TUGAS AKHIR Pengaruh Filler Nano Partikel White Karbon Aktif Kulit Bambu Terhadap Struktur (Photo Makro Dan SEM) Dan Kekuatan Tarik Komposit Polyester.

TUGAS AKHIR
PENGARUH FILLER NANO PARTIKEL WHITE KARBON
AKTIF KULIT BAMBU TERHADAP STRUKTUR (PHOTO
MAKRO & SEM) DAN KEKUATAN TARIK KOMPOSIT
POLYESTER

Disusun Sebagai Syarat Menyelesaikan Program Studi Strata Satu
Pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta

Disusun Oleh :
ERVAN HIDAYAT
D 200 110 115

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2016
i

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI

Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul
“PENGARUH FILLER NANO PARTIKEL WHITE KARBON AKTIF KULIT
BAMBU

TERHADAP STRUKTUR (PHOTO MAKRO & SEM) DAN

KEKUATAN TARIK KOMPOSIT POLYESTER” yang dibuat untuk
memenuhi sebagai syarat untuk memperoleh derajat sarjana S1 pada
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah
Surakarta. Sejauh yang saya ketahui bukan merupakan tiruan atau
duplikasi dari skripsi yang sudah dipublikasikan dan/atau pernah dipakai
untuk mendapatkan gelar kesarjanaan di lingkungan

Universitas

Muhammadiyah Surakarta atau Instansi manapun, kecuali bagian yang
sumber informasi saya cantumkan sebagaimana mestinya.

ii

HALAMAN PERSETUJUAN

Tugas Akhir berjudul “PENGARUH FILLER NANO PARTIKEL WHITE
KARBON AKTIF KULIT BAMBU

TERHADAP STRUKTUR (PHOTO

MAKRO & SEM) DAN KEKUATAN TARIK KOMPOSIT POLYESTER”
telah disetujui oleh Pembimbing dan diterima untuk memenuhi sebagai
persyaratan memperoleh derajat sarjana S1 pada Jurusan Teknik Mesin
Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.

Dipersembahkan oleh
Nama

: Ervan Hidayat

NIM

: D 200 110 115

iii

HALAMAN PENGESAHAN

Tugas Akhir berjudul “PENGARUH FILLER NANO PARTIKEL
WHITE KARBON AKTIF KULIT BAMBU

TERHADAP STRUKTUR

(PHOTO MAKRO & SEM) DAN KEKUATAN TARIK KOMPOSIT
POLYESTER” telah dipertahankan di hadapan Tim Penguji dan telah
dinyatakan sah untuk memenuhi sebagian syarat memperoleh derajat
sarjana S1 pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas
Muhammadiyah Surakarta.
Dipersembahkan Oleh :
Nama

: Ervan Hidayat

Nim

: D 200 110 115
:

iv

Anggota 2

(………………………..)

: Ir. Bibit Sugito, MT

v

HALAMAN MOTTO

“Tuntutlah Ilmu karena disaat kamu miskin, ia akan menjadi hartamu dan
disaat kamu kaya, ia akan menjadi perhiasanmu.”
(Luqman Al-Hakim)

”Bila kita merasa letih karena berbuat kebaikan, maka sesungguhnya
keletihan itu akan hilang dan kebaikan akan kekal. Bila kita bersenangsenang dengan dosa, maka kesenangan itu akan hilang dan dosa itu yang
akan kekal”
(Umar Bin Khattab RA)

“Hidup adalah belajar, belajar butuh proses, tak selamanya hasil menjadi
tujuan utama, tapi proses adalah pelajaran yang paling berharga”
(Ervan Hidayat)

vi

PENGARUH FILLER NANO PARTIKEL WHITE KARBON AKTIF KULIT
BAMBU TERHADAP STRUKTUR (PHOTO MAKRO & SEM) DAN
KEKUATAN TARIK KOMPOSIT POLYESTER

Ervan Hidayat, Ngafwan
Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta
Jl. A. Yani Tromol Pos 1 Pabelan, Kartasura
Email: RevanSmith22@gmail.com

