TUGAS AKHIR Pengaruh Filler Mikro Partikel Karbon Tempurung Kelapa (Cmp-Cs) Terhadap Photo Makro Dan Kekuatan Tarik Komposit Polyester.
TUGAS AKHIR
PENGARUH FILLER MIKRO PARTIKEL KARBON
TEMPURUNG KELAPA (CMP-CS) TERHADAP PHOTO
MAKRO DAN KEKUATAN TARIK KOMPOSIT POLYESTER
Disusun Sebagai Syarat Menyelesaikan Program Studi Strata Satu
Pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Disusun Oleh :
JAYI WAHYUDYANTO
D 200 110 035
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2016
i
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul
“PENGARUH FILLER MIKRO PARTIKEL KARBON TEMPURUNG
KELAPA (CMP-CS) TERHADAP PHOTO MAKRO DAN KEKUATAN
TARIK KOMPOSIT POLYESTER” yang dibuat untuk memenuhi sebagai
syarat untuk memperoleh derajat sarjana S1 pada Jurusan Teknik Mesin
Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. Sejauh yang saya
ketahui bukan merupakan tiruan atau duplikasi dari skripsi yang sudah
dipublikasikan dan/atau pernah dipakai untuk mendapatkan gelar
kesarjanaan di lingkungan
Universitas Muhammadiyah Surakarta atau
Instansi manapun, kecuali bagian yang sumber informasi saya cantumkan
sebagaimana mestinya.
Surakarta, 26 Juli 2016
Yang menyatakan
Jayi Wahyudyanto
ii
HALAMAN PERSETUJUAN
Tugas Akhir berjudul “PENGARUH FILLER MIKRO PARTIKEL KARBON
TEMPURUNG KELAPA (CMP-CS) TERHADAP PHOTO MAKRO DAN
KEKUATAN TARIK KOMPOSIT POLYESTER” telah disetujui oleh
Pembimbing
dan
diterima
untuk
memenuhi
sebagai
persyaratan
memperoleh derajat sarjana S1 pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas
Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Dipersembahkan oleh
Nama
: Jayi Wahyudyanto
NIM
: D 200 110 035
Disetujui pada
Hari
:
Tanggal
:
Pembimbing Utama
Pembimbing Pendamping
( Ir. Ngafwan, MT )
( Agus Yulianto, ST, MT )
iii
HALAMAN PENGESAHAN
Tugas Akhir berjudul “PENGARUH FILLER MIKRO PARTIKEL
KARBON TEMPURUNG KELAPA (CMP-CS) TERHADAP PHOTO
MAKRO DAN KEKUATAN TARIK KOMPOSIT POLYESTER” telah
dipertahankan di hadapan Tim Penguji dan telah dinyatakan sah untuk
memenuhi sebagian syarat memperoleh derajat sarjana S1 pada Jurusan
Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Dipersembahkan Oleh :
Nama
: Jayi Wahyudyanto
Nim
: D 200 110 035
Disahkan pada,
Hari
:
Tanggal
:
Tim Penguji
Ketua
: Ir. Ngafwan, MT
(………………………..)
Anggota 1
: Agus Yulianto, ST, MT
(………………………..)
Anggota 2
: Ir. Bibit Sugito, MT
(………………………..)
Dekan
Ketua Jurusan
Ir. H. Sri Sunarjono, MT, Ph.D.
Tri Widodo B.R, ST, M.Sc, Ph.D
iv
v
HALAMAN MOTTO
“Tuntutlah Ilmu karena disaat kamu miskin, ia akan menjadi hartamu dan
disaat kamu kaya, ia akan menjadi perhiasanmu.”
(Luqman Al-Hakim)
“Hidup adalah belajar, belajar butuh proses, tak selamanya hasil menjadi
tujuan utama, tapi proses adalah pelajaran yang paling berharga”
(Jayi Wahyudyanto)
”Bila kita merasa letih karena berbuat kebaikan, maka sesungguhnya
keletihan itu akan hilang dan kebaikan akan kekal. Bila kita bersenangsenang dengan dosa, maka kesenangan itu akan hilang dan dosa itu yang
akan kekal”
(Umar Bin Khattab RA)
vi
PENGARUH FILLER MIKRO PARTIKEL KARBON TEMPURUNG
KELAPA (CMP-CS) TERHADAP PHOTO MAKRO DAN KEKUATAN
TARIK KOMPOSIT POLYESTER
Jayi Wahyudyanto, Ngafwan, Agus Yulianto
Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta
Jl. A. Yani Tromol Pos 1 Pabelan, Kartasura
Email: [email protected]
ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk mendiskripsikan pengaruh mikro
partikel karbon tempurung kelapa (CMP-CS) sebagai filler terhadap
struktur material (photo makro) dan kekuatan tarik komposit polyester.
Metode pembuatan komposit dengan cara press mold. Pembuatan
komposit menggunakan variasi fraksi berat filler mikro partikel karbon
(CMP-CS) 1%, 3% dan 6% dengan resin polyester dengan tipe Yukalac 157
BQTN-EX.
