Pengaruh Ukuran Serbuk Tempurung Kelapa sebagai Pengisi Komposit Poliester Tak Jenuh Terhadap Sifat Mekanik dan Penyerapan Air

PENGARUH UKURAN SERBUK TEMPURUNG
KELAPA SEBAGAI PENGISI KOMPOSIT
POLIESTER TAK JENUH TERHADAP SIFAT
MEKANIK DAN PENYERAPAN AIR

SKRIPSI

Oleh

FALMA IRAWATI SIJABAT
080405074

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS TEKNIK KIMIA
MEDAN
JANUARI 2014
1

Universitas Sumatera Utara


PENGARUH UKURAN SERBUK TEMPURUNG
KELAPA SEBAGAI PENGISI KOMPOSIT
POLIESTER TAK JENUH TERHADAP SIFAT
MEKANIK DAN PENYERAPAN AIR

SKRIPSI

Oleh

FALMA IRAWATI SIJABAT
080405074

SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN
PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK KIMIA
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
1

Universitas Sumatera Utara


UNIVERSITAS TEKNIK KIMIA
JANUARI 2014

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI

Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul :
PENGARUH UKURAN SERBUK TEMPURUNG KELAPA SEBAGAI
PENGISI KOMPOSIT POLIESTER TAK JENUH TERHADAP SIFAT
MEKANIK DAN PENYERAPAN AIR
Dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada
Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Skripsi ini adalah hasil karya saya kecuali kutipan – kutipan yang telah saya
sebutkan sumbernya.
Demikian pernyataan ini diperbuat, apabila dikemudian hari terbukti bahwa karya
ini bukan karya saya atau merupakan hasil jiplakan maka saya bersedia menerima
sanksi sesuai dengan aturan yang berlaku.

Medan, Januari 2014

Falma Irawati Sijabat

NIM 080405074

i

Universitas Sumatera Utara

ii

Universitas Sumatera Utara

PRAKATA
Segala puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha
Kuasa atas segala berkat dan karunia-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan.
Tulisan ini merupakan skripsi dengan judul “Pengaruh Ukuran Serbuk
Tempurung Kelapa sebagai Pengisi Komposit Poliester Tak Jenuh Terhadap Sifat
Mekanik dan Penyerapan Air,” berdasarkan hasil penelitian yang penulis lakukan
di Departemen Teknik Kimia Fakulatas Teknik Sumatera Utara. Skripsi ini
merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar sarjana teknik.
Melalui penelitian ini diperoleh kondisi optimum pada kekuatan bentur
dengan menghasilkan kekuatan bentur tertinggi dari serbuk tempurung kelapa.

Sehingga hasil yang diperoleh dapat dimanfaatkan, khususnya dalam pembuatan
komposit. Manfaat lain yang diperoleh, yaitu dapat meningkatkan nilai ekonomis
dari serbuk tempurung kelapa dan mengurangi masalah limbah tempurung kelapa.
Selama melakukan penelitian sampai penulisan skripsi ini penulis banyak
mendapat pengarahan dan bimbingan dari dosen pembimbing penulis, untuk itu
secara khusus penulis mengucapakan terima kasih kepada Dr. Halimatuddahliana,
ST, M.Sc yang telah banyak membantu.
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, Januari 2014
Penulis

Falma Irawati Sijabat

iii

Universitas Sumatera Utara


DEDIKASI

Rasa terima kasih dan hormat penulis ucapkan kepada kedua orang tua
penulis, A. Sijabat dan H. Ambarita yang selalu mendukung penulis dalam
melaksanakan studi dan dalam proses pengerjaan skripsi ini.

