Pembuatan dan Karakterisasi Genteng Polimer Berbasis Ampas Tebu dan Batu Apung Sebagai Agregat dengan Poliester dan Karet Sir 20 Sebagai Matriks
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI GENTENG POLIMER
BERBASIS AMPAS TEBU DAN BATU APUNG SEBAGAI
AGREGAT DENGAN POLIESTER DAN KARET SIR 20
SEBAGAI MATRIKS
TESIS
Oleh
TIOPAN ARUAN
117026012/FIS
PROGRAM PASCASARJANA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
M E D A N
2013
Universitas Sumatera Utara
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI GENTENG POLIMER
BERBASIS AMPAS TEBU DAN BATU APUNG SEBAGAI
AGREGAT DENGAN POLIESTER DAN KARET SIR 20
SEBAGAI MATRIKS
TESIS
Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh
gelar Magister Sains dalam Program Studi
Magister Ilmu Fisika pada Program Pascasarjana
Fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara
Oleh
TIOPAN ARUAN
117026012/FIS
PROGRAM PASCASARJANA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
M E D A N
2013
Universitas Sumatera Utara
PERNYATAAN ORISINALITAS
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI GENTENG POLIMER
BERBASIS AMPAS TEBU DAN BATU APUNG SEBAGAI
AGREGAT DENGAN POLIESTER DAN KARET SIR 20
SEBAGAI MATRIKS
TESIS
Dengan ini saya menyatakan bahwa saya mengakui semua karya tesis ini adalah
hasil kerja saya sendiri kecuali kutipan dan ringkasan yang tiap satunya telah
dijelaskan sumber dengan benar
Medan, 22 Agustus 2013
TIOPAN ARUAN
NIM: 117026012/FIS
Universitas Sumatera Utara
PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH
UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
Sebagai civitas akademika Universitas Sumatera Utara, saya yang
bertanda tangan di bawah ini:
Nama
NIM
Program Studi
Jenis Karya Ilmiah
: Tiopan Aruan
: 117026012
: Magister Ilmu Fisika
: Tesis
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberi
kepada Universitas Sumatera Utara Hak Bebas Royalti Non-Ekslusif
(Non-xlusive Royalty Free Right) atas tesis saya yang berjudul:
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI GENTENG POLIMER
BERBASIS AMPAS TEBU DAN BATU APUNG SEBAGAI
AGREGAT DENGAN POLIESTER DAN KARET SIR 20
SEBAGAI MATRIKS
Beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan hak bebas
royalti Non-ekslusif ini, Universitas Sumatera Utara Berhak
Menyimpan, mengalih media, memformat, mengelola dalam bentuk
data-base, merawat dan mempublikasi tesis saya tanpa meminta izin
dari saya tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis dan sebagai
pemegang dan atau sebagai pemilik hak cipta
Demikian penyataan ini dibuat dengan sebenarnya.
Medan, 22 Agustus 2013
Tiopan Aruan
Universitas Sumatera Utara
Telah diuji pada
Tanggal
: 22 Agustus 2013
PENITIA PENGUJI TESIS
Ketua
: Prof. Dr. Timbangen Sembiring, M.Sc
Anggota
: 1. Dr. Kerista Sebayang, M.S
2. Dr. H. Nasruddin MN, M.Eng.Sc
3. Dr. Anwar Dharma Sembiring, M.S
4. Dr. Perdinan Sinuhaji, M.S
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR RIWAYAT HIDUP
DATA PRIBADI
Nama Lengkap Berikut Gelar : Drs. Tiopan Aruan
Tempat dan Tanggal Lahir
: Medan, 10 Mei 1961
Alamat Rumah
: Jl. Multatuli No. 95 Medan
Telepon/Fax/HP
: 081396569976
E-mail
: [email protected]
Instansi Tempat Bekerja
: Dinas Pendidikan Pemuda, dan
Olahraga Kab. Deli Serdang
Alamat Kantor
: Jl. Karya Asih No. 1 Lubuk Pakam
Telepon/Fax/HP
: 061-7956623,Fax.061-7954043
DATA PENDIDIKAN
SD
: SDS Bhayangkari Medan
Tamat: 1973
SMP
: SMPN 1 Medan
Tamat: 1976
SMA
: SMAS LPSK Bandung
Tamat: 1980
Strata-1
: FKIP Universitas Sebelas Maret
Surakarta
Strata-2
Tamat: 1988
: Magister Ilmu Fisika
Universitas Sumatera Utara
Tamat: 2013
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Pertama-tama penulis panjatkan puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha
Kuasa atas berkat dan karunia-Nya sehingga tesis ini dapat diselesaikan.
Dengan selesainya tesis ini, perkenankanlah penulis mengucapkan
terimakasih yang sebesar-besarnya kepada:
1. Rektor Universitas Sumatera Utara, Prof. Dr. dr.Syahrill Pasaribu, DTM &
H, M.Sc (CTM), Sp.A(K) atas kesempatan yang diberikan kepada penulis
untuk mengikuti dan menyelesaikan pendidikan Program Magister Sains.
