perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
KAJIAN KEKUATAN TARIK DAN KETAHANAN BAKAR KOMPOSIT GEOPOLIMER MONMORRILONIT−PHENOLYC−SERAT KARBON
TESIS Disusun untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan Mencapai Derajat Magister Program Studi Teknik Mesin
Oleh Sutrisno S951108014
PROGRAM PASCASARJANA UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2013 commit to user
i
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
KAJIAN KEKUATAN TARIK DAN KETAHANAN BAKAR KOMPOSIT GEOPOLIMER MONMORRILONIT−PHENOLYC−SERAT KARBON
TESIS
Oleh Sutrisno S951108014 Komisi Pembimbing
Nama
Tanda Tangan
Tanggal
Pembimbing I
Prof. Dr. Kuncoro Diharjo, S.T., M.T. ………….……. 2013 NIP 19710103 199702 1 001
Pembimbing II
Dr. Triyono, S.T., M.T. NIP 19740625 199903 1 002
…………...…… 2013
Telah dinyatakan memenuhi syarat Pada tanggal .......................... 2013 Ketua Program Studi Teknik Mesin Program Pascasarjana UNS
Dr. Techn. Suyitno, S.T., M.T. NIP 19740902 200112 commit to user 1 002
ii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
KAJIAN KEKUATAN TARIK DAN KETAHANAN BAKAR KOMPOSIT GEOPOLIMER MONMORRILONIT−PHENOLYC−SERAT KARBON
TESIS
Oleh Sutrisno S951108014 Jabatan
Nama
Tanda Tangan
Tanggal
Ketua
Prof. Dra. Neng Sri S., M.Sc., Ph.D. NIP 194908161981032001
…………
………… 2013
Sekretaris
Dr. Dwi Aries Himawanto, S.T., M.T. NIP 197403262000031001
…………
………… 2013
Anggota Penguji
Prof. Dr. Kuncoro Diharjo, S.T., M.T. NIP 197101031997021001
…………
………… 2013
Dr. Triyono, S.T., M.T. NIP 197406251999021001
…………
…............ 2013
Telah dipertahankan di depan penguji Dinyatakan telah memenuhi syarat Pada tanggal ......................... 2013 Direktur Program Pascasarjana UNS
Prof. Dr. Ahmad Yunus, M.S. NIP 196107171986011001
Ketua Program Studi Teknik Mesin
commit to user
iii
Dr. Techn. Suyitno, S.T., M.T. NIP 197409022001121002
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
Sutrisno. 2013. Kajian Kekuatan Tarik dan Ketahanan Bakar Komposit Geopolimer Monmorrilonit−Phenolyc−Serat Karbon. TESIS. Pembimbing I: Prof. Dr. Kuncoro Diharjo, S.T., M.T. II: Dr. Triyono, S.T., M.T. Program Studi Teknik Mesin, Program Pascasarjana, Universitas Sebelas Maret Surakarta.
