Pengaruh Penambahan Bentonit Termodifikasi Sebagai Pengisi Terhadap Sifat Mekanik dan Penyerapan Air Pada Komposit Epoksi

PENGARUH PENAMBAHAN BENTONIT TERMODIFIKASI
SEBAGAI PENGISI TERHADAP SIFAT MEKANIK
DAN PENYERAPAN AIR PADA KOMPOSIT
EPOKSI

SKRIPSI

Oleh

ALVIAN
120405031

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
SEPTEMBER 2016

Universitas Sumatera Utara

PENGARUH PENAMBAHAN BENTONIT TERMODIFIKASI
SEBAGAI PENGISI TERHADAP SIFAT MEKANIK

DAN PENYERAPAN AIR PADA KOMPOSIT
EPOKSI

SKRIPSI

Oleh

ALVIAN
120405031

SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN
PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
SEPTEMBER 2016

Universitas Sumatera Utara


PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul:

PENGARUH PENAMBAHAN BENTONIT TERMODIFIKASI SEBAGAI
PENGISI TERHADAP SIFAT MEKANIK DAN PENYERAPAN AIR
PADA KOMPOSIT EPOKSI

yang dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada
Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, sejauh
yang saya ketahui bukan merupakan tiruan atau duplikasi dari skripsi yang sudah
dipublikasikan dan atau pernah dipakai untk mendapatkan gelar kesarjanaan di
lingkungan Universitas Sumatera Utara maupun di Perguruan Tinggi atau instansi
manapun, kecuali bagian yang sumber informasinya dicantumkan sebagaimana
mestinya.

Medan,

September 2016

Alvian

NIM 120405031

i
Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas limpahan rahmat dan
karunia-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan
Skripsi dengan judul “Pengaruh Penambahan Bentonit Termodifikasi Sebagai
Pengisi Terhadap Sifat Mekanik dan Penyerapan Air Pada Komposit Epoksi”,
berdasarkan hasil penelitian yang penulis lakukan di Departemen Teknik Kimia
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini merupakan salah satu
syarat untuk mendapatkan gelar sarjana teknik.

Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberi gambaran kepada dunia industry
tentang pemanfaatan bentonit untuk dijadikan pengisi dalam pembuatan komposit
epoksi sehinggap didapat produk yang lebih baik.


Selama melakukan penelitian sampai penulisan skripsi ini, penulis banyak
mendapat bantuan dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan
terimakasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada:
1. Ibu Dr. Ir. Iriany, M.Si, selaku Dosen Pembimbing atas kesabarannya
dalam membimbing penulis pada penyusunan dan penulisan skripsi ini.
2. Ibu Dr.Maulida, S.T., M.Sc. selaku Dosen Penguji I yang telah
memberikan saran dan masukan yang membangun dalam penulisan skripsi
ini.
3. Ibu Dr.Halimatuddahliana, ST, M.T. selaku Dosen Penguji II yang telah
memberikan saran dan masukan yang membangun dalam penulisan skripsi
ini serta memberikan izin bagi penulis untuk menggunakan alat pengujian
mekanik.
4. Ibu Ir. Renita Manurung, M.T selaku Koordinator Penelitian Departemen
Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara
5. Bapak Dr. Eng. Ir. Irvan, M.Si selaku ketua Departemen Teknik Kimia,
Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
6. Seluruh Dosen/Staf Pengajar dan Pegawai Administrasi Departemen
Teknik Kimia.

iii

Universitas Sumatera Utara

7. Kenrick, selaku partner penelitian penulis.
8. Billy Tanujaya, yang telah membantu penulis dalam pengujian sampel
penelitian penulis.
9. Sukardi, yang telah memberikan saran dan kritik dalam penulisan skripsi
penulis.
10. Teman-teman stambuk 2012 yang tidak dapat penulis namanya satu
persatu.

Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna oleh karena itu
penulis mengharapkan saran dan masukan demi kesempurnaan skripsi ini.
Semoga skripsi ini memberikan manfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan.

Medan,

Agustus 2016

Penulis


Alvian

iv
Universitas Sumatera Utara

DEDIKASI
Skripsi ini saya persembahkan untuk :
Bapak & Ibu tercinta
Bapak Enghok Darwin dan Ibu Imelda
Mereka adalah orang tua hebat yang telah membesarkan dan
mendidikku dengan penuh kasih sayang
Terima kasih atas pengorbanan, nasehat dan do’a yang tiada hentinya
kalian berikan kepadaku selama ini

v
Universitas Sumatera Utara

RIWAYAT HIDUP PENULIS
Nama: Alvian
NIM: 120405031

Tempat/Tgl. Lahir: Medan, 02 Agustus 1994
Nama orang tua: Enghok Darwin & Imelda
Alamat orang tua:
Jalan Gaharu Gg. Parmin No. 15/3D