Abstrak
Penelitian ini bertujuan untuk mendiskripsikan pengaruh nano partikel
white karbon kulit bambu sebagai filler terhadap struktur (photo makro &
SEM) dan kekuatan tarik komposit polyester. Metode pembuatan komposit
dengan cara press mold. Pembuatan komposit menggunakan variasi fraksi
berat filler mikro partikel karbon 0,1 gram, 0,15 gram dan 0,2 gram dengan
resin polyester dengan tipe Yukalac 157 BQTN-EX. Pencampuran mikro
partikel karbon dengan resin menggunakan metode pengadukan dengan
kecepatan putaran 2200 rpm selama 10 menit. Pembuatan spesimen uji
tarik menggunakan standar uji tarik ASTM D 638-01. Sebelum dilakukan uji
tarik, dilakukan photo makro untuk mengetahui susunan partikel karbon
dalam komposit. Dari hasil photo makro didapatkan nilai jarak dan diameter
mikro partikel karbon. Jarak rata-rata pada spesimen komposit dengan filler
nano partikel karbon (FK) 0,1 gram sebesar 48,8 µm , FK 0,15 sebesar
39,59 µm dan FK 0,2 sebesar 25,68 µm. Semakin tinggi fraksi berat karbon
maka semakin rendah jarak partikel karbon. Diameter partikel karbon yang
terukur yaitu berukuran 5,659 µm sampai 21,982 µm. Hasil uji tarik
didapatkan nilai kekuatan tarik (yield) rata-rata pada spesimen Raw Material
sebesar 25,12 N/mm2, FK 0,1 gram sebesar 28,4 N/mm2, FK 0,15 gram

sebesar 31,81 N/mm2 dan FK 0,2 gram sebesar 32,24 N/mm2. Sedangkan
nilai ragangan tarik (yield) rata-rata pada spesimen Raw Material sebesar
0,73 %, FK1% sebesar 0,87 %, FK3% sebesar 0,93 % dan FK6% sebesar
0,94 %. Di lakukan SEM pada area patahan komposit, dari hasil SEM
didapatkan nilai jarak dan diameter nano partikel karbon. Jarak rata-rata
pada spesimen komposit dengan filler nano partikel white karbon (FK) 0,1
gram sebesar 0,577 µm , FK 0,15 sebesar 0,477 µm dan FK 0,2 sebesar
0,464 µm. Semakin tinggi fraksi berat karbon maka semakin rendah jarak
partikel karbon. Diameter nano partikel white karbon yang terukur yaitu
berukuran 0,103 µm sampai 0,210 µm Dari hasil pembahasan hasil
pengujian maka dapat disimpulkan bahwa penambahan filler nano partikel
white karbon mampu meningkatkan kekuatan tarik dan regangan tarik
komposit polyester.
Kata Kunci: White Karbon, Kulit Bambu, Komposit, Photo Makro, Kekuatan
Tarik, SEM

vii

KATA PENGANTAR

Assalamu ‘alaikum Warahmatullahi Wabarakatuh
Syukur Alhamdulillah, penulis panjatkan puja dan puji syukur atas ke
hadirat Allah SWT atas barokah dan rohmat-Nya sehingga penyusunan
laporan penelitian ini dapat terselesaikan.
Tugas Akhir berjudul “PENGARUH FILLER NANO PARTIKEL
WHITE KARBON AKTIF KULIT BAMBU

TERHADAP STRUKTUR

(PHOTO MAKRO & SEM) DAN KEKUATAN TARIK KOMPOSIT
POLYESTER”, dapat terselesaikan atas dukungan dari beberapa pihak.
Untuk itu pada kesempatan ini, penulis dengan segala ketulusan dan
keikhlasan hati ingin menyampaikan rasa terima kasih dan penghargaan
sebesar-besarnya kepada :
1. Bapak Ir. H. Sri Sunarjono, MT, Ph.D sebagai Dekan Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta.
2. Bapak Tri Widodo Besar Riyadi, S.T., M.Sc., Ph.D. sebagai Ketua
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah
Surakarta.
3. Bapak Ir. Ngafwan, MT selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir yang

telah membimbing dan mengarahkan dalam penelitian maupun
penyusunan Laporan Tugas Akhir ini.

