Pengaruh Perlakuan Alkali (NaOH) Terhadap Kekuatan Mekanik Komposit Epoksi Berpengisi Serat Ampas Tebu

  PENGARUH PERLAKUAN ALKALI (NaOH) TERHADAP KEKUATAN MEKANIK KOMPOSIT EPOKSI BERPENGISI SERAT AMPAS TEBU SKRIPSI Oleh AKHMAD NADJI SHABIRI 080405038 DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA JULI 2014

  PENGARUH PERLAKUAN ALKALI (NaOH) TERHADAP KEKUATAN MEKANIK KOMPOSIT EPOKSI BERPENGISI SERAT AMPAS TEBU SKRIPSI Oleh AKHMAD NADJI SHABIRI 080405038 SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA JULI 2014

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI

  Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul :

  

PENGARUH PERLAKUAN ALKALI (NaOH) TERHADAP KEKUATAN

MEKANIK KOMPOSIT EPOKSI BERPENGISI SERAT AMPAS TEBU

  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 pernah dipakai untuk mendapatkan gelar kesarjanaan di lingkungan Universitas Sumatera Utara maupun di Perguruan Tinggi atau Instansi manapun, kecuali bagian yang sumber informasinya dicantumkan sebagaimana mestinya.

  Medan, 17 Juli 2014 Akhmad Nadji Shabiri NIM 080405038

  PENGESAHAN

  Skripsi dengan judul :

  

PENGARUH PERLAKUAN ALKALI (NaOH) TERHADAP KEKUATAN

MEKANIK KOMPOSIT EPOKSI BERPENGISI SERAT AMPAS TEBU

  dibuat untuk melengkapi persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknki Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini telah diujikan pada sidang ujian skripsi pada (17 Juli 2014) dan dinyatakan memenuhi syarat/sah sebagai skripsi pada Departemen Teknik Kimia Universitas Sumatera Utara Mengetahui, Medan, 17 Juli 2014

  Koordinator Skripsi Dosen Pembimbing Ir. Renita Manurung, MT M. Hendra S. Ginting, ST, MT NIP : 19681214 199702 2 002 NIP : 19700919 199903 1 001 Dosen Penguji I Dosen Penguji II Dr. Ir. Hamidah Harahap, M.Sc Dr. Halimatuddahliana, ST, M.Sc NIP : 19671029 199501 2 001 NIP : 19730408 199802 2 002

  

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 Perlakuan Alkali (NaOH) Terhadap Kekuatan Mekanik Komposit Epoksi Berpengisi Serat Ampas Tebu

  ”, 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 industri tentang pemanfaatan limbah ampas tebu yang dapat diolah lebih lanjut untuk dijadikan serat ampas tebu yang memiliki potensi menjadi bahan pengisi dalam komposit polimer.

  Sedangkan karya ilmiah yang telah diterima untuk terbit pada Jurnal Teknik Kimia USU dengan judul “Pengaruh Komposisi Dan Perlakuan Alkali Terhadap Kekuatan Bentur Komposit Partikel Epoksi Berpengisi Serat Ampas Tebu ”.

  Selama melakukan penelitian sampai penulisan skripsi ini penulis banyak mendapat bantuan dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan terima kasih dan penghargaan sebesar-besarnya kepada : 1.

  Bapak M. Hendra S. Ginting, ST, M.T yang telah banyak memberikan bimbingan dan arahan dalam menyelesaikan penelitian dan penulisan skripsi ini.

  2. Ibu Dr. Ir. Hamidah Harahap, M.Sc selaku Dosen Penguji I yang telah banyak memberikan saran dan masukan untuk kesempurnaan skripsi ini.

  3. Ibu Dr. Ir. Halimatuddahliana, MSc selaku Dosen Penguji II yang telah banyak memberikan saran dan masukan untuk kesempurnaan skripsi ini.

  4. Bapak Dr. Eng. Ir. Irvan, M.Si sebagai Ketua Departemen Teknik Kimia USU.

5. Ibu Ir. Renita Manurung, MT sebagai Koordinator Skripsi dan Dosen Pembimbing akademik.

  6. Rizky Salaam Ritonga atas waktu, kerjasama, motivasi, dukungan dan segala pertolongan yang diberikan selama melakukan penelitian dan penulisan skripsi ini. 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, Juli 2014 Penulis, Akhmad Nadji Shabiri

  

DEDIKASI

  Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada : 1.

