Pembuatan Dan Karakterisasi Papan Partikel Dari Serbuk Kalsium Karbonat (CaCO3) Dan Serat Kulit Waru (Hibiscus Tiliaceus) Dengan Resin Polyester
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI PAPAN PARTIKEL
DARI SERBUK KALSIUM KARBONAT (CaCO3 SERAT KULIT WARU (Hibiscus Tiliaceus) ) DAN
DENGAN RESIN POLYESTER
TESIS
Oleh:
W A R K U M
117026026 / FIS
PROGRAM PASCA SARJANA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2013
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI PAPAN PARTIKEL
DARI SERBUK KALSIUM KARBONAT (CaCO ) DAN
3 SERAT KULIT WARU (Hibiscus Tiliaceus)
DENGAN RESIN POLYESTER
TESIS
Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh
Gelar Magister Sains dalam Program Studi
Magister Ilmu Fisika Pada Program Pascasarjana
Fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara
Oleh
W A R K U M
117026026 / FIS
PROGRAM PASCA SARJANA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2013
PENGESAHAN TESIS Judul Tesis : PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI PAPAN PARTIKEL DARI SERBUK KALSIUM KARBONAT (CaCO
3 Nama Mahasiswa : WARKUM ) DAN SERAT KULIT WARU (Hibiscus Tiliaceus) DENGAN RESIN POLYESTER
Nomor Induk Mahasiswa : 117026026
/FIS
Program Studi : Magister FisikaFakultas : Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara
Menyetujui
Komisi Pembimbing
(Prof. Drs. Muhammad Syukur,M.S) ( Dr. Nasruddin MN, M. Eng. Sc)
Ketua Anggota Ketua Program Studi, Dekan, Dr. Nasruddin MN, M.Eng.Sc Dr. Sutarman, M.Sc NIP.195507061981021002 NIP. 196310261991031001
PERNYATAAN ORISINALITAS
PENGARUH ORIENTASI SERAT SABUT KELAPA
DENGAN RESIN POLYESTER TERHADAP KARAKTERISTIK
PAPAN LEMBARAN
TESIS
Dengan ini saya menyatakan bahwa saya mengakui semua karya tesis ini adalah
hasil kerja saya sendiri kecuali kutipan dan ringkasan yang tiap satunya telah
telah dijelaskan sumbernya dengan benar. Medan, 24 Juli 2013 (W A R K U M ) NIM : 117026026
PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI
KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
Sebagai sivitas akademika Universitas Sumatera Utara, saya yang bertanda tangan
di bawah ini :N a m a : WARKUM N I M :
117026026
Program Studi : Ilmu Fisika Jenis Karya Ilmiah : Tesis
Demi mengembangkan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada
Universitas Sumatera Utara Hak Bebas Royalti Non-Eksklusif (Non-Exclusive
Royalty Free Right) atas Tesis saya yang berjudul :PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI PAPAN PARTIKEL
DARI SERBUK KALSIUM KARBONAT (CaCO 3 ) DAN SERAT KULIT WARU (Hibiscus Tiliaceus)
DENGAN RESIN POLYESTER
Beserta perangkat yang ada ( jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalti Non-
Eksklusif ini, Universitas Sumatera Utara berhak menyimpan, mengalih media,
memformat, mengelola dalam bentuk data-base, merawat dan mempublikasikan
Tesis saya tanpa meminta izin dari saya selama tetap mencantumkan nama saya
sebagai penulis dan sebagai pemegang dan atau sebagai pemilik hak cipta. Demikian pernyataan ini dibuat dengan sebenarnya. Medan, 24 Juli 2013 ( W A R K U M )Telah diuji pada Tanggal : 6 Juli 2013 PANITIA PENGUJI TESIS Ketua : Prof. Drs. Muhammad Syukur, M.S Anggota : 1. Dr. Nasruddin MN, M. Eng. Sc
2. Dr. Anwar Dharma Sembiring, M.S
3. Prof. Dr. Eddy Marlianto, M.Sc
4. Dr. Kerista Sebayang, MS
RIWAYAT HIDUP
DATA PRIBADI Nama lengkap berikut gelar : Warkum, S.Pd Tempat dan Tanggal Lahir : Lamongan, 03 Agustus 1974 Alamat Rumah : Balimbingan-Tanah Jawa-Simalungun Sumatera Utara No. Telpon/HP/e-mail : 08126552001 Warkumspd@gmail.com Instansi Tempat Bekerja : SMA Negeri 5 Pematang Siantar Provinsi Sumatera Utara Alamat Kantor : Kota Pematang Siantar Provinsi Sumatera Utara Telepon : - DATA PENDIDIKAN SD : SD Negeri Godog Laren Lamongan Tamat : 1987 SMP : SMP Negeri Laren Lamongan Tamat : 1990 SMA : SMA Negeri Paciran Lamongan Tamat : 1993 Strata-1 : IKIP Negeri Medan Tamat : 1998 Strata-2 : Magister Ilmu Fisika SPs USU Tamat : 2013KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah SWT Tuhan Yang Maha Esa atas segala limpahan rahmad, taufik dan hidayah-Nya sehingga tesis ini dapat diselesaikan. Shalawat beriring salam atas junjungan Rasulullah Muhammad SAW, beserta keluarga dan sahabatnya yang telah memberikan petunjuk bagi umat manusia menuju kejalan yang benar.
