PENGARUH PERLAKUAN ALKALI (NaOH)
TERHADAP KEKUATAN MEKANIK KOMPOSIT
EPOKSI BERPENGISI SERAT AMPAS TEBU
SKRIPSI
Oleh
AKHMAD NADJI SHABIRI
080405038
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
PENGARUH PERLAKUAN ALKALI (NaOH)
TERHADAP KEKUATAN MEKANIK KOMPOSIT
EPOKSI BERPENGISI SERAT AMPAS TEBU
SKRIPSI
Oleh
AKHMAD NADJI SHABIRI
080405038
SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN
PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul :
PENGARUH PERLAKUAN ALKALI (NaOH) TERHADAP KEKUATAN MEKANIK KOMPOSIT EPOKSI BERPENGISI SERAT AMPAS TEBU
Yang dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, sejauh yang saya ketahui bukan merupakan tiruan atau pernah dipakai untuk
mendapatkan gelar kesarjanaan di lingkungan Universitas Sumatera Utara maupun di Perguruan Tinggi atau Instansi manapun, kecuali bagian yang sumber informasinya dicantumkan sebagaimana mestinya.
Medan, 17 Juli 2014
PENGESAHAN
Skripsi dengan judul :
PENGARUH PERLAKUAN ALKALI (NaOH) TERHADAP KEKUATAN MEKANIK KOMPOSIT EPOKSI BERPENGISI SERAT AMPAS TEBU
dibuat untuk melengkapi persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknki Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini telah diujikan pada sidang ujian skripsi pada (17 Juli 2014) dan dinyatakan memenuhi syarat/sah sebagai skripsi pada Departemen Teknik Kimia Universitas Sumatera Utara
Mengetahui, Medan, 17 Juli 2014
Koordinator Skripsi Dosen Pembimbing
Ir. Renita Manurung, MT M. Hendra S. Ginting, ST, MT NIP : 19681214 199702 2 002 NIP : 19700919 199903 1 001
Dosen Penguji I Dosen Penguji II
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 Kekuatan Mekanik Komposit Epoksi Berpengisi Serat Ampas Tebu”, 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 limbah ampas tebu yang dapat diolah lebih lanjut untuk dijadikan serat ampas tebu yang memiliki potensi menjadi bahan pengisi dalam komposit polimer.
Sedangkan karya ilmiah yang telah diterima untuk terbit pada Jurnal Teknik
Kimia USU dengan judul “Pengaruh Komposisi Dan Perlakuan Alkali Terhadap
Kekuatan Bentur Komposit Partikel Epoksi Berpengisi Serat Ampas Tebu”.
Selama melakukan penelitian sampai penulisan skripsi ini penulis banyak mendapat bantuan dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan terima kasih dan penghargaan sebesar-besarnya kepada :
1. Bapak M. Hendra S. Ginting, ST, M.T yang telah banyak memberikan bimbingan dan arahan dalam menyelesaikan penelitian dan penulisan skripsi ini.
2. Ibu Dr. Ir. Hamidah Harahap, M.Sc selaku Dosen Penguji I yang telah banyak memberikan saran dan masukan untuk kesempurnaan skripsi ini. 3. Ibu Dr. Ir. Halimatuddahliana, MSc selaku Dosen Penguji II yang telah
banyak memberikan saran dan masukan untuk kesempurnaan skripsi ini. 4. Bapak Dr. Eng. Ir. Irvan, M.Si sebagai Ketua Departemen Teknik Kimia
5. Ibu Ir. Renita Manurung, MT sebagai Koordinator Skripsi dan Dosen Pembimbing akademik.
6. Rizky Salaam Ritonga atas waktu, kerjasama, motivasi, dukungan dan segala pertolongan yang diberikan selama melakukan penelitian dan penulisan skripsi ini.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan masukan demi kesempurnaan skripsi ini. Semoga skripsi ini memberikan manfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan.
Medan, Juli 2014 Penulis,
DEDIKASI
Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada :
1. Orang tua penulis, Dr. Asyraf, Sp.PD dan Dr. Ani Ariani, Sp.A. 2. Kekasih hati penulis, Ajeng Ayu Chahyaditha, ST.
3. Adik-adik penulis, Akhmad Arif Luthfi, Ahmad Rafi Muzakki, dan Siti Hana Zafira.
4. Seluruh sahabat, teman-teman, adik-adik, dan abang/kakak sesama mahasiwa Departemen Teknik Kimia terutama angkatan 2008, khususnya Syahrinal Anggi Daulay, Ismail Fahmi Hasibuan, Fachry Wirathama, Eka Roy Jayanto, Hendry Simanjuntak, Frendis Agustinus Pandjaitan, dan Rudi Anas Hutahahean, yang memberikan banyak dukungan dan semangat kepada penulis selama berada di Teknik Kimia USU.
