Pengaru Komposisi Serbuk Tempurung Kelapa sebagai Pengisi Komposit Poliester Tak Jenuh Terhadap Sifat Mekanik dan Penyerapan Air

(1)

PENGARUH KOMPOSISI SERBUK TEMPURUNG

KELAPA SEBAGAI PENGISI KOMPOSIT POLIESTER

TAK JENUH TERHADAP SIFAT MEKANIK DAN

PENYERAPAN AIR

SKRIPSI

Oleh

080405096

JENMORISDO SARAGIH

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

(2)

PENGARUH KOMPOSISI SERBUK TEMPURUNG

KELAPA SEBAGAI PENGISI KOMPOSIT POLIESTER

TAK JENUH TERHADAP SIFAT MEKANIK DAN

PENYERAPAN AIR

SKRIPSI

Oleh

080405096

JENMORISDO SARAGIH

SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN

PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

(3)

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI

Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul :

PENGARUH UKURAN SERBUK TEMPURUNG KELAPA SEBAGAI PENGISI KOMPOSIT POLIESTER TAK JENUH TERHADAP SIFAT

MEKANIK DAN PENYERAPAN AIR

Dibuat untuk melengkapi sebagian 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, 27 Agustus 2014

(4)

PENGESAHAN

Skripsi dengan judul :

PENGARUH UKURAN SERBUK TEMPURUNG

KELAPA SEBAGAI PENGISI KOMPOSIT POLIESTER

TAK JENUH TERHADAP SIFAT MEKANIK DAN

PENYERAPAN AIR

Dibuat untuk melengkapi persyaratan menjadi sarjana Teknik Pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

Skripsi ini telah diujikan pada sidang ujian skripsi pada tanggal 18 Desember 2013 dan dinyatakan memenuhi syarat/sah sebagai skripsi pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

Mengetahui, Medan, 27 Agustus 2014

Koordinator Skripsi Dosen Pembimbing

Ir. Renita Manurung MT

NIP. 19681214 199702 2002 NIP. 19730408 199802 2002 Dr. Halimatuddahliana, ST, M.Sc

Dosen Penguji I Dosen Penguji II

Ir. Bambang Trisakti, M.Si

(5)

PRAKATA

Segala puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Kuasa atas segala berkat dan karunia-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan skripsi dengan judul “Pengaru Komposisi Serbuk Tempurung Kelapa sebagai Pengisi Komposit Poliester Tak Jenuh Terhadap Sifat Mekanik dan Penyerapan Air,” berdasarkan hasil penelitian yang penulis lakukan di Departemen Teknik Kimia Fakulatas Teknik Sumatera Utara. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar sarjana teknik.

Melalui penelitian ini diperoleh kondisi optimum pada kekuatan bentur dengan menghasilkan kekuatan bentur tertinggi dari serbuk tempurung kelapa. Sehingga hasil yang diperoleh dapat dimanfaatkan, khususnya dalam pembuatan komposit. Manfaat lain yang diperoleh, yaitu dapat meningkatkan nilai ekonomis dari serbuk tempurung kelapa dan mengurangi masalah limbah tempurung kelapa. Selama melakukan penelitian sampai penulisan skripsi ini penulis banyak mendapat pengarahan dan bimbingan dari dosen pembimbing penulis, untuk itu secara khusus penulis mengucapakan terima kasih kepada Dr. Halimatuddahliana, ST, M.Sc yang telah banyak membantu.

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, Agustus 2014 Penulis

(6)

DEDIKASI

Rasa terima kasih dan hormat penulis ucapkan kepada kedua orang tua penulis, R. Saragih dan R. Silalahi yang selalu mendukung penulis dalam melaksanakan studi dan dalam proses pengerjaan skripsi ini.

Dedikasi skripsi ini juga penulis tujukan kepada :

1. Posman Adiputra Saragih, Castrojoi Saragih, dan Mei Devi Saragih selaku adik-adik penulis yang senantiasa memberikan dukungan selama pelaksanaan studi dan prosen pengerjaan skripsi ini

2. Forida Silalahi selaku keluarga dekat penulis yang senatiasa member doa dan dukungan kepada penulis

(7)