viii

4. Dosen Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta
yang telah memberikan ilmu pengetahuan kepada penulis selama
mengikuti kegiatan perkuliahan.
5. Ibunda dan Ayahhanda tercinta yang setiap saat memberi semangat
dan doa, serta terima kasih atas semua nasehat dan pengorbananmu
selama ini sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini.
6. Teman-teman seperjuangan yang selama ini mendukung dan
membantu selama proses penelitian.
7. Teman-teman Teknik Mesin angkatan 2011 yang tidak bisa saya
sebutkan satu persatu.
Penulis menyadari bahwa laporan ini masih jauh dari sempurna, oleh
karena itu kritik dan saran yang bersifat membangun dari pembaca akan
penulis terima dengan senang hati.
Wassalamu ‘alaikum Warahmatullahi Wabarakatuh

Surakarta,

ix

Desember 2016

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ………………………………………………………..…… i
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI ………………………………...……… ii
HALAMAN PERSETUJUAN …………………………………………..…….. iii
HALAMAN PENGESAHAN ...…………………………………………..……. iv
LEMBAR SOAL TUGAS AKHIR ……………………………………..…….... v
HALAMAN MOTTO ……………………………………………………..……. vi
ABSTRAK …….………………………………………………………..…....... vii
KATA PENGANTAR ………………………………………..……..…...……. viii
DAFTAR ISI ...……………………………………………………………..…… x
DAFTAR GAMBAR ……………………………………………………..……. xiii
DAFTAR TABEL ……………………………………………………..………. xv
DAFTAR GRAFIK …..…………………………………………………..…… xvi

DAFTAR SIMBOL …………………………………………………………… xvii

BAB I PENDAHULUAN
1.1.

Latar Belakang …………………………………………………. 1

1.2.

Perumusan Masalah ……..………………………………..….. 4

1.3.

Pembatasan Masalah ……………………………………..….. 4

1.4.

Tujuan Penelitian ………………………………….………..…. 5

1.5.

Manfaat Penelitian ………………………………………..…… 5

1.6.

Metodologi Penelitian ……………………………………...….. 6

x

1.7.

Sistematika Penulisan ………………………………………… 6

BAB II DASAR TEORI
2.1.

Tinjauan Pustaka ……………………………………….…..…. 8

2.2.

Landasan Teori ……………………………………...……..… 12
2.2.1. Klasifikasi Komposit ……………………………..……. 13
2.2.2. Unsur Pembentuk Komposit Nano Partikel
Karbon ………………………………………………….. 16

2.3.

Pengujian Struktur Material (Photo Makro) …….………….. 20

2.4.

Pengujian Kakuatan Tarik (Uji Tarik) ……………..………… 24

2.5.

Fraksi Berat Filler …………………………………..………… 30

2.6.

Scanning Electronic Microskop (SEM)..................................30

BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1

Diagram Alir Penelitian ……………………………..………... 33

3.2

Prosedur Penelitian …………………………………..………. 34
3.2.1 Studi Pustaka …………………………………..…….. 34
3.2.2 Pengambilan dan Pembakaran kulit bambu ………. 34
3.2.3 Penggilingan Karbon ………………..……………….. 35
3.2.4 Pencucian serbuk Karbon …………..………………. 35
3.2.5 Persiapan Resin (Polyester) dan Katalis (MEKPO)...36
3.2.6 Pembuatan Komposit ………………………………… 37
3.2.7 Pengujian Komposit ……………………..…………… 40

xi

BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
4.1 Pengujian Spesimen Komposit dan Pembahasan Hasil
Pengujian ………………………………………………..…….. 44
4.1.1 Pengujian Struktur Material (Photo Makro) …...……. 44
4.1.2 Pengujian Kekuatan Tarik (Uji Tarik) …………..….... 54
4.1.3 Pengujian Photo SEM................................................58
4.2 Pembahasan Grafik Hasil Pengujian …………………..….... 75
4.2.1 Pengujian Struktur Material (Photo Makro) ……...…. 75
4.2.2 Pengujian Kekuatan Tarik (Uji Tarik) ……………...… 77
4.2.3 Pengujian Photo SEM................................................78