RIWAYAT HIDUP PENULIS
Nama : Achmad Nadji Shabiri NIM : 080405038
Tempat/tgl lahir : Medan, 7 April 1989 Nama orang tua : Beasiswa yang pernah diperoleh :
1. Beasiswa Peningkatan Prestasi Akademik (PPA) Universitas Sumatera Utara Tahun 2009
Pengalaman organisasi / kerja :
1. CSG periode 2010-2011 sebagai Anggota Bidang Hubungan Masyarakat 2. HIMATEK periode 2011-2012 sebagai Anggota Bidang Pengembangan
ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh perlakuan alkali serat dan komposisi terhadap sifat kekuatan mekanik komposit epoksi berpengisi serat ampas tebu. Komposit dibuat dengan metode hand lay up dengan mencampurkan epoksi dan pengisi serat ampas tebu dengan variabel rasio fraksi volume antara epoksi dan serat ampas tebu, 100/0, 70/30, 60/40, 50/50 (v/v) dan konsentrasi larutan NaOH dalam perlakuan alkali 0%, 1%, 2%, dan 3%. Sifat mekanik yang diuji yaitu kekuatan tarik, kekuatan lentur, kekuatan bentur, daya serap air, dan didukung dengan analisa SEM dan FTIR. Hasil pengujian mekanik yang diperoleh menunjukkan bahwa nilai kekuatan tarik maksimum diperoleh pada komposisi 70:30 dengan konsentrasi NaOH 2% sebesar 23,26 MPa, nilai kekuatan lentur maksimum diperoleh pada komposisi 70:30 dengan konsentrasi NaOH 2% sebesar 50,17 MPa, nilai kekuatan bentur maksimum dari komposit berada pada perbandingan komposisi 70:30 dengan konsentrasi NaOH 2% sebesar 8,005 kJ/m2. Pada uji daya serap air, penyerapan air semakin meningkat seiring bertambahnya jumlah pengisi. Dari hasil penelitian ini diperoleh bahwa komposit komposit dengan variasi 70:30 dengan konstrasi NaOH 2% memiliki performa terbaik.
ABSTRACT
This study aims to determine the effect of alkali treatment and fiber composition on the mechanical strength properties of epoxy composites filled with bagasse fibers. Composites were made by hand lay-up method by mixing epoxy and filler bagasse fiber with variation of volume between epoxy and fiber bagasse were 100/0, 70/30, 60/40, 50/50 (v/v) and the concentration of the NaOH solution in the alkali treatment were 0%, 1%, 2%, and 3%. Mechanical properties tested were tensile strength, flexural strength, impact strength, water absorption, and were supported by SEM and FTIR analysis. Results of mechanical testing showed that the maximum tensile strength value obtained on the composition was 70:30 with 2% NaOH concentration of 23.26 MPa, the maximum flexural strength valueobtained on the composition of 70:30 with 2% NaOH concentration was 50.17 MPa, the maximum impact strength value obtained of the composite was on the composition ratio of 70:30 with 2% NaOH concentration was 8.005 kJ / m2. In the water absorption test, water absorption increased with the addition ratio of filler. The best performance were given by variation ratio 70:30 (v/v) and 2% NaOH concentration.
