Studi Perlakuan Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit Dan Pembuatan Komposit Polimer Busa Serta Analisa Uji Tekan Statik

(1)

STUDI PERLAKUAN TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT DAN PEMBUATAN KOMPOSIT POLIMER BUSA SERTA

ANALISA HASIL UJI TEKAN STATIK

SKRIPSI

Skripsi ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik

DANIEL SIANTURI 100421016

PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

(2)

ABSTRAK

Kajian eksperimen ini melaporkan proses pelayanan serat tandan kosong kelapa sawit dan pembuatan spesimen komposit polimer busa diikuti uji tekan. Permasalahan pemanfaatan polimer busa yang dibuat dari polyurethane sebagai produk yang mampu menahan beban tekan masih terbatas jumlahnya. Untuk meningkatkan kekuatan polimer busa ,maka di dalam penelitian ini polyurethane

sebagai bahan pembentuk busa diformulasikan dengan beberapa material tambahan yaitu serat tandan kosong kelapa sawit. Penulis melakukan penyelidikan respon busa polimer yang diperkuat serat tandan kosong kelapa sawit akibat beban tekan statik secara eksperimen.Tujuan kajian untuk memperoleh respon tegangan tekan, regangan, modulus elastisitas, dan mode kerusakan. Pembuatan spesimen komposit polimer busa dibuat menggunakan metode hand lay up yang terdiri dari bahan matriks poliuretan diperkuat serat tandan kosong kelapa sawit. Matrik poliuretan dibuat dari campuran poliol dan resin isosianat, resin BTQN 157 Ex, serta katalis MEKPO. Proses pelayanan serat dimulai dari persiapan tandan kosong kelapa sawit, penumbukan tandan kosong bagi penyiapan serat, perendaman serat, pengeringan serat, penimbangan serat pasca pengeringan serta pencacahan serat. Bentuk spesimen uji dibuat berbentuk silinder sesuai standar ASTM D1621-00. Jumlah spesimen uji 15 buah yang dibuat dalam 5 variasi komposisi, yaitu C1,C2,C3,C4,C5 dimana tiap variasi terdiri dari 3 spesimen. Uji mekanik dilakukan menggunakan metoda uji tekan statik pada mesin uji Servo Pulser. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa untuk variasi 1 tegangan tekan maksimum (σmaks) sebesar 0,77 kgf/mm2, regangan (ε) sebesar 0,38 , modulus elastisitas (E) sebesar 2,02 kgf/mm2. Variasi yang terbaik terdapat pada spesimen uji C 2-1 dengan tegangan tekan maksimum (σmaks) sebesar0,67 kgf/mm2, regangan (ε) sebesar 0,25 , modulus elastisitas (E) sebesar 2,68 kgf/mm2.Mode kerusakan adalah terbentuknya rongga-rongga sehingga mempengaruhi batas tegangan elastis, tegangan maksimum (σmaks) dan regangan (ε) yang dicapai untuk patah. Kesimpulan kajian adalah mode kegagalan komposit polimer busa berbeda-beda pada setiap variasi komposisi, hal ini memberi informasi bahwa karakteristik material komposit polimer busa akibat proses pencamuran yang tidak merata sehingga terbentuk rongga rongga yang mempengaruhi hasil uji.

(3)

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis ucapkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat

rahmat dan karunia-Nya, yang telah memberikan pengetahuan, kesehatan, serta

kesempatan kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan Skripsi ini.

Teristimewa penulis mengucapkan terima kasih kepada kedua Orang tua

tercinta, serta Abang dan Kakak yang telah begitu banyak berkorban tanpa pamrih

baik moril maupun materi dan banyak memberikan motivasi kepada penulis.

Skripsi ini merupakan salah satu syarat yang harus dipenuhi mahasiswa

untuk menyelesaikan studinya di Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara,

khususnya di Departemen Teknik Mesin Universitas sumatera Utara. Penulisan

Skripsi ini penulis memilih Pemilihan Bahan Dan Proses, dengan judul “Studi

Perlakuan Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit Dan Pembuatan Komposit Polimer

Busa Serta Analisa Uji Tekan Statik”. Dan dengan pembatasan masalah yang

akan dibahas adalah melakukan analisa uji tekan statik untuk bahan komposit

busa polimer yang meliputi persiapan serat, pelayanan serat, pembuatan spesimen,

pengujian tekan, dan analisa hasil.