2. Dekan Fakultas MIPA Universitas Sumatra Utara, Dr.Sutarman, M.Sc atas
kesempatan menjadi mahasiswa Program Magister Sains pada Program
Pascasarjana Fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara.
3. Ketua Program Studi Magister Fisika, Dr.Nasruddin MN, M.Eng. Sc.
Sekertaris Program Studi Fisika, Dr. Anwar Dharma Sembiring, M.S.,
beserta seluruh Staf Pengajar pada Program Studi Magiter Fisika Program
Pascasarjana Fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara.
4. Terimakasih yang tak terhingga dan penghargaan setingi-setingginya penulis
ucapkan kepada Prof. Dr.Timbangen Sembiring, M.Sc selaku Pembimbing
Utama yang dengan penuh perhatian dan telah memberikan
dorongan,bimbingan dan arahan, demikian juga kepada Dr.Krista Sebayang,
MS, Selaku Co Pembimbing yang dengan penuh kesabaran menuntun dan
membimbing kami hingga selesai nya penelitian ini.
5. Kepada Ayahanda Almarhum Drs.M.Aruan dan Ibunda R.Br.Siagian Salam
sujud Ananda atas perhatian, nasehat kepaada saya hingga saat ini.
Pengabdian-mu tak pernah ananda lupakan.
6. Kepada istri saya Arita Marpaung yang telah mendampingi selama ini serta
anak ku tersayang Naomi dan Natan. Terimakasih atas segala pengorbanan
kalian baik berupa moril maupun materil, budi baik ini tidak dapat di balas
hanya di serahkan kepada Tuhan Yang Maha Esa.
7. Terimakasih kepada teman–teman seangkatan 2011 dan semua pihak yang
telah banyak membantu dan memberikan doa,motivasi dan semangat hingga
selesai nya tesis ini semoga ini menjadi kebangaan semua orang-orang yang
saya cintai semoga kita tetap diberi karunia-Nya dalam memanfaatkan
segala ilmu yang sudah penulis terima.
Medan, 22 Agustus 2013
Penulis
Universitas Sumatera Utara
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI GENTENG POLIMER BERBASIS
AMPAS TEBU DAN BATU APUNG SEBAGAI AGREGAT DENGAN
POLIESTER DAN KARET SIR 20 SEBAGAI MATRIKS
ABSTRAK
Penelitian ini tentang pemanfaatan serat tebu sebagai penguat dan serbuk batu
apung sebagai pengisi pada matriks poliester dan perekat karet SIR-20 dalam
pembuatan genteng polimer. Pada penelitian ini digunakan ukuran serat tebu
sekitar 1 cm dan ukuran butir serbuk batu apung sekitar 80 mesh. Proses
pencetakan dilakukan dengan teknik cetak dingin. Dari hasil pengujian sifat fisik
yang telah dilakukan didapatkan bahwa pembuatan genteng yang diisi oleh serat
tebu pada komposisi 0%, 5%, 10%, 15% dan 20%, nilai serapan air keseluruhan
sampel berkisar 1,81% hingga 6,83% telah memenuhi standar SNI – 0099 tahun
2007 (< 10%) sedangkan densitasnya berkisar 1,14 gr/cm3 hingga 1,3 gr/cm3.
Pada pengujian mekanik hasil pengujian kuat lentur, nilai kuat lentur keseluruhan
sampel berkisar 404 MPa hingga 648 MPa telah memenuhi standar ASTM D-79003 (> 172,5 MPa) dan ASTM C-580-02 (> 11,79 MPa) sedangkan nilai impak
berkisar 4,67 kJ/m2 hingga 47,11 kJ/m2 dan nilai uji tarik berkisar 1,46 MPa
hingga 2,58 MPa. Dari pengujian sifat mekanik, komposisi sampel III (10%) serat
tebu memiliki komposisi yang lebih homogen karena memiliki kenaikan yang
signifikan bahkan pada uji tarik dan kuat lentur berada pada nilai maksimum.
Pada uji DTA penambahan serat tebu pada reaksi eksotermik cenderung
menurunkan titik lebur sampel dimana pada komposisi 0% serat (sampel I) titik
lebur 480°C dan pada komposisi 20% serat (sampel V) titik lebur menjadi 410°C,
sedangkan reaksi endotermik tertinggi berada pada komposisi serat 10% (sampel
III) dengan suhu endotermik 348°C dan terendah pada komposisi 5% (sampel II)
dengan suhu 335°C. Untuk pengamatan mikrostruktur dengan SEM terlihat bahwa
komposisi sampel I terdapat banyak pori-pori yang terbentuk akibat dari karakter
batu apung. Pada komposisi mekanik terbaik (sampel terlihat adanya homogenitas
yang baik antara serat, batu apung dan perekat. Pada komposisi sampel V terlihat
terjadinya pertambahan ukuran pori-pori yang menunjukkan banyaknya ruang
kosong yang dihasilkan.
