Pengaruh Komposisi dan Ukuran Makro Serbuk Kulit Kerang Darah (Anadora Granosa) Terhadap Komposit Epoksi-PS/Serbuk Kulit Kerang Darah (SKKD)
PENGARUH KOMPOSISI DAN UKURAN MAKRO SERBUK KULIT KERANG DARAH (ANADORA GRANOSA) TERHADAP KOMPOSIT EPOKSI-PS/SERBUK KULIT KERANG DARAH (SKKD) SKRIPSI Oleh ADDRIYANUS TANTRA 100405034 DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA AGUSTUS 2015
PENGARUH KOMPOSISI DAN UKURAN MAKRO SERBUK KULIT KERANG DARAH (ANADORA GRANOSA) TERHADAP KOMPOSIT EPOKSI-PS/SERBUK KULIT KERANG DARAH (SKKD) SKRIPSI Oleh ADDRIYANUS TANTRA 100405034 SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN PERSYARATAN UNTUK MENJADI SARJANA TEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA AGUSTUS 2015
DEDIKASI
Penulis mendedikasi skripsi ini kepada kedua orang tua penulis. Aditya dan Yuliana, yang telah merawat dan membimbing penulis sampai sekarang.
RIWAYAT HIDUP PENULIS
Nama: Addriyanus Tantra NIM: 100405034 Tempat/Tgl. Lahir: Medan, 22 Februari 1992 Nama orang tua: Aditya Alamat orang tua: Jalan Seikera 197A Medan 20234
Asal Sekolah SD Methodist-3, tahun 1998-2004 SMP Methodist-3, tahun 2004-2007 SMA Methodist-3, tahun 2007-2010 Pengalaman organisasi/ kerja: 1.
Asisten Lab.OTK (Operasi Teknik Kimia) tahun 2013-2015 modul Alat Penukar Panas Pipa Sepusat, Pemecahan dan Pengayakan, Peralatan Pencampuran Fluida, Saluran dengan Penampang Berubah, Kolom Absropsi Gas 2. Anggota Himatek (Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia USU) tahun
2010-2014 3. Wakil Ketua KMB USU (Keluarga Mahasiswa Buddhist USU) tahun
2013 4. Anggota UKM Basket USU tahun 2011-2014
Artikel yang telah dipublikasikan dalam Jurnal/Pertemuan Ilmiah: 1.
The First International Conference on Science, Technology and Interdisciplinary Research, September 21-23 2015, Lampung
ABSTRAK
Dewasa ini, penggunaan polimer di bidang industri berkembang pesat karena keunggulan dari polimer yang bersifat murah, ringan dan tahan korosi. Biasanya polimer tidak digunakan secara sendiri melainkan dicampur dengan bahan lain membentuk komposit sehingga memiliki sifat yang lebih baik. Pada penelitian ini, komposit dibuat dengan resin epoksi sebagai matriks dan dicampur dengan serbuk kulit kerang darah sebagai pengisi. Resin epoksi dipilih sebagai matriks karena sifat ketahanannya kimia maupun cuaca yang baik serta banyak digunakan di berbagai bidang. Serbuk kulit kerang darah dipilih karena kandungan kulit kerang darah yang memungkinkan untuk menguatkan komposit serta memanfaatkan kulit kerang darah yang dianggap sebagai limbah rumah makan. Bahan-bahan yang digunakan dalam membuat komposit adalah polistirena sebagai toughening agent untuk membantu menguatkan komposit, kloroform sebagai pelarut, resin epoksi, hardener
polyaminoamide dan serbuk kulit kerang darah. Kulit kerang darah dihancurkan
