Pengaruh Panjang dan Komposisi Serat Terhadap Komposit Epoksi Berpengisi Serat Daun Nanas

  PENGARUH PANJANG DAN KOMPOSISI SERAT TERHADAP KOMPOSIT EPOKSI BERPENGISI SERAT DAUN NANAS SKRIPSI Oleh FACHRI WIRATAMA 080405003 DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA JULI 2014

  PENGARUH PANJANG DAN KOMPOSISI SERAT TERHADAP KOMPOSIT EPOKSI BERPENGISI SERAT DAUN NANAS SKRIPSI Oleh FACHRI WIRATAMA 080405003 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 PANJANG DAN KOMPOSISI SERAT TERHADAP

  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 di kemudian hari terbukti bahwa karya ini bukan karya saya atau merupakan hasil jiplakan maka saya bersedia menerima sanksi sesuai dengan aturan yang berlaku.

  Medan, Juli 2013 Fachri Wiratama NIM : 080405003

  

PENGESAHAN

  Skripsi dengan judul :

PENGARUH PANJANG DAN KOMPOSISI SERAT TERHADAP

  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 16 Juli 2014 dan dinyatakan memenuhi syarat/sah sebagai skripsi pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

  Mengetahui, Medan, Juli 2014 Koordinator Penelitian Dosen Pembimbing Ir. Renita Manurung, MT Dr. Halimatuddahliana, ST, M.Sc NIP : 19681214 199702 2 002 NIP : 19730408 199802 2 002 Dosen Penguji I Dosen Penguji II Dr. Ir. Hamidah Harahap, M.Sc Dr. Maulida, ST, M.Sc NIP : 19671029 199501 2 001 NIP : 19700611 199702 2 001

  

PRAKATA

  Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan S kripsi dengan judul “Pengaruh Panjang Dan Komposisi Serat Terhadap Komposit Epoksi Berpengisi Serat Daun Nanas

  ”, 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 daun nanas yang dapat diolah lebih lanjut untuk dijadikan serat daun nanas 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 Ukuran Partikel dan Komposisi Serat Terhadap Sifat Kekuatan Bentur Komposit Epoksi Berpengisi Serat Daun Nanas”.

  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.

  Ibu Dr. Halimatuddahliana, ST, M.Sc selaku Dosen Pembimbing 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. Maulida, ST, M.Sc selaku Dosen Penguji II yang telah banyak memberikan saran dan masukan untuk kesempurnaan skripsi ini.

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

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

  6. Syahrinal Anggi Daulay selaku partner penelitian 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 Fachri Wiratama

  

DEDIKASI

  Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada : 1.

  Kedua orang tua penulis, M. Ilham dan Susilawati, yang telah memberikan doa dan dukungan kepada penulis dalam menyelesaikan penelitian dan penulisan skripsi ini.

  2. Seluruh sahabat, teman-teman, adik-adik, dan abang/kakak sesama mahasiwa Departemen Teknik Kimia terutama angkatan 2008, khususnya Sri Hermawan, Rahmat Akbar Sinaga, Ayu Ridaniati Bangun, Rinaldry Sirait, Juliananta Sitepu, Ismail Fahmi Hasibuan, Akhmad Nadji Shabiri dan Rizky Salaam Ritonga, yang memberikan banyak dukungan dan semangat kepada penulis selama berada di Teknik Kimia USU.

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

RIWAYAT HIDUP PENULIS

  Nama : Fachri Wiratama NIM : 080405003 Tempat/tgl lahir : Medan, 11 Juni 1990 Nama orang tua : 1.

  Ayah : M. Ilham 2. Ibu : Susilawati

  Alamat orang tua : Jl. Pancing V Kebun Lada Gg. SBY Komplek Tunas Hijau Blok : B-10 Martubung

  Asal sekolah : 1.

  SD Muhammadiyah 03 Medan tahun 1996 – 2000 SD Negeri 112224 Kotapinang tahun 2000

• – 2002 2.

  SMP Negeri 11 Medan tahun 2002 – 2005 3. SMA Dharmawangsa Medan tahun 2005 – 2008

  Beasiswa yang pernah diperoleh : 1.

  Beasiswa Yayasan Pendidikan Dharmawangsa pada tahun 2006 dan 2007 Pengalaman organisasi / kerja : 1.

  Covalen Study Group (CSG) periode 2010-2011 sebagai Ketua Umum 2. Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) periode 2011-2012 sebagai Ketua Bidang Hubungan Keluar Instansi dan Alumni

3. Asisten Laboratorium Kimia Fisika periode 2010 – 2013 modul Viskositas 4.

  Koordinator Laboratorium Kimia Fisika periode 2012 - 2013 Artikel yang telah dipublikasi dalam Jurnal : 1.