Kata kunci: genteng polimer, karet SIR-20, serbuk batu apung, serat tebu
Universitas Sumatera Utara
FABRICATION AND CHARACTERIZATION OF POLYMER TILE
BASED ON BAGGASE AND PUMICE AS AGREGAT WITH
POLYESTER AND RUBBER SIR 20 FUNCTIONED AS MATRIX
This research on the use of bagasse fiber as reinforcement and pumice powder as
a filler in the polyester matrix and adhesive rubber SIR-20 in an manufacture
polymer tile. This research method using physical test form (test water absorption,
density test), mechanical test form (impact test, tensile test, bending test), thermal
test / DTA form (heat absorption), micro structure (SEM). From the results of the
physical properties testing that has been done shows that the manufacture of tiles
filled by the cane fiber in the composition of 0%, 5%, 10%, 15% and 20%, water
absorption value of total samples ranging from 1,81% to 6,83% has been meet the
standards of ISO-0099 of 2007 ( 172,5 MPa) and ASTM C-580-02 (> 11,79 MPa)
while The impact value ranges from 4.67 kJ/m2 to 47.11 kJ/m2 and tensile test
values ranging from 1,46 MPa to 2,58 MPa. From the mechanical properties
testing, the sample composition III (10%) of sugarcane fiber has more
homogeneous composition because it has increased significantly even on tensile
test and bending strength is at its maximum value. In the test DTA addition of
cane fiber in an exothermic reaction tends to lower the melting point of samples
where the composition of 0% fiber (sample I) a melting point of 480°C and at a
composition of 20% fiber (sample V) melting point to 410°C, while the
endothermic reaction highs located on the fiber composition of 10% (sample III)
with an endothermic temperature of 348°C and the lowest on the composition of
5% (sample II) with a temperature of 335°C. For microstructure with SEM
observation shows that the composition of the sample I found a lot of pores
formed as a result of the character of pumice. On the composition of the best
mechanics (sample shown their good homogeneity between the fibers, pumice and
adhesives. On the composition of the sample V seen the increase pore size which
indicates the number of vacant space is generated. The addition of baggese cane
fiber as filler has limited capacity in which the physical properties of an absorbent
only water that meets ISO standards 0099 2007 (16.67%) with a maximum test
results obtained (6.8%). The density is still below the standard value of
commercial tile (1.5 g / cm3) with density values maxim um (1.3 g / cm3) and a
mechanical test only test of flexural strength which meets the standard ASTM D
790-03 (172, 5 MPa) with a maximum value of 648 MPa.
Keywords : tile polymers, rubber SIR-20, pumice powder, sugar cane fiber
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Halaman
KATA PENGANTAR ...................................................................................
i
ABSTRAK .....................................................................................................
ii
ABSTRACT ....................................................................................................
iii
DAFTAR ISI ..................................................................................................
iv
DAFTAR TABEL ......................................................................................... vii
DAFTAR GAMBAR ..................................................................................... viii
DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................
ix
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang .........................................................................
1.2 Rumusan Masalah ..................................................................
1.3 Tujuan Penelitian .....................................................................
1.4 Batasan Masalah ......................................................................
1.5 Manfaat Penelitian ..................................................................
1.6 Sistematika Penulisan ..............................................................
1
2
2
3
3
3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Limbah .....................................................................................
2.1.1 Pengertian Limbah .........................................................
2.1.2 Jenis-jenis Limbah .........................................................
2.2 Polimer ....................................................................................
2.3 Pengertian Komposit ...............................................................
2.3.1 Klasifikasi Komposit ......................................................
2.3.2 Faktor Ikatan Matriks-Serat ............................................
2.3.3 Faktor Ikatan Matriks-Pengisi ........................................
2.3.4 Pembebanan ....................................................................
2.4 Genteng ....................................................................................
2.4.1 Genteng Beton ...............................................................
2.4.2 Genteng Metal ................................................................
2.4.3 Genteng Keramik ............................................................
2.4.4 Genteng Polimer ..............................................................
2.5 Syarat dan Mutu Genteng .........................................................
5
5
5
6
6
9
12
12
13
14
15
16
16
17
17
2.6 Tebu ............................................................................................
2.6.1 Morfologi Tanaman Tebu ..............................................
2.6.2 Ampas tebu .......................................................................
2.6.3 Pemanfaatan Serat Ampas Tebu ....................................
2.6.4 Komponen Penyusun Serat Tebu .................................
2.7 Poliester ......................................................................................
2.8 Katalis .........................................................................................
2.9 Karet .............................................................................................
18
19
19
20
21
22
23
23
2.9.1 Sifat-sifat Karet .............................................................
24
Universitas Sumatera Utara
2.10 Batu Apung ............................................................................
26
2.11 Pengujian Sifat Fisis ................................................................
27
2.11.1 Pengujian Densitas ....................................................
27
2.11.2 Serapan Air .................................................................
28
2.12 Pengujian Mekanik ................................................................
29
2.12.1 Pengujian Kuat Lentur ...............................................
29
2.12.2 Pengujian Impak .........................................................
30
2.12.3 Pengujian Kuat Tarik ..................................................
31
2.13 Thermal Analyzer (DTA) .......................................................
2.14 Struktur Mikro .........................................................................
33
35
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian...................................................
