PENGARUH PERLAKUAN ALKALI, FRAKSI VOLUME SERAT, DAN PANJANG SERAT TERHADAP KEKUATAN TARIK KOMPOSIT SABUT KELAPA - POLYESTER Skripsi Sebagai Persyaratan Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik YUDHA YOGA PRATAMA I 0309052 JURUSAN TEKNIK INDUSTRI FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2014
LEMBAR PENGESAHAN PENGARUH PERLAKUAN ALKALI, FRAKSI VOLUME SERAT, DAN PANJANG SERAT TERHADAP KEKUATAN TARIK KOMPOSIT SABUT KELAPA - POLYESTER S K R I P S I oleh : Yudha Yoga Pratama I0309052 Telah disidangkan di Jurusan Teknik Industri Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret dan diterima guna memenuhi persyaratan untuk mendapat gelar Sarjana Teknik. Pada Hari : Kamis Tim Penguji : Tanggal : 16 Januari 2014 1. Ir. R. Hari Setyanto, M.si (... ) NIP. 19630424 199702 1 001 2. Ilham Priadythama, ST, MT (... ) NIP. 19801124 200812 1 002 3. Dr. Eko Pujiyanto, S.Si., MT (... ) NIP.19700612 199702 1 001 4. Pringgo Widyo Laksono, ST., M.Eng (... ) NIP. 19791103 200501 1 003 Mengesahkan, Ketua Jurusan Teknik Industri Fakultas Teknik, Dr. Cucuk Nur Rosyidi, ST, MT NIP. 19711104 199903 1 001 ii
SURAT PERNYATAAN ORISINALITAS KARYA ILMIAH Saya mahasiswa Jurusan Teknik Industri Fakultas Teknik UNS yang bertanda tangan di bawah ini: Nama : Yudha Yoga Pratama NIM : I 0309052 Judul tugas akhir : Pengaruh Perlakuan Alkali, Fraksi Volume Serat, dan Panjang Serat Terhadap Kekuatan Tarik Komposit Sabut Kelapa - Polyester Dengan ini saya menyatakan bahwa Tugas Akhir atau Skripsi yang saya susun tidak mencontoh atau melakukan plagiat dari karya tulis orang lain. Jika terbukti Tugas Akhir yang saya susun tersebut merupakan hasil plagiat dari karya orang lain maka Tugas Akhir yang saya susun tersebut dinyatakan batal dan gelar sarjana yang saya peroleh dengan sendirinya dibatalkan atau dicabut. Demikian surat pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya dan apabila di kemudian hari terbukti melakukan kebohongan maka saya sanggup menanggung segala konsekuensinya. Surakarta, 29 Januari 2014 Yudha Yoga Pratama I0309052 iii
SURAT PERNYATAAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH Saya mahasiswa Jurusan Teknik Industri UNS yang bertandatangan di bawah ini, Nama : Yudha Yoga Pratama NIM : I 0309052 Judul tugas akhir : Pengaruh Perlakuan Alkali, Fraksi Volume Serat, dan Panjang Serat Terhadap Kekuatan Tarik Komposit Sabut Kelapa - Polyester Menyatakan bahwa Tugas Akhir (TA) atau Skripsi yang saya susun sebagai syarat lulus Sarjana S1 disusun secara bersama-sama dengan Pembimbing I dan Pembimbing II. Bersamaan dengan syarat pernyataan ini bahwa hasil penelitian dari Tugas Akhir (TA) atau Skripsi yang saya susun bersedia digunakan untuk publikasi dari proceeding, jurnal, atau media penerbit lainnya baik ditingkat nasionalmaupun internasional sebagaimana mestinya yang merupakan bagian dari publikasi karya ilmiah. Demikian surat pernyataan ini saya buat dengan sebenar-benarnya. Surakarta, 29 Januari 2014 Yudha Yoga Pratama I0309052 iv
