Kaji Eksperimental dan Simulasi Ansys 14.5 Perlakuan Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit Serta Pembuatan Komposit Busa Polimer pada Proses Hot Press Menggunakan Alat Uji Tarik

(1)

KAJI EKSPERIMENTAL DAN SIMULASI MATERIAL KOMPOSIT BUSA POLIMER YANG DIPERKUAT SERAT TKKS

HASIL PROSES HOT PRESS

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan UntukMelengkapi

Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

ENDA PRANANTA GINTING

NIM. 120421025

PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis ucapkan kehadirat Tuhan yang Maha Esa, atas berkah dan karuniaNya serta nikmat kesehatan yang diberikanNya sehingga penulis dapat menyelesaikan Skripsi ini dengan sebaik-baiknya.

Skripsi berjudul “Kaji Eksperimental Dan Simulasi Ansys 14.5 Perlakuan Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit Serta Pembuatan Komposit Busa Polimer Pada Proses Hot Press Menggunakan Alat Uji Tarik”, disusun untuk memperoleh gelar sarjana di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

Pada kesempatan ini penulis menyampaikan terimakasih yang teristimewa kepada Ayah saya (Stensi Ginting) yang telah berpulang ke rumah Tuhan di surga dan Ibu saya (Asmidar S. Tarigan) serta sanak keluarga saya tercinta yang sudah banyak berdoa dan memberikan dukungannya dan dana kepada saya dalam menyelesaikan studi saya di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Terimakasih saya ucapkan juga kepada, Bapak Ir. Syahrul Abda, M.Sc sebagai dosen pembimbing skripsi yang telah banyak memberikan bimbingan dan saran – saran kepada penulis sejak awal penelitian sampai dengan selesainya penulisan skripsi ini. Ucapan terimakasih juga disampaikan kepada Bapak Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME selaku Dekan Fakultas Teknik USU, beserta segenap staf dan jajarannya. Ucapan terimakasih disampaikan kepada Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri, selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU. Penghargaan juga disampaikan kepada Bapak dan ibu dosen beserta seluruh staf Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Ucapan terimakasih saya sampaikan kepada rekan satu tim Firdaus Ginting dan Pardiansah Hasibuan yang telah sama

(10)

semaksimal mungkin dalam penyelesaian skripsi ini,namun penulis menyadari masih banyak kekurangan dan kelemahan baik dari segi isi maupun tata bahasa, untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun dari pembaca demi sempurnanya skripsi ini. Kiranya isi skripsi ini bermanfaat dalam memperkaya khasanah ilmu pengetahuan.

Medan, 28 Desember 2015 Penulis,

(11)

ABSTRAK

Seiring dengan inovasi yang dilakukan dalam bidang material, serat alam dijadikan sebagai bahan penguat komposit, dimana serat sangat mempengaruhi dan menentukan kekuatan dari komposit. Kajian eksperimen ini melaporkan proses perlakuan serat tandan kosong kelapa sawit dan pembuatan spesimen komposit polymeric foam (busa polimer) pada proses mesin hot press diikuti uji tarik. Permasalahan, bahwa sifat dari komposit diperkuat serat memiliki berat yang ringan dan relatif kuat. Pemakaian blowing agent membuat material ini menjadi lebih ringan lagi. Sebagai penguat penelitian ini menngunakan serat alam yang didapat dari pengolahan serat TKKS. Tujuan kajian ini untuk mengetahui karekteristik dari massa jenis, tegangan, regangan, dan modulus elastisitas. Matrik Poliuretan dbuat dari campuran antara poliol, isosianat, resin BTQN 157 Ex, serta katalis MEKPO. Proses perlakuan serat dimulai dari persiapan tandan kosong kelapa sawit,penumbukan serat, perendaman serat, pengeringan serat, penimbangan serat pasca pengeringan serta pencacahan serat. Bentuk spesimen uji dibuat berbentuk persegi panjang sesuai standar ASTM D-638. Jumlah spesimen uji 25 buah yang dibuat dalam 5 variasi perendaman serat pada persentase larutan NaOH, dimana setiap variasi terdiri dari 5 spesimen. Uji mekanik dilakukan menggunakan metoda uji tarik pada mesin uji servo pulser. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa untuk variasi, massa jenis rata - rata ( ) maximum 1,06 gr/ dan minimum 0,93 gr/ , tegangan rata - rata ( ) maksimum 15,3941 MPa dan minimum 13,421 MPa, regangan rata – rata maksimum 0,0279 dan minimum 0,0222, modulus elastisitas rata – rata (E) maksimum 611,6615 MPa dan minimum 484,8661 MPa. Hasil karekteristik komposit busa polimer berbeda beda, hal ini memberi informasi bahwa proses pencampuran yang tidak merata yang mempengaruhi hasil yang tidak merata.

