Oleh: Oktaviani Sinaga
NIM 409240023 Program Studi Fisika
SKRIPSI
Diajukan Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Sain
JURUSAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS NEGERI MEDAN
RIWAYAT HIDUP
Penulis lahir di Pematang Siantar, pada tanggal 23 Oktober 1991. Ayah bernama
Ir.Jan Hesdin Sinaga, dan Ibu bernama Ir.Ernawati Purba, dan merupakan anak
ketiga dari lima bersaudara. Pada tahun 1997, penulis masuk SD Swasta RK
Namo Puli, dan lulus pada tahun 2003. Pada tahun 2003, penulis melanjutkan
sekolah di SMP Swasta Singosari, dan lulus pada tahun 2006. Pada tahun 2006, pe
nulis melanjutkan sekolah di SMA Swasta Singosari, dan lulus pada tahun 2009.
Pada tahun 2009, penulis diterima di Program Studi Fisika Jurusan Fisika Fakultas
iii
SIFAT MEKANIK KOMPOSIT POLIETILENA (PE) DAUR ULANG DENGAN FILLER SERAT PINANG
Oktaviani Sinaga (Nim. 409240023)
ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui variasi massa serat sabut kulit pinang terhadap sifat mekanik pada papan komposit, serta mengetahui pengaruh PE-g-MA terhadap sifat mekanik (Uji tarik dan Uji Lentur). Penelitian ini dilakukan di Laboratorium kimia polimer USU dan pengujian sampel dilakukan di laboratorium penelitian FMIPA USU mulai dari bulan januari sampai dengan febuari.
Prosedur penelitian ini adalah komposit dibuat dari bahan polietilena daur ulang dengan serat kulit buah pinang dan PE-g-MA sebagai penghubung (Compatibilizer),dimana variasi massa I (100:0)%, II (95:5)%, III (90:10)%, IV (85:15)%, V(80:20)%. Perendaman menggunakan larutan NaOH dengan kosentra si 5% selama 2 jam, kemudian dibersihkan dengan aquades dan dikeringkan ±10 jam atau sampai benar-benar kering. Serat kulit buah pinang dipotong lagi dengan panjang ± 1mm. Serta kulit buah pinang yang dicampur polietilena dan PE-g-MA di masukan kedalam mesin ekstruder dengan suhu 150oC. Hasil pencampuran yang keluar dari mesin ekstruder dipotong kecil-kecil kemudian didinginkan di dalam air, setelah itu di hotpress pada suhu 170oC. Kemudian sampel diuji berdasarkan pengujian sifat mekaniknya (uji tarik dan uji lentur).
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Kuasa, atas
segala rahmat dan BerkatNya yang memberikan kesehatan dan hikmat kepada
penulis sehingga penelitian yang berjudul “ Sifat Mekanik Komposit Polietilena
(PE) Daur Ulang Dengan Filler Serat Pinang” ini dapat diselesaikan dengan baik sesuai dengan waktu yang direncanakan.
Dalam kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terimakasih kepada
pihak yang telah membantu menyelesaikan skripsi ini mulai dari pengajuan
proposal penelitian, pelaksanaan sampai penyusunan skripsi antara lain Bapak
Prof.Drs.Motlan,M.Sc.,Ph.D. selaku dosen pembimbing skripsi serta Bapak
Drs.Henok Siagian,M.Si selaku dosen penguji I, Bapak Drs.Togi Tampubolon
,M.Si selaku dosen penguji II, Bapak Drs.Abd Hakim S.,M.Si selaku dosen
penguji III, Bapak Drs.Sehat Simatupang,M.Si selaku dosen pembimbing
akademik dan Bapak Drs.Pintor Simamora,M.Si selaku ketua prodi fisika.
Disamping itu penulis juga mengucapkan terimakasih kepada Bapak Edi, Bapak
Aman, Bapak Prof.Dr.Harry Agusnar,M.Sc.,M.Phil, dan Bapak Dr.Yugi Muis,M.
