KAJIAN PEMANFAATAN LIMBAH ABU SEKAM PADI HITAM SEBAGAI PENGISI KOMPOSIT POLIESTER SKRIPSI

Transkripsi

1 KAJIAN PEMANFAATAN LIMBAH ABU SEKAM PADI HITAM SEBAGAI PENGISI KOMPOSIT POLIESTER SKRIPSI Oleh ROTUA ADRYANI S DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA OKTOBER 2014 i

2 KAJIAN PEMANFAATAN LIMBAH ABU SEKAM PADI HITAM SEBAGAI PENGISI KOMPOSIT POLIESTER SKRIPSI Oleh ROTUA ADRYANI S SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA OKTOBER 2014 ii

3 PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI Sayamenyatakandengansesungguhnyabahwaskripsidenganjudul: KAJIAN PEMANFAATAN LIMBAH ABU SEKAM PADI HITAM SEBAGAI PENGISI KOMPOSIT POLIESTER yangdibuatuntukmelengkapisebagianpersyaratanmenjadisarjanateknikpadadeparte menteknik Kimia FakultasTeknik.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, 15 Oktober 2014 Rotua Adryani S NIM i

4 PENGESAHAN Skripsidenganjudul: KAJIAN PEMANFAATAN LIMBAH ABU SEKAM PADI HITAM SEBAGAI PENGISI KOMPOSIT POLIESTER dibuatuntukmelengkapipersyaratanmenjadisarjanateknikpadadepartementeknik Kimia FakultasTeknik.Skripsiinitelahdiajukanpada siding ujianskripsipada 22Oktober 2014 dandinyatakanmemenuhisyarat/sahsebagaiskripsipadadepartementeknik Kimia FakultasTeknik. Mengetahui, Medan, 23 Oktober 2014 KoordinatorSkripsi DosenPembimbing Ir.Renita Manurung,MT Dr.Maulida,ST,M.Sc NIP NIP DosenPenguji I DosenPenguji II Dr.Halimatuddahliana,ST,M.Sc Dr.Bode Haryanto,ST,MT NIP NIP ii

5 PRAKATA Puji dan syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena atas rahmat-nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan skripsi dengan judul Kajian Pemanfaatan Limbah Abu Sekam Padi Hitam Sebagai Pengisi Komposit Poliester, berdasarkan hasil penelitian yang penulis lakukan di Laboratorium Kimia Fisika Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universtas Sumatera Utara. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar sarjana teknik. Melalui penelitian ini diperoleh abu sekam padi hitam sebagai pengisi dalam pembuatan komposit poliester mampu meningkatkan kekuatan bentur yang terjadi pada ukuran partikel 250 mesh pada rasio 85/15 dengan nilai sebesar 4839,46 J/m 2. Selama melakukan penelitian hingga penulisan skripsi ini, penulis banyak mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: 1. Ibu Dr. Maulida, ST, M.Sc, selaku Dosen Pembimbing yang telah bersedia meluangkan waktu untuk memberi pengarahan, diskusi dan bimbingan serta persetujuan sehingga skripsi ini dapat selesai dengan baik. 2. Ibu Dr. Halimatuddahliana, ST, M.Sc. dan Bapak Dr. Bode Haryanto, ST, MT., selaku Dosen Penguji yang telah memberikan saran dan masukan yang membangun dalam penulisan skripsi ini. 3. Bapak Dr.Eng.Ir. Irvan, MT., selaku ketua Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik,. 4. Ibu Ir. Renita Manurung, MT., selaku koordinator penelitian. 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, 15Oktober 2014 Penulis Rotua Adryani S iii

6 DEDIKASI Penulismendedikasikanskripsiini untuk kedua orang tua penulis, S.Siringo-ringo dan T br Sinurat yang telah memberikan doa dan dukungan kepada penulis dalam menyelesaikan penelitian dan penulisan skripsi ini dan untuk Desman F Ambarita,S.Pd sebagai sahabat yang selalu mendukung dan memotivasi saya hingga menyelesaikan skripsi ini. Penulis juga mengucapkan terima kasih untuk temanteman seperjuangan seangkatan 2009 terkhususnya anak United in Christ. iv

