Oleh: Berkat Panjaitan
NIM 408221016 Program Studi Fisika
SKRIPSI
Diajukan Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Sain
JURUSAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS NEGERI MEDAN
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yesus Kristus atas segala
Kasih dan karunianya yang telah memberikan kesehatan dan kekuatan kepada
penulis sehingga skripsi ini dapat diselesaikan dengan baik.
Skripsi ini diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
sarjana sains di Fakultas Matematika dan Imu Pengetahuan Alam Universitas
Negeri Medan. Adapun judul skripsi ini adalah ”sifat mekanik komposit
polietilena daur ulang dengan filler serat sabut kelapa”.
Dalam kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terimakasih kepada
berbagai pihak yang telah membantu menyelesaikan skripsi ini, mulai dari
pengajuan proposal penelitian, pelaksanaan sampai penyusunan skripsi, antara
lain Bapak Mukti Hamjah Harahap selaku Dosen Pembimbing Skripsi, yang telah
banyak memberikan bimbingan dan saran-saran kepada penulis sejak awal
penelitian sampai dengan selesainya penulisan skripsi ini. Bapak Drs. Abd.
Hakim. S., M.Si selaku penguji I, Bapak Abdul Rais, S.Pd, S.T, M.Si selaku
penguji II dan Dewi Wulandari, S.Si, M.Si selaku penguji III, yang telah
memberikan kritikan dan masukan demi penyempurnaan skripsi ini. Bapak
Nurdin Bukit, M.Si, selaku Dosen pembimbing Akademik yang memberikan
bimbingan dan nasehat selama masa perkuliahan dan yang telah banyak
membantu dalam penyelesaian skripsi ini. Bapak Drs. P. Maulim Silitonga, M.S
selaku Pembantu Dekan FMIPA UNIMED. Bapak dan Ibu Dosen atas
bimbingannya kepada penulis selama masa perkuliahan dan penulisan skripsi ini,
beserta Staf Pegawai Jurusan Fisika FMIPA UNIMED yang sudah membantu
penulis. Ucapan terimakasih yang teristimewa penulis sampaikan kepada kepada
kedua orang tua ayahanda S. Panjaitan dan Ibu N. Nadeak yang telah banyak
memberikan dukungan dan kasih sayang serta semangat baik berupa materil dan
moril. Dan kepada Kakak : Masta, Ribka. Abang: Hengki, Swandi. Adik saya
Tirani, Nurcahaya, Hotmi yang telah banyak memberikan dukungan dan doa.
Pada kesempatan ini, penulis juga ingin mengucapkan terimakasih kepada
v
adek kost 100B dan 100D dan yang telah banyak mendukung, membantu dalam
doa dan memberikan semangat kepada penulis dalam menyelesaikan skripsi ini.
Penulis telah berupaya dengan semaksimal mungkin dalam menyelesaikan
skripsi ini, namun penulis menyadari masih ada kekurangan baik dari segi isi
maupun tata bahasa, untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang
bersifat membangun dari pembaca demi sempurnanya skripsi ini. Akhir kata
penulis ucapkan banyak terima kasih, semoga skripsi ini bermanfaat bagi kita
semua.
Medan, Januari 2013
Berkat Panjaitan
ABSTRAK
Polimer plastik yang tidak mudah terurai secara alami mengakibatkan terjadinya penumpukan limbah dan menjadi penyebab pencemaran. Kondisi demikian menyebabkan bahan kemasan plastik tidak dapat dipergunakan secara meluas. Berdasarkan fakta dan kajian ilmiah yang ada dilakukan penelitian dan pengembangan teknologi bahan kemasan yang biodegradable. Cara untuk meningkatkan kualitas kemasan biodegradable dengan menambahkan serat sebagai penguat pada saat proses pembuatan bahan plastik itu sendiri yaitu serat sabut kelapa.
Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui sifat mekanik ( kekuatan tarik, kekuatn lentur dan kekuatan impak) komposisi HDPE daur ulang dengan serat sabut kelapa. Bahan komposit ini dibuat dengan mencampurkan serat sabut kelapa dengan HDPE daur ulang. Dicampur dalam suatu wadah dengan perbandingan fraksi massa (100:0)%, (97,5:2,5)%, (92,5:7,5)%, ( 87,5:12,5)%, (82,5:17,5)%. Papan komposit dicetak dengan ketebalan 4 mm. Papan komposit yang telah jadi dipotong sesuai dengan ukuran sampel pengujian dan kemudian sampel di uji berdasarkan pengujian sifat mekaniknya ( uji kekuatan tarik, uji kekuatan lentur, dan uji kekuatan impak).
