PENGARUH PANJANG DAN KOMPOSISI SERAT
TERHADAP KOMPOSIT EPOKSI BERPENGISI
SERAT DAUN NANAS
SKRIPSI
Oleh
FACHRI WIRATAMA
080405003
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
PENGARUH PANJANG DAN KOMPOSISI SERAT
TERHADAP KOMPOSIT EPOKSI BERPENGISI
SERAT DAUN NANAS
SKRIPSI
Oleh
FACHRI WIRATAMA
080405003
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 PANJANG DAN KOMPOSISI SERAT TERHADAP
KOMPOSIT EPOKSI BERPENGISI SERAT DAUN NANAS
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 di kemudian hari terbukti bahwa karya ini bukan karya saya atau merupakan hasil jiplakan maka saya bersedia menerima sanksi sesuai dengan aturan yang berlaku.
Medan, Juli 2013
PENGESAHAN
Skripsi dengan judul :
PENGARUH PANJANG DAN KOMPOSISI SERAT TERHADAP
KOMPOSIT EPOKSI BERPENGISI SERAT DAUN NANAS
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 16 Juli 2014 dan dinyatakan memenuhi syarat/sah sebagai skripsi pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Mengetahui, Medan, Juli 2014
Koordinator Penelitian Dosen Pembimbing
Ir. Renita Manurung, MT Dr. Halimatuddahliana, ST, M.Sc NIP : 19681214 199702 2 002 NIP : 19730408 199802 2 002
Dosen Penguji I Dosen Penguji II
Dr. Ir. Hamidah Harahap, M.Sc Dr. Maulida, ST, M.Sc
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 Panjang Dan Komposisi Serat Terhadap Komposit Epoksi Berpengisi Serat Daun Nanas”, 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 daun nanas yang dapat diolah lebih lanjut untuk dijadikan serat daun nanas 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 Ukuran Partikel dan Komposisi Serat Terhadap Sifat Kekuatan Bentur Komposit Epoksi Berpengisi Serat Daun Nanas”.
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. Ibu Dr. Halimatuddahliana, ST, M.Sc selaku Dosen Pembimbing 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. Maulida, ST, M.Sc selaku Dosen Penguji II yang telah banyak
memberikan saran dan masukan untuk kesempurnaan skripsi ini.
5. Ibu Ir. Renita Manurung, MT selaku Koordinator Skripsi dan Dosen Pembimbing akademik.
6. Syahrinal Anggi Daulay selaku partner penelitian 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. Kedua orang tua penulis, M. Ilham dan Susilawati, yang telah memberikan
doa dan dukungan kepada penulis dalam menyelesaikan penelitian dan penulisan skripsi ini.
2. Seluruh sahabat, teman-teman, adik-adik, dan abang/kakak sesama mahasiwa Departemen Teknik Kimia terutama angkatan 2008, khususnya Sri Hermawan, Rahmat Akbar Sinaga, Ayu Ridaniati Bangun, Rinaldry Sirait, Juliananta Sitepu, Ismail Fahmi Hasibuan, Akhmad Nadji Shabiri dan Rizky Salaam Ritonga, yang memberikan banyak dukungan dan semangat kepada penulis selama berada di Teknik Kimia USU.
RIWAYAT HIDUP PENULIS
Nama : Fachri Wiratama NIM : 080405003
Tempat/tgl lahir : Medan, 11 Juni 1990 Nama orang tua : SD Negeri 112224 Kotapinang tahun 2000 – 2002 2. SMP Negeri 11 Medan tahun 2002 – 2005
3. SMA Dharmawangsa Medan tahun 2005 – 2008 Beasiswa yang pernah diperoleh :
1. Beasiswa Yayasan Pendidikan Dharmawangsa pada tahun 2006 dan 2007 Pengalaman organisasi / kerja :
1. Covalen Study Group (CSG) periode 2010-2011 sebagai Ketua Umum 2. Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) periode 2011-2012
sebagai Ketua Bidang Hubungan Keluar Instansi dan Alumni
3. Asisten Laboratorium Kimia Fisika periode 2010 – 2013 modul Viskositas 4. Koordinator Laboratorium Kimia Fisika periode 2012 - 2013
Artikel yang telah dipublikasi dalam Jurnal :
ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh panjang dan komposisi serat terhadap sifat-sifat mekanik komposit epoksi berpengisi serat daun nanas. Komposit dibuat dengan metode hand lay up dengan mencampurkan epoksi dan pengisi serat daun nanas dengan variasi panjang serat 1 mm, 4 mm, 7 mm, dan 10 mm, serta dengan rasio antara matriks dan pengisi 95/5, 90/10, dan 85/15 (v/v). Sifat-sifat mekanik yang diuji yaitu kekuatan tarik, kekuatan lentur, kekuatan bentur, serta daya serap air. Dari karakteristik FT-IR diketahui terdapat gugus hidroksil (-OH) yang menandakan telah terjadinya interaksi antara matriks dengan pengisi. Hasil pengujian sifat-sifat mekanik menunjukkan bahwa, pada panjang serat 10 mm dengan rasio matriks dan pengisi 90/10 diperoleh kekuatan tarik maksimum sebesar 31,155 MPa. Sementara itu, sifat pemanjangan saat putus mengalami peningkatan seiring bertambahnya panjang dan komposisi serat pada rasio 95/5 dan 90/10 dimana penurunan terjadi pada rasio 85/15. Pemanjangan tertinggi diperoleh pada panjang serat 10 mm dengan rasio 90/10 sebesar 10,571 %. Dari hasil pengujian kekuatan lentur diperoleh kekuatan lentur maksimum pada panjang serat 10 mm dengan rasio matriks dan pengisi 85/15 sebesar 25,448 MPa. Sedangkan dari hasil pengujian kekuatan bentur diperoleh kekuatan bentur maksimum pada panjang serat 10 mm dengan rasio matriks dan pengisi 85/15 sebesar 13,867 KJ/m2, dimana pada pengujian ini didukung oleh analisis scanning electron microscopy (SEM). Pada uji daya serap air, penyerapan air semakin meningkat seiring bertambahnya jumlah pengisi, dimana penyerapan air terbesar diperoleh pada rasio 85/15 yaitu 1,5338 %. Dari hasil penelitian ini dapat disimpulkan bahwa kekuatan maksimum komposit diperoleh pada panjang serat 10 mm dengan rasio 90/10 untuk kekuatan tarik dan rasio 85/15 untuk kekuatan lentur dan bentur.
ABSTRACT
This study aims to determine the effect of fiber length and fiber composition of the mechanical properties of epoxy composites filled with pineapple leaf fibers. Composites we made by hand lay up method by mixing epoxy and pineapple leaf fibers with fiber length variation of 1 mm, 4 mm, 7 mm and 10 mm, ratio between matrix and filler 95/5, 90/10, and 85/15 (v/v). Mechanical properties were tested, namely tensile strength, flexural strength, impact strength, and water absorption. From the FTIR characteristics known to have a hydroxyl group (-OH) which indicates the occurrence of interaction between matrix and filler. The results of testing the mechanical properties showed that, at 10 mm fiber length variation with the ratio of the matrix and filler 90/10 obtained a maximum tensile strength of 31,155 MPa. Meanwhile, the elongation at break increased with increasing fiber length and composition at a ratio of 95/5 and 90/10, in which the decline occurred in the ratio of 85/15. The highest elongation obtained at fiber length of 10 mm with a ratio of 90/10 was 10.571% Flexural strength of the test results obtained by the maximum bending force on the fiber length of 10 mm with the matrix and filler ratio of 85/15 for 24,448 MPa. While the results of impact strength testing gained impact strength maximum was fiber length of 10 mm with the matrix and filler ratio of 85/15 amounted to 13,867 KJ/m2, where the testing is supported by analysis of scanning electron microscopy (SEM). In the test water absorption, water absorption increased with increasing amount of filler, where the greatest water absorption was obtained at a ratio of 85/15 for 1.5338%. From these results it can be concluded that the maximum strength of the composite obtained at fiber length of 10 mm with a ratio of 90/10 for the tensile strength and the ratio of 85/15 for flexural strength and impact strength.
