Studi Perlakuan Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit Dan Pembuatan Komposit Polimer Busa Serta Analisa Uji Tekan Statik

STUDI PERLAKUAN TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT DAN
PEMBUATAN KOMPOSIT POLIMER BUSA SERTA
ANALISA HASIL UJI TEKAN STATIK

SKRIPSI

Skripsi ini diajukan untuk melengkapi salah satu
syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik

DANIEL SIANTURI
100421016

PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2013

Universitas Sumatera Utara

ABSTRAK

Kajian eksperimen ini melaporkan proses pelayanan serat tandan kosong kelapa
sawit dan pembuatan spesimen komposit polimer busa diikuti uji tekan.
Permasalahan pemanfaatan polimer busa yang dibuat dari polyurethane sebagai
produk yang mampu menahan beban tekan masih terbatas jumlahnya. Untuk
meningkatkan kekuatan polimer busa ,maka di dalam penelitian ini polyurethane
sebagai bahan pembentuk busa diformulasikan dengan beberapa material
tambahan yaitu serat tandan kosong kelapa sawit. Penulis melakukan penyelidikan
respon busa polimer yang diperkuat serat tandan kosong kelapa sawit akibat
beban tekan statik secara eksperimen.Tujuan kajian untuk memperoleh respon
tegangan tekan, regangan, modulus elastisitas, dan mode kerusakan. Pembuatan
spesimen komposit polimer busa dibuat menggunakan metode hand lay up yang
terdiri dari bahan matriks poliuretan diperkuat serat tandan kosong kelapa sawit.
Matrik poliuretan dibuat dari campuran poliol dan resin isosianat, resin BTQN
157 Ex, serta katalis MEKPO. Proses pelayanan serat dimulai dari persiapan
tandan kosong kelapa sawit, penumbukan tandan kosong bagi penyiapan serat,
perendaman serat, pengeringan serat, penimbangan serat pasca pengeringan serta
pencacahan serat. Bentuk spesimen uji dibuat berbentuk silinder sesuai standar
ASTM D1621-00. Jumlah spesimen uji 15 buah yang dibuat dalam 5 variasi

komposisi, yaitu C1,C2,C3,C4,C5 dimana tiap variasi terdiri dari 3 spesimen. Uji
mekanik dilakukan menggunakan metoda uji tekan statik pada mesin uji Servo
Pulser. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa untuk variasi 1 tegangan tekan
maksimum (σmaks) sebesar 0,77 kgf/mm2, regangan (ε) sebesar 0,38 , modulus
elastisitas (E) sebesar 2,02 kgf/mm2. Variasi yang terbaik terdapat pada spesimen
uji C 2-1 dengan tegangan tekan maksimum (σmaks) sebesar 0,67 kgf/mm2, regangan
(ε) sebesar 0,25 , modulus elastisitas (E) sebesar 2,68 kgf/mm2. Mode kerusakan
adalah terbentuknya rongga-rongga sehingga mempengaruhi batas tegangan
elastis, tegangan maksimum (σmaks) dan regangan (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 akibat proses pencamuran yang tidak merata
sehingga terbentuk rongga rongga yang mempengaruhi hasil uji.

Kata kunci: Serat TKKS,NaOH, komposit, busa polimer, uji tekan statik aksial.

Universitas Sumatera Utara

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis ucapkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, 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 Polimer
Busa Serta Analisa Uji Tekan Statik”. Dan dengan pembatasan masalah yang
akan dibahas adalah melakukan analisa uji tekan statik untuk bahan komposit
busa polimer yang meliputi persiapan serat, pelayanan serat, pembuatan spesimen,
pengujian tekan, 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. Bapak Ir. Syahrul Abda,M.Sc. selaku Dosen Pembimbing Tugas Sarjana ini.
2. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri, selaku Dosen Pembanding I.
3. Bapak Mahadi,ST selaku Dosen Pembanding II.
4. Bapak Ir. M.Syahril Gultom,M.T, selaku Dosen Penguji I.
5. Bapak Ir. Mulfi Hazwi,MSc selaku Dosen Penguji II.
6. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri, selaku ketua Departemen Teknik
Mesin, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