ABSTRAK Serbuk genteng Sokka merupakan limbah industri genteng, selama ini belum dimanfaatkan secara maksimal. Serbuk genteng Sokka dapat dimanfaatkan sebagai bahan komposit geopolimer karena mempunyai kekuatan dan kekakuan yang tinggi serta tahan terhadap temperatur tinggi. Untuk membuat komposit yang kuat dan tahan bakar diperlukan resin Phenolyc dan serat karbon. Penelitian ini membahas pengaruh fraksi volume serat karbon dan fraksi volume serbuk genteng Sokka/lempung MMt terhadap kekuatan tarik dan ketahanan bakar komposit geopolimer. Genteng Sokka dihancurkan dan diayak sehingga didapatkan ukuran partikel +200, di oven selama 1 jam dengan suhu 100 °C, selanjutnya dicetak secara hand lay up dengan dengan matrik resin phenolyc LP 1Q EX + serat karbon. Variasi yang dipakai yaitu variasi orientasi serat 0/90° dan 45/45° dengan variasi peubah fraksi volume (serbuk genteng Sokka + serat karbon = 40%) sedang fraksi volume resin phenolyc tetap (60%). Hasil cetakan difinishing sesuai ukuran standard ASTM. Pengujian tarik sesuai ASTM D 638, ketahanan bakar sesuai ASTM D 635, dan massa jenis sesuai ASTM D 792-98. Hasil penelitian menunjukkan bahwa tegangan tarik dan modulus elastisitas tertinggi adalah komposisi orientasi serat 0/90° pada variasi 10 laminat dengan tegangan tarik sebesar 434,95 MPa dan modulus elastisitas 7,66 GPa. Ketahanan bakar tertinggi pada variasi 10 laminat dengan waktu penyalaan 28,39 detik dan kecepatan bakar 8,13 mm/menit. Massa jenis paling rendah terjadi pada variasi 10 laminat yaitu 1,344 g/cm3. Foto SEM menunjukkan bahwa variasi 10 laminat mempunyai ikatan antara serat, matrik, dan serbuk lebih baik daripada variasi yang lain. Komposit geopolimer sangat baik digunakan untuk komponen industri khususnya otomotif karena mempunyai sifat kekuatan tarik baik, ketahanan bakar baik, dan densitas material tergolong rendah. Kata kunci: komposit geopolimer, laminat, serat karbon, phenolyc, ketahanan bakar.
commit to user
vii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
Sutrisno. 2013. A Study of Tensile Strength and Fire Resistance of the Monmorrilonit−Phenolyc−Carbon Fiber Geopolymer Composites. Thesis: Principal Advisor: Prof. Dr. Kuncoro Diharjo, S.T., M.T., Co-advisor: Dr. Triyono, S.T., M.T. Thesis: The Graduate Program in Mecahnical Eningeering, Sebelas Maret University, Surakarta 2013.
ABSTRACT The roof tile dusts derived from the waste of roof tile industry have not been utilized in technical field. The Sokka roof tile dusts are potential as geopolymer composite material for they have a high strength, a high hardness, and a hightemperature resistance. To produce strong and fire-resistance composites, phenolyc resin and carbon fiber are required. This research discusses the effect of the carbon fiber volume fraction and the Sokka roof tile dust/MMt clay volume fraction on the tensile strength and the fire resistance of the geopolymer composites. The Sokka roof tiles were respectively crushed, sieved to obtain particles with the size +200, heated in an oven with the temperature of 100 °C for an hour, and molded with hand lay-up technique with the matrix of phenolyc resin of LP1Q EX + carbon fibers. The variations employed were fiber orientation variations of 0/90° and 45/45° with the variables of volume fraction (Sokka roof tile dusts + carbon fibers = 40%) and with the fixed phenolyc resin volume fraction (60%). Then they were then exposed to final touch according to standardized sizes for ASTM testing. The tensile strength, the fire resistance, and the density were based on ASTM D 638, ASTM D 635, and ASTM D 792-98 respectively. The result of the research shows that the fiber orientation composition of 0/90° at a 10-laminate variation has the tensile stress of 434.95 MPa and the elasticity modulus of 7.66 GPa. The highest fire resistance is at the 10-laminate variation with the burning time of 28.39 seconds and the burning rate of 8.13 mm/min. The lowest density takes place at the 10-laminate variation, that is, 1.344 g/cm3. The SEM photograph shows that the 10-laminate variation has better inter-fiber bonding, matrix, and dusts than those at other variations. The geopolymer composites are very good to be used as industrial components particularly for automotive industry as they have a good tensile strength, a good fire resistance, and a low material density. Keywords: Geopolymer composites, laminate, carbon fiber, phenolyc, and fire resistance.
