TUGAS AKHIR PENGARUH FILLER NANO PARTIKEL WHITE KARBON AKTIF KULIT BAMBU TERHADAP STRUKTUR (PHOTO MAKRO & SEM) DAN KEKUATAN TARIK KOMPOSIT POLYESTER
Disusun Sebagai Syarat Menyelesaikan Program Studi Strata Satu Pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta
Disusun Oleh : ERVAN HIDAYAT D 200 110 115
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2016 i
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul “PENGARUH FILLER NANO PARTIKEL WHITE KARBON AKTIF KULIT BAMBU
TERHADAP STRUKTUR (PHOTO MAKRO & SEM) DAN
KEKUATAN TARIK KOMPOSIT POLYESTER” yang dibuat untuk memenuhi sebagai syarat untuk memperoleh derajat sarjana S1 pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. Sejauh yang saya ketahui bukan merupakan tiruan atau duplikasi dari skripsi yang sudah dipublikasikan dan/atau pernah dipakai untuk mendapatkan gelar kesarjanaan di lingkungan
Universitas
Muhammadiyah Surakarta atau Instansi manapun, kecuali bagian yang sumber informasi saya cantumkan sebagaimana mestinya.
ii
HALAMAN PERSETUJUAN
Tugas Akhir berjudul “PENGARUH FILLER NANO PARTIKEL WHITE KARBON AKTIF KULIT BAMBU
TERHADAP STRUKTUR (PHOTO
MAKRO & SEM) DAN KEKUATAN TARIK KOMPOSIT POLYESTER” telah disetujui oleh Pembimbing dan diterima untuk memenuhi sebagai persyaratan memperoleh derajat sarjana S1 pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Dipersembahkan oleh Nama
: Ervan Hidayat
NIM
: D 200 110 115
iii
HALAMAN PENGESAHAN
Tugas Akhir berjudul “PENGARUH FILLER NANO PARTIKEL WHITE KARBON AKTIF KULIT BAMBU
TERHADAP STRUKTUR
(PHOTO MAKRO & SEM) DAN KEKUATAN TARIK KOMPOSIT POLYESTER” telah dipertahankan di hadapan Tim Penguji dan telah dinyatakan sah untuk memenuhi sebagian syarat memperoleh derajat sarjana S1 pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. Dipersembahkan Oleh : Nama
: Ervan Hidayat
Nim
: D 200 110 115 :
iv
Anggota 2
(………………………..)
: Ir. Bibit Sugito, MT
v
HALAMAN MOTTO
“Tuntutlah Ilmu karena disaat kamu miskin, ia akan menjadi hartamu dan disaat kamu kaya, ia akan menjadi perhiasanmu.” (Luqman Al-Hakim)
”Bila kita merasa letih karena berbuat kebaikan, maka sesungguhnya keletihan itu akan hilang dan kebaikan akan kekal. Bila kita bersenangsenang dengan dosa, maka kesenangan itu akan hilang dan dosa itu yang akan kekal” (Umar Bin Khattab RA)
“Hidup adalah belajar, belajar butuh proses, tak selamanya hasil menjadi tujuan utama, tapi proses adalah pelajaran yang paling berharga” (Ervan Hidayat)
vi
PENGARUH FILLER NANO PARTIKEL WHITE KARBON AKTIF KULIT BAMBU TERHADAP STRUKTUR (PHOTO MAKRO & SEM) DAN KEKUATAN TARIK KOMPOSIT POLYESTER
Ervan Hidayat, Ngafwan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta Jl. A. Yani Tromol Pos 1 Pabelan, Kartasura Email:
[email protected]
