PENGARUH PERLAKUAN ALKALI (NaOH)
TERHADAP SIFAT MEKANIK KOMPOSIT EPOKSI
BERPENGISI PARTIKEL SERAT BUAH PINANG
SKRIPSI
Oleh
RIZKY SALAAM RITONGA
080405046
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
ii
PENGARUH PERLAKUAN ALKALI (NaOH)
TERHADAP SIFAT MEKANIK KOMPOSIT EPOKSI
BERPENGISI PARTIKEL SERAT BUAH PINANG
SKRIPSI
Oleh
RIZKY SALAAM RITONGA
080405046
SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN
PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
iii
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul:
PENGARUH PERLAKUAN ALKALI (NaOH) TERHADAP SIFAT
MEKANIK KOMPOSIT EPOKSI BERPENGISI PARTIKEL SERAT BUAH
PINANG
dibuat untuk melengkapi persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini adalah hasil karya saya kecuali kutipan-kutipan yang telah saya sebutkan sumbernya.
Demikian pernyataan ini diperbuat, apabila dikemudian hari terbukti bahwa karya ini bukan karya saya atau merupakan hasil jiplakan maka saya bersedia menerima sanksi sesuai dengan aturan yang berlaku.
Medan, 10 Juli 2014
v
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan Skripsi
dengan judul “Pengaruh Perlakuan Alkali (NaOH) Terhadap Sifat Mekanik
Komposit Epoksi Berpengisi Partikel Serat Buah Pinang”, berdasarkan hasil penelitian yang penulis lakukan di Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar sarjana teknik.
Hasil Penelitian ini diharapkan dapat memberi gambaran kepada dunia industri tentang pemanfaatan serat buah pinang yang dapat diolah lebih lanjut sehingga didapat serat buah pinang yang memiliki potensi untuk dijadikan pengisi dalam pembuatan komposit polimer. Karya ilmiah ini telah diterima untuk terbit pada
Jurnal Teknik Kimia Universitas Sumatera Utara dengan judul “Pengaruh Perlakuan
Alkali (NaOH) Terhadap Sifat Mekanik Komposit Epoksi Berpengisi Partikel Serat
Buah Pinang”.
Selama melakukan penelitian sampai penulisan skripsi ini penulis banyak mendapat bantuan dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan terimakasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada:
1. Bapak M. Hendra S. Ginting, ST, MT. selaku Dosen Pembimbing atas kesabarannya dalam membimbing penulis pada penyusunan dan penulisan skripsi ini.
2. Ibu Dr. Ir. Hamidah Harahap, M.Sc. selaku Dosen Penguji I yang telah memberikan saran dan masukan yang membangun dalam peulisan skripsi ini. 3. Ibu Dr. Halimatuddahliana, ST, M.Sc. selaku Dosen Penguji II yang telah
memberikan saran dan masukan yang membangun dalam peulisan skripsi ini. 4. Ibu Ir. Renita Manurung, MT. selaku koordinator penelitian.
vi
6. Staf pegawai Laboratorium Fakultas Farmasi Universitas Sumatera Utara yang membantu penulis dalam pengujian sampel.
7. Akhmad Nadji Shabiri, selaku partner penelitian penulis.
8. Rekan-rekan stambuk 2008 Teknik Kimia Universitas Sumatera Utara yang telah membantu dan mendukung penulis dalam penyelesaian laporan ini.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan masukan demi kesempurnaan skripsi ini. Semoga ini memberikan manfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan.
Medan, Juli 2014
Penulis
vii
DEDIKASI
Puji dan syukur kehadirat Allah SWT atas limpahan rahmat, karunia, dan kesempatan menggenggam ilmu dari-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul “Pengaruh Perlakuan Alkali (NaOH) Terhadap Sifat Mekanik Komposit Epoksi Berpengisi Partikel Serat Buah Pinang”.