menjadi serbuk terlebih dahulu dengan menggunakan ball mill lalu diayak menggunakan nomor ayakan tertentu. Nomor ayakan yang digunakan terdiri dari 50, 80, 110, 140, 170 mesh. Komposit dibuat dengan melarutkan polistirena (10% berat dari matriks) ke dalam kloroform terlebih dahulu dengan perbandingan 1:4 (b/b), lalu dicampurkan ke dalam resin epoksi yang telah dicampur dengan pengisi serbuk kulit kerang darah dengan komposisi tertentu. Komposisi pengisi yang digunakan pada penelitian ini terdiri dari 10%, 20%, 30%, 40%, dan 50%. Campuran resin diaduk hingga merata lalu dicetak menggunakan alat hot press. Komposit yang telah dicetak kemudian diuji sifat-sifat mekaniknya dan diuji karakteristik SEM dan FTIR. Hasil yang didapat yaitu komposisi kulit kerang optimum terletak pada 30% serta ukuran partikel optimum terletak pada 170 mesh. Hasil dari karakterisasi FTIR adalah penambahan serbuk kulit kerang darah hanya menghasilkan gugus SiOH dan hasil karakterisasi SEM menunjukkan morfologi patahan yang terbagus terdapat pada komposit dengan ukuran pengisi 170 mesh dan komposisi pengisi 30% Kata kunci: resin epoksi, serbuk kulit kerang darah, polistirena, komposit, sifat-sifat mekanik, SEM, FTIR
ABSTRACT
Nowadays, polymer usage in industrial sector is developing greatly because of the advantages of polymer such as inexpensive, lightweight and rustproof. Usually polymer is not used alone but rather blended with other materials in order to create composites which exhibit better properties. In this study, composite is prepared with epoxy resin as matrix and cockle-shell powder as filler. Epoxy resin was chosen as matrix because of its good chemical and weather resistance, and versatile in various application. Cockle-shell powder is used as filler because of its constituent is promising in strengthening composite while reducing waste of cockle-shell. The materials needed to prepare composite are polystyrene as toughening agent, chloroform as solvent, epoxy resin, polyaminomaide hardener and cockle-shell powder. Cockle-shell was crushed into powder using ball mill and then sieved. The sieve used in this study varies from 50, 80, 110, 140, 170 mesh. Composite is prepared by dissolving polystyrene (10% weight by matrix) in chloroform first with the ratio of 1:4 (w/w) and then mixed with mixture consists of epoxy resin pre-mixed with cockle-shell powder using certain composition. The filler composition used in this study varies from 10%, 20%, 30%, 40%, and 50%. Resin mixture is mixed until homogeneous and then casted using hot press machine. The prepared composite is tested to obtain its mechanical properties and SEM and FTIR characteristics. The obtained result from this study is the optimum filler composition is at 30% and optimum particle size is at 170 mesh, the result from FTIR characteristics shows that the addition of cockle-shell powder create groups of SiOH, and SEM characteristics shows that the best fracture surface of composite is shown in the image of composite with 170 mesh particle size and 30% filler composition. keywords: epoxy resin, cockle-shell powder, polystyrene, composite, mechanical properties, SEM, FTIR
DAFTAR ISI
Halaman PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI ii PENGESAHAN iii
PRAKATA iv
DEDIKASI vi
RIWAYAT HIDUP PENULIS vii
ABSTRAK viii
ABSTRACT ix
DAFTAR ISI x
DAFTAR GAMBAR xiii
