SERBUK KULIT KERANG DARAH (SKKD) SKRIPSI

PENGARUH KOMPOSISI DAN UKURAN MAKRO SERBUK KULIT KERANG DARAH (ANADORA GRANOSA) TERHADAP KOMPOSIT EPOKSI-PS/SERBUK KULIT KERANG DARAH (SKKD)

SKRIPSI

Oleh

ADDRIYANUS TANTRA 100405034

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA AGUSTUS 2015

Universitas Sumatera Utara

PENGARUH KOMPOSISI DAN UKURAN MAKRO SERBUK KULIT KERANG DARAH (ANADORA GRANOSA) TERHADAP KOMPOSIT EPOKSI-PS/SERBUK KULIT KERANG DARAH (SKKD)

SKRIPSI

Oleh

ADDRIYANUS TANTRA 100405034

SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN PERSYARATAN UNTUK MENJADI SARJANA TEKNIK

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA AGUSTUS 2015

Universitas Sumatera Utara

ii

Universitas Sumatera Utara

iii

Universitas Sumatera Utara

iv

Universitas Sumatera Utara

v

Universitas Sumatera Utara

DEDIKASI Penulis mendedikasi skripsi ini kepada kedua orang tua penulis. Aditya dan Yuliana, yang telah merawat dan membimbing penulis sampai sekarang.

vi

Universitas Sumatera Utara

RIWAYAT HIDUP PENULIS

Nama: Addriyanus Tantra NIM: 100405034 Tempat/Tgl. Lahir: Medan, 22 Februari 1992 Nama orang tua: Aditya Alamat orang tua: Jalan Seikera 197A Medan 20234

Asal Sekolah 

SD Methodist-3, tahun 1998-2004



SMP Methodist-3, tahun 2004-2007



SMA Methodist-3, tahun 2007-2010

Pengalaman organisasi/ kerja: 1. Asisten Lab.OTK (Operasi Teknik Kimia) tahun 2013-2015 modul Alat Penukar Panas Pipa Sepusat, Pemecahan dan Pengayakan, Peralatan Pencampuran Fluida, Saluran dengan Penampang Berubah, Kolom Absropsi Gas 2. Anggota Himatek (Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia USU) tahun 2010-2014 3. Wakil Ketua KMB USU (Keluarga Mahasiswa Buddhist USU) tahun 2013 4. Anggota UKM Basket USU tahun 2011-2014 Artikel yang telah dipublikasikan dalam Jurnal/Pertemuan Ilmiah: 1. The First International Conference on Science, Technology and Interdisciplinary Research, September 21-23 2015, Lampung

