ABSTRACT
IRON AND GRAPHITE POWDER EFFECT OF FLY ASH COMPOSITES RESISTANCE WEAR / PHENOLIC FOR APPLICATIONS BRAKE
By
MAULANA YUSUF
In Indonesia, a waste product of combustion steam power plants continues to increase, in 2000 the amount of fly ash reached 1.66 million tons, and increased significantly to 2 million tons in 2006. The amount of fly ash generated from year to year is not over in a way that has not been handling. One solution to this problem is to capitalize on fly ash as an alternative to the manufacture of composite materials.
Composite is a combination of two or more substances to form new materials. With a mix of 60% phenolic matrix material, the reinforcing material 5% fly ash, barium sulfate filler 10%, 5% NBR binder and filler with graphite and iron powder ratio of 5%, 10% and 15%. With the method of hot pressing so that the formed composite. This study was conducted to determine the effect of iron powder and graphite to the wear resistance of composite fly ash / phenolic through and abrasion testing to determine the cause of the failure of composites through the observation area of the failure by SEM photograph.
The addition of iron powder and graphite composites can improve the wear resistance of fly ash / phenolic arrive at a certain percentage. Graphite can increase the wear resistance of composite fly ash / phenolic together with iron. The average value of specific high abrasion on the composition of the composite with a composition of 10% iron and 10% graphite with a value of 2.47 x 10-6 mm3 / mm, it is because graphite can be bound either by phenolic and barium sulfate so that the average value of specific abrasion becomes In the composite high observation using SEM images show the bonding between the particles and the matrix. SEM photograph showing a composite with a uniform distribution of particles will produce the wear resistance becomes high, while composites with uneven distribution of particles will cause a void, so that the wear resistance is low.
ABSTRAK
PENGARUH SERBUK BESI DAN GRAFIT TERHADAP KETAHANAN AUS KOMPOSIT FLY ASH/PHENOLIC UNTUK APLIKASI KAMPAS
REM
Oleh
MAULANA YUSUF
Di Indonesia, produk limbah pembakaran pembangkit listrik tenaga uap terus meningkat, pada tahun 2000 jumlah fly ash mencapai 1,66 juta ton, dan meningkat secara signifikan menjadi 2 juta ton pada tahun 2006. Besarnya jumlah fly ash yang dihasilkan dari tahun ke tahun tak seiring dengan cara penanganannya yang belum optimal. Salah satu pemecahan masalah ini adalah dengan memanfaat fly ash sebagai bahan alternatif pembuatan komposit.
Komposit merupakan gabungan dua bahan atau lebih sehingga membentuk material baru. Dengan campuran bahan matriks phenolic 60%, bahan penguat fly ash 5%, bahan pengisi barium sulfat 10%, bahan pengikat NBR 5% dan bahan pengisi dengan perbandingan grafit dan serbuk besi sebanyak 5%, 10% dan 15%. Dengan metode hot pressing sehingga dibentuk komposit. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh penambahan serbuk besi dan grafit terhadap ketahanan aus komposit fly ash/phenolic melalui pengujian abrasi dan untuk mengetahui penyebab kegagalan komposit melalui pengamatan daerah kegagalan dengan foto SEM.
Penambahan serbuk besi dan grafit dapat meningkatkan ketahanan aus komposit fly ash/phenolic sampai pada presentase tertentu. Grafit dapat meningkatkan ketahanan aus pada komposit fly ash/phenolic sama dengan besi. Nilai rata-rata spesifik abrasi tertinggi pada komposit dengan komposisi komposisi 10% besi dan 10% grafit dengan nilai 2.47 x 10-6 mm3/mm, hal ini disebabkan karena grafit dapat diikat baik oleh phenolic dan barium sulfat sehingga nilai rata-rata spesifik abrasinya menjadi tinggi. Pada pengamatan komposit dengan menggunakan foto SEM menunjukkan ikatan antar partikel dan matrik. Foto SEM memperlihatkan komposit dengan persebaran partikel yang merata akan menghasilkan ketahanan ausnya menjadi tinggi, sedangkan komposit dengan persebaran partikel tidak merata akan menimbulkan void, sehingga ketahanan ausnya rendah.
PENGARUH SERBUK BESI DAN GRAFIT TERHADAP
KETAHANAN AUS KOMPOSIT
FLY ASH
/
PHENOLIC
UNTUK
APLIKASI KAMPAS REM
Oleh
MAULANA YUSUF
Skripsi
Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Mencapai Gelar SARJANA TEKNIK
Pada
Jurusan Teknik Mesin
Fakultas Teknik Universitas Lampung
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS LAMPUNG
PENGARUH SERBUK BESI DAN GRAFIT TERHADAP
KETAHANAN AUS KOMPOSITFLY ASH/PHENOLIC UNTUK
APLIKASI KAMPAS REM
SKRIPSI
Oleh
MAULANA YUSUF
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS LAMPUNG
DAFTAR GAMBAR
Gambar Halaman
1. Proses terjadinya keausan adhesive………...22
2. Proses terjadinya keausan abrasive………...23
3. Ilustrasi uji keausan metode Ogoshi………..…25
4. Cetakan spesimen………..……30
5. Thermo control………..30
6. Mixer………..…31
7. Timbangan digital……...………...31
8. Furnace………..…32
9. Ogoshi high speed universal wear testing machine type OAT-U…………..…33
10. SEM (Scan Electron Microscope)………...………33
11. Diagram alir penelitian……….34
12. Ilustrasi uji keausan metode Ogoshi………39
13. Grafik error bar berdasarkan standar deviasi…………...………...44
14. Partikel grafit dengan perbesaran 2500x……….45
15. Partikel fly ash dengan perbesaran 2500x………...45
16. Partikel phenolic resin dengan perbesaran 2500x………56
17. Foto komposit grafit 10% /phenolic dengan perbesaran 250x……….47
DAFTAR ISI
Halaman
LEMBAR PENGESAHAN…..………...……….. i
SANWACANA……….………..ii
DAFTAR ISI……….………..v
DAFTAR GAMBAR…..……….………vii
DAFTAR TABEL..……….viii
I. PENDAHULUAN 1.1. Latar belakang…………..………...………..1
1.2. Tujuan……….………..4
1.3. Batasan masalah………..………...………...4
1.4. Sistematika penulisan…..………..5
II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Komposit…….………..………7
2.2 Bahan-bahan penyusun komposit…….……….………..11
2.3. Metalurgi serbuk komposit..……….………..16
2.5. Keausan……….…………..21
2.6 Pengujian keausan………..……….…24
2.7. Foto SEM ……….………..……26
III. METODE PENELITIAN 3.1. Tempat penelitian..……….………28
3.2. Bahan yang digunakan…..…..………28
3.3. Alat yang digunakan….…………..………29
3.4. Alur proses penelitian……..………..……….34
3.5. Prosedur penelitian..………...……….35
3.6. Prosedur pengujian dan analisa..……….38
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Hasil pengujian ketahanan aus……..………..………41
4.2. Hasil Uji SEM……….……….…………..………44
V. SIMPULAN DAN SARAN 5.1. Simpulan…..………..…….………53
5.2. Saran…..………..………..……….54
DAFTAR PUSTAKA
DAFTAR TABEL
Tabel Halaman
1. Unsur senyawa kimia dan sifat fisika pada fly ash………13
2. Analisis kimia fly ash Tarahan Provinsi Lampung………14
3. Komposisi bahan penyusun komposit………37
MOTO
“Katakanlah: "jika bapa-bapa, anak-anak, saudara-saudara, isteri-isteri,
kaum keluargamu, harta kekayaan yang kamu usahakan,
perniagaan yang kamu khawatiri kerugiannya, dan tempat tinggal
yang kamu sukai, adalah lebih kamu cintai dari Allah dan Rasul-Nya
dan dari berjihad di jalan-Nya, maka tunggulah sampai Allah
mendatangkan keputusan-Nya". Dan Allah tidak memberi petunjuk
kepada orang-orang yang fasik”
(QS. At Taubah : 24)
“Sebaik-baik manusia adalah bermanfaat banyak untuk orang lain”
(Al – Hadist)
“Keimanan yang mendalam kepada Allah SWT yang diaplikasikan
dalam kehidupan sehari-hari ditambah dengan kerja keras, itulah
kunci sukses dunia akhirat”
(MAULANA YUSUF)
Dengan kerendahan hati dan harapan
Menggapai Ridho Illahi Robbi
Ku persembahkan skripsi ini untuk :
Keluarga ku
Dan
Almamater tercinta
Penulis dilahirkan di Natar, Lampung Selatan pada tanggal 22
September 1990, sebagai anak ke tiga dari empat bersaudara
dari pasangan Muhammad Thayib dan Tri Mulatsih.
