dari saya selama tetapmmencantumkan nama saya sebagai penulis dan sebagai pemegang dan atau sebagai pemilik hak cipta. Demikian pernyataan ini dibuat dengan sebenarnya. Medan, Juli 2012 NENI JULI ASTUTI

5 KATA PENGANTAR Pertama-tama penulis panjatkan puji syukur kehadirat Allah SWT atas segala limpahan rahmat dan karunianya sehingga tesis ini dapat diselesaikan. Dengan selesainya tesis ini, penulis mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada: Kepala Lembaga Penjaminan Mutu Pendidikan (LPMP) Sumatera Utara, Drs. H. Bambang Winarji, M. Pd atas kemudahan dan bantuan dana sehingga penulis dapat menyelesaikan studi di Program Studi Ilmu Fisika Pasca Sarjana FMIPA USU. Rektor, Prof. Dr. dr. Syahril Pasaribu, DTM & H, MSc (CTM), Sp. A(K) atas kesempatan yang diberikan kepada penulis mengikuti pendidikan di program Magister Sains. Dekan Fakultas MIPA, Dr. Sutarman, M.Sc atas kesempatan menjadi mahasiswa Program Magister sains pada program Pascasarjana FMIPA Univeritas Sumatera Utara. Ketua Program Studi Magister Fisika, Dr. Nasruddin MN. M.Eng. Sc., Sekretaris Program Studi Magister Fisika, Dr. Anwar Dharma Sembiring, M.S., beserta seluruh staf pengajar pada Program Studi Magister Fisika Program Pascasarjana FMIPA Universitas Sumatera Utara. Terimakasih yang tidak terhingga kepada Prof. Drs. Wirjoesentono, M.Sc., Ph.D dan Dr. Susilawati, M. Si selaku Pembimbing yang dengan penuh perhatian dan kesabaran memberikan bimbingan dan arahan kepada penulis hingga selesainya penelitian ini. Kepada Laboran di Laboratorium Polimer dan Fisika, Bapak Edi dan Bapak Aman yang telah membantu saya dalam melakukan penelitian hingga selesai. Kepada suami tersayang Warjio, MA, Ph.D, terimakasih yang tak terhingga atas segala pengertian dan kesabaran ketika penulis sejak awal mengikuti Program Magister Sains di Pascasarjana FMIPA. Demikian juga kepada ananda tersayang Haykal Muhammad Raihan dan Alif Alfitra Salam. Kepada kedua Ibunda tersayang Ibu Siti Asma Ilyas dan Ibu Jumiem yang tiada hentihentinya memberikan bantuan moril dan doa hingga penulis dapat menyelesaikan penelitian ini. Ucapan terimakasih yang tulus penulis sampaikan kepada rekan-rekan mahasiswa Sekolah Program Pascasarjana Program Studi Magister Ilmu Fisika Universitas Sumatera Utara angkatan 2010/2011 khususnya Suriati, Milawarni, Mila Anzani, Mika Augustina, Ayu Andriani dan lain-lain yang tidak dapat penulis sebutkan satu-persatu namanya, yang selalu memberikan bantuan sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian ini tepat pada waktunya. Ucapan terima kasih yang tulus untuk teman-teman sejawat di kantor yang selalu memberikan bantuan sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian ini tepat pada waktunya. Semoga kita tetap diberi Taufik Walhidayah-Nya. Amin. i

6 PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI GENTENG POLIMER MENGGUNAKAN ASPAL DAN POLYPROPILEN DENGAN VARIASI KOMPOSISI DAN SERAT NANAS TERORIENTASI ABSTRAK Telah dilakukan penelitian dan pengujian tentang pembuatan dan karakterisasi genteng komposit polimer menggunakan serat nanas sebagai penguat dan polipropilen dan aspal sebagai matrik. Penelitian ini bertujuan untuk mencari alternatif bahan penyusun genteng polimer yang lebih murah dan ramah lingkungan. Komposisi polipropilen dan aspal yang digunakan tetap yaitu 10% dari berat total sampel, sedangkan komposisi pasir dan serat nanas divariasikan dengan perbandingan (80%:0%), (79%:1%), (78%:2%), (77%:3%), (76%:4%) dan (75%:5%). Dari hasil penelitian untuk kerapatan menurun dari 1870 kg/m 3 menjadi 1840,75 kg/m 3, sedangkan untuk daya serap air dari 0,43% menjadi 0,87%. Penggunaan serat nanas 1% sampai 4% dapat memperbaiki sifat mekanik genteng. Kekuatan tarik dari 8,32 kgf/ cm 2 sampai 118,40 kgf/cm 2, kuat lentur 3,14 MPa sampai 10,51 MPa, kuat impak 1,47 kj/m 2 sampai 26,27 kj/m2. Karakteristik optimal diperoleh pada komposisi 4% serat nanas, karakteristik menurun pada komposisi di atas 4%.Pada sudut orintasi serat 0 o atau arah serat searah dengan pembebanan, sifat mekanik genteng mencapai titik tertinggi dan dan titik terendah diperoleh pada sudut orientasi serat 90 o. Kata kunci; genteng polimer, komposit, serat nanas, orientasi serat, serat panjang ii

