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
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