Penulis menyelesaikan pendidikan sekolah dasar di SD Negeri 2 Merak Batin,
Natar, Lampung Selatan pada tahun 2002, menyelesaikan pendidikan sekolah
menengah pertama di SMP Negeri 1 Natar, Lampung Selatan pada tahun 2005,
menyelesaikan pendidikan sekolah menengah atas di SMA Negeri 1 Natar pada
tahun 2008 dan penulis terdaftar sebagai Mahasiswa Teknik Mesin, Fakultas
Teknik, Universitas Lampung.
Selama menjadi mahasiswa, penulis aktif diberbagai organisasi internal ataupun
eksternal kampus. Kemudian pada bidang akademik, penulis melaksanakan kerja
praktek di PTPN VII UU Rejosari Natar, Lampung Selatan pada tahun 2012. Pada
skripsi ini penulis melakukan penelitian pada konsentrasi material dengan judul “
Pengaruh Serbuk Besi dan Grafit Terhadap Ketahanan Aus Komposit Fly
Ash/phenolic Untuk Aplikasi Kampas Rem” Dibawah bimbingan Ibu Dr. Eng.
SANWACANA
Assalamu’alaikumwarahmatullahiwabarakatuh.
Segala puji dan syukur hanya milik Allah SWT tuhan semesta alam atas
rahmatdan pertolongan-Nya, skripsi ini dapat diselesaikan. Sholawat dan
salam selalutercurah kepada Nabi Muhammad SAW dan kepada sahabatnya,
serta parapengikutnya yang selalu istiqomah diatas kebenaran agama islam hingga
hari ajalmenjemput.
Dalam penyusunan skripsi ini Penulis banyak mendapat bantuan baik moral
maupun material dari berbagai pihak. Maka dari itu pada kesempatan ini, Penulis
ingin menyampaikan ucapan terima kasih kepada:
1. Bapak Prof. Dr. Ir. Hasriadi Mat Akin, selaku
RektorUniversitasLampung.
2. Prof. Dr. Suharno, M.Sc., Ph.D. selaku Dekan Fakultas Teknik
UniversitasLampung.
3. Bapak Ahmad Suudi, S.T., M.T. selaku ketua jurusan Teknik
MesinUniversitas Lampung.
4. Ibu Dr.Eng Shirley Savetlana,S.T.,M.Met selaku pembimbing utama
diberikan untukn membimbing penulis dalam menyelesaikan Tugas
Akhir ini.
5. BapakNafrizal, S.T., M.T., selaku pembimbing kedua tugas akhir ini,
yangtelah banyak mencurahkan waktu dan fikirannya bagi Penulis
6. Bapak Dr. IrzaSukmana, S.T., M.T. selaku pembahas tugas akhir
ini,yang telah banyak memberikan kritikdan saran yang sangat
bermanfaat bagipenulis.
7. Seluruh Dosen Staff pengajar Jurusan Teknik Mesin Universitas
Lampung.
8. Kedua Orang Tuaku, Ibu, Ayah, serta kakak-kakakdanAdik ku yang
selalumemberikan doa yang terbaik bagi penulis.
9. Sahabat-sahabatku M. Aprilliansyah, M. Ihsan Yusuf S.T., Amar
Ma’ruf S.T., Yusuf Abdulah, Sohadi, DoniIrawan, AgusFerdian
U.K.,Dwi Supratmanto, sertateman-teman seperjuanganteknikmesin
2008, yang selalu memberikan semangat bagi penulis.
Dan semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu per satu, terima kasih penulis
ucapkan atas bantuan yang diberikan sehingga terselesaikan skripsi ini.
Wassalamu’alaikumwarahmatullahiwabarakatuh
Bandar Lampung, 18 Desember 2015
Penulis
1
I. PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Fly ashatau abu terbang merupakan sisa pembakaran batubara dari limbah
pembakaran di industri besar, seperti PLTU, industri semen, industri
kereta api, dan lain-lain. Di Indonesia, produk limbah pembakaran
pembangkit listrik tenaga uap terus meningkat, sebagai contoh pada tahun
2000 jumlah fly ash mencapai 1,66 juta ton, dan meningkat secara
signifikan menjadi 2 juta ton pada tahun 2006. Besarnya jumlah fly ash
yang dihasilkan dari tahun ke tahun tak seiring dengan cara
penanganannya yang belum optimal, berakhir pada penimbunan di lahan
kosong atau bahkan terbuang begitu saja (Marinda 2006)
Usaha untuk memanfaatkan fly ash terus dilakukan, diantaranya adalah
sebagai bahan penyusun beton untuk jalan dan bangunan, material
penimbun lahan bekas pertambangan, sebagai bahan baku keramik,
gelas, bahan refraktori, filler aspal, plastik, kertas, dan aditif sebagai
bahan dalam proses pengolahan limbah industri. Fly ash juga banyak
dimanfaatkan sebagai bahan baku semen, dan bahan penguat untuk material
2
Ukuran partikel fly ash hasil pembakaran batubara lebih kecil dari 0,075
mm. Kerapatan fly ash berkisar antara 2,1 sampai 3,0 gr/cm3, luas area
spesifiknya antara 170 sampai 1000 m2/kg, ukuran partikel rata-rata fly
ash batubara 0,01mm – 0,015 mm, luas permukaan 1-2 m2/g, massa jenis (specific gravity) 2,2 – 2,4 gr / c m3 dan bentuk partikel yaitu sebagian besar berbentuk seperti bola, sehingga menghasilkan mampu
kerja yang lebih baik (Pratama, 2011).
Menurut ACI (American Concrete Institute) Committee 226, dijelaskan
bahwafly ash mempunyai butiran yang cukup halus, yaitu lolos ayakan
No. 325 (45 µm) 5 – 27 % dengan warna abu-abu kehitaman. Fly ash
batubara mengandung silika dan alumina sekitar 80 % dengan sebagian
silika berbentuk amorf. Sifat-sifat fisik fly ash batubara antara lain
densitasnya 2,23 gr/cm3, kadar air sekitar 4 % dan komposisi mineral yang dominan adalah α-kuarsa dan mullite. Selain itu fly ash batubara
mengandung SiO2 sebanyak 58,75 %, Al2O3 sebanyak 25,82 %, Fe2O3
sebanyak 5,30 % (Pandiangan, 2007).