Ucapan terimakasih sebesar-besarnya kepada Pemerintah Republik Indonesia c.q. Pemerintah Provinsi Sumatera Utara yang telah memberikan bantuan dana sehingga kami dapat melaksanakan Program Magister Sains pada Program Studi Magister Ilmu Fisika Program Pascasarjana FMIPA Universitas Sumatera Utara.
Dengan selesainya tesis ini, perkenankanlah saya mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada : Rektor Universitas Sumatera Utara, Prof. Dr. dr. Syahril Pasaribu,
DTM&H, M.Sc(CTM), Sp.A(K), atas kesempatan yang diberikan kepada kami untuk mengikuti dan menyelesaikan pendidikan Program Magister Sains.
Dekan Fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara, Dr. Sutarman, M. Sc. atas kesempatan menjadi mahasiswa Program Magister Sains pada Program Pascasarjana FMIPA Universitas Sumatera Utara.
Ketua Program Studi Magister Fisika, Dr. Nasruddin MN., M.Eng.Sc., Sekretaris Program Studi Magister Fisika, Dr.Anwar Dharma Sembiring, M.S., beserta seluruh Staf Pengajar pada Program Studi Magister Fisika Program Pascasarjana Fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara.
Terimakasih yang tak terhingga dan penghargaan setingi-tinginya saya ucapkan kepada Prof. Drs. Muhammad Syukur, M.Sc selaku Pembimbing Utama dan Dr. Nasruddin MN,M.Eng.Sc selaku pembimbing lapangan yang dengan penuh perhatian telah memberikan dorongan, bimbingan dan arahan, dengan penuh kesabaran menuntun dan membimbing saya hingga selesainya penelitian ini.
Seterusnya ucapan terimakasih kepada bapak Drs. Hasbiansyah Kepala SMAN 5 Pematangsiantar, Bapak/Ibu guru dan Staf Tata Usaha SMAN 5 Pematangsiantar serta siswa-siswi SMAN 5 Pematangsiantar yang telah memberikan kesempatan, motivasi dan dorongan, dukungan serta do’anya.
Khusus buat terkasih kepada kedua orang tua Almarhum Ayahanda dan Almarhumah Ibunda serta istri tercinta Nurmaulita, S.Pd, M.Si dan ananda terkasih Diah Utami Kusuma Wardani yang selalu setia dan tidak henti-hentinya memberikan dukungan dan dorongan serta tidak putus-putusnya berdo’a kepada Allah SWT demi terselesaikannya pendidikan di Program magister Fisika Universitas Sumatera Utara.
Medan, Juli 2013 P e n u l i s , W A R K U M
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI PAPAN PARTIKEL
DARI SERBUK KALSIUM KARBONAT (CaCO 3 ) DAN SERAT
KULIT WARU (Hibiscus Tiliaceus) DENGAN RESIN
POLYESTER
ABSTRAKTelah dilakukan penelitian yang berjudul ”Pembuatan dan Karakterisasi Papan Partikel dari Serbuk Kalsium karbonat (CaCO
3 ) dan Serat Kulit Waru (Hibiscus
Tiliaceus) dengan Resin Polyester “. Tujuan penelitian ini adalah : 1. Mengolah
resin polyester menjadi papan partikel dengan menambahkan serbuk CaCO
3 dan
serat kulit waru, 2. Mengetahui pengaruh perbandingan komposisi serbuk CaCO
3
dan serat kulit waru dengan resin polyester terhadap papan partikel sebagai panel dinding, 3. Mengetahui peranan serbuk CaCO
3 dan serat kulit waru terhadap
karakteristik papan partikel . Variasi persentase bahan yang dilakukan 25 : 0 : 75, 20 : 5 : 75, 15 : 10 : 75, 10 : 15 : 75, 5 : 20 : 75, 0 : 25 : 75 dengan susunan (serat panjang 5 cm dan serat pendek 2 cm). Untuk mengetahui
hybrid
karakteristik papan komposit dilakukan pengujian fisis meliputi: kerapatan, daya serap air, pengembangan tebal. Selanjutnya dilakukan pengujian mekanik meliputi: uji kuat lentur, kuat impak, kuat tekan, kuat tarik. DTA untuk mengetahui perubahan suhu kritis papan partikel yang dihasilkan. Dan untuk menganalisa subtansi dan sistem kristal pada spesimen dilakukan analisa XRD.
