PEMBUATAN DAN UJI SIFAT MEKANIK KOMPOSIT HIBRID POLIPROPILENA DAUR ULANG BERPENGUAT SERBUK
BATANG DAN SERAT SABUT PINANG
Oleh: Oktaviana Sinaga
NIM 409240022 Program Studi Fisika
SKRIPSI
Diajukan Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Sain
JURUSAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS NEGERI MEDAN
ii
RIWAYAT HIDUP
Penulis lahir di Pematang Siantar, pada tanggal 23 Oktober 1991. Ayah bernama
Ir. Jan Hesdin Sinaga, dan Ibu bernama Ir. Ernawati Purba, dan merupakan anak
kedua dari lima bersaudara. Pada tahun 1997, penulis masuk SD RK. Namo puli,
dan lulus pada tahun 2003. Pada tahun 2003, penulis melanjutkan sekolah di SMP
Swasta Singosari, dan lulus pada tahun 2006. Pada tahun 2006, penulis
melanjutkan sekolah di SMA Swasta Singosari, dan lulus pada tahun 2009. Pada
tahun 2009, penulis diterima di Program Studi Fisika Jurusan Fisika Fakultas
iii
Pembuatan Dan Uji Sifat Mekanik Komposit Hibrid Polipropilena Daur Ulang Berpenguat Serbuk Batang Dan Serat Sabut Pinang
Oktaviana Sinaga (Nim. 409240022)
ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh variasi komposisi masa serat kulit pinang dan serbuk batang pinang terhadap sifat mekanik pada papan komposit, serta mengetahui nilai maksimal pengaruh variasi filler terhadap sifat mekanik (Uji tarik, Uji Lentur dan Uji Impak). Penelitian ini dilakukan di Laboratorium kimia polimer USU dan pengujian sampel dilakukan di laboratorium penelitian FMIPA USU mulai dari bulan Januari sampai dengan Febuari.
Prosedur penelitian ini adalah komposit dibuat dari bahan polipropilena daur ulang dengan serat kulit buah pinang dan serbuk batang pinang, dimana variasi massa I (90:10:0)%, II (90:0:10) %, III (90:7:3)%, IV (90:3:7)%, V (90:5:5)% Perendaman menggunakan larutan NaOH dengan konsentrasi 5% selama 2 jam, kemudian dibersihkan dengan aquades dan dikeringkan ±10 jam atau sampai benar-benar kering. Serat kulit buah pinang dipotong lagi dengan panjang ± 1mm. Serta serat kulit buah pinang dan serbuk dicampur polipropilena dan di masukan kedalam mesin ekstruder dengan suhu 170oC. Hasil pencampuran yang keluar dari mesin ekstruder dipotong kecil-kecil kemudian didinginkan di dalam air, setelah itu di hotpress pada suhu 170oC. Kemudian sampel diuji berdasarkan pengujian sifat mekaniknya (uji tarik, uji lentur dan uji impak).
Dari pengujian kekuatan tarik diperoleh nilai terbesar dengan maksimum
(σmaks) pada komposit polipropilena dengan serat pinang dan serbuk pinang sebesar 26,61 MPa yang terdapat pada perbandingan (90:7:3) % sedangkan
iv
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Kuasa, atas
segala rahmat dan berkatNya yang memberikan kesehatan dan hikmat kepada
penulis sehingga penelitian yang berjudul “ Pembuatan Dan Uji Sifat Mekanik Komposit Hibrid Polipropilena Daur Ulang Berpenguat Serbuk Batang Dan Serat Sabut Pinang” ini dapat diselesaikan dengan baik sesuai dengan waktu yang direncanakan.
Dalam kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terimakasih kepada
pihak yang telah membantu menyelesaikan skripsi ini mulai dari pengajuan
proposal penelitian, pelaksanaan sampai penyusunan skripsi antara lain Bapak
Drs. Usler Simarmata, M.Si selaku dosen pembimbing skripsi serta Bapak
Drs.Abd Hakim S, M.Si selaku dosen penguji I, Bapak Prof.Dr.Mara Bangun,
M.Si selaku dosen penguji II, Bapak Drs.Nurdin Siregar, M.Si selaku dosen
penguji III, Bapak Drs. Sehat Simatupang, M.Si selaku dosen pembimbing
akademik dan Bapak Drs. Pintor Simamora,M.Si selaku Ketua Prodi fisika. selaku
dosen pembimbing akademik. Disamping itu penulis juga mengucapkan
terimakasih kepada Bapak Edi,bapak Aman, bapak Prof.Dr.Harry Agusnar,M.Sc.,
M.Phil, dan bapak Dr.YugiMuis,M.Si yang telah membantu peneliti dalam
melaksanakan penelitian.