commit to user
viii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
KATA PENGANTAR Puji syukur alhamdulillah ke hadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan tesis dengan judul ˮKajian Kekuatan Tarik dan Ketahanan Bakar Komposit Geopolimer Monmorrilonit−Phenolyc−Serat Karbonˮ. Adapun tujuan penulisan Tesis ini adalah untuk memenuhi sebagian persyaratan guna mencapai gelar Magister Teknik di Prodi Pasca Sarjana Universitas Sebelas Maret Surakarta. Penulis mengucapkan terima kasih yang sangat mendalam kepada semua pihak yang telah berpartisipasi dalam penelitian dan penulisan Tesis ini, khususnya kepada: 1. Allah SWT yang telah melimpahkan rahmad dan hidayah-Nya, sehingga atas bimbingan dan ridho-Nya dapat menyelesaikan Tesis ini. 2. Bapak Prof. Dr. Kuncoro Diharjo, S.T., M.T. selaku pembimbing I dan Bapak Dr. Triyono, S.T., M.T. selaku selaku pembimbing II yang dengan sabar dan penuh pengertian telah memberikan banyak bantuan, motivasi serta dukungan dalam penelitian dan penulisan Tesis ini. 3. Bapak Dr. Techn. Suyitno, S.T., M.T. selaku Ketua Program Studi Magister Teknik Mesin UNS dan Bapak Zainal Arifin, S.T., M.T. Selaku Pembimbing Akademik yang selalu
memberikan
motivasi dan
semangat
dalam
mengerjakan Tesis. 4. Bapak Ibu Dosen Program Studi Magister Teknik Mesin UNS. 5. Bapak Ir. Wijang Wisnu Raharjo, M.T. selaku Ketua Laboratorium Material jurusan Teknik Mesin UNS dan mas Maruto yang telah membantu penulis dalam pembuatan spesimen. 6. Bapak Ibu tercinta yang telah memberikan sumbangan besar baik moril maupun materil. 7. Istriku Diana dan ketiga anakku (Ibam, Dero, dan Puput)
yang selalu
memberi motifasi dan semangat. 8. Bapak Wahyu yang selalu menemani, memberi motifasi, dan semangat selama 2 tahun di Pucang Sawit. 9. Berbagai pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu, atas bantuan dan commit to user dorongan semangat serta do’anya, terima kasih. iv
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
Penulis menyadari, bahwa dalam Tesis ini masih terdapat banyak kekurangan. Oleh karena itu, bila ada saran, koreksi, dan kritik demi kesempurnaan Tesis ini, akan penulis terima dengan ikhlas dan dengan ucapan terima kasih. Dengan segala keterbatasan yang ada, penulis berharap Tesis ini dapat digunakan sebagaimana mestinya.
Surakarta, 26 Juni 2013
Sutrisno
commit to user
v
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL……………………………………………………..
i
HALAMAN PENGESAHAN PEMBIMBING……………………….
ii
HALAMAN PENGESAHAN PENGUJI……..……………………….
iii
KATA PENGANTAR…………………………………………………….
iv
PERNYATAAN ORISINALITAS DAN PUBLIKASI ISI TESIS……..
vi
ABSTRAK…………………………………………………………………
vii
ABSTRACT………………………………………………………………….
viii
DAFTAR ISI ................................................................................................
ix
DAFTAR GAMBAR...................................................................................
xi
DAFTAR TABEL…………………………………………………………
xii
DAFTAR LAMPIRAN……………………………………………………
xiii
BAB I PENDAHULUAN ............................................................................
1
1.1 Latar Belakang Masalah.....................................................................
1
1.2 Rumusan Masalah ..............................................................................
2
1.3 Tujuan Penelitian ...............................................................................
3
1.4 Manfaat Penelitian ..............................................................................
3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA...................................................................
4
2.1 Kajian Teori........................................................................................
4
2.2 Kerangka Pikir ...................................................................................
12
2.3 Hipotesis ............................................................................................
12
BAB III METODE PENELITIAN ............................................................
13
3.1 Tempat Penelitian..…………………………………………………..
13
3.2 Alat dan Bahan.. ...............................................................................
13
3.3 Prosedur Pelaksanaan.........................................................................
15
3.4 Variabel Sampel ...............................................................................
15
3.5 Jenis Pengujian………………………….. ........................................
16
3.6 Diagram Alir Penelitian.......................................................................
19
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN...........................