Asal Sekolah



TK Swasta Methodist-3 Medan, tahun 1999-2001



SMP Swasta Methodist-3 Medan, tahun 2007-2009



SD Swasta Methodist-3 Medan, tahun 2001-2007

SMA Swasta Methodist-3 Medan, tahun 2009-2012


Pengalaman Organisasi/ Kerja:
1. Asisten Lab.PIK tahun 2015-2016 modul Reaktor Fasa Cair, Pembuatan
dan Analisa Mutu Pulp, Resin Urea Formaldehid, dan Esterifikasi

vi
Universitas Sumatera Utara

ABSTRAK
Pada penelitian ini telah dilakukan pembuatan komposit epoksi berpengisi bentonit
termodifikasi. Kajian tentang pemanfaatan bentonit termodifikasi sebagai pengisi di
dalam matriks epoksi telah dilakukan dengan tujuan untuk mendapatkan komposisi
pengisi bentonit termodifikasi di dalam komposit epoksi dalam menghasilkan sifat
mekanik seperti kekuatan tarik (tensile strength), kekuatan bentur (impact strength),
serta penyerapan air (water absorption) yang terbaik. Dalam penelitian ini, resin
epoksi dicampurkan dengan bentonit yang telah dimodifikasi dengan menggunakan
surfaktan Cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) dengan variasi konsentrasi
CTAB sebesar 0,05M, 0,1M, dan 0,15M serta ditambahkan TiO 2 dalam modifikasi
bentonit sebagai pengisi. Dalam penelitian ini resin epoksi dicampurkan dengan
bentonit termodifikasi dengan komposisi pengisi sebesar 5%, 10%, 15%, dan 20%

dari berat komposit dengan menggunakan metoda hand lay-up. Dari hasil
karakterisasi FTIR diperoleh bahwa ikatan antara matriks dan pengisi yang
dihasilkan hanya ikatan antar muka antara pengisi dengan matriks. Hasil pengujian
sifat-sifat mekanik menunjukkan bahwa, pada komposisi pengisi sebesar 5% dengan
konsentrasi surfaktan sebesar 0,1 M; diperoleh kekuatan tarik dan impak maksimum
sebesar 33,667 MPa untuk kekuatan tarik dan 12564,9 J/m2 untuk kekuatan bentur.
Hasil uji mekanik selanjutnya didukung oleh analisa scanning electron microscopy
(SEM). Pada uji daya serap air, kekuatan penyerapan air meningkat seiring
bertambahnya komposisi pengisi.

Kata kunci : resin epoksi, bentonit, sifat mekanik, penyerapan air, hand lay-up

vii
Universitas Sumatera Utara

ABSTRACT
This research has carried out the manufacture of epoxy-modified bentonite
composite. Research about the usage of modified bentonite as filler in epoxy has
been done for the purpose of getting the best composition of modified bentonite as
filler at epoxy composite in getting the best of the mechanical properties such as

tensile strength, impact strength and the water absorption. In this research, epoxy
resin
mixed
with
bentonite
which
have
been
modified
using
Cetyltrimethylammonium Bromide (CTAB) surfactant with various concentrations
by 0,05, 0,1, and 0,15M and added Titanium Dioxide (TiO2) at the modification of
bentonite as filler. In this research, epoxy resin was mixed with modified bentonite
with the filler composition by 5%, 10%, 15%, and 20% of the weight of the
composite with hand lay-up method. From the FTIR characterization result obtained
that the bond between matrix and the filler produced only interfacial bonding
between the matrix and the filler. Result of testing the mechanical properties indicate
that, on the composition of the filler 5% with 0,1M of surfactant concentration
obtained the maximum value of tensile strength with 33,667 MPa and maximum
value of impact strength with 12564,9 J/m2. The results of mechanical properties

tests was further supported by analysis of Scaning Electron Microscopy (SEM). On
the test of water absorption, the water absorption capacity increased along with the
increased of filler composition.

Keywords : epoxy resin, bentonite, mechanical properties, water absorption,
hand lay-up

viii
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR ISI
Halaman
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI

i

PENGESAHAN

ii

PRAKATA

iii

DEDIKASI

v

RIWAYAT HIDUP PENULIS

vi

ABSTRAK

vii

ABSTRACT

viii

DAFTAR ISI

ix

DAFTAR GAMBAR

xii

DAFTAR TABEL

xiv

DAFTAR LAMPIRAN

xv

DAFTAR SIMBOL
BAB I

BAB II

xvi

PENDAHULUAN

1

1.1 Latar Belakang

1

1.2 Perumusan Masalah

3

1.3 Tujuan Penelitian

4

1.4 Manfaat Penelitian

4

1.5 Ruang Lingkup Penelitian

4

TINJAUAN PUSTAKA

6

2.1 Bahan Komposit

6

2.2 Antarmuka dan Antarfasa

6

2.3 Resin Epoksi

7

2.4 Bentonit

8

2.5 Surfaktan

9

2.6 Cetyltrimethylammonium Bromida (CTAB)

11

2.7 Titanium Dioksida

12

2.7 Aplikasi Produk Komposit

13

2.8 Metoda Penyediaan Komposit

13

2.9 Pengujian/ Karakterisasi Bahan Komposit

14

2.9.1 Analisa Kekuatan Tarik (Tensile Strength)

14

ix
Universitas Sumatera Utara

BAB III

2.9.2 Analisa Kekuatan Bentur (Impact Strength)

14

2.9.3 Analisa Penyerapan Air Oleh Komposit

16

2.9.4 Karakterisasi Fourier-Transform Infra-Red

16

2.9.5 Analisa Scanning Electron Microscopy

16

2.10 Aplikasi Produk Komposit

17

METODOLOGI PENELITIAN

18

3.1 Lokasi Penelitian

18

3.2 Bahan dan Peralatan

18

3.2.1 Bahan

18

3.2.2 Peralatan

19

3.3 Prosedur Penelitian

19

3.3.1 Prosedur Modifikasi Bentonit

19

3.3.2 Penyediaan Pengisi

20

3.3.3 Penyediaan Komposit Berpengisi Bentonit Termodifikasi 20

BAB IV

3.4 Pengujian Komposit

22

PEMBAHASAN

25

4.1 KARAKTERISTIK FTIR (FOURIER TRANSFORM INFRA RED )
RESIN EPOKSI DAN KOMPOSIT EPOKSI BERPENGISI BENTONIT
TERMODIFIKASI

25

4.2 PENGARUH KOMPOSISI PENGISI TERHADAP KEKUATAN
TARIK (TENSILE STRENGTH) KOMPOSIT EPOKSI

27

4.3 PEMANJANGAN SAAT PUTUS (ELONGATION AT BREAK)
KOMPOSIT EPOKSI BERPENGISI BENTONIT TERMODIFIKASI 29
4.4 PENGARUH KOMPOSISI PENGISI TERHADAP KEKUATAN
BENTUR (IMPACT STRENGTH) KOMPOSIT EPOKSI
4.5 KARAKTERISTIK

SCANNING

ELECTRON

30
MICROSCOPE

(SEM) PATAHAN KOMPOSIT EPOKSI BERPENGISI BENTONIT
TERMODIFIKASI

32

4.6 PENGARUH
PENYERAPAN

BAB V

KOMPOSISI
AIR

(WATER

PENGISI

TERHADAP

ABSORPTION)

KOMPOSIT

EPOKSI

34

KESIMPULAN DAN SARAN

37

x
Universitas Sumatera Utara

5.1 KESIMPULAN

37

5.2 SARAN

37

DAFTAR PUSTAKA

39

xi
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR GAMBAR
Halaman
7

Gambar 2.1

Struktur gugus epoxide

Gambar 2.2

Struktur DGEBA

7

Gambar 2.3

Struktur resin epoksi novolac

8

Gambar 2.4

Rumus Molekul CTAB

11

Gambar 2.5

Metode hand-layup

13

Gambar 2.6

Spesimen V-Notch Metoda Charpy dan Izod

14

Gambar 2.7

Skema Pengujian Impak

15

Gambar 3.1

Sketsa Penyediaan Komposit

21

Gambar 3.2

Sketsa Visualisasi Cetakan Malam

21

Gambar 3.3

Sketsa Visualisasi Cetakan Malam Beserta Alas Kaca

21

Gambar 3.4

Sketsa Spesimen Uji Tarik

22

Gambar 3.5

Ukuran Dimensi Spesimen Metoda Charpy ASTM D 5942-96

23

Gambar 4.1 Karaktersitik FTIR Resin Epoksi dan Komposit Epoksi
Berpengisi Bentonit Termodifikasi

25

Gambar 4.2 Pengaruh Komposisi Pengisi Terhadap Kekuatan Tarik
Komposit Epoksi Berpengisi Bentonit Termodifikasi

27

Gambar 4.3 Pengaruh Komposisi Pengisi Terhadap Pemanjangan Saat
Putus Komposit Epoksi Berpengisi Bentonit Termodifikasi

29

Gambar 4.4 Pengaruh Komposisi Pengisi Terhadap Kekuatan Bentur
Komposit Epoksi Berpengisi Bentonit Termodifikasi

30

Gambar 4.5 Analisa SEM Patahan Komposit Epoksi Berpengisi Bentonit
(a) Tanpa Modifikasi Dengan Komposisi Pengisi 5% dan
Perbesaran 300x