  Orang tua penulis, Dr. Asyraf, Sp.PD dan Dr. Ani Ariani, Sp.A.

  2. Kekasih hati penulis, Ajeng Ayu Chahyaditha, ST.

  3. Adik-adik penulis, Akhmad Arif Luthfi, Ahmad Rafi Muzakki, dan Siti Hana Zafira.

  4. Seluruh sahabat, teman-teman, adik-adik, dan abang/kakak sesama mahasiwa Departemen Teknik Kimia terutama angkatan 2008, khususnya Syahrinal Anggi Daulay, Ismail Fahmi Hasibuan, Fachry Wirathama, Eka Roy Jayanto, Hendry Simanjuntak, Frendis Agustinus Pandjaitan, dan Rudi Anas Hutahahean, yang memberikan banyak dukungan dan semangat kepada penulis selama berada di Teknik Kimia USU.

  5. Seluruh Dosen/Staf Pengajar Departemen Teknik Kimia yang telah memberikan banyak sekali ilmu yang sangat berharga kepada penulis.

RIWAYAT HIDUP PENULIS

  Nama : Achmad Nadji Shabiri NIM : 080405038 Tempat/tgl lahir : Medan, 7 April 1989 Nama orang tua : 1.

  Ayah : Dr. Asyraf, Sp. PD 2. Ibu : Dr. Ani Ariani, Sp. A

  Alamat orang tua : Perumahan Dukuh Bima Jl. Bima Buana 15 No. 8 Kota Legenda Tambun, Bekasi

  Asal sekolah : 1.

  SD Al-Azhar Medan tahun 1995 – 2001 2. SMP Al-Azhar Medan tahun 2001 – 2004 3. SMA Sutomo 1 Medan tahun 2004 – 2007

  Beasiswa yang pernah diperoleh : 1.

  Beasiswa Peningkatan Prestasi Akademik (PPA) Universitas Sumatera Utara Tahun 2009

  Pengalaman organisasi / kerja : 1.

  CSG periode 2010-2011 sebagai Anggota Bidang Hubungan Masyarakat 2. HIMATEK periode 2011-2012 sebagai Anggota Bidang Pengembangan

  Bakat dan Minat

  

ABSTRAK

  Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh perlakuan alkali serat dan komposisi terhadap sifat kekuatan mekanik komposit epoksi berpengisi serat ampas tebu. Komposit dibuat dengan metode hand lay up dengan mencampurkan epoksi dan pengisi serat ampas tebu dengan variabel rasio fraksi volume antara epoksi dan serat ampas tebu, 100/0, 70/30, 60/40, 50/50 (v/v) dan konsentrasi larutan NaOH dalam perlakuan alkali 0%, 1%, 2%, dan 3%. Sifat mekanik yang diuji yaitu kekuatan tarik, kekuatan lentur, kekuatan bentur, daya serap air, dan didukung dengan analisa SEM dan FTIR. Hasil pengujian mekanik yang diperoleh menunjukkan bahwa nilai kekuatan tarik maksimum diperoleh pada komposisi 70:30 dengan konsentrasi NaOH 2% sebesar 23,26 MPa, nilai kekuatan lentur maksimum diperoleh pada komposisi 70:30 dengan konsentrasi NaOH 2% sebesar 50,17 MPa, nilai kekuatan bentur maksimum dari komposit berada pada perbandingan komposisi 70:30 dengan konsentrasi NaOH 2% sebesar

  2

  8,005 kJ/m . Pada uji daya serap air, penyerapan air semakin meningkat seiring bertambahnya jumlah pengisi. Dari hasil penelitian ini diperoleh bahwa komposit komposit dengan variasi 70:30 dengan konstrasi NaOH 2% memiliki performa terbaik.