Dengan mengucapkan syukur Alhamdulillah, skripsi ini kupersembahkan untuk orang-orang yang kusayangi:
1. Ayah dan mama, dua orang terhebat di dunia ini, motivator terbesar dalam hidupku, atas kesabaran dan kasih sayangmu yang mengantarkan ku sampai sekarang ini, doa mu selalu mengiringi langkahku, senyummu senantiasa jadi penyemangatku.
2. Keluarga besar yang selalu mendukung dan memberikan bantuan sehingga skripsi ini dapat selesai.
3. Seluruh staf pengajar dan pegawai di lingkungan Teknik Kimia USU yang sudah memberikan banyak ilmu, nasehat, dan bantuan sehingga aku dapat menamatkan studiku.
4. Sahabat-sahabatku Jaed, Gendut, Mora, Saprik, dan Sandi yang sudah banyak membantu dan memberi dukungan atas selesainya skripsi ini. Sukses untuk kita semua.
5. Gaby Tiffani Safria yang selalu mengingatkan untuk tetap fokus mengejar cita-cita dan selalu mendukung apapun yang aku perbuat.
6. Sahabat-sahabat dari SMA, rekan-rekan stambuk 2008 seperjuangan khususnya Naji, Anggi, Mail, dan Fahri, dan teman-temanku yang tidak bisa ku sebutkan satu-persatu.
Terimakasih atas semuanya. Ini halaman terakhir dan paling malas aku kerjakan, karena semua yang kalian berikan tidak sebanding dengan kata-kata.
“Imagination is more than important than knowledge, knowledge is limited; imagination encircles the world”
viii
RIWAYAT HIDUP PENULIS
Nama: Rizky Salaam Ritonga NIM: 080405046
Tempat/tgl lahir: Jakarta, 4 Oktober 1990
Nama orang tua: Drs. Muhammad Arif Ritonga, M.Pd Alamat orang tua:
Jalan Sumantri Brojonegoro No. 50, Desa Laut Dendang, Kecamatan Percut Sei Tuan, Deli Serdang, 20371
Asal Sekolah
SD Swasta Budisatrya Medan tahun 1996-2002
SMP Negeri 27 Medan tahun 2002-2005
SMA Negeri 1 Medan tahun 2005-2008 Pengalaman organisasi:
ix
ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh perbandingan fraksi volum serat buah pinang dengan epoksi dan pengaruh konsentrasi alkali (NaOH) terhadap sifat mekanik komposit epoksi berpengisi partikel serat buah pinang yang dihasilkan. Bahan yang digunakan antara lain serat buah pinang yang didapat dari supplier buah pinang di Stabat, epoksi, dan natrium hidroksida. Variabel-variabel yang digunakan antara lain variasi fraksi volum epoksi dengan serat buah pinang dan variasi konsentrasi NaOH yang digunakan dalam perendaman serat. Pembuatan komposit ini dimulai dengan penyiapan serat yang digunakan sebagai pengisi yakni serat pinang dipisahkan dari kulit terluar, dibersihkan, dan dikeringkan. Kemudian serat tersebut direndam dalam larutan NaOH dengan masing-masing konsentrasi selama 1 jam, dicuci dengan air hingga pH netral, dan dikeringkan di dalam oven hingga berat serat konstan. Serat yang telah direndam, digiling di dalam ball mill hingga serat halus dan membentuk partikel kemudian diayak dengan ayakan ukuran 50 mesh. Setelah serat siap digunakan sebagai pengisi, serat tersebut dicampur hingga merata dengan epoksi dan epoksi hardener dan dicetak dengan menggunakan cetakan. Kemudian komposit didiamkan di dalam cetakan selama 1 hari dalam suhu ruangan. Setelah itu, komposit dikeluarkan dari cetakan dan dilakukan pengujian pada masing-masing sampel, yakni uji Fourier Transform-Infra Red (FT-IR), uji kekuatan tarik, uji kekuatan lentur, uji kekuatan bentur, uji daya serap air, dan uji Scanning Electron Microscopy (SEM). Hasil penelitian memperlihatkan kekuatan komposit secara umum meningkat seiring dengan meningkatnya pengisi dan konsentrasi NaOH. Kekuatan tarik maksimum berada pada rasio epoksi-serat pinang 60:40 dan konsentrasi alkali 2 % sebesar 19,311 MPa, sedangkan kekuatan tarik dengan meningkatnya pengisi pada komposit. Komposisi dan konsentrasi yang menunjukkan kekuatan optimum berada pada rasio epoksi-serat pinang 60:40 dan konsentrasi 2%.