  Jurnal Teknik Kimia USU Vol 1 (2014), dengan judul ”Pengaruh Ukuran Partikel dan Komposisi Serat Terhadap Sifat Kekuatan Bentur Komposit Epoksi Berpengisi Serat Daun Nanas”

  

ABSTRAK

  Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh panjang dan komposisi serat terhadap sifat-sifat mekanik komposit epoksi berpengisi serat daun nanas. Komposit dibuat dengan metode hand lay up dengan mencampurkan epoksi dan pengisi serat daun nanas dengan variasi panjang serat 1 mm, 4 mm, 7 mm, dan 10 mm, serta dengan rasio antara matriks dan pengisi 95/5, 90/10, dan 85/15 (v/v). Sifat-sifat mekanik yang diuji yaitu kekuatan tarik, kekuatan lentur, kekuatan bentur, serta daya serap air. Dari karakteristik FT-IR diketahui terdapat gugus hidroksil (-OH) yang menandakan telah terjadinya interaksi antara matriks dengan pengisi. Hasil pengujian sifat-sifat mekanik menunjukkan bahwa, pada panjang serat 10 mm dengan rasio matriks dan pengisi 90/10 diperoleh kekuatan tarik maksimum sebesar 31,155 MPa. Sementara itu, sifat pemanjangan saat putus mengalami peningkatan seiring bertambahnya panjang dan komposisi serat pada rasio 95/5 dan 90/10 dimana penurunan terjadi pada rasio 85/15. Pemanjangan tertinggi diperoleh pada panjang serat 10 mm dengan rasio 90/10 sebesar 10,571 %. Dari hasil pengujian kekuatan lentur diperoleh kekuatan lentur maksimum pada panjang serat 10 mm dengan rasio matriks dan pengisi 85/15 sebesar 25,448 MPa. Sedangkan dari hasil pengujian kekuatan bentur diperoleh kekuatan bentur maksimum pada panjang serat 10 mm dengan rasio matriks dan pengisi 85/15

  2

  sebesar 13,867 KJ/m dimana pada pengujian ini didukung oleh analisis scanning

  , electron microscopy (SEM). Pada uji daya serap air, penyerapan air semakin

  meningkat seiring bertambahnya jumlah pengisi, dimana penyerapan air terbesar diperoleh pada rasio 85/15 yaitu 1,5338 %. Dari hasil penelitian ini dapat disimpulkan bahwa kekuatan maksimum komposit diperoleh pada panjang serat 10 mm dengan rasio 90/10 untuk kekuatan tarik dan rasio 85/15 untuk kekuatan lentur dan bentur. Kata kunci : epoksi, serat daun nanas, uji mekanik, hand lay up

  

ABSTRACT

  This study aims to determine the effect of fiber length and fiber composition of the mechanical properties of epoxy composites filled with pineapple leaf fibers. Composites we made by hand lay up method by mixing epoxy and pineapple leaf fibers with fiber length variation of 1 mm, 4 mm, 7 mm and 10 mm, ratio between matrix and filler 95/5, 90/10, and 85/15 (v/v). Mechanical properties were tested, namely tensile strength, flexural strength, impact strength, and water absorption. From the FTIR characteristics known to have a hydroxyl group (-OH) which indicates the occurrence of interaction between matrix and filler. The results of testing the mechanical properties showed that, at 10 mm fiber length variation with the ratio of the matrix and filler 90/10 obtained a maximum tensile strength of 31,155 MPa. Meanwhile, the elongation at break increased with increasing fiber length and composition at a ratio of 95/5 and 90/10, in which the decline occurred in the ratio of 85/15. The highest elongation obtained at fiber length of 10 mm with a ratio of 90/10 was 10.571% Flexural strength of the test results obtained by the maximum bending force on the fiber length of 10 mm with the matrix and filler ratio of 85/15 for 24,448 MPa. While the results of impact strength testing gained impact strength maximum was fiber length of 10 mm with the matrix and filler ratio of 85/15 amounted to 13,867

2 KJ/m , where the testing is supported by analysis of scanning electron microscopy

  (SEM). In the test water absorption, water absorption increased with increasing amount of filler, where the greatest water absorption was obtained at a ratio of 85/15 for 1.5338%. From these results it can be concluded that the maximum strength of the composite obtained at fiber length of 10 mm with a ratio of 90/10 for the tensile strength and the ratio of 85/15 for flexural strength and impact strength.