  Kata kunci : ampas tebu, epoksi, uji mekanik, perlakuan alkali

  

ABSTRACT

This study aims to determine the effect of alkali treatment and fiber composition on the mechanical strength properties of epoxy composites filled

with bagasse fibers. Composites were made by hand lay-up method by mixing

epoxy and filler bagasse fiber with variation of volume between epoxy and fiber

bagasse were 100/0, 70/30, 60/40, 50/50 (v/v) and the concentration of the NaOH

solution in the alkali treatment were 0%, 1%, 2%, and 3%. Mechanical properties

tested were tensile strength, flexural strength, impact strength, water absorption,

and were supported by SEM and FTIR analysis. Results of mechanical testing

showed that the maximum tensile strength value obtained on the composition was

70:30 with 2% NaOH concentration of 23.26 MPa, the maximum flexural strength

valueobtained on the composition of 70:30 with 2% NaOH concentration was

50.17 MPa, the maximum impact strength value obtained of the composite was on

  2 the composition ratio of 70:30 with 2% NaOH concentration was 8.005 kJ / m . In

the water absorption test, water absorption increased with the addition ratio of

filler. The best performance were given by variation ratio 70:30 (v/v) and 2% NaOH concentration.

  Keywords: bagasse, epoxy, mechanical testing, alkali treatment

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 xiii

  DAFTAR TABEL xv

  DAFTAR LAMPIRAN xvi

  DAFTAR SINGKATAN xvii

  DAFTAR SIMBOL xviii

  BAB I PENDAHULUAN

  1

  1.1 LATAR BELAKANG

  1

  1.2 PERUMUSAN MASALAH

  2

  1.3 TUJUAN PENELITIAN

  3

  1.4 MANFAAT PENELITIAN

  3

  1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN

  3

  1.5.1 Lokasi Penelitian

  3

  1.5.2 Bahan Baku yang Digunakan

  3

  1.5.3 Parameter yang Digunakan

  4

  1.5.4 Analisa Hasil Penelitian

  4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA

  5

  2.1 KOMPOSIT

  5

  2.1.1 Pengertian Komposit

  5

  2.1.2 Klasifikasi Bahan Komposit

  6

  2.1.2.1 Bahan Komposit Partikel (particulate composite)

  6

  2.1.2.2 Bahan Komposit Serat (fiber Composite)

  6

  2.1.3 MATRIKS

  7

  2.2 SERAT

  9

  2.2.1 Ampas Tebu sebagai Bahan Baku Papan Komposit Partikel

  9

  2.3 EPOKSI

  10

  2.4 ALKALISASI

  10

  2.5 PROSES PABRIKASI KOMPOSIT

  11

  2.5.1 Open Molding Process (Pencetakan Terbuka)

  11

  2.5.2 Close Molding Process (Pencetakan Tertutup)

  12

  2.6 PENGUJIAN KOMPOSIT

  14

  2.6. Pengujian Kekuatan Tarik (Tensile Strength) Astm D 638

  14

  2.6.2 Pengujian Kekuatan Lentur (Bending Strength) Astm D 790

  16

  2.6.3 Pengujian Kekuatan Bentur (Impact Strength)Astm D 4812-11

  18

  2.6.4 Analisa Penyerapan Air (Water Adsorption) Astm D 570

  21

  2.6.5 Karakteristik Fourier Transform Infra Red (FT-IR)

  21

  2.6.6 Analisa Scanning Electron Microscope (SEM)

  21

  2.7 APLIKASI KOMPOSIT EPOKSI

  22

  2.8 ANALISIS BIAYA

  23 BAB III METODOLOGI PENELITIAN

  26

  3.1 LOKASI PENELITIAN

  26

  3.2 BAHAN DAN PERALATAN

  26

  3.2.1 Bahan

  26

  3.2.2 Peralatan

  26

  3.3 PROSEDUR PENELETIAN

  27

  3.3.1 Pengambilan serat ampas tebu

  27

  3.3.2 Perlakuan Alkali Serat Ampas Tebu

  27

  3.3.3 Pembuatan Partikel Serat Ampas Tebu

  27

  3.3.4 Pembuatan Komposit Epoksi Berpenguat Serat Ampas Tebu

  28

  3.3.5 Pengujian Komposit

  28

  3.3.5.1 Pengujian Kekuatan Tarik (Tensile Strength) ASTM D 638

  Tipe I

  28

  