Grafit umumnya berwarna hitam hingga abu-abu tembaga, kekerasan 1– 2
(skala Mohs), berat jenis 2,1–2,3 kg/m3, tidak berbau dan tidak beracun. Grafit mampu menghantarkan panas dengan baik, buram, tahan panas, dan
dapat dihancurkan menjadi serbuk yang lebih kecil (Sri Lestari, 2004).
Sifat fisika grafit ditentukan oleh sifat dan luas permukaannya. Grafit yang
3
dapat dibuat dengan mensintesis berbagai bahan yang mengandung karbon.
Grafit mempunyai struktur yang berbentuk lapisan. Kekerasan Brinell Hb
kira-kira 1, kekuatan tarik 2 kgf/mm2 dan berat jenisnya 2,2 kg/mm3. Dalam bentuk partikular, grafit sangat tahan terhadap gesekan. Koefisien
gaya gesek yang dimiliki oleh grafit (µ ≈ 0,1), Jarak antar lapisan hampir
2,5 kali lebih besar dari jarak antar atom dalam satu lapisan. Hal ini
menyebabkan grafit bersifat licin karena satu lapisan dapat meluncur di atas
lapisan lainnya (Sri Lestari, 2004).
Kegunaan grafit, antara lain adalah sebagai elektroda pada baterai, proses
elektrolisis, atau untuk pensil. Selain itu, jika karbon aktif dipanaskan pada
suhu 1.500 °C dengan paladium, platina sebagai katalis, akan menghasilkan
serat polimer, seperti poliakrilonitril atau selulosa, yang bila digabungkan
dengan plastik akan membentuk foam dan foil. Grafit bersifat keras dan
tahan terhadap gesekan sehingga dapat digunakan untuk bahan pembuat
kampas rem pengganti asbestos (Sri Lestari, 2004).
Besi merupakan salah satu unsur yang paling sering kita manfaatkan dalam
kehidupan sehari – hari. Besi diperoleh dari serbuk besi yang kemudian
dilebur dan dipadu dengan unsur lain untuk membentuk berbagai jenis besi.
Manfaat serbuk besi sangat besar perannya dalam kehidupan sehari hari.
Serbuk besi dapat ditemui di berbagai lokasi, seperti daerah berpasir dan
lepas pantai. Serbuk besi memiliki lambang Fe. Biasanya serbuk besi
4
kemudian dilebur dan akhirnya menjadi hasil olahan besi yang memiliki
warna abu–abu, keperakan dan gelap.
Serbuk besi bersifat keras sehingga dapat digunakan untuk bahan baku
pembuatan besi baja dan kabel/kawat baja, sebagai bahan pembuatan besi
tuang, besi tempa, pembuatan baja lunak, baja dengan campuran karbon
yang tinggi dan tambahan campuran, sebagai bahan pembuatan rangka
kendaraan, dan dapat digunakan sebagai bahan pembuatan komposit.
Grafit dan serbuk besi yang bersifat keras dan tahan terhadap gesekan
diharapkan dapat memperbaiki ketahanan aus komposit fly ash/phenolic
untuk aplikasi kampas rem.
1.2. Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dilakukan penelitian ini adalah:
1. Mengetahui pengaruh penambahan serbuk besi dan grafit terhadap
ketahanan aus kompositfly ash/phenolicmelalui pengujian abrasi.
2. Mengetahui penyebab kegagalan komposit melalui pengamatan daerah
kegagalan dengan foto SEM.
1.3. Batasan Masalah
Masalah yang dibahas dalam penelitian ini dibatasi oleh beberapa hal yaitu:
1. Fly ashyang digunakan darifly ashbatu bara PT. PLTU Tarahan.
2. Pengujian sifat mekanik dibatasi pada pengujian ketahanan aus dengan
metodeOgoshi.
5
1.4. Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan dalam menyusun laporan penelitian ini adalah sebagai
berikut :
BAB I. PENDAHULUAN
Berisi tentang latar belakang, tujuan, batasan masalah dan
sistematika penulisan laporan.
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA
Pada bab ini menjelaskan tentang teori komposit, bahan-bahan
penyusun komposit, proses metalurgi serbuk komposit, kampas
rem, keausan dan pengujian keausan untuk mendukung
pembahasan masalah yang diambil.
BAB III. METODE PENELITIAN
Berisikan tentang metode yang dilakukan penulis untuk
mengumpulkan informasi, alat dan bahan yang digunakan, tempat
dan waktu penelitian serta menerangkan alur proses penelitian,
sebagaimana proses pengambilan data yang dilakukan.
BAB IV. ANALISA DAN PEMBAHASAN
Berisikan tentang data pengamatan yang diperoleh, hasil
pengujian dan pembahasan.
BAB V. SIMPULAN DAN SARAN
Berisikan simpulan yang diperoleh dari hasil pengujian dan
6
DAFTAR PUSTAKA
7
II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Komposit
Kata komposit berasal dari kata “to compose” yang berarti menyusun
atau menggabung. Secara sederhana bahan komposit berarti bahan
gabungan dari dua atau lebih bahan yang berlainan untuk membentuk
material ketiga yang lebih bermanfaat. Komposit dan alloy memiliki
perbedaan dari cara penggabungannya yaitu apabila komposit digabung
secara makroskopis sehingga masih kelihatan serat maupun matriknya,
sedangkan pada alloy paduan digabung secara mikroskopis sehingga
tidak kelihatan lagi unsur-unsur pendukungnya (Jones, 1975).
Dalam dunia konstruksi, komposit merupakan campuran antara polimer
(bahan makro molekul dengan ukuran besar yang diturunkan dari minyak
bumi ataupun bahan alam lainnya seperti karet dan serat) atau dapat
dikatakan bahwa komposit adalah gabungan antara bahan matrik atau
pengikat yang diperkuat. Bahan material ini terdiri dari dua bahan
penyusun, yaitu bahan utama sebagai pengikat dan bahan pendukung
sebagai penguat. Bahan penguat dapat dibentuk serat, partikel, serpihan
8
Sesungguhnya ribuan tahun lalu, material komposit telah dipergunakan
dengan memanfaatkannya serat alam sebagai penguat. Dinding bangunan
tua di Mesir yang telah berumur lebih dari 3000 tahun terbuat dari tanah
liat yang diperkuat jerami. Seorang petani memperkuat tanah liat
dengan jerami, para pengrajin besi membuat pedang secara berlapis dan
beton bertulang merupakan beberapa jenis komposit yang sudah lama
kita kenal. Komposit dibentuk dari dua jenis material yang berbeda, yaitu:
1. Penguat (reinforcement), yang mempunyai sifat kurang ductilen
tetapi lebihrigidserta lebih kuat.
2. Matrik, umumnya lebih ductile tetapi mempunyai kekuatan dan
rigiditas yang lebih rendah.
Pada material komposit sifat unsur pendukungnya masih terlihat dengan
jelas, sedangkan pada alloy paduan sudah tidak kelihatan lagi
unsur-unsur pendukungnya. Salah satu keunggulan dari material
komposit bila dibandingkan dengan material lainnya adalah
penggabungan unsur-unsur yang unggul dari masing-masing unsur
pembentuknya tersebut (Jones,1975)
Sifat material hasil penggabungan ini diharapkan dapat saling
melengkapi kelemahan- kelemahan yang ada pada masing-masing
material penyusunnya. Sifat-sifat yang dapat diperbaharui antara lain :
a. kekuatan
b. ketahanan korosi
9
d. berat(Weight)
e. ketahanan lelah
f. Meningkatkan konduktivitas panas
g. Tahan lama
Sekarang ini perkembangan teknologi komposit mulai berkembang
dengan pesat. Komposit sekarang ini digunakan dalam berbagai
variasi-variasi komponen antara lain untuk otomotif, pesawat terbang,
pesawat luar angkasa, alat-alat rumah tangga, kapal dan lain-lain.