DAFTAR ISI
Halaman
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI i
PENGESAHAN ii
PRAKATA iii
DEDIKASI v
RIWAYAT HIDUP PENULIS vi
ABSTRAK vii
DAFTAR SINGKATAN xvi
DAFTAR SIMBOL xvii
1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 4
2.1 KOMPOSIT 4
2.1.1 Pengertian Komposit 4
2.1.2 Jenis – Jenis Komposit 4
2.1.2.1 Berdasarkan Bahan Matriks 4 2.1.2.2 Berdasarkan Bahan Pengisi 5 2.1.2.3 Tipe – Tipe Komposit Serat 6 2.1.3 Faktor - Faktor yang Mempengaruhi Sifat Komposit 7
2.2 RESIN EPOKSI 11
2.3.1 Serat Daun Nanas 14 2.3.2 Proses Pengambilan Serat Daun Nanas 15
2.4 PROSES PABRIKASI KOMPOSIT 16
2.4.1 Close Molding Process (Pencetakan Tertutup) 16 2.4.2 Open Molding Process (Pencetakan Terbuka) 19
2.5 PENGUJIAN KOMPOSIT 20
2.5.1 Analisis Fourier Transform Infra Red (FT-IR) 20 2.5.2 Pengujian Kekuatan Tarik (Tensile Strength) 21 2.5.3 Pengujian Kekuatan Lentur (Flexural Strength) 23 2.5.4 Pegujian Kekuatan Bentur (Impact Strength) 25 2.5.5 Analisis Scanning Electron Microscopy (SEM) 27 2.5.6 Pengujian Daya Serap Air (Water Absorption) 27 2.6 APLIKASI DAN KEGUNAAN PRODUK KOMPOSIT 28
2.7 ANALISIS BIAYA 30
BAB III METODOLOGI PENELITIAN 32
3.1 LOKASI PENELITIAN 32
3.2 BAHAN DAN PERALATAN 32
3.2.1 Bahan 32
3.2.1 Peralatan 32
3.3 PROSEDUR PENELITIAN 33
3.3.1 Prosedur Pembuatan Komposit Epoksi Berpengisi
Serat Daun Nanas 33
3.3.2 Flowchart Pembuatan Komposit Epoksi Berpengisi
Serat Daun Nanas 34
3.3.3 Pengujian Komposit 35
3.3.3.5 Analisis Scanning Electron Microscopy (SEM) 36 3.3.3.6 Uji Daya Serap Air (Water Absorption)
ASTM D 570 37
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 38
4.1 ANALISIS FOURIER TRANSFORM INFRA RED (FT-IR) 38 4.2 PENGARUH PANJANG DAN KOMPOSISI SERAT
TERHADAP KEKUATAN TARIK (TENSILE STRENGTH)
KOMPOSIT EPOKSI BERPENGISI SERAT DAUN NANAS 40 4.3 PENGARUH PANJANG DAN KOMPOSISI SERAT
TERHADAP SIFAT PEMANJANGAN SAAT PUTUS
(ELONGATION AT BREAK) KOMPOSIT EPOKSI
BERPENGISI SERAT DAUN NANAS 42
4.4 PENGARUH PANJANG DAN KOMPOSISI SERAT TERHADAP KEKUATAN LENTUR (FLEXURAL
STRENGTH) KOMPOSIT EPOKSI BERPENGISI SERAT
DAUN NANAS 44
4.5 PENGARUH PANJANG DAN KOMPOSISI SERAT
TERHADAP KEKUATAN BENTUR (IMPACT STRENGTH)
KOMPOSIT EPOKSI BERPENGISI SERAT DAUN NANAS 46
4.6 PENGARUH KOMPOSISI SERAT TERHADAP DAYA SERAP AIR (WATER ABSORPTION) KOMPOSIT EPOKSI
BERPENGISI SERAT DAUN NANAS 49
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 51
5.1 KESIMPULAN 51
5.2 SARAN 52
DAFTAR PUSTAKA 53
LAMPIRAN 1 DATA PENELITIAN 57
LAMPIRAN 2 CONTOH PERHITUNGAN 60
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Tipe Komposit Serat Pendek 7
Gambar 2.2 Tipe Komposit Serat 7
Gambar 2.3 Reaksi Epoksi Tahap 1 11
Gambar 2.4 Reaksi Epoksi Tahap 2 12
Gambar 2.5 Reaksi Epoksi Tahap 3 12
Gambar 2.6 Rumus Struktur Epoksi 13
Gambar 2.7 Metode Hand Lay Up 20
Gambar 2.8 Kurva Hubungan Gaya Tarik Terhadap Pertambahan Panjang 21 Gambar 2.9 Kurva Tegangan dan Regangan Hasil Uji Tarik 23
Gambar 2.10 Penampang Uji Lentur 23
Gambar 2.11 Spesimen Uji Kekuatan Bentur 25
Gambar 2.12 Peralatan Uji Skematik Peralatan Uji Bentur 26 Gambar 2.13 Jenis Mobil Sports yang Menggunakan Komponen Leaf Spring
Dari Komposit Epoksi 29