Secara khusus penulis ucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada
kedua orang tua Ir. Jan Hesdin Sinaga dan Ir. Ernawati Purba yang telah
membesarkan, mendidik , mendungkung serta mendoakan dengan kasih sayang
yang tulus serta Novita Sinaga, Oktaviani Sinaga, Gusada Sarito Sinaga dan
Febrina Sinaga yang telah memberikan semangat kepada penulis dan tidak lupa
penulis ucapkan terimakasih kepada Inang, Opung, berserta kerabat terdekat yang
telah banyak memberikan dukungan moril, dan material sampai penulis dapat
menyelesaikan skripsi ini. Penulis juga mengucapkan terimakasih kepada Fynnisa,
Juliana, Muliani, Bunga, Elvina, Lastiar, Sartika, Pesta, Sari, anto, Suci, Lylis,
serta teman-teman Fisika Nondik ’09 yang telah memberikan semangat kepada
v
Semoga hasil penelitian ini bermanfaat bagi pengembangan ilmu
pengetahuan dan teknologi dalam polimer.
Medan,22 Februari 2013
Oktaviana Sinaga
xi
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1. Karakteristik Polipropilena 14
Tabel 4.1. Data Hasil Pengujian Kekuatan Tarik 33
Tabel 4.1. Data Hasil Pengujian Kekuatan Lentur 34
ix
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Type komposit Hybrid 8
Gambar 2.2 Type arah serat 8
Gambar 2.3 Lambang dari masing-masing jenis polymer 9
Gambar 2.4 Reaksi Polimerisasi Polipropilena 14
Gambar 2.5 Sebuah model bola-dan-rantingnya polipropilena sindiotaktik 15
Gambar 2.6 Skema penyusunan serat 17
Gambar 2.7 Struktur kimia selulosa 18
Gambar 2.8 Kurva Tegangan ± Regangan 22
Gambar 2.9 Alat Uji Impak 24
Gambar 3.1 Bentuk sampel pengujian kekuatan tarik 28
Gambar 3.2 Bentuk sampel pengujian lentur 28
Gambar 3.3 Bentuk sampel pengujian impak 29
Gambar 3.4. Alat Pengujian tarik dan lentur 29
Gambar 3.6 Diagram Alir Penelitian 31
Gambar 4.1 Diagram batang hubungan antara 10% serbuk terhadap 36
hasil perhitungan setiap uji mekanik
Gambar 4.2 Diagram garis hubungan antara 10% serbuk terhadap hasil 36
perhitungan setiap uji mekanik
Gambar 4.3 Diagram batang hubungan antara 10% serat terhadap hasil 37
x
terhadap hasil perhitungan setiap uji mekanik
Gambar 4.9 Diagram perbandingan antara 5% serat : 5% serbuk 40
terhadap hasil perhitungan setiap uji mekanik
Gambar 4.10 Diagram garis hubungan antara 5% serat : 5% serbuk 40
xii
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1. Perhitungan pengujian sifat mekanik 49
Lampiran 2. Hasil uji tarik dan uji lentur 58
Lampiran 3. Dokumentasi penelitian 60
Lampiran 4. Surat persetujuan Dosen Pembimbing Skripsi 66
Lampiran 5. Surat izin penelitian Laboratorium Kimia Polimer USU 67
Lampiran 6. Surat izin penelitian Laboratorium Penelitian FMIPA USU 68
Lampiran 7. Surat balasan penelitian Laboratorium Kimia Polimer USU 69
Lampiran 8. Surat balasan penelitian Laboratorium Penelitian 70
1
BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang
Material komposit merupakan kombinasi dua atau lebih material yang
berbeda, dengan syarat adanya ikatan permukaan antara kedua material tersebut.
Komposit tidak hanya digunakan untuk sifat struktural tetapi juga dimanfaatkan
untuk berbagai sifat yang lainnya seperti listrik, panas, atau material-material
yang memperhatikan aspek lingkungan. Komposit pada umumnya diklasifikasika
n menjadi 2 bagian yang berbeda dimana fasa kontinyu disebut matriks, dan fasa
diskontinyu disebut sebagai penguat (Zainuri.M., 2008).