Abstrak Penelitian ini bertujuan untuk mendiskripsikan pengaruh nano partikel white karbon kulit bambu sebagai filler terhadap struktur (photo makro & SEM) dan kekuatan tarik komposit polyester. Metode pembuatan komposit dengan cara press mold. Pembuatan komposit menggunakan variasi fraksi berat filler mikro partikel karbon 0,1 gram, 0,15 gram dan 0,2 gram dengan resin polyester dengan tipe Yukalac 157 BQTN-EX. Pencampuran mikro partikel karbon dengan resin menggunakan metode pengadukan dengan kecepatan putaran 2200 rpm selama 10 menit. Pembuatan spesimen uji tarik menggunakan standar uji tarik ASTM D 638-01. Sebelum dilakukan uji tarik, dilakukan photo makro untuk mengetahui susunan partikel karbon dalam komposit. Dari hasil photo makro didapatkan nilai jarak dan diameter mikro partikel karbon. Jarak rata-rata pada spesimen komposit dengan filler nano partikel karbon (FK) 0,1 gram sebesar 48,8 µm , FK 0,15 sebesar 39,59 µm dan FK 0,2 sebesar 25,68 µm. Semakin tinggi fraksi berat karbon maka semakin rendah jarak partikel karbon. Diameter partikel karbon yang terukur yaitu berukuran 5,659 µm sampai 21,982 µm. Hasil uji tarik didapatkan nilai kekuatan tarik (yield) rata-rata pada spesimen Raw Material sebesar 25,12 N/mm2, FK 0,1 gram sebesar 28,4 N/mm2, FK 0,15 gram sebesar 31,81 N/mm2 dan FK 0,2 gram sebesar 32,24 N/mm2. Sedangkan nilai ragangan tarik (yield) rata-rata pada spesimen Raw Material sebesar 0,73 %, FK1% sebesar 0,87 %, FK3% sebesar 0,93 % dan FK6% sebesar 0,94 %. Di lakukan SEM pada area patahan komposit, dari hasil SEM didapatkan nilai jarak dan diameter nano partikel karbon. Jarak rata-rata pada spesimen komposit dengan filler nano partikel white karbon (FK) 0,1 gram sebesar 0,577 µm , FK 0,15 sebesar 0,477 µm dan FK 0,2 sebesar 0,464 µm. Semakin tinggi fraksi berat karbon maka semakin rendah jarak partikel karbon. Diameter nano partikel white karbon yang terukur yaitu berukuran 0,103 µm sampai 0,210 µm Dari hasil pembahasan hasil pengujian maka dapat disimpulkan bahwa penambahan filler nano partikel white karbon mampu meningkatkan kekuatan tarik dan regangan tarik komposit polyester. Kata Kunci: White Karbon, Kulit Bambu, Komposit, Photo Makro, Kekuatan Tarik, SEM
vii
KATA PENGANTAR
Assalamu ‘alaikum Warahmatullahi Wabarakatuh Syukur Alhamdulillah, penulis panjatkan puja dan puji syukur atas ke hadirat Allah SWT atas barokah dan rohmat-Nya sehingga penyusunan laporan penelitian ini dapat terselesaikan. Tugas Akhir berjudul “PENGARUH FILLER NANO PARTIKEL WHITE KARBON AKTIF KULIT BAMBU
TERHADAP STRUKTUR
(PHOTO MAKRO & SEM) DAN KEKUATAN TARIK KOMPOSIT POLYESTER”, dapat terselesaikan atas dukungan dari beberapa pihak. Untuk itu pada kesempatan ini, penulis dengan segala ketulusan dan keikhlasan hati ingin menyampaikan rasa terima kasih dan penghargaan sebesar-besarnya kepada : 1. Bapak Ir. H. Sri Sunarjono, MT, Ph.D sebagai Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. 2. Bapak Tri Widodo Besar Riyadi, S.T., M.Sc., Ph.D. sebagai Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. 3. Bapak Ir. Ngafwan, MT selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir yang telah membimbing dan mengarahkan dalam penelitian maupun penyusunan Laporan Tugas Akhir ini.
