Pembuatan Dan Karakterisasi Papan Partikel Dari Serbuk Kalsium Karbonat (CaCO3) Dan Serat Kulit Waru (Hibiscus Tiliaceus) Dengan Resin Polyester

PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI PAPAN PARTIKEL

DARI SERBUK KALSIUM KARBONAT (CaCO3

SERAT KULIT WARU (Hibiscus Tiliaceus)

) DAN

DENGAN RESIN POLYESTER

TESIS

Oleh:

W A R K U M

117026026 / FIS

PROGRAM PASCA SARJANA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI PAPAN PARTIKEL

DARI SERBUK KALSIUM KARBONAT (CaCO3

SERAT KULIT WARU (Hibiscus Tiliaceus)

) DAN

DENGAN RESIN POLYESTER

TESIS

Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh

Gelar Magister Sains dalam Program Studi

Magister Ilmu Fisika Pada Program Pascasarjana

Fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara

Oleh

W A R K U M

117026026 / FIS

PROGRAM PASCA SARJANA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

PENGESAHAN TESIS

Judul Tesis : PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI PAPAN PARTIKEL DARI SERBUK KALSIUM KARBONAT (CaCO3

Nama Mahasiswa : WARKUM

) DAN SERAT KULIT WARU (Hibiscus Tiliaceus) DENGAN RESIN POLYESTER Nomor Induk Mahasiswa :

117026026

/FIS

Program Studi : Magister Fisika

Fakultas : Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara

Menyetujui Komisi Pembimbing

(Prof. Drs. Muhammad Syukur,M.S) ( Dr. Nasruddin MN, M. Eng. Sc) Ketua Anggota

Ketua Program Studi, Dekan,

PERNYATAAN ORISINALITAS

PENGARUH ORIENTASI SERAT SABUT KELAPA

DENGAN RESIN POLYESTER TERHADAP KARAKTERISTIK

PAPAN LEMBARAN

TESIS

Dengan ini saya menyatakan bahwa saya mengakui semua karya tesis ini adalah hasil kerja saya sendiri kecuali kutipan dan ringkasan yang tiap satunya telah telah dijelaskan sumbernya dengan benar.

Medan, 24 Juli 2013

PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI

KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Sebagai sivitas akademika Universitas Sumatera Utara, saya yang bertanda tangan di bawah ini :

N a m a : WARKUM N I M :

117026026

Program Studi : Ilmu Fisika Jenis Karya Ilmiah : Tesis

Demi mengembangkan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada Universitas Sumatera Utara Hak Bebas Royalti Non-Eksklusif (Non-Exclusive Royalty Free Right) atas Tesis saya yang berjudul :

PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI PAPAN PARTIKEL

DARI SERBUK KALSIUM KARBONAT (CaCO3

SERAT KULIT WARU (Hibiscus Tiliaceus)

) DAN

DENGAN RESIN POLYESTER

Beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalti Non-Eksklusif ini, Universitas Sumatera Utara berhak menyimpan, mengalih media, memformat, mengelola dalam bentuk data-base, merawat dan mempublikasikan Tesis saya tanpa meminta izin dari saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis dan sebagai pemegang dan atau sebagai pemilik hak cipta.

Demikian pernyataan ini dibuat dengan sebenarnya.

Medan, 24 Juli 2013

Telah diuji pada Tanggal : 6 Juli 2013

PANITIA PENGUJI TESIS

Ketua : Prof. Drs. Muhammad Syukur, M.S Anggota : 1. Dr. Nasruddin MN, M. Eng. Sc

2. Dr. Anwar Dharma Sembiring, M.S

3. Prof. Dr. Eddy Marlianto, M.Sc

RIWAYAT HIDUP

DATA PRIBADI

Nama lengkap berikut gelar : Warkum, S.Pd

Tempat dan Tanggal Lahir : Lamongan, 03 Agustus 1974

Alamat Rumah : Balimbingan-Tanah Jawa-Simalungun Sumatera Utara

No. Telpon/HP/e-mail : 08126552001

Warkumspd@gmail.com

Instansi Tempat Bekerja : SMA Negeri 5 Pematang Siantar Provinsi Sumatera Utara

Alamat Kantor : Kota Pematang Siantar Provinsi Sumatera Utara

Telepon : -

DATA PENDIDIKAN

SD : SD Negeri Godog Laren Lamongan Tamat : 1987 SMP : SMP Negeri Laren Lamongan Tamat : 1990 SMA : SMA Negeri Paciran Lamongan Tamat : 1993 Strata-1 : IKIP Negeri Medan Tamat : 1998 Strata-2 : Magister Ilmu Fisika SPs USU Tamat : 2013

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Allah SWT Tuhan Yang Maha Esa atas segala

limpahan rahmad, taufik dan hidayah-Nya sehingga tesis ini dapat diselesaikan.