3
3 Hasil pengujian kerapatan mencapai 1231 kg/m hingga 1521 kg/m . Nilai daya
serap air mencapai 0,26% sampai 3,17%. Nilai pengembangan tebal mencapai 1,0% sampai 2,0%. Hasil uji kuat lentur 74,96 MPa – 117,10 MPa. Kuat impak
2
2
mencapai 3,4 kJ/m hingga 16,3 kJ/m . Untuk nilai kuat tekan 43,02 MPa sampai 16,3 MPa, dan Uji tarik mencapai 20,97 MPa sampai 37,53 MPa. Untuk uji DTA dilakukan pada komposisi 10 : 15 : 75 didapat endotermis 372 C dan eksotermis 450
C, pada komposisi 15 : 10 : 75 didapat endotermis 370 C dan eksotermis 450
C, dan pada komposisi 25 : 0 : 75 didapat endotermis 390 C dan eksotermis 420
C. Hasil pengujian XRD berdasarkan tiga puncak tertinggi menunjukkan adanya mineral Calcite yang memenuhi sistem hexagonal. Disimpulkan bahwa papan partikel yang dihasilkan tergolong jenis High Density Partikleboard dan memenuhi Standar Nasional Indonesia(SNI) .
Katakunci : Karakterisasi, Papan Partikel, Serbuk Kalsium Karbonat, Serat Kulit Waru, Polyester.
PREPARATION AND CHARACTERIZATION OF POWDER PARTICLE BOARD CALCIUM CARBONATE (CaCO 3 )
AND FIBER LEATHER WARU (Hibiscus tiliaceus)
WITH POLYESTER RESIN
ABSTRACT
Have done the research, entitled "Preparation and Characterization of Powder
Particle Board Calcium carbonate (CaCO ) and Fiber Leather Waru (Hibiscus
3
tiliaceus) with Polyester Resin". The purpose of this study is: 1. Rework the
polyester resin into particle board with CaCO3 powder and fiber leather waru, 2.
Determine the effect of the composition ratio of CaCO 3 powder and fiber leather
waru with the polyester resin for particle board as a wall panel, 3. Determine the
role of CaCO powder and fiber leather waru on the characteristics of particle
3
board. Variation in the percentage of material that performed 25: 0: 75, 20: 5:
75, 15: 10: 75, 10: 15: 75, 5: 20: 75, 0: 25: 75 with a hybrid arrangement (fiber
length of 5 cm and fiber short 2 cm). To determine the characteristics of
composite board made physical testing includes: density, absorption of water ,
thickness development. Further mechanical testing include: test flexural strength,
strong impact, compressive strength, tensile strength. DTA to determine the
critical temperature changes resulting particle board. And to analyze the
substance and the system of the specimen crystal XRD analysis. Density test
3
3
results reach 1231 kg/m to 1521 kg/m . Absorption of water reaches 0.26% to
3.17%. Thick development value reaches 1.0% to 2.0%. Results of 74.96 MPa
2
2
flexural strength test - 117.10 MPa. Strong impact at 3.4 kJ/m to 16.3 kJ/m . For
the compressive strength 43.02 MPa to 16.3 MPa, and a tensile test reaches 37.53
MPa to 20.97 MPa. For DTA test done on the composition of 10: 15: 75 obtained
endothermic and exothermic 372 C 450C, the composition of 15: 10: 75 obtained endothermic and exothermic 370 C 450 C, and the composition of 25: 0: 75 obtained endothermic and exothermic 390 C 420
C. XRD test results based on the
three highest peaks indicate the presence of the mineral Calcite meet hexagonal
system. Concluded that the resulting particle board High Density Partikleboard
classified types and meet the Indonesian National Standard (SNI).
Keywords: Characterization, Particle Board, Calcium Carbonate Powder, Fiber
Leather Waru, Polyester.DAFTAR ISI
Halaman KATA PENGANTAR ………………………………………….. i ABSTRAK ………………………………………….…………. iii ABSTRACT …………………………………………………… iv
DAFTAR ISI ………………………………………………….. v DAFTAR TABEL …………………………………………….. vi DAFTAR GAMBAR ….……………………………………… vii DAFTAR LAMPIRAN ……………………………………….. ix
BAB I PENDAHULUAN …………………………………
1.3. Batasan Masalah ……………………………… 1.4.
2.3. Komposit………………………………………...
1 1.1. Latar Belakang ……………………………….