x
ABSTRACT
This research aims to determine the effect of fiber volume fraction of areca with epoxy and the influence of the concentration of alkali (NaOH) on mechanical properties of composites epoxy-areca fiber particle. The materials were used are areca fiber that obtained from supplier in Stabat, epoxy, and sodium hydroxide. The flexural strength test, impact strength test, water absorption test, and Scanning Electron Microscopy (SEM) test. The results showed the general strength of the composite increases with the increase of filler and NaOH concentration. Maximum tensile strength was obtained in epoxy-areca ratio 60: 40 and 2% of alkali concentration in amount 19,311 MPa, otherwise minimum tensile strength was 10,653 MPa. Maximum bending strength was obtained in epoxy-areca ratio 60: 40 with increasing of filler in composites. The optimum composition and concentration was obtained in ratio of epoxy and areca fiber at 60:40 and 2% of alkali concentration.
xi
DAFTAR ISI
Halaman PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI iii
PENGESAHAN iv
1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN 4 1.5.1 Lokasi Penelitian 4
2.1.1 Bahan Komposit Partikel (Particulate Composite) 6 2.1.2 Bahan Komposit Serat (Fiber Composite) 7
xii
2.3 SERAT BUAH PINANG 8
2.4 ALKALISASI 9
2.5 PROSES PABRIKASI KOMPOSIT 10 2.5.1 Open Molding Process (Pencetakan Terbuka) 10 2.5.2 Close Molding Process (Pencetakan Tertutup) 11 2.6 PENGUJIAN KOMPOSIT 13 2.6.1 Karakteristik Fourier Transform-Infra Red (FT-IR) 13 2.6.2 Pengujian Kekuatan Tarik (Tensile Strength) ASTM D 638 13 2.6.3 Pengujian Kekuatan Bengkok (Bending Strength) ASTM D 790 15 2.6.4 Pengujian Kekuatan Bentur (Impact Strength) ASTM D
4812-11 17
2.6.5 Analisa Penyerapan Air (Water Absorption) ASTM D 570 20 2.6.5 Analisa Scanning Electron Microscope (SEM) 20 2.7 APLIKASI DAN KEGUNAAN PRODUK KOMPOSIT 20
2.8 ANALISIS BIAYA 22
BAB III METODOLOGI PENELITIAN 24
3.1 LOKASI PENELITIAN 24
3.2 BAHAN DAN PERALATAN 24
3.2.1 Bahan 24
3.2.2 Peralatan 24
3.3 PROSEDUR PENELETIAN 25 3.3.1 Pengambilan Serat Buah Pinang 25 3.3.2 Perlakuan Alkali Serat Buah Pinang 25 3.3.3 Pembuatan Partikel Serat Buah Pinang 25 3.3.4 Pembuatan Komposit Epoksi Berpengisi Partikel Serat Buah
Pinang 26
3.3.5 Pengujian Kommposit 26
3.3.5.1 Karakteristik Fourier Transform-Infra Red (FT-IR) 26
3.3.5.2 Pengujian Kekuatan Tarik (Tensile Strength) ASTM D
638 Tipe IV 26
3.3.5.3 Pengujian Kekuatan Lentur (Bending Strength) ASTM D
xiii
3.3.5.4 Pengujian Kekuatan Bentur (Impact Strength) ASTM D
4812-11 28
3.3.5.5 Analisa Penyerapan Air (Water Absorption) ASTM D
570 28
3.3.5.6 Pengujian Analisa Scanning Electron Microscopy