Si yang telah membantu peneliti dalam melaksanakan penelitian.
Secara khusus penulis ucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada
kedua orang tua Ir.Jan Hesdin Sinaga dan Ir.Ernawati Purba yang telah
membesarkan, mendidik, mendukung serta mendoakan dengan kasih sayang yang
tulus serta Novita Helena Sinaga, Oktaviana Sinaga, Gusada Sarito Sinaga,
Febrina Sinaga,Opung dan Inang yang telah memberikan dukungan dan semangat
kepada penulis.Penulis juga mengucapkan terimakasih kepada Fynnisa, Juliana,
Muliani, Bunga, Elvina, Lasti, Pesta, Sartika, Juri, Kak Sari, Suci, Lylis serta
teman-teman Fisika Nondik’09 yang telah memberikan semangat.
Semoga hasil penelitian ini bermanfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan
dan teknologi dalam polimer. Akhir kata penulis ucapkan terimakasih.
Medan, 22 Februari 2013
Penulis,
Oktaviani.Sinaga
v
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 5
2.1 Pengertian Polimer 5
2.2 Material Komposit 5
2.2.1 Defenisi Komposit dan Klasifikasi Material Komposit 5
2.2.2 Kegunaan bahan komposit 7
2.3 Serat 8
2.4.3 Kandungan Kimia Pinang 12
2.5 Matriks 13
2.6.1 Polietilen (PE) 13
2.6.2 Sifat-sifat Polietilen 15
2.6.3 Polietilen berdasarkan massa jenis 15
2.6.4 Polietilen High Density Polyethylene (HDPE) 16
2.6.5 Karakteristik HDPE 17
2.7 Polietilen Grafted Maleated Anhidride (PE- g- MA) 18
2.8 Perendaman 19
2.9 Larutan NaOH 20
2.10 Sifat-sifat Mekanik 20
2.10.1 Pengujian kekuatan tarik 21
2.10.2 Pengujian kekuatan lentur 22
BAB III METODE PENELITIAN 23
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian 23
3.2. Alat dan Bahan 23
3.2.1. Alat 23
3.2.2. Bahan 23
3.3 Variabel Penelitian 24
3.4Prosedur Penelitian 24
3. 4. 1Persiapan Pembuatan Serat Pinang 24
3.4.2Perendaman Serat Pinang 24
3.4.3Pengeringan Serat Pinang 24
3.4.4 Pembuatan Polietilena Daur Ulang 25
3.4.5. Pembuatan Komposit 25
3.4.6 Pembuatan Sampel 26
3.4.7 Prosedur Pengujian Tarik 26
3.4.8 Prosedur Pengujian Letur 27
3.5 Diagram Alir Penelitian 28
3.6 Teknik Pengumpulan Data 29
vii
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN 30
4.1. Hasil Penelitian 30
4.1.1. Pengujian Kekuatan Tarik 30
4.1.2. Pengujian Kekuatan Lentur 31
4.2. Pembahasan 37
4.2.1. Pembahasan Pengujian Kekuatan Tarik 37
4.2.2. Pembahasan Pengujian Kekuatan Lentur 39
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 40
5.1. Kesimpulan 40
5.2. Saran 40
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1.klasifikasi Bahan Komposit 6
Gambar 2.2.Skema penyusunan serat 9
Gambar 2.3.Struktur kimia selulosa 13
Gambar 2.4.Polimerisasi Etilena 14
Gambar 2.5.Struktur LDPE dan PE-G-MA 18
Gambar 3.1.Bentuk sampel pengujian kekuatan tarik 26
Gambar 3.2.Bentuk sampel pengujian lentur 26
Gambar 3.3.Alat pengujian tarik dan lentur 27
Gambar 3.5.Diagram Alir Penelitian 28
Gambar 4.1.Diagram batang fraksi serat terhadap perbandingan
tanpa serat dengan hasil perhitungan setiap uji mekanik 32
Gambar 4.5.Diagram batang fraksi serat terhadap perbandingan
10% serat dengan hasil perhitungan setiap uji mekanik 33
.Gambar4.6.Diagram garis fraksi serat terhadap perbandingan
10% serat dengan hasil perhitungan setiap uji mekanik 34
20% serat dengan hasil perhitungan setiap uji mekanik 36