Material penyusunnya memiliki sifat dan karakteristik yang berbeda-beda,
sehingga komposit memiliki sifat dan karakteristik yang unik dan lebih unggul dari
material penyusunnya. Beberapa keunggulan komposit antara lain : mudah dibentuk,
berkekuatan tinggi, ringan, tetap kokoh tanpa berubah bentuk, isolasi listrik yang
baik, anti karat dan mudah dikombinasikandengan bahan lain. Material-material
penyusun komposit adalah filler dan matriks. Filler merupakan salah satu unsur
penyusun komposit yang berfungsi sebagai penguat dan menjadi bagian utama
yang menentukan karakteristik suatu bahan komposit.Filler terbagi menjadi bahan
alami dan bahan buatan. Bahan alami bersumber dari tumbuhan seperti serat ijuk,
sabut kelapa, serat bambu, serat pinang, serat ampas tebu, serat jerami dan lain
sebagainya.
Salah satu serat alam yang menjadi obyek penelitian adalah serat sabut
pinang, atau dalam perdagangan dunia dikenal sebagai Areca catechu L atau
jambe dalam Bahasa Sunda merupakan salah satu tumbuhan palma yang dalam
pembuatan komposit secara ilmiah pemanfaatannya masih dikembangkan.
Tumbuhan ini tersebar dari Afrika Timur, Semenanjung Arab, Tropikal Asia,
Indonesia, dan Papua New Gulnea. Pengembangan serat pinang sebagai material
komposit ini sangat dimaklumi mengingat dari segi ketersediaan bahan baku serat
alam Indonesia yang memiliki bahan baku yang cukup melimpah.
Tanaman pinang adalah salah satu jenis palma yang memiliki banyak
kegunaan antara lain sebagai bahan makanan, bahan industri kosmetika,
2
mengemukakan batang pinang telah dimanfaatkan oleh masyarakat dari dulu
hingga sekarang sebagai bahan bangunan, jembatan, dan saluran air. Tanaman ini
tersebar luas di wilayah Indonesia, baik secara individu maupun populasi, dan
umumnya ditanam sebagai tanaman pagar atau pembatas kebun (Maskromo dan
Miftahorrochman, 2007). Berbagai penelitian tentang pinang yang banyak
dilakukan adalah terhadap buahnya saja. Penelitian-penelitian pemanfaatan buah
pinang sebagai kosmetik ataupun obat-obatan telah banyak dilakukan. Namun
penelitian sifat dasar batang pinang yang dimanfaatkan sebagai bahan pembuatan
komposit belum banyak dilakukan.
Serbuk gergaji batang pinang tidak terlalu banyak di gunakan dalam
kehidupan sehari-hari. Serbuk gergaji batang pinang dalam pemanfaatannya
masih terbatas. Namun serbuk gergaji batang pinang juga dapat dimanfatkan sebagai filer
komposit.
Perekat yang digunakan dalam penelitian ini adalah polipropilena.
Polipropilena (PP) adalah sebuah polimer termo-plastik yang dibuat oleh industri
kimia dan digunakan dalam berbagai aplikasi, diantaranya pengemasan, tekstil
(contohnya tali, pakaian dalam termal, dan karpet), botol aqua, alat tulis, berbagai
tipe wadah terpakaikan ulang serta bagian plastik, perlengkapan labolatorium,
pengeras suara, komponen otomotif, dan uang kertas polimer. Polimer adisi yang
terbuat dari propilena monomer, permukaannya tidak rata serta memiliki sifat
resistan yang tidak biasa terhadap kebanyakan pelarut kimia, basa dan asam.
Polipropena biasanya didaur ulang, dan simbol daur ulangnya adalah nomor " 5 "
( Wikipedia, 2012). Dimana dengan pemanasan akan mencair pada suhu 1700C.
Dalam penelitian ini serat kulit pinang serta serbuk gergaji batang pinang
dicampur dengan polipropilena daur ulang.
Serat pinang direndam dengan NaOH yang bertujuan untuk meningkatkan
ikatan ( mechanical bonding ) antara serat dan matrik (perekat). Menurut Harry
Abrido, Dkk (2012) ada peningkatan kekuatan bentur untuk perendaman dengan
NaOH selama 2 hari. Perlakuan kimia serat yang sering dilakukan adalah
perlakuan alkali seperti NaOH, karena lebih ekonomis. (Diharjo, 2006).