7 RIWAYAT HIDUP PENULIS Nama: Rotua Adryani Siringo-ringo NIM: Tempat/Tgl. Lahir: Medan, 30 Oktober 1991 Nama orang tua: S.Siringo-ringo dan T.br Sinurat Alamat orang tua: Jalan Bunga Raya no 137-a Asam Kumbang Sunggal Medan Asal Sekolah SD Katolik Assisi Medan, tahun SMP P Cahaya Medan, tahun SMA St.Thomas 2 Medan, tahun Pengalaman Organisasi/ Kerja: 1. Kerja Praktek di PT PERTAMINA (PERSERO) RU II DUMAI 2. Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) FT USU periode 2012/2013 sebagai anggota Bidang Kaderisasi dan Pendidikan Artikel yang telah diterima untuk dipublikasikan: Rotua Adryani, Maulida Pengaruh Ukuran Partikel dan Komposisi Terhadap Sifat Kekuatan Bentur Komposit Poliester Tidak Jenuh Berpengisi Abu Sekam Padi Hitam ABSTRAK v

8 Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh ukuran partikel dan komposisi partikel terhadap sifat-sifat mekanik komposit poliestertidak jenuh berpengisi abu sekam padi hitam. Komposit dibuat dengan metode hand lay up dengan mencampurkan poliester tidak jenuh dan pengisi abu sekam padi hitam dengan variasi ukuran partikel abu sekam padi hitam100 dan 250mesh dengan rasio antara matriks dan pengisi 95/5, 90,10, 85/15 dan 80/20. Sifat-sifat mekanik yang diuji yaitu kekuatan tarik, kekuatan lentur, kekuatan bentur. Dari karakteristik FT-IR diketahui terdapat gugus C=O yang menandakan telah terjadinya interaksi antara matriks dengan pengisi. Hasil pengujian sifat-sifat mekanik menunjukkan bahwa, pada variasi ukuran partikel 250 mesh dengan rasio matriks dan pengisi 95/5 diperoleh kekuatan tarik maksimum sebesar 24,689 MPa. Sementara itu, nilai modulus Young terus meningkat sedangkan sifat pemanjangan pada saat putus mengalami penurunan seiring bertambahnya jumlahasph. Dari hasil pengujian kekuatan lentur diperoleh kekuatan lentur maksimum pada ukuran partikel 100mesh dengan rasio matriks dan pengisi 95/5 sebesar 6,204 MPa. Sedangkan dari hasil pengujian kekuatan bentur diperoleh kekuatan bentur maksimum ukuran partikel 250 mesh dengan rasio matriks dan pengisi 85/15 sebesar 4839,46 J/m 2. Kata kunci : poliester tidak jenuh, abu sekam padi hitam, uji mekanik, hand lay up, komposit ABSTRACT vi

9 This study aims to determine the effect of fiber length and fiber composition of the mechanical properties of unsaturated polyester resin composites filled withblackrice husk ash. Composites made by hand lay up method by mixing unsaturated polyester resin and blackrice husk ashwith particle size variation of 30 mesh, 40 mesh,60 mesh and 100 mesh, ratio between matrix and filler 95/5, 90/10, and 85/15. Mechanical properties were tested, namely tensile strength, flexural strength, impact strength. From the FTIR characteristics known to have a group C=O which indicates the occurrence of interaction between matrix and filler. The results of testing the mechanical properties showed that, at 250 mesh fiber length variation with the ratio of the matrix and filler 95/5 obtained a maximum tensile strength of 24,689 MPa.Meanwhile the value of Young's Modulus continues to increase while the value of elongation at break decreases as the amount of BRHA increased. Flexural strength of the test results obtained by the maximum bending force on the fiber length of 100 mesh with the matrix and filler ratio of 95/5 for 6,204 MPa. While the results of impact strength testing gained impact strength maximum was fiber length of 250 mesh with the matrix and filler ratio of 85/15 amounted to 4839,46 J/m 2. Keywords : unsaturated polyester, black rice husk ash, mechanical testing, hand lay up, composite vii