RIWAYAT HIDUP PENULIS

Nama : Jenmorisdo Saragih Nim : 080405096

Tempat/ tgl lahir : Samosir, 11 April 1988 Nama orang tua : Ramonsen Saragih

Alamat orang tua : Desa Lumban Batu Kec. Simanindo Kabupaten Samosir

Asal sekolah

•

SD Negeri No 173780 Boho tahun 1995 - 2001

•

SMP Negeri 1 Pangururan tahun 2001 – 2004

•

SMU Negeri 1 Pangururan tahun 2004 – 2007 Beasiswa yang pernah diperoleh :

1. Bantuan belajar mahasiswa 2008 Pengalaman organisasi/ kerja :

1. Himatek periode 2010 – 2011 sebagai anggota Humas Artikel yang telah dipublikasi dalam jurnal/ pertemuan ilmiah:

(8)

ABSTRAK

Serbuk tempurung kelapa (STK) yang berasal dari industri pembuatan obat anti nyamuk dapat digunakan sebagai bahan pengisi (filler) pada komposit. Kajian tentang pemanfaatan STK sebagai pengisi di dalam matriks poliester tak jenuh telah dilakukan dengan tujuan untuk mendapatkan komposisi pengisi STK di dalam komposit poliester tak jenuh dalam menghasilkan sifat mekanik seperti kekuatan tarik (tensile strength), kekuatan bentur (impact strength), dan penyerapan air (water absorption) yang terbaik. Dalam penelitian ini, poliester tak jenuh dicampurkan dengan STK dengan ukuran 70 mesh dengan perbandingan STK : Poliester tak jenuh 20:80, 30:70 dan 40:60 (b/b) menggunakan metoda hand lay-up. Dari hasil karakterisasi FTIR menunjukkan bahwa ikatan antara matriks dan pengisi yang dihasilkan hanya berupa interaksi penjangkaran mekanik dengan ikatan hidrogen dalam gaya Van der Waals. Hasil pengujian sifat-sifat mekanik menunjukkan kekuatan tarik maksimum sebesar 42,558 MPa dihasilkan pada komposit dengan perbandingan 20:80. Analisa terhadap sifat kekuatan bentur diperoleh bahwa peningkatan hanya terjadi pada rasio 20;80 yaitu 5885,04 J/m2. Pada uji daya serap air, penyerapan air yang paling tinggi terjadi pada komposit dengan rasio 40:60. Penyerapan air semakin meningkat seiring bertambahnya jumlah pengisi.

(9)

ABSTRACT

Coconut Shell Powder (CSP) which derived from industrial Making Anti-Mosquito can potentially be used as filler in composite materials. The study on the utilization of CSP as filler in a polyester matrix has been done with the purpose to obtain the best CSP fillers composition in Unsaturated Polyester (UPR) composites in producing mechanical properties such as tensile strength (tensile strength), impact strength, and water absorption. In this study, UPR was mixed with CSP with sizes 70 mesh with comparison of CSP : Unsaturated Polyester (20:80) by using hand lay-up method. The result of FTIR characterization showed that the bonding between matrix and fillers is mechanical anchoring, hydrogen bonds and Van Der Waals forces. The result of mechanical properties showed that, at a ratio of CSP: PE (20:80), (30:70) and (40:60).Tthe maximum tensile strength obtained is 42.558 MPa with the ratio of composite is (20:80). The analysis of impact strength was obtained that the increased only occurs at ratio (20:80) of 5885.04 J/m2 . In the water absorption test, the highest water absorption occured at a ratio CSP:PE (40:60) and the water absorption increases with increasing the amount of filler.

(10)

DAFTAR ISI

RIWAYAT HIDUP PENULIS v

ABSTRAK vi

1.2 PERUMUSAN MASALAH 3

1.3 TUJUAN PENELITIAN 3

1.4 MANFAAT PENELITIAN 4

1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN 4

1.5.1 Bahan Baku yang Digunakan 4 1.5.2 Variabel yang Digunakan 4

1.5.3 Parameter 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 5

2.1 POTENSI DAN KESINAMBUNGAN BAHAN BAKU DAN PRODUK 5

2.1.1 Tempurung Kelapa 5

2.1.1.1 Selulosa 5

2.1.1.2 Hemiselulosa 6

2.1.1.3 Lignin 6

2.1.2 Resin Poliester Tak Jenuh 7

(11)

2.1.4 Komposit 10

2.1.4.1 Fasa Matriks 10

2.1.4.2 Fasa Tersebar 11

2.1.4.3 Antar Muka (Matriks Tersebar) 11

2.1.5 Termoset 12

2.2 KARAKTERISTIK/SIFAT-SIFAT BAHAN BAKU DAN PRODUK 14 2.2.1 Sifat dari Tempurung Kelapa 14 2.2.2 Sifat dari Resin Poliester Tak Jenuh 14