Pencampuran mikro partikel karbon dengan resin
menggunakan metode pengadukan dengan kecepatan putaran 2200 rpm
selama 7 menit. Pembuatan spesimen uji tarik menggunakan standar uji
tarik ASTM D 638-01. Sebelum dilakukan uji tarik, dilakukan photo makro
untuk mengetahui susunan partikel karbon dalam komposit.
Dari hasil photo makro didapatkan nilai jarak dan diameter mikro
partikel karbon. Jarak rata-rata pada spesimen komposit dengan filler mikro
partikel karbon (FK) 1% sebesar 45 µm , FK 3% sebesar 38,9 µm dan FK
6% sebesar 30,6 µm. Semakin tinggi fraksi berat karbon maka semakin
rendah jarak partikel karbon. Diameter partikel karbon yang terukur yaitu
berukuran 8,48 µm sampai 29,42 µm. Hasil uji tarik didapatkan nilai
kekuatan tarik (yield) rata-rata pada spesimen Raw Material sebesar 25,37
N/mm2, FK1% sebesar 27,34 N/mm2, FK3% sebesar 27,44 N/mm2 dan
FK6% sebesar 28,44 N/mm2. Sedangkan nilai ragangan tarik (yield) ratarata pada spesimen Raw Material sebesar 0,73 %, FK1% sebesar 0,87 %,
FK3% sebesar 0,93 % dan FK6% sebesar 0,94 %.
Dari hasil pembahasan hasil pengujian maka dapat disimpulkan
bahwa penambahan filler mikro partikel karbon mampu meningkatkan
kekuatan tarik dan regangan tarik komposit polyester.
Kata Kunci: Filler, Mikro Partikel Karbon, Tempurung Kelapa,
Polyester, Photo Makro, Kekuatan Tarik
vii
THE EFFECT OF CARBON MICRO PARTICLE - COCONUT SHELL
(CMP-CS) FILLER TO PHOTO OF MAKRO AND TENSILE STRENGTH
OF THE POLYESTER COMPOSITE
Jayi Wahyudyanto, Ngafwan, Agus Yulianto
Mechanical Enginering Muhammadiyah University of Surakarta
Jl. A. Yani Tromol Pos 1 Pabelan, Kartasura
Email: [email protected]
ABSTRACT
This study aims to describe about effect of carbon micro particlecoconut shell (CMP-CS) as filler to the structure of the material (photo
macro) and tensile strength of the polyester composite. Composite
manufacturing method using a press mold. Composite manufacturing using
the variation of the fraction of weight filler carbon micro particle-coconut
shell (CMP-CS) 1 %, 3 %, and 6 % with a polyester resin with type Yukalac
157 BQTN-EX. Mixing of the carbon micro particle with resin using stirring
method with the rotation speed of 2200 rpm for 7 minutes. Manufacturing of
tensile test specimens using a standard ASTM D 638-01. Before to the
tensile test, do macros photos to find out arrangement of carbon particles in
the composite.
The result of the macro photos obtained is the value of distance and
diameter carbon micro particles. The average distance to the specimen
micro filler composite with carbon particles (FK) 1% is 45 µm, FK 3% is 38,9
µm and FK 6% is 30,6 µm. The higher the weight fraction of carbon, the
lower distance of carbon particles. Carbon particle diameter is measured
size of 8,48 µm to 29,42 µm. The result of tensile test on specimen obtained
the average value of tensile strength (yield) of raw material is 25,37 N/mm2,
FK 1% is 27,34 N/mm2, FK 3% is 27,44 and FK 6% is 28,44 N/mm2. While
the average value of tensile strain (yield) in the specimen raw material is
0,73%, FK 1% is 0,87%, FK 3% is 0,93% and FK 6% is 0,94%.
Discussion of the result of the test result it can be concluded that the
provision of carbon micro particles can improve tensile strength and tensile
strain polyester composite.
Keywords: Filler, Carbon Mirco Particles, Coconut Shell, Polyester,
Photo Macro, Tensile Strength
viii
KATA PENGANTAR
Assalamu ‘alaikum Warahmatullahi Wabarakatuh
Syukur Alhamdulillah, penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT atas
barokah dan rohmat-Nya sehingga penyusunan laporan penelitian ini dapat
terselesaikan.
Tugas Akhir berjudul “PENGARUH FILLER MIKRO PARTIKEL
KARBON TEMPURUNG KELAPA (CMP-CS) TERHADAP PHOTO
MAKRO DAN KEKUATAN TARIK KOMPOSIT POLYESTER”, dapat
terselesaikan atas dukungan dari beberapa pihak. Untuk itu pada
kesempatan ini, penulis dengan segala ketulusan dan keikhlasan hati ingin
menyampaikan rasa terima kasih dan penghargaan sebesar-besarnya
kepada :
1. Bapak Ir. H. Sri Sunarjono, MT, Ph.D sebagai Dekan Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta.
2. Bapak Tri Widodo Besar Riyadi, S.T., M.Sc., Ph.D. sebagai Ketua
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah
Surakarta.