KATA PENGANTAR Dengan segala kerendahan hati dan kebesaran jiwa, penulis panjatkan puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Kuasa yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini seperti yang diharapkan. Atas bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak, penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: 1. Allah SWT karena atas segala izin, rizki, dan rahmat-nya penulis berhasil menyelesaikan laporan Tugas Akhir ini. 2. Kedua orang tua, serta adik saya, terima kasih atas kasih sayang, dukungan dan doa yang tiada pernah terputus. 3. Bapak Dr. Cucuk Nur Rosyidi, ST, MT selaku Ketua Jurusan Teknik Industri Universitas Sebelas Maret. 4. Bapak Ir. R. Hari Setyanto, MSi dan Ilham Priadythama, ST, MT, selaku dosen pembimbing yang banyak memberikan motivasi dan masukan untuk kemajuan tugas akhir ini. 5. Bapak Dr. Eko Pujiyanto, S.Si., MT dan Bapak Pringgo Widyo Laksono, ST., M.Eng, selaku dosen penguji yang telah memberikan kritik dan saran yang bersifat membangun bagi perbaikan tugas akhir ini. 6. Ilham Priadythama, ST, MT selaku dosen pembimbing akademik yang telah banyak memberikan bimbingan dan arahan selama ini. 7. Seluruh bapak dan ibu dosen Teknik Industri yang telah mewariskan seluruh ilmu Teknik Industri kepada penulis. 8. Karyawan Teknik Industri Universitas Sebelas Maret, terima kasih atas segala dukungan dan bantuan yang diberikan selama kuliah hingga sidang Tugas Akhir. 9. Mas Maruto sebagai laboran Laboratorium Material Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret yang memberikan masukan dan bantuan selama pengujian spesimen. 10. Mas Willy, Mas Bayu, Mas Aji Benot, Mas Basir dan Mas Levi yang menjadi teman bertukar pikiran saat mengalami commit to kesulitan user v
11. Teman-teman sesama asisten P3, Anggriawan, Adnan, Fitri, Quraish, dan Yudhi yang banyak memberikan dukungan dan canda tawa serta keceriaan. 12. Teman-teman asisten LSK, Esti, Novita, Syarifah, Desi yang telah sudi membantu memberikan pencerahan tentang statistika. 13. Teman dari ITB Dewi Keswani yang membantu memberikan dan mengajari tentang software SAS. 14. Putri Nur F atas semangat, doa dan pengertiannya serta tempat berbagi cerita suka duka. 15. Teman-teman seperjuangan Teknik Industri angkatan 09 untuk semua kebersamaan baik dalam suka dan duka. 16. Seluruh pihak-pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu, atas segala bimbingan, bantuan, kritik, dan saran dalam penyusunan tugas akhir ini. Semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi rekan-rekan mahasiswa maupun siapa saja yang membutuhkannya. Penulis menyadari bahwa laporan tugas akhir ini masih jauh dari sempurna, dengan senang hati dan terbuka penulis menerima segala saran dan kritik yang membangun. Surakarta, Januari 2014 Penulis vi
ABSTRAK Yudha Yoga Pratama, NIM : I0309052. PENGARUH PERLAKUAN ALKALI, FRAKSI VOLUME SERAT, DAN PANJANG SERAT TERHADAP KEKUATAN TARIK KOMPOSIT SABUT KELAPA- POLYESTER. Skripsi. Surakarta : Jurusan Teknik Industri Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret, Januari 2014. Ketersediaan kayu di Indonesia belum dapat memenuhi kebutuhannya, hal ini membuka kesempatan untuk dilakukan penelitian tentang material pengganti. Sabut kelapa material yang sangat potensial untuk digunakan sebagai bahan komposit pengganti kayu, karena ketersediaannya yang melimpah dan pemanfaatannya yang masih rendah. Sementara itu, beberapa faktor dipelajari sebagai variabel yang mempengaruhi komposit serat alam. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh perlakuan alkali, panjang serat dan fraksi volume serat serta interaksi antar faktor tersebut terhadap kekuatan tarik komposit sabut kelapa-polyester. 108 buah komposit dibuat untuk spesimen uji tarik yang mengacu pada standar ASTM D 638. Data hasil pengujian diolah menggunakan full factorial experiment, terdapat tiga faktor yang diuji yaitu, faktor perlakuan alkali (1 jam, 2 jam, 3 jam dan 4 jam), faktor panjang serat (10 mm, 20 mm, dan 30mm), dan fraksi volume serat (35%, 40%, dan 45%). Hasil eksperimen diperoleh bahwa masing-masing faktor dan interaksi faktor berpengaruh terhadap kekuatan tarik komposit sabut kelapa-polyester. Nilai kekuatan tarik tertinggi adalah sebesar 21,24 MPa untuk komposit dengan perlakuan alkali 2 jam, panjang serat 10 mm, dan fraksi volume serat 35%. Nilai ini telah memenuhi standart minimal kekuatan tarik papan serat berkerapatan tinggi kerapatan tinggi (hardboard) menurut ANSI A135.4 2004. Kata kunci : komposit, kekuatan tarik, sabut kelapa, perlakuan alkali, panjang serat, fraksi volume. xv + 86 halaman ; 17 tabel ; 32 gambar ; 4 lampiran ; daftar pustaka : 63 (1975-2013) vii
ABSTRACT Yudha Yoga Pratama, NIM : I0309052. THE INFLUENCE OF ALKALI TREATMENT, FIBER LENGTH AND FIBER VOLUME FRACTION TO TENSILE STRENGHT OF COCO-FIBER POLYESTER COMPOSITE. Thesis. Surakarta : Industrial Engineering Department, Engineering Faculty, Sebelas Maret University, January 2014. Production of wood in Indonesia is no longer able to meet their need, which is opening an opportunity for study in material alternatives. Coconut fiber is very potential material for wood replacement composite, since its availability is abundant and its utilization is still low. Meanwhile, some factors has been studied as single affecting variable for natural fiber composite. The objective of this study is to evaluate the influence factors of alkali treatment, fiber length, fiber volume fraction and interaction between factors on the tensile strenght of coco-fiber polyester composite. 108 pieces of composites have been prepared as speciments of tensile test which comply ASTM D 638 standard. The testing result was processed using completely randomized full factorial experiment, there are three factors were tested,i.e. alkali treatment (1 hour, 2 hours, 3 hours and 4 hours), fiber length (10 mm, 20 mm, and 30mm), and fiber volume fraction (35 %, 40 %, and 45%). The experimet result showed that each of these factors and interaction between factors influence the tensile strength of coco fiber-polyester composite. The highest value of tensile strength is equal to 21.24 MPa for the composite with alkali treatment 2 hours, 10 mm fiber length and fiber volume fraction of 35 %. This value has met the standard minimum tensile strength of hardboard according to ANSI A135.4 2004. Keywords : composite, tensile strength, coconut fiber, alkali treatment, fiber length, volume fraction Xv + 86 pages ; 17 tables ; 32 pictures ; 4 appendices ; references : 63 (1975-2013) viii
DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL i LEMBAR PENGESAHAN ii SURAT PERNYATAAN ORISINALITAS KARYA ILMIAH iii SURAT PERNYATAAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH iv KATA PENGANTAR v ABSTRAK vii ABSTRACT viii DAFTAR ISI ix DAFTAR TABEL xii DAFTAR GAMBAR xiii DAFTAR LAMPIRAN xv BAB I PENDAHULUAN I-1 1.1 Latar Belakang I-1 1.2 Perumusan Masalah I-3 1.3 Tujuan Penelitian I-3 1.4 Manfaat Penelitian I-4 1.5 Batasan Masalah I-4 1.6 Sistematika Penulisan I-4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA II-1 2.1 KOMPOSIT... II-1 2.2 Pengertian Komposit Sandwich... II-6 2.3 Material Penyusun Komposit... II-6 2.4 Perlakuan Alkali... II-10 2.5 Fraksi Volume... II-11 2.6 Pengujian Densitas... II-11 2.7 Pengujian Tarik... II-12 2.7.1 Tegangan Tarik... II-13 2.7.2 Regangan Tarik... II-13 2.7.3 Modulus Elastisitas... II-14 2.7.4 Standar Uji Tarik... II-14 ix
2.8 KLASIFIKASI PARTICLEBOARD... II-15 2.9 PERANCANGAN EKSPERIMEN... II-15 2.9.1 Tujuan Dsain Eksperimen... II-17 2.9.2 Faktorial Eksperimen... II-18 2.9.3 Pengujian Asumsi-Asumsi ANOVA... II-18 2.10 KAJIAN PUSTAKA... II-24 BAB III METODOLOGI PENELITIAN... III-1 3.1 IDENTITAS PENELITIAN... III-1 3.1.1 Tempat Penelitian... III-1 3.1.2 Orientasi Penelitian... III-1 3.1.3 Rancangan Eksperimen... III-1 3.2 METODE PENELITIAN... III-9 3.2.1 Persiapan Material... III-10 3.2.2 Pembuatan Spesimen... III-14 3.2.3 Pengujian Tarik... III-16 BAB IV PENGUMPULAN DAN PENGOLAHAN DATA... IV-1 4. 1 PENGUMPULAN DATA... IV-1 4.1.1 Hasil Pengukuran Massa Jenis Serat... IV-1 4.1.2 Spesimen Uji Tarik... IV-1 4.1.3 Data Hasil Eksperimen... IV-2 4.1.4 Perhitungan Nilai Densitas Komposit... IV-4 4.1.5 Uji Data Hasil Pengukuran Eksperimen... IV-5 4. 2 PENGOLAHAN DATA... IV-9 4.2.1 Uji ANOVA... IV-9 4.2.2 Uji Pembanding Ganda... IV-15 4.2.3 Permukaan Patahan Uji Tarik... IV-22 4.2.4 Uji Pembanding... IV-23 BAB V ANALISIS HASIL... V-1 5.1 ANALISIS HASIL UJI TARIK... V-1 5.1.1 Analisis Kekuatan Tarik Komposit Berdasarkan Standart ANSI Hardboard 2004... V-1 5.1.2 Pengaruh Faktor commit Perlakuan to user Alkali Terhadap x
Kekuatan Tarik Komposit... V-2 5.1.3 Pengaruh Faktor Panjang Serat Terhadap Kekuatan Tarik Komposit... V-3 5.1.4 Pengaruh Faktor Fraksi Volume Serat Terhadap Kekuatan Tarik Komposit... V-4 5.1.5 Interasi Faktor Perlakuan Alkali dan Panjang Serat Terhadap Kekuatan Tarik Komposit... V-6 5.1.6 Interasi Faktor Perlakuan Alkali, Panjang Serat dan Fraksi Volume Serat Terhadap Kekuatan Tarik Komposit... V-7 5.1.7 Analisis Permukaan Patah Uji Tarik... V-8 5.2 Pembandingan Spesimen Dengan Kombinasi Terbaik Dibandingkan Dengan Serat Tanpa Perlakuan... V-11 5.3 PROSES MANUFAKTUR... V-12 BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN... VI-1 6.1 KESIMPULAN... VI-1 6.2 SARAN... VI-2 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN xi
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Sifat-sifat mekanik serabut kelapa... II-7 Tabel 2.2 Sifat-sifat fisika serabut kelapa... II-8 Tabel 2.3 Tabel kekuatan tarik beberapa polimer... II-10 Tabel 2.4 Skema umum data sampel eksperimen faktorial... II-21 Tabel 2.5 Skema ANOVA eksperimen factorial dengan tiga faktor desain acak sempurna... II-21 Tabel 3.1 Layout pengumpulan data eksperimen 4x3x3... III-5 Tabel 3.2 Urutan eksperimen factorial experiment completely Randomized design 4x3x3... III-8 Tabel 4.1 Hasil pengukuran nilai kuat tarik (MPa)... IV-2 Tabel 4.2 Nilai densitas komposit serabut kelapa polyester... IV-5 Tabel 4.3 Residual data uji tarik... IV-7 Tabel 4.4 ANOVA untuk nilai kuat tarik (MPa)... IV-11 Tabel 4.5 Hasil perhitungan ANOVA uji tarik komposit... IV-14 Tabel 4.6 Hasil perhitungan ANOVA menggunakan MINITAB... IV-14 Tabel 4.7 Rata rata perlakuan alkali... IV-16 Tabel 4.8 Rata rata panjang serat... IV-17 Tabel 4.9 Rata rata fraksi volume serat... IV-29 Tabel 4.10 Rata rata interasi faktor pengaruh alkali dan faktor panjang serat... IV-20 xii