Dalam menyelesaikan Skripsi ini, penulis telah banyak mendapat

bimbingan dan arahan dari berbagai pihak, baik berupa materi, spiritual, informasi

maupun segi administrasi, oleh karena itu pada kesempatan ini penulis

mengucapkan terima kasih kepada:

1. Bapak Ir. Syahrul Abda,M.Sc. selaku Dosen Pembimbing Tugas Sarjana ini.

2. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri, selaku Dosen Pembanding I.

3. Bapak Mahadi,ST selaku Dosen Pembanding II.

4. Bapak Ir. M.Syahril Gultom,M.T, selaku Dosen Penguji I.

5. Bapak Ir. Mulfi Hazwi,MSc selaku Dosen Penguji II.

6. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri, selaku ketua Departemen Teknik

(4)

7. Seluruh Staff Pengajar/Dosen dan Pegawai di Departemen Teknik Mesin, dan

Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

8. Semua teman-teman penulis, yang telah banyak memberikan bantuan motivasi

semangat bagi penulis terima kasih atas dukungannya selama ini.

Penulis menyadari bahwa Skripsi ini masih ada kekurangan. Untuk itu

penulis mengharap kritik dan saran yang membangun dari para pembaca. Akhir

kata penulis mengharapkan agar laporan Skripsi ini dapat memberikan manfaat

bagi pembaca pada umumnya dan bagi penulis khususnya.

Medan, November 2013

Penulis,

(5)

DAFTAR ISI

ABSTRAK ... i

KATA PENGANTAR ... ii

DAFTAR ISI ... iii

DAFTAR TABEL ... vi

DAFTAR GAMBAR ... vii

DAFTAR NOTASI ... ix

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Perumusan Masalah ... 3

1.3 Tujuan Penelitian ... 3

1.4 Manfaat Penelitian ... 4

1.5 Sistematika Penulisan ... 4

BAB II TINJAUAN PUSATAKA ... 6

2.1 Tandan Kosong Kelapa Sawit... 6

2.2 Serat TKKS ... 6

2.3 Defenisi Komposit ... 9

2.3.1Klasifikasi Bahan Komposit ... 10

2.3.2Tipe Komposit Serat ... 11

(6)

2.4.1Material Komposit Polimer busa ... 14

2.4.2 Blowing Agent (BA)... 14

2.4.3 Katalis MEKPO (Methyl Ethyl Keton Peroksida) ... 15

2.5Pembuatan Komposit ... 16

2.6 Respon Mekanik akibat Beban Tekan Statik ... 16

2.7 Uji Tekan Statik ... 17

2.8 Kerangka Konsep Penelitian ... 20

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 22

3.1Tempat Dan Waktu Penelitian ... 22

3.2 Alat Dan Bahan ... 22

3.2.1 Alat yang Digunakan Untuk Membuat Spesimen ... 23

3.2.1.1 Cetakan ... 23

3.2.1.2 Penjepit ... 23

3.2.1.3 Alas Cetakan ... 24

3.2.1.4 Mesin Pencacah ... 24

3.2.1.5 Neraca Analitik ... 24

3.2.1.6 Alat Pelengkap ... 25

3.2.2 Bahan yang Digunakan Untuk Membuat Spesimen ... 25

3.2.2.1 Serat TKKS ... 25

3.2.2.2 Resin BTQN 157 EX ... 26

(7)

3.2.2.4 Katalis MEKPO (Methyl Ethyl Keton Peroksida) ... 27

3.2.2.5 Larutan Alkali NaOH ... 28

3.2.2.6 Wax ... 28

3.3Persiapan Pembuatan serat TKKS ... 29

3.4Proses PelayananSerat TKKS ... 29

3.4.1 Perendaman serat TKKS ... 29

3.4.2 Pengeringan serat TKKS ... 31

3.4.3 Pencacahan serat TKKS mengunakan mesin pencacah .... 31

3.5Proses Pembuatan Spesimen Uji Tekan statik ... 32

3.5.1 Cetakan specimen ... 32

3.5.2 Persiapan bahan pembentuk spesimen ... 33

3.5.3 Pembuatan spesimen uji ... 35

3.6Pengujian secara Eksperimental ... 37

3.7 Mode Kerusakan Polimer Busa. ... 40

3.8Massa Jenis benda ... 41

3.9Diagram Alir Pelaksanaan Penelitian ... 44

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 46

4.1 Hasil Pengujian Tekan Statik ... 46

4.1.1 Hubungan Tegangan-Regangan ... 46

4.1.2 Hubungan Modulus elastisitas-NaOH ... 82

(8)