Salah satu jenis komposit adalah komposit yang diperkuat dengan
partikel, dengan bahan matriknya adalah polimer. Partikel banyak
digunakan dalam komposit sebagai salah satu bentuk penguat, penguat
dalam komposit sangat mempengaruhi sifat-sifat dari komposit.
Penggabungan partikel yang keras dalam matrik dapat menghasilkan
suatu komposit yang baru, dengan kelebihan sifat-sifat mekanik dari
bahan dasar komposit tersebut. Sedangkan untuk mengetahui sifat-sifat
mekanik dari komposit tersebut, dapat diketahui dengan melakukan
pengujian standar pada spesimennya. Dibandingkan dengan bahan
konvensional seperti beton, komposit memiliki sejumlah keunggulan
yaitu antara lain tahan terhadap cuaca, tahan terhadap kimia, lebih
ringan, dan keunggulan komposit yang paling penting adalah mudah
dibentuk dan dibuat sehingga dapat menghemat biaya pengerjaan,
komposit juga mudah dicetak dan memungkinkan bentuk yang
10
2.1.1. Klasifikasi Material Komposit
Secara garis besar material komposit terbagi menjadi tiga macam,
yaitu:
a. Komposit lapis (Laminates Composites)
Merupakan jenis komposit terdiri dari dua lapis atau
lebih yang digabung menjadi satu dan setiap lapisnya
memiliki karakteristik sifat sendiri. Komposit ini terdiri dari
bermacam-macam lapisan material dalam satu matriks.
b. Komposit serat (Fibrous Composites)
Komposit serat adalah komposit yang terdiri dari fiber dalam
matriks. Secara alami serat yang panjang mempunyai
kekuatan yang lebih dibanding serat yang berbentuk
curah (bulk). Merupakan jenis komposit yang hanya terdiri
dari satu lapisan yang menggunakan penguat berupa serat /
fiber. Fiber yang digunakan bisa berupa fibers glass,carbon
fibers, aramid fibers (poly aramide), dan sebagainya. Fiber
ini bisa disusun secara acak maupun dengan orientasi
tertentu bahkan bisa juga dalam bentuk yang lebih kompleks
(Jones, 1975).
c. Komposit partikel (Particulate Composites)
Merupakan komposit yang menggunakan partikel serbuk
sebagai penguatnya dan terdistribusi secara merata dalam
matriknya. Komposit ini biasanya mempunyai bahan penguat
11
balok, serta bentuk-bentuk lainnya yang memiliki sumbu
hampir sama, yang kerap disebut partikel, dan bisa
terbuat dari satu atau lebih material yang dibenamkan
dalam suatu matriks dengan material yang berbeda. Selain
itu ada pula polimer yang mengandung partikel yang hanya
dimaksudkan untuk memperbesar volume material dan bukan
untuk kepentingan sebagai bahan penguat dengan resin sebagai
pengikat, biasanya fly ash digabung juga dengan pengisi
yang lain yang berfungsi untuk meningkatkan proses produksi
dan bertindak sebagai minyak pelumas. Pengisi ini contohnya
dust dan rubber crumb atau bahan pengisi anorganik
misalnya BaSO4, CaCO, Ca(OH)2dan MgO (Jones,1975).
2.2. Bahan-bahan penyusun komposit
Bahan-bahan penyusun komposit terdiri dari beberapa bagian yang
berfungsi untuk meningkatkan kualitas komposit tersebut, bahan-bahan
penyusun komposit antara lain sebagai berikut.
1. Fly Ash
Fly ash merupakan sisa dari hasil pembakaran batubara pada power
plants. Fly ash mempunyai titik lebur sekitar 1300° celcius dan
berdasarkan uji komposisi kimiafly ashmengandung CAS (CO-Al2O3
-SiO2) dalam jumlah besar yang merupakan pembentuk utamanetwork
glass. Fly ash mempunyai kerapatan massa (densitas) antara 2,0–2,5
12
Ada beberapa jenis fly ash menurut SNI S-15-1990-F tentang
spesifikasi abu terbang sebagai bahan tambahan untuk campuran
beton, fly ashdigolongkan menjadi 3 jenis, yaitu :
a. Kelas N
Buangan atau pozzolan alam terkalsinasi yang dipenuhi dengan
kebutuhan yang memenuhi syarat yang dapat dipakai sesuai
kelasnya, seperti beberapa tanah diatomaceous, opalinse chert
dan serpihan - serpihan tuff dan debu-debu vulkanik atau
pumicities, dan bahan-bahan lainnya yang mungkin masih belum
terproses oleh kalsinasi dan berbagai material yang memerlukan
kalsinasi untuk memperoleh sifat-sifat yang memuaskan, misalnya
beberapa jenis tanah liat dan serpihan-serpihan ( Husin,1998)
b. Kelas F
Abu batubara yang umumnya diproduksi dari pembakaran
anthracite (batubara keras yang mengkilat) atau
bitumen-bitumen batubara yang memenuhi syarat-syarat yang dapat
dipakai untuk kelas ini sperti yang disyaratkan. Abu batubara jenis
ini memiliki sifatPozzolanic( Husin,1998)
c. Kelas C
Abu batubara yang umumnya diproduksi dari lignite atau
batubara subitumen yang memenuhi syarat yang dapat dipakai
untuk kelas ini seperti yang disyaratkan. Abu batubara kelas ini,
selain memiliki sifat pozzolan juga memiliki beberapa sifat
13
Adapun susunan kimia dan sifat fisik abu batubara menurut ASTM
C618–91 ( Husin,1998) ditunjukkkan pada Tabel 1.
Tabel 1. Unsur senyawa kimia dan sifat fisika padafly ash(Sumber:
Andriati Amir Husin)
Susunan kimia dan fisika Kelas F (%) Kelas C (%)
Silikon dioksida 54,90 39,90
a. Abu batubara kelas N adalah hasil kalsinasi dari pozzolan alam
seperti tanah diatonice, shole (serpih), tuff dan batu apung yang
beberapa jenis dari bahan tersebut ada yang tidak mengalami
kalsinasi.
b. Abu batubara kelas F adalah abu yang dihasilkan dari
pembakaran batubara jenis anthrasite pada suhu 1560° C, abu
batubara ini memiliki sifat pozzolan.
c. Abu batubara kelas C adalah abu yang dihasilkan dari
pembakaranligniteatau batubara dengan kadar karbon ± 60%, abu
ini mempunyai sifat pozzolan dan sifat menyerupai semen
14
Sedangkan pada data analisis kimia fly ash yang berasal dari
Tarahan Provinsi lampung adalah sebagai berikut:
Tabel 2. Analisis kimia fly ashTarahan Provinsi Lampung (Sumber:
Hasil Laboratorium P.T. Sucofindo)
Susunan kimia dan fisika Nilai (%)
SiO2 61,55
Al2O3 22,31
MgO 0,52
SO3 2,56
Na2O 1,86
Dari tabel dan data diatas dapat diambil kesimpulan bahwa fly ash
yang berasal dari Tarahan Provinsi Lampung merupakan kelas F,
karena silikon dioksida pada Tarahan Provinsi Lampung bernilai 61,55
% sedangkan pada literatur yang ada nilai silikon dioksida fly ash
jenis F adalah minimum 54,90%. Dan fly ash dari Tarahan ini
berasal dari batubara keras yang mengkilat (anthracite) sesuai
dengan jenisfly ash kelas F menurut SNI S-15-1990-F
2. Grafit
Grafit umumnya berwarna hitam hingga abu-abu tembaga, kekerasan 1
–2 (skala Mohs), berat jenis 2,1 – 2,3, tidak berbau dan tidak beracun,
serta tidak mudah larut, kecuali dalam asam hidroflorik. Proses
dekomposisi berlangsung lambat pada suhu 6000C dan dalam kondisi
15
Grafit termasuk bahan friction modifier tingkat gesekan grafit
dipengaruhi oleh kelembaban dan strukturnya. Penambahan grafit dapat
meningkatkan ketahanan aus serta dapat mempengaruhi koefisien
gesek.