Universitas Sumatera Utara

7. Seluruh Staff Pengajar/Dosen dan Pegawai di Departemen Teknik Mesin, dan
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
8. 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, November 2013
Penulis,

Daniel Sianturi
NIM: 100421016

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR ISI
ABSTRAK ....................................................................................................... i
KATA PENGANTAR ..................................................................................... ii
DAFTAR ISI .................................................................................................... iii
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 ...................................................................... 9
2.3.1 Klasifikasi Bahan Komposit .............................................. 10
2.3.2 Tipe Komposit Serat .......................................................... 11
2.4 Polimer busa .............................................................................. 12

Universitas Sumatera Utara

2.4.1 Material Komposit Polimer busa ....................................... 14
2.4.2 Blowing Agent (BA).......................................................... 14
2.4.3 Katalis MEKPO (Methyl Ethyl Keton Peroksida) ............. 15

2.5 Pembuatan Komposit .................................................................. 16
2.6 Respon Mekanik akibat Beban Tekan Statik ............................. 16
2.7 Uji Tekan Statik .......................................................................... 17
2.8 Kerangka Konsep Penelitian....................................................... 20

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ...................................................... 22
3.1 Tempat Dan Waktu Penelitian ................................................... 22
3.2 Alat Dan Bahan ........................................................................... 22
3.2.1 Alat yang Digunakan Untuk Membuat Spesimen ............... 23
3.2.1.1 Cetakan ........................................................................... 23
3.2.1.2 Penjepit........................................................................... 23
3.2.1.3 Alas Cetakan .................................................................. 24
3.2.1.4 Mesin Pencacah.............................................................. 24
3.2.1.5 Neraca Analitik .............................................................. 24
3.2.1.6 Alat Pelengkap ............................................................... 25
3.2.2 Bahan yang Digunakan Untuk Membuat Spesimen ......... 25
3.2.2.1 Serat TKKS .................................................................... 25
3.2.2.2 Resin BTQN 157 EX ..................................................... 26
3.2.2.3 Blowing Agent (BA) ....................................................... 26

Universitas Sumatera Utara

3.2.2.4 Katalis MEKPO (Methyl Ethyl Keton Peroksida) ......... 27
3.2.2.5 Larutan Alkali NaOH ..................................................... 28
3.2.2.6 Wax ................................................................................ 28
3.3 Persiapan Pembuatan serat TKKS .............................................. 29
3.4 Proses Pelayanan Serat TKKS .................................................... 29
3.4.1 Perendaman serat TKKS ................................................... 29
3.4.2 Pengeringan serat TKKS .................................................. 31
3.4.3 Pencacahan serat TKKS mengunakan mesin pencacah.... 31
3.5 Proses Pembuatan Spesimen Uji Tekan statik ............................ 32
3.5.1 Cetakan specimen ............................................................. 32
3.5.2 Persiapan bahan pembentuk spesimen.............................. 33
3.5.3 Pembuatan spesimen uji ................................................... 35
3.6 Pengujian secara Eksperimental ................................................. 37
3.7 Mode Kerusakan Polimer Busa. ................................................. 40
3.8 Massa Jenis benda ....................................................................... 41
3.9 Diagram Alir Pelaksanaan Penelitian ......................................... 44

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ....................................................... 46

4.1 Hasil Pengujian Tekan Statik ...................................................... 46
4.1.1 Hubungan Tegangan-Regangan ........................................... 46
4.1.2 Hubungan Modulus elastisitas-NaOH ................................... 82
4.1.3 Hubungan Kerapatan -NaOH ................................................ 83

Universitas Sumatera Utara

4.1.4 Hubungan Tegangan -NaOH ................................................ 85
4.1.5 Hubungan Regangan - NaOH ............................................... 86
4.1.6 Hubungan Beban Tekan - NaOH .......................................... 87
4.1.7 Hubungan Tegangan terhadap Regangan, Modulus elastisitas dan Kerapatan................................................... 88
4.1.8 Mode kegagalan Polimer Busa ............................................ 90

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ....................................................... 93
5.1 Kesimpulan ............................................................................... 93
5.2 Saran ......................................................................................... 94

DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR TABEL

Nomor

Judul

Halaman

2.1

Karakteristik Serat Tunggal TKKS .................................................