DAFTAR ISI
Halaman PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI i
PENGESAHAN ii
PRAKATA iii
DEDIKASI v
RIWAYAT HIDUP PENULIS vi
ABSTRAK vii
1.2 PERUMUSAN MASALAH 2
1.3 TUJUAN PENELITIAN 3
1.4 MANFAAT PENELITIAN 3
1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN 3 1.5.1 Lokasi Penelitian 3 1.5.2 Bahan Baku yang Digunakan 3 1.5.3 Parameter yang Digunakan 4 1.5.4 Analisa Hasil Penelitian 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 5
2.1 KOMPOSIT 5
2.1.2.2 Bahan Komposit Serat (fiber Composite) 6
2.1.3 MATRIKS 7
2.2 SERAT 9
2.2.1 Ampas Tebu sebagai Bahan Baku Papan Komposit Partikel 9
2.3 EPOKSI 10
2.4 ALKALISASI 10
2.5 PROSES PABRIKASI KOMPOSIT 11 2.5.1 Open Molding Process (Pencetakan Terbuka) 11 2.5.2 Close Molding Process (Pencetakan Tertutup) 12
2.6 PENGUJIAN KOMPOSIT 14
2.6.Pengujian Kekuatan Tarik (Tensile Strength) Astm D 638 14 2.6.2 Pengujian Kekuatan Lentur (Bending Strength) Astm D 790 16 2.6.3 Pengujian Kekuatan Bentur (Impact Strength)Astm D 4812-11 18 2.6.4 Analisa Penyerapan Air (Water Adsorption) Astm
D 570 21
2.6.5 Karakteristik Fourier Transform Infra Red (FT-IR) 21 2.6.6 Analisa Scanning Electron Microscope (SEM) 21 2.7 APLIKASI KOMPOSIT EPOKSI 22
2.8 ANALISIS BIAYA 23
BAB III METODOLOGI PENELITIAN 26
3.1 LOKASI PENELITIAN 26
3.2 BAHAN DAN PERALATAN 26
3.2.1 Bahan 26
3.2.2 Peralatan 26
Tipe I 28
3.3.5.2 Pengujian Kekuatan Bengkok (Bending Strength) ASTM
D 790-02 29
3.3.5.3 Pengujian Kekuatan Bentur (Impact Strength) ASTM
D 256 29
3.3.5.4 Analisa Penyerapan Air (Water Absorption) ASTM
D570 30
3.3.5.5 Karakteristik Fourier Transform Infra-Red (FT-IR) 30 3.3.5.6 Pengujian Analisa Scanning Electron Microscope (SEM) 30
3.4 FLOWCHART PENELITIAN 31 3.4.1 Flowchart Pengambilan Serat Ampas Tebu 31 3.4.2 Flowchart Perlakuan Alkali Serat Ampas Tebu 31 3.4.3 Flowchart Pembuatan Partikel Ampas Tebu 32 3.4.4 Flowchart Pembuatan Komposit Epoksi Berpenguat Serbuk Ampas
Tebu 32
3.4.5 Flowchart Pengujian Komposit 34
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 34 4.1 KARAKTERISTIK FT-IR (FOURIER TRANSFORM-INFRA RED)
EPOKSI, SERAT AMPAS TEBU TANPA PERLAKUAN ALKALI DAN DENGAN PERLAKUAN ALKALI, DAN KOMPOSIT EPOKSI BERPENGISI SERAT AMPAS TEBU 34
4.1.1 Karakteristik FT-IR Epoksi 34 4.1.2 Karakteristik Serat Ampas Tebu Tanpa Perlakuan Alkali Dan Dengan
Perlakuan Alkali 36
4.1.3Karakteristik Epoksi Berpengisi Ampas Tebu 40 4.2 PENGARUH KOMPOSISI DAN PERLAKUAN ALKALI TERHADAP
4.3 PENGARUH KOMPOSISI DAN PERLAKUAN ALKALI TERHADAP SIFAT PEMANJANGAN PADA SAAT PUTUS (ELONGATION AT
BREAK) KOMPOSIT EPOKSI BERPENGISI SERAT AMPAS TEBU 43
4.4 PENGARUH KOMPOSISI DAN PERLAKUAN ALKALI TERHADAP SIFAT MODULUS ELASTISITAS (TENSILE MODULUS) KOMPOSIT EPOKSI BERPENGISI SERAT AMPAS TEBU 45 4.5 PENGARUH KOMPOSISI DAN PERLAKUAN ALKALI TERHADAP
KEKUATAN LENTUR (FLEXURAL STRENGTH) KOMPOSIT EPOKSI BERPENGISI SERAT AMPAS TEBU 46 4.6 PENGARUH KOMPOSISI DAN PERLAKUAN ALKALI TERHADAP
KEKUATAN BENTUR (IMPACT STRENGTH) KOMPOSIT PARTIKEL EPOKSI BERPENGISI SERAT AMPAS TEBU 48 4.7 PENGARUH KOMPOSISI SERAT TERHADAP PENYERAPAN AIR
(WATER ABSORPTION) KOMPOSIT EPOKSI BERPENGISI SERAT
AMPAS TEBU 49
4.8 KARAKTERISTIK MORFOLOGI ANALISIS SCANNING ELECTRON