Gambar 4.10.Diagram garisfraksi serat terhadap perbandingan
ix
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1. Karakteristik Polietilen 14
Tabel 2.2. Kekuatan tarik,tekan dan lentur bahan polimer 17
Tabel 2.3. Karakteristik HDPE dan sifat fisika, kimia HDPE 17
Tabel 2.4. Sifat Fisika Dan Mekanika HDPE 18
Tabel 3.1. Data Pengujian Kekuatan Tarik 29
Tabel 3.2. Data Pengujian Kekuatan Lentur 29
Tabel 4.1. Data Hasil Pengujian Kekuatan Tarik 30
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1. Perhitungan pengujian sifat mekanik 43
Lampiran 2. Hasil uji tarik dan uji lentur 50
Lampiran 3. Dokumentasi penelitian 52
Lampiran 4. Surat persetujuan Dosen Pembimbing Skripsi 57
Lampiran 5. Surat izin penelitian Laboratorium Kimia Polimer USU 58
Lampiran 6. Surat izin penelitian Laboratorium Penelitian FMIPA USU 59
Lampiran 7. Surat balasan penelitian Laboratorium Kimia Polimer USU 60
Lampiran 8. Surat balasan penelitian Laboratorium Penelitian 61
1
BAB I PENDAHULUAN
1.1. LatarBelakang
Kemajuan teknologi belakangan ini sangat begitu pesat, baik di
negara-negara maju maupun di negara-negara-negara-negara yang sedang berkembang. Dimana banyak
sekarang industri berkembang dengan teknologi yang bergerak dibidang
konstruksi maka dituntut bahan-bahan yang kontruksi yang berkualitas, untuk itu
berbagai upaya dan penelitian dilakukan dengan maksud untuk memperoleh suatu
bahan konstruksi yang kuat dan efisien. Dalam industri sekarang telah diproduksi
bahan-bahan konstruksi dari material komposit. komposit adalah suatu material
yang terbentuk dari kombinasi dua atau lebih material pembentuknya melalui
campuran yang tidak homogen, dimana sifat mekanik dari masing - masing
material pembentuknya berbeda (widodo,2008). Komposit terdiri dari 2 bagian
utama yaitu matriks dan filler. Komposit dapat dibagi menjadi 3 bagian yaitu
komposit polimer, komposit logam, komposit keramik, komposit ini
diklasifikasikan berdasarkan matriknya. Adapun kegunaan bahan komposit dalam
kehidupan sehari-hari tampak dalam berbagai aplikasi antara lain Auto mobile
untuk Komponen mesin,Komponen kereta, dalam Olahraga dan rekreasi untuk,
Sepeda, Stick golf, Raket tenis, Sepatu olah raga, dalam Industri pertahanan untuk
Komponen jet tempur, Peluru, Komponen kapal selam, dalam Industri pembinaan
untuk Jembatan, Terowongan, Rumah, dalam Kesehatan untuk Kaki palsu,
Sambungan sendi pada punggung dan diharapkan dalam penelitian ini komposit
alam yang berasal dari serat sabut pinang ini dapat dimanfaatkan dalam
pembuatan meja.
Polimer sintetis merupakan hasil sintesis senyawa-senyawa organik
dimana molekul-molekulnya berupa monomer-monomer, yang bergabung
membentuk rantai panjang melalui ikatan kovalen.Pada saat ini komposit dengan
material penyusun sintetis mulai beralih pada komposit dengan material penyusun
dari bahan alami (Ismail,H,2004), bahan penguat alami bersumber dari tumbuhan
seperti sabut kelapa, serat ijuk, ampas tebu, serat kelapa sawit, batang jagung,
serat pandan, dan lain-lain. Dimana di penelitian ini memakai filler serat alam
Banyak pinang yang pemanfaatannya masih terbatas. Bagian pinang yang
masih sering dimanfaatkan selama ini adalah bagian daun, batang dan biji.