3.2 Alat dan bahan ...........................................................................
37
37
3.2.1 Peralatan yang digunakan dalam Pembuatan Sampel ....
37
3.2.2 Bahan yang digunakan dalam penelitian ........................
38
3.3 Prosedur Penelitian ...................................................................
3.4 Diagram Alir Penelitian ............................................................
3.5 Pengujian Sampel ......................................................................
3.5.1 Pengujian Densitas (Density) .........................................
3.5.2 Pengujian Serapan air ......................................................
3.5.3 Pengujian Impak ..............................................................
3.5.4 Pengujian Tarik ................................................................
38
41
44
44
44
44
45
3.5.5 Pengujian Kuat Lentur ....................................................
3.5.6 Pengujian Termal dengan DTA ......................................
3.5.7 Pengujian SEM ...............................................................
46
46
47
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Sifat Fisis ...............................................................
4.1.1 Densitas ..........................................................................
4.1.2 Serapan air ......................................................................
4.2 Sifat mekanik .........................................................
4.2.1 Uji Impak ........................................................................
4.2.2 Uji Tarik .........................................................................
4.2.3 Uji Kuat Lentur ...............................................................
4.3 Uji DTA ..................................................................
48
48
50
51
51
52
53
54
Universitas Sumatera Utara
4.4 Mikrostruktur .......................................................
59
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan ..............................................................................
5.2 Saran .....................................................................
62
62
DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................
LAMPIRAN I .................................................................................................
LAMPIRAN II ................................................................................................
63
65
69
BAB V
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Nomor
Judul
Halaman
Tabel
2.1
Keunggulan dan kekurangan Komposit Komersial
7
2.2
Komposisi Kandungan Tebu
18
2.3
Komponen Penyusun Sabut Ampas Tebu
21
2.4
Senyawa Kimia dalam Ampas Tebu
21
2.5
Perbandingan Karet Alam dan yang telah divulkanisasi
25
2.6
Komposisi Kimia Batu Apung
27
2.7
Reaksi Endotermik dan Eksotermik Bahan
35
3.1
Komposisi Bahan dari Berat Total
40
4.1
Komposisi Bahan pada Variasi Sampel
48
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Nomor
Judul
Halaman
Gambar
2.1
Komposisi Komposit
7
2.2
Struktur Bagan Komposit
10
2.3
Agregat Batu Apung
26
2.4
Pembebanan Pengujian Kuat Lentur
29
2.5
Ilustrasi Skematis Pengujian Impak dengan Benda Uji Charpy
30
2.6
Skema Alat Pengujian Tarik dengan UTM
31
2.7
Kurva Tegangan Regangan Teknik
32
2.8
Sistem Pemanasan dalam Tungku DTA
34
2.9
Kurva Ideal Diferensial Thermal Analysis DTA
34
3.1
Diagram Alir Proses Preparasi Serat Tebu
41
3.2
Diagram Alir Pembentukan Matriks dan Serbuk Batu Apung
42
3.3
Diagram Alir Pencetakan Sampel
43
3.4
Diagram Alir Pengujian Sampel
43
3.5
Model Spesimen Pengujian Tarik
45
4.1
Hubungan Desitas -vs- Komposisi Sampel
49
4.2
Hubungan Serapan Air -vs- Sampel
50
4.3
Hubungan Uji Impak -vs- Sampel
51
4.4
Hubungan Uji Tarik -vs- Komposisi Sampel
52
4.5
Grafik Uji Kuat Lentur -vs- Komposisi Sampel
53
Universitas Sumatera Utara
4.6
Grafik DTA Komposisi Sampel I
54
4.7
Grafik DTA Komposisi Sampel II
55
4.8
Grafik DTA Komposisi Sampel III
56
4.9
Grafik DTA Komposisi Sampel IV
57
4.10
Grafik DTA Komposisi Sampel V
58
4.11
Morfologi SEM pada sampel I dengan pembesaran 500 X
59
4.12
Morfologi SEM pada sampel III dengan pembesaran 500 X