Shalawat beriring salam atas junjungan Rasulullah Muhammad SAW, beserta

keluarga dan sahabatnya yang telah memberikan petunjuk bagi umat manusia

menuju kejalan yang benar.

Ucapan terimakasih sebesar-besarnya kepada Pemerintah Republik

Indonesia c.q. Pemerintah Provinsi Sumatera Utara yang telah memberikan

bantuan dana sehingga kami dapat melaksanakan Program Magister Sains pada

Program Studi Magister Ilmu Fisika Program Pascasarjana FMIPA Universitas

Sumatera Utara.

Dengan selesainya tesis ini, perkenankanlah saya mengucapkan

terimakasih yang sebesar-besarnya kepada :

Rektor Universitas Sumatera Utara, Prof. Dr. dr. Syahril Pasaribu,

DTM&H, M.Sc(CTM), Sp.A(K), atas kesempatan yang diberikan kepada kami

untuk mengikuti dan menyelesaikan pendidikan Program Magister Sains.

Dekan Fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara, Dr. Sutarman, M. Sc.

atas kesempatan menjadi mahasiswa Program Magister Sains pada Program

Pascasarjana FMIPA Universitas Sumatera Utara.

Ketua Program Studi Magister Fisika, Dr. Nasruddin MN., M.Eng.Sc.,

Sekretaris Program Studi Magister Fisika, Dr.Anwar Dharma Sembiring, M.S.,

beserta seluruh Staf Pengajar pada Program Studi Magister Fisika Program

Pascasarjana Fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara.

Terimakasih yang tak terhingga dan penghargaan setingi-tinginya saya

ucapkan kepada Prof. Drs. Muhammad Syukur, M.Sc selaku Pembimbing Utama

dan Dr. Nasruddin MN,M.Eng.Sc selaku pembimbing lapangan yang dengan

penuh perhatian telah memberikan dorongan, bimbingan dan arahan, dengan

penuh kesabaran menuntun dan membimbing saya hingga selesainya penelitian

Seterusnya ucapan terimakasih kepada bapak Drs. Hasbiansyah Kepala

SMAN 5 Pematangsiantar, Bapak/Ibu guru dan Staf Tata Usaha SMAN 5

Pematangsiantar serta siswa-siswi SMAN 5 Pematangsiantar yang telah

memberikan kesempatan, motivasi dan dorongan, dukungan serta do’anya.

Khusus buat terkasih kepada kedua orang tua Almarhum Ayahanda dan

Almarhumah Ibunda serta istri tercinta Nurmaulita, S.Pd, M.Si dan ananda

terkasih Diah Utami Kusuma Wardani yang selalu setia dan tidak henti-hentinya

memberikan dukungan dan dorongan serta tidak putus-putusnya berdo’a kepada

Allah SWT demi terselesaikannya pendidikan di Program magister Fisika

Universitas Sumatera Utara.