3. Bapak Ir. Ngafwan, MT selaku Dosen Pembimbing Utama yang telah
membimbing
dan
mengarahkan
penyusunan Laporan Tugas Akhir ini.
ix
dalam
penelitian
maupun
4. Bapak Agus Yulianto, ST, MT selaku Dosen Pembimbing Pendamping
yang telah membimbing dan mengarahkan dalam penyusunan
Laporan Tugas Akhir ini.
5. Dosen Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta
yang telah memberikan ilmu pengetahuan kepada penulis selama
mengikuti kegiatan perkuliahan.
6. Ibunda tercinta yang setiap saat memberi semangat dan doa, serta
terima kasih atas semua nasehat dan pengorbananmu selama ini
sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini.
7. Teman-teman Teknik Mesin angkatan 2011 yang tidak bisa saya
sebutkan satu persatu.
Penulis menyadari bahwa laporan ini masih jauh dari sempurna, oleh
karena itu kritik dan saran yang bersifat membangun dari pembaca akan
penilis terima dengan senang hati.
Wassalamu ‘alaikum Warahmatullahi Wabarakatuh
Surakarta, 26 Juli 2016
Jayi Wahyudyanto
x
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ………………………………………………………..…… i
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI ………………………………...……… ii
HALAMAN PERSETUJUAN …………………………………………..…….. iii
HALAMAN PENGESAHAN ...…………………………………………..……. iv
LEMBAR SOAL TUGAS AKHIR ……………………………………..…….... v
HALAMAN MOTTO ……………………………………………………..……. vi
ABSTRAK …….………………………………………………………..…....... vii
KATA PENGANTAR ………………………………………………..…...……. ix
DAFTAR ISI ...……………………………………………………………..…… xi
DAFTAR GAMBAR ……………………………………………………..……. xiv
DAFTAR TABEL ……………………………………………………..………. xvi
DAFTAR GRAFIK …..…………………………………………………..…… xvii
DAFTAR SIMBOL …………………………………………………………… xviii
BAB I PENDAHULUAN
1.1.
Latar Belakang …………………………………………………. 1
1.2.
Perumusan Masalah ……..………………………………..….. 3
1.3.
Pembatasan Masalah ……………………………………..….. 3
1.4.
Tujuan Penelitian ………………………………….………..…. 4
1.5.
Manfaat Penelitian ………………………………………..…… 4
1.6.
Metodologi Penelitian ……………………………………...….. 5
xi
1.7.
Sistematika Penulisan ………………………………………… 6
BAB II DASAR TEORI
2.1.
Tinjauan Pustaka ……………………………………….…..…. 7
2.2.
Landasan Teori ……………………………………….……..… 9
2.2.1. Klasifikasi Komposit ……………………………..……. 10
2.2.2. Unsur Pembentuk Komposit Mikro Partikel
Karbon ………………………………………………….. 13
2.3.
Pengujian Struktur Material (Photo Makro) …….………….. 16
2.4.
Pengujian Kakuatan Tarik (Uji Tarik) ……………..………… 20
2.5.
Fraksi Berat Filler …………………………………..………… 26
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1
Diagram Alir Penelitian ……………………………..………... 28
3.2
Prosedur Penelitian …………………………………..………. 29
3.2.1 Studi Pustaka …………………………………..…….. 29
3.2.2 Pengambilan dan Pembakaran Tepurung
Kelapa …………………………………………………. 29
3.2.3 Penggilingan Karbon ………………..……………….. 30
3.2.4 Pencucian serbuk Karbon …………..………………. 30
3.2.5 Persiapan Resin (Polyester) dan Katalis
(MEKPO) ……………………………………………… 31
3.2.6 Pembuatan Komposit ………………………………… 32
xii
3.2.7 Pengujian Komposit ……………………..…………… 35
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
4.1 Pengujian Spesimen Komposit dan Pembahasan Hasil
Pengujian ………………………………………………..…….. 38
4.1.1 Pengujian Struktur Material (Photo Makro) …...……. 38
4.1.2 Pengujian Kekuatan Tarik (Uji Tarik) …………..….... 48
4.2 Pembahasan Grafik Hasil Pengujian …………………..….... 52
4.2.1 Pengujian Struktur Material (Photo Makro) ……...…. 52
4.2.2 Pengujian Kekuatan Tarik (Uji Tarik) ……………...… 53
BAB V PENUTUP
5.1 Kesimpulan …………………………………………..……….. 55
5.2 Saran …………………………………………………..………. 55
DAFTAR PUSTAKA …………………………………………………...……. xvii
LAMPIRAN
xiii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Fibrous Composites ………………………………………….. 11
Gambar 2.2 Laminated Composites ………………………………………..12
Gambar 2.3 Particulate Composites ……………….……………………… 13
Gambar 2.4 Metode teori pengukuran susunan fiber
bentuk segitiga …………………………………………………17
Gambar 2.5 Teori pengukuran susunan partikel
bentuk segitiga …………………………………………………17
Gambar 2.6 Susunan partikel bentuk segitiga dalam pengukuran
fraksi volume filler …………………………………………….. 18
Gambar 2.7 Geometri specimen uji Tarik (ASTM D 638-01) ……..……. 21
Gambar 2.8 Kurva tegangan regangan ………………….………………. 22
Gambar 3.1 Tempurung kelapa …………………………………………… 29
Gambar 3.2 Proses pembakaran ………………………………………….. 30
Gambar 3.3 Penggilingan karbon (a) steel ball (b) Sistem
steel ball miling ……………………………………………….. 30
Gambar 3.4 Pencucian serbuk karbon (a) Alkohol 96%,
(b) Proses penjemuran ………………………………………. 31