DAFTAR TABEL xv
DAFTAR LAMPIRAN xvi
DAFTAR SINGKATAN xvii
DAFTAR SIMBOL xviii
BAB I PENDAHULUAN
1
1.1 LATAR BELAKANG
1
1.2 PERUMUSAN MASALAH
3
1.3 TUJUAN PENELITIAN
3
1.4 MANFAAT PENELITIAN
4
1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN
4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA
5
2.1 KOMPOSIT DAN KELEBIHANNYA
5
2.2 JENIS-JENIS KOMPOSIT
6
2.2.1 Berdasarkan Bahan Matriks
6
2.2.2 Berdasarkan Bahan Pengisi
7
2.3 METODE PENYEDIAAN KOMPOSIT
8
2.3.1 Close Molding Process (Pencetakan Tertutup)
8
2.3.2 Open Molding Process (Pencetakan Terbuka)
10
2.4 ANTAR FASA/ ANTAR MUKA
10
2.5 MATRIKS
12
2.5.1 Resin Epoksi
3.3.3 Proses Pembuatan Komposit
3.2.1 Bahan
27
3.2.2 Peralatan
27
3.3 PROSEDUR PENELITIAN
28
3.3.1 Penyediaan Matriks Komposit
28
3.3.2 Penyediaan Pengisi Komposit
28
29
3.2 BAHAN DAN PERALATAN
3.4 PENGUJIAN KOMPOSIT
32
3.4.1 Uji Kekuatan Tarik (Tensile Strength) dengan ASTM D-638
32
3.4.2 Uji Kekuatan Bentur (Impact Strength) dengan ASTM D-4812
33
3.4.3 Analisa Penyerapan Air
34 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
35
4.1 KARAKTERISASI FOURIER TRANSFORM INFRA RED (FTIR) DARI EPOKSI-PS MURNI DAN KOMPOSIT KOMPOSIT EPOKSI-PS/SERBUK KULIT KERANG DARAH (SKKD)
35
27
27
13
2.9.1 Uji Kekuatan Tarik (Tensile Strength)
2.6 BAHAN PENGISI (REINFORCEMENTS)
16
2.6.1 Kulit Kerang Darah (Anadora granosa)
16
2.7 POLISTIRENA
19
2.8 UKURAN MAKRO PARTIKEL DAN MIKRO PARTIKEL
19
2.9 PENGUJIAN DAN KARAKTERISASI BAHAN KOMPOSIT
20
20
3.1 LOKASI PENELITIAN
2.9.2 Uji Kekuatan Bentur (Impact Strength)
22
2.9.3 Analisa Penyerapan Air
23
2.9.4 Karakterisasi Fourier Transform Infra Red (FT-IR)
23
2.9.5 Analisa Scanning Electron Microscopy (SEM)
23
2.10 ANALISIS BIAYA
25 BAB III METODOLOGI PENELITIAN
27
4.2 PENGARUH KOMPOSISI DAN UKURAN PARTIKEL SERBUK KULIT KERANG DARAH (ANADORA GRANOSA) TERHADAP SIFAT KEKUATAN TARIK (TENSILE STRENGTH) KOMPOSIT
EPOKSI-PS/SERBUK KULIT KERANG DARAH (SKKD)
37
4.3 PENGARUH KOMPOSISI DAN UKURAN PARTIKEL SERBUK KULIT KERANG DARAH (ANADORA GRANOSA) TERHADAP SIFAT PEMANJANGAN PADA SAAT PUTUS (ELONGATION AT BREAK) KOMPOSIT EPOKSI-PS/SERBUK KULIT KERANG DARAH (SKKD)
39
4.4 HUBUNGAN STRESS-STRAIN EPOKSI-PS MURNI DAN KOMPOSIT EPOKSI-PS/SERBUK KULIT KERANG DARAH (SKKD)
41
4.5 PENGARUH KOMPOSISI DAN UKURAN PARTIKEL SERBUK KULIT KERANG DARAH (ANADORA GRANOSA) TERHADAP SIFAT KEKUATAN BENTUR (IMPACT STRENGTH) KOMPOSIT EPOKSI-PS/SERBUK KULIT KERANG DARAH (SKKD)
43
4.6 PENGARUH KOMPOSISI DAN UKURAN PARTIKEL SERBUK KULIT KERANG DARAH (ANADORA GRANOSA) TERHADAP SIFAT PENYERAPAN AIR (WATER ABSORPTION) KOMPOSIT EPOKSI-PS/SERBUK KULIT KERANG DARAH (SKKD)
45
4.7 KARAKTERISASI SCANNING ELECTRON MICROSCOPY (SEM) DARI EPOKSI-PS MURNI DAN EPOKSI-PS/SERBUK KULIT KERANG DARAH (SKKD)
46 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
49
5.1 KESIMPULAN
49
5.2 SARAN
50 DAFTAR PUSTAKA
51
DAFTAR GAMBAR
23 Gambar 3.1 Flowchart Prosedur Penyediaan Matriks Komposit
36 Gambar 4.4 Reaksi Curing Epoksi Tahap 3
36 Gambar 4.3 Reaksi Curing Epoksi Tahap 2
35 Gambar 4.2 Reaksi Curing Epoksi Tahap 1
