Pengaru Komposisi Serbuk Tempurung Kelapa sebagai Pengisi Komposit Poliester Tak Jenuh Terhadap Sifat Mekanik dan Penyerapan Air
PENGARUH KOMPOSISI SERBUK TEMPURUNG
KELAPA SEBAGAI PENGISI KOMPOSIT POLIESTER
TAK JENUH TERHADAP SIFAT MEKANIK DAN
PENYERAPAN AIR
SKRIPSI
Oleh
JENMORISDO SARAGIH
080405096
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
AGUSTUS 2014
Universitas Sumatera Utara
PENGARUH KOMPOSISI SERBUK TEMPURUNG
KELAPA SEBAGAI PENGISI KOMPOSIT POLIESTER
TAK JENUH TERHADAP SIFAT MEKANIK DAN
PENYERAPAN AIR
SKRIPSI
Oleh
JENMORISDO SARAGIH
080405096
SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN
PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
AGUSTUS 2014
Universitas Sumatera Utara
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, 27 Agustus 2014
Jenmorisdo Saragih
NIM 080405096
i
Universitas Sumatera Utara
PENGESAHAN
Skripsi dengan judul :
PENGARUH UKURAN SERBUK TEMPURUNG
KELAPA SEBAGAI PENGISI KOMPOSIT POLIESTER
TAK JENUH TERHADAP SIFAT MEKANIK DAN
PENYERAPAN AIR
Dibuat untuk melengkapi persyaratan menjadi sarjana Teknik Pada Departemen
Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Skripsi ini telah diujikan pada sidang ujian skripsi pada tanggal 18 Desember 2013
dan dinyatakan memenuhi syarat/sah sebagai skripsi pada Departemen Teknik Kimia
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Mengetahui,
Medan, 27 Agustus 2014
Koordinator Skripsi
Dosen Pembimbing
Ir. Renita Manurung MT
Dr. Halimatuddahliana, ST, M.Sc
NIP. 19681214 199702 2002
NIP. 19730408 199802 2002
Dosen Penguji I
Dosen Penguji II
Ir. Bambang Trisakti, M.Si
Dr. Ir. Iriany, M,Si
NIP. 19660925 199103 1 003
NIP.19640613 199003 2 001
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 “Pengaru Komposisi 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, Agustus 2014
Penulis
Jenmorisdo Saragih
iii
Universitas Sumatera Utara
DEDIKASI
Rasa terima kasih dan hormat penulis ucapkan kepada kedua orang tua
penulis, R. Saragih dan R. Silalahi yang selalu mendukung penulis dalam
melaksanakan studi dan dalam proses pengerjaan skripsi ini.
Dedikasi skripsi ini juga penulis tujukan kepada :
1. Posman Adiputra Saragih, Castrojoi Saragih, dan Mei Devi Saragih selaku adikadik penulis yang senantiasa memberikan dukungan selama pelaksanaan studi dan
prosen pengerjaan skripsi ini
2. Forida Silalahi selaku keluarga dekat penulis yang senatiasa member doa dan
dukungan kepada penulis
3. Henny Juniar Aruan selaku orang terdekat dengan penulis yang senatiasa
membrikan dukungan baik moral maupun spritual
iv
Universitas Sumatera Utara
RIWAYAT HIDUP PENULIS
Nama : Jenmorisdo Saragih
Nim : 080405096
Tempat/ tgl lahir : Samosir, 11 April 1988
Nama orang tua : Ramonsen Saragih
Alamat orang tua : Desa Lumban Batu Kec. Simanindo
Kabupaten Samosir
•
•
•
Asal sekolah
SD Negeri No 173780 Boho tahun 1995 - 2001
SMP Negeri 1 Pangururan tahun 2001 – 2004
SMU Negeri 1 Pangururan 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 : Pengaruh Ukuran Serbuk Tempurung Kelapa
Sebagai Pengisi Komposit Poliester Tak Jenuh Terhadap Sifat Mekanik
dan Penyerapan Air
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 komposisi 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 70 mesh dengan perbandingan STK : Poliester tak jenuh
20:80, 30:70 dan 40:60 (b/b) menggunakan metoda hand lay-up. Dari hasil
karakterisasi FTIR menunjukkan bahwa ikatan antara matriks dan pengisi yang
dihasilkan hanya berupa interaksi penjangkaran mekanik dengan ikatan hidrogen
dalam gaya Van der Waals. Hasil pengujian sifat-sifat mekanik menunjukkan
kekuatan tarik maksimum sebesar 42,558 MPa dihasilkan pada komposit dengan
perbandingan 20:80. Analisa terhadap sifat kekuatan bentur diperoleh bahwa
peningkatan hanya terjadi pada rasio 20;80 yaitu 5885,04 J/m2. Pada uji daya serap
air, penyerapan air yang paling tinggi terjadi pada komposit dengan rasio 40:60.