3. Phenolic resin
Phenolic resin berfungsi sebagai matrik dalam komposit. Bahan ini
berbentuk serbuk yang halus berwarna hitam.Phenolic resindigunakan
sebagai bahan utama untuk membuat spesimen.
4. Barium sulfat (BaSO4)
Barium sulfat adalah senyawa anorganik dengan rumus kimia BaSO4.
Ini adalah padatan kristal putih yang tidak berbau dan tidak larut dalam
air. Barium sulfat (BaSO4) dapat meningkatkan kerapatan massa dan
dapat meningkatkan ketahanan pada temperatur tinggi serta dapat
mengurangi tingkat keausan.
5. NBR (Nitrile Butadiene Rubber)
NBR digunakan untuk mengurangi kekerasan. NBR dipilih menjadi
bahan penyusun komposit, karena NBR memiliki ketahanan thermal
yang baik dibandingkan jenis karet lainnya.
6. Serbuk besi (Fe)
Serbuk ini ditambahkan sebagai material gesek agar dapat memperbaiki
karakteristik thermal komposit. Serbuk besi memiliki konduktivitas
16
2.3. Metalurgi serbuk komposit
Metalurgi serbuk adalah metode yang terus dikembangkan dari proses
manufaktur yang dapat mencapai bentuk komponen akhir dengan
mencampurkan serbuk secara bersamaan dan dikompaksi dalam cetakan,
dan selanjutnya disinter di dalamfurnace(tungku pemanas)
Langkah-langkah yang harus dilalui dalam metalurgi serbuk, antara lain:
1. Bentuk dan ukuran partikel
Bentuk dan ukuran partikel memegang peranan penting dalam
menentukan kualitas ikatan material komposit. Semakin kecil ukuran
partikel yang berikatan maka kualitas ikatannya semakin baik, karena
semakin luas kontak permukaan antar partikel. Ukuran partikel juga
berpengaruh pada distribusi partikel, semakin kecil partikel
kemungkinan terdistribusi secara merata lebih besar, sehingga pada
proses pencampuran akan diperoleh distribusi yang homogen.
Kehomogenan campuran menentukan kualitas ikatan komposit,
karena selama proses kompaksi gaya tekan yang diberikan akan
terdistribusi secara merata. Ikatan antar partikel dalam material
komposit salah satunya disebabkan karena adanya interlocking antar
partikel yang dipengaruhi oleh bentuk partikel yang digunakan.
Berdasarkan standar ISO 3252, bentuk serbuk dapat diklasifikasikan
sebagai berikut:
1) Spherical: berbentuk bulat
17
3) Acicular: berbentuk jarum
4) Irregular: berbentuk tidak beraturan
5) Flake: berbentuk serpihan
6) Fibrous: berbentuk serabut yang beraturan
7) Dendritic: berbentuk kristalin dan bercabang
8) Granular: berbentuk hampir bulat
9) Nodular: berbentuk bulat dan tidak beraturan
2. Pencampuran(mixing)
Karakteristik serbuk mempunyai peranan yang penting dalam
tercapainya hasil campuran yang seragam. Makin tinggi gesekan antar
partikel akan menjadikan proses pencampuran makin sulit. Friksi akan
meningkat oleh beberapa faktor diantaranya ukuran partikel yang
makin kecil, bentuk partikel tidak beraturan, koefisien gesek partikel
yang makin tinggi. Pada umumnya, ukuran partikel serbuk yang
seragam akan memudahkan untuk mendapatkan hasil pencampuran
yang seragam. Partikel yang besar memiliki kemungkinan yang tinggi
untuk mengalami segregasi. Salah satu kendala dalam proses
pencampuran adalah jika serbuk yang akan dicampur memiliki
densitas yang berbeda sehingga sulit untuk mendapatkan hasil
campuran yang seragam. Serbuk yang memiliki densitas lebih kecil
akan terakumulasi diatas serbuk yang densitasnya lebih tinggi
18
3. Penekanan (kompaksi)
Kompaksi merupakan proses pemadatan serbuk menjadi sampel
dengan bentuk tertentu sesuai dengan cetakannya
Ada 2 macam metode kompaksi, yaitu:
a. Cold compressing, yaitu penekanan dengan temperatur kamar.
Metode ini dipakai apabila bahan yang digunakan mudah
teroksidasi, seperti Al.
b. Hot compressing, yaitu penekanan dengan temperatur di atas
temperatur kamar. Metode ini dipakai apabila material yang
digunakan tidak mudah teroksidasi.
Pada proses kompaksi, gaya gesek yang terjadi antar partikel yang
digunakan dan antar partikel komposit dengan dinding cetakan akan
mengakibatkan kerapatan pada daerah tepi dan bagian tengah tidak
merata. Untuk menghindari terjadinya perbedaan kerapatan, maka
pada saat kompaksi digunakan lubricant/pelumas yang bertujuan
untuk mengurangi gesekan antara partikel dan dinding cetakan.
Dalam penggunaan lubricant/bahan pelumas, dipilih bahan pelumas
yang tidak reaktif terhadap campuran serbuk dan yang memiliki titik
leleh rendah sehingga pada proses sintering tingkat awal lubricant
dapat menguap.
4. Pemanasan(sintering)
Sintering adalah pemanasan kompak mentah sampai temperatur
tinggi. Pada proses sinter, benda padat terjadi karena terbentuk
19
tegangan permukaan meningkat. Dengan perkataan lain, proses sinter
menyebabkan bersatunya partikel sedemikian rupa sehingga
kepadatan bertambah. Selama proses ini terbentuklah batas-batas
butir, yang merupakan tahap rekristalisasi. Disamping itu gas yang
ada menguap. Temperatur sinter umumnya berada pada 0.7-0.9 dari
temperatur cair serbuk utama. Waktu pemanasan berbeda untuk jenis
logam berlainan dan tidak diperoleh manfaat tambahan dengan
diperpanjangnya waktu pemanasan. Lingkungan sangat berpengaruh
karena bahan mentah terdiri dari partikel kecil yang mempunyai
daerah permukaan yang luas. Oleh karena itu lingkungan harus terdiri
dari gas reduksi atau nitrogen untuk mencegah terbantuknya lapisan
oksida pada permukaan selama proses sinter.
Keuntungan proses metalurgi serbuk, antara lain:
1. Mampu melakukan kontrol kualitas dan kuantitas material
2. Mempunyai presisi yang tinggi
3. Selama pemrosesan menggunakan suhu yang rendah
4. Kecepatan produk tinggi
5. Sangat ekonomis karena tidak ada material yang terbuang.
Keterbatasan metalurgi serbuk, antara lain:
1. Biaya pembuatan yang mahal dan terkadang serbuk sulit
penyimpanannya
2. Dimensi yang sulit tidak memungkinkan, karena selama penekanan
serbuk logam tidak mampu mengalir ke ruang cetakan
20
2.4 Kampas rem
Rem yaitu suatu peranti untuk memperlambat atau menghentikan gerakan
roda. secara otomatis gerak kendaraan menjadi pelan. Energi kinetik yang
hilang dari benda yang bergerak ini biasanya diubah menjadi panas karena
gesekan.