Medan, Juli 2013

P e n u l i s ,

W A R K U M

PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI PAPAN PARTIKEL

DARI SERBUK KALSIUM KARBONAT (CaCO3

) DAN SERAT

KULIT WARU (Hibiscus Tiliaceus) DENGAN RESIN

POLYESTER

ABSTRAK

Telah dilakukan penelitian yang berjudul ”Pembuatan dan Karakterisasi Papan Partikel dari Serbuk Kalsium karbonat (CaCO3) dan Serat Kulit Waru (Hibiscus Tiliaceus) dengan Resin Polyester “. Tujuan penelitian ini adalah : 1. Mengolah resin polyester menjadi papan partikel dengan menambahkan serbuk CaCO3 dan serat kulit waru, 2. Mengetahui pengaruh perbandingan komposisi serbuk CaCO3 dan serat kulit waru dengan resin polyester terhadap papan partikel sebagai panel dinding, 3. Mengetahui peranan serbuk CaCO3 dan serat kulit waru terhadap karakteristik papan partikel . Variasi persentase bahan yang dilakukan 25 : 0 : 75, 20 : 5 : 75, 15 : 10 : 75, 10 : 15 : 75, 5 : 20 : 75, 0 : 25 : 75 dengan susunan hybrid (serat panjang 5 cm dan serat pendek 2 cm). Untuk mengetahui karakteristik papan komposit dilakukan pengujian fisis meliputi: kerapatan, daya serap air, pengembangan tebal. Selanjutnya dilakukan pengujian mekanik meliputi: uji kuat lentur, kuat impak, kuat tekan, kuat tarik. DTA untuk mengetahui perubahan suhu kritis papan partikel yang dihasilkan. Dan untuk menganalisa subtansi dan sistem kristal pada spesimen dilakukan analisa XRD. Hasil pengujian kerapatan mencapai 1231 kg/m3 hingga 1521 kg/m3. Nilai daya serap air mencapai 0,26% sampai 3,17%. Nilai pengembangan tebal mencapai 1,0% sampai 2,0%. Hasil uji kuat lentur 74,96 MPa – 117,10 MPa. Kuat impak mencapai 3,4 kJ/m2 hingga 16,3 kJ/m2. Untuk nilai kuat tekan 43,02 MPa sampai 16,3 MPa, dan Uji tarik mencapai 20,97 MPa sampai 37,53 MPa. Untuk uji DTA dilakukan pada komposisi 10 : 15 : 75 didapat endotermis 3720C dan eksotermis 4500C, pada komposisi 15 : 10 : 75 didapat endotermis 3700C dan eksotermis 4500C, dan pada komposisi 25 : 0 : 75 didapat endotermis 3900C dan eksotermis 4200C. Hasil pengujian XRD berdasarkan tiga puncak tertinggi menunjukkan adanya mineral Calcite yang memenuhi sistem hexagonal. Disimpulkan bahwa papan partikel yang dihasilkan tergolong jenis High Density Partikleboard dan memenuhi Standar Nasional Indonesia(SNI) .

PREPARATION AND CHARACTERIZATION OF POWDER

PARTICLE BOARD CALCIUM CARBONATE (CaCO

3

AND FIBER LEATHER WARU (Hibiscus tiliaceus)

)

WITH POLYESTER RESIN

ABSTRACT

Have done the research, entitled "Preparation and Characterization of Powder Particle Board Calcium carbonate (CaCO3) and Fiber Leather Waru (Hibiscus tiliaceus) with Polyester Resin". The purpose of this study is: 1. Rework the polyester resin into particle board with CaCO3 powder and fiber leather waru, 2. Determine the effect of the composition ratio of CaCO3 powder and fiber leather waru with the polyester resin for particle board as a wall panel, 3. Determine the role of CaCO3 powder and fiber leather waru on the characteristics of particle board. Variation in the percentage of material that performed 25: 0: 75, 20: 5: 75, 15: 10: 75, 10: 15: 75, 5: 20: 75, 0: 25: 75 with a hybrid arrangement (fiber length of 5 cm and fiber short 2 cm). To determine the characteristics of composite board made physical testing includes: density, absorption of water , thickness development. Further mechanical testing include: test flexural strength, strong impact, compressive strength, tensile strength. DTA to determine the critical temperature changes resulting particle board. And to analyze the substance and the system of the specimen crystal XRD analysis. Density test results reach 1231 kg/m3 to 1521 kg/m3. Absorption of water reaches 0.26% to 3.17%. Thick development value reaches 1.0% to 2.0%. Results of 74.96 MPa flexural strength test - 117.10 MPa. Strong impact at 3.4 kJ/m2 to 16.3 kJ/m2. For the compressive strength 43.02 MPa to 16.3 MPa, and a tensile test reaches 37.53 MPa to 20.97 MPa. For DTA test done on the composition of 10: 15: 75 obtained endothermic and exothermic 3720C 4500C, the composition of 15: 10: 75 obtained endothermic and exothermic 3700C 4500C, and the composition of 25: 0: 75 obtained endothermic and exothermic 3900C 4200C. XRD test results based on the three highest peaks indicate the presence of the mineral Calcite meet hexagonal system. Concluded that the resulting particle board High Density Partikleboard classified types and meet the Indonesian National Standard (SNI).