Dedikasi skripsi ini penulis tujukan kepada :
1. Kedua orang tua penulis Bapak A. Sijabat dan Ibu H. Ambarita
2. Keluarga besar penulis.
3. Jenmorisdo Saragih atas kerjasamanya yang sangat baik selama
melakukan penelitian dan penulisan skripsi ini.
4. Sahabat-sahabat terbaik di Teknik Kimia, khususnya semua stambuk 2007
yang memberikan banyak dukungan dan semangat kepada penulis.
5. Seluruh teman-teman, adik-adik dan abang kakak yang turut memberikan
bantuan kepada penulis dalam menyelesaikan skripsi ini.

iv

Universitas Sumatera Utara


RIWAYAT HIDUP PENULIS

Nama : Falma Irawati Sijabat
Nim : 080405074
Tempat/ tgl lahir : Waringin, 26 Oktober 1988
Nama orang tua : Alin Hasiholan Sijabat
Alamat orang tua : Jl.Sisingamangaraja atas no. 31
Hutakeleb Tigalingga. Sidikalang
Asal sekolah





SD Impres No 030310 Tigalingga tahun 1995 - 2001
SMP santo Paulus Sidikalang tahun 2001 - 2004

SMU Markus Medan tahun 2004 - 2007
Beasiswa yang pernah diperoleh :

1. Bantuan belajar mahasiswa 2008
Pengalaman organisasi/ kerja :
1. Himatek periode 2010 – 2011 sebagai anggota Humas
Artikel yang telah dipublikasi dalam jurnal/ pertemuan ilmiah:
1. Jurnal Teknik Kimia USU

v

Universitas Sumatera Utara

ABSTRAK
Serbuk tempurung kelapa (STK) yang berasal dari industri pembuatan obat anti
nyamuk dapat digunakan sebagai bahan pengisi (filler) pada komposit. Kajian
tentang pemanfaatan STK sebagai pengisi di dalam matriks poliester tak jenuh
telah dilakukan dengan tujuan untuk mendapatkan ukuran pengisi STK di dalam
komposit poliester tak jenuh dalam menghasilkan sifat mekanik seperti kekuatan
tarik (tensile strength), kekuatan bentur (impact strength) dan penyerapan air
(water absorption) yang terbaik. Dalam penelitian ini, poliester tak jenuh
dicampurkan dengan STK dengan ukuran 50, 70 dan 100 mesh dengan
perbandingan STK : Poliester tak jenuh 20:80 (berat) menggunakan metode hand

lay-up. Hasil pengujian sifat-sifat mekanik menunjukkan kekuatan tarik
maksimum sebesar 42,558 MPa dihasilkan pada komposit dengan ukuran STK 70
mesh. Analisa terhadap sifat kekuatan bentur diperoleh bahwa peningkatan hanya
terjadi pada ukuran STK 100 mesh yaitu 6083,47 J/m2. Pada uji daya serap air,
penyerapan air yang paling tinggi terjadi pada hari pertama, penyerapan air
semakin meningkat seiring bertambahnya jumlah pengisi dan STK yang paling
banyak menyerap air terdapat pada ukuran STK 70 mesh.
Kata kunci : Poliester tak jenuh, Serbuk tempurung kelapa, metode Hand lay-up

vi

Universitas Sumatera Utara

ABSTRACT
Coconut Shell Powder (CSP) was derived from industrial Making Anti-Mosquito
can potentially be used as filler in materials composite. The investigation on the
utilization of CSP as filler in a polyester matrix has been done with the purpose to
obtain the best CSP fillers size in Unsaturated Polyester (UPR) composites in
producing the best mechanical properties such as tensile strength, impact strength,
and water absorption. In this study, UPR was mixed with CSP at the sizes 50

mesh, 70 mesh and 100 mesh with comparison of CSP: Unsaturated Polyester
20:80 (w/w) by using hand lay-up method. The result of mechanical properties
showed that, at a ratio of CSP: PE (20:80), the maximum tensile strength obtained
is 42.558 MPa with the size of CSP 70 mesh. The test on impact strength was
found that the increasing only occured with the size of CSP 100 mesh at 6083.47
J/m2. For absorption test, the highest water absorption occured at the first day,
water absorption increased with increasing the amount of filler and the most CSP
absorbed water at 70 mesh .
Keywords: Unsaturated Polyester, coconut shell powder, Hand lay-up method

vii

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR ISI
Halaman
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI

i


PENGESAHAN

ii

UCAPAN TERIMA KASIH

iii

ABSTRAK

vi

ABSTRACT

vii

DAFTAR ISI

viii


DAFTAR GAMBAR

xi

DAFTAR TABEL

xiii

DAFTAR LAMPIRAN

xiv

DAFTAR SINGKATAN

xvi

DAFTAR SIMBOL

xvii

BAB I PENDAHULUAN

1

1.1 LATAR BELAKANG

1

1.2 PERUMUSAN MASALAH

3

1.3 TUJUAN PENELITIAN

3

1.4 MANFAAT PENELITIAN

3

1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN

4

1.5.1 Bahan Baku yang Digunakan

4

1.5.2 Variabel yang Digunakan

4

1.5.3 Parameter

4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

5

2.1 POTENSI DAN KESINAMBUNGAN BAHAN BAKU DAN PRODUK
2.1.1 Tempurung Kelapa

5

5

2.1.1.1 Selulosa

5

2.1.1.2 Hemiselulosa

6

2.1.1.3 Lignin

6

2.1.2 Resin Poliester Tak Jenuh

7

2.1.3 Katalis

8

2.1.4 Komposit

9

2.1.5 Termoset

12
viii

Universitas Sumatera Utara

2.2 KARAKTERISTIK / SIFAT – SIFAT BAHAN BAKU DAN PRODUK
2.2.1 Sifat dari Tempurung Kelapa

14

14

2.2.2 Sifat dari Resin Poliester Tak Jenuh

14

2.2.3 Sifat dari Katalis

14

2.2.4 Sifat dari Komposit

14

2.3 PENELITIAN TERDAHULU YANG MENGGUNAKAN SERBUK
TEMPURUNG KELAPA DENGAN PROSES LAIN

15

2.4 STUDI PUSTAKA TERHADAP MEKANISME PROSES

18

2.4.1 Uji Kekuatan Tarik (Tensile Strength)

19

2.4.2 Uji Sifat Kekuatan Bentur (Impact Strength)

20

2.4.3 Pengukuran Fraksi Volume Komposit

22

2.4.4 Analisa Spektroskopi Inframerah (FTIR)

23

2.4.5 Pengujian Daya Serap Air

23

2.5 ANALISIS BIAYA

24

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

28

3.1 LOKASI PENELITIAN

28

3.2 BAHAN DAN PERALATAN

28

3.2.1 Bahan

28

3.2.2 Peralatan

28

3.3 PROSEDUR PENELITIAN

29

3.3.1 Penyediaan Serbuk Tempurung Kelapa

29

3.3.2 Persiapan Komposit Poliester Tak Jenuh Berpengisi Serbuk
Tempurung Kelapa (STK)

30

3.3.3 Pengujian Komposit

30

3.3.3.1 Pengujian Sifat Kekuatan Tarik (Tensile Strength)
ASTM D-638

30

3.3.3.2 Pengujian Sifat Kekuatan Bentur (Impact Strength)
ASTM D-256

31

3.3.3.3 Penyerapan Air (Water Absorption) dengan
ASTM D-2842

32

3.3.3.4 Pengukuran Fraksi Volume Serat dalam Komposit

32

3.3.3.5 Analisa Spektoskopi Inframerah (FTIR)

33

ix

Universitas Sumatera Utara

3.4 FLOWCHAT PENELITIAN

34

3.4.1 Flowchat penyediaan Serbuk Tempurung Kelapa

34

3.4.2 Flowchat Persiapan Komposit Poliester Tidak Jenuh Berpengisi
Serbuk Tempurung Kelapa

35

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

37

4.1 ANALISA SPEKTROSKOPI INFRAMERAH (FTIR) DAN SERBUK
TEMPURUNG KELAPA

37

4.1.1 Hasil Analisa FTIR Poliester Tak Jenuh

37

4.1.2 Hasil Analisa FTIR Serbuk Tempurung Kelapa

38

4.2 ANALISA PENGARUH UKURAN SERBUK TEMPURUNG KELAPA
TERHADAP KEKUATAN TARIK (TENSILE STRENGTH) KOMPOSIT
UPR DENGAN ASTM D-638

41

4.3 ANALISA PENGARUH UKURAN SERBUK TEMPURUNG KELAPA
TERHADAP PEMANJANGAN PADA SAAT PUTUS KOMPOSIT
UPR DENGAN ASTM D-638

42

4.4 ANALISA PENGARUH UKURAN SERBUK TEMPURUNG KELAPA
TERHADAP KEKUATAN BENTUR (IMPACT STRENGTH)
KOMPOSIT UPR DENGAN ASTM D - 256

