PENGARUH KOMPOSISI DAN UKURAN MAKRO SERBUK KULIT KERANG DARAH (ANADORA GRANOSA) TERHADAP KOMPOSIT EPOKSI-PS/SERBUK KULIT KERANG DARAH (SKKD) SKRIPSI

Transkripsi

1 PENGARUH KOMPOSISI DAN UKURAN MAKRO SERBUK KULIT KERANG DARAH (ANADORA GRANOSA) TERHADAP KOMPOSIT EPOKSI-PS/SERBUK KULIT KERANG DARAH (SKKD) SKRIPSI Oleh ADDRIYANUS TANTRA DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA AGUSTUS 2015

2 PENGARUH KOMPOSISI DAN UKURAN MAKRO SERBUK KULIT KERANG DARAH (ANADORA GRANOSA) TERHADAP KOMPOSIT EPOKSI-PS/SERBUK KULIT KERANG DARAH (SKKD) SKRIPSI Oleh ADDRIYANUS TANTRA SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN PERSYARATAN UNTUK MENJADI SARJANA TEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA AGUSTUS 2015

3 ii

4 iii

5 iv

6 v

7 DEDIKASI Penulis mendedikasi skripsi ini kepada kedua orang tua penulis. Aditya dan Yuliana, yang telah merawat dan membimbing penulis sampai sekarang. vi

8 RIWAYAT HIDUP PENULIS Nama: Addriyanus Tantra NIM: Tempat/Tgl. Lahir: Medan, 22 Februari 1992 Nama orang tua: Aditya Alamat orang tua: Jalan Seikera 197A Medan Asal Sekolah SD Methodist-3, tahun SMP Methodist-3, tahun SMA Methodist-3, tahun Pengalaman organisasi/ kerja: 1. Asisten Lab.OTK (Operasi Teknik Kimia) tahun modul Alat Penukar Panas Pipa Sepusat, Pemecahan dan Pengayakan, Peralatan Pencampuran Fluida, Saluran dengan Penampang Berubah, Kolom Absropsi Gas 2. Anggota Himatek (Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia USU) tahun Wakil Ketua KMB USU (Keluarga Mahasiswa Buddhist USU) tahun Anggota UKM Basket USU tahun Artikel yang telah dipublikasikan dalam Jurnal/Pertemuan Ilmiah: 1. The First International Conference on Science, Technology and Interdisciplinary Research, September , Lampung vii

9 ABSTRAK Dewasa ini, penggunaan polimer di bidang industri berkembang pesat karena keunggulan dari polimer yang bersifat murah, ringan dan tahan korosi. Biasanya polimer tidak digunakan secara sendiri melainkan dicampur dengan bahan lain membentuk komposit sehingga memiliki sifat yang lebih baik. Pada penelitian ini, komposit dibuat dengan resin epoksi sebagai matriks dan dicampur dengan serbuk kulit kerang darah sebagai pengisi. Resin epoksi dipilih sebagai matriks karena sifat ketahanannya kimia maupun cuaca yang baik serta banyak digunakan di berbagai bidang. Serbuk kulit kerang darah dipilih karena kandungan kulit kerang darah yang memungkinkan untuk menguatkan komposit serta memanfaatkan kulit kerang darah yang dianggap sebagai limbah rumah makan. Bahan-bahan yang digunakan dalam membuat komposit adalah polistirena sebagai toughening agent untuk membantu menguatkan komposit, kloroform sebagai pelarut, resin epoksi, hardener polyaminoamide dan serbuk kulit kerang darah. Kulit kerang darah dihancurkan menjadi serbuk terlebih dahulu dengan menggunakan ball mill lalu diayak menggunakan nomor ayakan tertentu. Nomor ayakan yang digunakan terdiri dari 50, 80, 110, 140, 170 mesh. Komposit dibuat dengan melarutkan polistirena (10% berat dari matriks) ke dalam kloroform terlebih dahulu dengan perbandingan 1:4 (b/b), lalu dicampurkan ke dalam resin epoksi yang telah dicampur dengan pengisi serbuk kulit kerang darah dengan komposisi tertentu. Komposisi pengisi yang digunakan pada penelitian ini terdiri dari 10%, 20%, 30%, 40%, dan 50%. Campuran resin diaduk hingga merata lalu dicetak menggunakan alat hot press. Komposit yang telah dicetak kemudian diuji sifat-sifat mekaniknya dan diuji karakteristik SEM dan FTIR. Hasil yang didapat yaitu komposisi kulit kerang optimum terletak pada 30% serta ukuran partikel optimum terletak pada 170 mesh. Hasil dari karakterisasi FTIR adalah penambahan serbuk kulit kerang darah hanya menghasilkan gugus SiOH dan hasil karakterisasi SEM menunjukkan morfologi patahan yang terbagus terdapat pada komposit dengan ukuran pengisi 170 mesh dan komposisi pengisi 30% Kata kunci: resin epoksi, serbuk kulit kerang darah, polistirena, komposit, sifat-sifat mekanik, SEM, FTIR viii