Kegunaan bahan komposit dalam kehidupan sehari-hari tampak dalam
3
dalam auto mobile untuk komponen mesin, dalam prabot rumah tangga untuk
kursi atau meja, dalam olahraga untuk raket tenis, dll.
Dari hasil penelitian Ahmad Iqbal (2012) dalam pengujian sifat mekanik
komposit polypropilene (PP) daur ulang dengan filler serat ampas tebu.”Hasil uji
mekanik menunjukkan penambahan serat ampas tebu sebagai bahan pengisi PP
memiliki nilai mekanik yang tidak seimbang yang disebabkan ikatan antara
polipropilene dan serat tidak sempurna(merata) menyatu pada masing-masing
variasi waktu cetak tekan panas.
Dari hasil penelitian Romels, Dkk (2011) dalam pengujian sifat mekanik
komposit hybrid polyester berpenguat serbuk batang dan serat sabut kelapa,
diperoleh bahwa variasi fraksi volume serbuk batang kelapa dan serat sabut kelapa
pada resin polyester berpengaruh pada kekuatan tarik dan ketangguhan komposit
dengan nilai maksimum pada fraksi volum (30:10) yaitu komposisi komposit
hibrid fraksi volum 30% serat dan 10% serbuk didapatkan nilai kekuatan tarik
rata-rata pada 97,356 N/mm2 dan harga modulus elastisitas pada fraksi volum
10% serat dan 30% serbuk rata-rata 880,357N/mm2. Pada Vf 30% serat dan 10 %
serbuk yaitu sebesar 0,068 J/mm2 , harga impak rata-rata sebesar 0,068 J/mm2.
Berdasarkan penelitian yang sudah dijelaskan diatas ternyata belum ada
penelitian tentang sifat mekanik komposit polipropilena daur ulang yang
berpenguat serbuk batang dan serat sabut pinang. Berdasarkan itulah peneliti
memilih judul Pembuatan Dan Uji sifat mekanik komposit hibrid
polipropilena Daur Ulang Berpenguat Serbuk Batang Dan Serat Sabut Pinang.
1.2. Batasan Masalah
Untuk memberikan ruang lingkup yang jelas berdasarkan uraian yang
telah dikemukakan pada latar belakang diatas, maka penulis membatasi cakupan
masalah sebagai berikut:
1. Matriks yang digunakan adalah polipropilena daur ulang
2. Filler yang digunakan adalah serat kulit pinang dan serbuk gergaji batang
4
3. Perbandingan antara Polipropilena daur ulang dan serbuk gergaji batang
pinang serta serat kulit pinang yaitu :
- 90% Polipropilena : 10 % serbuk : 0 % serat
Adapun rumusan masalah pada penelitian ini adalah:
1. Bagaimanakah pengaruh pencampuran variasi komposisi masa serat kulit
pinang dan serbuk batang pinang dengan Polipropilena daur ulang
terhadap sifat mekanik pada papan komposit?
2. Berapakah persentase berat serat kulit pinang dan serbuk batang pinang dengan
Polipropilena daur ulang yang menghasilkan komposit dengan sifat mekanik yang
optimal?
1.4. Tujuan
Tujuan dari penelitian ini adalah :
1. Untuk mengetahui pengaruh pencampuran variasi komposisi masa serat
kulit pinang dan serbuk batang pinang dengan Polipropilena daur ulang
terhadap sifat mekanik pada papan komposit.
2. Untuk mengetahui nilai maksimal pengaruh variasi fraksi filler serbuk
gergaji batang pinang dan dan serat kulit pinang terhadap Polipropilena
daur ulang pada nilai kekuatan tarik, lentur dan impak komposit.
1.5. Manfaat
Manfaat penelitian ini adalah:
1. Memberi informasi tentang persentase berat serat kulit pinang dan serbuk
5
menghasilkan papan komposit dengan sifat mekanik yang optimal.
2. Mengurangi dampak pencemaran lingkungan akibat sampah plastik yang
tidak terdegradasi oleh lingkungan secara alamiah.
3. Menambah wawasan peneliti tentang uji mekanik komposit dengan serbuk
46
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan
Dari hasil penelitian ini diperoleh kesimpulan:
1. Papan komposit yang memiliki kekuatan tarik maksimum (
m aks) terdapatpada variasi (90:7:3) % yaitu sebesar 26,61 MPa. Papan komposit yang
memiliki kekuatan tarik (
m aks) yang minimum terdapat pada variasi(90:3:7) % yaitu sebesar 10,17 MPa.