Sistem rem pada kendaraan merupakan suatu peranti penting keamanan
dalam berkendara, tidak berfungsinya rem dapat menimbulkan bahaya dan
keamanan berkendara jadi terganggu, Adapun fungsi dari sistem rem itu
sendiri adalah :
1. Untuk memperlambat kecepatan atau menghentikan gerakan roda
kendaraan.
2. Mengatur kecepatan selama berkendara.
3. Untuk menahan kendaraan saat parkir dan berhenti pada jalan yang
menurun atau menanjak.
Prinsip kerja sistem rem adalah mengubah tenaga kinetik menjadi panas
dengan cara menggesekan dua buah logam pada benda yang berputar
sehingga putarannya akan melambat. Oleh sebab itu komponen rem yang
bergesekan ini harus tahan terhadap gesekan (tidak mudah aus), tahan panas
dan tidak mudah berubah bentuk pada saat bekerja dalam suhu tinggi.
Komponen–komponen rem :
1. Backing plate
2. Silinder penyetel sepatu rem
21
4. Pegas pembalik
5. Kanvas rem
6. Silinder roda
2.5. Keausan
Keausan adalah penguraian ketebalan permukaan akibat gesekan yang
terjadi pada pembebanan dan gerakan. Keausan umumnya dianalogikan
sebagai hilangnya materi sebagai akibat interaksi mekanik dua permukaan
yang bergerak slidding dan dibebani. Ini merupakan fenomena normal yang
terjadi jika dua permukaan saling bergesekan, maka akan ada keausan atau
perpindahan materi yang terjadi antara dua benda yang bergesekan (Sularso,
1997)
Keausan sendiri mempunyai dua sifat yaitu keausan normal dan keausan
tidak normal ( akibat penggantian minyak pelumas yang tidak teratur ).
Hal–hal yang mempengaruhi keausan :
1. Pembebanan
8. Adanya benda–benda asing
22
Keausan di klasifikaskan menjadi beberapa bagian yaitu keausanadhesive,
keausanabrasive, keausan lelah , keausan oksidasi dan keausan erosi.
2.5.1 Jenis-jenis Keausan
a. Keausanadhesive
Keausan adhesive adalah salah satu jenis keausan yang disebabkan
oleh terikat atau melekat ( adhesive ) atau berpindahnya partikel dari
suatu permukaan material yang lemah ke material yang lebih
keras serta deformasi plastis dan pada akhirnya terjadi pelepasan /
pengoyakan salah satu material. Proses bermula ketika benda dengan
kekerasan yang lebih tinggi menyentuh permukaan yang lemah
kemudian terjadi pengikatan. Pengikatan ini terjadi secara spontan dan
dapat terjadi dalam suhu yang rendah (Sularso, 1997).
Gambar 1. Proses terjadinya keausan adhesive (Sularso, 1997)
2. Keausanabrasive
Keausan jenis ini terjadi bila suatu partikel keras dari material tertentu
meluncur pada permukaan material lain yang lebih lunak sehingga
23
keausan pada mekanisme ini ditentukan oleh derajat kebebasan
partikel keras tersebut (Sularso, 1997)
Gambar 2. Proses terjadinya keausanabrasive(Sularso, 1997)
3. Keausan lelah
Keausan lelah pada permukaan pada hakikatnya bisa terjadi baik
secara abrasif atau adhesif. Tetapi keausan jenis ini terjadi akibat
interaksi permukaan dimana permukaan yang mengalami beban
berulang akan mengarah pada pembentukan retak-retak mikro.
Retak-retak mikro tersebut pada akhirnya menyatu dan
menghasilkan pengelupasan material. Hal ini akan berakibat pada
meningkatnya tegangan gesek (Sularso, 1997)
4. Keausan Oksidasi / Korosif
Keausan kimiawi merupakan kombinasi antara proses mekanis dan
proses termal yang terjadi pada permukaan benda serta lingkungan
24
5. Keausan Erosi
Proses erosi disebabkan oleh gas dan cairan yang membawa partikel
padatan yang membentur permukaan material. Jika sudut benturannya
kecil, keausan yang dihasilkan analog dengan abrasive. Namun, jika
sudut benturannya membentuk sudut gaya normal ( 90 derajat ), maka
keausan yang terjadi akan mengakibatkan pengikisan pada
permukaannya (Sularso, 1997).
2.6. Pengujian Keausan
Pengujian keausan dapat dilakukan dengan berbagai macam metode dan
teknik, yang semuanya bertujuan untuk mensimulasikan kondisi keausan
aktual. Salah satunya adalah dengan metode Ogoshi dimana benda uji
memperoleh beban gesek dari cincin yang berputar (revolving disc).
Pembebanan gesek ini akan menghasilkan kontak antar permukaan yang
berulang-ulang yang pada akhirnya akan mengambil sebagian material pada
permukaan benda uji. Besarnya jejak permukaan dari material tergesek
itulah yang dijadikan dasar penentuan tingkat keausan pada material.
Semakin besar dan dalam jejak keausan maka semakin tinggi volume
material yang terlepas dari benda uji. Ilustrasi skematis dari kontak
25
Gambar 3. Ilustrasi uji keausan metodeOgoshi(Callister,2003)
Keterangan :
P : Beban h : Kedalaman bekas injakan
r : jari- jarirevolving disk b : Lebar bekas injakan
B : Tebalrevolving disk ω : Kecepatan putar
Rumus uji keausan yaitu sebagai berikut :
= . ……….….(1)
= ……….……….(2)
Dimana:
Ws = Abrasi (mm3)
B = Tebalrevolving disc(mm)
r = Jari-jarirevolving disc(mm)
26
x = Jarak luncur [settingpada mesin uji (mm)]
V = Spesifik Abrasi (mm3/mm)
Laju keausan dinyatakan dengan jumlah kehilangan atau pengurangan
material (massa, volume atau ketebalan) tiap satuan panjang luncuran atau
satuan waktu (Callister,2003)
2.7. Foto SEM
Scanning Electron Microscope (SEM) adalah sebuah mikroskop elektron
yang di desain khusus untuk mengamati permukaan objek solid. Secara
langsung SEM memiliki perbesaran 10-3000000 kali, depth of field 4-0,4
mm dan resolusi sebesar 1-10 nm. Kombinasi dari perbesaran yang tinggi,
depth of fieldyang besar, resolusi yang baik, kemampuan untuk mengetahui
komposisi dan informasi kristalografi membuat SEM banyak digunakan
untuk keperluan industri. SEM memfokuskan sinar elektron di permukaan
objek dan mengambil gambarnya dengan mendeteksi elektron yang muncul
dari permukaan objek (Prasetyo Y, 2011)
Prinsip kerja SEM sebagai berikut:
1. Electron gun menghasilkan electron beam dari filamen. Pada
umumnya electron gun yang digunakan adalah tungsten hairpin gun
dengan filamen berupa lilitan tungsten yang berfungsi sebagai katoda.
