Studi Perlakuan Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit Dan Pembuatan Komposit Polimer Busa Serta Analisa Uji Lentur
STUDI PERLAKUAN SERAT TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT DAN PEMBUATAN KOMPOSIT POLIMER BUSA SERTA ANALISA UJI LENTUR SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
DEDI MULYONO 100421012 PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013 ABSTRAK
Kajian eksperimen ini melaporkan proses perlakuan serat tandan kosong kelapa
sawit dan pembuatan spesimen komposit polimer busa diikuti uji lentur.Permasalahan, bahwa sifat dari komposit diperkuat serat memiliki berat yang
ringan dan relatif kuat. Pemakaian blowing agent membuat material ini menjadi
lebih ringan lagi. Sebagai penguat penelitian ini menggunakan serat alam yang didapat dari pengolahan TKKS. Tujuan kajian untuk mengetahui karakteristik dari
tegangan lentur, regangan, modulus elastisitas, dan mode kerusakan. Matrik poliuretan dibuat dari campuran antara poliol, isosianat, resin BTQN 157 Ex, sertakatalis MEKPO. Proses perlakuan serat dimulai dari persiapan tandan kosong
kelapa sawit, penumbukan serat, perendaman serat, pengeringan serat,
penimbangan serat pasca pengeringan serta pencacahan serat. Bentuk specimenuji dibuat berbentuk persegi panjang sesuai standar ASTM D-790 . Jumlah
spesimen uji 25 buah yang dibuat dalam 5 variasi komposisi, dimana tiap variasi terdiri dari 5 spesimen. Uji mekanik dilakukan menggunakan metoda uji lenturpada mesin uji servo pulser. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa untuk
variasi tegangan lentur maksimum ( maks) sebesar 15,36 MPa, regangan (σ ε) sebesar
2,45 %, modulus elastisitas (E) sebesar 45,166 MPa. Mode kerusakan adalah
terbentuknya rongga-rongga sehingga mempengaruhi batas tegangan elastis,
tegangan maksimum ( maks ) dan regangan (σ ε) yang dicapai untuk patah. Kesimpulan kajian adalah mode kegagalan komposit polimer busa berbeda-beda pada setiap variasi komposisi, hal ini memberi informasi bahwa karakteristik
material komposit polimer busa adalah akibat proses pencampuran yang tidak
merata sehingga terbentuk rongga-rongga yang mempengaruhi hasil uji yang tidak sama.Kata kunci: Serat TKKS, NaOH, komposit busa polimer, uji lentur.
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT , karena atas berkat rahmat dan
karunia-Nya, yang telah memberikan pengetahuan, kesehatan, serta kesempatan
kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan Skripsi ini.Teristimewa penulis mengucapkan terima kasih kepada kedua Orang tua tercinta, serta Abang dan Kakak yang telah begitu banyak berkorban tanpa pamrih baik moril maupun materi dan banyak memberikan motivasi kepada penulis.
Skripsi ini merupakan salah satu syarat yang harus dipenuhi mahasiswa
untuk menyelesaikan studinya di Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara,
khususnya di Departemen Teknik Mesin Universitas sumatera Utara. Penulisan Skripsi ini penulis memilih Pemilihan Bahan Dan Proses, dengan judul “Studi Perlakuan Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit Dan Pembuatan Komposit PolimerBusa Serta Analisa Uji Lentur”. Dan dengan pembatasan masalah yang akan
dibahas adalah melakukan analisa uji lentur untuk bahan komposit busa polimer
yang meliputi persiapan serat, pelayanan serat, pembuatan spesimen, pengujian
lentur, dan analisa hasil.Dalam menyelesaikan Skripsi ini, penulis telah banyak mendapat bimbingan dan arahan dari berbagai pihak, baik berupa materi, spiritual, informasi
maupun segi administrasi, oleh karena itu pada kesempatan ini penulis
mengucapkan terima kasih kepada:1. Ir. Syahrul Abda,M.Sc. selaku Dosen Pembimbing Tugas Sarjana ini.
Bapak 2. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri, selaku Dosen Pembanding I.
3. Bapak Ir. Alfian Hamsi,MSc, selaku Dosen Pembanding II.
4. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri, selaku ketua Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
5. Seluruh Staff Pengajar/Dosen dan Pegawai di Departemen Teknik Mesin, dan Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
6. Semua teman-teman penulis, yang telah banyak memberikan bantuan motivasi semangat bagi penulis terima kasih atas dukungannya selama ini.