Penyerapan air semakin meningkat seiring bertambahnya jumlah pengisi.
Kata kunci : Poliester tidak jenuh, Serbuk tempurung kelapa, Hand lay-up
vi
Universitas Sumatera Utara
ABSTRACT
Coconut Shell Powder (CSP) which derived from industrial Making Anti-Mosquito
can potentially be used as filler in composite materials. The study on the utilization
of CSP as filler in a polyester matrix has been done with the purpose to obtain the
best CSP fillers composition in Unsaturated Polyester (UPR) composites in
producing mechanical properties such as tensile strength (tensile strength), impact
strength, and water absorption. In this study, UPR was mixed with CSP with sizes
70 mesh with comparison of CSP : Unsaturated Polyester (20:80) by using hand layup method. The result of FTIR characterization showed that the bonding between
matrix and fillers is mechanical anchoring, hydrogen bonds and Van Der Waals
forces. The result of mechanical properties showed that, at a ratio of CSP: PE
(20:80), (30:70) and (40:60).Tthe maximum tensile strength obtained is 42.558 MPa
with the ratio of composite is (20:80). The analysis of impact strength was obtained
that the increased only occurs at ratio (20:80) of 5885.04 J/m2 . In the water
absorption test, the highest water absorption occured at a ratio CSP:PE (40:60) and
the water absorption increases with increasing the amount of filler.
Keywords: Unsaturated Polyester, coconut shell powder, Hand lay-up
vii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Halaman
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
i
PENGESAHAN
ii
PRAKATA
iii
DEDIKASI
iv
RIWAYAT HIDUP PENULIS
v
ABSTRAK
vi
ABSTRACT
vii
DAFTAR ISI
viii
DAFTAR GAMBAR
xii
DAFTAR TABEL
xiv
DAFTAR LAMPIRAN
xv
DAFTAR SINGKATAN
xvii
DAFTAR SIMBOL
xviii
BAB I PENDAHULUAN
1
1.1 LATAR BELAKANG
1
1.2 PERUMUSAN MASALAH
3
1.3 TUJUAN PENELITIAN
3
1.4 MANFAAT PENELITIAN
4
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
5
2.1.1 Tempurung Kelapa
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
9
viii
Universitas Sumatera Utara
2.1.4 Komposit
10
2.1.4.1 Fasa Matriks
10
2.1.4.2 Fasa Tersebar
11
2.1.4.3 Antar Muka (Matriks Tersebar)
11
2.1.5 Termoset
12
2.2 KARAKTERISTIK/SIFAT-SIFAT BAHAN BAKU DAN PRODUK
14
2.2.1 Sifat dari Tempurung Kelapa
14
2.2.2 Sifat dari Resin Poliester Tak Jenuh
14
2.2.3 Sifat dari Katalis
14
2.2.4 Sifat dari Komposit
15
2.3 PENELITIAN TERDAHULU YANG MENGGUNAKAN SERBUK
TEMPURUNG KELAPA DENGAN PROSES LAIN
15
2.3.1 Pembuatan Bahan Gesek Kampas Rem Menggunakan Serbuk
Tempurung Kelapa sebagai Pemodifikasi Gesek
15
2.3.2 Pengaruh Fraksi Volume dan Ukuran Partikel Komposit Poliester
Resin Berpenguat Partikel Genting terhadap Kekuatan Tarik dan
Kekuatan Bending
17
2.3.3 Perbandingan Kelebihan dan Kelemahan Penelitian Ini dengan
Penelitian yang Lain
18
2.4 STUDI PUSTAKA TERHADAP MEKANISME PROSES
18
2.4.1 Uji Sifat Kekuatan Tarik (Tensile Strength)
20
2.4.2 Uji Sifat Kekuatan Bentur (Impact Strength)
21
2.4.3 Pengukuran Fraksi Volume Komposit
22
2.4.4 Analisis Spektroskopi Inframerah (FTIR)
23
2.4.5 Pengujian Daya Serap terhadap Air
24
2.5 ANALISIS BIAYA
25
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
29
3.1 LOKASI PENELITIAN
29
3.2 BAHAN DAN PERALATAN
29