Gambar 3.5 Resin dan Katalis (a) Resin polyester,
(b) Katalis MEKPO ……………………………………………. 31
Gambar 3.6 Cetakan specimen uji Tarik ………………………………….. 32
Gambar 3.7 Timbangan digital …………………………………………….. 32
xiv
Gambar 3.8 Alat pengaduk (a) Bur, (b) Mata bur, (c) Pralon,
(d) Dudukan bur …………………………………………….… 33
Gambar 3.9 Jangka sorong ………………………………………………… 33
Gambar 3.10 Photo makro (Dino Lite) ……………………………………… 35
Gambar 3.11 Universal testing machine (Instron 3367) ………………….. 37
Gambar 4.1 Metode pengukuran susunan partikel dengan bentuk
segitiga ………………………………………………………… 38
Gambar 4.2 Pengukuran mikro partikel karbon pada
specimen uji tarik dengan variasi komposit fraksi
berat filler (
� ) mikro
partikel karbon (FK)
(a) 1%, (b) 3% & (c) 6% ……………………………………… 39
Gambar 4.3 Susunan partikel bentuk segitiga dalam pengukuran fraksi
volume filler ( � ) ……………………………………………… 43
xv
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Karakteristik Unsaturated Polyester Resin Yukalac 157®
BQTN-EX ( PT. Justus Kimia Raya, 2013 ) …………………….. 16
Tabel 4.1 Hasil pengukuran jarak dan diameter filler mikro partikel
karbon ……………………………………………………………… 40
Tabel 4.2 Hasil perhitungan jarak dan diameter filler mikro partikel
karbon ……………………………………………………………… 42
Tabel 4.3 Hasil perhitungan fraksi volume filler ( � ) mikro partikel
karbon ……………………………………………………………… 45
Tabel 4.4 Hasil perhitungan fraksi volume filler ( � ) mikro partikel
karbon dengan simpangan baku 16 % ………………………….. 46
Tabel 4.5 Hasil uji tarik spesimen filler mikro partikel karbon (FK) 1% ….. 48
Tabel 4.6 Hasil uji tarik spesimen filler mikro partikel karbon (FK) 3% ….. 49
Tabel 4.7 Hasil uji tarik specimen filler mikro partikel karbon (FK) 6% ….. 49
Tabel 4.8 Hasil uji tarik spesimen Raw Material …………………………… 49
xvi
DAFTAR GRAFIK
Grafik 4.1 Jarak rata-rata filler mikro partikel karbon …………………….. 47
Grafik 4.2 Fraksi volume filler ( � ) rata-rata mikro partikel karbon ……… 47
Grafik 4.3 Diameter filler mikro partikel karbon …………………………… 48
Grafik 4.4 Nilai Tegangan Rata-Rata Pada Titik Yield …………………… 50
Grafik 4.5 Nilai Regangan Rata-Rata Pada Titik Yield …………………... 50
Grafik 4.6 Nilai Modulus Elastisitas Rata-Rata Pada Titik Yield ………… 51
Grafik 4.7 Nilai Tegangan Rata-Rata Pada Titik Maksimum (Ultimate) … 51
Grafik 4.8 Nilai Regangan Rata-Rata Pada Titik Maksimum (Ultimate) … 52
xvii
DAFTAR SIMBOL
Z
= perbesaran hasil photo makro
L0
= panjang skala sebenarnya photo dino lite
(µm)
L(word) = jarak partikel dalam Ms Word
(cm)
L(mikro) = jarak partikel sebenarnya
(µm)
D(word) = diameter partikel dalam Ms Word
(cm)
D(mikro) = diameter partikel sebenarnya
(µm)
S
= sisi segitiga sabagai jarak partikel
(µm)
D
= diameter lingkaran sebagai diameter partikel
(µm)
t
= tinggi segitiga
(µm)
a
= panjang alas segitiga
(µm)
ʝ
= luas 3 juring lingkaran dalam luasan segitiga
(µm)
Vc
= volume komposit
(µm3)
Vf
= volume filler
(µm3)
�
= fraksi volume komposit
(%)
= fraksi volume komposit
(%)
�
= fraksi volume matrik
(%)
�
σ
= Tegangan tarik
P
= Beban
(N)
A0
= Luas penampang patahan
(mm2)
ε
= Regangan tarik
(%)
∆L
= Deformasi atau pemanjangan
(mm)
(N/mm2)
xviii
L1
= Panjang daerah ukur
(mm)
L0
= Panjang mula-mula
(mm)
E
= Modulus Elastisitas
(N/mm2)
Wc
= berat komposit
(gram)
Wm
= berat matrik
(gram)
Wf
= berat filler
(gram)
= fraksi berat composit
(%)
= fraksi berat matrik
(%)
= fraksi berat filler
(%)
�
�
�
xix
PENGARUH FILLER MIKRO PARTIKEL KARBON
TEMPURUNG KELAPA (CMP-CS) TERHADAP PHOTO
MAKRO DAN KEKUATAN TARIK KOMPOSIT POLYESTER
Disusun Sebagai Syarat Menyelesaikan Program Studi Strata Satu
Pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Disusun Oleh :
JAYI WAHYUDYANTO
D 200 110 035
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2016
i
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul
“PENGARUH FILLER MIKRO PARTIKEL KARBON TEMPURUNG
KELAPA (CMP-CS) TERHADAP PHOTO MAKRO DAN KEKUATAN
TARIK KOMPOSIT POLYESTER” yang dibuat untuk memenuhi sebagai
syarat untuk memperoleh derajat sarjana S1 pada Jurusan Teknik Mesin
Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. Sejauh yang saya
ketahui bukan merupakan tiruan atau duplikasi dari skripsi yang sudah
dipublikasikan dan/atau pernah dipakai untuk mendapatkan gelar
kesarjanaan di lingkungan
Universitas Muhammadiyah Surakarta atau
Instansi manapun, kecuali bagian yang sumber informasi saya cantumkan
sebagaimana mestinya.