BAB V PENUTUP
5.1 Kesimpulan …………………………………………..……….. 80
5.2 Saran …………………………………………………..………. 81

DAFTAR PUSTAKA …………………………………………………...……. xvii
LAMPIRAN

xii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Fibrous Composites ………………………………………….. 14
Gambar 2.2 Laminated Composites ………………………………………..15
Gambar 2.3 Particulate Composites ……………….……………………… 16
Gambar 2.4 Metode teori pengukuran susunan fiber
bentuk segitiga …………………………………………………20
Gambar 2.5 Teori pengukuran susunan partikel
bentuk segitiga …………………………………………………20
Gambar 2.6 Susunan partikel bentuk segitiga dalam pengukuran
fraksi volume filler …………………………………………….. 22
Gambar 2.7 Geometri specimen uji Tarik (ASTM D 638-01) ……..……. 24
Gambar 2.8 Kurva tegangan regangan ………………….………………. 25
Gambar 2.9 Skema dasar SEM................................................................32
Gambar 3.1 Kulit Bambu...........…………………………………………… 34
Gambar 3.2 Proses pembakaran ………………………………………….. 35
Gambar 3.3 Penggilingan karbon (a) steel ball (b) Sistem
steel ball miling ……………………………………………….. 35
Gambar 3.4 Pencucian serbuk karbon (a) Alkohol 96%,
(b) Proses penjemuran ………………………………………. 36
Gambar 3.5 Resin dan Katalis (a) Resin polyester,
(b) Katalis MEKPO ……………………………………………. 36
Gambar 3.6 Cetakan specimen uji Tarik ………………………………….. 37

xiii

Gambar 3.7 Timbangan digital …………………………………………….. 37
Gambar 3.8 Alat pengaduk (a) Bur, (b) Mata bur, (c) Pralon,
(d) Dudukan bur …………………………………………….… 38
Gambar 3.9 Jangka sorong ………………………………………………… 38
Gambar 3.10 Photo makro (Dino Lite) ……………………………………… 40
Gambar 3.11 Universal testing machine (Instron 3367) ………………….. 42
Gambar 3.12 Alat Uji photo SEM...............................................................43
Gambar 4.1 Metode pengukuran susunan partikel dengan bentuk
segitiga ………………………………………………………… 44
Gambar 4.2 Pengukuran mikro partikel karbon pada
specimen uji tarik dengan variasi komposit fraksi
berat filler (

�)

nano partikel karbon (FK)

(a) 0,1 gr, (b) 0,15 gr & (c) 0,2 gr …………………………… 45
Gambar 4.3 Susunan partikel bentuk segitiga dalam pengukuran fraksi
volume filler ( � ) ……………………………………………… 49

Gambar 4.4 Bentuk susunan ideal pafrtikel...............................................59
Gambar 4.5 SEM komposit filler white karbon aktif vf 0,1 gram................60
Gambar 4.6 SEM komposit filler white karbon aktif vf 0,15 gram..............62
Gambar 4.7 SEM komposit filler white karbon aktif vf 0,2 gram................64
Gambar 4.8 Struktur material dengan pendekatan model segitiga...........69
Gambar 4.9 Morfologi permukaan komposit (photo makro)......................74
Gambar 4.10 Morfologi permukaan komposit (SEM)................................74

xiv

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Karakteristik Unsaturated Polyester Resin Yukalac 157®
BQTN-EX ( PT. Justus Kimia Raya, 2013 ) …………………….. 19
Tabel 4.1 Hasil pengukuran jarak dan diameter filler nano partikel
karbon (photo makro)…...………………………………………… 46
Tabel 4.2 Hasil perhitungan jarak dan diameter filler nano partikel
Karbon (photo makro) ……… …………………………………… 48
Tabel 4.3 Hasil perhitungan fraksi volume filler ( � ) nano partikel