3.2.1 Bahan
29
3.2.2 Peralatan
30
3.3 PROSEDUR PENELITIAN
30
ix
Universitas Sumatera Utara
3.3.1 Penyediaan Serbuk Tempurung Kelapa
30
3.3.2 Persiapan Komposit Poliester Tidak Jenuh Berpengisi Serbuk
Tempurung Kelapa
31
3.3.3 Pengujian Komposit
31
3.3.3.1 Pengujian Sifat Kekuatan Tarik (Tensile Strength)
ASTM D-638
31
3.3.3.2 Pengujian Sifat Kekuatan Bentur (Impact Strength)
ASTM D-256
32
3.3.3.3 Penyerapan Air (Water Absorption) dengan
ASTM D-2842
33
3.3.3.4 Pengukuran Fraksi Volume Serat dalam Komposit
33
3.3.3.5 Analisa Spektoskopi Inframerah (FTIR)
34
3.4 FLOWCHART PENELITIAN
35
3.4.1 Flowchart Penyediaan Serbuk Tempurung Kelapa
35
3.4.2 Flowchat Persiapan Komposit Poliester Tidak Jenuh Berpengisi
Serbuk Tempurung Kelapa
36
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
38
4.1 ANALISA SPEKTROSKOPI INFRAMERAH (FTIR) DAN SERBUK
TEMPURUNG KELAPA
38
4.1.1 Hasil Analisa FTIR Poliester Tak Jenuh
38
4.1.2 Hasil Analisa FTIR Serbuk Tempurung Kelapa
40
4.2 ANALISIS PENGARUH KOMPOSISI SERBUK TEMPURUNG KELAPA
TERHADAP KEKUATAN TARIK (TENSILE STRENGTH) KOMPOSIT
UPR DENGAN ASTM D-638
42
4.3 ANALISIS PENGARUH KOMPOSISI SERBUK TEMPURUNG KELAPA
TERHADAP PEMANJANGAN PADA SAAT PUTUS KOMPOSIT UPR
DENGAN ASTM D-638
43
4.4 ANALISA PENGARUH KOMPOSISI SERBUK TEMPURUNG KELAPA
TERHADAP KEKUATAN BENTUR (IMPACT STRENGTH)
KOMPOSIT UPR DENGAN ASTM D - 256
45
4.5 HASIL ANALISA FTIR KOMPOSIT POLIESTER BERPENGISI STK
46
4.6 ANALISA PENGARUH KOMPOSISI SERBUK TEMPURUNG KELAPA
x
Universitas Sumatera Utara
TERHADAP PENYERAPAN AIR (WATER ABSORPTION) KOMPOSIT
UPR DENGAN ASTM D-2842
48
4.7 HUBUNGAN KOMPOSISI SERBUK TEMPURUNG KELAPA (STK)
TERHADAP PENGUKURAN FRAKSI VOLUME SERAT
DALAM KOMPOSIT POLIESTER TAK JENUH (UPR)
49
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
50
5.1 KESIMPULAN
50
5.2 SARAN
50
DAFTAR PUSTAKA
51
LAMPIRAN 1 DATA HASIL PERHITUNGAN
56
LAMPIRAN 2 CONTOH PERHITUNGAN
62
LAMPIRAN 3 DOKUMENTASI PENELITIAN
68
xi
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Struktur Molekul dari Selulosa
6
Gambar 2.2 Struktur Molekul dari Lignin
7
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
22
Gambar 2.10 Mekanisme Penyerapan Air
24
Gambar 3.1 Contoh Skema Uji Bentur
32
Gambar 3.2 Flowchat penyediaan Serbuk Tempurung Kelapa
35
Gambar 3.3 Flowchat Persiapan Komposit Poliester Tidak Jenuh Berpengisi
Serbuk Tempurung Kelapa
37
Gambar 4.1 FTIR Poliester Tak Jenuh
38
Gambar 4.2 Grafik Hasil Uji FTIR Serbuk Tempurung Kelapa
40
Gambar 4.3 Pengaruh Ukuran Serbuk Tempurung Kelapa terhadap Kekuatan
Tarik Komposit dengan Rasio ( STK : PE) 20 : 80
42
Gambar 4.4 Pengaruh Ukuran Serbuk Tempurung Kelapa Terhadap Pemanjangan
Pada Saat Putus Komposit UPR Berpengisi STK
43
Gambar 4.5 Pengaruh Ukuran Serbuk Tempurung Kelapa terhadap Kekuatan
Bentur Komposit dengan Rasio (STK : PE) 20: 80
45
Gambar 4.6 Grafik Hasil Uji FTIR Komposit dengan perbandingan STK : UPR
( 20: 80 )
46
Gambar 4.7 Pengaruh Ukuran Serbuk Tempurung Kelapa Terhadap Daya Serap
Air
48
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
69
xii
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
xiii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1 Komposisi Kimia Tempurung Kelapa
5
Tabel 2.2 Perbandingan kelebihan komposit