viii
4. Dosen Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta yang telah memberikan ilmu pengetahuan kepada penulis selama mengikuti kegiatan perkuliahan. 5. Ibunda dan Ayahhanda tercinta yang setiap saat memberi semangat dan doa, serta terima kasih atas semua nasehat dan pengorbananmu selama ini sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. 6. Teman-teman seperjuangan yang selama ini mendukung dan membantu selama proses penelitian. 7. Teman-teman Teknik Mesin angkatan 2011 yang tidak bisa saya sebutkan satu persatu. Penulis menyadari bahwa laporan ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu kritik dan saran yang bersifat membangun dari pembaca akan penulis terima dengan senang hati. Wassalamu ‘alaikum Warahmatullahi Wabarakatuh
Surakarta,
ix
Desember 2016
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ………………………………………………………..…… i PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI ………………………………...……… ii HALAMAN PERSETUJUAN …………………………………………..…….. iii HALAMAN PENGESAHAN ...…………………………………………..……. iv LEMBAR SOAL TUGAS AKHIR ……………………………………..…….... v HALAMAN MOTTO ……………………………………………………..……. vi ABSTRAK …….………………………………………………………..…....... vii KATA PENGANTAR ………………………………………..……..…...……. viii DAFTAR ISI ...……………………………………………………………..…… x DAFTAR GAMBAR ……………………………………………………..……. xiii DAFTAR TABEL ……………………………………………………..………. xv DAFTAR GRAFIK …..…………………………………………………..…… xvi DAFTAR SIMBOL …………………………………………………………… xvii
BAB I PENDAHULUAN 1.1.
Latar Belakang …………………………………………………. 1
1.2.
Perumusan Masalah ……..………………………………..….. 4
1.3.
Pembatasan Masalah ……………………………………..….. 4
1.4.
Tujuan Penelitian ………………………………….………..…. 5
1.5.
Manfaat Penelitian ………………………………………..…… 5
1.6.
Metodologi Penelitian ……………………………………...….. 6
x
1.7.
Sistematika Penulisan ………………………………………… 6
BAB II DASAR TEORI 2.1.
Tinjauan Pustaka ……………………………………….…..…. 8
2.2.
Landasan Teori ……………………………………...……..… 12 2.2.1. Klasifikasi Komposit ……………………………..……. 13 2.2.2. Unsur Pembentuk Komposit Nano Partikel Karbon ………………………………………………….. 16
2.3.
Pengujian Struktur Material (Photo Makro) …….………….. 20
2.4.
Pengujian Kakuatan Tarik (Uji Tarik) ……………..………… 24
2.5.
Fraksi Berat Filler …………………………………..………… 30
2.6.
Scanning Electronic Microskop (SEM)..................................30
BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1
Diagram Alir Penelitian ……………………………..………... 33
3.2
Prosedur Penelitian …………………………………..………. 34 3.2.1 Studi Pustaka …………………………………..…….. 34 3.2.2 Pengambilan dan Pembakaran kulit bambu ………. 34 3.2.3 Penggilingan Karbon ………………..……………….. 35 3.2.4 Pencucian serbuk Karbon …………..………………. 35 3.2.5 Persiapan Resin (Polyester) dan Katalis (MEKPO)...36 3.2.6 Pembuatan Komposit ………………………………… 37 3.2.7 Pengujian Komposit ……………………..…………… 40
xi