10 ABSTRACT Nowadays, polymer usage in industrial sector is developing greatly because of the advantages of polymer such as inexpensive, lightweight and rustproof. Usually polymer is not used alone but rather blended with other materials in order to create composites which exhibit better properties. In this study, composite is prepared with epoxy resin as matrix and cockle-shell powder as filler. Epoxy resin was chosen as matrix because of its good chemical and weather resistance, and versatile in various application. Cockle-shell powder is used as filler because of its constituent is promising in strengthening composite while reducing waste of cockle-shell. The materials needed to prepare composite are polystyrene as toughening agent, chloroform as solvent, epoxy resin, polyaminomaide hardener and cockle-shell powder. Cockle-shell was crushed into powder using ball mill and then sieved. The sieve used in this study varies from 50, 80, 110, 140, 170 mesh. Composite is prepared by dissolving polystyrene (10% weight by matrix) in chloroform first with the ratio of 1:4 (w/w) and then mixed with mixture consists of epoxy resin pre-mixed with cockle-shell powder using certain composition. The filler composition used in this study varies from 10%, 20%, 30%, 40%, and 50%. Resin mixture is mixed until homogeneous and then casted using hot press machine. The prepared composite is tested to obtain its mechanical properties and SEM and FTIR characteristics. The obtained result from this study is the optimum filler composition is at 30% and optimum particle size is at 170 mesh, the result from FTIR characteristics shows that the addition of cockle-shell powder create groups of SiOH, and SEM characteristics shows that the best fracture surface of composite is shown in the image of composite with 170 mesh particle size and 30% filler composition. keywords: epoxy resin, cockle-shell powder, polystyrene, composite, mechanical properties, SEM, FTIR ix

11 DAFTAR ISI Halaman PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI ii PENGESAHAN iii PRAKATA iv DEDIKASI vi RIWAYAT HIDUP PENULIS vii ABSTRAK viii ABSTRACT ix DAFTAR ISI x DAFTAR GAMBAR xiii DAFTAR TABEL xv DAFTAR LAMPIRAN xvi DAFTAR SINGKATAN xvii DAFTAR SIMBOL xviii BAB I PENDAHULUAN LATAR BELAKANG PERUMUSAN MASALAH TUJUAN PENELITIAN MANFAAT PENELITIAN RUANG LINGKUP PENELITIAN 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA KOMPOSIT DAN KELEBIHANNYA JENIS-JENIS KOMPOSIT Berdasarkan Bahan Matriks Berdasarkan Bahan Pengisi METODE PENYEDIAAN KOMPOSIT Close Molding Process (Pencetakan Tertutup) Open Molding Process (Pencetakan Terbuka) ANTAR FASA/ ANTAR MUKA MATRIKS 12 x

12 2.5.1 Resin Epoksi BAHAN PENGISI (REINFORCEMENTS) Kulit Kerang Darah (Anadora granosa) POLISTIRENA UKURAN MAKRO PARTIKEL DAN MIKRO PARTIKEL PENGUJIAN DAN KARAKTERISASI BAHAN KOMPOSIT Uji Kekuatan Tarik (Tensile Strength) Uji Kekuatan Bentur (Impact Strength) Analisa Penyerapan Air Karakterisasi Fourier Transform Infra Red (FT-IR) Analisa Scanning Electron Microscopy (SEM) ANALISIS BIAYA 25 BAB III METODOLOGI PENELITIAN LOKASI PENELITIAN BAHAN DAN PERALATAN Bahan Peralatan PROSEDUR PENELITIAN Penyediaan Matriks Komposit Penyediaan Pengisi Komposit Proses Pembuatan Komposit PENGUJIAN KOMPOSIT Uji Kekuatan Tarik (Tensile Strength) dengan ASTM D Uji Kekuatan Bentur (Impact Strength) dengan ASTM D Analisa Penyerapan Air 34 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN KARAKTERISASI FOURIER TRANSFORM INFRA RED (FTIR) DARI EPOKSI-PS MURNI DAN KOMPOSIT KOMPOSIT EPOKSI-PS/SERBUK KULIT KERANG DARAH (SKKD) PENGARUH KOMPOSISI DAN UKURAN PARTIKEL SERBUK KULIT KERANG DARAH (ANADORA GRANOSA) TERHADAP SIFAT KEKUATAN TARIK (TENSILE STRENGTH) KOMPOSIT xi