10 DAFTAR ISI Halaman PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI i PENGESAHAN ii PRAKATA iii DEDIKASI iv RIWAYAT HIDUP PENULIS v ABSTRAK vi ABSTRACT vii DAFTAR ISI viii DAFTAR GAMBAR xi DAFTAR TABEL xiii DAFTAR LAMPIRAN xv DAFTAR SINGKATAN xvi DAFTAR SIMBOL xvii BAB I PENDAHULUAN LATAR BELAKANG PERUMUSAN MASALAH TUJUAN PENELITIAN MANFAAT PENELITIAN RUANG LINGKUP PENELITIAN 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA KOMPOSIT Pengertian Komposit Pengelompokan Komposit Berdasarkan Bahan Matriks Berdasarkan Bahan Penguat yang Digunakan Fase Matriks Bagi Komposit Keuntungan Komposit POLIESTER TIDAK JENUH (UNSATURATED POLYESTER 11 RESIN) 2.3 ABU SEKAM PADI 12 viii

11 2.4 PENGUJIAN/KARAKTERISTIK BAHAN KOMPOSIT Analisis Kekuatan Tarik (Tensile Strength) Analisis Kekuatan Bentur (Impact Strength) Analisis Kekuatan Lentur (Flexural Strength) Karakterisasi FOURIER-TRANSFORM INFRARED (FTIR) Analisa Scanning Electron Microscopy (SEM) APLIKASI DAN KEGUNAAN PRODUK KOMPOSIT ANALISA BIAYA 19 BAB III METODOLOGI PENELITIAN LOKASI PENELITIAN BAHAN DAN PERALATAN Bahan Peralatan TAHAPAN PENELITIAN PROSEDUR PENELITIAN Penyediaan Komposit Poliester Berpengisi Abu Sekam Padi dengan Katalis Metil Etil Keton Peroksida (MEKP) Flowchart Penyediaan Komposit Poliester Berpengisi Abu Sekam Padi Hitam Pengujian Komposit Analisis Fourier Transform Infra-Red (FT-IR) Uji Kekuatan Tarik ASTM D-638 Tipe IV Uji Kekuatan Lentur ASTM D Uji Kekuatan Bentur ASTM D Analisis Scanning Electron Microscopy (SEM) 29 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN KARAKTERISTIK FTIR POLIESTER TIDAK JENUH, ABU 30 SEKAM PADI HITAM DAN KOMPOSIT POLIESTER TIDAK JENUH BERPENGISI ABU SEKAM PADI HITAM 4.2 PENGARUH KOMPOSISI BAHAN PENGISI DAN UKURAN 33 PARTIKEL TERHADAP KEKUATAN TARIK KOMPOSIT POLIESTERTIDAK JENUH BERPENGISI ABU SEKAM PADI ix

12 HITAM 4.3 PENGARUH KOMPOSISI BAHAN PENGISI DAN UKURAN 35 PARTIKEL TERHADAP SIFAT PEMANJANGAN SAAT PUTUS KOMPOSIT POLIESTERTIDAK JENUH BERPENGISI ABU SEKAM PADI HITAM 4.4 PENGARUH KOMPOSISI BAHAN PENGISI DAN UKURAN 36 PARTIKEL TERHADAP NILAI MODULUS YOUNG KOMPOSIT POLIESTER TIDAK JENUH (PTJ) 4.5 PENGARUH KOMPOSISI BAHAN PENGISI DAN UKURAN 37 PARTIKEL TERHADAP KEKUATAN LENTUR KOMPOSIT POLIESTERTIDAK JENUH BERPENGISI ABU SEKAM PADI HITAM 4.6 PENGARUH KOMPOSISI BAHAN PENGISI DAN UKURAN 39 PARTIKEL TERHADAP KEKUATAN BENTUR KOMPOSIT POLIESTERTIDAK JENUH BERPENGISI ABU SEKAM PADI HITAM 4.7KARAKTERISTIK SEM (SCANNING ELECTRON MICROSCOPE) 41 KOMPOSIT PTJ BERPENGISI ASPH DENGAN RASIO 95/5 PADA 100 DAN 250 MESH BAB V KESIMPULAN DAN SARAN KESIMPULAN SARAN 44 DAFTAR PUSTAKA 45 x