2.2.3 Sifat dari Katalis 14

2.2.4 Sifat dari Komposit 15

2.3 PENELITIAN TERDAHULU YANG MENGGUNAKAN SERBUK

TEMPURUNG KELAPA DENGAN PROSES LAIN 15 2.3.1 Pembuatan Bahan Gesek Kampas Rem Menggunakan Serbuk

Tempurung Kelapa sebagai Pemodifikasi Gesek 15 2.3.2 Pengaruh Fraksi Volume dan Ukuran Partikel Komposit Poliester

Resin Berpenguat Partikel Genting terhadap Kekuatan Tarik dan

Kekuatan Bending 17

2.3.3 Perbandingan Kelebihan dan Kelemahan Penelitian Ini dengan

Penelitian yang Lain 18 2.4 STUDI PUSTAKA TERHADAP MEKANISME PROSES 18 2.4.1 Uji Sifat Kekuatan Tarik (Tensile Strength) 20 2.4.2 Uji Sifat Kekuatan Bentur (Impact Strength) 21 2.4.3 Pengukuran Fraksi Volume Komposit 22 2.4.4 Analisis Spektroskopi Inframerah (FTIR) 23 2.4.5 Pengujian Daya Serap terhadap Air 24

2.5 ANALISIS BIAYA 25

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 29

3.1 LOKASI PENELITIAN 29

3.2 BAHAN DAN PERALATAN 29

3.2.1 Bahan 29

3.2.2 Peralatan 30

(12)

3.3.1 Penyediaan Serbuk Tempurung Kelapa 30 3.3.2 Persiapan Komposit Poliester Tidak Jenuh Berpengisi Serbuk

Tempurung Kelapa 31

3.3.3 Pengujian Komposit 31

3.3.3.1 Pengujian Sifat Kekuatan Tarik (Tensile Strength)

ASTM D-638 31

3.3.3.2 Pengujian Sifat Kekuatan Bentur (Impact Strength)

ASTM D-256 32

3.3.3.3 Penyerapan Air (Water Absorption) dengan

ASTM D-2842 33

3.3.3.4 Pengukuran Fraksi Volume Serat dalam Komposit 33

3.3.3.5 Analisa Spektoskopi Inframerah (FTIR) 34

3.4 FLOWCHART PENELITIAN 35

3.4.1 Flowchart Penyediaan Serbuk Tempurung Kelapa 35 3.4.2 Flowchat Persiapan Komposit Poliester Tidak Jenuh Berpengisi

Serbuk Tempurung Kelapa 36

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 38

4.1 ANALISA SPEKTROSKOPI INFRAMERAH (FTIR) DAN SERBUK

TEMPURUNG KELAPA 38

4.1.1 Hasil Analisa FTIR Poliester Tak Jenuh 38 4.1.2 Hasil Analisa FTIR Serbuk Tempurung Kelapa 40 4.2 ANALISIS PENGARUH KOMPOSISI SERBUK TEMPURUNG KELAPA TERHADAP KEKUATAN TARIK (TENSILE STRENGTH) KOMPOSIT

UPR DENGAN ASTM D-638 42

4.3 ANALISIS PENGARUH KOMPOSISI SERBUK TEMPURUNG KELAPA TERHADAP PEMANJANGAN PADA SAAT PUTUS KOMPOSIT UPR

DENGAN ASTM D-638 43

4.4 ANALISA PENGARUH KOMPOSISI SERBUK TEMPURUNG KELAPA TERHADAP KEKUATAN BENTUR (IMPACT STRENGTH)

(13)

TERHADAP PENYERAPAN AIR (WATER ABSORPTION) KOMPOSIT

UPR DENGAN ASTM D-2842 48

4.7 HUBUNGAN KOMPOSISI SERBUK TEMPURUNG KELAPA (STK) TERHADAP PENGUKURAN FRAKSI VOLUME SERAT

DALAM KOMPOSIT POLIESTER TAK JENUH (UPR) 49

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 50

5.1 KESIMPULAN 50

5.2 SARAN 50

DAFTAR PUSTAKA 51

(14)