Hasil penelitian menunjukkan bahwa kekuatan tarik memiliki harga optimum untuk perbandingan massa (82,5: 17,5) yaitu Tegangan maksimum nya rata-rata (σmaks) 30,37 MPa dan regangan maksimum rata-rata (∑maks) yaitu : 9,21
% serta modulus young rata-rata (Emaks) sebesar 3,29 Mpa, kekuatan lentur dan
vi
2.1. Defenisi dan Klasifikasi Material Komposit 5
2.2. Serat Sebagai Penguat 7
2.3. Bahan Sebagai Serat 7
2.4. Tipe komposit serat 8
2.5. Serat Sabut Kelapa 8
2.6. Perlakuan Alkali Terhadap Serat Alam 10
2.6.1. Perendaman Dengan Natrium Hidroksida (NaOH) 11
2.7. Matriks 12
2.8. Thermoplastik 13
2.8.1. Polietilena 14
2.8.2. Sifat sifat etilena 15
2.8.3. Polietilena berdasarkan massa jenis 15
2.9. Sifat sifat mekanik 16
2.9.1. Pengujian kekuatan tarik 17
2.9.2. Pengujian kekuatan lentur ( Ultimated flexural Strength) 19
2.9.3. Pengujian Impak 20
BAB III. METODE PENELITIAN
3.1. Tempat Penelitian 22
3.2. Alat dan Bahan Penelitian 22
3.2.1. Alat 22
3.2.2. Bahan 22
3.3. Variabel Penelitian 22
3.4.1. Pembuatan Serat dan Perendaman Serat Kelapa 23
3.4.2. Pembuatan Komposit 23
3.4.3. Pembuatan Sampel 24
3.4.4. Prosedur Pengujian Tarik 25
3.4.5. Prosedur Pengujian Lentur 26
3.4.6. Prosedur pengujian impak 26
3.5. Diagram Alir Penelitian 27
3.6. Teknik Analisa Data 28
BAB IV. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
4.1. Hasil Penelitian 29
4.1.1. Pengujian Kekuatan Tarik 29
4.1.2. Pengujian Kekuatan Lentur 32
4.1.3. Pengujian Kekuatan impak 35
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan 39
5.2. Saran 39
ix
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1. Karakteristik Kelapa 10
Tabel 2.2. Contoh Basa 11
Tabel 2.3. Kekuatan tarik, tekan dan lentur bahan polimer 15 Tabel 4.1. Data Hasil Untuk Pengujian Kekuatan Tarik Antara
Serat Sabut Kelapa Dengan HDPE Dalam Berbagai
Komposisi. 30
Tebal 4.2. Data Hasil Untuk Pengujian Kekuatan Lentur antara Serat Sabut Kelapa Dengan HDPE Dalam Berbagai
Komposisi. 33
Tabel 4.3. Data Hasil Untuk Pengujian Kekuatan Impak Antara Serat Sabut Kelapa Dengan HDPE Dalam Berbagai
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1. Serat sabut kelapa 9
Gambar 2.2. Ikatan kimia 14
Gambar 2.3. Kurva Tegangan dan Regangan 18
Gambar 2.4. Alat Pengujian Impak 21
Gambar 3.1. Bentuk Sampel Pengujian kekuatan tarik
dengan standart ASTM D-638 24
Gambar 3.2. Bentuk Sampel Pengujian Lentur dan pengujian
Impak dengan standart ASTM D-79 25
Gambar 3.3. Alat Pengujian tarik dan lentur 25
Gambar 3.4. Diagram Alir Penelitian 27
Gambar 4.1. Hubungan antara modulus young rata-rata komposit HDPE dengan filler Serat kelapa setiap sampel
pada setiap komposisi. 32
Gambar 4.2. Hubungan antara kekuatan lentur rata-rata komposit HDPE dengan filler serat kelapa setiap sampel
Pada setiap komposisi. 34
Gambar 4.3. Hubungan antara kekuatan Impak rata-rata komposit HDPE dengan filler serat kelapa setiap sampel
1
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Pengenalan akan bahan - bahan dalam suatu penelitian sangat diperlukan.