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN 4.1 Pengujian Spesimen Komposit dan Pembahasan Hasil Pengujian ………………………………………………..…….. 44 4.1.1 Pengujian Struktur Material (Photo Makro) …...……. 44 4.1.2 Pengujian Kekuatan Tarik (Uji Tarik) …………..….... 54 4.1.3 Pengujian Photo SEM................................................58 4.2 Pembahasan Grafik Hasil Pengujian …………………..….... 75 4.2.1 Pengujian Struktur Material (Photo Makro) ……...…. 75 4.2.2 Pengujian Kekuatan Tarik (Uji Tarik) ……………...… 77 4.2.3 Pengujian Photo SEM................................................78
BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan …………………………………………..……….. 80 5.2 Saran …………………………………………………..………. 81
DAFTAR PUSTAKA …………………………………………………...……. xvii LAMPIRAN
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Fibrous Composites ………………………………………….. 14 Gambar 2.2 Laminated Composites ………………………………………..15 Gambar 2.3 Particulate Composites ……………….……………………… 16 Gambar 2.4 Metode teori pengukuran susunan fiber bentuk segitiga …………………………………………………20 Gambar 2.5 Teori pengukuran susunan partikel bentuk segitiga …………………………………………………20 Gambar 2.6 Susunan partikel bentuk segitiga dalam pengukuran fraksi volume filler …………………………………………….. 22 Gambar 2.7 Geometri specimen uji Tarik (ASTM D 638-01) ……..……. 24 Gambar 2.8 Kurva tegangan regangan ………………….………………. 25 Gambar 2.9 Skema dasar SEM................................................................32 Gambar 3.1 Kulit Bambu...........…………………………………………… 34 Gambar 3.2 Proses pembakaran ………………………………………….. 35 Gambar 3.3 Penggilingan karbon (a) steel ball (b) Sistem steel ball miling ……………………………………………….. 35 Gambar 3.4 Pencucian serbuk karbon (a) Alkohol 96%, (b) Proses penjemuran ………………………………………. 36 Gambar 3.5 Resin dan Katalis (a) Resin polyester, (b) Katalis MEKPO ……………………………………………. 36 Gambar 3.6 Cetakan specimen uji Tarik ………………………………….. 37
xiii
Gambar 3.7 Timbangan digital …………………………………………….. 37 Gambar 3.8 Alat pengaduk (a) Bur, (b) Mata bur, (c) Pralon, (d) Dudukan bur …………………………………………….… 38 Gambar 3.9 Jangka sorong ………………………………………………… 38 Gambar 3.10 Photo makro (Dino Lite) ……………………………………… 40 Gambar 3.11 Universal testing machine (Instron 3367) ………………….. 42 Gambar 3.12 Alat Uji photo SEM...............................................................43 Gambar 4.1 Metode pengukuran susunan partikel dengan bentuk segitiga ………………………………………………………… 44 Gambar 4.2 Pengukuran mikro partikel karbon pada specimen uji tarik dengan variasi komposit fraksi berat filler (𝑤𝑓 ) nano partikel karbon (FK) (a) 0,1 gr, (b) 0,15 gr & (c) 0,2 gr …………………………… 45 Gambar 4.3 Susunan partikel bentuk segitiga dalam pengukuran fraksi volume filler (𝑣𝑓 ) ……………………………………………… 49 Gambar 4.4 Bentuk susunan ideal pafrtikel...............................................59 Gambar 4.5 SEM komposit filler white karbon aktif vf 0,1 gram................60 Gambar 4.6 SEM komposit filler white karbon aktif vf 0,15 gram..............62 Gambar 4.7 SEM komposit filler white karbon aktif vf 0,2 gram................64 Gambar 4.8 Struktur material dengan pendekatan model segitiga...........69 Gambar 4.9 Morfologi permukaan komposit (photo makro)......................74 Gambar 4.10 Morfologi permukaan komposit (SEM)................................74
xiv