Surakarta, 26 Juli 2016
Yang menyatakan
Jayi Wahyudyanto
ii
HALAMAN PERSETUJUAN
Tugas Akhir berjudul “PENGARUH FILLER MIKRO PARTIKEL KARBON
TEMPURUNG KELAPA (CMP-CS) TERHADAP PHOTO MAKRO DAN
KEKUATAN TARIK KOMPOSIT POLYESTER” telah disetujui oleh
Pembimbing
dan
diterima
untuk
memenuhi
sebagai
persyaratan
memperoleh derajat sarjana S1 pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas
Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Dipersembahkan oleh
Nama
: Jayi Wahyudyanto
NIM
: D 200 110 035
Disetujui pada
Hari
:
Tanggal
:
Pembimbing Utama
Pembimbing Pendamping
( Ir. Ngafwan, MT )
( Agus Yulianto, ST, MT )
iii
HALAMAN PENGESAHAN
Tugas Akhir berjudul “PENGARUH FILLER MIKRO PARTIKEL
KARBON TEMPURUNG KELAPA (CMP-CS) TERHADAP PHOTO
MAKRO DAN KEKUATAN TARIK KOMPOSIT POLYESTER” telah
dipertahankan di hadapan Tim Penguji dan telah dinyatakan sah untuk
memenuhi sebagian syarat memperoleh derajat sarjana S1 pada Jurusan
Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Dipersembahkan Oleh :
Nama
: Jayi Wahyudyanto
Nim
: D 200 110 035
Disahkan pada,
Hari
:
Tanggal
:
Tim Penguji
Ketua
: Ir. Ngafwan, MT
(………………………..)
Anggota 1
: Agus Yulianto, ST, MT
(………………………..)
Anggota 2
: Ir. Bibit Sugito, MT
(………………………..)
Dekan
Ketua Jurusan
Ir. H. Sri Sunarjono, MT, Ph.D.
Tri Widodo B.R, ST, M.Sc, Ph.D
iv
v
HALAMAN MOTTO
“Tuntutlah Ilmu karena disaat kamu miskin, ia akan menjadi hartamu dan
disaat kamu kaya, ia akan menjadi perhiasanmu.”
(Luqman Al-Hakim)
“Hidup adalah belajar, belajar butuh proses, tak selamanya hasil menjadi
tujuan utama, tapi proses adalah pelajaran yang paling berharga”
(Jayi Wahyudyanto)
”Bila kita merasa letih karena berbuat kebaikan, maka sesungguhnya
keletihan itu akan hilang dan kebaikan akan kekal. Bila kita bersenangsenang dengan dosa, maka kesenangan itu akan hilang dan dosa itu yang
akan kekal”
(Umar Bin Khattab RA)
vi
PENGARUH FILLER MIKRO PARTIKEL KARBON TEMPURUNG
KELAPA (CMP-CS) TERHADAP PHOTO MAKRO DAN KEKUATAN
TARIK KOMPOSIT POLYESTER
Jayi Wahyudyanto, Ngafwan, Agus Yulianto
Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta
Jl. A. Yani Tromol Pos 1 Pabelan, Kartasura
Email: [email protected]
ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk mendiskripsikan pengaruh mikro
partikel karbon tempurung kelapa (CMP-CS) sebagai filler terhadap
struktur material (photo makro) dan kekuatan tarik komposit polyester.
Metode pembuatan komposit dengan cara press mold. Pembuatan
komposit menggunakan variasi fraksi berat filler mikro partikel karbon
(CMP-CS) 1%, 3% dan 6% dengan resin polyester dengan tipe Yukalac 157
BQTN-EX.