18
Tabel 2.3 Perbandingan kelemahan komposit
18
Tabel 2.4 Rincian Biaya Pembuatan Komposit UPR Berpengisi STK
25
Tabel 2.5 Rincian Biaya untuk Pembuatan bingkai foto
27
Tabel 4.1 Hasil data FTIR dari poliester murni
39
Tabel 4.2 Hasil data FTIR dari serbuk tempurung kelapa
41
Tabel 4.3 hasil data FTIR dari komposit UPR berpengisi STK
47
Tabel 4.4 Ukuran STK Terhadap Fraksi Volume Serat
49
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
xiv
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
L1.5 DATA YANG DIGUNAKAN DALAM LAPORAN
59
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 Komposit 66
xv
Universitas Sumatera Utara
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
L3.4 KOMPOSIT YANG SUDAH DILEPAS DARI CETAKAN
DAN SUDAH DIUJI
69
L3.5 SERBUK TEMPURUNG KELAPA YANG SUDAH
DIAYAK
70
L3.6 POLIESTER TAK JENUH YANG SUDAH DILEPAS
DARI CETAKAN
70
xvi
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR SINGKATAN
STK
Serbuk Tempurung Kelapa
MEKP
Metil Etil Keton Peroksida
UPR
Unsaturated Polyester Resin
FTIR
Fourier Transform Infra Red
xvii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR SIMBOL
Simbol
Keterangan
Dimensi
Τ
Tegangan
kgf/mm2
Fmaks
Beban
Kgf
Ao
Luas
penampang
mula-
mula
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
xviii
Universitas Sumatera Utara
KELAPA SEBAGAI PENGISI KOMPOSIT POLIESTER
TAK JENUH TERHADAP SIFAT MEKANIK DAN
PENYERAPAN AIR
SKRIPSI
Oleh
JENMORISDO SARAGIH
080405096
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
AGUSTUS 2014
Universitas Sumatera Utara
PENGARUH KOMPOSISI SERBUK TEMPURUNG
KELAPA SEBAGAI PENGISI KOMPOSIT POLIESTER
TAK JENUH TERHADAP SIFAT MEKANIK DAN
PENYERAPAN AIR
SKRIPSI
Oleh
JENMORISDO SARAGIH
080405096
SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN
PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
AGUSTUS 2014
Universitas Sumatera Utara
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, 27 Agustus 2014
Jenmorisdo Saragih
NIM 080405096
i
Universitas Sumatera Utara
PENGESAHAN
Skripsi dengan judul :
PENGARUH UKURAN SERBUK TEMPURUNG
KELAPA SEBAGAI PENGISI KOMPOSIT POLIESTER
TAK JENUH TERHADAP SIFAT MEKANIK DAN
PENYERAPAN AIR
Dibuat untuk melengkapi persyaratan menjadi sarjana Teknik Pada Departemen
Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Skripsi ini telah diujikan pada sidang ujian skripsi pada tanggal 18 Desember 2013
dan dinyatakan memenuhi syarat/sah sebagai skripsi pada Departemen Teknik Kimia
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Mengetahui,
Medan, 27 Agustus 2014
Koordinator Skripsi
Dosen Pembimbing
Ir. Renita Manurung MT
Dr. Halimatuddahliana, ST, M.Sc
NIP. 19681214 199702 2002
NIP. 19730408 199802 2002
Dosen Penguji I
Dosen Penguji II
Ir. Bambang Trisakti, M.Si
Dr. Ir. Iriany, M,Si
NIP. 19660925 199103 1 003
NIP.19640613 199003 2 001
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 “Pengaru Komposisi 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, Agustus 2014
Penulis
Jenmorisdo Saragih
iii
Universitas Sumatera Utara
DEDIKASI
Rasa terima kasih dan hormat penulis ucapkan kepada kedua orang tua
penulis, R. Saragih dan R. Silalahi yang selalu mendukung penulis dalam
melaksanakan studi dan dalam proses pengerjaan skripsi ini.