44

4.5 HASIL ANALISA FTIR KOMPOSIT POLIESTER BERPENGISI STK

45

4.6 ANALISA PENGARUH UKURAN SERBUK TEMPURUNG KELAPA
TERHADAP PENYERAPAN AIR (WATER ABSORPTION) KOMPOSIT
UPR DENGAN ASTM D-2842

47

4.7 HUBUNGAN UKURAN SERBUK TEMPURUNG KELAPA (STK)
TERHADAP PENGUKURAN FRAKSI VOLUME SERAT
DALAM KOMPOSIT POLIESTER TAK JENUH (UPR)
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

48
50

5.1 KESIMPULAN

50

5.2 SARAN

50

DAFTAR PUSTAKA

51

LAMPIRAN 1 DATA HASIL PENELITIAN

56

LAMPIRAN 2 CONTOH PERHITUNGAN

62

LAMPIRAN 3 DOKUMENTASI PENELITIAN

68

x

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Struktur Molekul dari Selulosa

6

Gambar 2.2 Struktur Molekul dari Lignin

6

Gambar 2.3 Sintesa Poliester Tak Jenuh dari Etilen Glikol dan Asam Maleat

8

Gambar 2.4 Reaksi Curing Poliester Tidak Jenuh

9

Gambar 2.5 Bentuk Struktur Ikatan Silang

13

Gambar 2.6 Bahan Gesek Kampas Rem Mobil

15

Gambar 2.7 Metode Hand Lay – Up

19

Gambar 2.8 Spesimen V-Notch Metoda Charpy dan Izod

21

Gambar 2.9 Skema Pengujian Impak

21

Gambar 2.10 Mekanisme Penyerapan Air

24

Gambar 3.1 Contoh Skema Uji Bentur

31

Gambar 3.2 Flowchat penyediaan Serbuk Tempurung Kelapa

34

Gambar 3.3 Flowchat Persiapan Komposit Poliester Tidak Jenuh Berpengisi
Serbuk Tempurung Kelapa

36

Gambar 4.1 FTIR Poliester Tak Jenuh

37

Gambar 4.2 Grafik Hasil Uji FTIR Serbuk Tempurung Kelapa

39

Gambar 4.3 Pengaruh Ukuran Serbuk Tempurung Kelapa terhadap Kekuatan
Tarik Komposit dengan Rasio ( STK : PE) 20 : 80

41

Gambar 4.4 Pengaruh Ukuran Serbuk Tempurung Kelapa Terhadap Pemanjangan
Pada Saat Putus Komposit UPR Berpengisi STK

42

Gambar 4.5 Pengaruh Ukuran Serbuk Tempurung Kelapa terhadap Kekuatan
Bentur Komposit dengan Rasio (STK : PE) 20: 80

44

Gambar 4.6 Grafik Hasil Uji FTIR Komposit dengan perbandingan STK : UPR
( 20: 80 )

45

Gambar 4.7 Pengaruh Ukuran Serbuk Tempurung Kelapa Terhadap Daya Serap
Air

47

Gambar L3.1 PenyediaanKomposit UPR-STKS

68

Gambar L3.2 Alat UTM Gotech Al-7000 M Grid Tensile

68

Gambar L3.3 Alat UTM Gotech Al-7000 M Grid Flexural

69

Gambar L3.4 Komposit yang sudah dilepas dari cetakan dan sudah di uji
xi

69

Universitas Sumatera Utara

Gambar L3.5 Serbuk tempurung kelapa yang sudah diayak

70

Gambar L3.6 Poliester tak jenuh yang sudah dilepas dari cetakan

70

xii

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1 Komposisi Kimia Tempurung Kelapa