Pencampuran mikro partikel karbon dengan resin
menggunakan metode pengadukan dengan kecepatan putaran 2200 rpm
selama 7 menit. Pembuatan spesimen uji tarik menggunakan standar uji
tarik ASTM D 638-01. Sebelum dilakukan uji tarik, dilakukan photo makro
untuk mengetahui susunan partikel karbon dalam komposit.
Dari hasil photo makro didapatkan nilai jarak dan diameter mikro
partikel karbon. Jarak rata-rata pada spesimen komposit dengan filler mikro
partikel karbon (FK) 1% sebesar 45 µm , FK 3% sebesar 38,9 µm dan FK
6% sebesar 30,6 µm. Semakin tinggi fraksi berat karbon maka semakin
rendah jarak partikel karbon. Diameter partikel karbon yang terukur yaitu
berukuran 8,48 µm sampai 29,42 µm. Hasil uji tarik didapatkan nilai
kekuatan tarik (yield) rata-rata pada spesimen Raw Material sebesar 25,37
N/mm2, FK1% sebesar 27,34 N/mm2, FK3% sebesar 27,44 N/mm2 dan
FK6% sebesar 28,44 N/mm2. Sedangkan nilai ragangan tarik (yield) ratarata pada spesimen Raw Material sebesar 0,73 %, FK1% sebesar 0,87 %,
FK3% sebesar 0,93 % dan FK6% sebesar 0,94 %.
Dari hasil pembahasan hasil pengujian maka dapat disimpulkan
bahwa penambahan filler mikro partikel karbon mampu meningkatkan
kekuatan tarik dan regangan tarik komposit polyester.
Kata Kunci: Filler, Mikro Partikel Karbon, Tempurung Kelapa,
Polyester, Photo Makro, Kekuatan Tarik
vii
THE EFFECT OF CARBON MICRO PARTICLE - COCONUT SHELL
(CMP-CS) FILLER TO PHOTO OF MAKRO AND TENSILE STRENGTH
OF THE POLYESTER COMPOSITE
Jayi Wahyudyanto, Ngafwan, Agus Yulianto
Mechanical Enginering Muhammadiyah University of Surakarta
Jl. A. Yani Tromol Pos 1 Pabelan, Kartasura
Email: [email protected]
ABSTRACT
This study aims to describe about effect of carbon micro particlecoconut shell (CMP-CS) as filler to the structure of the material (photo
macro) and tensile strength of the polyester composite. Composite
manufacturing method using a press mold. Composite manufacturing using
the variation of the fraction of weight filler carbon micro particle-coconut
shell (CMP-CS) 1 %, 3 %, and 6 % with a polyester resin with type Yukalac
157 BQTN-EX. Mixing of the carbon micro particle with resin using stirring
method with the rotation speed of 2200 rpm for 7 minutes. Manufacturing of
tensile test specimens using a standard ASTM D 638-01. Before to the
tensile test, do macros photos to find out arrangement of carbon particles in
the composite.
The result of the macro photos obtained is the value of distance and
diameter carbon micro particles. The average distance to the specimen
micro filler composite with carbon particles (FK) 1% is 45 µm, FK 3% is 38,9
µm and FK 6% is 30,6 µm. The higher the weight fraction of carbon, the
lower distance of carbon particles. Carbon particle diameter is measured
size of 8,48 µm to 29,42 µm. The result of tensile test on specimen obtained
the average value of tensile strength (yield) of raw material is 25,37 N/mm2,
FK 1% is 27,34 N/mm2, FK 3% is 27,44 and FK 6% is 28,44 N/mm2. While
the average value of tensile strain (yield) in the specimen raw material is
0,73%, FK 1% is 0,87%, FK 3% is 0,93% and FK 6% is 0,94%.
Discussion of the result of the test result it can be concluded that the
provision of carbon micro particles can improve tensile strength and tensile
strain polyester composite.
Keywords: Filler, Carbon Mirco Particles, Coconut Shell, Polyester,
Photo Macro, Tensile Strength
viii
KATA PENGANTAR
Assalamu ‘alaikum Warahmatullahi Wabarakatuh
Syukur Alhamdulillah, penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT atas
barokah dan rohmat-Nya sehingga penyusunan laporan penelitian ini dapat
terselesaikan.
Tugas Akhir berjudul “PENGARUH FILLER MIKRO PARTIKEL
KARBON TEMPURUNG KELAPA (CMP-CS) TERHADAP PHOTO
MAKRO DAN KEKUATAN TARIK KOMPOSIT POLYESTER”, dapat
terselesaikan atas dukungan dari beberapa pihak. Untuk itu pada
kesempatan ini, penulis dengan segala ketulusan dan keikhlasan hati ingin
menyampaikan rasa terima kasih dan penghargaan sebesar-besarnya
kepada :
1. Bapak Ir. H. Sri Sunarjono, MT, Ph.D sebagai Dekan Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta.
2. Bapak Tri Widodo Besar Riyadi, S.T., M.Sc., Ph.D. sebagai Ketua
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah
Surakarta.
3. Bapak Ir. Ngafwan, MT selaku Dosen Pembimbing Utama yang telah
membimbing
dan
mengarahkan
penyusunan Laporan Tugas Akhir ini.
ix
dalam
penelitian
maupun
4. Bapak Agus Yulianto, ST, MT selaku Dosen Pembimbing Pendamping
yang telah membimbing dan mengarahkan dalam penyusunan
Laporan Tugas Akhir ini.