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Gambar 2.2 Gambar 2.3 Gambar 3.1 Gambar 3.2 Gambar 3.3 Gambar 3.4 Gambar 3.5 Gambar 3.6 Gambar 3.7 Gambar 3.8 Gambar 3.9 Tipe serat pada komposit... II-3 Komposit Sandwich... II-6 Bentuk spesimen uji tarik tipe I berdasar standar D 638-99... II-14 Flowchart Metode Penelitian... III-9 Mesin Hot Press... III-11 Mesin Cool Press... III-12 Mesin Uji Tarik... III-12 Serat Sabut Kelapa... III-12 a) Sabut kelapa 10 mm, (b) Sabut kelapa 20 mm, (c) Sabut kelapa 30 mm... III-13 Larutan NaOH 5%... III-13 Pengukuran massa jenis serat... III-14 Pengepresan serat sabut kelapa... III-15 Gambar 3.10 Bentuk spesimen uji tarik tipe I berdasar standar Gambar 4.1 Gambar 4.2 Gambar 4.3 Gambar 4.4 Gambar 4.5 Gambar 4.6 Gambar 4.7 Gambar 4.8 Gambar 4.9 D 638-99... III-16 Spesimen uji tarik... IV-1 Spesimen saat pengujian tarik... IV-2 Grafik kuat tarik komposit dengan panjang serat 10 mm... IV-3 Grafik kuat tarik komposit dengan panjang serat 20 mm... IV-3 Grafik kuat tarik komposit dengan panjang serat 30 mm... IV-3 Normal probability plot (a) dan histogram data normal (b)... IV-7 Hasil plot residual data uji tarik komposit... IV-9 Hasil plot residual data uji tarik komposit dengan MINITAB... IV-9 Patahan dilihat dari atas (a), Patahan dilihat tegak lurus penampang (b)... IV-23 Gambar 4.10 Patahan dilihat dari atas telihat adanya fiber pull out (a), Patahandilihat tegak lurus penampang terlihat lubang-lubang fiber pull out (b)...iv-23 xiii
Gambar 5.1 Grafik kekuatan tarik berdasarkan faktor perlakuan alkali... V-2 Gambar 5.2 Grafik kekuatan tarik berdasarkan faktor panjang serat... V-3 Gambar 5.3 Grafik kekuatan tarik berdasarkan faktor fraksi volume... V-5 Gambar 5.4 Grafik kekuatan tarik berdasarkan interaksi faktor perlakuan alkali dan faktor panjang serat... V-6 Gambar 5.5 Grafik kekuatan tarik berdasarkan interaksi faktor perlakuan alkali, fraksi volume dan faktor panjang serat... V-8 Gambar 5.6 Fiber pull out pada penampang patahan spesimen... V-9 Gambar 5.7 Permukaan patah pada komposit perlakuan alkali 2 jam... V-10 Gambar 5.8 Permukaan patah pada komposit perlakuan alkali 3 jam... V-10 Gambar 5.9 Permukaan patah pada komposit perlakuan alkali 4 jam... V-11 xiv
DAFTAR LAMPIRAN Lampiran L 1.1 Perhitungan massa jenis sabut kelapa dengan perendaman alkali 1 jam... L1-1 Lampiran L 1.2 Perhitungan massa jenis sabut kelapa dengan perendaman alkali 2 jam... L1-1 Lampiran L 1.3 Perhitungan massa jenis sabut kelapa dengan perendaman alkali 3 jam... L1-2 Lampiran L 1.4 Perhitungan massa jenis sabut kelapa dengan perendaman alkali 4 jam... L1-2 Lampiran L 1.5 Data kebutuhan bahan eksperimen... L1-3 Lampiran L 2.1 Perhitungan uji liliefors... L2-1 Lampiran L 2.2 Residual data... L2-4 Lampiran L 3.1 Output hasil uji SNK... L3-1 Lampiran L4.1 Tabel Studentized Range... L4-1 Lampiran L4.2 Tabel distribusi t... L4-2 xv