20
4.1 Massa Jenis Komposit………………………………………………….. 20 commit to user 4.2 Kekuatan Tarik………………………………………………………. 21 ix
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
4.3 Ketahanan Bakar……………………………………………………..
31
4.3 Pengujian TGA/DTA…………………………….…………………...
35
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN…………………………...……….
39
5.1 Kesimpulan……………………………………………….................
39
5.2 Saran…………………………………………………………………
39
DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................
40
LAMPIRAN ...................................................................................................
43
commit to user
x
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Skema klasifikasi komposit…………………………..…………
4
Gambar 2.2 Hasil SEM serbuk genteng Sokka ……………………………… 5 Gambar 2.3 Hasil SEM montmorrilonite…………………………………….. 6 Gambar 2.3 Grafik tegangan-regangan ……………………………..……….
10
Gambar 3.1 Serat karbon……………………………………………..………
14
Gambar 3.2 Gambar specimen uji tarik………………………………….…..
17
Gambar 3.3 Skema uji bakar sesuai ASTM D 635…..………………………
17
Gambar 3.4 Alat uji bakar …………………………………………………..
18
Gambar 4.1 Kurva massa jenis variasi orientasi serat 45/45° dan orientasi serat 0/90°.....................................................................................
20
Gambar 4.1 Hubungan variasi jumlah laminat, orientasi, dan Tegangan Tarik .............................................................................................. 21 Gambar 4.3 Orientasi serat................................................................................. 22 Gambar 4.4 Hubungan variasi jumlah laminat, orientasi, dan modulus elastisis........................................................................................... 23 Gambar 4.5 Hubungan variasi jumlah laminat, orientasi, dan regangan........... 24 Gambar 4.6 Perbandingan SEM penampang patah komposit 6 laminat…….. 25 Gambar 4.7 Perbandingan SEM penampang patah komposit 10 laminat……. 26 Gambar 4.8 Bentuk permukaan patahan uji tarik (0/90°)……………………... 28 Gambar 4.9 Bentuk permukaan patahan uji tarik (45/45°) …………………… 30 Gambar 4.10 Hubungan variasi jumlah laminat, orientasi serat, dan waktu penyalaan …………….…….…………….……………………. 31 Gambar 4.11 Hubungan variasi jumlah laminat, orientasi serat, dan kecepatan bakar…………………………………………………………… 32 Gambar 4.12 Perbandingan SEM penampang patah komposit dengan variasi 6 laminat ……........................................................................... 32 Gambar 4.13 Perbandingan SEM penampang patah komposit dengan variasi 10 laminat ……............................................................................ 33 Gambar 4.14 Hasil uji TGA variasi 4, 6, dan 8 Laminat………………..…… 35 commit to user Gambar 4.15 Hasil uji DTA variasi 4, 6, dan 8 laminat……………………… 37 xi
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 2.1 Kandungan unsur utama serbuk genteng Sokka berdasarkan hasil uji XRF…………………………………………………………....
9
Tabel 3.1 Tempat kegiatan penelitian……………………………………....... 13 Tabel 3.2 Data perbandingan serat, phenolyc, dan serbuk genteng Sokka…… 16 Tabel 4.1 Hasil pengujian massa jenis orientasi 0/90° dan 45/45°……..……...
20
Tabel 4.2 Hasil pengujian kekuatan tarik…………………………………….. 21 Tabel 4.3 Hasil pengujian ketahanan bakar…………………………….…….
31
Tabel 4.4 Perubahan temperatur pada proses eksotermis dan endotermis…… 37
commit to user xii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran 1. Biodata……………….………………………………..………… . 43 Lampiran 2. Data uji tarik orientasi 0/90°……………………………………
44
Lampiran 3. Data uji tarik orientasi 45/45° …………………….…………….
45
Lampiran 4. Data uji bakar orientasi 0/90°…………………………………..
46
Lampiran 5. Data uji bakar orientasi 45/45°………………………. …………
47
Lampiran 6. Data uji massa jenis 0/90° …………………………...........…….. 48 Lampiran 7. Data uji massa jenis 45/45° …………..…………………….……. 49
commit to user
xiii