DAFTAR ISI 1.4. Tujuan Penelitian ………. 1.5. Hipotesis Penelitian ………. 1.6. Manfaat Penelitian ………

2.1.2 Berat Molekul dan Derajat Polimerisasi…

7

7

8

2.2. Matriks Unsaturated Polyester Resin (UPR) …..

2.3. Komposit………...

2.3.1. Pengertian Komposit ………

2.3.2. Klasifikasi Bahan Komposit …………...

2.3.3. Tipe Komposit Serat ………...

2.3.4. Faktor yang Mempengaruhi Performa

Komposit ………

2.3.5. Karakteristik Papan Partikel Komposit….

2.4. Pengujian Sifat Fisik ………..

2.4.1. Kerapatan ………

2.4.2. Daya Serap Air……….

2.4.3. Pengembangan tebal ………

2.5. Pengujian Sifat Mekanik ……….

2.5.1. Pengujian Kuat Lentur ……….

2.5.2. Pengujian Kuat Impak ……….

2.5.3. Pengujian Kuat Tekan ………..

2.5.4. Pengujian Kuat Tarik ………..

2.6. Pengujian Termal ………

2.7. XRD ( X-Ray Diffraction)………

2.8. Polymorphism Mineral ………

2.9. Pengujian Ketahanan Nyala Api ……….

2.10.Papan Partikel ………..

2.10.1. Pengertian Papan Partikel ………...

2.10.2. Sifat dan kegunaan papan partikel……..

2.11.Serat Kulit Waru ……….

2.11.1.Klasifikasi Tanaman Waru………..

2.11.2.Komposisi Kimia Kulit Waru…………..

2.12.Agregat………

2.13.Kalsium Karbonat ………

2.13.1.Ciri-ciri dan sifat Kalsium Karbonat ..….

2.13.2.Pembuatan Kalsium Karbonat ………….

14 3.1. Tempat dan Waktu Penelitian ………...

3.2. Bahan - bahan………

3.3. Metodologi Penelitian ………..

3.4. Prosedure Penelitian………..

3.5. Preparasi Sampel …………..………

3.6. Variabel Penelitian ………

3.7. Diagram Alir Penelitian ………. 35

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ………. 4.1. Sifat Fisis Papan Partikel ……..……….

4.1.1. Kerapatan ………..…………..……...

4.1.2. Kadar Air ………….………..

4.1.3. Pengembangan tebal . ……….

4.2. Sifat Mekanik Papan Komposit ………

4.2.1. Kuat Lentur ……….

4.2.2. Modulus Elastisitis ……….

4.2.3. Kuat Impak ……….

4.2.4. Kuat Tekan ………

4.2.5. Kuast Tarik ……….

4.3. Analisa Termal Sampel Poliester, Serbuk,

CaCO3

4.4 Analisa Uji Ketahanan Nyala Api……… , dan Serat Kulit Waru………

4.5. Analisa Menggunakan X-Ray DiFFraction……

4.6. Hasil Rekapitulasi Pengujian Sifat Fisis dan

Mekanis papan Partikel ……….

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN……… 5.1. Kesimpulan ………..………….

DAFTAR TABEL

Nomor

Tabel Judul Halaman

2.1 Spesifikasi Unsaturated Polyester Resin Yukalac

157® BTQN-EX ……….. 9

2.2 Sifat Fisis dan mekanis dari berbagai Standar ….… 14

2.3 Komposisi Serat Waru ……….. 27

3.1 Variasi Polyester Serat Kulit Waru dan CaCO3 32

……

Nilai Kerapatan terhadap komposisi sampel ……….

Nilai kadar air terhadap komposisi sampel …………

Nilai pengembangan tebal terhadap komposisi

sampel ……….