DAFTAR GAMBAR

Halaman Gambar 2.1 Struktur Molekul dari Selulosa 6 Gambar 2.2 Struktur Molekul dari Lignin 7 Gambar 2.3 Sintesa Poliester Tak Jenuh dari Etilen Glikol dan Asam Maleat 8 Gambar 2.4 Reaksi Curing Poliester Tidak Jenuh 9 Gambar 2.5 Bentuk Struktur Ikatan Silang 13 Gambar 2.6 Bahan Gesek Kampas Rem Mobil 15 Gambar 2.7 Metode Hand Lay - Up 19 Gambar 2.8 Spesimen V-Notch Metoda Charpy dan Izod 21 Gambar 2.9 Skema Pengujian Impak 22 Gambar 2.10 Mekanisme Penyerapan Air 24 Gambar 3.1 Contoh Skema Uji Bentur 32 Gambar 3.2 Flowchat penyediaan Serbuk Tempurung Kelapa 35 Gambar 3.3 Flowchat Persiapan Komposit Poliester Tidak Jenuh Berpengisi

Serbuk Tempurung Kelapa 37 Gambar 4.1 FTIR Poliester Tak Jenuh 38 Gambar 4.2 Grafik Hasil Uji FTIR Serbuk Tempurung Kelapa 40

Gambar 4.3 Pengaruh Ukuran Serbuk Tempurung Kelapa terhadap Kekuatan

Tarik Komposit dengan Rasio ( STK : PE) 20 : 80 42 Gambar 4.4 Pengaruh Ukuran Serbuk Tempurung Kelapa Terhadap Pemanjangan

Pada Saat Putus Komposit UPR Berpengisi STK 43 Gambar 4.5 Pengaruh Ukuran Serbuk Tempurung Kelapa terhadap Kekuatan

Bentur Komposit dengan Rasio (STK : PE) 20: 80 45 Gambar 4.6 Grafik Hasil Uji FTIR Komposit dengan perbandingan STK : UPR

( 20: 80 ) 46

Gambar 4.7 Pengaruh Ukuran Serbuk Tempurung Kelapa Terhadap Daya Serap

Air 48

(15)

(16)

DAFTAR TABEL

(17)

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman LAMPIRAN 1 DATA HASIL PENELITIAN 56

L1.1 PENGUJIAN SIFAT KEKUATAN BENTUR

( IMPACT STRENGTH ) 56

L1.2 PENYERAPAN AIR ( WATER ABSORPTION )

DENGAN ASTM D-2842 56

L1.3 PERHITUNGAN DENSITAS KOMPOSIT ( DALAM

15 ML AIR) 58

L1.4 PENGUJIAN SIFAT KEKUATAN TARIK

(TENSILE STRENGTH) ASTM D-256 59 L1.5 DATA YANG DIGUNAKAN DALAM LAPORAN 59

L1.5.1 Pengujian Sifat Kekuatan Bentur ( Impact

Strength ) ASTM D-256 59

L1.5.2 Penyerapan Air ( Water absorption ) dengan

ASTM D-2842 60

L1.5.3 Perhitungan Densitas Komposit ( dalam 15 ml

air ) 60

L1.5.4 Pengujian Sifat Kekuatan Tarik ( Tensile Strength )

ASTM D-256 61

LAMPIRAN 2 CONTOH PERHITUNGAN 62 L2.1 PERHITUNGAN PERSIAPAN POLIESTER TAK

JENUH DAN PENGISI SERBUK TEMPURUNG

KELAPA 62

L2.1.1 Untuk 50 mesh 62

L2.1.2 Untuk 70 mesh 63 L2.1.3 Untuk 100 mesh 64 L2.2 PERHITUNGAN PENGUKURAN FRAKSI

(18)

LAMPIRAN 3 DOKUMENTASI PENELITIAN 68 L3.1 PENYEDIAAN KOMPOSIT UPR-STK 68 L3.2 ALAT UNIVERSAL TESTING MACHINE (UTM)

GOTECH Al-7000M GRID TENSILE 68 L3.3 ALAT IMPACT TESTER GOTECH 69 L3.4 KOMPOSIT YANG SUDAH DILEPAS DARI CETAKAN DAN SUDAH DIUJI 69 L3.5 SERBUK TEMPURUNG KELAPA YANG SUDAH

DIAYAK 70

L3.6 POLIESTER TAK JENUH YANG SUDAH DILEPAS

(19)

DAFTAR SINGKATAN

(20)

DAFTAR SIMBOL

Simbol Keterangan Dimensi

Τ Tegangan kgf/mm

VF Fraksi volume serat Ml

ρ

Densitas komposit

VR Fraksi volume resin Ml