vii

Universitas Sumatera Utara

ABSTRAK

Dewasa ini, penggunaan polimer di bidang industri berkembang pesat karena keunggulan dari polimer yang bersifat murah, ringan dan tahan korosi. Biasanya polimer tidak digunakan secara sendiri melainkan dicampur dengan bahan lain membentuk komposit sehingga memiliki sifat yang lebih baik. Pada penelitian ini, komposit dibuat dengan resin epoksi sebagai matriks dan dicampur dengan serbuk kulit kerang darah sebagai pengisi. Resin epoksi dipilih sebagai matriks karena sifat ketahanannya kimia maupun cuaca yang baik serta banyak digunakan di berbagai bidang. Serbuk kulit kerang darah dipilih karena kandungan kulit kerang darah yang memungkinkan untuk menguatkan komposit serta memanfaatkan kulit kerang darah yang dianggap sebagai limbah rumah makan. Bahan-bahan yang digunakan dalam membuat komposit adalah polistirena sebagai toughening agent untuk membantu menguatkan komposit, kloroform sebagai pelarut, resin epoksi, hardener polyaminoamide dan serbuk kulit kerang darah. Kulit kerang darah dihancurkan menjadi serbuk terlebih dahulu dengan menggunakan ball mill lalu diayak menggunakan nomor ayakan tertentu. Nomor ayakan yang digunakan terdiri dari 50, 80, 110, 140, 170 mesh. Komposit dibuat dengan melarutkan polistirena (10% berat dari matriks) ke dalam kloroform terlebih dahulu dengan perbandingan 1:4 (b/b), lalu dicampurkan ke dalam resin epoksi yang telah dicampur dengan pengisi serbuk kulit kerang darah dengan komposisi tertentu. Komposisi pengisi yang digunakan pada penelitian ini terdiri dari 10%, 20%, 30%, 40%, dan 50%. Campuran resin diaduk hingga merata lalu dicetak menggunakan alat hot press. Komposit yang telah dicetak kemudian diuji sifat-sifat mekaniknya dan diuji karakteristik SEM dan FTIR. Hasil yang didapat yaitu komposisi kulit kerang optimum terletak pada 30% serta ukuran partikel optimum terletak pada 170 mesh. Hasil dari karakterisasi FTIR adalah penambahan serbuk kulit kerang darah hanya menghasilkan gugus SiOH dan hasil karakterisasi SEM menunjukkan morfologi patahan yang terbagus terdapat pada komposit dengan ukuran pengisi 170 mesh dan komposisi pengisi 30%

Kata kunci: resin epoksi, serbuk kulit kerang darah, polistirena, komposit, sifat-sifat mekanik, SEM, FTIR

viii

Universitas Sumatera Utara

ABSTRACT

Nowadays, polymer usage in industrial sector is developing greatly because of the advantages of polymer such as inexpensive, lightweight and rustproof. Usually polymer is not used alone but rather blended with other materials in order to create composites which exhibit better properties. In this study, composite is prepared with epoxy resin as matrix and cockle-shell powder as filler. Epoxy resin was chosen as matrix because of its good chemical and weather resistance, and versatile in various application. Cockle-shell powder is used as filler because of its constituent is promising in strengthening composite while reducing waste of cockle-shell. The materials needed to prepare composite are polystyrene as toughening agent, chloroform as solvent, epoxy resin, polyaminomaide hardener and cockle-shell powder. Cockle-shell was crushed into powder using ball mill and then sieved. The sieve used in this study varies from 50, 80, 110, 140, 170 mesh. Composite is prepared by dissolving polystyrene (10% weight by matrix) in chloroform first with the ratio of 1:4 (w/w) and then mixed with mixture consists of epoxy resin pre-mixed with cockle-shell powder using certain composition. The filler composition used in this study varies from 10%, 20%, 30%, 40%, and 50%. Resin mixture is mixed until homogeneous and then casted using hot press machine. The prepared composite is tested to obtain its mechanical properties and SEM and FTIR characteristics. The obtained result from this study is the optimum filler composition is at 30% and optimum particle size is at 170 mesh, the result from FTIR characteristics shows that the addition of cockle-shell powder create groups of SiOH, and SEM characteristics shows that the best fracture surface of composite is shown in the image of composite with 170 mesh particle size and 30% filler composition.

keywords: epoxy resin, cockle-shell powder, polystyrene, composite, mechanical properties, SEM, FTIR

ix

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR ISI Halaman PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI

ii

PENGESAHAN

iii

PRAKATA

iv

DEDIKASI

vi

RIWAYAT HIDUP PENULIS

vii

ABSTRAK

viii

ABSTRACT

ix

DAFTAR ISI

x

DAFTAR GAMBAR

xiii

DAFTAR TABEL

xv

DAFTAR LAMPIRAN

xvi

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

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

5

2.1 KOMPOSIT DAN KELEBIHANNYA

5

2.2 JENIS-JENIS KOMPOSIT

6

2.2.1 Berdasarkan Bahan Matriks

6

2.2.2 Berdasarkan Bahan Pengisi

7

2.3 METODE PENYEDIAAN KOMPOSIT

8

2.3.1 Close Molding Process (Pencetakan Tertutup)

8

2.3.2 Open Molding Process (Pencetakan Terbuka)

10

2.4 ANTAR FASA/ ANTAR MUKA

10

2.5 MATRIKS

12

x

Universitas Sumatera Utara

2.5.1 Resin Epoksi

13

2.6 BAHAN PENGISI (REINFORCEMENTS)

16

2.6.1 Kulit Kerang Darah (Anadora granosa)

16

2.7 POLISTIRENA

19

2.8 UKURAN MAKRO PARTIKEL DAN MIKRO PARTIKEL

19

2.9 PENGUJIAN DAN KARAKTERISASI BAHAN KOMPOSIT

20

2.9.1 Uji Kekuatan Tarik (Tensile Strength)

20

2.9.2 Uji Kekuatan Bentur (Impact Strength)

22

2.9.3 Analisa Penyerapan Air

23

2.9.4 Karakterisasi Fourier Transform Infra Red (FT-IR)

23

2.9.5 Analisa Scanning Electron Microscopy (SEM)

23

2.10 ANALISIS BIAYA

25

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

27

3.1 LOKASI PENELITIAN

27

3.2 BAHAN DAN PERALATAN

27

3.2.1 Bahan

27

3.2.2 Peralatan

27

3.3 PROSEDUR PENELITIAN

28

3.3.1 Penyediaan Matriks Komposit

28

3.3.2 Penyediaan Pengisi Komposit

28

3.3.3 Proses Pembuatan Komposit

29

3.4 PENGUJIAN KOMPOSIT

32

3.4.1 Uji Kekuatan Tarik (Tensile Strength) dengan ASTM D-638

32

3.4.2 Uji Kekuatan Bentur (Impact Strength) dengan ASTM D-4812

33

3.4.3 Analisa Penyerapan Air

34

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

35

4.1 KARAKTERISASI FOURIER TRANSFORM INFRA RED (FTIR) DARI EPOKSI-PS MURNI DAN KOMPOSIT KOMPOSIT EPOKSI-PS/SERBUK KULIT KERANG DARAH (SKKD)

35

4.2 PENGARUH KOMPOSISI DAN UKURAN PARTIKEL SERBUK KULIT KERANG DARAH (ANADORA GRANOSA) TERHADAP SIFAT KEKUATAN TARIK (TENSILE STRENGTH) KOMPOSIT

xi

Universitas Sumatera Utara

EPOKSI-PS/SERBUK KULIT KERANG DARAH (SKKD)

37

4.3 PENGARUH KOMPOSISI DAN UKURAN PARTIKEL SERBUK KULIT KERANG DARAH (ANADORA GRANOSA) TERHADAP SIFAT PEMANJANGAN PADA SAAT PUTUS (ELONGATION AT BREAK) KOMPOSIT EPOKSI-PS/SERBUK KULIT KERANG DARAH (SKKD)

39

4.4 HUBUNGAN STRESS-STRAIN EPOKSI-PS MURNI DAN KOMPOSIT EPOKSI-PS/SERBUK KULIT KERANG DARAH (SKKD)

41

4.5 PENGARUH KOMPOSISI DAN UKURAN PARTIKEL SERBUK KULIT KERANG DARAH (ANADORA GRANOSA) TERHADAP SIFAT KEKUATAN BENTUR (IMPACT STRENGTH) KOMPOSIT EPOKSI-PS/SERBUK KULIT KERANG DARAH (SKKD)

43

4.6 PENGARUH KOMPOSISI DAN UKURAN PARTIKEL SERBUK KULIT KERANG DARAH (ANADORA GRANOSA) TERHADAP SIFAT PENYERAPAN AIR (WATER ABSORPTION) KOMPOSIT EPOKSI-PS/SERBUK KULIT KERANG DARAH (SKKD)

