Pengaruh Komposisi dan Ukuran Mikro Serbuk Kulit Kerang Darah (Anadora granosa) Terhadap Komposit Epoksi-PS/Serbuk Kulit Kerang Darah (SKKD)
PENGARUH KOMPOSISI DAN UKURAN MIKRO SERBUK KULIT KERANG DARAH (ANADORA GRANOSA) TERHADAP KOMPOSIT EPOKSI-PS/SERBUK KULIT KERANG DARAH (SKKD) SKRIPSI Oleh TOMMY ARISSA PUTRA 090405039 DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA AGUSTUS 2015
PENGARUH KOMPOSISI DAN UKURAN MIKRO SERBUK KULIT KERANG DARAH (ANADORA GRANOSA) TERHADAP KOMPOSIT EPOKSI-PS/SERBUK KULIT KERANG DARAH (SKKD) SKRIPSI Oleh TOMMY ARISSA PUTRA 090405039 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. Suhardi Nasmul dan Silviani, yang telah merawat dan membimbing penulis sampai sekarang.
RIWAYAT HIDUP PENULIS
Nama: Tommy Arissa Putra NIM: 090405039 Tempat/Tgl. Lahir: Medan, 30 Agustus 1991 Nama orang tua: Suhardi Nasmul Alamat orang tua: Jalan HM Said no 2L
Asal Sekolah SD Methodist-3, tahun 1997-2003 SMP Methodist-3, tahun 2003-2006 SMA Methodist-3, tahun 2006-2009 Pengalaman Organisasi/ Kerja: 1.
Anggota Himatek (Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia USU) tahun 2009-2013
Artikel yang telah dipublikasi kan dalam Jurnal/Penelitian Ilmiah: 1.
The First International Conference on Science, Technology and Interdiscplinary Research, September 21-23 2015, Lampung
ABSTRAK
Polimer di bidang industri telah mengambil peranan penting karena polimer bersifat murah, ringan dan tahan korosi. Polimer biasanya digunakan untuk membuat komposit yaitu dengan mencampurkannya dengan bahan lain sehingga memberikan sifat yang lebih unggul. Pada penelitian ini, dibuat komposit dengan matriks berupa resin epoksi dan 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 digunakan 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 200, 230, 260, 290, 320 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 berupa komposisi kulit kerang optimum terletak pada 30% serta ukuran partikel optimum terletak pada 200 mesh. Hasil yang didapat dari karakteristik FTIR bahwa penambahan serbuk kulit kerang darah hanya dapat menghasilkan gugus SiOH dan hasil yang didapat dari SEM menunjukkan bahwa morfologi yang terbaik terdapat pada komposit berpengisi 30% dengan ukuran partikel 200 mesh.
Kata kunci: resin epoksi, serbuk kulit kerang darah, polistirena, komposit, sifat-sifat mekanik, SEM, FTIR
ABSTRACT
Polymer, in industrial sector, has taken an important role because of the advantages of polymer such as inexpensive, lightweight and rustproof. Usually, polymer is used to create composites by incorporating other materials in order to possess 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 used in strengthening composite while reducing waste of cockle-shell. The materials needed to prepare composite are polystyrene as toughening agent for strengthening the composite, chloroform as solvent, epoxy resin, polyaminoamide 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 200, 230, 260, 290, 320 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 200 mesh. The obtained result from FTIR characteristics shows that the addition of cockle-shell powder create groups of SiOH and the obtained result from SEM shows that the best morphology is showed at composite with 30% filler and 200 particle size. 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