5. Dosen Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta
yang telah memberikan ilmu pengetahuan kepada penulis selama
mengikuti kegiatan perkuliahan.
6. Ibunda tercinta yang setiap saat memberi semangat dan doa, serta
terima kasih atas semua nasehat dan pengorbananmu selama ini
sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini.
7. Teman-teman Teknik Mesin angkatan 2011 yang tidak bisa saya
sebutkan satu persatu.
Penulis menyadari bahwa laporan ini masih jauh dari sempurna, oleh
karena itu kritik dan saran yang bersifat membangun dari pembaca akan
penilis terima dengan senang hati.
Wassalamu ‘alaikum Warahmatullahi Wabarakatuh
Surakarta, 26 Juli 2016
Jayi Wahyudyanto
x
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ………………………………………………………..…… i
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI ………………………………...……… ii
HALAMAN PERSETUJUAN …………………………………………..…….. iii
HALAMAN PENGESAHAN ...…………………………………………..……. iv
LEMBAR SOAL TUGAS AKHIR ……………………………………..…….... v
HALAMAN MOTTO ……………………………………………………..……. vi
ABSTRAK …….………………………………………………………..…....... vii
KATA PENGANTAR ………………………………………………..…...……. ix
DAFTAR ISI ...……………………………………………………………..…… xi
DAFTAR GAMBAR ……………………………………………………..……. xiv
DAFTAR TABEL ……………………………………………………..………. xvi
DAFTAR GRAFIK …..…………………………………………………..…… xvii
DAFTAR SIMBOL …………………………………………………………… xviii
BAB I PENDAHULUAN
1.1.
Latar Belakang …………………………………………………. 1
1.2.
Perumusan Masalah ……..………………………………..….. 3
1.3.
Pembatasan Masalah ……………………………………..….. 3
1.4.
Tujuan Penelitian ………………………………….………..…. 4
1.5.
Manfaat Penelitian ………………………………………..…… 4
1.6.
Metodologi Penelitian ……………………………………...….. 5
xi
1.7.
Sistematika Penulisan ………………………………………… 6
BAB II DASAR TEORI
2.1.
Tinjauan Pustaka ……………………………………….…..…. 7
2.2.
Landasan Teori ……………………………………….……..… 9
2.2.1. Klasifikasi Komposit ……………………………..……. 10
2.2.2. Unsur Pembentuk Komposit Mikro Partikel
Karbon ………………………………………………….. 13
2.3.
Pengujian Struktur Material (Photo Makro) …….………….. 16
2.4.
Pengujian Kakuatan Tarik (Uji Tarik) ……………..………… 20
2.5.
Fraksi Berat Filler …………………………………..………… 26
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1
Diagram Alir Penelitian ……………………………..………... 28
3.2
Prosedur Penelitian …………………………………..………. 29
3.2.1 Studi Pustaka …………………………………..…….. 29
3.2.2 Pengambilan dan Pembakaran Tepurung
Kelapa …………………………………………………. 29
3.2.3 Penggilingan Karbon ………………..……………….. 30
3.2.4 Pencucian serbuk Karbon …………..………………. 30
3.2.5 Persiapan Resin (Polyester) dan Katalis
(MEKPO) ……………………………………………… 31
3.2.6 Pembuatan Komposit ………………………………… 32
xii
3.2.7 Pengujian Komposit ……………………..…………… 35
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
4.1 Pengujian Spesimen Komposit dan Pembahasan Hasil
Pengujian ………………………………………………..…….. 38
4.1.1 Pengujian Struktur Material (Photo Makro) …...……. 38
4.1.2 Pengujian Kekuatan Tarik (Uji Tarik) …………..….... 48
4.2 Pembahasan Grafik Hasil Pengujian …………………..….... 52
4.2.1 Pengujian Struktur Material (Photo Makro) ……...…. 52
4.2.2 Pengujian Kekuatan Tarik (Uji Tarik) ……………...… 53
BAB V PENUTUP
5.1 Kesimpulan …………………………………………..……….. 55
5.2 Saran …………………………………………………..………. 55
DAFTAR PUSTAKA …………………………………………………...……. xvii
LAMPIRAN
xiii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Fibrous Composites ………………………………………….. 11
Gambar 2.2 Laminated Composites ………………………………………..12
Gambar 2.3 Particulate Composites ……………….……………………… 13
Gambar 2.4 Metode teori pengukuran susunan fiber
bentuk segitiga …………………………………………………17
Gambar 2.5 Teori pengukuran susunan partikel
bentuk segitiga …………………………………………………17
Gambar 2.6 Susunan partikel bentuk segitiga dalam pengukuran
fraksi volume filler …………………………………………….. 18
Gambar 2.7 Geometri specimen uji Tarik (ASTM D 638-01) ……..……. 21