60
4.13
Morfologi SEM pada sampel V dengan pembesaran 500 X
60
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor
Judul
Halaman
Lampiran
I
Metode Perhitungan
65
II
Gambar-gambar Perangkat Pembuatan Sampel dan Pengujian
69
sampel
Universitas Sumatera Utara
BERBASIS AMPAS TEBU DAN BATU APUNG SEBAGAI
AGREGAT DENGAN POLIESTER DAN KARET SIR 20
SEBAGAI MATRIKS
TESIS
Oleh
TIOPAN ARUAN
117026012/FIS
PROGRAM PASCASARJANA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
M E D A N
2013
Universitas Sumatera Utara
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI GENTENG POLIMER
BERBASIS AMPAS TEBU DAN BATU APUNG SEBAGAI
AGREGAT DENGAN POLIESTER DAN KARET SIR 20
SEBAGAI MATRIKS
TESIS
Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh
gelar Magister Sains dalam Program Studi
Magister Ilmu Fisika pada Program Pascasarjana
Fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara
Oleh
TIOPAN ARUAN
117026012/FIS
PROGRAM PASCASARJANA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
M E D A N
2013
Universitas Sumatera Utara
PERNYATAAN ORISINALITAS
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI GENTENG POLIMER
BERBASIS AMPAS TEBU DAN BATU APUNG SEBAGAI
AGREGAT DENGAN POLIESTER DAN KARET SIR 20
SEBAGAI MATRIKS
TESIS
Dengan ini saya menyatakan bahwa saya mengakui semua karya tesis ini adalah
hasil kerja saya sendiri kecuali kutipan dan ringkasan yang tiap satunya telah
dijelaskan sumber dengan benar
Medan, 22 Agustus 2013
TIOPAN ARUAN
NIM: 117026012/FIS
Universitas Sumatera Utara
PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH
UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
Sebagai civitas akademika Universitas Sumatera Utara, saya yang
bertanda tangan di bawah ini:
Nama
NIM
Program Studi
Jenis Karya Ilmiah
: Tiopan Aruan
: 117026012
: Magister Ilmu Fisika
: Tesis
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberi
kepada Universitas Sumatera Utara Hak Bebas Royalti Non-Ekslusif
(Non-xlusive Royalty Free Right) atas tesis saya yang berjudul:
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI GENTENG POLIMER
BERBASIS AMPAS TEBU DAN BATU APUNG SEBAGAI
AGREGAT DENGAN POLIESTER DAN KARET SIR 20
SEBAGAI MATRIKS
Beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan hak bebas
royalti Non-ekslusif ini, Universitas Sumatera Utara Berhak
Menyimpan, mengalih media, memformat, mengelola dalam bentuk
data-base, merawat dan mempublikasi tesis saya tanpa meminta izin
dari saya tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis dan sebagai
pemegang dan atau sebagai pemilik hak cipta
Demikian penyataan ini dibuat dengan sebenarnya.
Medan, 22 Agustus 2013
Tiopan Aruan
Universitas Sumatera Utara
Telah diuji pada
Tanggal
: 22 Agustus 2013
PENITIA PENGUJI TESIS
Ketua
: Prof. Dr. Timbangen Sembiring, M.Sc
Anggota
: 1. Dr. Kerista Sebayang, M.S
2. Dr. H. Nasruddin MN, M.Eng.Sc
3. Dr. Anwar Dharma Sembiring, M.S
4. Dr. Perdinan Sinuhaji, M.S
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR RIWAYAT HIDUP
DATA PRIBADI
Nama Lengkap Berikut Gelar : Drs. Tiopan Aruan
Tempat dan Tanggal Lahir
: Medan, 10 Mei 1961
Alamat Rumah
: Jl. Multatuli No. 95 Medan
Telepon/Fax/HP
: 081396569976
: [email protected]
Instansi Tempat Bekerja
: Dinas Pendidikan Pemuda, dan
Olahraga Kab. Deli Serdang
Alamat Kantor
: Jl. Karya Asih No. 1 Lubuk Pakam
Telepon/Fax/HP
: 061-7956623,Fax.061-7954043
DATA PENDIDIKAN
SD
: SDS Bhayangkari Medan
Tamat: 1973
SMP
: SMPN 1 Medan
Tamat: 1976
SMA
: SMAS LPSK Bandung
Tamat: 1980
Strata-1
: FKIP Universitas Sebelas Maret
Surakarta
Strata-2
Tamat: 1988
: Magister Ilmu Fisika
Universitas Sumatera Utara
Tamat: 2013
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Pertama-tama penulis panjatkan puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha
Kuasa atas berkat dan karunia-Nya sehingga tesis ini dapat diselesaikan.
Dengan selesainya tesis ini, perkenankanlah penulis mengucapkan
terimakasih yang sebesar-besarnya kepada:
1. Rektor Universitas Sumatera Utara, Prof. Dr. dr.Syahrill Pasaribu, DTM &
H, M.Sc (CTM), Sp.A(K) atas kesempatan yang diberikan kepada penulis
untuk mengikuti dan menyelesaikan pendidikan Program Magister Sains.