Tegangan yang diberikan pada lilitan mengakibatkan terjadinya
pemanasan. Anoda kemudian membentuk gaya yang dapat menarik
27
2. Lensa magnetik memfokuskan elektron menuju suatu titik pada
permukaan sampel
3. Sinar elektron yang berfokus memindai (scan) keseluruhan sampel
dengan diarahkan oleh koil pemindai
4. ketika elektron mengenai sampel, maka akan terjadi hamburan
elektron, baik secondary electron (SE) atau Back Scattered Electron
(BSE) dari permukaan sampel dan akan di deteksi oleh detektor dan
dimunculkan dalam bentuk gambar pada monitor CRT (Prasetyo Y,
28
III. METODOLOGI PENELITIAN
3.1. Tempat Penelitian
Penelitian dilakukan di laboratorium material teknik, Jurusan Teknik Mesin,
Fakultas Teknik, Universitas Lampung dan laboratorium uji material
Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia.
3.2. Bahan Yang Digunakan
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah:
1. Phenolic resin
Phenolic resin berfungsi sebagai matrik dalam komposit. Bahan ini
berbentuk serbuk yang halus berwarna hitam. Phenolic resin digunakan
sebagai bahan utama untuk membuat spesimen
2. Fly ash
Fly ashberfungsi sebagai penguat atau pengisi dalam komposit.
3. Barium sulfat (BaSO4)
Barium sulfat (BaSO4) dapat meningkatkan kerapatan massa dan dapat
meningkatkan ketahanan pada temperatur tinggi serta dapat mengurangi
29
4. Grafit
Grafit termasuk bahan friction modifier tingkat gesekan grafit
dipengaruhi oleh kelembaban dan strukturnya. Penambahan grafit dapat
meningkatkan ketahanan panas. Grafit tersusun atas lapisan hexagonal.
5. NBR (Nitrile Butadiene Rubber)
NBR digunakan untuk mengurangi kekerasan. NBR dipilih menjadi
bahan penyusun komposit, karena NBR memiliki ketahanan thermal
yang baik dibandingkan jenis karet lainnya.
6. Serbuk besi (Fe)
Serbuk ini ditambahkan sebagai material gesek agar dapat memperbaiki
karakteristik thermal komposit. Serbuk besi memiliki konduktivitas
thermal dan difusivitas thermal yang baik.
3.3. Alat yang digunakan
Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Cetakan
Berbentuk seperti balok untuk mencetak bahan sesuai dengan standar
30
Gambar 4. Cetakan
2.Thermo control.
Alat ini digunakan untuk mengukur temperatur cetakan. Thermo control
memiliki temperatur maksimal 600oC. Seperti pada gambar 5
31
3.Mixer.
Digunakan untuk mencampur bahan komposit. Seperti pada gambar 6
Gambar 6.Mixer
4. Timbangan digital.
Digunakan untuk menimbang bahan-bahan pembentuk komposit. Dengan
skala 0,01 gram sampai 500 gram. Seperti pada gambar 7
Gambar 7. Timbangan digital
5.Furnace
Digunakan untuk prosescuring(perlakuan panas komposit).
32
Mod L 64/14 400 V 3 N
Nr 156349 50 Hz
Jahr 2000 16/16/28 A
Max °C 1400 13,0 KW
Naberthem Lilienthal (Germany)
.
Gambar 8.Furnace
7. Dongkrak hidrolik.
Dongkrak yang dipakai yaitu dongkrak dengan ukuran 5 ton, digunakan
untuk menekan komposit agar lebih padat.
8. Mesin uji ketahanan aus (Ogoshi high speed universal wear testing
machine)
Fungsi ogoshi high speed universal wear testing machine type OAT-U
adalah untuk menentukan laju keausan suatu material dimana benda uji
memperoleh beban gesek dari disk yang berputar (revolving disc).
Pembebanan ini akan menghasilkan kontak yang pada akhirnya akan
33
dari material yang tergesek itulah yang dijadikan dasar penentuan tingkat
keausan pada material.
`
Gambar 9. Ogoshi high speed universal wear testing machine type OAT-U
9. Foto SEM spesimen
Foto spesimen bertujuan untuk mengetahui daya ikat partikel dan
matriks yang dapat mempengaruhi ketahanan aus. Selain itu, pengujian
foto SEM ini dilakukan untuk mengetahui penyebab kegagalan pada
komposit. Perbesaran yang a k a n digunakan pada foto SEM ini adalah
perbesaran 250x, 1000x dan 2500x.
34
3.4. Alur proses penelitian
Dibawah ini menunjukkan gambar diagram alur penelitian yang akan
dilakukan yaitu sebagai berikut :
Gambar 11. Diagram alir penelitian Pengumpulan data
Selesai Pengolahan data
Pengujian keausan dan uji SEM
Pencampuran bahan pembuatan spesimen seperti :
phenolic resin, fly ash, NBR, grafit, serbuk besi,
Barium Sulfat (BaSO4)
Mulai
Studi literatur
Alat ukur, bahan, dan alat uji
35
3.5 Prosedur Penelitian
Metode pelaksanaan penelitian yang dilakukan dibagi menjadi beberapa
tahapan, yaitu:
1. Studi Literatur
Studi literatur bertujuan untuk mengenali masalah yang ada dalam
penelitian dan menyusun rencana untuk kerja penelitian yang dilakukan.
Pada studi awal dilakukan langkah-langkah seperti pengenalan lapangan
yang berhubungan dengan penelitian yang dilakukan serta mengambil
data-data penelitian yang sudah ada sebagai pembanding terhadap hasil
pengujian yang akan dianalisa.
2. Melakukan persiapan pemilihan serbuk
Serbuk yang digunakan pada penelitian ini bermacam-macam.
Langkah-langkah dalam persiapan serbuk ini sebagai berikut :
a. Memilih serbuk yang akan digunakan.
b. Menimbang serbuk yang akan digunakan.
c. Mencampurkan serbuk menggunakanmixer.
d. Setelah campuran serbuk merata siap dimasukkan kedalam cetakan.
3. Persiapan cetakan spesimen uji
Cetakan spesimen uji dibuat dengan ukuran standar pengujian, bahan
yang digunakan untuk cetakan ini adalah baja dengan kelas sedang.
36
4. Persiapan pencampuran bahan
a. Persiapan matriks
Pencampuran untuk pembuatan spesimen uji keausan, matriks yang
digunakan adalah resin phenolic. Resin phenolic ini digunakan
karena tahan terhadap temperatur tinggi. Jumlah matriks yang
digunakan sebanyak 60%.
b. Persiapan bahan penguat(Reinforcement)
Bahan penguat yang digunakan adalah fly ash batubara PLTU
Tarahan. Fly ashmengandung bahan seperti: silikat (SiO2), alumina
(Al2O3) dan besi oksida (Fe2O3) sisanya adalah karbon, magnesium,
dan belerang.Fly ash yang digunakan yaitu sebanyak 5%.
c. Persiapan bahan pengisi(Filler)
Bahan pengisi yang digunakan dalam pembuatan komposit ini
adalah barium sulfat (BaSO4). Barium sulfat (BaSO4) memiliki
fungsi memperbaiki ketahanan matriks phenolic. Tahan terhadap
temperatur tinggi. Jumlah barium sulfat (BaSO4) sebanyak 10%.
d. Persiapan bahan pengikat(Binder)
Bahan pengikat yang digunakan adalah NBR (Nitrile Butadiene
Rubber). NBR digunakan untuk meningkatkan fleksibilitas komposit
dan memiliki ketahanan thermal yang baik dibandingkan dengan
jenis karet yang lain. Jumlah NBR yang digunakan sebanyak 5%.
e. Persiapan bahanFriction modifier
Bahan yang digunakan sebagai Friction modifier adalah grafit dan
37
mempengaruhi koefisien gesek dan serbuk besi digunakan untuk
menaikkan konduktifitas thermal, dan akan meningkatkan koefisien
gesek. Jumlah grafit dan serbuk besi yang digunakan sebanyak 5%,
10% dan 15%.