Gambar 2.8 Kurva tegangan regangan ………………….………………. 22
Gambar 3.1 Tempurung kelapa …………………………………………… 29
Gambar 3.2 Proses pembakaran ………………………………………….. 30
Gambar 3.3 Penggilingan karbon (a) steel ball (b) Sistem
steel ball miling ……………………………………………….. 30
Gambar 3.4 Pencucian serbuk karbon (a) Alkohol 96%,
(b) Proses penjemuran ………………………………………. 31
Gambar 3.5 Resin dan Katalis (a) Resin polyester,
(b) Katalis MEKPO ……………………………………………. 31
Gambar 3.6 Cetakan specimen uji Tarik ………………………………….. 32
Gambar 3.7 Timbangan digital …………………………………………….. 32
xiv
Gambar 3.8 Alat pengaduk (a) Bur, (b) Mata bur, (c) Pralon,
(d) Dudukan bur …………………………………………….… 33
Gambar 3.9 Jangka sorong ………………………………………………… 33
Gambar 3.10 Photo makro (Dino Lite) ……………………………………… 35
Gambar 3.11 Universal testing machine (Instron 3367) ………………….. 37
Gambar 4.1 Metode pengukuran susunan partikel dengan bentuk
segitiga ………………………………………………………… 38
Gambar 4.2 Pengukuran mikro partikel karbon pada
specimen uji tarik dengan variasi komposit fraksi
berat filler (
� ) mikro
partikel karbon (FK)
(a) 1%, (b) 3% & (c) 6% ……………………………………… 39
Gambar 4.3 Susunan partikel bentuk segitiga dalam pengukuran fraksi
volume filler ( � ) ……………………………………………… 43
xv
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Karakteristik Unsaturated Polyester Resin Yukalac 157®
BQTN-EX ( PT. Justus Kimia Raya, 2013 ) …………………….. 16
Tabel 4.1 Hasil pengukuran jarak dan diameter filler mikro partikel
karbon ……………………………………………………………… 40
Tabel 4.2 Hasil perhitungan jarak dan diameter filler mikro partikel
karbon ……………………………………………………………… 42
Tabel 4.3 Hasil perhitungan fraksi volume filler ( � ) mikro partikel
karbon ……………………………………………………………… 45
Tabel 4.4 Hasil perhitungan fraksi volume filler ( � ) mikro partikel
karbon dengan simpangan baku 16 % ………………………….. 46
Tabel 4.5 Hasil uji tarik spesimen filler mikro partikel karbon (FK) 1% ….. 48
Tabel 4.6 Hasil uji tarik spesimen filler mikro partikel karbon (FK) 3% ….. 49
Tabel 4.7 Hasil uji tarik specimen filler mikro partikel karbon (FK) 6% ….. 49
Tabel 4.8 Hasil uji tarik spesimen Raw Material …………………………… 49
xvi
DAFTAR GRAFIK
Grafik 4.1 Jarak rata-rata filler mikro partikel karbon …………………….. 47
Grafik 4.2 Fraksi volume filler ( � ) rata-rata mikro partikel karbon ……… 47
Grafik 4.3 Diameter filler mikro partikel karbon …………………………… 48
Grafik 4.4 Nilai Tegangan Rata-Rata Pada Titik Yield …………………… 50
Grafik 4.5 Nilai Regangan Rata-Rata Pada Titik Yield …………………... 50
Grafik 4.6 Nilai Modulus Elastisitas Rata-Rata Pada Titik Yield ………… 51
Grafik 4.7 Nilai Tegangan Rata-Rata Pada Titik Maksimum (Ultimate) … 51
Grafik 4.8 Nilai Regangan Rata-Rata Pada Titik Maksimum (Ultimate) … 52
xvii
DAFTAR SIMBOL
Z
= perbesaran hasil photo makro
L0
= panjang skala sebenarnya photo dino lite
(µm)
L(word) = jarak partikel dalam Ms Word
(cm)
L(mikro) = jarak partikel sebenarnya
(µm)
D(word) = diameter partikel dalam Ms Word
(cm)
D(mikro) = diameter partikel sebenarnya
(µm)
S
= sisi segitiga sabagai jarak partikel
(µm)
D
= diameter lingkaran sebagai diameter partikel
(µm)
t
= tinggi segitiga
(µm)
a
= panjang alas segitiga
(µm)
ʝ
= luas 3 juring lingkaran dalam luasan segitiga
(µm)
Vc
= volume komposit
(µm3)
Vf
= volume filler
(µm3)
�
= fraksi volume komposit
(%)
= fraksi volume komposit
(%)
�
= fraksi volume matrik
(%)
�
σ
= Tegangan tarik
P
= Beban
(N)
A0
= Luas penampang patahan
(mm2)
ε
= Regangan tarik
(%)
∆L
= Deformasi atau pemanjangan
(mm)
(N/mm2)
xviii
L1
= Panjang daerah ukur
(mm)
L0
= Panjang mula-mula
(mm)
E
= Modulus Elastisitas
(N/mm2)
Wc
= berat komposit
(gram)
Wm
= berat matrik
(gram)
Wf
= berat filler
(gram)
= fraksi berat composit
(%)
= fraksi berat matrik
(%)
= fraksi berat filler
(%)
�
�
�
xix