Tujuan untuk mengenal sifat-sifat dari bahan yang akan digunakan dalam
penelitian dan manfaatnya. Seiring dengan perkembangan teknologi, kebutuhan
akan plastik terus meningkat. Menurut Hartono (1998) komposisi sampah atau
limbah plastik yang dibuang oleh setiap rumah tangga adalah 9,3 % dari total
sampah rumah tangga. jabotabek rata rata setiap pabrik menghasilkan satu ton
limbah plastik setiap minggunya. jumlah tersebut akan terus bertambah, di
sebabkan sifat sifat yang di miliki plastik, antara lain tidak dapat membusuk, tidak
terurai secara alami, tidak dapat menyerap air maupun tidak dapat berkarat, dan
pada akhirnya masalah bagi lingkungan.
Pemanfaatan limbah plastik merupakan upaya menekan pembuangan
plastik seminimal mungkin dan batas tertentu menghemat sumber daya dan
mengurangi ketergantungan baku impor. Salah satu pemanfaatan limbah adalah
dengan menggunakan plastik daur ulang sebagai matriks pada pembuatan
komposit dengan filler serat alam. Polietilena merupakan suatu jenis polimer
termoplastik yang dapat di daur ulang. Pembuatan komposit dengan menggunakan
komposit matriks dari plastik yang telah didaur ulang, dapat mengurangi
pembebanan lingkungan terhadap limbah plastik. Keunggulan produk ini antara
lain biaya produksi lebih murah, bahan bakunya melimpah, fleksibel dalam proses
pembuatan, dapat diaplikasikan untuk berbagai keperluan, serta bersifat dapat di
daur ulang (recycleable).
Pemanfaatan plastik daur ulang dalam pembuatan kembali barang barang
plastik telah berkembang pesat. Hampir seluruh jenis limbah plastik dapat di
proses kembali menjadi barang semula walaupun dilakukan pencampuran dengan
bahan bahan baku baru dan aditif untuk meningkatkan kualitas. Ada beberapa cara
untuk meningkatkan kualitas yang terbuat dari plastik antara lain dengan
tersebut. Serat inilah yang disebut dengan pengisi/filler. Bahan yang digunakan
sebagai penguat ada dua yaitu penguat alami dan penguat buatan. Bahan penguat
alami bersumber dari tumbuhan seperti: sabut kelapa, serat ijuk, serat kelapa
sawit, ampas tebu, sabut pinang, batang jagung, batang padi, serat pandan, dan
lain lain. Dengan proses yang lebih maju, serat alami diharapkan dapat di jadikan
sebagai bahan komposit yang menghasikan material baru yang berkualitas dan
ramah lingkungan. Pemanfaatan serat alam yang ramah lingkungan adalah
langkah bijak untuk menyelamatkan kelestarian lingkungan.
Peningkatan kekekuatan komposit serat alam dapat dilakukan dengan dua
cara yaitu dengan memberikan perlakuan kimia serat atau dengan penambahan
coupling agen (diharjo 2006). Perlakuan kimia serat yang sering dilakukan adalah
perlakuan alkali seperti NaOH karena harganya lebih ekonomis. Perlakuan alkali
yang dilakukan yaitu dengan melakukan perendaman serat dengan NaOH sebelum
dijadikan sebagai bahan pembuat komposit.
Bahan komposit polietilena telah banyak digunakan sebagai kemasan.
Penelitian yang dilakukan sebelumnya menunjukkan beberapa hasil pengujian
sifat mekanik dari komposit. Dengan menggunakan serbuk sekam padi sebagai
bahan pembuat komposit polietilena sebagai alternative bahan jaringan plastik
diperoleh hasil untuk pengukuran kekuatan tarik maksimum sebesar 299,92 MPa
dan kekuatan lentur maksimum sebesar 593,05 MPa pada sampel polietilena
100% dalam waktu 20 menit (Maryono, 2008). Penelitian yang lain menggunakan
polietilena daur ulang adalah “Pengujian Sifat Mekanik dan Thermal Komposit
Polietilena Dengan Serat dan Pandan Duri”. Dimana diperoleh hasil uji lentur
maksimum komposit polietilena yang dimiliki massa serat 5% dengan perlakuan
alkali adalah 44,82 MPa,sedangkan tanpa perlakuan adalah 45,93 MPa. Dari
kekuatan lentur komposit tersebut diperoleh bahwa dengan adanya perlakuan
alkali tanah dapat menambah kuat lentur komposit polietilena (masriani limbong,
2010).
