ANALISIS PENGARUH KOMPOSISI PENGISI TERHADAP KARAKTERISTIK KOMPOSIT POLIPROPILENA-SERBUK KAYU SKRIPSI

Transkripsi

1 ANALISIS PENGARUH KOMPOSISI PENGISI TERHADAP KARAKTERISTIK KOMPOSIT POLIPROPILENA-SERBUK KAYU SKRIPSI Oleh: RIDWAN SYARIF DEPARTEMEN METALURGI DAN MATERIAL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA GENAP 2007/2008

2 ANALISIS PENGARUH KOMPOSISI PENGISI TERHADAP KARAKTERISTIK KOMPOSIT POLIPROPILENA-SERBUK KAYU SKRIPSI Oleh: RIDWAN SYARIF SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK DEPARTEMEN METALURGI DAN MATERIAL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA GENAP 2007/2008

3 PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul : ANALISIS PENGARUH KOMPOSISI PENGISI TERHADAP KARAKTERISTIK KOMPOSIT POLIPROPILENA-SERBUK KAYU yang dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Metalurgi dan Material Departemen Teknik Metalurgi dan Material Fakultas Teknik Universitas Indonesia, sejauh yang saya ketahui bukan merupakan tiruan atau duplikasi dari skripsi yang sudah dipublikasikan dan atau pernah dipakai untuk mendapatkan gelar kesarjanaan di lingkungan Universitas Indonesia maupun di Perguruan Tinggi atau Instansi manapun, kecuali bagian yang sumber informasinya dicantumkan sebagaimana mestinya. Depok, Juli 2008 Ridwan yarif NPM ii

4 PENGESAHAN Skripsi dengan judul : ANALISIS PENGARUH KOMPOSISI PENGISI TERHADAP KARAKTERISTIK KOMPOSIT POLIPROPILENA-SERBUK KAYU dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Mtalurgi dan Material Departemen Teknik Metalurgi dan Material Fakultas Teknik Universitas Indonesia. Skripsi ini telah diujikan pada sidang ujian skripsi pada tanggal 8 Juli 2008 dan dinyatakan memenuhi syarat/sah sebagai skripsi pada Departemen Teknik Metalurgi dan Material Fakultas Teknik Universitas Indonesia. Depok, Juli 2008 Dosen Pembimbing Prof. Dr. Ir. Anne Zulfia, M.Sc NIP iii

5 UCAPAN TERIMA KASIH Penulis mengucapkan terima kasih kepada : Prof. Dr. Ir. Anne Zulfia, 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. Dr. Asmu Wahyu Saptoraharjo Ihsan Safari, S.Si, M.Si Yuda Kelana selaku pembimbing lapangan yang telah bersedia meluangkan waktu untuk memberi pengarahan, diskusi dan bimbingan serta persetujuan sehingga skripsi ini dapat selesai dengan baik. Nyai Astinah H. Haerun Anwar & Hj. Siti Aisyah Asnawi & Siti Mariam beserta segenap keluarga besar selaku orang tua dan keluarga yang dengan sepenuh hati telah bersedia mencurahkan cinta dan kasih sayangnya yang tak terbatas. iv

6 DAFTAR ISI PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI... ii PENGESAHAN...iii UCAPAN TERIMA KASIH... iv ABSTRAK... v ABSTRACT... vi DAFTAR ISI... vii DAFTAR GAMBAR... xii DAFTAR TABEL... xv DAFTAR LAMPIRAN... xvi DAFTAR SINGKATAN... xvii BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Tujuan Penelitian Batasan Masalah... 3 BAB II DASAR TEORI Material Komposit Komposit Bermatriks Polimer (Polymer Matrix Composite) Komposit Polimer-Kayu (Wood Polymer Composite) Pengaruh Jumlah Fraksi Volume Pengisi terhadap Sifat Komposit Polimer Polipropilena Struktur Molekul Polipropilena Karakteristik Umum Polipropilena Viscoelastik Kritalisasi dan Nukleasi Kayu Karet Kandungan Kimia Pohon Karet vii

7 Selulosa Holoselulosa Hemiselulosa Lignin Zat Penggabung (Coupling Agent) Kemampuan Pembasahan (Wettability) Peran Zat Penggabung dalam Komposit PP-Serbuk Kayu Kopolimer Cangkok Polipropilena-Anhidrida Maleat Antioksidan Degradasi pada Polimer Mekanisme Kerja Antioksidan Penangkap Asam (Acid Scavenger) Sisa Katalis hasil polimerisasi Ziegler-Natta Calsium Stearat sebagai Acid Scavanger Preparasi Sampel Peletizing Dry Blending (Mixing) Hot Blending (Pelletizing) Cooling bath Strand Pelletizer Pencetakan Injeksi (Injection Molding) BAB III METODOLOGI Metodologi Pengujian Diagram Alir Formulasi Diagram Alir Pengujian Formulasi Spesifikasi Bahan Resin PP Serbuk Kayu Zat Penggabung (Coupling agent) Zat Penangkap Asam (Acid Scavanger) Anti Oksidan viii