3.3.5.2 Pengujian Kekuatan Bengkok (Bending Strength) ASTM

D 790-02

  29

  3.3.5.3 Pengujian Kekuatan Bentur (Impact Strength) ASTM D 256

  29

  3.3.5.4 Analisa Penyerapan Air (Water Absorption) ASTM D570

  30

  3.3.5.5 Karakteristik Fourier Transform Infra-Red (FT-IR)

  30

  3.3.5.6 Pengujian Analisa Scanning Electron Microscope (SEM) 30

  3.4 FLOWCHART PENELITIAN

  31

  3.4.1 Flowchart Pengambilan Serat Ampas Tebu

  31

  3.4.2 Flowchart Perlakuan Alkali Serat Ampas Tebu

  31

  3.4.3 Flowchart Pembuatan Partikel Ampas Tebu

  32

  3.4.4 Flowchart Pembuatan Komposit Epoksi Berpenguat Serbuk Ampas Tebu

  32

  3.4.5 Flowchart Pengujian Komposit

  34 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

  34

  4.1 KARAKTERISTIK FT-IR (FOURIER TRANSFORM-INFRA RED) EPOKSI, SERAT AMPAS TEBU TANPA PERLAKUAN ALKALI DAN DENGAN PERLAKUAN ALKALI, DAN KOMPOSIT EPOKSI BERPENGISI SERAT AMPAS TEBU

  34

4.1.1 Karakteristik FT-IR Epoksi

  34

  4.1.2 Karakteristik Serat Ampas Tebu Tanpa Perlakuan Alkali Dan Dengan Perlakuan Alkali

  36

  4.1.3 Karakteristik Epoksi Berpengisi Ampas Tebu

  40

  4.2 PENGARUH KOMPOSISI DAN PERLAKUAN ALKALI TERHADAP KEKUATAN TARIK (TENSILE STRENGTH) KOMPOSIT PARTIKEL EPOKSI BERPENGISI SERAT AMPAS TEBU

  41

  4.3 PENGARUH KOMPOSISI DAN PERLAKUAN ALKALI TERHADAP SIFAT PEMANJANGAN PADA SAAT PUTUS (ELONGATION AT

  

MICROSCOPY (SEM) KOMPOSIT EPOKSI BERPENGISI SERAT

  62 LAMPIRAN C

  58 LAMPIRAN B

  55 LAMPIRAN A

  54 DAFTAR PUSTAKA

  5.2 SARAN

  53

  5.1 KESIMPULAN

  53

  51 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

  AMPAS TEBU

  4.8 KARAKTERISTIK MORFOLOGI ANALISIS SCANNING ELECTRON

  

BREAK ) KOMPOSIT EPOKSI BERPENGISI SERAT AMPAS TEBU 43

  49

  AMPAS TEBU

  

(WATER ABSORPTION) KOMPOSIT EPOKSI BERPENGISI SERAT

  4.7 PENGARUH KOMPOSISI SERAT TERHADAP PENYERAPAN AIR

  48

  4.6 PENGARUH KOMPOSISI DAN PERLAKUAN ALKALI TERHADAP KEKUATAN BENTUR (IMPACT STRENGTH) KOMPOSIT PARTIKEL EPOKSI BERPENGISI SERAT AMPAS TEBU

  46

  4.5 PENGARUH KOMPOSISI DAN PERLAKUAN ALKALI TERHADAP KEKUATAN LENTUR (FLEXURAL STRENGTH) KOMPOSIT EPOKSI BERPENGISI SERAT AMPAS TEBU

  45

  4.4 PENGARUH KOMPOSISI DAN PERLAKUAN ALKALI TERHADAP SIFAT MODULUS ELASTISITAS (TENSILE MODULUS) KOMPOSIT EPOKSI BERPENGISI SERAT AMPAS TEBU

  63

  