Penulis menyadari bahwa Skripsi ini masih ada kekurangan. Untuk itu
penulis mengharap kritik dan saran yang membangun dari para pembaca. Akhir
kata penulis mengharapkan agar laporan Skripsi ini dapat memberikan manfaat
bagi pembaca pada umumnya dan bagi penulis khususnya.Medan, Agustus 2013 Penulis, Dedi Mulyono NIM: 100421012
DAFTAR ISI
SPESIFIKASI TUGAS SARJANA ............................................................................ i KATA PENGANTAR ................................................................................................ ii ABSTRAK .................................................................................................................. iv DAFTAR ISI ............................................................................................................... v DAFTAR TABEL ....................................................................................................... vi DAFTAR GAMBAR .................................................................................................. vii DAFTAR NOTASI ..................................................................................................... ix
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 Sistematika Penulisan ........................................................................... 4
BAB II TINJAUAN PUSATAKA .......................................................................... 6
2.1 Tandan Kosong Kelapa Sawit .............................................................. 6
2.2 Serat TKKS ........................................................................................... 6
2.3 Defenisi Komposit ................................................................................ 10
2.3.1 Klasifikasi Bahan Komposit ........................................................ 10
2.3.2 Tipe Komposit Serat .................................................................... 11
2.4 Polimer busa ........................................................................................ 13
2.4.2 Blowing Agent (BA) ................................................................... 15
2.4.3 Katalis MEKPO (Methyl Ethyl Keton Peroksida) ...................... 16
2.5 Pembuatan Komposit ............................................................................ 16
2.6 Respon Mekanik akibat Beban Lentur ................................................. 17
2.7 Uji Lentur ............................................................................................. 17 2.8 Ukuran Spesimen Uji Lentur ............................................................... 20
2.8 Kerangka Konsep Penelitian ................................................................ 20
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ................................................................. 21
3.1 Tempat Dan Waktu Penelitian ............................................................. 21
3.2 Alat Dan Bahan .................................................................................... 21
3.2.1 Alat yang Digunakan Untuk Membuat Spesimen ...................... 22
3.2.1.1 Cetakan .................................................................................... 22
3.2.1.2 Alas Cetakan ............................................................................ 22
3.2.1.3 Mesin Pencacah ....................................................................... 22
3.2.1.4 Neraca Analitik ........................................................................ 23
3.2.1.5 Alat Pelengkap ........................................................................ 24
3.2.2 Bahan yang Digunakan Untuk Membuat Spesimen ................... 24
3.2.2.1 Serat TKKS ............................................................................. 24
3.2.2.2 Resin BTQN 157 EX ............................................................... 25
3.2.2.3 Blowing Agent (BA) ................................................................ 25
3.2.2.4 Katalis MEKPO (Methyl Ethyl Keton Peroksida) ................... 26
3.2.2.6 Wax ......................................................................................... 27
3.3 Persiapan Pembuatan serat TKKS ........................................................ 27
3.4 Proses Pelayanan Serat TKKS .............................................................. 28
3.4.1 Perendaman serat TKKS ............................................................ 28
3.4.2 Pengeringan serat TKKS............................................................ 30
3.4.3 Pencacahan serat TKKS mengunakan mesin pencacah ............. 30
3.5 Proses Pembuatan Spesimen Uji Lentur ............................................... 31
3.5.1 Cetakan specimen ...................................................................... 31
3.5.2 Persiapan bahan pembentuk spesimen ....................................... 33
3.5.3 Pembuatan spesimen uji ............................................................. 37
3.6 Pengujian secara Eksperimental ........................................................... 37
3.7 Mode Kerusakan Polimer Busa. ........................................................... 38
3.8 Massa Jenis benda ................................................................................ 39
3.9 Diagram Alir Pelaksanaan Penelitian ................................................... 43
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .................................................................. 44
4.1 Hasil Pengujian Massa Jenis ................................................................. 44
4.2 Hasil Pengujian Lentur ........................................................................ 47
4.3 Pembahasan .......................................................................................... 53
4.4 Mode Kegagalan ................................................................................... 58
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................... 61
5.1 Kesimpulan ......................................................................................... 61
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
DAFTAR TABEL
Nomor Judul Halaman
2.1 Karakteristik Serat Tunggal TKKS .......................................................... 8
3.1 Massa Bahan Penyusun Spesimen Uji ....................................................... 21
4.2 Rata-rata Hasil Pengujian Massa Jenis Benda ........................................... 46
4.10 Sifat mekanik pengujian lentur Spesimen C3 ............................................ 54
4.9 Sifat mekanik pengujian lentur Spesimen C2 ............................................ 54
4.8 Sifat mekanik pengujian lentur Spesimen C1 ............................................ 53