Sementara itu bagian sabut pinang tersebut terbuang dengan pecuma tanpa
digunakan atau dimanfaatkan lebih lanjut. Mengingat pemanfaatan serat pinang
secara langsung sangat sedikit, maka perlu ada inovasi untuk pemanfaatan serat
pinang seperti pembuatan komposit alam. Serat pinang merupakan salah satu
material fibre alternatif dalam pembuatan komposit secara ilmiah pemanfaatannya
masih dikembangkan karena serat pinang selain mudah didapat, murah, dapat
mengurangi polusi lingkungan sehingga komposit ini mampu mengatasi
permasalahan lingkungan, serta tidak membahayakan kesehatan. Pengembangan
serat pinang sebagai material komposit ini sangat dimaklumi mengingat dari segi
ketersediaan bahan baku serat alam indonesia yang memiliki bahan baku yang
cukup melimpah. Adapun komposit dengan penguat serat alam mempunyai
keuntungan antara lain kekuatan spesifik dan modulusnya yang tinggi, densitas
rendah,harga rendah, melimpah dibanyak negara, emisi polusi yang lebih rendah
dan dapat di daur ulang.
Peningkatan kekuatan komposit serat alam dapat dilakukan dengan 2 cara
yaitu dengan memberikan perlakuan kimia serat atau dengan penambahan
coupling agen. Perlakuan kimia serat sering dilakukan adalah perlakuan alkali
seperti NaOH karena harganya lebih ekonomis (Diharjo,2006). Perlakuan alkali
dilakukan dengan melakukan perendaman serat dengan NaOH sebelum dijadikan
bahan pembuat komposit.
Dalam pembuatan komposit dengan filler serat alam, matriks yang
digunakan adalah plastik daur ulang. Plastik adalah polimer yang mengikat serat
dan membantu menentukan sifat fisik dari material komposit yang dihasilkan.
Polietilena merupakan suatu jenis polimer plastik yang dapat didaur ulang.
Dengan pemanasan akan menjadi lunak dan mencair pada suhu 110 0C.
Pembuatan komposit dengan menggunakan komposit matriks dari plastik yang
telah di daur ulang, dapat mengurangi pencemaran akan limbah plastik.
Keunggulan produk ini antara lain: bahan baku melimpah, biaya produksi lebih
murah, fleksibel dalam pembuatannya, dapat diaplikasikan untuk berbagai
3
adalah jenis polimer Polietilena jenis HDPE (High Density Polyehylene) daur
ulang, dengan simbol angka 2 yaitu limbah botol minyak pelumas dan memiliki
sifat yaitu memiliki sifat bahan yang lebih kuat, keras, buram dan lebih tahan
lama terhadap suhu tinggi. Dimana dalam penelitian ini pengabungan filler dan
matriks mengunakan alat ekstruder dengan suhu 150 0c.
Untuk meningkatkan interaksi antara bahan pengisi dengan matriks
polimer telah dilakukan dengan beberapa cara. Salah satu cara yang dilakukan
adalah dengan menambahkan senyawa penghubung (Coupling Agent) sehingga
meningkatkan sifat antarmuka dan adhesi bahan pengisi dengan matriks polimer.
Maleic anhydrate grafted polietilen (PE-g-MA) adalah bahan yang secara umum
digunakan sebagai kompatibilizer dan (CTAB = Cetyl Trimethyl Ammonium
Bromide) Agar pembentukan emulsi (campuran) stabil diperlukan stabilizer yang
disebut surfaktan (surface active agent) yang merupakan senyawa organik yang
bersifat amphiphilic, artinya mempunyai dua gugus, yang bersifat hydrophobic
atau tak suka air dan yang satunya bersifat hydrophilic atau suka air.( Joe
Waynert,2003).