Dedikasi skripsi ini juga penulis tujukan kepada :
1. Posman Adiputra Saragih, Castrojoi Saragih, dan Mei Devi Saragih selaku adikadik penulis yang senantiasa memberikan dukungan selama pelaksanaan studi dan
prosen pengerjaan skripsi ini
2. Forida Silalahi selaku keluarga dekat penulis yang senatiasa member doa dan
dukungan kepada penulis
3. Henny Juniar Aruan selaku orang terdekat dengan penulis yang senatiasa
membrikan dukungan baik moral maupun spritual
iv
Universitas Sumatera Utara
RIWAYAT HIDUP PENULIS
Nama : Jenmorisdo Saragih
Nim : 080405096
Tempat/ tgl lahir : Samosir, 11 April 1988
Nama orang tua : Ramonsen Saragih
Alamat orang tua : Desa Lumban Batu Kec. Simanindo
Kabupaten Samosir
•
•
•
Asal sekolah
SD Negeri No 173780 Boho tahun 1995 - 2001
SMP Negeri 1 Pangururan tahun 2001 – 2004
SMU Negeri 1 Pangururan 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 : Pengaruh Ukuran Serbuk Tempurung Kelapa
Sebagai Pengisi Komposit Poliester Tak Jenuh Terhadap Sifat Mekanik
dan Penyerapan Air
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 komposisi 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 70 mesh dengan perbandingan STK : Poliester tak jenuh
20:80, 30:70 dan 40:60 (b/b) menggunakan metoda hand lay-up. Dari hasil
karakterisasi FTIR menunjukkan bahwa ikatan antara matriks dan pengisi yang
dihasilkan hanya berupa interaksi penjangkaran mekanik dengan ikatan hidrogen
dalam gaya Van der Waals. Hasil pengujian sifat-sifat mekanik menunjukkan
kekuatan tarik maksimum sebesar 42,558 MPa dihasilkan pada komposit dengan
perbandingan 20:80. Analisa terhadap sifat kekuatan bentur diperoleh bahwa
peningkatan hanya terjadi pada rasio 20;80 yaitu 5885,04 J/m2. Pada uji daya serap
air, penyerapan air yang paling tinggi terjadi pada komposit dengan rasio 40:60.
Penyerapan air semakin meningkat seiring bertambahnya jumlah pengisi.
Kata kunci : Poliester tidak jenuh, Serbuk tempurung kelapa, Hand lay-up
vi
Universitas Sumatera Utara
ABSTRACT
Coconut Shell Powder (CSP) which derived from industrial Making Anti-Mosquito
can potentially be used as filler in composite materials. The study on the utilization
of CSP as filler in a polyester matrix has been done with the purpose to obtain the
best CSP fillers composition in Unsaturated Polyester (UPR) composites in
producing mechanical properties such as tensile strength (tensile strength), impact
strength, and water absorption. In this study, UPR was mixed with CSP with sizes
70 mesh with comparison of CSP : Unsaturated Polyester (20:80) by using hand layup method. The result of FTIR characterization showed that the bonding between
matrix and fillers is mechanical anchoring, hydrogen bonds and Van Der Waals
forces. The result of mechanical properties showed that, at a ratio of CSP: PE
(20:80), (30:70) and (40:60).Tthe maximum tensile strength obtained is 42.558 MPa
with the ratio of composite is (20:80). The analysis of impact strength was obtained
that the increased only occurs at ratio (20:80) of 5885.04 J/m2 . In the water
absorption test, the highest water absorption occured at a ratio CSP:PE (40:60) and
the water absorption increases with increasing the amount of filler.