7 PREPARATION AND CHARACTERIZATION OF POLYMERS TILES OF ASPHALT AND POLYPROPILEN WITH COMPOSITION VARIATION AND PINEAPPLE FIBER ORIENTATION ABSTRACT Research and testing has been done on the manufacture and characterization of polymer composite tile using pineapple fibers as reinforcement, polypropylene as the matrix and the asphalt. This study aimed to explore alternative building blocks of the polymer tiles are less expensive and environmentally friendly. And the polypropylene composition of the used asphalt that is 10% of the total weight of the sample, while the sand and pineapple fiber composition varied by comparison (80%:0%), (79%:1%), (78%:2%), (77%:3%), (76%:4%) and (75%:5%). From the research results for the density decreased from 1870 to 1840 kg/m3 kg/m 3, while for the water absorption of 0.43% to 0.87%. The use of pineapple fiber 1% to 4% can improve the mechanical properties of the tile. Tensile strength of 8.32 kgf/cm 2 to kgf/cm 2, flexural strength 3.14 MPa to MPa, a strong impact kj/m 2 to 1.47 kj/m 2. Optimal characteristics obtained at 4% pineapple fiber composition, characteristics of the composition decreases above 4%. In orientation angle 0 o fibers or fiber direction in the direction of loading, mechanical properties and the tiles reach the highest point and lowest point is obtained at an angle of 90 fiber orientation. Keywords: tile polymers, composites, pineapple fiber, fiber orientation, fiber length iii

8 DAFTAR ISI Halaman KATA PENGANTAR... i ABSTRAK... ii ABSTRACK... iii DAFTAR ISI... iv DAFTAR GAMBAR... vii DAFTAR TABEL... vii DAFTAR LAMPIRAN... ix BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Perumusan Masalah Batasan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian... 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA Komposit Klasifikasi Komposit Faktor Ikatan Fiber-Matrik Faktor Ikatan Filler-Matrik Pembebanan Daya Serap Air Jenis-Jenis Atap Aspal Sumber Aspal Kandungan Aspal Jenis-Jenis Aspal Pasir Polipropilen Sifat-Sifat Polipropilen Mampu Cetak Penggunaan Polipropilen iv

9 2.6 Serat Efek Orientasi Serat Terhadap Kekuatan Serat Nanas Ekstraksi Serat Daun Nanas Komposisi Kimia Durability Serat Daun Nanas Pemanfaatan Serat Daun Nanas Serat Gelas Pengujian Sampel Uji Fisis Kerapatan Pengujian Daya Serap Air Sifat Mekanik Kuat Lentur Kekuatan Impak Kekuatan Tarik Pengujian Termal Scanning Electron Microscopy BAB III METODOLOGI PENELITIAN Tempat Penelitian Peralatan dan Bahan Peralatan Bahan Prosedur Penelitian Prosedur Pengujian Uji Kerapatan Uji Daya Serap Air Uji Lentur Uji Impak Uji Tarik Uji Termal Pengujian Dengan SEM Diagram Alir v

10 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN Sifat Fisis Kerapatan Daya Serap Air Sifat Mekanik Genteng Komposit Polimer Kekuatan Tarik Kuat Lentur Kuat Impak Titik Bakar dan Titik Nyala Pengujian Terhadap Sampel dengan Orientasi Serat Analisis Hasil pengujian dengan SEM BAB V KESIMPULAN Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA vi