Dari hasil penelitian sebelumnya yang menggunakan Polietilena daur
ulang adalah ”Sifat Mekanik Komposit Polietilena Daur Ulang Dengan Filler
Serat Eceng Gondok” dimana diperoleh hasil uji kekuatan tarik pada fraksi massa
(2.5:97.5)% dengan tegangan maksimum rata-rata 17,07 Mpa. Regangan
Maksimum rata-rata sebesar 962%, elastisitas maksimum rata-rata sebesar 1,77
Mpa. (Dedi Holden,2010)
Berdasarkan uraian diatas maka peneliti tertarik untuk menguji sifat
mekanik komposit polietilena menggunakan serat sabut kulit pinang dengan
memvariasikan massa berat serat. Adapun judul penelitian ini adalah “Sifat Mekanik Komposit Polietilena (PE) Daur Ulang Dengan Filler Serat Pinang”
.
1.2. BatasanMasalah
Untuk memberikan ruang lingkup yang jelas berdasarkan uraian yang telah
dikemukakan pada latar belakang diatas, maka penulis membatasi cakupan
1. Filler yang digunakan adalah serat pinang
2. Matriks yang digunakan adalah matriks polietilena daur ulang
3. Kompatibilizer yang digunakan adalah PE-g-MA.
4. Pada pengujian sifat mekanik yaitu uji kekuatan tarik dan uji kekuatan
lentur
5. Perbandingan antara polietilena daur ulang dan serat pinang.
1.3. RumusanMasalah
Dari latar belakang masalah yang telah diuraikan di atas, maka rumusan
masalah dalam penelitian ini adalah :
1. Bagaimana pengaruh variasi masa serat sabut kulit pinang terhadap sifat
mekanik pada papan komposit?
2. Bagaimana pengaruh PE-g-MA terhadap sifat mekanik ( Uji tarik dan Uji
lentur)?
1.4. Tujuan
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah:
1. Mengetahui pengaruh variasi massa serat sabut kulit pinang terhadap sifat
mekanik pada papan komposit.
2. Untuk mengetahui pengaruh PE-g-MA terhadap sifat mekanik ( Uji tarik
dan Uji lentur).
1.5. Manfaat
Adapun manfaat dari penelitian ini adalah:
1. Memperoleh hasil sifat mekanik papan komposit dengan serat pinang dan
polietilena daur ulang yang optimal.
2. Menambah wawasan peneliti tentang uji mekanik papan komposit dengan
filler serat pinang dan matriks polietilena daur ulang.
40
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 kesimpulan
Dari hasil penelitian ini diperoleh kesimpulan:
1. Papan komposit yang memiliki kekuatan tarik maksimum (modulus
elastisitas maksimum) (Em aks) terdapat pada fraksi massa serat kulit buah
pinang 20% dengan HDPE 80% yaitu sebesar 95 MPa. Papan komposit
yang memiliki kekuatan tarik yang minimum ( Emin) terdapat pada fraksi
massa tanpa mengunakan serat kulit buah pinang dengan HDPE 100%
yaitu sebesar 5,93 MPa.
2. Papan komposit yang memiliki kekuatan lentur (UFSmaks) terbesar adalah
papan komposit pada perbandingan fraksi massa serat kulit buah pinang
10% dengan HDPE 90 % yaitu sebesar 26,59 MPa. Papan komposit yang
memiliki kekuatan lentur minimum(UFSmin)terdapat pada komposisi fraksi
massa serat kulit buah pinang 20% dengan HDPE 80% yaitu sebesar
8,367 MPa.
5.2Saran
1. Memperhatikan proses pencampuran serat dengan polietilena sehingga
pencampurannya lebih merata.
2. Mengunakan penghubung PE-g-MA dengan fraksi yang lebih banyak
sehingga matrik dan filler lebih menyatu dan merata.
3. Memperhatikan lagi besar ukuran serat yang akan dimasukan kedalam
ekstruder.