8 3.3 Preparasi Sampel Pengayakan Informasi Umum Kondisi Operasi Prosedur Pengayakan Pengovenan Informasi Umum Kondisi Operasi Prosedur Peng-oven-an Penimbangan Informasi Umum Kondisi Operasi Prosedur Penimbangan Dry Blending Informasi Umum Kondisi Operasi Prosedur proses Pelletizing Informasi Umum Kondisi Operasi Prosedur Pembuatan Pellet Injection Molding Informasi Umum Pengujian Kondisi Operasi Prosedur Pembuatan Spesimen Pengujian Differential Scanning Calorimeter (DSC) Informasi Umum Pengujian Kondisi Operasi Prosedur Pengujian Melt Flow Rate (MFR) Informasi Umum Pengujian ix

9 Kondisi Operasi Prosedur Pengujian Tensile Strength Informasi Umum Pengujian Kondisi Operasi Prosedur Pengujian Uji Fleksural Informasi Umum Pengujian Kondisi Operasi Prosedur Pengujian Izod Impact Stength Informasi Umum Pengujian Kondisi Operasi Prosedur Pengujian Pengujian Kekerasan Informasi Umum Pengujian Kondisi Operasi Prosedur Pengujian SEM (Scanning Electron Microscopy) Informasi Umum Pengujian Kondisi Operasi Prosedur Pengujian BAB IV HASIL PENELITIAN Hasil Preparasi Sampel Hasil DSC (Differential Scanning Calorimeter) Hasil MFR (Melt Flow Rate) Hasil Uji Tarik Hasil Uji Fleksural Hasil Impak Bertakik Hasil Kekerasan Hasil EDX BAB V PEMBAHASAN DAN DISKUSI x

10 5.1 Pengaruh Persentase Berat Serbuk Kayu Terhadap Perubahan Sifat Thermal WPC Pengaruh Persentase Berat Serbuk Kayu Terhadap Sifat Kemampu- Aliran WPC Pengaruh Persentase Berat Serbuk Kayu Terhadap Sifat Mekanik WPC Analisa Permukaan Patahan dan Kekuatan Ikatan Analisis Kontaminan BAB VI KESIMPULAN DAFTAR ACUAN DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN xi

11 DAFTAR GAMBAR Gambar 2. 1 Komposit partikel... 6 Gambar 2. 2 Bentuk molekul rantai polimer lurus (kiri) dan bercabang (kanan)... 8 Gambar 2. 3 Struktur rantai polimer semikristalin yang terdiri dari fasa amorf dan fasa kristalin Gambar 2. 4 Struktur kimia monomer propilena... 9 Gambar 2. 5 Struktur sperulit yang tersusun dari fasa kristalin berlapis Gambar 2. 6 Struktur jaringan pada serat kayu Gambar 2. 7 Struktur kimia selulosa dalam bentuk polimer (kiri) dan monomer (kanan) Gambar 2. 8 Struktur kimia monomer hemiselulosa Gambar 2. 9 Struktur kimia senyawa kompleks lignin Gambar Kesatimbangan tiga permukaan dalam kondisi wetting Gambar Pencangkokan maleat anhidrate pada karbon tersier PP Gambar Struktur kimia molekul PPMA, dimana molekul-anhidridamaleat-nya tercangkok pada ujung rantai polipropilena Gambar Reaksi antara gugus anhidrida pada PPMA dengan gugus hidroksil pada permukaan kayu Gambar Pengikatan bagian Maleat Anhidrat dari PPMA dengan gugus hidroksil kayu dan bagian PP dari PPMA dengan matriks PP Gambar Mekanisme sirkulasi degradasi polimer Gambar Stuktur nimia TiCl 3 dan Al(C 2 H 5 ) 2 Cl Gambar TiCl 5 di permukaan kristal α-ticl 3, memiliki satu orbital kosong. 25 Gambar Reaksi katalis dengan kokatalis Gambar Infiltrasi Propilena dalam senyawa kompleks Gambar Terjadinya perubahan struktur kimia akibat perpindahan electron ketika proses polimerisasi polipropilena Gambar Reaksi propagasi polimerisasi xii