5
2.1.1 Konstituen komposit
5
2.1.2 Matriks
6
2.1.2.1 Epoksi
8
2.1.2.2 Polistirena
11
2.1.3 Pengisi
12
2.1.3.1 Kulit Kerang
14
2.2 METODA PENYEDIAAN KOMPOSIT
16
2.3 UKURAN MAKRO PARTIKEL DAN MIKRO PARTIKEL
17
2.4 PENGUJIAN DAN KARAKTERISASI BAHAN KOMPOSIT
3.4.1 Uji Kekuatan Bentur (Impact Strength) dengan ASTM D-4812
3.3.1 Penyediaan Matriks Komposit
26
3.3.2 Penyediaan Pengisi Komposit
27
3.3.3 Proses Pembuatan Komposit
27
3.4 PENGUJIAN KOMPOSIT
31
31
3.3 PROSEDUR PENELITIAN
3.4.2 Uji Kekuatan Tarik (Tensile Strength) dengan ASTM D-638
31
3.4.3 Analisa Penyerapan Air
32 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
33
4.1 KARAKTERISASI FOURIER TRANSFORM INFRA RED (FTIR) DARI EPOKSI-PS MURNI DAN KOMPOSIT KOMPOSIT EPOKSI-PS/SERBUK KULIT KERANG DARAH (SKKD)
33
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)
35
26
25
18
2.4.5 Analisa Scanning Electron Microscopy (SEM)
2.4.1 Uji Kekuatan Bentur (Impact Strength)
18
2.4.2 Uji Kekuatan Tarik (Tensile Strength)
19
2.4.3 Karakterisasi Fourier Transform Infra Red (FTIR)
21
2.4.4 Analisa Penyerapan Air oleh Komposit
22
22
3.2.2 Peralatan
2.5 ANALISIS BIAYA
23 BAB III METODOLOGI PENELITIAN
25
3.1 LOKASI PENELITIAN
25
3.2 BAHAN DAN PERALATAN
25
3.2.1 Bahan
25
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)
37
4.4 HUBUNGAN STRESS-STRAIN EPOKSI-PS MURNI DAN KOMPOSIT EPOKSI-PS/SERBUK KULIT KERANG DARAH (SKKD)
39
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)
40
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)
42
4.7 KARAKTERISASI SCANNING ELECTRON MICROSCOPY (SEM) DARI EPOKSI-PS MURNI DAN EPOKSI-PS/SERBUK KULIT KERANG DARAH (SKKD)
44 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
47
5.1 KESIMPULAN
47
5.2 SARAN
48 DAFTAR PUSTAKA
49
DAFTAR GAMBAR
27 Gambar 3.3 Gambar Flowchart Prosedur Pembuatan Komposit
34 Gambar 4.4 Reaksi Curing Epoksi Tahap 3
34 Gambar 4.3 Reaksi Curing Epoksi Tahap 2
33 Gambar 4.2 Reaksi Curing Epoksi Tahap 1
32 Gambar 4.1 Karakteristik FTIR Komposit Epoksi-PS murni dan Komposit Epoksi-PS/Serbuk Kulit Kerang Darah (SKKD)
31 Gambar 3.10 Ukuran Dimensi Spesimen Kekuatan Tarik ASTM D-638
31 Gambar 3.9 Ukuran Dimensi Spesimen Metoda Izod ASTM D 4812
30 Gambar 3.8 Gambar Plat Impact
30 Gambar 3.7 Gambar Plat Tensile
30 Gambar 3.6 Gambar Alat Uji Bentur
29 Gambar 3.5 Gambar Alat Uji Tarik
28 Gambar 3.4 Gambar Compression Molding
26 Gambar 3.2 Gambar Flowchart Prosedur Penyediaan Pengisi Komposit
Halaman
20 Gambar 3.1 Gambar Flowchart Prosedur Penyediaan Matriks Komposit
19 Gambar 2.11 Gambaran Umum Uji Tarik (Tensile Strength)
18 Gambar 2.10 Skema Pengujian Impak
15 Gambar 2.9 Spesimen V-Notch Metoda Charpy dan Izod
13 Gambar 2.8 Gambar Kerang Darah dan Serbuk Kulit Kerang Darah
13 Gambar 2.7 Kelas Komposit
12 Gambar 2.6 Gambar Komposit Arah Penguatan Anisotropik
12 Gambar 2.5 Gambar Komposit Arah Penguatan Isotropik
10 Gambar 2.4 Gambar Polistirena
10 Gambar 2.3 Reaksi Curing Epoksi Tahap 3
10 Gambar 2.2 Reaksi Curing Epoksi Tahap 2
Gambar 2.1 Reaksi Curing Epoksi Tahap 134 Gambar 4.5 Pengaruh Ukuran Partikel Dan Komposisi Serbuk Kulit Kerang Darah Terhadap Kekuatan Tarik (Tensile