5

Tabel 2.2 Adapun perbandingan kelebihan komposit

17

Tabel 2.3 Adapun perbandingan kelemahan komposit

17

Tabel 2.4 Rincian Biaya Pembuatan Komposit UPR Berpengisi STK

24

Tabel 2.5 Rincian Biaya untuk Pembuatan bingkai foto

26

Tabel 4.1 Hasil data FTIR dari poliester murni

38

Tabel 4.2 Hasil data FTIR dari serbuk tempurung kelapa

40

Tabel 4.3 hasil data FTIR dari komposit UPR berpengisi STK

46

Tabel 4.4 Ukuran STK Terhadap Fraksi Volume Serat

48

Tabel L1.1 Pengujian Sifat Kekuatan Bentur ( Impact Strength )

56

Tabel L1.2 Penyerapan Air ( Water absorption )

56

Tabel L1.3 Perhitungan Densitas Komposit ( dalam 15 ml air )

58

Tabel L1.4 Pengujian Sifat Kekuatan Tarik ( Tensile Strength )

59

Tabel L1.5.1 Pengujian Sifat Kekuatan Bentur ( Impact Strength )

59

Tabel L1.5.2 Penyerapan Air ( Water absorption )

60

Tabel L1.5.3 Perhitungan Densitas Komposit ( dalam 15 ml air )

60

Tabel L1.5.4 Pengujian Sifat Kekuatan Tarik ( Tensile Strength )

61

xiii

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
LAMPIRAN 1 DATA HASIL PENELITIAN

56

L1.1 PENGUJIAN SIFAT KEKUATAN BENTUR
( IMPACT STRENGTH )

56

L1.2 PENYERAPAN AIR ( WATER ABSORPTION )
DENGAN ASTM D-2842

56

L1.3 PERHITUNGAN DENSITAS KOMPOSIT ( DALAM
15 ML AIR)

58

L1.4 PENGUJIAN SIFAT KEKUATAN TARIK
(TENSILE STRENGTH) ASTM D-256

59

L1.5 DATA YANG DIGUNAKAN DALAM LAPORAN

59

L1.5.1 Pengujian Sifat Kekuatan Bentur ( Impact
Strength ) ASTM D-256

59

L1.5.2 Penyerapan Air ( Water absorption ) dengan
ASTM D-2842

60

L1.5.3 Perhitungan Densitas Komposit ( dalam 15 ml
air )

60

L1.5.4 Pengujian Sifat Kekuatan Tarik ( Tensile Strength )
ASTM D-256

61

LAMPIRAN 2 CONTOH PERHITUNGAN

62

L2.1 PERHITUNGAN PERSIAPAN POLIESTER TAK
JENUH DAN PENGISI SERBUK TEMPURUNG
KELAPA

62

L2.1.1 Untuk 50 mesh

62

L2.1.2 Untuk 70 mesh

63

L2.1.3 Untuk 100 mesh

64

L2.2 PERHITUNGAN PENGUKURAN FRAKSI
VOLUME SERAT DALAM KOMPOSIT

65

L2.2.1 Perhitungan Densitas Komposit

65

L2. 2.2 Perhitungan Fraksi Volume Serat dalam
xiv

Universitas Sumatera Utara

Komposit

66

LAMPIRAN 3 DOKUMENTASI PENELITIAN

68

L3.1 PENYEDIAAN KOMPOSIT UPR-STK

68

L3.2 ALAT UNIVERSAL TESTING MACHINE (UTM)
GOTECH Al-7000M GRID TENSILE
L3.3 ALAT IMPACT TESTER GOTECH

68
69

xv

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR SINGKATAN
STK

Serbuk Tempurung Kelapa

MEKP

Metil Etil Keton Peroksida

UPR

Unsaturated Polyester Resin

FTIR

Fourier Transform Infra Red

xvi

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR SIMBOL
Simbol

Keterangan

Dimensi

τ

Tegangan

kgf/mm2

Fmaks

Beban

kgf

Ao

Luas penampang mulamula

VF

Fraksi volume serat

ml

ρC

Densitas komposit

gr/ml

ρF

Densitas serat

gr/ml

MF

Massa Serat

gram

DSA

Daya serap air

%

B1

Berat sampel uji sebelum
perendaman
Berat sampel uji setelah

B2

perendaman
Wg

Persentase pertambahan
berat komposit

We

Berat komposit setelah
perendaman

Wo

Berat komposit sebelum
perendaman

VR

Fraksi volume resin

ml

Mc

Massa komposit

gr

xvii

Universitas Sumatera Utara