karbon (photo makro)………………...…………………………… 51

Tabel 4.4 Hasil perhitungan fraksi volume filler ( � ) nano partikel

karbon dengan simpangan baku 16 % ………………………….. 52

Tabel 4.5 Hasil uji tarik spesimen filler nano partikel karbon (FK) 1% ….. 55
Tabel 4.6 Hasil uji tarik spesimen filler nano partikel karbon (FK) 3% ….. 55
Tabel 4.7 Hasil uji tarik specimen filler nano partikel karbon (FK) 6% ….. 55
Tabel 4.8 Hasil uji tarik spesimen Raw Material …………………………… 56
Tabel 4.9 Hasil pengukuran jarak dan diameter filler nano partikel
Karbon (SEM)……………………………………………………… 66
Tabel 4.10 Hasil perhitungan jarak dan diameter filler nano partikel
karbon (SEM)……………………………………………………… 68
Tabel 4.3 Hasil perhitungan fraksi volume filler ( � ) nano partikel

karbon (SEM)………………………………………………….……71

xv

DAFTAR GRAFIK

Grafik 4.1 Jarak rata-rata filler nano partikel karbon …………………….. 53
Grafik 4.2 Fraksi volume filler ( � ) rata-rata nano partikel karbon ……… 53

Grafik 4.3 Diameter rata-rata filler nano partikel karbon ………………… 54

Grafik 4.4 Nilai Tegangan Rata-Rata Pada Titik Yield …………………… 56
Grafik 4.5 Nilai Regangan Rata-Rata Pada Titik Yield …………………... 56
Grafik 4.6 Nilai Modulus Elastisitas Rata-Rata Pada Titik Yield ………… 57
Grafik 4.7 Nilai Tegangan Rata-Rata Pada Titik Maksimum (Ultimate) … 57
Grafik 4.8 Nilai Regangan Rata-Rata Pada Titik Maksimum (Ultimate) … 58
Grafik 4.9 Diameter rata-rata filler nano partikel karbon (SEM)………… 72
Grafik 4.10 Jarak rata-rata filler nano partikel karbon (SEM)…………….. 72
Grafik 4.11 Fraksi volume filler ( � ) rata-rata nano

partikel karbon (SEM) ………................................................ 73

xvi

DAFTAR SIMBOL

Z

= perbesaran hasil photo makro

L0

= panjang skala sebenarnya photo dino lite

(µm)

L(word) = jarak partikel dalam Ms Word

(cm)

L(mikro) = jarak partikel sebenarnya

(µm)

D(word) = diameter partikel dalam Ms Word

(cm)

D(mikro) = diameter partikel sebenarnya

(µm)

S

= sisi segitiga sabagai jarak partikel

(µm)

D

= diameter lingkaran sebagai diameter partikel

(µm)

t

= tinggi segitiga

(µm)

a

= panjang alas segitiga

(µm)

ʝ

= luas 3 juring lingkaran dalam luasan segitiga

(µm)

Vc

= volume komposit

(µm3)

Vf

= volume filler

(µm3)

�

= fraksi volume komposit

(%)

= fraksi volume komposit

(%)

�

= fraksi volume matrik

(%)

�

σ

= Tegangan tarik

P

= Beban

(N)

A0

= Luas penampang patahan

(mm2)

ε

= Regangan tarik

(%)

∆L

= Deformasi atau pemanjangan

(mm)

(N/mm2)

xvii

L1

= Panjang daerah ukur

(mm)

L0

= Panjang mula-mula

(mm)

E

= Modulus Elastisitas

(N/mm2)

Wc

= berat komposit

(gram)

Wm

= berat matrik

(gram)

Wf

= berat filler

(gram)

�

= fraksi berat composit

(%)

= fraksi berat matrik

(%)

�

= fraksi berat filler

(%)

�

xviii