4.7 Hasil pengujian spesimen C5..................................................................... 52
4.6 Hasil pengujian spesimen C4..................................................................... 51
4.5 Hasil pengujian spesimen C3..................................................................... 50
4.4 Hasil pengujian spesimen C2..................................................................... 49
4.3 Hasil pengujian spesimen C1..................................................................... 48
4.1 Data pengujian massa jenis benda ............................................................. 44
3.2 Peralatan untuk Persiapan Bahan Penyusun ............................................... 21
3.11 Data rata-rata massa jenis benda ................................................................ 42
3.10 Data pengujian massa jenis benda ............................................................. 41
3.9 Perbandingan campuran spesimen C5 ....................................................... 35
3.8 Perbandingan campuran spesimen C4 ....................................................... 35
3.7 Perbandingan campuran spesimen C3 ....................................................... 35
3.6 Perbandingan campuran spesimen C2 ....................................................... 34
3.5 Perbandingan campuran spesimen C1 ....................................................... 34
3.4 Komposisi Bahan Penyusun Spesimen Uji ............................................... 33
3.3 Perbandingan perendaman serat TKKS ...................................................... 29
4.11 Sifat mekanik pengujian lentur Spesimen C4 ............................................ 54
4.13 Hasil rata-rata sifat mekanik pengujian lentur ........................................... 55
Nomor Judul Halaman
2.1 Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) ...................................................... 7
2.2 TKKS yang telah dicabik ........................................................................... 7
2.3 Serat TKKS yang sudah dicacah ................................................................ 8
2.4 Klasifikasi / Skema Struktur Komposit (Callister,1994). ............................ 11
2.5 Tipe discontinuous fiber ............................................................................. 12
2.6 Tipe komposit serat .................................................................................... 13
2.7 Jenis Material Berongga ............................................................................ 13
2.8 Ilustrasi material Polimer busa ................................................................... 16
2.9 Spesimen uji lentur polimer busa ................................................................. 18
2.10 Tipikal Kurva Respon Tegangan-Regangan terhadap Material busa
akibat beban Tekan Statik................................................................. ........... 18
2.11 Ukuran spesimen uji lentur standar ASTM D-790 ....................................... 20
2.12 Kerangka Konsep Penelitian ........................................................................ 20
3.1 Cetakan ....................................................................................................... 22
3.2 Mesin Pencacah .......................................................................................... 23
3.3 Neraca Analitik ........................................................................................... 23
3.4 Alat Pelengkap ............................................................................................ 24
3.5 Serat TKKS ................................................................................................. 24
3.6 Resin BTQN 157 EX .................................................................................. 25
3.7 Blowing Agent (BA) ................................................................................... 25
3.8 Katalis MEKPO .......................................................................................... 26
3.10 Wax ............................................................................................................. 27
3.11 Perendaman TKKS dengan larutan NaOH ................................................. 28
3.12 Proses penjemuran serat TKKS .................................................................. 30
3.13 TKKS yang telah dicacah menurut kadar NaOH ........................................ 31
3.14 Cetakan spesimen ....................................................................................... 32
3.15 Persiapan Bahan-bahan Penyusun Spesimen Uji........................................ 36
3.16 Proses pembentukan spesimen polimer busa ............................................... 37
3.17 Foto Spesimen Uji Lentur Menurut standar ASTM D-790 ........................ 37
3.18 Setup Alat Uji Lentur ................................................................................. 38
3.19 Mode Polimer Busa yang Dikenai Uji Lentur ............................................ 39
3.20 Diagram Alir Penelitian .............................................................................. 43
4.1 Grafik hasil pengujian kerapatan-NaOH .................................................... 47
4.2 Grafik hasil pengujian lentur spesimen C1 ................................................. 48
4.3 Grafik hasil pengujian lentur spesimen C2 ................................................. 49
4.4 Grafik hasil pengujian lentur spesimen C3 ................................................. 50
4.5 Grafik hasil pengujian lentur spesimen C4 ................................................. 51
4.6 Grafik hasil pengujian lentur spesimen C5 ................................................. 52
4.7 Grafik hasil pengujian nilai rata-rat Taganga-NaOH ................................. 56
4.8 Grafik hasil pengujian nilai rata-rat Reganga-NaOH ................................. 56
4.9 Grafik hasil pengujian nilai rata-rat Modulus Elastisitas-NaOH ................ 57
4.10 Kondisi awal spesimen ............................................................................... 59
4.11 Kondisi akhir spesimen setelah mengalami pengujian lentur ..................... 59
DAFTAR NOTASI
Simbol Nama Keterangan Satuan A - luas penampang mm
2 Ρ rho massa jenis kg/mm
3 E - modulus elastisitas N/mm
2 Σ sigma tegangan N/mm
2 F - gaya N L - panjang mm ε
ebsilon regangan %
Δ
delta perubahan -
πphi konstanta. 3,14 -
Vf - fraksi volume serat % Wf - massa serat kg Vc - volume komposit m
3 Ρ f - massa jenis serat kg/m
3 UFS - kekuatan lentur Nm
2 P - gaya penekan N L - jarak dua penumpu m b - lebar sampel m h - tebal sampel m