Pembuatan dan Karakterisasi Genteng Polimer Berbasis Ampas Tebu dan Batu Apung Sebagai Agregat dengan Poliester dan Karet Sir 20 Sebagai Matriks

PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI GENTENG POLIMER

BERBASIS AMPAS TEBU DAN BATU APUNG SEBAGAI

AGREGAT DENGAN POLIESTER DAN KARET SIR 20

SEBAGAI MATRIKS

TESIS

Oleh

TIOPAN ARUAN

117026012/FIS

PROGRAM PASCASARJANA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI GENTENG POLIMER

BERBASIS AMPAS TEBU DAN BATU APUNG SEBAGAI

AGREGAT DENGAN POLIESTER DAN KARET SIR 20

SEBAGAI MATRIKS

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

TIOPAN ARUAN

117026012/FIS

PROGRAM PASCASARJANA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

PERNYATAAN ORISINALITAS

PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI GENTENG POLIMER

BERBASIS AMPAS TEBU DAN BATU APUNG SEBAGAI

AGREGAT DENGAN POLIESTER DAN KARET SIR 20

SEBAGAI MATRIKS

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

dijelaskan sumber dengan benar

Medan, 22 Agustus 2013

PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH

UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Sebagai civitas akademika Universitas Sumatera Utara, saya yang

bertanda tangan di bawah ini:

Nama

: Tiopan Aruan

NIM

: 117026012

Program Studi

: Magister Ilmu Fisika

Jenis Karya Ilmiah

: Tesis

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberi

kepada Universitas Sumatera Utara Hak Bebas Royalti Non-Ekslusif

(Non-xlusive Royalty Free Right) atas tesis saya yang berjudul:

PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI GENTENG POLIMER

BERBASIS AMPAS TEBU DAN BATU APUNG SEBAGAI

AGREGAT DENGAN POLIESTER DAN KARET SIR 20

SEBAGAI MATRIKS

Beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan hak bebas

royalti Non-ekslusif ini, Universitas Sumatera Utara Berhak

Menyimpan, mengalih media, memformat, mengelola dalam bentuk

data-base, merawat dan mempublikasi tesis saya tanpa meminta izin

dari saya tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis dan sebagai

pemegang dan atau sebagai pemilik hak cipta

Demikian penyataan ini dibuat dengan sebenarnya.

Medan, 22 Agustus 2013

Telah diuji pada

Tanggal

: 22 Agustus 2013

PENITIA PENGUJI TESIS

Ketua

: Prof. Dr. Timbangen Sembiring, M.Sc

Anggota

: 1. Dr. Kerista Sebayang, M.S

DAFTAR RIWAYAT HIDUP

DATA PRIBADI

Nama Lengkap Berikut Gelar : Drs. Tiopan Aruan

Tempat dan Tanggal Lahir

: Medan, 10 Mei 1961

Alamat Rumah

: Jl. Multatuli No. 95 Medan

Telepon/Fax/HP

: 081396569976

E-mail

Instansi Tempat Bekerja

: Dinas Pendidikan Pemuda, dan

Olahraga Kab. Deli Serdang

Alamat Kantor

: Jl. Karya Asih No. 1 Lubuk Pakam

Telepon/Fax/HP

: 061-7956623,Fax.061-7954043

DATA PENDIDIKAN

SD

: SDS Bhayangkari Medan

Tamat: 1973

SMP

: SMPN 1 Medan

Tamat: 1976

SMA

: SMAS LPSK Bandung

Tamat: 1980

Strata-1

: FKIP Universitas Sebelas Maret

Surakarta

Tamat: 1988

Strata-2

: Magister Ilmu Fisika

KATA PENGANTAR

Pertama-tama penulis panjatkan puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Kuasa atas berkat dan karunia-Nya sehingga tesis ini dapat diselesaikan.

Dengan selesainya tesis ini, perkenankanlah penulis mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada:

1. Rektor Universitas Sumatera Utara, Prof. Dr. dr.Syahrill Pasaribu, DTM & H, M.Sc (CTM), Sp.A(K) atas kesempatan yang diberikan kepada penulis untuk mengikuti dan menyelesaikan pendidikan Program Magister Sains. 2. Dekan Fakultas MIPA Universitas Sumatra Utara, Dr.Sutarman, M.Sc atas

kesempatan menjadi mahasiswa Program Magister Sains pada Program Pascasarjana Fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara.

3. Ketua Program Studi Magister Fisika, Dr.Nasruddin MN, M.Eng. Sc. Sekertaris Program Studi Fisika, Dr. Anwar Dharma Sembiring, M.S., beserta seluruh Staf Pengajar pada Program Studi Magiter Fisika Program Pascasarjana Fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara.