MICROSCOPY (SEM) KOMPOSIT EPOKSI BERPENGISI SERAT
AMPAS TEBU 51
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 53
DAFTAR GAMBAR
Halaman Gambar 2.1 Uji Tarik ASTM D 638 15 Gambar 2.2 Kurva Tegangan dan Regangan Hasil Uji Tarik 16 Gambar 2.3 Penampang Uji Bengkok 17 Gambar 2.4 Spesimen V-Notch Metoda Charpy dan Izod 18 Gambar 2.5 Peralatan Uji Bentur 20 Gambar 2.6 Jenis Mobil Sports Yang Menggunakan Komponen
Leaf Spring Dari Komposit Epoksi. 23
Gambar 2.7 Aplikasi Lain Penggunaan Komposit Serat Alam 22 Gambar 3.1 Contoh Skema Spesimen Uji Tarik 28 Gambar 3.2 Ukuran Dimensi Spesimen Kekuatan Lentur ASTM D-790 29 Gambar 3.3 Ukuran Dimensi Spesimen Metoda Izod ASTM D 4812-11 29 Gambar 3.4 Flowchart Pengambilan Serat Ampas Tebu 31 Gambar 3.5 Flowchart Perlakuan Alkali Serat Ampas Tebu 31 Gambar 3.6 Pembuatan Partikel Ampas Tebu 31 Gambar 3.7 Flowchart Pembuatan Komposit Partikel Epoksi Berpengisi Serat
Ampas Tebu 32
Gambar 3.8 Flowchart Pengujian Komposit 33 Gambar 4.1 Karakteristik FT-IR Epoksi 34 Gambar 4.2 Struktur Molekul Epoksi 35 Gambar 4.3 Karakteristik FT-IR Serat Ampas Tebu tanpa Perlakuan Alkali 36 Gambar 4.4 Karakteristik FT-IR Serat Ampas Tebu dengan Perlakuan Alkali
38 Gambar 4.5 Perbandingan Karakteristik FT-IR Serat Ampas Tebu Tanpa
Perlakuan Alkali dan Dengan Perlakuan Alkali 39 Gambar 4.6 Karakteristik FT-IR Komposit Epoksi Berpengisi Serat Ampas
Tebu 40
Gambar 4.8 Pengaruh Komposisi Dan Perlakuan Alkali Terhadap Sifat Pemanjangan Pada Saat Putus (Elongation At Break) Komposit Epoksi Berpengisi Serat Ampas Tebu 43 Gambar 4.9 Pengaruh Komposisi Dan Perlakuan Alkali Terhadap Sifat
Modulus Elastisitas (Tensile Modulus) Komposit Epoksi
Berpengisi Serat Ampas Tebu 45 Gambar 4.10 Pengaruh Perbandingan Komposisi dan Perlakuan Alkali
Terhadap Kekuatan Lentur Komposit 47 Gambar 4.11 Pengaruh Perbandingan Komposisi dan Perlakuan Alkali
Terhadap Kekuatan Bentur Komposit 48 Gambar 4.12 Pengaruh Komposisi Serat Terhadap Penyerapan Air (Water
Absorption) Komposit Epoksi Berpengisi Serat Ampas tebu 49
Gambar 4.13 Kemungkinan Ikatan Yang Terjadi Antara Resin Thermoset
Dengan Serat Alam 50
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 2.1 Struktur Pembentuk Ampas Tebu 9 Tabel 2.2 Perbandingan Harga antara Serat Alam dan Serat Sintetik 22 Tabel 2.3 Rincian Biaya Pembuatan Komposit Epoksi Berpengsi Ampas
Tebu 24
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman Lampiran A Data Penelitian 58 Lampiran B Contoh Perhitungan 62 Lampiran C Dokumentasi Penelitian 63
DAFTAR SINGKATAN
ASTM American Society for Testing and Materials
FT-IR Fourier Transform-Infra Red
SEI Secondary Electron Image
SEM Scanning Electron Microscopy
DAFTAR SIMBOL
Simbol Keterangan Dimensi
Ao Luas penampang awal m2
Fmax Beban maksimum N
Engineering stress Nm-2
Engineering strain -
lo Panjang awal m
lt Panjang akhir m
l Pertambahan panjang m E Modulus elastis / Modulus Young Mpa
M Momen flexural -
b Kekuatan lentur Mpa
Eb Modulus elastisitas flexural m
B Lebar spesimen m
Es Energi yang diserap Joule
M Massa pendulum Kg
G Percepatan gravitasi m/s2
R Panjang lengan m
HI Harga impak J/mm2
Sudut pendulum sebelum diayunkan -