  Keywords : epoxy, pineapple leaf fiber, mechanical testing, hand lay up

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 xii

  DAFTAR TABEL xiv

  DAFTAR LAMPIRAN xv

  DAFTAR SINGKATAN xvi

  DAFTAR SIMBOL xvii

  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 BAB II TINJAUAN PUSTAKA

  4

  2.1 KOMPOSIT

  4

  2.1.1 Pengertian Komposit

  4

  2.1.2 Jenis

  4

• – Jenis Komposit

  2.1.2.1 Berdasarkan Bahan Matriks

  4

  2.1.2.2 Berdasarkan Bahan Pengisi

  5

  2.1.2.3 Tipe

  6

• – Tipe Komposit Serat

  2.1.3 Faktor - Faktor yang Mempengaruhi Sifat Komposit

  7

  2.2 RESIN EPOKSI

  11

  2.3 SERAT

  13

  2.3.1 Serat Daun Nanas

  3.3.1 Prosedur Pembuatan Komposit Epoksi Berpengisi Serat Daun Nanas

  3.1 LOKASI PENELITIAN

  32

  3.2 BAHAN DAN PERALATAN

  32

  3.2.1 Bahan

  32

  3.2.1 Peralatan

  32

  3.3 PROSEDUR PENELITIAN

  33

  33

  30 BAB III METODOLOGI PENELITIAN

  3.3.2 Flowchart Pembuatan Komposit Epoksi Berpengisi Serat Daun Nanas

  34

  3.3.3 Pengujian Komposit

  35

  3.3.3.1 Analisis Fourier Transform Infra Red (FT-IR)

  35

  3.3.3.2 Uji Kekuatan Tarik (Tensile Strength) ASTM D 638 Tipe IV

  35

  3.3.3.3 Uji Kekuatan Lentur (Flexural Strength) ASTM D 790

  36

  3.3.3.4 Uji Kekuatan Bentur (Impact Strength) ASTM D 4812-11

  32

  2.7 ANALISIS BIAYA

  14

  2.5.1 Analisis Fourier Transform Infra Red (FT-IR)

  2.3.2 Proses Pengambilan Serat Daun Nanas

  15

  2.4 PROSES PABRIKASI KOMPOSIT

  16

  2.4.1 Close Molding Process (Pencetakan Tertutup)

  16

  2.4.2 Open Molding Process (Pencetakan Terbuka)

  19

  2.5 PENGUJIAN KOMPOSIT

  20

  20

  28

  2.5.2 Pengujian Kekuatan Tarik (Tensile Strength)

  21

  2.5.3 Pengujian Kekuatan Lentur (Flexural Strength)

  23

  2.5.4 Pegujian Kekuatan Bentur (Impact Strength)

  25

  2.5.5 Analisis Scanning Electron Microscopy (SEM)

  27

  2.5.6 Pengujian Daya Serap Air (Water Absorption)

  27

  2.6 APLIKASI DAN KEGUNAAN PRODUK KOMPOSIT

  36

  3.3.3.5 Analisis Scanning Electron Microscopy (SEM)

  36

  3.3.3.6 Uji Daya Serap Air (Water Absorption) ASTM D 570

  37 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

  38

  4.1 ANALISIS FOURIER TRANSFORM INFRA RED (FT-IR)

  38

  4.2 PENGARUH PANJANG DAN KOMPOSISI SERAT TERHADAP KEKUATAN TARIK (TENSILE STRENGTH) KOMPOSIT EPOKSI BERPENGISI SERAT DAUN NANAS 40

  4.3 PENGARUH PANJANG DAN KOMPOSISI SERAT TERHADAP SIFAT PEMANJANGAN SAAT PUTUS

  (ELONGATION AT BREAK) KOMPOSIT EPOKSI

  BERPENGISI SERAT DAUN NANAS

  42

  4.4 PENGARUH PANJANG DAN KOMPOSISI SERAT TERHADAP KEKUATAN LENTUR (FLEXURAL

STRENGTH) KOMPOSIT EPOKSI BERPENGISI SERAT

  DAUN NANAS

  4.5 PENGARUH PANJANG DAN KOMPOSISI SERAT TERHADAP KEKUATAN BENTUR (IMPACT STRENGTH) KOMPOSIT EPOKSI BERPENGISI SERAT DAUN NANAS 46

  4.6 PENGARUH KOMPOSISI SERAT TERHADAP DAYA SERAP AIR (WATER ABSORPTION) KOMPOSIT EPOKSI BERPENGISI SERAT DAUN NANAS

  49 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

  51

  5.1 KESIMPULAN

  51

  5.2 SARAN

  52 DAFTAR PUSTAKA

  53 LAMPIRAN 1 DATA PENELITIAN

  57 LAMPIRAN 2 CONTOH PERHITUNGAN

  60 LAMPIRAN 3 DOKUMENTASI PENELITIAN

  61

  44

  