33 Gambar 4.1 Karakteristik FTIR Komposit Epoksi-PS Murni Dan Komposit Epoks PS/Serbuk Kulit Kerang Darah (SKKD)
33 Gambar 3.10 Ukuran Dimensi Spesimen Metoda Izod ASTM D 4812
32 Gambar 3.9 Ukuran Dimensi Spesimen Kekuatan Tarik ASTM D 638
32 Gambar 3.8 Gambar Plat Impact
32 Gambar 3.7 Gambar Plat Tensile
31 Gambar 3.6 Gambar Alat Uji Bentur
31 Gambar 3.5 Gambar Alat Uji Tarik
30 Gambar 3.4 Gambar Compression Moulding
29 Gambar 3.3 Flowchart Prosedur Pembuatan Komposit
28 Gambar 3.2 Flowchart Prosedur Penyediaan Pengisi Komposit
23 Gambar 2.12 Skema Pengujian Impak
Halaman
21 Gambar 2.11 Spesimen V-Notch Metoda Charpy dan Izod
19 Gambar 2.10 Gambaran Umum Uji Tarik (Tensile Strength)
17 Gambar 2.9 Polistirena
14 Gambar 2.8 Kulit Kerang Darah (Anadora granosa)
14 Gambar 2.7 Reaksi Curing Epoksi Tahap 3
14 Gambar 2.6 Reaksi Curing Epoksi Tahap 2
13 Gambar 2.5 Reaksi Curing Epoksi Tahap 1
13 Gambar 2.4 Reaksi Pembentukan Resin Epoksi
11 Gambar 2.3 Gugus Epoksi
Dan Interphases Antara Matriks Dengan Serat
Interface
8 Gambar 2.2
Gambar 2.1 Tipe-Tipe Komposit Berdasarkan Jenis Pengisinya36 Gambar 4.5 Pengaruh Ukuran Partikel Dan Komposisi Serbuk Kulit Kerang Darah Terhadap Kekuatan Tarik (Tensile
Strength ) Komposit Epoksi PS/SKKD
37 Gambar 4.6 Pengaruh Ukuran Partikel Dan Komposisi Serbuk Kulit Kerang Darah Terhadap Sifat Pemanjangan Pada Saat Putus (Elongation At Break) Komposit Epoksi-PS/SKKD
39 Gambar 4.7 Hubungan Stress-Strain Epoksi-PS Murni Dan Komposit Epoksi PS/ SKKD (Tensile Strength) Untuk Komposisi 30%
41 Gambar 4.8 Pengaruh Ukuran Partikel Dan Komposisi Serbuk Kulit Kulit Kerang Darah Terhadap Sifat Kekuatan Bentur (Impact Strength) Komposit Epoksi-PS/SKKD
43 Gambar 4.9 Pengaruh Ukuran Partikel Serbuk Kulit Kerang Darah Terhadap Sifat Penyerapan Air Komposit Epoksi-PS/ SKKD Pada Komposisi 30%
45 Gambar 4.10 Karakterisasi SEM (a) Epoksi-PS murni (b) Komposit Epoksi-PS/SKKD Komposisi 30% Ukuran 50 Mesh (c) Komposit Epoksi-PS/SKKD Komposisi 30% Ukuran 170
Mesh (d) Komposit Epoksi-PS/SKKD Komposisi 50%
Ukuran 50 Mesh
47 Gambar C.1 Penyediaan Serbuk Kulit Kerang Darah
63 Gambar C.2 Penyediaan Komposit Epoksi-PS/Serbuk Kulit Kerang Darah
63 Gambar C.3 Proses Pencetakan Dengan Alat Hot Press
64 Gambar C.4 Hasil Komposit Epoksi-PS/Serbuk Kulit Kerang Darah (SKKD)
64 Gambar C.5 Alat UTM Gotech AI-7000 M Grid Tensile
65 Gambar C.6 Alat Impact Tester Gotech
65
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1 Spesifikasi Dari Resin Epoksi15 Tabel 2.2 Komposisi Kimia Serbuk Kulit Kerang
19 Tabel 2.3 Konversi Nilai Mesh Ke Nilai Mikron
20 Tabel 2.4 Rincian Harga Bahan Baku Pembuatan Komposit
25 Tabel 2.5 Perincian Bahan Baku untuk Membuat Komposit
26 Tabel 4.1 Nilai Modulus Young Campuran Epoksi-PS Murni Dan Komposit Epoksi-PS/SKKD Dengan Komposisi 30%
42 Tabel A.1 Data Nilai Modulus Young Dari Komposit Dengan Komposisi 30%
57 Tabel A.2 Data Nilai Kekuatan Tarik
57 Tabel A.3 Data Nilai Pemanjangan Pada Saat Putus
58 Tabel A.4 Data Nilai Kekuatan Bentur
59 Tabel A.5 Data Nilai Penyerapan Air Dari Komposit Dengan Komposisi 30%
60 Tabel B.1 Tabel Konversi Ukuran Mesh ke Mikron
61