13
12
11
10
9
9
9
2.3.4. Faktor yang Mempengaruhi Performa Komposit ……………………………… 2.3.5. Karakteristik Papan Partikel Komposit….
2.3.3. Tipe Komposit Serat …………………...
Klasifikasi Bahan Komposit …………...
2.3.1. Pengertian Komposit …………………… 2.3.2.
8 2.2. Matriks Unsaturated Polyester Resin (UPR) …..
Tujuan Penelitian …………………………….
7
1.2. Perumusan Masalah …………………………..
2.1.2 Berat Molekul dan Derajat Polimerisasi…
2.1.1 Monomer………………………………….
7 2.1. Polimer ………………………………………....
6 BAB II TINJAUAN PUSTAKA……………………………
5
5
4
4
1
1.6. Manfaat Penelitian ……………………………
1.5. Hipotesis Penelitian ………………………….
7
2.4.
14 Pengujian Sifat Fisik …………………………..
2.4.1.
14 Kerapatan ……………………………… 2.4.2.
15 Daya Serap Air………………………….
2.4.3.
15 Pengembangan tebal …………………… 2.5.
15 Pengujian Sifat Mekanik ……………………….
2.5.1.
15 Pengujian Kuat Lentur ………………….
2.5.2.
17 Pengujian Kuat Impak ………………….
2.5.3.
18 Pengujian Kuat Tekan …………………..
2.5.4.
18 Pengujian Kuat Tarik …………………..
2.6.
19 Pengujian Termal ……………………………… 2.7.
20 XRD ( X-Ray Diffraction)……………………… 2.8.
21 Polymorphism Mineral ………………………… 2.9.
22 Pengujian Ketahanan Nyala Api ……………….
2.10.
23 Papan Partikel …………………………………..
2.10.1.
23 Pengertian Papan Partikel ……………...
2.10.2.
24 Sifat dan kegunaan papan partikel……..
2.11.
25 Serat Kulit Waru ……………………………….
2.11.1.
27 Klasifikasi Tanaman Waru……………..
2.11.2.
27 Komposisi Kimia Kulit Waru…………..
2.12.
27 Agregat………………………………………… 2.13.
28 Kalsium Karbonat ……………………………… 2.13.1.
28 Ciri-ciri dan sifat Kalsium Karbonat ..….
2.13.2.
29 Pembuatan Kalsium Karbonat ………….
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ……………………
30 3.1. Tempat dan Waktu Penelitian …………………...
30
3.2. Bahan - bahan……………………………………
30 3.3. Metodologi Penelitian …………………………..
30 3.4. Prosedure Penelitian……………………………..
31
3.5. Preparasi Sampel …………..……………………
33
3.6. Variabel Penelitian ………………………………
35
3.7. Diagram Alir Penelitian ………………………….
35 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN …………………….
38 4.1. Sifat Fisis Papan Partikel ……..………………….
38 4.1.1. Kerapatan ……………..…………..……...
38 4.1.2. Kadar Air ………….……………………..
39 4.1.3. Pengembangan tebal . …………………….
41
4.2. Sifat Mekanik Papan Komposit …………………
42 4.2.1. Kuat Lentur ……………………………….
44 4.2.2. Modulus Elastisitis ……………………….
47 4.2.3. Kuat Impak ……………………………….
49
4.2.4. Kuat Tekan ………………………………
50 4.2.5. Kuast Tarik ……………………………….
51
4.3. Analisa Termal Sampel Poliester, Serbuk, CaCO
3 , dan Serat Kulit Waru……………………
55
4.4 Analisa Uji Ketahanan Nyala Api………………
60
4.5. Analisa Menggunakan X-Ray DiFFraction……
62
4.6. Hasil Rekapitulasi Pengujian Sifat Fisis dan Mekanis papan Partikel ………………………….
63 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN………………………
64 5.1. Kesimpulan …………………………..………….
64 5.2. Saran …………………………………………….
65 DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN L-1
DAFTAR TABEL Nomor Tabel Judul Halaman
4.9
55
52
50
49
48
44
41
40
38
Rekapitulasi Pengujian Fisik dan Mekanik ………..
Nilai kuat lentur terhadap komposisi sampel ……… Nilai modulus elastis terhadap komposisi sampel … Nilai kuat impak terhadap komposisi sampel ……… Nilai kuat tekan terhadap komposisi sampel ……… Nilai kuat tarik terhadap komposisi sampel ……… Perbandingan Produk Hasil dengan Produk Pengujian yang disarankan………………………..