8

2.2

Parameter tipikal TKKS per kg........................................................

9

3.1

Massa Bahan Penyusun Spesimen Uji .............................................

22

3.2

Peralatan untuk Persiapan Bahan Penyusun ....................................

22

3.3

Perbandingan perendaman serat TKKS ...........................................

30

3.4

Perkiraan Bahan Penyusun Spesimen ..............................................

33

3.5

Massa jenis spesimen uji ..................................................................

42

4.1

Data Uji Tekan Statik Polimer busa spesimen C1-1 .......................

46

4.2

Data Uji Tekan Statik Polimer busa spesimen C1-2 .......................

48

4.3

Data Uji Tekan Statik Polimer busa spesimen C1-3 .......................

51

4.4

Data Uji Tekan Statik Polimer busa spesimen C2-1 .......................

53

4.5

Data Uji Tekan Statik Polimer busa spesimen C2-2 .......................

56

4.6

Data Uji Tekan Statik Polimer busa spesimen C2-3 .......................

58

4.7

Data Uji Tekan Statik Polimer busa spesimen C3-1 .......................

61

4.8

Data Uji Tekan Statik Polimer busa spesimen C3-2 .......................

64

4.9

Data Uji Tekan Statik Polimer busa spesimen C3-3 .......................

66

4.10

Data Uji Tekan Statik Polimer busa spesimen C4-1 .......................

68

4.11

Data Uji Tekan Statik Polimer busa spesimen C4-2 .......................

70

Universitas Sumatera Utara

4.12

Data Uji Tekan Statik Polimer busa spesimen C4-3 .......................

72

4.13

Data Uji Tekan Statik Polimer busa spesimen C5-1 .......................

74

4.14

Data Uji Tekan Statik Polimer busa spesimen C5-2 .......................

76

4.15

Data Uji Tekan Statik Polimer busa spesimen C5-3 .......................

78

4.16

Hubungan Modulus elastisitas-NaOH .............................................

82

4.17

Hubungan Kerapatan -NaOH ...........................................................

83

4.18

Hubungan Tegangan - NaOH ..........................................................

85

4.19

Hubungan Regangan - NaOH ..........................................................

86

4.20

Hubungan Beban Tekan - NaOH .....................................................

87

4.21

Hubungan Tegangan terhadap Regangan, Modulus elastisitas
dan Kerapatan......................................................................................

88

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR GAMBAR

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).............................

10

2.5

Tipe discontinuous fiber .............................................................................

11

2.6

Tipe komposit serat ....................................................................................

12

2.7

Jenis Material Berongga ............................................................................

13

2.8

Ilustrasi material Polimer busa ...................................................................

15

2.9

Spesimen uji tekan standar ASTM D1621-00 .............................................

17

2.10

Tipikal Kurva Respon Tegangan-Regangan terhadap Material busa

18

akibat beban Tekan Statik.................................................................
2.11 Diagram Uji Tekan Statik. ...........................................................................

19

2.12

Kerangka Konsep Penelitian ........................................................................

21

3.1

Cetakan .......................................................................................................

23

3.2

Penjepit .......................................................................................................

23

3.3

Mesin Pencacah ..........................................................................................

24

3.4

Neraca Analitik...........................................................................................

25

3.5

Alat Pelengkap............................................................................................

25

3.6

Serat TKKS ................................................................................................

26

3.7

Resin BTQN 157 EX ..................................................................................