33

(b) Termodifikasi Dengan Komposisi Pengisi 5%, Konsentrasi
CTAB 0,1M, dan Perbesaran 500x

33

(c) Termodifikasi Dengan Komposisi Pengisi 5%, Konsentrasi
CTAB 0,1M, dan Perbesaran 1000x

33

Gambar 4.6 Pengaruh Komposisi Pengisi Terhadap Penyerapan Air
Komposit Epoksi Berpengisi Bentonit Termodifikasi Pada
Konsentrasi Surfaktan 0,05 M

34

xii
Universitas Sumatera Utara

Gambar 4.7 Pengaruh Komposisi Pengisi Terhadap Penyerapan Air
Komposit Epoksi Berpengisi Bentonit Termodifikasi Pada
Konsentrasi Surfaktan 0,1 M

34

Gambar 4.8 Pengaruh Komposisi Pengisi Terhadap Penyerapan Air
Komposit Epoksi Berpengisi Bentonit Termodifikasi Pada
Konsentrasi Surfaktan 0,15 M

35

Gambar C.1 Proses Modifikasi Bentonit Dengan Surfaktan

49

Gambar C.2 Proses Modifikasi Bentonit Dengan TiO2

49

Gambar C.3 Hasil Modifikasi Pengisi

50

Gambar C.4 Proses Pencampuran Komposit Epoksi – Bentonit Termodifikasi

50

Gambar C.5 Proses Penyediaan Komposit Epoksi – Bentonit Termodifikasi

51

Gambar C.6 Alat UTM Gotech Al-7000 M Grid Tensile

51

Gambar C.7 Alat Impact Tester GOTECH

52

Gambar D.1 Hasil FTIR Resin Epoksi Murni

53

Gambar D.2 Hasil FTIR Komposit Epoksi Berpengisi Bentonit Termodifikasi

53

xiii
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel A.1

Data Hasil Kekuatan Tarik Komposit Dengan Konsentrasi
Surfaktan 0,05M

Tabel A.2

46

Data Hasil Kekuatan Tarik Komposit Dengan Konsentrasi
Surfaktan 0,1M

Tabel A.3

46

Data Hasil Kekuatan Tarik Komposit Dengan Konsentrasi
Surfaktan 0,15M

Tabel A.4

46

Data Hasil Kekuatan Impak Komposit Dengan Konsentrasi
Surfaktan 0,05M

Tabel A.5

47

Data Hasil Kekuatan Impak Komposit Dengan Konsentrasi
Surfaktan 0,1M

Tabel A.6

47

Data Hasil Kekuatan Impak Komposit Dengan Konsentrasi
Surfaktan 0,15M

Tabel A.7

47

Data Hasil Penyerapan Air Komposit Dengan Konsentrasi
Surfaktan 0,05M

Tabel A.8

48

Data Hasil Penyerapan Air Komposit Dengan Konsentrasi
Surfaktan 0,1M

Tabel A.9

48

Data Hasil Penyerapan Air Komposit Dengan Konsentrasi
Surfaktan 0,15M

48

xiv
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
LAMPIRAN A DATA PENELITIAN

45

A.1 Data Hasil Kekuatan Tarik Komposit

45

A.2 Data Hasil Kekuatan Impak Komposit

46

A.3 Data Hasil Penyerapan Air Komposit

47

LAMPIRAN B CONTOH PERHITUNGAN

48

B.1 Perhitungan Penyerapan Air Komposit
LAMPIRAN C DOKUMENTASI PENELITIAN

48
49

C.1 Proses Modifikasi Bentonit Dengan Surfaktan

49

C.2 Proses Modifikasi Bentonit Dengan TiO2

49

C.3 Hasil Modifikasi Pengisi

50

C.4 Proses Pencampuran Epoksi – Bentonit Termodifikasi

50

C.5 Proses Penyediaan Komposit Epoksi – Bentonit
Termodifikasi

51

C.6 Alat Universal Testing Machine (UTM) GOTECH
Al-7000M Grid Tensile

51

C.7 Alat Impact Tester GOTECH

52

LAMPIRAN D HASIL PENGUJIAN LAB DAN ANALISIS
D.1 Hasil FTIR Resin Epoksi Murni

53
53

C.2 Hasil FTIR Komposit Epoksi Berpengisi Bentonit
Termodifikasi

53

xv
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR SIMBOL

Simbol

Keterangan

Dimensi

Ʈ

tegangan Tarik

MPa

F

tegangan (Gaya)

kg

A

luas penampang

mm2

Ɛ

perpanjangan

%

lo

panjang awal

mm

l

panjang akhir

mm

E

modulus young

N/m2

Wg

persentase pertambahan berat komposit

%

We

berat komposit setelah perendaman

%

Wo

berat komposit sebelum perendaman

%

xvi
Universitas Sumatera Utara