Penelitian sebelumnya mengenai “Pengujian Sifat Mekanik Komposit
polietilena dengan filler sabut kelapa” oleh apriani sijabat (2010). Hasil yang
3
yang memiki fraksi selama 40 menit diperoleh tegangan maksimum sebesar 10,2
MPa, dan pada pengujian lentur pada variasi waktu cetak tekan panas selama 60
menit diperoleh kekuatan lentur maksimum sebesar (UFS=13,12) MPa. Dari
penelitian ini diperoleh bahwa waktu cetak tekan panas selama 40 menit memiliki
kuat tarik yang maksimal pada komposit polietilena.
Penelitian berikutnya tentang “ Sifat mekanik Komposit Polietilena Daur
Ulang Dengan Filler Serat Pandan Duri”(Ramotan, 2011).Dengan memvariasikan
massa serat maka di dapat : penelitian kekuatan tarik terbesar adalah papan
komposit pada perbandingan fraksi massa (12,5 : 87,5)%, dengan tegangan
maksimum rata rata 9,63 MPa, papan komposit yang memiliki kekuatan lentur
terbesar adalah papan komposit tanpa serat dengan kekuatan lentur maksimum
rata-rata 0,53 MPa. Kekuatan lentur yang lebih baik adalah pada perbandingan
(2.5% : 92,5%) dengan kekuatan lentur maksimum rata-rata (UFSmaks) sebesar
0,43 MPa, perbandingan massa (7,5 : 92,5)% memiliki kuat tarik dan lentur yang
rendah.
Berdasarkan uraian yang di atas maka peneliti tertarik untuk menguji sifat
mekanik komposit polietilena menggunakan serat sabut kelapa dengan
memvariasikan massa serat. Adapun judul penelitian adalah “Sifat Mekanik
Komposit polietilena Duar Ulang Dengan Fillerserat sabut kelapa”.
1.2. Batasan masalah
Untuk membatasi ruang lingkup yang jelas berdasarkan uraian yang telah
dikemukakan pada latar belakang diatas, maka peneliti membuat batasan masalah:
1. Serat yang digunakan adalah serat sabut kelapa.
2. Matriks yang digunakan adalah matriks polietilena daur ulang.
3. Sifat mekanik yang diamati adalah uji tarik dan uji lentur.
4. Variasi yang digunakan adalah variasi massa serat sabut kelapa dengan
variasi ( 0:100 ; 2,5:97,5 ; 7,5:92,5 ; 12,5:87,5 ; 17,5:82,5 ) gram.
1.3. Rumusan Masalah
Dari latar belakang masalah yang telah diuraikan di atas, maka rumusan
masalah dalam penelitian ini adalah bagaimanakah sifat mekanik (Uji tarik, uji
lentur dan uji impak) komposit polietilena daur ulang dengan menggunakan filler
serat serbuk sabut kelapa?
1.4. Tujuan Penelitian
Adapun tujuan penelitian ini adalah mengetahui sifat mekanik uji tarik, uji
lentur dan uji impak komposit polietilena daur ulang dengan filler serbuk serat
kelapa.
1.5. Manfaat penelitian
1. Untuk mengetahui sifat mekanik (Modulus Young, Kelenturan, Uji
Impaknya) komposit polietilena (HDPE) yang menggunakan serat sabut
kelapa
2. Peningkatan nilai ekonomis dari serat kelapa sebagai bahan yang
berkualitas.
3. Sebagai referensi bagi peneliti selanjutnya yang memanfaatkan serat alam
untuk pembuatan komposit polietilena.