2. Papan komposit yang memiliki kekuatan lentur (UFSmaks) terbesar adalah
papan komposit pada perbandingan fraksi massa
(90:0:10)% yaitu sebesar 43,36 MPa. Papan komposit yang memiliki
kekuatan lentur minimum (UFSmin) terdapat pada komposisi fraksi massa
(90:5:5)% yaitu sebesar 19,34 MPa.
3. Papan komposit yang memiliki kekuatan impak terbesar adalah papan
komposit yang perbandingan fraksi massanya (90:10:0)% yaitu sebesar
0,0437J/mm2. Papan komposit yang memiliki kekuatan impak minimum
terdapat pada fraksi massa (90:5:5)% yaitu sebesar 0,0022 J/mm2.
5.2 Saran
1. Perlu menambahkan senyawa penghubung ( bahan adiktif)untuk meningk
atkan interaksi antara serat dan serbuk pinang dengan polipropilena.
2. Memperhatikan lagi besar ukuran serat yang akan dimasukan kedalam
ekstruder.
3. Memperhatikan lagi proses pencampuran serat dan serbuk dengan poliprop
47
DAFTAR PUSTAKA
Ahmad Iqbal, (2012). Pengujian Sifat Mekanik Komposit Polypropilene (PP) Daur Ulang Dengan Filler Serat Ampas Tebu. FMIPA.Unimed.
Azizah Utiya, (2004) . Polimer. Direktorat Pendidikan Menengah Kejuruan Direktorat Jenderal Pendidikan Dasar Dan Menengah Departemen Pendidikan Nasional. Jakarta.
Diharjo K, (2006).Pengaruh Perlakuan Alkali terhadap Sifat Tarik Bahan Komposit Serat Rami Polyester.Jurnal Teknik Mesin Vol.8,No, 1, Petra Christian University.Jakarta.
Ellyawan, (2008). Panduan untuk Komposit . ITB Press Bandung, Bandung.
Harry Abrido S, Johannes Leonard S, Maulida, (2012), Pengaruh penggunaan larutan alkali dalam kekuatan bentuk dan uji degradasi pada komposit termoplastik berpengisi serbuk serabut kelapa, jurnal kimia, USU
Hendra.M., (2002). Pengendalian Bahan Komposit.Fakultas Teknik.Jurusan Teknik Kimia.Universitas Sumatera Utara.
Herman sinaga, (2010). Defenisi Komposit.http://material-teknik.blogspot.com/
Maskromo, I dan Miftahorrochman, (2007). Keragaman Genetik Plasma Nutfah
Pinang Di Propinsi Gorontalo. Jurnal LITTI Vol 13:No 4. Diambil dari
http://perkebunan.litbang.deptan.go.id/
M.Zainuri, Parangtopo, (1994). TesisS-2, Material Sience Universitas Indonesia. Depok.
Nasmi H.S., (2010). Analisis kekuatan bending material komposit diperkuat serat pandan wangi dengan matrik polyester dan epoxy. Jurnal Teknik Mesin.ITS.Vol.10.No.3.Hal. 147-155.ISSN 1411-9471.
Prianti Nesti, (2011) .Sifat Mekanik Komposit Polipropilena Daur Ulang dengan Filler Serat Sabut Kelapa.FMIPA.Unimed.
Romels C. A. Lumintang, Rudy Soenoko, Slamet Wahyudi, (2011), Komposit Hibrid Polyester Berpenguat Serbuk Batang dan Serat Sabut Kelapa, Jurnal Rekayasa Mesin Vol.2 : 145-153
Sihombing, T., (2000). Pinang, Budidaya & Prospek Bisnis. Penebar Swadaya. Jakarta.
48
Rekasaya Bahan (Terjemahan). Erlangga, Jakarta.
Surdia,M.S.dan Saito,S., (2005) .Pengetahuan Bahan Teknik,Penerbit PT Pradnya Paramita, Jakarta
Syarief, R; Santausa, S dan Isyana St, (1999) . Teknologi Pengemasan pangan. Laboratorium Rekayasa Proses pangan. PAU Pangan dan Gizi. Institut Pertanian Bogor. Bogor
Vendik, (2012).Pengertian Komposit Secara Luas. http://eatrenkz.blogspot.com/2 012/06/bab-ii-pengertian-komposit-secara-luas.html
Wikipedia, (2012), Polipropilena, http://id.wikipedia.org/wiki/Polipropilena (diakses 14 januari 2013)