(12)

ABSTRACT

Along the innovations of the field of materials, natural fibers are used as reinforcement materials composite which are the fibers greatly affect and determine the strength of the composite. This experimental study reported the empty fruit bunches of oil palm fiber’s treatment process and manufacture of polymeric foam composite spesimens in the process of hot press machine followed by a tensile test. The issues, that characteristic of composites reinforced fibers has a light weight and relatively strong. Using blowing agent makes the materials become lighter again. As a reinforcement of this study is using the natural fiber obtained from the processing of oil palm empty fruit bunch fiber. The purpose of this study are to determine the characteristic of density, stress, strain, and modulus elasticity. Polyurethane matrix are made by mixture of polyol, icocyanate, resin BTQN 157 Ex and MEKPO catalyst. Fiber treatment process starts from the preparating the oil palm empty fruit bunches, pulverizating the fiber, soaking the fiber, drying the fiber, weighing the fiber after drying and enumerating the fiber. Form the test specimens were made according to the standard rectangular ASTM D-638. Number of test specimens 25 pieces that made in 5 variants on the fiber immersion percentage of NaOH solution, with each variants consists of 5 specimens. Mechanical test carried out by using the method of tensile test on a test machine servo pulser. The results obtained show that for variants in the density of the average maximum 1,06 gr/ and minimum 0,93 gr/ , average stress maximum 15,3941 MPa and minimum 13,421 MPa, strain the average maximum 0,0279 and minimum 0,0222, the modulus elastcty of the average maximum 611,6615 MPa and minimum 484,8661 MPa. Characteristics of the polymeric foam composite result is different, it informs that the process of mixing uneven affecting uneven results.

(13)

(14)

BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Tempat dan Waktu ... 23

3.2 Alat dan Bahan ... 23

3.2.1 Alat ... 23

3.2.2 Bahan ... 27

3.3 Proses Pembuatan Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit ... 32

(15)

4.2.5 Perbandingan Hasil Eksperimen dan Simulasi

Ansys 14.5 ... 140 4.2.6 Respon Pengujian Tarik ... 140

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan ... 150 5.2 Saran ... 151

DAFTAR PUSTAKA

(16)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Gabungan makroskopis fasa-fasa pembentuk komposit .... 6

Gambar 2.2. Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) ... .. 11

Gambar 2.3. Jenis Material Berongga ... 12

Gambar 2.4. Mesin Hot Press ... 14

Gambar 2.5. Gaya Tarik terhadap Pertambahan Panjang ... 17

Gambar 2.6. Kurva Tegangan dan Regangan Hasil Uji Tarik ... 19

Gambar 2.7. Kurva tegangan-regangan untuk polimer a) getas (brittle); b) plastis; dan c) elastomer (highly elastic) ... 20

Gambar 2.8. Grafik deformasi tegangan-regangan ... 21

Gambar 3.1. Mesin Pencacah ... 23

Gambar 3.7. Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit ... 28

Gambar 3.8. Resin BTQN 157 EX ... 28

Gambar 3.16. Proses pencabikan janjang sawit ... 33

Gambar 3.17. Janjang sawit yang telah dicacah ... 33

Gambar 3.18. Proses pencucian serat TKKS ... 34

(17)

Gambar 3.20. Kondisi perendaman serat TKKS dalam Larutan NaOH

kemolaran0,2% pada konsentarasi 1% - 5% selama 4 jam 40

Gambar 3.21. Kondisi perendaman serat TKKS dalam Larutan NaOH kemolaran0,2% pada konsentarasi 1% - 5% selama 8 jam 40