4. Terimakasih yang tak terhingga dan penghargaan setingi-setingginya penulis ucapkan kepada Prof. Dr.Timbangen Sembiring, M.Sc selaku Pembimbing Utama yang dengan penuh perhatian dan telah memberikan dorongan,bimbingan dan arahan, demikian juga kepada Dr.Krista Sebayang, MS, Selaku Co Pembimbing yang dengan penuh kesabaran menuntun dan membimbing kami hingga selesai nya penelitian ini.

5. Kepada Ayahanda Almarhum Drs.M.Aruan dan Ibunda R.Br.Siagian Salam sujud Ananda atas perhatian, nasehat kepaada saya hingga saat ini. Pengabdian-mu tak pernah ananda lupakan.

6. Kepada istri saya Arita Marpaung yang telah mendampingi selama ini serta anak ku tersayang Naomi dan Natan. Terimakasih atas segala pengorbanan kalian baik berupa moril maupun materil, budi baik ini tidak dapat di balas hanya di serahkan kepada Tuhan Yang Maha Esa.

7. Terimakasih kepada teman–teman seangkatan 2011 dan semua pihak yang telah banyak membantu dan memberikan doa,motivasi dan semangat hingga selesai nya tesis ini semoga ini menjadi kebangaan semua orang-orang yang saya cintai semoga kita tetap diberi karunia-Nya dalam memanfaatkan segala ilmu yang sudah penulis terima.

Medan, 22 Agustus 2013

PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI GENTENG POLIMER BERBASIS AMPAS TEBU DAN BATU APUNG SEBAGAI AGREGAT DENGAN

POLIESTER DAN KARET SIR 20 SEBAGAI MATRIKS

ABSTRAK

Penelitian ini tentang pemanfaatan serat tebu sebagai penguat dan serbuk batu apung sebagai pengisi pada matriks poliester dan perekat karet SIR-20 dalam pembuatan genteng polimer. Pada penelitian ini digunakan ukuran serat tebu sekitar 1 cm dan ukuran butir serbuk batu apung sekitar 80 mesh. Proses pencetakan dilakukan dengan teknik cetak dingin. Dari hasil pengujian sifat fisik yang telah dilakukan didapatkan bahwa pembuatan genteng yang diisi oleh serat tebu pada komposisi 0%, 5%, 10%, 15% dan 20%, nilai serapan air keseluruhan sampel berkisar 1,81% hingga 6,83% telah memenuhi standar SNI – 0099 tahun 2007 (< 10%) sedangkan densitasnya berkisar 1,14 gr/cm3 hingga 1,3 gr/cm3. Pada pengujian mekanik hasil pengujian kuat lentur, nilai kuat lentur keseluruhan sampel berkisar 404 MPa hingga 648 MPa telah memenuhi standar ASTM D-790-03 (> 172,5 MPa) dan ASTM C-580-02 (> 11,79 MPa) sedangkan nilai impak berkisar 4,67 kJ/m2 hingga 47,11 kJ/m2 dan nilai uji tarik berkisar 1,46 MPa hingga 2,58 MPa. Dari pengujian sifat mekanik, komposisi sampel III (10%) serat tebu memiliki komposisi yang lebih homogen karena memiliki kenaikan yang signifikan bahkan pada uji tarik dan kuat lentur berada pada nilai maksimum. Pada uji DTA penambahan serat tebu pada reaksi eksotermik cenderung menurunkan titik lebur sampel dimana pada komposisi 0% serat (sampel I) titik lebur 480°C dan pada komposisi 20% serat (sampel V) titik lebur menjadi 410°C, sedangkan reaksi endotermik tertinggi berada pada komposisi serat 10% (sampel III) dengan suhu endotermik 348°C dan terendah pada komposisi 5% (sampel II) dengan suhu 335°C. Untuk pengamatan mikrostruktur dengan SEM terlihat bahwa komposisi sampel I terdapat banyak pori-pori yang terbentuk akibat dari karakter batu apung. Pada komposisi mekanik terbaik (sampel terlihat adanya homogenitas yang baik antara serat, batu apung dan perekat. Pada komposisi sampel V terlihat terjadinya pertambahan ukuran pori-pori yang menunjukkan banyaknya ruang kosong yang dihasilkan.