13 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Reaksi Pembentukan Poliester Tidak Jenuh 11 Gambar 2.2 Abu Sekam Padi Hitam 13 Gambar 2.3 Spesimen V-Notch Metoda Charpy dan Izod 15 Gambar 2.4 Pipa Komposit Kemrock 19 Gambar 2.5 Bumper Tank Belakang Cabin Cat Hitam3 22 Gambar 3.1 Cetakan Plastisin Penyediaan Komposit 25 Gambar 3.2 Diagram Kerja Pembuatan dan Pengujian Komposit 27 Gambar 3.3 Dimensi Spesimen Uji Tarik 28 Gambar 3.4 Dimensi Spesimen Uji Lentur 29 Gambar 3.5 Dimensi Spesimen Uji Bentur 29 Gambar 4.1 Karakteristik FTIR Poliester Tidak Jenuh 30 Gambar 4.2 Karakteristik FTIR Abu Sekam Padi Hitam 31 Gambar 4.3 Karakteristik FTIR Komposit Poliester Tidak Jenuh 32 Berpengisi ASPH Gambar 4.4 Pengaruh Komposisi Dan Ukuran Partikel Bahan Pengisi 33 Terhadap Kekuatan Tarik PTJ Berpengisi ASPH Gambar 4.5 Pengaruh Komposisi Dan Ukuran Partikel Bahan pengisi 35 Terhadap Pemanjangan Pada Saat Putus Komposit PTJ Berpengisi ASPH Gambar 4.6 Pengaruh Komposisi Dan Ukuran Partikel Bahan pengisi 37 Terhadap Kekuatan Lentur Komposit PTJ Berpengisi ASPH Gambar 4.7 Pengaruh Komposisi Dan Ukuran Partikel Bahan pengisi 39 Terhadap Kekuatan Bentur Komposit PTJ Berpengisi ASPH Gambar 4.8 Komposit PTJ-ASPH 95/5 100 mesh dengan Perbesaran x Gambar 4.9 Komposit PTJ-ASPH 95/5 100 mesh dengan Perbesaran 42 xi

14 100x Gambar B.1 Penyediaan Cetakan Plastisin Komposit 52 Gambar B.2 Penyediaan Komposit Polister Tidak Jenuh-ASPH 52 Komposit Polister Tidak Jenuh-ASPH 53 Gambar B.3 Alat UTM Gotech AL-7000 M Grid Tensile 53 Gambar B.4 Alat UTM Gotech AL-7000 M Grid Flexural 54 Gambar B.5 Alat Impact Tester Gotech 55 Gambar B.6 FTIR SHIMADZU IR-PRESTIGE Gambar B.7 SEM JEOL-JSM-6510 LV 56 Gambar C.1 Hasil FTIR Poliester Tidak Jenuh 57 Gambar C.2 Hasil FTIR Abu Sekam Padi Hitam 57 Gambar C.3 Hasil FTIR Komposit PTJ-ASPH 58 xii