13 EPOKSI-PS/SERBUK KULIT KERANG DARAH (SKKD) PENGARUH KOMPOSISI DAN UKURAN PARTIKEL SERBUK KULIT KERANG DARAH (ANADORA GRANOSA) TERHADAP SIFAT PEMANJANGAN PADA SAAT PUTUS (ELONGATION AT BREAK) KOMPOSIT EPOKSI-PS/SERBUK KULIT KERANG DARAH (SKKD) HUBUNGAN STRESS-STRAIN EPOKSI-PS MURNI DAN KOMPOSIT EPOKSI-PS/SERBUK KULIT KERANG DARAH (SKKD) PENGARUH KOMPOSISI DAN UKURAN PARTIKEL SERBUK KULIT KERANG DARAH (ANADORA GRANOSA) TERHADAP SIFAT KEKUATAN BENTUR (IMPACT STRENGTH) KOMPOSIT EPOKSI-PS/SERBUK KULIT KERANG DARAH (SKKD) PENGARUH KOMPOSISI DAN UKURAN PARTIKEL SERBUK KULIT KERANG DARAH (ANADORA GRANOSA) TERHADAP SIFAT PENYERAPAN AIR (WATER ABSORPTION) KOMPOSIT EPOKSI-PS/SERBUK KULIT KERANG DARAH (SKKD) KARAKTERISASI SCANNING ELECTRON MICROSCOPY (SEM) DARI EPOKSI-PS MURNI DAN EPOKSI-PS/SERBUK KULIT KERANG DARAH (SKKD) 46 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN KESIMPULAN SARAN 50 DAFTAR PUSTAKA 51 xii

14 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Tipe-Tipe Komposit Berdasarkan Jenis Pengisinya 8 Gambar 2.2 Interface Dan Interphases Antara Matriks Dengan Serat 11 Gambar 2.3 Gugus Epoksi 13 Gambar 2.4 Reaksi Pembentukan Resin Epoksi 13 Gambar 2.5 Reaksi Curing Epoksi Tahap 1 14 Gambar 2.6 Reaksi Curing Epoksi Tahap 2 14 Gambar 2.7 Reaksi Curing Epoksi Tahap 3 14 Gambar 2.8 Kulit Kerang Darah (Anadora granosa) 17 Gambar 2.9 Polistirena 19 Gambar 2.10 Gambaran Umum Uji Tarik (Tensile Strength) 21 Gambar 2.11 Spesimen V-Notch Metoda Charpy dan Izod 23 Gambar 2.12 Skema Pengujian Impak 23 Gambar 3.1 Flowchart Prosedur Penyediaan Matriks Komposit 28 Gambar 3.2 Flowchart Prosedur Penyediaan Pengisi Komposit 29 Gambar 3.3 Flowchart Prosedur Pembuatan Komposit 30 Gambar 3.4 Gambar Compression Moulding 31 Gambar 3.5 Gambar Alat Uji Tarik 31 Gambar 3.6 Gambar Alat Uji Bentur 32 Gambar 3.7 Gambar Plat Tensile 32 Gambar 3.8 Gambar Plat Impact 32 Gambar 3.9 Ukuran Dimensi Spesimen Kekuatan Tarik ASTM D Gambar 3.10 Ukuran Dimensi Spesimen Metoda Izod ASTM D Gambar 4.1 Karakteristik FTIR Komposit Epoksi-PS Murni Dan Komposit Epoks PS/Serbuk Kulit Kerang Darah (SKKD) 35 Gambar 4.2 Reaksi Curing Epoksi Tahap 1 36 Gambar 4.3 Reaksi Curing Epoksi Tahap 2 36 Gambar 4.4 Reaksi Curing Epoksi Tahap 3 36 Gambar 4.5 Pengaruh Ukuran Partikel Dan Komposisi Serbuk Kulit Kerang Darah Terhadap Kekuatan Tarik (Tensile xiii

