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 filledwith 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 testingshowed 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 790-0229
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 Alkali35 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 63841
Gambar 4.8 Pengaruh Komposisi Dan Perlakuan Alkali Terhadap SifatPemanjangan 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 Tebu9 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