15 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 1.1 Penelitian Terdahulu Yang Telah Diteliti 3 Tabel 2.1 Komposisi Abu Sekam Padi 14 Tabel 2.2 Rincian Biaya Bahan Pembuatan Komposit UPR 19 Berpengisi ASPH Tabel 2.3 Rincian Biaya Peralatan Pembuatan Komposit UPR 20 Berpengisi ASPH Tabel 2.4 Rincian Biaya Analisa Pembuatan Komposit UPR 20 Berpengisi ASPH Tabel 2.5 Perkiraan Rincian Biaya Pembuatan Produk 21 Tabel 4.1 Nilai Modulus Young Poliester Tidak Jenuh dan 37 Komposit PTJ Berpengisi ASPH untuk Ukuran Partikel 100 mesh Tabel 4.2 Nilai Modulus Young Poliester Tidak Jenuh dan 37 Komposit PTJ Berpengisi ASPH untuk Ukuran Partikel 250 mesh Tabel A.1 Data Hasil Modulus Young untuk Ukuran Partikel mesh Tabel A.2 Data Hasil Modulus Young untuk Ukuran Partikel mesh Tabel A.3 Data Hasil Kekuatan Tarik untuk Ukuran Partikel mesh Tabel A.4 Data Hasil Kekuatan Tarik untuk Ukuran Partikel mesh Tabel A.5 Data Hasil Pemanjangan Saat Putus untuk Ukuran 50 Partikel 100 mesh Tabel A.6 Data Hasil Pemanjangan Saat Putus untuk Ukuran 50 Partikel 250 mesh Tabel A.7 Data Hasil Kekuatan Lentur untuk Ukuran Partikel xiii

16 mesh Tabel A.8 Data Hasil Kekuatan Lentur untuk Ukuran Partikel 250 mesh Tabel A.9 Data Hasil Kekuatan Bentur untuk Ukuran Partikel 100 mesh Tabel A.10 Data Hasil Kekuatan Bentur untuk Ukuran Partikel 250 mesh xiv

17 DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran A DATA PENELITIAN 49 A.1 DATA HASIL MODULUS YOUNG 49 A.2 DATA HASIL UJI KEKUATAN TARIK (MPa) 49 A.3 DATA HASIL PEMANJANGAN PADA SAAT 50 PUTUS (%) A.4 DATA HASIL UJI KEKUATAN LENTUR (MPa) 50 A.5 DATA HASIL UJI KEKUATAN BENTUR (J/m 2 ) 50 LAMPIRAN B DOKUMENTASI PENELITIAN 52 B.1 PENYEDIAAN KOMPOSIT PTJ-ASPH 52 B.2 ALAT UNIVERSAL TESTING MACHINE 53 GOTECH AL-7000M GRID TENSILE B.3 ALAT UNIVERSAL TESTING MACHINE 54 GOTECH AL-7000M GRID FLEXURAL B.4 ALAT IMPACT TESTER GOTECH 55 B.5 FOURIER-TRANSFOR INFRA-RED SHIMADZU 55 IR-PRESTIGE 21 B.6 SCANNING ELECTRON MICROSCOPY JEOL- JSM-6510LV 56 LAMPIRAN C HASIL PENGUJIAN LAB ANALISIS DAN 57 INSTRUMEN C.1 HASIL FTIR POLIESTER TIDAK JENUH 57 C.2 HASIL FTIR ABU SEKAM PADI HITA, 57 C.3 HASIL FTIR PTJ-ASPH 58 xv

18 DAFTAR SINGKATAN ASTM ASPH CMC FTIR MMC PMC MEKP PTJ DP SEM UTM American Standart Testing of Material Abu Sekam Padi Hitam Ceramic Matrix Composite Fourier Transform Infra Red Metal Matrix Composite Polymer Matrix Composite Metil Etil Keton Peroksida Poliester Tidak Jenuh Derajat Polimerisasi Scanning Elentron Microscopy Ultimate Tensile Machine xvi

19 DAFTAR SIMBOL Simbol Keterangan Dimensi τ t Kekuatan tarik Mpa F maks Beban maksimum Kgf A0 Luas Penampang mula mula m 2 m Berat pendulum kg g Gaya gravitasi m/s 2 β Sudut ayunan pendulum setelah komposit patah - α Sudut pendulum sebelum diayunkan - R Panjang lengan m xvii