(SEM) 28
3.4 FLOWCHART PENELITIAN 29 3.4.1 Flowchart Pengambilan Serat Buah Pinang 29 3.4.2 Flowchart Perlakuan Alkali Serat Buah Pinang 29 3.4.3 Flowchart Pembuatan Partikel Serat Buah Pinang 30 3.4.4 Flowchart Pembuatan Komposit Epoksi Berpengisi Partikel
Serat Buah Pinang 30
3.4.5 Flowchart Pengujian Komposit 31 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 32 4.1 KARAKTERISTIK FT-IR (FOURIER TRANSFORM-INFRA RED)
EPOKSI, SERAT BUAH PINANG, DAN KOMPOSIT EPOKSI
BERPENGISI SERAT BUAH PINANG 32 4.1.1 Karakteristik FT-IR Epoksi 32 4.1.2 Karakteristik FT-IR Serat Buah Pinang Tanpa Perlakuan Alkali
Dan Dengan Perlakuan Alkali 33 4.1.3 Karakteristik FT-IR Komposit Epoksi Berpengisi Serat Buah
Pinang 36
4.2 PENGARUH KOMPOSISI DAN PERLAKUAN ALKALI TERHADAP KEKUATAN TARIK (TENSILE STRENGTH) KOMPOSIT EPOKSI BERPENGISI PARTIKEL SERAT BUAH
PINANG 39
4.3 PENGARUH KOMPOSISI DAN PERLAKUAN ALKALI
TERHADAP MODULUS ELASTISITAS (ELASTIC MODULUS) KOMPOSIT EPOKSI BERPENGISI PARTIKEL SERAT BUAH
PINANG 41
4.4 PENGARUH KOMPOSISI DAN PERLAKUAN ALKALI
xiv
(ELONGATION AT BREAK) KOMPOSIT EPOKSI BERPENGISI
PARTIKEL SERAT BUAH PINANG
4.5 PENGARUH KOMPOSISI DAN PERLAKUAN ALKALI TERHADAP KEKUATAN LENTUR (BENDING STRENGTH) KOMPOSIT EPOKSI BERPENGISI PARTIKEL SERAT BUAH
PINANG 44
4.6 PENGARUH KOMPOSISI DAN PERLAKUAN ALKALI TERHADAP KEKUATAN BENTUR (IMPACT STRENGTH) KOMPOSIT EPOKSI BERPENGISI PARTIKEL SERAT BUAH
PINANG 45
4.7 PENGARUH KOMPOSISI TERHADAP PENYERAPAN AIR
(WATER ABSORPTION) KOMPOSIT EPOKSI BERPENGISI
PARTIKEL SERAT BUAH PINANG 47 4.8 ANALISA SCANNING ELECTRON MICROSCOPY (SEM) EPOKSI
DAN KOMPOSIT PARTIKEL EPOKSI BERPENGISI PARTIKEL
SERAT BUAH PINANG 48
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 50
5.1 KESIMPULAN 50
5.1 SARAN 51
DAFTAR PUSTAKA 52
xv Gambar 2.5 Cover Kaca Spion Mobil Dari Komposit Epoksi 21 Gambar 3.1 Contoh Skema Spesimen Uji Tarik 27 Gambar 3.2 Ukuran Dimensi Spesimen Kekuatan Lentur ASTM D-790 27 Gambar 3.3 Ukuran Dimensi Spesimen Metoda Izod ASTM D 4812-11 28 Gambar 3.4 Flowchart Pengambilan Serat Buah Pinang 29 Gambar 3.5 Flowchart Perlakuan Alkali Serat Buah Pinang 29 Gambar 3.6 Flowchart Pembuatan Partikel Serat Buah Pinang 30 Gambar 3.7 Flowchart Pembuatan Komposit Epoksi
Berpengisi Partikel Serat Buah Pinang 30 Gambar 3.8 Flowchart Pengujian Komposit 31 Gambar 4.1 Karakteristik FT-IR Epoksi 32 Gambar 4.2 Rumus Molekul Epoksi 32 Gambar 4.3 Karakteristik FT-IR Serat Buah Pinang Tanpa Perlakuan
Alkali 33
Gambar 4.4 Karakteristik FT-IR Serat Buah Pinang Dengan Perlakuan
Alkali 34