45

4.7 KARAKTERISASI SCANNING ELECTRON MICROSCOPY (SEM) DARI EPOKSI-PS MURNI DAN EPOKSI-PS/SERBUK KULIT KERANG DARAH (SKKD)

46

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

49

5.1 KESIMPULAN

49

5.2 SARAN

50

DAFTAR PUSTAKA

51

xii

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR GAMBAR

Halaman Gambar 2.1

Tipe-Tipe Komposit Berdasarkan Jenis Pengisinya

8

Gambar 2.2

Interface Dan Interphases Antara Matriks Dengan Serat

11

Gambar 2.3

Gugus Epoksi

13

Gambar 2.4

Reaksi Pembentukan Resin Epoksi

13

Gambar 2.5

Reaksi Curing Epoksi Tahap 1

14

Gambar 2.6

Reaksi Curing Epoksi Tahap 2

14

Gambar 2.7

Reaksi Curing Epoksi Tahap 3

14

Gambar 2.8

Kulit Kerang Darah (Anadora granosa)

17

Gambar 2.9

Polistirena

19

Gambar 2.10

Gambaran Umum Uji Tarik (Tensile Strength)

21

Gambar 2.11

Spesimen V-Notch Metoda Charpy dan Izod

23

Gambar 2.12

Skema Pengujian Impak

23

Gambar 3.1

Flowchart Prosedur Penyediaan Matriks Komposit

28

Gambar 3.2

Flowchart Prosedur Penyediaan Pengisi Komposit

29

Gambar 3.3

Flowchart Prosedur Pembuatan Komposit

30

Gambar 3.4

Gambar Compression Moulding

31

Gambar 3.5

Gambar Alat Uji Tarik

31

Gambar 3.6

Gambar Alat Uji Bentur

32

Gambar 3.7

Gambar Plat Tensile

32

Gambar 3.8

Gambar Plat Impact

32

Gambar 3.9

Ukuran Dimensi Spesimen Kekuatan Tarik ASTM D 638

33

Gambar 3.10

Ukuran Dimensi Spesimen Metoda Izod ASTM D 4812

33

Gambar 4.1

Karakteristik FTIR Komposit Epoksi-PS Murni Dan Komposit Epoks PS/Serbuk Kulit Kerang Darah (SKKD)

35

Gambar 4.2

Reaksi Curing Epoksi Tahap 1

36

Gambar 4.3

Reaksi Curing Epoksi Tahap 2

36

Gambar 4.4

Reaksi Curing Epoksi Tahap 3

36

Gambar 4.5

Pengaruh Ukuran Partikel Dan Komposisi Serbuk Kulit Kerang Darah Terhadap Kekuatan Tarik (Tensile

xiii

Universitas Sumatera Utara

Strength) Komposit Epoksi PS/SKKD Gambar 4.6

37

Pengaruh Ukuran Partikel Dan Komposisi Serbuk Kulit Kerang Darah Terhadap Sifat Pemanjangan Pada Saat Putus (Elongation At Break) Komposit Epoksi-PS/SKKD

Gambar 4.7

39

Hubungan Stress-Strain Epoksi-PS Murni Dan Komposit Epoksi PS/ SKKD (Tensile Strength) Untuk Komposisi 30%

Gambar 4.8

41

Pengaruh Ukuran Partikel Dan Komposisi Serbuk Kulit Kulit Kerang Darah Terhadap Sifat Kekuatan Bentur (Impact Strength) Komposit Epoksi-PS/SKKD

Gambar 4.9

43

Pengaruh Ukuran Partikel Serbuk Kulit Kerang Darah Terhadap Sifat Penyerapan Air Komposit Epoksi-PS/ SKKD Pada Komposisi 30%

Gambar 4.10

45

Karakterisasi SEM (a) Epoksi-PS murni (b) Komposit Epoksi-PS/SKKD Komposisi 30% Ukuran 50 Mesh (c) Komposit Epoksi-PS/SKKD Komposisi 30% Ukuran 170 Mesh (d) Komposit Epoksi-PS/SKKD Komposisi 50% Ukuran 50 Mesh

