digilib.uns.ac.id PENGARUH FRAKSI VOLUME PARTIKEL TERHADAP KETAHANAN BAKAR KOMPOSIT FLY ASH-RIPOXY R-802 SKRIPSI Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Oleh: YOGA PRASETYA NIM I0407064 JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2015
digilib.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id iii iii
digilib.uns.ac.id iv PENGARUH FRAKSI VOLUME PARTIKEL TERHADAP KETAHANAN BAKAR KOMPOSIT FLY ASH-RIPOXY R-802 Yoga Prasetya Jurusan Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret Email: ablaze666@gmail.com Abstrak Tujuan penelitian ini adalah untuk menyelidiki pengaruh fraksi volume serbuk/partikel fly ash (FA) terhadap ketahanan bakar (burning rate dan surface burning) komposit partikel FA-ripoxy R-802. Resin ripoxy R-802 yang mempunyai sifat flame resistance digunakan sebagai matrik. Serbuk FA (limbah sisa pembakaran batubara) diayak untuk menghasilkan serbuk dengan ukuran 75 µm (lolos mesh 200). Serbuk FA dipanaskan di dalam oven pada suhu 105 o C selama 45 menit. Kemudian serbuk FA dicampurkan dengan resin ripoxy R-802 pada variasi fraksi volume FA terhadap resin 0-50%. Pembuatan komposit dilakukan dengan metode hand lay-up dengan press mould. Komposit dikenakan perlakukan finishing dan post curing di dalam oven pada suhu 80 o C selama 120 menit. Pengujian ketahanan bakar komposit ini dilakukan sesuai standar ASTM D-635 untuk burning rate dan ASTM D-5048 untuk surface burning. Indikator dari burning rate ditentukan dari data time to ingnition (TTI) dan rate of burning (ROB). Indikator dari surface burning ditentukan dari ada atau tidak adanya lubang pada spesimen. Hasil penelitian menunjukan bahwa penambahan fraksi volume serbuk FA meningkatkan ketahanan bakar komposit FA-ripoxy R-802. Hal ini ditunjukan pada pengujian burning rate penambahan fraksi volume serbuk FA meningkatkan TTI dan menurunkan ROB. Pada pengujian surface burning, penambahan fraksi volume serbuk FA dapat mengurangi dekomposisi komposit yang ditunjukan oleh semakin rendahnya tinggi cembungan dan mengecilnya diameter cembungan. Kata kunci: fly ash, ripoxy R-802, burning rate, time to ignition, rate of burning, surface burning. iv
digilib.uns.ac.id v THE EFFECT OF VOLUME FRACTION FOR BURNING ENDURANCE OF PARTICULATE COMPOSITE FLY ASH-RIPOXY R-802 Yoga Prasetya Mechanical Engineering Department Sebelas Maret University Email: ablaze666@gmail.com Abstract The objective of this research is to investigate the effect of the volume fraction of fly ash (FA) particle on the burning endurance (burning rate and surface burning) of the particulate composite FA-ripoxy R-802. Flame resistance resin ripoxy R-802 was used as matrix for this composite. FA particle/tile powder (waste of coal combustion) was sieved for particle size 75 µm (passing trough from mesh 200). The FA powder was heated in an oven at 105 o C for 45 minutes. Then FA powder was mixed with resin ripoxy R-802, the content of FA powder was varied into resin for 0-50% composition. The composite was made by hand lay-up method with press mould. Composite was given finishing treatment and post curing treatment in oven with 80 o C temperature for 120 minute. The burning endurance on the composite was conducted based on the standard of ASTM D-635 for burning rate and ASTM D- 5048 for surface burning. The indicator of burning rate was determined by the data of time to ignition (TTI) and rate of burning (ROB). The indicator of surface burning was determined by the test bar may have or may not have burn trough. The results of this research shows the addition volume fraction of FA improves the burning endurance of the composite of FA-ripoxy R-802 as indicated in burning rate by the increase in TTI and the decrease of ROB. In the surface burning, the addition volume fraction of FA decreases the decomposition of the composite of FA-ripoxy R-802 as indicated by the decrease in the height of corvex and the decrease in the diameter of corvex. Keyword: fly ash, ripoxy R-802, burning rate, time to ignition, rate of burning, surface burning. v
digilib.uns.ac.id vi KATA PENGANTAR Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat-nya penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Tujuan penulisan skripsi ini adalah untuk memenuhi sebagian persyaratan guna mencapai gelar sarjana teknik di Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta. Penulis mengucapkan terima kasih yang sangat mendalam kepada semua pihak yang telah berpartisipasi dalam penelitian dan penulisan skripsi ini, khususnya kepada: 1. Prof. Dr. Kuncoro Diharjo, ST., MT. selaku pembimbing I yang dengan sabar dan pengertian telah memberikan banyak bantuan dalam penelitian dan penulisan skripsi ini. 2. Bapak Didik Djoko Susilo, ST., MT. selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik UNS. 3. Dosen-dosen Teknik Mesin FT UNS yang telah membuka wacana keilmuan penulis. 