2. Dekan Fakultas MIPA Universitas Sumatra Utara, Dr.Sutarman, M.Sc atas
kesempatan menjadi mahasiswa Program Magister Sains pada Program
Pascasarjana Fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara.
3. Ketua Program Studi Magister Fisika, Dr.Nasruddin MN, M.Eng. Sc.
Sekertaris Program Studi Fisika, Dr. Anwar Dharma Sembiring, M.S.,
beserta seluruh Staf Pengajar pada Program Studi Magiter Fisika Program
Pascasarjana Fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara.
4. Terimakasih yang tak terhingga dan penghargaan setingi-setingginya penulis
ucapkan kepada Prof. Dr.Timbangen Sembiring, M.Sc selaku Pembimbing
Utama yang dengan penuh perhatian dan telah memberikan
dorongan,bimbingan dan arahan, demikian juga kepada Dr.Krista Sebayang,
MS, Selaku Co Pembimbing yang dengan penuh kesabaran menuntun dan
membimbing kami hingga selesai nya penelitian ini.
5. Kepada Ayahanda Almarhum Drs.M.Aruan dan Ibunda R.Br.Siagian Salam
sujud Ananda atas perhatian, nasehat kepaada saya hingga saat ini.
Pengabdian-mu tak pernah ananda lupakan.
6. Kepada istri saya Arita Marpaung yang telah mendampingi selama ini serta
anak ku tersayang Naomi dan Natan. Terimakasih atas segala pengorbanan
kalian baik berupa moril maupun materil, budi baik ini tidak dapat di balas
hanya di serahkan kepada Tuhan Yang Maha Esa.
7. Terimakasih kepada teman–teman seangkatan 2011 dan semua pihak yang
telah banyak membantu dan memberikan doa,motivasi dan semangat hingga
selesai nya tesis ini semoga ini menjadi kebangaan semua orang-orang yang
saya cintai semoga kita tetap diberi karunia-Nya dalam memanfaatkan
segala ilmu yang sudah penulis terima.
Medan, 22 Agustus 2013
Penulis
Universitas Sumatera Utara
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI GENTENG POLIMER BERBASIS
AMPAS TEBU DAN BATU APUNG SEBAGAI AGREGAT DENGAN
POLIESTER DAN KARET SIR 20 SEBAGAI MATRIKS
ABSTRAK
Penelitian ini tentang pemanfaatan serat tebu sebagai penguat dan serbuk batu
apung sebagai pengisi pada matriks poliester dan perekat karet SIR-20 dalam
pembuatan genteng polimer. Pada penelitian ini digunakan ukuran serat tebu
sekitar 1 cm dan ukuran butir serbuk batu apung sekitar 80 mesh. Proses
pencetakan dilakukan dengan teknik cetak dingin. Dari hasil pengujian sifat fisik
yang telah dilakukan didapatkan bahwa pembuatan genteng yang diisi oleh serat
tebu pada komposisi 0%, 5%, 10%, 15% dan 20%, nilai serapan air keseluruhan
sampel berkisar 1,81% hingga 6,83% telah memenuhi standar SNI – 0099 tahun
2007 (< 10%) sedangkan densitasnya berkisar 1,14 gr/cm3 hingga 1,3 gr/cm3.
Pada pengujian mekanik hasil pengujian kuat lentur, nilai kuat lentur keseluruhan
sampel berkisar 404 MPa hingga 648 MPa telah memenuhi standar ASTM D-79003 (> 172,5 MPa) dan ASTM C-580-02 (> 11,79 MPa) sedangkan nilai impak
berkisar 4,67 kJ/m2 hingga 47,11 kJ/m2 dan nilai uji tarik berkisar 1,46 MPa
hingga 2,58 MPa. Dari pengujian sifat mekanik, komposisi sampel III (10%) serat
tebu memiliki komposisi yang lebih homogen karena memiliki kenaikan yang
signifikan bahkan pada uji tarik dan kuat lentur berada pada nilai maksimum.
Pada uji DTA penambahan serat tebu pada reaksi eksotermik cenderung
menurunkan titik lebur sampel dimana pada komposisi 0% serat (sampel I) titik
lebur 480°C dan pada komposisi 20% serat (sampel V) titik lebur menjadi 410°C,
sedangkan reaksi endotermik tertinggi berada pada komposisi serat 10% (sampel
III) dengan suhu endotermik 348°C dan terendah pada komposisi 5% (sampel II)
dengan suhu 335°C. Untuk pengamatan mikrostruktur dengan SEM terlihat bahwa
komposisi sampel I terdapat banyak pori-pori yang terbentuk akibat dari karakter
batu apung. Pada komposisi mekanik terbaik (sampel terlihat adanya homogenitas
yang baik antara serat, batu apung dan perekat. Pada komposisi sampel V terlihat
terjadinya pertambahan ukuran pori-pori yang menunjukkan banyaknya ruang
kosong yang dihasilkan.
