PENGARUH KOMPOSISI DAN UKURAN MAKRO SERBUK
KULIT KERANG DARAH (
ANADORA GRANOSA
)
TERHADAP KOMPOSIT EPOKSI-PS/SERBUK KULIT
KERANG DARAH (SKKD)
SKRIPSI
Oleh
ADDRIYANUS TANTRA
100405034
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
PENGARUH KOMPOSISI DAN UKURAN MAKRO SERBUK
KULIT KERANG DARAH (
ANADORA GRANOSA
)
TERHADAP KOMPOSIT EPOKSI-PS/SERBUK KULIT
KERANG DARAH (SKKD)
SKRIPSI
Oleh
ADDRIYANUS TANTRA
100405034
SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN
PERSYARATAN UNTUK MENJADI SARJANA TEKNIK
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
DEDIKASI
RIWAYAT HIDUP PENULIS
Nama: Addriyanus Tantra NIM: 100405034
Tempat/Tgl. Lahir: Medan, 22 Februari 1992 Nama orang tua: Aditya
Alamat orang tua:
Jalan Seikera 197A Medan 20234
Asal Sekolah
SD Methodist-3, tahun 1998-2004 SMP Methodist-3, tahun 2004-2007 SMA Methodist-3, tahun 2007-2010
Pengalaman organisasi/ kerja:
1. Asisten Lab.OTK (Operasi Teknik Kimia) tahun 2013-2015 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 2010-2014
3. Wakil Ketua KMB USU (Keluarga Mahasiswa Buddhist USU) tahun 2013
4. Anggota UKM Basket USU tahun 2011-2014
Artikel yang telah dipublikasikan dalam Jurnal/Pertemuan Ilmiah: 1. The First International Conference on Science, Technology and
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%
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.
DAFTAR ISI
Halaman
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI ii
PENGESAHAN iii
PRAKATA iv
DEDIKASI vi
RIWAYAT HIDUP PENULIS vii
ABSTRAK viii
1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 5
2.1 KOMPOSIT DAN KELEBIHANNYA 5
2.2 JENIS-JENIS KOMPOSIT 6
2.2.1 Berdasarkan Bahan Matriks 6
2.2.2 Berdasarkan Bahan Pengisi 7
2.3 METODE PENYEDIAAN KOMPOSIT 8
2.3.1 Close Molding Process (Pencetakan Tertutup) 8 2.3.2 Open Molding Process (Pencetakan Terbuka) 10
2.4 ANTAR FASA/ ANTAR MUKA 10
2.5.1 Resin Epoksi 13
2.6 BAHAN PENGISI (REINFORCEMENTS) 16
2.6.1 Kulit Kerang Darah (Anadora granosa) 16
2.7 POLISTIRENA 19
2.8 UKURAN MAKRO PARTIKEL DAN MIKRO PARTIKEL 19 2.9 PENGUJIAN DAN KARAKTERISASI BAHAN KOMPOSIT 20 2.9.1 Uji Kekuatan Tarik (Tensile Strength) 20 2.9.2 Uji Kekuatan Bentur (Impact Strength) 22
2.9.3 Analisa Penyerapan Air 23
2.9.4 Karakterisasi Fourier Transform Infra Red (FT-IR) 23 2.9.5 Analisa Scanning Electron Microscopy (SEM) 23
2.10 ANALISIS BIAYA 25
BAB III METODOLOGI PENELITIAN 27
3.1 LOKASI PENELITIAN 27
3.2 BAHAN DAN PERALATAN 27
3.2.1 Bahan 27
3.2.2 Peralatan 27
3.3 PROSEDUR PENELITIAN 28
3.3.1 Penyediaan Matriks Komposit 28
3.3.2 Penyediaan Pengisi Komposit 28
3.3.3 Proses Pembuatan Komposit 29
3.4 PENGUJIAN KOMPOSIT 32
3.4.1 Uji Kekuatan Tarik (Tensile Strength) dengan ASTM D-638 32 3.4.2 Uji Kekuatan Bentur (Impact Strength) dengan ASTM D-4812 33
3.4.3 Analisa Penyerapan Air 34
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 35
4.1 KARAKTERISASI FOURIER TRANSFORM INFRA RED (FTIR) DARI EPOKSI-PS MURNI DAN KOMPOSIT KOMPOSIT
EPOKSI-PS/SERBUK KULIT KERANG DARAH (SKKD) 35 4.2 PENGARUH KOMPOSISI DAN UKURAN PARTIKEL SERBUK
EPOKSI-PS/SERBUK KULIT KERANG DARAH (SKKD) 37 4.3 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) 39
4.4 HUBUNGAN STRESS-STRAIN EPOKSI-PS MURNI DAN KOMPOSIT EPOKSI-PS/SERBUK KULIT KERANG DARAH
(SKKD) 41
4.5 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) 43 4.6 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) 45 4.7 KARAKTERISASI SCANNING ELECTRON MICROSCOPY (SEM)
DARI EPOKSI-PS MURNI DAN EPOKSI-PS/SERBUK KULIT
KERANG DARAH (SKKD) 46
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 49
5.1 KESIMPULAN 49
5.2 SARAN 50
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 638 33 Gambar 3.10 Ukuran Dimensi Spesimen Metoda Izod ASTM D 4812 33 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
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 HotPress 64 Gambar C.4 Hasil Komposit Epoksi-PS/Serbuk Kulit Kerang Darah
(SKKD) 64
Gambar C.5 Alat UTM Gotech AI-7000 M GridTensile 65
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
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
DAFTAR SINGKATAN
PS Polistirena
SKKD Serbuk Kulit Kerang Darah CaO Kalsium Oksida
MgO Magnesium Oksida
DAFTAR SIMBOL
Simbol Keterangan Satuan
A0 Luas penampang awal mm2
Fmaks Beban maksimum N
We Massa komposit setelah perendaman g
Wo Massa komposit sebelum perendaman g
Wg Persentase pertambahan massa komposit %
σ Kekuatan tarik N/mm2
e Pemanjangan pada saat putus %
li Panjang spesimen setelah penarikan mm
lo Panjang mula-mula spesimen mm
Δl Pertambahan panjang mm