4. Maruto Adi P, ST. di Lab. Material Teknik Mesin UNS yang telah membantu penulis dalam pengujian spesimen. 5. Teman-teman dari TMNT dan KMTM yang telah memberikan motivasi dan dorongan moril serta spiritual baik secara langsung maupun tidak langsung. 6. Berbagai pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu, atas bantuan dan dorongan semangat serta doanya, terima kasih. Penulis menyadari, bahwa dalam skripsi ini masih terdapat banyak kekurangan. Oleh karena itu bila ada saran, koreksi, dan kritik demi kesempurnaan skripsi ini, akan penulis terima dengan ikhlas dan dengan ucapan terima kasih. Surakarta, 25 Mei 2015 Penulis vi
digilib.uns.ac.id vii DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL... i SURAT TUGAS ii HALAMAN PENGESAHAN..... iii ABSTRAK.. iv ABSTRACT v KATA PENGANTAR... vi DAFTAR ISI... vii DAFTAR GAMBAR... viii DAFTAR TABEL. ix DAFTAR LAMPIRAN. x BAB I. PENDAHULUAN... 1 1.1. Latar Belakang... 1 1.2. Rumusan Masalah... 2 1.3. Tujuan dan Manfaat Penelitian... 3 1.4. Sistematika Penulisan.. 3 BAB II. LANDASAN TEORI... 4 2.1. Tinjauan Pustaka... 4 2.2. Kajian Teori... 6 2.2.1. Pengertian Komposit...... 6 2.2.2. Matriks...... 7 2.2.3. Polimer...... 7 2.2.4. Serbuk Fly Ash.... 8 2.2.5. Ripoxy R-802...... 8 2.2.6. Fraksi Volume Komposit... 9 2.2.7. Proses Pembuatan Komposit... 10 2.2.8. Kajian Teori Pengujian Burning Rate. 11 2.2.9. Kajian Teori Pengujian Surface Burning... 13 2.2.10. Kajian Teori Pembakaran... 15 2.2.11. Karakterisasi Material Serbuk Fly Ash... 17 BAB III. METODE PENELITIAN... 19 3.1. Tempat Penelitian... 19 3.2. Bahan Penelitian... 19 3.3. Alat Penelitian... 19 3.4. Pembuatan Spesimen Uji... 21 3.5. Tahap Pengujian... 23 3.6. Pengolahan Data... 24 3.7. Diagram Alir... 25 BAB IV. HASIL DAN ANALISA. 26 4.1. Uji Densitas... 26 4.2. Burning Rate... 27 4.3. Surface Burning... 31 BAB V. PENUTUP... 36 5.1. Kesimpulan... 36 5.2. Saran... 36 DAFTAR PUSTAKA... 37 LAMPIRAN 40 vii
digilib.uns.ac.id viii DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1. Proses hand lay up... 10 Gambar 2.2. Skema pengujian burning rate.. 11 Gambar 2.3. Tipe spesimen uji burning rate sesuai ASTM D 635.. 11 Gambar 2.4. Ketahanan bakar UL 94... 12 Gambar 2.5. Skema pengujian surface burning... 14 Gambar 2.6. Tipe specimen uji surface burning sesuai ASTM D 5048... 14 Gambar 2.7. Beberapa cara volatile dihasilkan dari padatan... 15 Gambar 2.8. Hasil SEM serbuk fly ash dengan pembesaran 10000X... 17 Gambar 3.1. Bahan penelitian... 19 Gambar 3.2. Alat penelitian... 20 Gambar 3.3. Spesimen uji burning rate dengan fraksi volume fly ash Gambar 3.4. 0%, 10%, 20%, 30%, 40% dan 50%... 22 Spesimen uji surface burning dengan fraksi volume fly ash 0%, 10%, 20%, 30%, 40% dan 50%... 22 Gambar 3.5. Pengujian burning rate 23 Gambar 3.6. Pengujian surface burning... 23 Gambar 3.7. Diagram alir penelitian 25 Gambar 4.1. Gambar 4.2. Gambar 4.3. Gambar 4.4. Gambar 4.5. Kurva hubungan antara penambahan kandungan fly ash dengan densitas teoritis dan aktual pada komposit fly ashripoxy R-802.... 26 Foto makro patahan komposit dengan penambahan fraksi volume serbuk fly ash 20%, 30%,40% dan 50%... 27 Kurva pengaruh fraksi volume serbuk fly ash terhadap time to ignition dan rate of burning... 27 Spesimen uji setelah pengujian burning rate dengan kandungan fly ash 0%, 10%, 20%, 30%, 40% dan 50%... 29 Spesimen uji setelah pengujian surface burning dengan kandungan fly ash 0%, 10%, 20%, 30%, 40% dan 50%... 31 Gambar 4.6. Hasil pengujian surface burning spesimen uji 20%, dekomposisi pada spesimen uji 20% dan skema dekomposisi pada spesimen... 33 Gambar 4.7. Kurva pengaruh fraksi volume serbuk fly ash terhadap tinggi cembungan dan diameter cembungan... 34 viii
digilib.uns.ac.id ix DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1. Sifat resin ripoxy R-802... 9 Tabel 2.2. Tabel ketahanan bakar UL 94.. 13 Tabel 2.3. Formasi volatile dari padatan yang dapat terbakar.. 16 Tabel 2.4. Kandungan unsur utama serbuk fly ash berdasarkan hasil uji XRF 17 Tabel 3.1. Variabel penelitian variasi kandungan serbuk fly ash. 21 ix
digilib.uns.ac.id x DAFTAR LAMPIRAN Halaman LAMPIRAN 1. Data hasil pengujian densitas actual.. 41 LAMPIRAN 2. Data batas atas dan batas bawah densitas actual 42 LAMPIRAN 3. Data hasil perhitungan densitas teoritis. 42 LAMPIRAN 4. Data perhitungan porositas 42 LAMPIRAN 5. Data hasil pengujian burning rate..... 43 LAMPIRAN 6. Data batas atas dan batas bawah rate of burning... 44 LAMPIRAN 7. Data batas atas dan batas bawah time to ignition... 44 LAMPIRAN 8. Data hasil pengujian surface burning 45 LAMPIRAN 9. Data batas atas dan batas bawah tinggi cembungan.. 45 LAMPIRAN 10. Data batas atas dan batas bawahdiameter cembungan... 45 x