Gambar 4.5 Perbandingan Karakteristik FT-IR Serat Buah Pinang Tanpa Perlakuan Alkali dan Serat Pinang Dengan Perlakuan Alkali 35 Gambar 4.6 Karakteristik FT-IR Komposit Epoksi Berpengisi
Serat Buah Pinang 36 Gambar 4.7 Karakteristik FT-IR Epoksi, Serat Buah Pinang,
xvi
Gambar 4.9 Pengaruh Komposisi dan Perlakuan Alkali Terhadap Kekuatan Tarik Komposit Epoksi Berpengisi
Partikel Serat Buah Pinang 39 Gambar 4.10 Pengaruh Komposisi dan Perlakuan Alkali Terhadap
Modulus Elastisitas Komposit Epoksi Berpengisi
Partikel Serat Buah Pinang 41 Gambar 4.11 Pengaruh Komposisi dan Perlakuan Alkali Terhadap Sifat
Pemanjangan Pada Saat Putus Komposit Epoksi Berpengisi
Partikel Serat Buah Pinang 42 Gambar 4.12 Pengaruh Komposisi dan Perlakuan Alkali Terhadap
Kekuatan Lentur Komposit Epoksi Berpengisi
Partikel Serat Buah Pinang 44 Gambar 4.13 Pengaruh Komposisi dan Perlakuan Alkali Terhadap
Kekuatan Bentur Komposit Epoksi Berpengisi
Partikel Serat Buah Pinang 45 Gambar 4.14 Pengaruh Komposisi Terhadap Penyerapan Air (Water
Absorption) Komposit Epoksi Berpengisi Partikel
Serat Buah Pinang 47
xvii
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 2.1 Spesifikasi Resin Epoksi 8 Tabel 2.2 Komposisi Kimia Dari Beberapa Serat Alam 9 Tabel 2.3 Perbandingan Harga antara Serat Alam dan Serat Sintetik 21 Tabel 2.4 Rincian Biaya Pembuatan Komposit Epoksi Berpengisi
Serat Buah Pinang 22
xviii
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman Lamipran 1 Data Penelitian 55
1.1 Data Hasil Kekuatan Tarik (MPa) 55 1.2 Data Hasil Kekuatan Lentur (MPa) 55 1.3 Data Hasil Kekuatan Bentur (J/m2) 56 1.4 Data Hasil Penerapan Air (%) 56 Lampiran 2 Contoh Perhitungan 57 2.1 Perhitungan Penyerapan Air Komposit 57 Lampiran 3 Dokumentasi Penelitian 58 3.1 Partikel Serat Buah Pinang 58 3.2 Komposit Partikel Epoksi Berpengisi Serat Buah
Pinang 59
3.3 Alat Universal Testing Machine (UTM) Gotech
AL-7000M Grid Tensile 59 3.4 Alat Universal Testing Machine (UTM) Gotech
AL-7000M Grid Flexural 60 3.5 Alat Impact Tester Gotech 60 3.6 Fourier-Transform Infra-Red (FTIR) Shimadzu
Ir-Prestige 21 61
3.7 Scanning Electron Microscopy (SEM) Zeiss Evo MA
xix
DAFTAR SINGKATAN
ASTM American Standart Testing Machine
EM Electron Microscopy
FT-IR Fourirer Transform-Infra Red
RTM Resin Transfer Molding
SEI Secondary Electron Image
SEM Scanning Electron Microscopy
TEM Transmission Electron Microscopy
xx
DAFTAR SIMBOL
Simbol Keterangan Dimensi
α Sudut pendulum sebelum diayunkan
β Sudut ayunan pendulum setelah mematahkan spesimen Eb Modulus elastisitas MPa
Esrp Energi serap J
Fmaks Beban yang diberikan terhadap penampang
spesimen l0 Panjang mula-mula spesimen sebelum
pembebanan M Momen bending
m Berat pendulum kg
P Beban yang diberikan N
xxi