Keywords: Unsaturated Polyester, coconut shell powder, Hand lay-up
vii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Halaman
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
i
PENGESAHAN
ii
PRAKATA
iii
DEDIKASI
iv
RIWAYAT HIDUP PENULIS
v
ABSTRAK
vi
ABSTRACT
vii
DAFTAR ISI
viii
DAFTAR GAMBAR
xii
DAFTAR TABEL
xiv
DAFTAR LAMPIRAN
xv
DAFTAR SINGKATAN
xvii
DAFTAR SIMBOL
xviii
BAB I PENDAHULUAN
1
1.1 LATAR BELAKANG
1
1.2 PERUMUSAN MASALAH
3
1.3 TUJUAN PENELITIAN
3
1.4 MANFAAT PENELITIAN
4
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
5
2.1.1 Tempurung Kelapa
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
9
viii
Universitas Sumatera Utara
2.1.4 Komposit
10
2.1.4.1 Fasa Matriks
10
2.1.4.2 Fasa Tersebar
11
2.1.4.3 Antar Muka (Matriks Tersebar)
11
2.1.5 Termoset
12
2.2 KARAKTERISTIK/SIFAT-SIFAT BAHAN BAKU DAN PRODUK
14
2.2.1 Sifat dari Tempurung Kelapa
14
2.2.2 Sifat dari Resin Poliester Tak Jenuh
14
2.2.3 Sifat dari Katalis
14
2.2.4 Sifat dari Komposit
15
2.3 PENELITIAN TERDAHULU YANG MENGGUNAKAN SERBUK
TEMPURUNG KELAPA DENGAN PROSES LAIN
15
2.3.1 Pembuatan Bahan Gesek Kampas Rem Menggunakan Serbuk
Tempurung Kelapa sebagai Pemodifikasi Gesek
15
2.3.2 Pengaruh Fraksi Volume dan Ukuran Partikel Komposit Poliester
Resin Berpenguat Partikel Genting terhadap Kekuatan Tarik dan
Kekuatan Bending
17
2.3.3 Perbandingan Kelebihan dan Kelemahan Penelitian Ini dengan
Penelitian yang Lain
18
2.4 STUDI PUSTAKA TERHADAP MEKANISME PROSES
18
2.4.1 Uji Sifat Kekuatan Tarik (Tensile Strength)
20
2.4.2 Uji Sifat Kekuatan Bentur (Impact Strength)
21
2.4.3 Pengukuran Fraksi Volume Komposit
22
2.4.4 Analisis Spektroskopi Inframerah (FTIR)
23
2.4.5 Pengujian Daya Serap terhadap Air
24
2.5 ANALISIS BIAYA
25
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
29
3.1 LOKASI PENELITIAN
29
3.2 BAHAN DAN PERALATAN
29
3.2.1 Bahan
29
3.2.2 Peralatan
30
3.3 PROSEDUR PENELITIAN
30
ix
Universitas Sumatera Utara
3.3.1 Penyediaan Serbuk Tempurung Kelapa
30
3.3.2 Persiapan Komposit Poliester Tidak Jenuh Berpengisi Serbuk
Tempurung Kelapa
31
3.3.3 Pengujian Komposit
31
3.3.3.1 Pengujian Sifat Kekuatan Tarik (Tensile Strength)
ASTM D-638
31
3.3.3.2 Pengujian Sifat Kekuatan Bentur (Impact Strength)
ASTM D-256
32
3.3.3.3 Penyerapan Air (Water Absorption) dengan
ASTM D-2842
33
3.3.3.4 Pengukuran Fraksi Volume Serat dalam Komposit
33
3.3.3.5 Analisa Spektoskopi Inframerah (FTIR)
34
3.4 FLOWCHART PENELITIAN
35
3.4.1 Flowchart Penyediaan Serbuk Tempurung Kelapa
35
3.4.2 Flowchat Persiapan Komposit Poliester Tidak Jenuh Berpengisi
Serbuk Tempurung Kelapa
36
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
38
4.1 ANALISA SPEKTROSKOPI INFRAMERAH (FTIR) DAN SERBUK
TEMPURUNG KELAPA
38
4.1.1 Hasil Analisa FTIR Poliester Tak Jenuh
38
4.1.2 Hasil Analisa FTIR Serbuk Tempurung Kelapa
40
4.2 ANALISIS PENGARUH KOMPOSISI SERBUK TEMPURUNG KELAPA
TERHADAP KEKUATAN TARIK (TENSILE STRENGTH) KOMPOSIT
UPR DENGAN ASTM D-638
42
4.3 ANALISIS PENGARUH KOMPOSISI SERBUK TEMPURUNG KELAPA
TERHADAP PEMANJANGAN PADA SAAT PUTUS KOMPOSIT UPR
DENGAN ASTM D-638
43
4.4 ANALISA PENGARUH KOMPOSISI SERBUK TEMPURUNG KELAPA
TERHADAP KEKUATAN BENTUR (IMPACT STRENGTH)
KOMPOSIT UPR DENGAN ASTM D - 256