4.1.4 Hubungan Tegangan -NaOH ... 85

4.1.5 Hubungan Regangan - NaOH ... 86

4.1.6 Hubungan Beban Tekan - NaOH ... 87

4.1.7 Hubungan Tegangan terhadap Regangan, Modulus - elastisitas dan Kerapatan... 88

4.1.8 Mode kegagalan Polimer Busa ... 90

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 93

5.1 Kesimpulan ... 93

5.2 Saran ... 94

DAFTAR PUSTAKA

(9)

DAFTAR TABEL

Nomor Judul Halaman

2.1 Karakteristik Serat Tunggal TKKS ... 8

2.2 Parameter tipikal TKKS per kg ... 9

3.1 Massa Bahan Penyusun Spesimen Uji ... 22

3.2 Peralatan untuk Persiapan Bahan Penyusun ... 22

3.3 Perbandingan perendaman serat TKKS ... 30

3.4 Perkiraan Bahan Penyusun Spesimen ... 33

3.5 Massa jenis spesimen uji ... 42

4.1 Data Uji Tekan Statik Polimer busa spesimen C1-1 ... 46

(10)

4.16 Hubungan Modulus elastisitas-NaOH ... 82

4.17 Hubungan Kerapatan -NaOH ... 83

4.18 Hubungan Tegangan - NaOH ... 85

4.19 Hubungan Regangan - NaOH ... 86

4.20 Hubungan Beban Tekan - NaOH ... 87

(11)

DAFTAR GAMBAR

Nomor Judul Halaman

2.1 Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) ... 7

2.2 TKKS yang telah dicabik ... 7

2.3 Serat TKKS yang sudah dicacah ... 8

2.4 Klasifikasi / Skema Struktur Komposit (Callister,1994). ... 10

2.5 Tipe discontinuous fiber ... 11

2.6 Tipe komposit serat ... 12

2.7 Jenis Material Berongga ... 13

2.8 Ilustrasi material Polimer busa ... 15

2.9 Spesimen uji tekan standar ASTM D1621-00 ... 17

2.10 Tipikal Kurva Respon Tegangan-Regangan terhadap Material busa 18

akibat beban Tekan Statik... 2.11 Diagram Uji Tekan Statik. ... 19

2.12 Kerangka Konsep Penelitian ... 21

3.1 Cetakan ... 23

3.2 Penjepit ... 23

3.3 Mesin Pencacah ... 24

3.4 Neraca Analitik ... 25

3.5 Alat Pelengkap... 25

3.6 Serat TKKS ... 26

(12)

3.8 Blowing Agent (BA) ... 27

3.9 Katalis MEKPO ... 27

3.10 NaOH dalam kemasan ... 28

3.11 Wax ... 28

3.12 Perendaman TKKS dengan larutan NaOH ... 30

3.13 Proses penjemuran serat TKKS ... 32

3.14 TKKS yang telah dicacah menurut kadar NaOH ... 32

3.15 Cetakan spesimen ... 33

3.16 Persiapan Bahan-bahan Penyusun Spesimen Uji ... 35

3.17 Proses pembentukan spesimen busa polimer ... 35

3.18 Foto Spesimen Uji Tekan Statik Aksial Menurut standar ASTM 36

D 1621-00 ... 3.19 Foto Spesimen Busa polimer yang Diperkuat Serat TKKS ... 36

3.20 Setup Alat Uji Tekan Statik ... 37

3.21 Skema Persiapan Shimadzu Servopulser ... 38

3.22 Skema Uji Tekan Statik ... 39

3.23 Mode Busa polimer yang Dikenai Beban Tekan ... 41

3.24 Diagram Alir Penelitian ... 45

4.1 Kurva Respon Tegangan-Regangan spesimen C1-1 ... 48

(13)

4.16 Kurva hubungan Modulus elastisitas -NaOH ... 83

4.17 Kurva hubungan Kerapatan -NaOH ... 84

4.18 Kurva hubungan Tegangan -NaOH ... 86

4.19 Kurva hubungan Regangan -NaOH ... 87

4.20 Kurva hubungan Beban Tekan -NaOH ... 88

4.21 Kurva Hubungan Tegangan terhadap Regangan, Modulus elastisitas dan Kerapatan... 89

(14)

DAFTAR NOTASI

SIMBOL KETERANGAN SATUAN

A Luas penampang mm2

D Diameter pipa mm

m massa g

v volume cm3

l Panjang pipa mm

ρ Berat Jenis Mg.m-3

E Modulus Young GPa

E Modulus elastisitas kgf/mm2

σT Kekuatan Tarik kgf/mm2

σ Tegangan normal kgf/mm2

ε Regangan %

F Beban tekan N

δ Defeksi mm