Gambar 2.14 Leaf Spring Dari Bahan Komposit Epoksi 29 Gambar 2.15 Posisi Leaf Spring Pada Bagian Depan Setir Mobil 29 Gambar 2.16 Cover Kaca Spion Mobil Dari Komposit Epoksi 30 Gambar 3.1 Flowchart Pembuatan Komposit Epoksi Berpengisi Serat
Daun Nanas 34
Gambar 3.2 Dimensi Spesimen Uji Tarik 35
Gambar 3.3 Dimensi Spesimen Uji Lentur 36
Gambar 3.4 Dimensi Spesimen Uji Bentur 36
Gambar 4.1 Struktur Resin Epoksi 38
Gambar 4.2 Hasil Analisis FT-IR 38
Gambar 4.3 Pengaruh Panjang dan Komposisi Serat Terhadap Kekuatan Tarik (Tensile Strength) Komposit Epoksi Berpengisi Serat
Daun Nanas 40
Epoksi Berpengisi Serat Daun Nanas 42 Gambar 4.5 Pengaruh Panjang dan Komposisi Serat Terhadap Kekuatan
Lentur (Flexural Strength) Komposit Epoksi Berpengisi Serat
Daun Nanas 44
Gambar 4.6 Pengaruh Panjang dan Komposisi Serat Terhadap Kekuatan Bentur (Impact Strength) Komposit Epoksi Berpengisi Serat
Daun Nanas 46
Gambar 4.7 Hasil Analisis SEM 48
Gambar 4.8 Pengaruh Komposisi Serat Terhadap Daya Serap Air (Water
Absorption) Komposit Epoksi Berpengisi Serat Daun Nanas 49 Gambar 4.9 Pengikatan Molekul Air Oleh Serat Alam 50
Gambar L3.1 Serat Daun Nanas 61
Gambar L3.2 Resin Epoksi 61
Gambar L3.3 Hardener 61
Gambar L3.4 Spesimen Uji Tarik 62
Gambar L3.5 Spesimen Uji Lentur 62
Gambar L3.6 Spesimen Uji Bentur 62
Gambar L3.7 Alat Uji Tarik UTM Gotech Al-7000M 62 Gambar L3.8 Alat Uji Lentur UTM Gotech Al-7000M 63
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1 Klasifikasi Serat 14
Tabel 2.2 Komposisi Serat Daun Nanas dan Serat Alami Lainnya 15 Tabel 2.3 Sifat – Sifat Mekanis Serat Alami 15 Tabel 2.4 Perbandingan Harga Antara Serat Alam dan Serat Sintetik 28 Tabel 2.5 Rincian Biaya Pembuatan Komposit Epoksi Berpengisi Serat Daun
Nanas 30
Tabel 2.6 Perkiraan Rincian Biaya Pembuatan Produk 31
Tabel 4.1 Hasil Pembacaan Analisis FT-IR 39
Tabel L1.1 Data Hasil Uji Kekuatan Tarik 57
Tabel L1.2 Data Pemanjangan Saat Putus 58
Tabel L1.3 Data Hasil Uji Kekuatan Lentur 58
Tabel L1.4 Data Hasil Uji Kekuatan Bentur 59
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
LAMPIRAN 1 DATA PENELITIAN 57
L1.1 DATA HASIL UJI KEKUATAN TARIK 57
L1.2 DATA PEMANJANGAN SAAT PUTUS 58
L1.3.DATA HASIL UJI KEKUATAN LENTUR 58 L1.4 DATA HASIL UJI KEKUATAN BENTUR 59
L1.5 DATA HASIL UJI DAYA SERAP AIR 59
LAMPIRAN 2 CONTOH PERHITUNGAN 60
L2.1 PERHITUNGAN UJI DAYA SERAP AIR KOMPOSIT 60
LAMPIRAN 3 DOKUMENTASI PENELITIAN 61
L3.1 SERAT DAUN NANAS 61
L3.2 RESIN EPOKSI DAN HARDENER 61
L3.3 SPESIMEN UJI 62
L3.4 ALAT UJI TARIK UNIVERSAL TESTING MACHINE
(UTM) GOTECH AL-7000M 62
L3.5 ALAT UJI LENTUR UNIVERSAL TESTING MACHINE
(UTM) GOTECH AL-7000M 63
DAFTAR SINGKATAN
ASTM American Standart Testing of Material
CMC Ceramic Matrix Composite
FTIR Fourier Transform Infra Red
MMC Metal Matrix Composite
PMC Polymer Matrix Composite
PE Polyethylene
PEEK Polyetheretherketone
PI Polyamide
PP Polypropylene
PS Polysulfone
PPS Polyenylene Sulfide
SEM Scanning Electron Microscopy
UTS Ultimate Tensile Strength
DAFTAR SIMBOL
Simbol Keterangan Dimensi
Ao Luas penampang awal m2
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 impact J/mm2
Sudut pendulum sebelum diayunkan -
Sudut ayunan pendulum setelah komposit patah -
We Berat komposit setelah perendaman Kg
Wo Berat komposit awal Kg