45
4.5 HASIL ANALISA FTIR KOMPOSIT POLIESTER BERPENGISI STK
46
4.6 ANALISA PENGARUH KOMPOSISI SERBUK TEMPURUNG KELAPA
x
Universitas Sumatera Utara
TERHADAP PENYERAPAN AIR (WATER ABSORPTION) KOMPOSIT
UPR DENGAN ASTM D-2842
48
4.7 HUBUNGAN KOMPOSISI SERBUK TEMPURUNG KELAPA (STK)
TERHADAP PENGUKURAN FRAKSI VOLUME SERAT
DALAM KOMPOSIT POLIESTER TAK JENUH (UPR)
49
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
50
5.1 KESIMPULAN
50
5.2 SARAN
50
DAFTAR PUSTAKA
51
LAMPIRAN 1 DATA HASIL PERHITUNGAN
56
LAMPIRAN 2 CONTOH PERHITUNGAN
62
LAMPIRAN 3 DOKUMENTASI PENELITIAN
68
xi
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Struktur Molekul dari Selulosa
6
Gambar 2.2 Struktur Molekul dari Lignin
7
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
22
Gambar 2.10 Mekanisme Penyerapan Air
24
Gambar 3.1 Contoh Skema Uji Bentur
32
Gambar 3.2 Flowchat penyediaan Serbuk Tempurung Kelapa
35
Gambar 3.3 Flowchat Persiapan Komposit Poliester Tidak Jenuh Berpengisi
Serbuk Tempurung Kelapa
37
Gambar 4.1 FTIR Poliester Tak Jenuh
38
Gambar 4.2 Grafik Hasil Uji FTIR Serbuk Tempurung Kelapa
40
Gambar 4.3 Pengaruh Ukuran Serbuk Tempurung Kelapa terhadap Kekuatan
Tarik Komposit dengan Rasio ( STK : PE) 20 : 80
42
Gambar 4.4 Pengaruh Ukuran Serbuk Tempurung Kelapa Terhadap Pemanjangan
Pada Saat Putus Komposit UPR Berpengisi STK
43
Gambar 4.5 Pengaruh Ukuran Serbuk Tempurung Kelapa terhadap Kekuatan
Bentur Komposit dengan Rasio (STK : PE) 20: 80
45
Gambar 4.6 Grafik Hasil Uji FTIR Komposit dengan perbandingan STK : UPR
( 20: 80 )
46
Gambar 4.7 Pengaruh Ukuran Serbuk Tempurung Kelapa Terhadap Daya Serap
Air
48
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
69
xii
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
xiii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1 Komposisi Kimia Tempurung Kelapa
5
Tabel 2.2 Perbandingan kelebihan komposit
18
Tabel 2.3 Perbandingan kelemahan komposit
18
Tabel 2.4 Rincian Biaya Pembuatan Komposit UPR Berpengisi STK
25
Tabel 2.5 Rincian Biaya untuk Pembuatan bingkai foto
27
Tabel 4.1 Hasil data FTIR dari poliester murni
39
Tabel 4.2 Hasil data FTIR dari serbuk tempurung kelapa
41
Tabel 4.3 hasil data FTIR dari komposit UPR berpengisi STK
47
Tabel 4.4 Ukuran STK Terhadap Fraksi Volume Serat
49
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
xiv
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
L1.5 DATA YANG DIGUNAKAN DALAM LAPORAN
59
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 Komposit 66
xv
Universitas Sumatera Utara
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
L3.4 KOMPOSIT YANG SUDAH DILEPAS DARI CETAKAN
DAN SUDAH DIUJI
69
L3.5 SERBUK TEMPURUNG KELAPA YANG SUDAH
DIAYAK
70
L3.6 POLIESTER TAK JENUH YANG SUDAH DILEPAS
DARI CETAKAN
70
xvi
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR SINGKATAN
STK
Serbuk Tempurung Kelapa
MEKP
Metil Etil Keton Peroksida
UPR
Unsaturated Polyester Resin
FTIR
Fourier Transform Infra Red
xvii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR SIMBOL
Simbol
Keterangan
Dimensi
Τ
Tegangan
kgf/mm2
Fmaks
Beban
Kgf
Ao
Luas
penampang
mula-
mula
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
xviii
Universitas Sumatera Utara