FABRICATION AND CHARACTERIZATION OF POLYMER TILE BASED ON BAGGASE AND PUMICE AS AGREGAT WITH POLYESTER AND RUBBER SIR 20 FUNCTIONED AS MATRIX

This research on the use of bagasse fiber as reinforcement and pumice powder as a filler in the polyester matrix and adhesive rubber SIR-20 in an manufacture polymer tile. This research method using physical test form (test water absorption, density test), mechanical test form (impact test, tensile test, bending test), thermal test / DTA form (heat absorption), micro structure (SEM). From the results of the physical properties testing that has been done shows that the manufacture of tiles filled by the cane fiber in the composition of 0%, 5%, 10%, 15% and 20%, water absorption value of total samples ranging from 1,81% to 6,83% has been meet the standards of ISO-0099 of 2007 (<10%), while the density ranges from 1,14 gr/cm3 to 1,3 gr/cm3. In the test results of mechanical testing flexural strength, flexural strength value of total samples ranges from 404 MPa to 648 MPa meet the standard ASTM D-790-03 (> 172,5 MPa) and ASTM C-580-02 (> 11,79 MPa) while The impact value ranges from 4.67 kJ/m2 to 47.11 kJ/m2 and tensile test values ranging from 1,46 MPa to 2,58 MPa. From the mechanical properties testing, the sample composition III (10%) of sugarcane fiber has more homogeneous composition because it has increased significantly even on tensile test and bending strength is at its maximum value. In the test DTA addition of cane fiber in an exothermic reaction tends to lower the melting point of samples where the composition of 0% fiber (sample I) a melting point of 480°C and at a composition of 20% fiber (sample V) melting point to 410°C, while the endothermic reaction highs located on the fiber composition of 10% (sample III) with an endothermic temperature of 348°C and the lowest on the composition of 5% (sample II) with a temperature of 335°C. For microstructure with SEM observation shows that the composition of the sample I found a lot of pores formed as a result of the character of pumice. On the composition of the best mechanics (sample shown their good homogeneity between the fibers, pumice and adhesives. On the composition of the sample V seen the increase pore size which indicates the number of vacant space is generated. The addition of baggese cane fiber as filler has limited capacity in which the physical properties of an absorbent only water that meets ISO standards 0099 2007 (16.67%) with a maximum test results obtained (6.8%). The density is still below the standard value of commercial tile (1.5 g / cm3) with density values maxim um (1.3 g / cm3) and a mechanical test only test of flexural strength which meets the standard ASTM D 790-03 (172, 5 MPa) with a maximum value of 648 MPa.

DAFTAR ISI

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Limbah ... 5

2.3.3 Faktor Ikatan Matriks-Pengisi ... 12

2.10 Batu Apung ... 26

4.4 Mikrostruktur ... 59

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ... 62

5.2 Saran ... 62

DAFTAR PUSTAKA ... 63

LAMPIRAN I ... 65

DAFTAR TABEL

Nomor

Tabel

Judul Halaman

2.1 Keunggulan dan kekurangan Komposit Komersial 7

2.2 Komposisi Kandungan Tebu 18

2.3 Komponen Penyusun Sabut Ampas Tebu 21

2.4 Senyawa Kimia dalam Ampas Tebu 21

2.5 Perbandingan Karet Alam dan yang telah divulkanisasi 25

2.6 Komposisi Kimia Batu Apung 27

2.7 Reaksi Endotermik dan Eksotermik Bahan 35

3.1 Komposisi Bahan dari Berat Total 40

DAFTAR GAMBAR

Nomor

Gambar

Judul Halaman

2.1 Komposisi Komposit 7

2.2 Struktur Bagan Komposit 10

2.3 Agregat Batu Apung 26

2.4 Pembebanan Pengujian Kuat Lentur 29

2.5 Ilustrasi Skematis Pengujian Impak dengan Benda Uji Charpy 30

2.6 Skema Alat Pengujian Tarik dengan UTM 31

2.7 Kurva Tegangan Regangan Teknik 32

2.8 Sistem Pemanasan dalam Tungku DTA 34

2.9 Kurva Ideal Diferensial Thermal Analysis DTA 34

3.1 Diagram Alir Proses Preparasi Serat Tebu 41

3.2 Diagram Alir Pembentukan Matriks dan Serbuk Batu Apung 42

3.3 Diagram Alir Pencetakan Sampel 43

3.4 Diagram Alir Pengujian Sampel 43

3.5 Model Spesimen Pengujian Tarik 45

4.1 Hubungan Desitas -vs- Komposisi Sampel 49

4.2 Hubungan Serapan Air -vs- Sampel 50

4.3 Hubungan Uji Impak -vs- Sampel 51

4.4 Hubungan Uji Tarik -vs- Komposisi Sampel 52

4.6 Grafik DTA Komposisi Sampel I 54

4.7 Grafik DTA Komposisi Sampel II 55

4.8 Grafik DTA Komposisi Sampel III 56

4.9 Grafik DTA Komposisi Sampel IV 57

4.10 Grafik DTA Komposisi Sampel V 58

DAFTAR LAMPIRAN

Nomor

Lampiran

Judul Halaman

I Metode Perhitungan 65

II Gambar-gambar Perangkat Pembuatan Sampel dan Pengujian sampel