Nilai kadar air terhadap komposisi sampel ………… Nilai pengembangan tebal terhadap komposisi sampel ……………………………………………….
4.10 Nilai Kerapatan terhadap komposisi sampel ……….
4.8
2.1 Spesifikasi Unsaturated Polyester Resin Yukalac 157 ® BTQN-EX …………………………………..
4.7
4.6
4.5
4.4
4.3
4.2
4.1
32 ……
3
3.1 Variasi Polyester Serat Kulit Waru dan CaCO
27
14 2.3 Komposisi Serat Waru ……………………………..
2.2 Sifat Fisis dan mekanis dari berbagai Standar ….…
9
63
DAFTAR GAMBAR Nomor Gambar Judul Halam an 2.1 Susunan Rantai Monomer dan Polietilen………….................
3.3 Bentuk Sampel Pengujian Lentur dengan Standar ASTM D- 790 ………………………………………..........................
22
23
26
29
33
3.2 Bentuk Spesimen Pengujian Tarik dengan Standar ASTM D 638………………………………………..............
33
34
…………………………..............
3.4
3.5 Bentuk Sampel Pengujian Impak dengan Standar ASTM D- 256………………………………………..............................
Diagram Alir Penelitian …………………………….............
34
37 4.1 Grafik Nilai Kerapatan terhadap Komposisi Sampel..............
39
4.2 Grafik Nilai Daya Serap Air terhadap Komposisi
21
3 Ukuran Sampel Uji Berdasarkan SNI ………………..............
7 2.2 Susunan Rantai propilen dan Polipropilen….………………..
20
8 2.3 Klasifikasi Bahan Komposit ………………………………..
10 2.4 Tipe Komposit Serat ………………………………...............
11 2.5 Alat Uji Kuat Lentur ………....……………..………............
16 2.6 Pemasangan Benda Uji ……………………………...............
16 2.7 Pengujian Kuat Impak ………………..……………..............
17 2.8 Bentuk Spesimen Pengujian Tarik dengan Standar …............
18 2.9 Alat Uji Analisis Thermal …………………………..............
2.10
a) daun waru (b) batang waru (c) daging kulit waru (d) serat waru……………………………………….................... Kalsium Karbonat CaCO
2.11
2.12
2.13
2.14
3.1 Difraksi Sinar –X oleh Bidang Atom …………………............
Hexagonal Sistem……………………………………............
Skema Uji Nyala Api ……………………………….............
40
Sampel…..............
4.3 Grafik Nilai Pengembangan Tebal terhadap Komposisi Sampel………………………………………………................
42 4.4 (a) Bentuk Papan Komposit dan (b) Bentuk Preparasi Uji Mekanik ………………………………....................................
43
4.5 Grafik Nilai Kuat Lentur terhadap Komposisi Sampel ………
45 4.6 Grafik Pengujian Kelenturan Poliester Murni 100 % ………..
46
4.7 Grafik Pengujian Kelenturan terhadap Komposisi Sampel (75:10:15) % ………………………………............................
46
4.8 Grafik Pengujian Kelenturan terhadap Komposisi Sampel (75:0:25) % ………………………………….............
47
4.9 Grafik Hubungan MOE terhadap Komposisi Sampel ………
48
4.10 Grafik Kekuatan Impak terhadap Komposisi Sampel ………
49
4.11 Grafik Kuat Tekan terhadap Komposisi Sampel ……………
51 4.12 Grafik Kuat Tarik terhadap Komposisi Sampel ……..............
52 4.13 Grafik Pengujian Tarik Poliester Murni 100 %……...............
53
4.14 Grafik Pengujian Tarik Komposit pada Komposisi (75 :0: 25) %…………………………….................................
54 4.15 Grafik DTA Poliester Murni 100%.........................................
56 4.16 Grafik DTA Serat Kulit Waru ………………………..............
57
4.17 Grafik DTA Serbuk Kalsium Karbonat (CaCO 3 )…… ............
58 4.18 Grafik DTA Papan Komposit pada Komposisi (75: 15:10)%....
58
4.19 Grafik DTA Papan Komposit pada Komposi (75:10:15)%…
59 4.20 Grafik DTA Papan Komposit pada Komposisi (75:0:25) % ….
59 4.21 Grafik nilai kerapatan terhadap komposisi sampel ….............
61
4.22 Pola X-Ray Diffraction Papan Komposit pada Komposisi ( 75:10:15 )%…. ............ ............ ............ ............ ............ .........
62