Kata kunci: genteng polimer, karet SIR-20, serbuk batu apung, serat tebu
Universitas Sumatera Utara
FABRICATION AND CHARACTERIZATION OF POLYMER TILE
BASED ON BAGGASE AND PUMICE AS AGREGAT WITH
POLYESTER AND RUBBER SIR 20 FUNCTIONED AS MATRIX
This research on the use of bagasse fiber as reinforcement and pumice powder as
a filler in the polyester matrix and adhesive rubber SIR-20 in an manufacture
polymer tile. This research method using physical test form (test water absorption,
density test), mechanical test form (impact test, tensile test, bending test), thermal
test / DTA form (heat absorption), micro structure (SEM). From the results of the
physical properties testing that has been done shows that the manufacture of tiles
filled by the cane fiber in the composition of 0%, 5%, 10%, 15% and 20%, water
absorption value of total samples ranging from 1,81% to 6,83% has been meet the
standards of ISO-0099 of 2007 ( 172,5 MPa) and ASTM C-580-02 (> 11,79 MPa)
while The impact value ranges from 4.67 kJ/m2 to 47.11 kJ/m2 and tensile test
values ranging from 1,46 MPa to 2,58 MPa. From the mechanical properties
testing, the sample composition III (10%) of sugarcane fiber has more
homogeneous composition because it has increased significantly even on tensile
test and bending strength is at its maximum value. In the test DTA addition of
cane fiber in an exothermic reaction tends to lower the melting point of samples
where the composition of 0% fiber (sample I) a melting point of 480°C and at a
composition of 20% fiber (sample V) melting point to 410°C, while the
endothermic reaction highs located on the fiber composition of 10% (sample III)
with an endothermic temperature of 348°C and the lowest on the composition of
5% (sample II) with a temperature of 335°C. For microstructure with SEM
observation shows that the composition of the sample I found a lot of pores
formed as a result of the character of pumice. On the composition of the best
mechanics (sample shown their good homogeneity between the fibers, pumice and
adhesives. On the composition of the sample V seen the increase pore size which
indicates the number of vacant space is generated. The addition of baggese cane
fiber as filler has limited capacity in which the physical properties of an absorbent
only water that meets ISO standards 0099 2007 (16.67%) with a maximum test
results obtained (6.8%). The density is still below the standard value of
commercial tile (1.5 g / cm3) with density values maxim um (1.3 g / cm3) and a
mechanical test only test of flexural strength which meets the standard ASTM D
790-03 (172, 5 MPa) with a maximum value of 648 MPa.
Keywords : tile polymers, rubber SIR-20, pumice powder, sugar cane fiber
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Halaman
KATA PENGANTAR ...................................................................................
i
ABSTRAK .....................................................................................................
ii
ABSTRACT ....................................................................................................
iii
DAFTAR ISI ..................................................................................................
iv
DAFTAR TABEL ......................................................................................... vii
DAFTAR GAMBAR ..................................................................................... viii
DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................
ix
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang .........................................................................
1.2 Rumusan Masalah ..................................................................
1.3 Tujuan Penelitian .....................................................................
1.4 Batasan Masalah ......................................................................
1.5 Manfaat Penelitian ..................................................................
1.6 Sistematika Penulisan ..............................................................
1
2
2
3
3
3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Limbah .....................................................................................
2.1.1 Pengertian Limbah .........................................................
2.1.2 Jenis-jenis Limbah .........................................................
2.2 Polimer ....................................................................................
2.3 Pengertian Komposit ...............................................................
2.3.1 Klasifikasi Komposit ......................................................
2.3.2 Faktor Ikatan Matriks-Serat ............................................
2.3.3 Faktor Ikatan Matriks-Pengisi ........................................
2.3.4 Pembebanan ....................................................................
2.4 Genteng ....................................................................................
2.4.1 Genteng Beton ...............................................................
2.4.2 Genteng Metal ................................................................
2.4.3 Genteng Keramik ............................................................
2.4.4 Genteng Polimer ..............................................................
2.5 Syarat dan Mutu Genteng .........................................................
5
5
5
6
6
9
12
12
13
14
15
16
16
17
17
2.6 Tebu ............................................................................................
2.6.1 Morfologi Tanaman Tebu ..............................................
2.6.2 Ampas tebu .......................................................................
2.6.3 Pemanfaatan Serat Ampas Tebu ....................................
2.6.4 Komponen Penyusun Serat Tebu .................................
2.7 Poliester ......................................................................................
2.8 Katalis .........................................................................................
2.9 Karet .............................................................................................
18
19
19
20
21
22
23
23
2.9.1 Sifat-sifat Karet .............................................................
24
Universitas Sumatera Utara
2.10 Batu Apung ............................................................................
26
2.11 Pengujian Sifat Fisis ................................................................
27
2.11.1 Pengujian Densitas ....................................................
27
2.11.2 Serapan Air .................................................................
28
2.12 Pengujian Mekanik ................................................................
29
2.12.1 Pengujian Kuat Lentur ...............................................
29
2.12.2 Pengujian Impak .........................................................
30
2.12.3 Pengujian Kuat Tarik ..................................................
31
2.13 Thermal Analyzer (DTA) .......................................................
2.14 Struktur Mikro .........................................................................
33
35
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian...................................................