11 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1.Komposisi Komposit... 5 Gambar 2.2 Struktur Bagan Komposit... 9 Gambar 2.3 Hubungan Antara Model Kegagalan, Kekuatan, dan Orientasi Serat26 Gambar 2.4 Grafik Regangan-Tegangan pada Serat dengan Variasi Orientasi Gambar 2.5Alat Pengujian Impak Gambar 2.6 Alat Uji Tarik Gambar 2.7 Grafik Tegangan Regangan Gambar 2.8 Skema Kerja Alat Uji Nyala Gambar 2.9 Skema SEM Gambar 2.10 Sinyal-Sinyal Yang Dihasilkan SEM Gambar 2.11 Perbandingan Gambar Dari Sinyal Yang Dihasilkan SEM Gambar 2.12 Mekanisme Kontras dari Elektron Sekunder Gambar 2.13 Mekanisme Kontras Dari Backscattered Electron Secunder Gambar 2.14 Contoh Diagram Hasil EDS Gambar 2.15 Contoh Hasil EDS Gambar 3.1 Ukuran sampel Uji Lentur Sesuai ASTM Gambar 3.2 Ukuran sampel Uji Impak Sesuai ASTM Gambar 3.3 Ukuran sampel Uji Tarik Sesuai ASTM Gambar 3.4 Diagram Alir Penelitian Gambar 4.1 Grafik Kerapatan-Komposisi Pasir:Serat Gambar 4.2 Grafik Daya Serap Air-Komposisi Pasir:Serat Gambar 4.3 Grafik Uji Tarik-Komposisi Pasir:Serat Gambar 4.4 Grafik Uji Lentur-Komposisi Pasir:Serat Gambar 4.5 Grafik Kuat impak - komposisi material Gambar 4.6 Grafik kemampuan nyala genteng komposit polimer Gambar 4.7 Grafik Jarak Bakar Genteng Polimer Gambar 4.8 Grafik Kerapatan Untuk Variasi Orientasi Sudut Gambar 4.9 Grafik daya serap air Untuk Variasi Orientasi Sudut Gambar 4.10 Grafik Kuat Tarik Untuk Variasi Orientasi Sudut Gambar 4.11 Grafik Kuat Lentur Untuk Variasi Orientasi Sudut Gambar 4.12 Grafik Kuat Impak Untuk Variasi Orientasi Sudut Gambar 4.13 Grafik hubungan orientasi serat dengan sifat termal vii

12 Gambar 4.14 Hasil SEM Genteng Polimer tanpa Serat Untuk Perbesaran 100, 200, 1000, 1500, 2000, dan 3000 kali Gambar 4.15 Hasil SEM Genteng Polimer Dengan Serat 4% Serat Untuk Perbesaran 100, 200, 1000, 1500, 2000, dan 3000 kali viii

13 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1 Keuntungan dan Kerugian Komposit... 6 Tabel 2.2 Data Jenis Pengujian dan Persyaratan Aspal Tipe Grade 60/ Tabel 2.3 Karakteristik Fisis Serat Daun Nanas Tabel 2.4 Komposisi Kimia Serat Nanas Tabel 2.5 Komposisi Kimia Serat Nanas Pada Metode Pemisahan Serat Tabel 2.6 Perubahan Komposisi Kimia Serat Nanas Tabel 2.7 Karakteristik Serat Daun Nanas Tabel 2.8 Sifat-Sifat Beberapa Jenis Serat Alam Tabel 2.9 Tenacity dan Elongation Serat Nanas Tabel 2.10 Properties Benang dari Serat Nanas Tabel 2.11 Perbandingan antara Serat Alami dan Serat Gelas Tabel 3.1 Komposisi Bahan Tabel 4.1 Nilai Kerapatan Rata-Rata Tabel 4.2 Nilai rata-rata daya serap air genteng komposit polimer Tabel 4.3 Nilai rata-rata kuat tarik Tabel 4.4 Nilai rata-rata kuat lentur Tabel 4.5 Nilai rata-rata kuat impak Tabel 4.6 Data karakteristik genteng komposit polimer sudut orientasi serat ix

14 DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran 1 Uji Kerapatan Lampiran 2 Uji Daya Serap Air Lampiran 3 Uji Tarik Lampiran 4 Uji Lentur Lampiran 5 Uji Impak Lampiran 6 Uji Nyala dan Uji Bakar Lampiran 7 Uji Kerapatan (Untuk Orientasi Sudut) Lampiran 8 Uji Daya Serap Air (Untuk Orientasi Sudut) Lampiran 9 Kuat Lentur Untuk Orientasi Serat Lampiran 10 Kuat Impak Untuk Orientasi Serat Lampiran 11 Kuat Tarik Untuk Orientasi Serat Lampiran 12 Waktu Nyala dan Jarak Bakar Untuk Oriantasi Sudut 45 dan Lampiran 13 Foto-Foto Dokumentasi Lampiran 14 Standar Nasional Indonesia Genteng Beton Lampiran 15 Standar Genteng Ukraina x