15 Strength) Komposit Epoksi PS/SKKD 37 Gambar 4.6 Pengaruh Ukuran Partikel Dan Komposisi Serbuk Kulit Kerang Darah Terhadap Sifat Pemanjangan Pada Saat Putus (Elongation At Break) Komposit Epoksi-PS/SKKD 39 Gambar 4.7 Hubungan Stress-Strain Epoksi-PS Murni Dan Komposit Epoksi PS/ SKKD (Tensile Strength) Untuk Komposisi 30% 41 Gambar 4.8 Pengaruh Ukuran Partikel Dan Komposisi Serbuk Kulit Kulit Kerang Darah Terhadap Sifat Kekuatan Bentur (Impact Strength) Komposit Epoksi-PS/SKKD 43 Gambar 4.9 Pengaruh Ukuran Partikel Serbuk Kulit Kerang Darah Terhadap Sifat Penyerapan Air Komposit Epoksi-PS/ SKKD Pada Komposisi 30% 45 Gambar 4.10 Karakterisasi SEM (a) Epoksi-PS murni (b) Komposit Epoksi-PS/SKKD Komposisi 30% Ukuran 50 Mesh (c) Komposit Epoksi-PS/SKKD Komposisi 30% Ukuran 170 Mesh (d) Komposit Epoksi-PS/SKKD Komposisi 50% Ukuran 50 Mesh 47 Gambar C.1 Penyediaan Serbuk Kulit Kerang Darah 63 Gambar C.2 Penyediaan Komposit Epoksi-PS/Serbuk Kulit Kerang Darah 63 Gambar C.3 Proses Pencetakan Dengan Alat Hot Press 64 Gambar C.4 Hasil Komposit Epoksi-PS/Serbuk Kulit Kerang Darah (SKKD) 64 Gambar C.5 Alat UTM Gotech AI-7000 M Grid Tensile 65 Gambar C.6 Alat Impact Tester Gotech 65 xiv

16 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1 Spesifikasi Dari Resin Epoksi 15 Tabel 2.2 Komposisi Kimia Serbuk Kulit Kerang 19 Tabel 2.3 Konversi Nilai Mesh Ke Nilai Mikron 20 Tabel 2.4 Rincian Harga Bahan Baku Pembuatan Komposit 25 Tabel 2.5 Perincian Bahan Baku untuk Membuat Komposit 26 Tabel 4.1 Nilai Modulus Young Campuran Epoksi-PS Murni Dan Komposit Epoksi-PS/SKKD Dengan Komposisi 30% 42 Tabel A.1 Data Nilai Modulus Young Dari Komposit Dengan Komposisi 30% 57 Tabel A.2 Data Nilai Kekuatan Tarik 57 Tabel A.3 Data Nilai Pemanjangan Pada Saat Putus 58 Tabel A.4 Data Nilai Kekuatan Bentur 59 Tabel A.5 Data Nilai Penyerapan Air Dari Komposit Dengan Komposisi 30% 60 Tabel B.1 Tabel Konversi Ukuran Mesh ke Mikron 61 xv

17 DAFTAR LAMPIRAN Halaman LAMPIRAN A DATA PENELITIAN 57 A.1 Data Hasil Modulus Young 57 A.2 Data Hasil Kekuatan Tarik 57 A.3 Data Hasil Pemanjangan Saat Putus 58 A.4 Data Hasil Kekuatan Bentur 59 A.5 Data Hasil Penyerapan Air 60 LAMPIRAN B CONTOH PERHITUNGAN 61 LAMPIRAN C DOKUMENTASI PENELITIAN 63 C.1 Penyediaan Serbuk Kulit Kerang Darah 63 C.2 Penyediaan Komposit Epoksi-:PS/Serbuk Kulit Kerang Darah (SKKD) 63 C.3 Proses Pencetakan Dengan Alat Hot Press 64 C.4 Hasil Komposit Epoksi-PS/Serbuk Kulit Kerang Darah (SKKD) 64 C.5 Alat Universal Testing Machine (UTM) Al-7000 M Grid Tensile 65 C.6 Alat Impact Tester Gotech 65 xvi

18 DAFTAR SINGKATAN PS SKKD CaO MgO ASTM FTIR SEM %wt Polistirena Serbuk Kulit Kerang Darah Kalsium Oksida Magnesium Oksida American Standard Testing Method Fourier Transform Infra Red Scanning Electron Microscopy Persen Massa Pengisi xvii

19 DAFTAR SIMBOL Simbol Keterangan Satuan A 0 Luas penampang awal mm 2 F maks Beban maksimum N W e Massa komposit setelah perendaman g W o Massa komposit sebelum perendaman g W g Persentase pertambahan massa komposit % σ Kekuatan tarik N/mm 2 e Pemanjangan pada saat putus % li Panjang spesimen setelah penarikan mm lo Panjang mula-mula spesimen mm Δl Pertambahan panjang mm E Modulus Young N/mm 2 xviii