Strength ) Komposit Epoksi PS/SKKD
36 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
37 Gambar 4.7 Hubungan Stress-Strain Epoksi-PS Murni Dan Komposit Epoksi PS/ SKKD (Tensile Strength) Untuk Komposisi 30%
39 Gambar 4.8 Pengaruh Ukuran Partikel Dan Komposisi Serbuk Kulit Kulit Kerang Darah Terhadap Sifat Kekuatan Bentur (Impact Strength) Komposit Epoksi-PS/SKKD
41 Gambar 4.9 Pengaruh Ukuran Partikel Serbuk Kulit Kerang Darah Terhadap Sifat Penyerapan Air Komposit Epoksi-PS/ SKKD Pada Komposisi 30%
43 Gambar 4.10 Karakteristik Scanning Electron Microscopy (SEM)
44
a. Epoksi Murni
44
b. Komposit Epoksi-PS/SKKD dengan Komposisi Pengisi 30% 200 mesh
45
c. Komposit Epoksi-PS/SKKD dengan Komposisi Pengisi 30% 320 mesh
45 Gambar C.1 Penyediaan Serbuk Kulit Kerang Darah
60 Gambar C.2 Penyediaan Komposit Epoksi-PS/Serbuk Kulit Kerang Darah (SKKD)
60 Gambar C.3 Proses Pencetakan Dengan Alat Hot Press
61 Gambar C.4 Hasil Komposit Epoksi-PS/Serbuk Kulit Kerang Darah (SKKD)
61 Gambar C.5 Alat UTM Gotech AI-7000 M Grid Tensile
62 Gambar C.6 Alat Impact Tester Gotech
62
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1 Spesifikasi Dari Resin Epoksi9 Tabel 2.2 Komposisi Kimia Serbuk Kulit Kerang
15 Tabel 2.3 Konversi Nilai Mesh Ke Nilai Mikron
17 Tabel 2.4 Rincian Harga Bahan Baku Pembuatan Komposit
23 Tabel 2.5 Perincian Bahan Baku untuk Membuat Komposit
23 Tabel 4.1 Nilai Modulus Young Campuran Epoksi-PS Murni Dan Komposit Epoksi-PS/SKKD Dengan Komposisi 30%
40 Tabel A.1 Data Nilai Modulus Young Dari Komposit Dengan Komposisi 30%
54 Tabel A.2 Data Nilai Kekuatan Tarik
54 Tabel A.3 Data Nilai Pemanjangan Pada Saat Putus
55 Tabel A.4 Data Nilai Kekuatan Bentur
56 Tabel A.5 Data Nilai Penyerapan Air Dari Komposit Dengan Komposisi 30%
57 Tabel B.1 Tabel Konvesi Ukuran Mesh ke Mikron
58 DAFTAR LAMPIRAN Halaman LAMPIRAN A DATA PENELITIAN
54 A.1
54 Data Hasil Modulus Young A.2
54 Data Hasil Kekuatan Tarik A.3
55 Data Hasil Pemanjangan Saat Putus A.4
56 Data Hasil Kekuatan Bentur A.5
57 Data Hasil Penyerapan Air LAMPIRAN B CONTOH PERHITUNGAN
58 B.1 Perhitungan Fraksi Massa Bahan Baku
58 B.2 Perhitungan Interpolasi Konversi Ukuran Mesh Ke Mikron
58 B.3 Perhitungan Penyerapan Air Komposit
59 LAMPIRAN C DOKUMENTASI PENELITIAN
60 C.1 Penyediaan Serbuk Kulit Kerang Darah
60 C.2 Penyediaan Komposit Epoksi-:PS/Serbuk Kulit Kerang Darah (SKKD)
60 C.3 Proses Pencetakan Dengan Alat Hot Press
61 C.4 Hasil Komposit Epoksi-PS/Serbuk Kulit Kerang Darah (SKKD)
61 C.5 Alat Universal Testing Machine (UTM) Al-7000 M Grid Tensile
62 C.6 Alat Impact Tester Gotech
62 PS Polistirena SKKD Serbuk Kulit Kerang Darah CaO Kalsium Oksida MgO Magnesium Oksida ASTM American Standard Testing Method FTIR
Fourier Transform Infra Red
SEM Scanning Electron Microscopy % wt Persen Massa Pengisi
DAFTAR SIMBOL
Simbol Keterangan SatuanA Luas penampang awal mm
2 F maks
Beban maksimum N W o Berat komposit sebelum perendaman g W g Persentase pertambahan berat komposit g W
e
Berat komposit setelah perendaman g σ
Kekuatan tarik N/mm
2
e Pemanjangan pada saat putus % li Panjang spesimen setelah penarikan mm lo Panjang mula-mula spesimen mm Δl
Pertambahan panjang mm E Modulus Young
N/mm
2