4. Untuk kekuatan tarik, semakin banyak filler yang digunakan akan
meningkatkan nilai kekuatan tariknya
5. Untuk kekuatan lentur, filler yang digunakan harus dibawah 15 % serat
DAFTAR PUSTAKA
Azizah,U.,(2004),POLIMER,Direktorat Pendidikan Menengah Kejuruan
Direktorat Jenderal Pendidikan Dasar Dan Menengah Departemen Pendidikan Nasional,Jakarta.
Diharjo,K.,(2006),Pengaruh Perlakuan Alkali Terhadap Sifat Tarik Bahan Komposit Serat Rami Polyester,Jurnal Teknik Mesin Vol.8,No, 1, Petra Christian University,Jakarta.
Ellyawan.,(2008),Panduan untuk Komposit ,ITB Press Bandung, Bandung.
Eny Pratiwi,L.,(2010),Sifat Mekanik Komposit Polietilena Dengan Serat Batang Pisang,Skripsi,FMIPA,Unimed,Medan.
Hendri, dkk., (2007), Karakteristik Film Polietilen Tergrafting Asam Akrilat Diperoleh Dengan Metoda Radiasi Gamma (Characteristic Of Acrylic Acid Grafted Polyethylene Film Prepared By Gamma Irradiation Method), FMIPA, Universitas Lampung.
Sinaga,H.,(2010),Defenisi Komposit. http://material-teknik.blogspot.com/: diakses 5 oktober 2012.
Holden,D.,(2010),Sifat Mekanik Komposit Polietilena Daur Ulang dengan Filler Serat Eceng Gondok,Skripsi,FMIPA,Unimed,Medan.
Ismail,H.,(2004), Komposit Polimer Diperkuat Pengisi dan Gentian Pendek Semula Jadi, Penerbit Universiti Sains Malaysia, Pulau Pinang.
Jayathu, Z.E., Natanael, C.L., dan Hendrana, S., (2006), Analisis Fourier Transform Infrared (FT-IR) Fraksionasi Polietilen-Graft-Maleat Anhidrida (PE-g-MAH), Majalah Polimer Indonesia Vol 9,No.2, hal 54-58
Joe,W.,and all,(2003), Wastewater Treatment with Magnetic Separation, Los Alamos National Laboratory,Washington, July 23-25.
Machado,A.V., Covas, J.A., dan Vanduin, M., (2005), Effect of Processing Conditions on Grafting of Maleic Anhydride onto Polyolefins, University of Minho, Portugal.
Majid, R.A., Ismail, H., Talib, R.M., (2010), Effects Of Polyethylene-G-Maleic Anhydride On Properties Of Low Density Polyethylene/ Thermoplastic Sago Starch Reinforced Kenaf Fibre Composites, Iranian Polymer Journal, 19(7): 501-510
42
Sitepu, I.W., (2009), Pengaruh Konsentrasi Maleat Anhidrat Terhadap Derajat Grafting Maleat Anhidrat Pada High Density Polyethylene (HDPE) Dengan Inisiator Benzoil Peroksida, Skripsi, FMIPA, USU, Medan.
Smallman R.E & Bishop R.J., Djaprie Sriati.,(2000), Metalurgi Fisik Modern & Rekasaya Bahan (Terjemahan),Erlangga,Jakarta.
Surdia,M.S.,dan Saito,S.,(2005).Pengetahuan Bahan Teknik,Penerbit PT Pradnya paramita,Jakarta.
Stevens,M.P.,(2001),Kimia Polimer,Cetakan Pertama,Jakarta, penerbit Pradnya Paramita
Vendik.,(2012),Pengertian Komposit Secara Luas, http://eatrenkz.blogspot.com/2 012/06/bab-ii-pengertian-komposit-secara-luas.html
Widodo,B.,(2008), Analisa Sifat Mekanik Komposit Epoksi Dengan Penguat Serat Pohon Aren (Ijuk) Model Lamina Berorientasi Sudut Acak (Random), Jurnal Teknologi Technoscientia, Jurusan Teknik Mesin, ITN Malang