3.2 Alat dan bahan ...........................................................................
37
37
3.2.1 Peralatan yang digunakan dalam Pembuatan Sampel ....
37
3.2.2 Bahan yang digunakan dalam penelitian ........................
38
3.3 Prosedur Penelitian ...................................................................
3.4 Diagram Alir Penelitian ............................................................
3.5 Pengujian Sampel ......................................................................
3.5.1 Pengujian Densitas (Density) .........................................
3.5.2 Pengujian Serapan air ......................................................
3.5.3 Pengujian Impak ..............................................................
3.5.4 Pengujian Tarik ................................................................
38
41
44
44
44
44
45
3.5.5 Pengujian Kuat Lentur ....................................................
3.5.6 Pengujian Termal dengan DTA ......................................
3.5.7 Pengujian SEM ...............................................................
46
46
47
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Sifat Fisis ...............................................................
4.1.1 Densitas ..........................................................................
4.1.2 Serapan air ......................................................................
4.2 Sifat mekanik .........................................................
4.2.1 Uji Impak ........................................................................
4.2.2 Uji Tarik .........................................................................
4.2.3 Uji Kuat Lentur ...............................................................
4.3 Uji DTA ..................................................................
48
48
50
51
51
52
53
54
Universitas Sumatera Utara
4.4 Mikrostruktur .......................................................
59
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan ..............................................................................
5.2 Saran .....................................................................
62
62
DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................
LAMPIRAN I .................................................................................................
LAMPIRAN II ................................................................................................
63
65
69
BAB V
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Nomor
Judul
Halaman
Tabel
2.1
Keunggulan dan kekurangan Komposit Komersial
7
2.2
Komposisi Kandungan Tebu
18
2.3
Komponen Penyusun Sabut Ampas Tebu
21
2.4
Senyawa Kimia dalam Ampas Tebu
21
2.5
Perbandingan Karet Alam dan yang telah divulkanisasi
25
2.6
Komposisi Kimia Batu Apung
27
2.7
Reaksi Endotermik dan Eksotermik Bahan
35
3.1
Komposisi Bahan dari Berat Total
40
4.1
Komposisi Bahan pada Variasi Sampel
48
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Nomor
Judul
Halaman
Gambar
2.1
Komposisi Komposit
7
2.2
Struktur Bagan Komposit
10
2.3
Agregat Batu Apung
26
2.4
Pembebanan Pengujian Kuat Lentur
29
2.5
Ilustrasi Skematis Pengujian Impak dengan Benda Uji Charpy
30
2.6
Skema Alat Pengujian Tarik dengan UTM
31
2.7
Kurva Tegangan Regangan Teknik
32
2.8
Sistem Pemanasan dalam Tungku DTA
34
2.9
Kurva Ideal Diferensial Thermal Analysis DTA
34
3.1
Diagram Alir Proses Preparasi Serat Tebu
41
3.2
Diagram Alir Pembentukan Matriks dan Serbuk Batu Apung
42
3.3
Diagram Alir Pencetakan Sampel
43
3.4
Diagram Alir Pengujian Sampel
43
3.5
Model Spesimen Pengujian Tarik
45
4.1
Hubungan Desitas -vs- Komposisi Sampel
49
4.2
Hubungan Serapan Air -vs- Sampel
50
4.3
Hubungan Uji Impak -vs- Sampel
51
4.4
Hubungan Uji Tarik -vs- Komposisi Sampel
52
4.5
Grafik Uji Kuat Lentur -vs- Komposisi Sampel
53
Universitas Sumatera Utara
4.6
Grafik DTA Komposisi Sampel I
54
4.7
Grafik DTA Komposisi Sampel II
55
4.8
Grafik DTA Komposisi Sampel III
56
4.9
Grafik DTA Komposisi Sampel IV
57
4.10
Grafik DTA Komposisi Sampel V
58
4.11
Morfologi SEM pada sampel I dengan pembesaran 500 X
59
4.12
Morfologi SEM pada sampel III dengan pembesaran 500 X
60
4.13
Morfologi SEM pada sampel V dengan pembesaran 500 X
60
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor
Judul
Halaman
Lampiran
I
Metode Perhitungan
65
II
Gambar-gambar Perangkat Pembuatan Sampel dan Pengujian
69
sampel
Universitas Sumatera Utara