12 Gambar Reaksi Terminasi Gambar 2.23 Struktur kalsium stearat Gambar 2.24 Mesin Extruder Gambar Mesin pencetakan injeksi Gambar 2.26 Prinsip Kerja Pencetakan injeksi Gambar 2.27 Ilustrasi tahapan pencetakan injeksi Gambar 3. 1 Diagram alir preparasi sampel Gambar 3. 2 Diagram alir penelitian Gambar 3. 3 Ilustrasi pembagian zone temperatur pada mesin twin screw extruder Gambar 3. 4 Ilustrasi pembagian zone temperatur pada mesin Gambar 3. 5 Sampel Uji Tarik Gambar 3. 6 Sampel Pengujian Fleksural Gambar 3. 7 Spesimen Pengujian Impak-Izod Gambar 3. 8 Spesimen Pengujian Kekerasan Gambar 4. 1 Serbuk WPC Gambar 4. 2 Pellet WPC memiliki permukaan yang kasar Gambar 4. 3 Perbedaan warna pada pellet WPC (a) dan spesimen hasil injeksi (b) Gambar 4. 4 Titik penambakan EDX pada serbuk kayu dan matriks WPC sample F2 (a), F3 (b), dan F4 (c) yang dianalisis melalui SEM menggunakan detektor Back Scatter Electron Gambar 5. 1 Grafik pengaruh persentase serbuk kayu terhadap suhu kristalisasi 62 Gambar 5. 2 Struktur kristal terbentuk disekitar prmukaan serat kayu, diamati dengan Microskop optik. [44] Gambar 5. 3 Grafik pengaruh persentase serbuk kayu terhadap suhu leleh Gambar 5. 4 Grafik pengaruh persentase serbuk kayu terhadap MFR Gambar 5. 5 Grafik ilustrasi stress versus strain Gambar 5. 6 Hasil lelehan WPC hasil pengujian MFR Gambar 5. 7 Grafik pengaruh persentase serbuk kayu terhadap modulus tarik Gambar 5. 8 Spesimen uji tarik yang telah terdeformasi dan patah xiii

13 Gambar 5. 9 Grafik pengaruh persentase serbuk kayu terhadap elongasi Gambar Mekanisme deformasi material semikristalin; ketika diberi pembebanan tarik, terjadi peregangan pada fasa amorf Gambar Grafik pengaruh persentase serbuk kayu terhadap kekuatan flexural Gambar Grafik pengaruh persentase serbuk kayu terhadap modulus flexural Gambar Grafik pengaruh persentase serbuk kayu terhadap ketahanan impak Gambar Spesimen uji impak yang telah terdeformasi dan patah Gambar Grafik pengaruh persentase serbuk kayu terhadap kekerasan Gambar Pembasahan matriks terhadap serbuk kayu di permukaan WPC hasil analisis SEM Gambar Reaksi antara gugus anhidrida pada PPMA dengan gugus hidroksil pada permukaan kayu Gambar Matriks PP menjerat PP pada PPMA sehingga terbentuk ikatan interlocking Gambar Permukaan Patahan Impak WPC hasil analisis menggunakan SEM Gambar Grafik kandungan kimia pada serbuk kayu Gambar Grafik kandungan kimia pada matriks xiv

14 DAFTAR TABEL Tabel 2. 1 Nomenklatur botani tanaman karet Tabel 3.1 Tabel formulasi Tabel 3.2 Spesifikasi pellet polipropilena Tabel 3.3 Nomenklatur botani tanaman karet Tabel 3.4 Sifat-sifat Licocene PPMA Tabel 3.5 Sifat-sifat Palmstar CaSt Tabel 3.6 Sifat-sifat CN-CAT A Tabel 3.7 Sifat-sifat CN-CAT A Tabel 3.8 Sifat-sifat CN-CAT B Tabel 4. 1 Hasil pengujian DSC Tabel 4. 2 Hasil pengujian MFR Tabel 4. 3 Hasil pengujian tarik Tabel 4. 4 Hasil pengujian fleksural Tabel 4. 5 Hasil pengujian impak Tabel 4. 6 Hasil pengujian kekerasan Tabel 4. 7 Hasil analisis EDX xv

15 DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1 Hasil uji tarik Lampiran 2 Hasil uji fleksural Lampiran 3 Hasil uji impak Lampiran 4 Hasil EDX xvi

16 DAFTAR SINGKATAN BSE DSC EDX F1 F2 F3 F4 F5 MFR PP SE SEM T g T kris T m WPC Back Scatter Electron Differential Scanning Calorimeter Energy Dispersive X-ray Formulasi Satu Formulasi Dua Formulasi Tiga Formulasi Empat Formulasi Lima Melt Flow Rate Polipropilena Secondary Electron Scanning Electron Microscopy Temperatur glass Suhu kristalisasi Suhu leleh Wood Polymer Composite xvii