47

Gambar C.1

Penyediaan Serbuk Kulit Kerang Darah

63

Gambar C.2

Penyediaan Komposit Epoksi-PS/Serbuk Kulit Kerang Darah

63

Gambar C.3

Proses Pencetakan Dengan Alat Hot Press

64

Gambar C.4

Hasil Komposit Epoksi-PS/Serbuk Kulit Kerang Darah (SKKD)

64

Gambar C.5

Alat UTM Gotech AI-7000 M Grid Tensile

65

Gambar C.6

Alat Impact Tester Gotech

65

xiv

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR TABEL

Halaman Tabel 2.1

Spesifikasi Dari Resin Epoksi

15

Tabel 2.2

Komposisi Kimia Serbuk Kulit Kerang

19

Tabel 2.3

Konversi Nilai Mesh Ke Nilai Mikron

20

Tabel 2.4

Rincian Harga Bahan Baku Pembuatan Komposit

25

Tabel 2.5

Perincian Bahan Baku untuk Membuat Komposit

26

Tabel 4.1

Nilai Modulus Young Campuran Epoksi-PS Murni Dan Komposit Epoksi-PS/SKKD Dengan Komposisi 30%

Tabel A.1

42

Data Nilai Modulus Young Dari Komposit Dengan Komposisi 30%

57

Tabel A.2

Data Nilai Kekuatan Tarik

57

Tabel A.3

Data Nilai Pemanjangan Pada Saat Putus

58

Tabel A.4

Data Nilai Kekuatan Bentur

59

Tabel A.5

Data Nilai Penyerapan Air Dari Komposit Dengan

Tabel B.1

Komposisi 30%

60

Tabel Konversi Ukuran Mesh ke Mikron

61

xv

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman LAMPIRAN A

DATA PENELITIAN

57

A.1 Data Hasil Modulus Young

57

A.2 Data Hasil Kekuatan Tarik

57

A.3 Data Hasil Pemanjangan Saat Putus

58

A.4 Data Hasil Kekuatan Bentur

59

A.5 Data Hasil Penyerapan Air

60

LAMPIRAN B

CONTOH PERHITUNGAN

61

LAMPIRAN C

DOKUMENTASI PENELITIAN

63

C.1 Penyediaan Serbuk Kulit Kerang Darah

63

C.2 Penyediaan Komposit Epoksi-:PS/Serbuk Kulit Kerang Darah (SKKD)

63

C.3 Proses Pencetakan Dengan Alat Hot Press

64

C.4 Hasil Komposit Epoksi-PS/Serbuk Kulit Kerang Darah (SKKD)

64

C.5 Alat Universal Testing Machine (UTM) Al-7000 M Grid Tensile

65

C.6 Alat Impact Tester Gotech

xvi

65

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR SINGKATAN

PS

Polistirena

SKKD

Serbuk Kulit Kerang Darah

CaO

Kalsium Oksida

MgO

Magnesium Oksida

ASTM

American Standard Testing Method

FTIR

Fourier Transform Infra Red

SEM

Scanning Electron Microscopy

%wt

Persen Massa Pengisi

xvii

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR SIMBOL

Simbol

Keterangan

Satuan

A0

Luas penampang awal

mm2

Fmaks

Beban maksimum

N

We

Massa komposit setelah perendaman

g

Wo

Massa komposit sebelum perendaman

g

Wg

Persentase pertambahan massa komposit

%

σ

Kekuatan tarik

N/mm2

e

Pemanjangan pada saat putus

%

li

Panjang spesimen setelah penarikan

mm

lo

Panjang mula-mula spesimen

mm

Δl

Pertambahan panjang

mm

E

Modulus Young

N/mm2

xviii

Universitas Sumatera Utara