Gambar 3.22. Kondisi perendaman serat TKKS dalam Larutan NaOH kemolaran0,2% pada konsentarasi 1% - 5% selama 12 jam 41 Gambar 3.23. Kondisi perendaman serat TKKS dalam Larutan NaOH kemolaran0,2% pada konsentarasi 1% - 5% selama 16 jam 41 Gambar 3.24. Kondisi perendaman serat TKKS dalam Larutan NaOH kemolaran0,2% pada konsentarasi 1% - 5% selama 20 jam 41 Gambar 3.25. Proses pencucian akhir ... 42

Gambar 3.26. Proses pengeringan serat TKKS; (a) Serat A1- A5; (b) Serat B1- B5; (c) Serat C1- C5; (d) Serat D1- D5; (e) Serat E1- E5 ... 44

Gambar 3.27. Proses pencacahan serat TKKS ... 45

(18)

Gambar 4.3. Grafik respon tegangan – regangan spesimen ... 72

Gambar 4.32 Distribusi Tegangan Pada Normal Stress (X Axis) ... 127

(19)

Gambar 4.35 Distribusi Tegangan Pada Maximum Principal Stress ... 129

Gambar 4.36 Distribusi Tegangan Pada Minimum Principal Stress ... 129

Gambar 4.37 Distribusi Tegangan Pada Normal Elastic Strain (X Axis) 130 Gambar 4.38 Distribusi Tegangan Pada Normal Elastic Strain (Y Axis) 130

Gambar 4.39 Distribusi Tegangan Pada Equivalent Elastic Strain ... 131

Gambar 4.40 Distribusi Tegangan Pada Maximum Elastic Strain ... 131

Gambar 4.41 Distribusi Tegangan Pada Minimum Elastic Strain ... 132

Gambar 4.42 Distribusi Tegangan Pada Total Deformation ... 132

Gambar 4.43 Grafik rata – rata pengujian massa jenis terhadap NaOH 134

Gambar 4.44 Hubungan Tegangan Rata - rata dengan NaOH ... 136

Gambar 4.45 Grafik Hubungan Regangan Rata - rata dengan NaOH ... 138

Gambar 4.46 Grafik Hubungan Modulus Elastisitas Rata - rata dengan NaOH ... 140

(20)

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Karakteristik Mekanik Poliester Resin ... 8

Tabel 2.2. Kandungan Nutrisi Serat Kelapa Sawit ... .. 9

Tabel 2.3. Sifat-Sifat Dasar Batang Sawit ... 9

Tabel 2.4. Parameter Tipikal Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit per Kg 10 Tabel 3.1. Spesifikasi Mesin Pencacah ... 24

Tabel 3.2. Hasil perhitungan untuk pembuatan larutan NaOH pada tingkat kemolaran 0,2 % ... 37

Tabel 3.3. Data Konsentrasi larutan yang disiapkan untuk limavariasi konsentrasi pada fraksi volume (100 ml) dan fraksi berat basah (100 gr). ... 38

Tabel 3.4. Data perendaman Serat TKKS dalam larutan NaOH pada rasio (Fb : Fv = 1 : 4) ... 39

Tabel 3.5. Keterangan ukuran cetakan uji tarik ASTM D638 –Tipe I .... 46

Tabel 3.6. Perbandingan bahan pembentuk spesimen ... 47

Tabel 4.1. Pengujian massa jenis ... 62

Tabel 4.2. Hasil pengujian massa jenis spesimen ... 66

Tabel 4.3. Data uji tarik polimer busa spesimen ... 68

(21)

Tabel 4.28. Hubungan Modulus Elastisitas dengan NaOH ... 125

Tabel 4.29. Hubungan Massa Jenis Rata – rata dengan NaOH ... 133

Tabel 4.30. Hubungan Tegangan Rata - rata dengan NaOH ... 135

Tabel 4.31. Hubungan Regangan Rata - rata dengan NaOH ... 137

(22)

DAFTAR SIMBOL

Simbol Arti Satuan

m Massa zat kg

V Volume zat ml ( )

Massa jenis gr/

F Gaya N

A Luas penampang

Tegangan MPa (kg/ )

Pertambahan Panjang mm

L Panjang akhir mm

Panjang awal mm

ε Regangan mm/mm