DAFTAR GAMBAR

  31 Gambar 3.5 Flowchart Perlakuan Alkali Serat Ampas Tebu

  40 Gambar 4.7 Pengaruh Perbandingan Komposisi dan Perlakuan Alkali Terhadap Kekuatan Tarik Komposit

  39 Gambar 4.6 Karakteristik FT-IR Komposit Epoksi Berpengisi Serat Ampas Tebu

  38 Gambar 4.5 Perbandingan Karakteristik FT-IR Serat Ampas Tebu Tanpa Perlakuan Alkali dan Dengan Perlakuan Alkali

Gambar 4.4 Karakteristik FT-IR Serat Ampas Tebu dengan Perlakuan Alkali

  35 Gambar 4.3 Karakteristik FT-IR Serat Ampas Tebu tanpa Perlakuan Alkali 36

  34 Gambar 4.2 Struktur Molekul Epoksi

  33 Gambar 4.1 Karakteristik FT-IR Epoksi

  32 Gambar 3.8 Flowchart Pengujian Komposit

  31 Gambar 3.7 Flowchart Pembuatan Komposit Partikel Epoksi Berpengisi Serat Ampas Tebu

  31 Gambar 3.6 Pembuatan Partikel Ampas Tebu

  29 Gambar 3.4 Flowchart Pengambilan Serat Ampas Tebu

  Halaman

  29 Gambar 3.3 Ukuran Dimensi Spesimen Metoda Izod ASTM D 4812-11

  28 Gambar 3.2 Ukuran Dimensi Spesimen Kekuatan Lentur ASTM D-790

  22 Gambar 3.1 Contoh Skema Spesimen Uji Tarik

  23 Gambar 2.7 Aplikasi Lain Penggunaan Komposit Serat Alam

  20 Gambar 2.6 Jenis Mobil Sports Yang Menggunakan Komponen Leaf Spring Dari Komposit Epoksi.

  18 Gambar 2.5 Peralatan Uji Bentur

  17 Gambar 2.4 Spesimen V-Notch Metoda Charpy dan Izod

  16 Gambar 2.3 Penampang Uji Bengkok

  15 Gambar 2.2 Kurva Tegangan dan Regangan Hasil Uji Tarik

Gambar 2.1 Uji Tarik ASTM D 638

  41

Gambar 4.8 Pengaruh Komposisi Dan Perlakuan Alkali Terhadap Sifat

  Pemanjangan Pada Saat Putus (Elongation At Break) Komposit Epoksi Berpengisi Serat Ampas Tebu

  43 Gambar 4.9 Pengaruh Komposisi Dan Perlakuan Alkali Terhadap Sifat Modulus Elastisitas (Tensile Modulus) Komposit Epoksi Berpengisi Serat Ampas Tebu

  45 Gambar 4.10 Pengaruh Perbandingan Komposisi dan Perlakuan Alkali Terhadap Kekuatan Lentur Komposit

  47 Gambar 4.11 Pengaruh Perbandingan Komposisi dan Perlakuan Alkali Terhadap Kekuatan Bentur Komposit

  48 Gambar 4.12 Pengaruh Komposisi Serat Terhadap Penyerapan Air (Water

  Absorption ) Komposit Epoksi Berpengisi Serat Ampas tebu

  49 Gambar 4.13 Kemungkinan Ikatan Yang Terjadi Antara Resin Thermoset Dengan Serat Alam

  50 Gambar 4.14 Hasil Analisa SEM Morfologi Permukaan

  51 Gambar C.1 Komposit Partikel Epoksi Berpengisi Serbuk Ampas tebu

  63 Gambar C.2 Alat UTM Gotech Al-7000 M Grid Tensile

  63 Gambar C.3 Alat UTM Gotech Al-7000 M Grid Flexural

  64 Gambar C.4 Alat Impact Tester GOTECH

  64 Gambar C.5 FTIR SHIMADZU IR-PRESTIGE 21

  65 Gambar C.6 SEM ZEISS EVO MA 10

  65

  

DAFTAR TABEL

  Halaman

Tabel 2.1 Struktur Pembentuk Ampas Tebu

  9 Tabel 2.2 Perbandingan Harga antara Serat Alam dan Serat Sintetik

  22 Tabel 2.3 Rincian Biaya Pembuatan Komposit Epoksi Berpengsi Ampas Tebu

  24 Tabel 2.4 Perkiraan Rincian Biaya Pembuatan Produk

  24 Tabel A.1 Data Hasil Kekuatan Uji Tarik

  58 Tabel A.2 Data Hasil Pemanjangan Saat Putus

  58 Tabel A.3 Data Hasil Modulus Elastisitas

  59 Tabel A.4 Data Hasil Kekuatan Uji Lentur

  60 Tabel A.5 Data Hasil Kekuatan Uji Bentur

  60 Tabel A.6 Data Hasil Penyerapan Air

  61