Tabel 3. Komposisi bahan penyusun komposit
Bahan penyusun komposit Variasi komposisi komposit (%)
A B C
Phenolic resin 60% 60% 60%
Fly ash 5% 5% 5%
NBR(Nitrile Butadiene Rubber) 5% 5% 5%
BaSO4(Barium sulfat) 10% 10% 10%
Grafit 15% 10% 5%
Serbuk besi (Fe) 5% 10% 15%
5. Pembuatan spesimen uji
Setelah menyiapkan bahan penyusun komposit berupa phenolic resin,
fly ash, NBR, BaSO4 (Barium sulfat), grafit dan serbuk besi (Fe)
dengan komposisi yang sudah sesuai, selanjutnya mencampur
bahan-bahan komposit tersebut(mixing)dengan waktu pencampuran 20 menit.
Sehingga mendapatkan campuran yang homogen. Selanjutnya adalah
38
6. Pencetakan spesimen dengan metodehot press
Memanaskan komposit dengan temperatur 250 oC dan ditekan dengan menggunakan dongkrak selama 40 menit. Setelah proses penekanan
selesai selanjutnya adalah proses curing pada proses ini spesimen
komposit dipanaskan kembali dengan menggunakan furnace selama 4
jam dengan temperatur 150oC.
Jumlah spesimen pada setiap variasi pengujian ketahanan aus adalah 5,
setiap spesimen akan di ambil data ketahanan aus dan rata-rata pada
setiap variasi spesimen. Terdapat 3 variasi dalam penelitian ini
berdasarkan komposisi bahan yaitu:
Spesimen G51-G55 : Spesimen dengan perbandingan grafit 15% dan
serbuk besi 5%
Spesimen G101-G105 : Spesimen dengan perbandingan grafit 10% dan
serbuk besi 10%
Spesimen G151-G155 : Spesimen dengan perbandingan grafit 5% dan
serbuk besi 15%
3.6. Prosedur pengujian dan analisa
a. Pengujian cetakan ketahanan aus sesuai dengan standar ASTM G 99
-95 yaitu sebagai berikut :
Pengujian keausan dapat dilakukan dengan berbagai macam metode
dan teknik, yang semuanya bertujuan untuk mensimulasikan kondisi
39
benda uji memperoleh beban gesek dari disk yang berputar (revolving
disc). Pembebanan gesek ini akan menghasilkan kontak antar
permukaan yang berulang-ulang yang pada akhirnya akan mengambil
sebagian material pada permukaan benda uji. Besarnya jejak permukaan
dari material tergesek itulah yang dijadikan dasar penentuan tingkat
keausan pada material. Semakin besar dan dalam jejak keausan maka
semakin tinggi volume material yang terlepas dari benda uji. Ilustrasi
skematis dari kontak permukaan antara revolving disc dan benda uji
(Novianto, 2013).
a. P
e
n
g
G
Gambar 12. Ilustrasi uji keausan metodeOgoshi(Callister,2003)
Keterangan :
P : Beban h : Kedalaman bekas injakan
r : Jari- jarirevolving disk b : Lebar bekas injakan
40
Rumus uji keausan yaitu sebagai berikut :
= . ………..………(1)
= ………...……...(2)
Dimana:
Ws = Abrasi (mm3)
B = Tebalrevolving disc(mm)
r = Jari-jarirevolving disc(mm)
b = Lebar celah material yang terabrasi (mm)
x = Jarak luncur [settingpada mesin uji (mm)]
V = Spesifik abrasi (mm3/m)
Laju keausan dinyatakan dengan jumlah kehilangan atau pengurangan
Material (massa, volume atau ketebalan) tiap satuan panjang luncuran atau
✁
V. SIMPULAN DAN SARAN
5.1. Simpulan
Berdasarkan data hasil pengujian ketahanan aus komposit kampas rem
kereta api,didapat beberapa simpulan sebagai berikut:
1. Penambahan serbuk besi dan grafit dapat meningkatkan ketahanan aus
kompositfly ash/phenolicsampai pada presentase tertentu. Grafit dapat
meningkatkan ketahanan aus pada komposit fly ash/phenolic sama
dengan serbuk besi.
2. Nilai rata-rata spesifikabrasi tertinggi pada komposit dengan komposisi
komposisi 10% besi dan 10% grafit dengan nilai 2.47 x 10
-6
mm3/mm,hal ini disebabkan karena grafit dapat diikat baik oleh
phenolic dan barium sulfatsehingga nilai rata-rata spesifik abrasinya
menjadi tinggi
3. Padapengamatan komposit dengan menggunakan foto SEM
menunjukkan ikatan antar partikel dan matrik. Foto SEM
memperlihatkan komposit dengan persebaran partikel yang merata
sehingga ketahanan ausnya menjadi tinggi, dan komposit dengan
persebaran partikel yang tidak merata dan menimbulkan void, sehingga
✂ ✄
5.2.Saran
Adapun beberapa saran yang ingin disampaikan penulis agar penelitian ini
dapat lebih dikembangkan lagi adalah sebagai berikut:
1. Perlu dilakukan pengujian dengan peralatan yang lebih
memadai,misalnya adanya alat ukur tekanan yang terdapat pada
dongkrak untuk mengetahui ukuran tekanan saat proses penekanan
untuk membuat komposit agar hasil yang diperoleh lebih maksimal
2. Untuk proses pencampuran komposit diusahakan merata, agar nilai
DAFTAR PUSTAKA
Beinias, 2003.Fly Ash,http://beinias-mylife.blogspot.com/2008/06/fly-ash, html
Callister, W. D., 2007, Material Science End Engineering An Introduction
7ed, Departemen Of Metallurgical Engineering The University Of
Utah, John Willey And Sons,Inc.
Diharjo, K., 2006. Kajian sifat fisis-mekanis dan akustik komposit sandwich
serat kenaf- polyester dengan core kayu sengon laut, Disertasi Program
Doktor, Ilmu-ilmu Teknik UGM, Yogyakarta
Husin, Andriati Amir., 1998, Pemanfaatan Limbah Untuk Bahan Bangunan,
Jakarta.
Jones, M., R.,1975. Mechanics Of Composite Material, Mc Graw Hill.
Kogakusha, Ltd.
Marinda Putri, 2006,Kumpulan Artikel Abu Batubara, http://www.pu.go.id
Ngurah, Ardha, dkk., 2008. Pemanfaatan Abu Terbang PLTU-Suralaya untuk
Novianto, 2013. Buku Pegangan Kuliah Material Teknik Universitas Sebelas
Maret, Surakarta
Pandiangan, Filipus N.O.A, 2007, Pengaruh Ukuran Partikel Terhadap Sifat
Mekanik dalam Pemanfaatan Limbah Batubara Pada Komposit Paduan
Limbah Batubara dan Resin Poliester Tak Jenuh,Universitas Lampung.
Bandarlampung
Pratama, 2011,AnalisaI Sifat Mekanik Komposit Bahan Kampas Rem Dengan
Penguat Fly Ash Batubara,Makasar
Prasetyo, Y. 2011. Scanning Electron Microscope dan Optical Emission
Spectroscope.
Surdia, 1992, Pengolahan Bahan Teknik, F.T., Pradnaya Paramitca, Jakarta.
Sularso, 1997. Macam-macam keausan. Bandung (23 Februari 2015)
Lestari, Sri, 2004, Pengertian dan manfaat grafit,Jakarta.
Yun Fu, Shao., 2008, Effects of particle size, particle/matrix interface adhesion
and particle loading on mechanical properties of particulate–