DAFTAR GAMBAR

  26 Gambar 2.13 Jenis Mobil Sports yang Menggunakan Komponen Leaf Spring Dari Komposit Epoksi

  38 Gambar 4.3 Pengaruh Panjang dan Komposisi Serat Terhadap Kekuatan Tarik (Tensile Strength) Komposit Epoksi Berpengisi Serat Daun Nanas

  38 Gambar 4.2 Hasil Analisis FT-IR

  36 Gambar 4.1 Struktur Resin Epoksi

  36 Gambar 3.4 Dimensi Spesimen Uji Bentur

  35 Gambar 3.3 Dimensi Spesimen Uji Lentur

  34 Gambar 3.2 Dimensi Spesimen Uji Tarik

  30 Gambar 3.1 Flowchart Pembuatan Komposit Epoksi Berpengisi Serat Daun Nanas

  29 Gambar 2.16 Cover Kaca Spion Mobil Dari Komposit Epoksi

  29 Gambar 2.15 Posisi Leaf Spring Pada Bagian Depan Setir Mobil

  29 Gambar 2.14 Leaf Spring Dari Bahan Komposit Epoksi

  25 Gambar 2.12 Peralatan Uji Skematik Peralatan Uji Bentur

  Halaman

  23 Gambar 2.11 Spesimen Uji Kekuatan Bentur

  23 Gambar 2.10 Penampang Uji Lentur

  21 Gambar 2.9 Kurva Tegangan dan Regangan Hasil Uji Tarik

  20 Gambar 2.8 Kurva Hubungan Gaya Tarik Terhadap Pertambahan Panjang

  13 Gambar 2.7 Metode Hand Lay Up

  12 Gambar 2.6 Rumus Struktur Epoksi

  12 Gambar 2.5 Reaksi Epoksi Tahap 3

  11 Gambar 2.4 Reaksi Epoksi Tahap 2

  7 Gambar 2.3 Reaksi Epoksi Tahap 1

  7 Gambar 2.2 Tipe Komposit Serat

Gambar 2.1 Tipe Komposit Serat Pendek

  40 Gambar 4.4 Pengaruh Panjang dan Komposisi Serat Terhadap Sifat Pemanjangan Saat Putus (Elongation At Break) Komposit Epoksi Berpengisi Serat Daun Nanas

  42 Gambar 4.5 Pengaruh Panjang dan Komposisi Serat Terhadap Kekuatan Lentur (Flexural Strength) Komposit Epoksi Berpengisi Serat Daun Nanas

  44 Gambar 4.6 Pengaruh Panjang dan Komposisi Serat Terhadap Kekuatan Bentur (Impact Strength) Komposit Epoksi Berpengisi Serat Daun Nanas

  46 Gambar 4.7 Hasil Analisis SEM

  48 Gambar 4.8 Pengaruh Komposisi Serat Terhadap Daya Serap Air (Water Absorption) Komposit Epoksi Berpengisi Serat Daun Nanas

  49 Gambar 4.9 Pengikatan Molekul Air Oleh Serat Alam

  50 Gambar L3.1 Serat Daun Nanas

  61 Gambar L3.2 Resin Epoksi

  61 Gambar L3.3 Hardener

  61 Gambar L3.4 Spesimen Uji Tarik

  62 Gambar L3.5 Spesimen Uji Lentur

  62 Gambar L3.6 Spesimen Uji Bentur

  62 Gambar L3.7 Alat Uji Tarik UTM Gotech Al-7000M

  62 Gambar L3.8 Alat Uji Lentur UTM Gotech Al-7000M

  63 Gambar L3.9 Alat Uji Bentur Gotech

  63

  

DAFTAR TABEL

  Halaman

Tabel 2.1 Klasifikasi Serat

  14 Tabel 2.2 Komposisi Serat Daun Nanas dan Serat Alami Lainnya

  15 Tabel 2.3 Sifat

  15 Tabel 2.4 Perbandingan Harga Antara Serat Alam dan Serat Sintetik

• – Sifat Mekanis Serat Alami

  28 Tabel 2.5 Rincian Biaya Pembuatan Komposit Epoksi Berpengisi Serat Daun Nanas

  30 Tabel 2.6 Perkiraan Rincian Biaya Pembuatan Produk

  31 Tabel 4.1 Hasil Pembacaan Analisis FT-IR

  39 Tabel L1.1 Data Hasil Uji Kekuatan Tarik

  57 Tabel L1.2 Data Pemanjangan Saat Putus

  58 Tabel L1.3 Data Hasil Uji Kekuatan Lentur

  58 Tabel L1.4 Data Hasil Uji Kekuatan Bentur

  59 Tabel L1.5 Data Hasil Uji Daya Serap Air

  59