39
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan
1. Papan komposit yang memiliki kekuatan tarik maksimum (modulus
elastisitas maksimum) rata-rata (Emaks) sebesar 3,29 MPa. Papan komposit
yang memiliki kekuatan tarik yang minimum rata-rata ( Emin) terdapat pada
variasi (100:0) yaitu sebesar 1,68 MPa.
2. Papan komposit yang memiliki kekuatan lentur rata-rata (UFSmaks)
terbesar adalah papan komposit pada perbandingan fraksi massa
(92,5:7,5)%, dengan kekuatan lentur maksimum (UFSmaks) rata-rata
sebesar 99 MPa. Papan komposit yang memiliki kekuatan lentur
minimum(UFSmin) terdapat pada komposisi fraksi massa (82,5:17,5)%
yaitu 96,25 MPa.
3. Papan komposit yang memiliki kekuatan impak terbesar adalah papan
komposit yang perbandingan fraksi massa nya (92,5:7,5)%, dengan
energy serapnya Esrp adalah 3,83 Joule, harga impak rata-rata (Himaks)
adalah 0.00383 J/mm2. Papan komposit yang memiliki kekuatan impak
minimum rata-rata (Himin) terdapat pada fraksi massa (87,5:12,5)% yaitu
sebesar 0,00078 j/mm2.
5.2. Saran
1. Untuk pengujian tarik, menambahkan jumlah serat sabut kelapa supaya di
dapatkan batas maksimum modulus young nya.
2. Untuk pengujian lentur, Membuat variasi serat dengan matriks mendekati
nilai puncak ( uji lentur maksimumnya), supaya dapat data yang lebih
akurat dan mengganti matriknya seperti polipropilena.
3. Untuk pengujian impak, melakukan pencampuran yang baik antara serat
dengan matriks, supaya dapat data yang signifikan ( sesuai yang
Diharjo, K., (2006), Pengaruh Perlakuan Alkali terhadap Sifat Tarik Bahan Komposit Serat Rami-polyester, Fakultas Teknik Universitas Kristen Petra, http//www.petra.ac.id/∽
puslit/journals/dir.php?DepartmentID=MES
Gibson, F.R., (1994), Principles of composite Material Mechanics, Internasional Edition”, McGraw-Hill Inc,New York.
Ginting, S., (2002), Sifat Sifat Polietilena.
Hartono, (1998), Bahan Polimer, Penerbit PT Gramedia Pustaka Utama, Jakarta. Hyer, M. W., (1998), Stress Analysis of fiber- Reinforced Composite
Materials,Penerbit McGraw-Hill, New york.
Limbong, M., (2010), Pengujian Sifat Mekanik Komposit dan Thermal Komposit Polietilena Dengan Serat Pandan duri, Skripsi, FMIPA. UNIMED, Medan.
Maryono, (2008), Sifat Mekanik Komposit Polietilena Dengan Filler Serbuk Sekam Padi Sebagai Alternatif Bahan Jerigen Plastik, Skripsi, FMIPA, Universitas Sumatera Utara, Medan.
Mulyadi, (2007), Pengaruh Konsentrasi NaOHsebgai Media Pendingin Terhadap Sifat MekanikBaja Karbon Menengah dengan Adanya Perlakuan Panas,Skripsi, FMIPA, UNIMED, Medan.
Nesti, (2011), sifat Mekanik Komposit Polipropilena Daur Ulang dengan Filler serat sabut kelapa Skripsi, FMIPA, UNIMED, Medan.
Ramotan, (2011), Sifat Mekanik Komposit Polietilena Daur Ulang dengan Filler Serat Pandan Duri, Skripsi, FMIPA, UNIMED, Medan.
Ram, R., (2008), Karakteristik Termoplastik Polietilena dengan Serat Batang Pisang sebagai Komposisi untuk Bahan palet Kayu, Tesis, Sekolah Pasca sarjana,USU, Medan.
Setyadmidjaya, Djoehana, (1995), Bertanam Kelapa, Penerbit kasinius, Jakarta. Sijabat, Apriani, (2010), Pengujian Sifat Mekanik Komposit Polietilena dengan
Filler Sabut Kelapa, Skripsi, FMIPA, UNIMED, Medan.
Surdia, T, M.S, dan Saito, S, (2005), Pengetahuan Bahan Tehnik, Penerbit PT. Pradnya Paramita, Jakarta.