Nilai kuat lentur terhadap komposisi sampel ………

Nilai modulus elastis terhadap komposisi sampel …

Nilai kuat impak terhadap komposisi sampel ………

Nilai kuat tekan terhadap komposisi sampel ………

Nilai kuat tarik terhadap komposisi sampel ………

Perbandingan Produk Hasil dengan Produk

Pengujian yang disarankan………..

Rekapitulasi Pengujian Fisik dan Mekanik ………..

DAFTAR GAMBAR

Nomor

Gambar Judul

Halam an

2.1 Susunan Rantai Monomer dan Polietilen…………... 7

2.2 Susunan Rantai propilen dan Polipropilen….……….. 8

2.3 Klasifikasi Bahan Komposit ……….. 10

2.4 Tipe Komposit Serat ………... 11

2.5 Alat Uji Kuat Lentur ………....………..………... 16

2.6 Pemasangan Benda Uji ………... 16

2.7 Pengujian Kuat Impak ………..………... 17

2.8 Bentuk Spesimen Pengujian Tarik dengan Standar …... 18

2.9 Alat Uji Analisis Thermal ………... 20 Difraksi Sinar –X oleh Bidang Atom ………... Hexagonal Sistem………... Skema Uji Nyala Api ………... a) daun waru (b) batang waru (c) daging kulit waru (d) serat waru………... Kalsium Karbonat CaCO3 Ukuran Sampel Uji Berdasarkan SNI ………... ………... 3.2 Bentuk Spesimen Pengujian Tarik dengan Standar ASTM D 638………... 33

3.3 Bentuk Sampel Pengujian Lentur dengan Standar ASTM D-790 ………... 34

3.4 3.5 Bentuk Sampel Pengujian Impak dengan Standar ASTM D-256………... Diagram Alir Penelitian ………... 34 37 4.1 Grafik Nilai Kerapatan terhadap Komposisi Sampel... 39

Sampel…...

4.3 Grafik Nilai Pengembangan Tebal terhadap Komposisi

Sampel………...

42

4.4 (a) Bentuk Papan Komposit dan (b) Bentuk Preparasi Uji

Mekanik ………... 43

4.5 Grafik Nilai Kuat Lentur terhadap Komposisi Sampel ……… 45

4.6 Grafik Pengujian Kelenturan Poliester Murni 100 % ……….. 46

4.7 Grafik Pengujian Kelenturan terhadap Komposisi Sampel (75:10:15) % ………... 46

4.8 Grafik Pengujian Kelenturan terhadap Komposisi Sampel (75:0:25) % ………... 47

4.9 Grafik Hubungan MOE terhadap Komposisi Sampel ……… 48

4.10 Grafik Kekuatan Impak terhadap Komposisi Sampel ……… 49

4.11 Grafik Kuat Tekan terhadap Komposisi Sampel ……… 51

4.12 Grafik Kuat Tarik terhadap Komposisi Sampel ……... 52

4.13 Grafik Pengujian Tarik Poliester Murni 100 %……... 53

4.14 Grafik Pengujian Tarik Komposit pada Komposisi (75 :0: 25) %………... 54

4.15 Grafik DTA Poliester Murni 100%... 56

4.16 Grafik DTA Serat Kulit Waru ………... 57

4.17 Grafik DTA Serbuk Kalsium Karbonat (CaCO3)…… ... 58

4.18 Grafik DTA Papan Komposit pada Komposisi (75: 15:10)%.... 58

4.19 Grafik DTA Papan Komposit pada Komposi (75:10:15)%… 59 4.20 Grafik DTA Papan Komposit pada Komposisi (75:0:25) % …. 59 4.21 Grafik nilai kerapatan terhadap komposisi sampel …... 61

DAFTAR LAMPIRAN

Nomor

Lampiran Judul Halaman

1.

2.

3.

Data Hasil Pengujian Kerapatan …….……… L1

Data Hasil Pengujian Daya Serap Air………... L2

Data Hasil Pengujian Pengembangan Tebal …………. L3

4. Data Hasil Pengujian Kekuatan Lentur ……… L4

5. Data Hasil Pengujian Modulus Elastisitas ….………… L5

6. Data Hasil Pengujian Kekuatan Impak ………. L6

7. Data Hasil Uji Tekan …...…….……… L7

7. Data Hasil Uji Tarik………..……….………… L8

9.

10.

Tabel Analis Hasil XRD ……… L9