26

Universitas Sumatera Utara

3.8

Blowing Agent (BA) ...................................................................................

27

3.9

Katalis MEKPO ..........................................................................................

27

3.10

NaOH dalam kemasan ................................................................................

28

3.11

Wax ............................................................................................................

28

3.12

Perendaman TKKS dengan larutan NaOH .................................................

30

3.13

Proses penjemuran serat TKKS ..................................................................

32

3.14

TKKS yang telah dicacah menurut kadar NaOH .......................................

32

3.15

Cetakan spesimen .......................................................................................

33

3.16

Persiapan Bahan-bahan Penyusun Spesimen Uji .......................................

35

3.17 Proses pembentukan spesimen busa polimer ...............................................

35

3.18

36

Foto Spesimen Uji Tekan Statik Aksial Menurut standar ASTM
D 1621-00 ...................................................................................................

3.19

Foto Spesimen Busa polimer yang Diperkuat Serat TKKS........................

36

3.20

Setup Alat Uji Tekan Statik........................................................................

37

3.21

Skema Persiapan Shimadzu Servopulser ....................................................

38

3.22

Skema Uji Tekan Statik ..............................................................................

39

3.23

Mode Busa polimer yang Dikenai Beban Tekan ........................................

41

3.24

Diagram Alir Penelitian..............................................................................

45

4.1

Kurva Respon Tegangan-Regangan spesimen C1-1 ....................................

48

4.2

Kurva Respon Tegangan-Regangan spesimen C1-2 ....................................

50

4.3

Kurva Respon Tegangan-Regangan spesimen C1-3 ....................................

53

4.4

Kurva Respon Tegangan-Regangan spesimen C2-1 ....................................

55

4.5

Kurva Respon Tegangan-Regangan spesimen C2-2 ....................................

58

Universitas Sumatera Utara

4.6

Kurva Respon Tegangan-Regangan spesimen C2-3 ....................................

61

4.7

Kurva Respon Tegangan-Regangan spesimen C3-1 ...................................

64

4.8

Kurva Respon Tegangan-Regangan spesimen C3-2 ....................................

66

4.9

Kurva Respon Tegangan-Regangan spesimen C3-3 ....................................

68

4.10

Kurva Respon Tegangan-Regangan spesimen C4-1 ....................................

70

4.11

Kurva Respon Tegangan-Regangan spesimen C4-2 ....................................

72

4.12

Kurva Respon Tegangan-Regangan spesimen C4-3 ....................................

74

4.13

Kurva Respon Tegangan-Regangan spesimen C5-1 ....................................

76

4.14

Kurva Respon Tegangan-Regangan spesimen C5-2 ....................................

78

4.15

Kurva Respon Tegangan-Regangan spesimen C5-3 ....................................

80

4.16

Kurva hubungan Modulus elastisitas -NaOH ............................................

83

4.17

Kurva hubungan Kerapatan -NaOH ..........................................................

84

4.18

Kurva hubungan Tegangan -NaOH ...........................................................

86

4.19

Kurva hubungan Regangan -NaOH ...........................................................

87

4.20

Kurva hubungan Beban Tekan -NaOH .....................................................

88

4.21

Kurva Hubungan Tegangan terhadap Regangan, Modulus elastisitas
dan Kerapatan......................................................................................

89

4.22 Mode Busa polimer yang Dikenai Beban Tekan.................................... 91

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR NOTASI

SIMBOL

KETERANGAN

SATUAN

A

Luas penampang

mm2

D

Diameter pipa

mm

m

massa

g

v

volume

cm3

l

Panjang pipa

mm

ρ

Berat Jenis

Mg.m-3

E

Modulus Young

GPa

E

Modulus elastisitas

kgf/mm2

σT

Kekuatan Tarik

kgf/mm2

σ

Tegangan normal

kgf/mm2

ε

Regangan

%

F

Beban tekan

N

δ

Defeksi

mm

M

kemolaran

mol L−1

Universitas Sumatera Utara