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Karakteristik Unsaturated Polyester Resin Yukalac 157® BQTN-EX ( PT. Justus Kimia Raya, 2013 ) …………………….. 19 Tabel 4.1 Hasil pengukuran jarak dan diameter filler nano partikel karbon (photo makro)…...………………………………………… 46 Tabel 4.2 Hasil perhitungan jarak dan diameter filler nano partikel Karbon (photo makro) ……… …………………………………… 48 Tabel 4.3 Hasil perhitungan fraksi volume filler (𝑣𝑓 ) nano partikel karbon (photo makro)………………...…………………………… 51 Tabel 4.4 Hasil perhitungan fraksi volume filler (𝑣𝑓 ) nano partikel karbon dengan simpangan baku 16 % ………………………….. 52 Tabel 4.5 Hasil uji tarik spesimen filler nano partikel karbon (FK) 1% ….. 55 Tabel 4.6 Hasil uji tarik spesimen filler nano partikel karbon (FK) 3% ….. 55 Tabel 4.7 Hasil uji tarik specimen filler nano partikel karbon (FK) 6% ….. 55 Tabel 4.8 Hasil uji tarik spesimen Raw Material …………………………… 56 Tabel 4.9 Hasil pengukuran jarak dan diameter filler nano partikel Karbon (SEM)……………………………………………………… 66 Tabel 4.10 Hasil perhitungan jarak dan diameter filler nano partikel karbon (SEM)……………………………………………………… 68 Tabel 4.3 Hasil perhitungan fraksi volume filler (𝑣𝑓 ) nano partikel karbon (SEM)………………………………………………….……71
xv
DAFTAR GRAFIK
Grafik 4.1 Jarak rata-rata filler nano partikel karbon …………………….. 53 Grafik 4.2 Fraksi volume filler (𝑣𝑓 ) rata-rata nano partikel karbon ……… 53 Grafik 4.3 Diameter rata-rata filler nano partikel karbon ………………… 54 Grafik 4.4 Nilai Tegangan Rata-Rata Pada Titik Yield …………………… 56 Grafik 4.5 Nilai Regangan Rata-Rata Pada Titik Yield …………………... 56 Grafik 4.6 Nilai Modulus Elastisitas Rata-Rata Pada Titik Yield ………… 57 Grafik 4.7 Nilai Tegangan Rata-Rata Pada Titik Maksimum (Ultimate) … 57 Grafik 4.8 Nilai Regangan Rata-Rata Pada Titik Maksimum (Ultimate) … 58 Grafik 4.9 Diameter rata-rata filler nano partikel karbon (SEM)………… 72 Grafik 4.10 Jarak rata-rata filler nano partikel karbon (SEM)…………….. 72 Grafik 4.11 Fraksi volume filler (𝑣𝑓 ) rata-rata nano partikel karbon (SEM) ………................................................ 73
xvi
DAFTAR SIMBOL
Z
= perbesaran hasil photo makro
L0
= panjang skala sebenarnya photo dino lite
(µm)
L(word) = jarak partikel dalam Ms Word
(cm)
L(mikro) = jarak partikel sebenarnya
(µm)
D(word) = diameter partikel dalam Ms Word
(cm)
D(mikro) = diameter partikel sebenarnya
(µm)
S
= sisi segitiga sabagai jarak partikel
(µm)
D
= diameter lingkaran sebagai diameter partikel
(µm)
t
= tinggi segitiga
(µm)
a
= panjang alas segitiga
(µm)
ʝ
= luas 3 juring lingkaran dalam luasan segitiga
(µm)
Vc
= volume komposit
(µm3)
Vf
= volume filler
(µm3)
𝑣𝑐
= fraksi volume komposit
(%)
𝑣𝑓
= fraksi volume komposit
(%)
𝑣𝑚
= fraksi volume matrik
(%)
σ
= Tegangan tarik
P
= Beban
(N)
A0
= Luas penampang patahan
(mm2)
ε
= Regangan tarik
(%)
∆L
= Deformasi atau pemanjangan
(mm)
(N/mm2)
xvii
L1
= Panjang daerah ukur
(mm)
L0
= Panjang mula-mula
(mm)
E
= Modulus Elastisitas
(N/mm2)
Wc
= berat komposit
(gram)
Wm
= berat matrik
(gram)
Wf
= berat filler
(gram)
𝑤𝑐
= fraksi berat composit
(%)
𝑤𝑚
= fraksi berat matrik
(%)
𝑤𝑓
= fraksi berat filler
(%)
xviii
