PEMBUATAN DAN ANALISA SIFAT MEKANIK
KOMPOSIT DENGAN PENGUAT ABU ( FLY ASH )
CANGKANG SAWIT UNTUK BAHAN KAMPAS REM
SEPEDA MOTOR
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Salah Satu
Syarat Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
BERTO P. SIMANJORANG
100421009
PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan kesehatan dan kesempatan kepada penulis, sehingga dapat menyelesaikan tugas skripsi ini. Adapun judul skripsi ini adalah Pembuatan Dan Analisa Sifat Mekanik Komposit Dengan Penguat Abu Terbang (fly ash) Cangkang Sawit Untuk Bahan Kampas Rem Sepeda Motor ini di maksudkan untuk memenuhi persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan tingkat strata satu (S1) pada Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara (USU).
Dalam penysunan skripsi ini penulis sudah banyak mendapat bimbingan, dukungan maupun bantuan dalam bentuk apapun dari berbagai pihak. Untuk itu pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada :
1. Bapak Dr.Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri, selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara
2. Bapak Ir. Syahrul Abda, M.Sc, selaku dosen pembimbing yang telah memberikan bimbingan dalam menyusun skripsi ini.
3. Bapak Ir. Tugiman, MT selaku kordinator skripsi
4. Bapak Jimmi G. Simanjuntak, ST selaku kepala Laboratorium Pengujian Mekanik dan Material Teknik Baristand Industri Medan (Balai Riset dan Standarisasi Industri Medan) yang mengijinkan saya untuk bekerja sama melakukan penelitian di laboratorium tersebut
5. Bapak Bisrul Hapis Tambunan, ST, MT selaku Kepala Laboratorium dan Workshop Teknik Mesin Universitas Negeri Medan, yang telah memberikan kesempatan unutuk melakukan pengujian di Laboratorium tersebut.
6. Kedua orangtua saya yang telah banyak memberikan dukungan baik materi maupun doa
7. Seluruh staf dan pegawai yang ada di jurusan Teknik Mesin yang telah banyak membantu dalam pengurusan administrasi untuk penyusunan skripsi ini.
Penulis menyadari masih banyak kekurangan dalam penyusunan skripsi ini, baik karena keterbatasan ilmu dan juga pengalaman. Karena itu, penulis mengharapkan saran yang bersifat membangun, untuk kesempurnaan penyusunan skripsi ini. Semoga skripsi ini dapat memberikan manfaat bagi para pembaca.
Medan, Desember 2013 Penulis,
ABSTRAK
Kampas rem sepeda motor merupakan salah satu elemen yang penting pada sepeda motor, dimana kampas rem ini sangat mempengaruhi sistem pengereman pada sepeda motor. Rem sepeda motor berfungsi untuk menghentikan/mengurangi laju kendaraan. Partikel yang berasal dari bahan asbes, apabila terhirup oleh manusia tidak dapat di degradasi oleh tubuh dan mengendap pada paru-paru dapat mengganggu kesehatan. Bahan komposit menjadi bahan alternatif dari limbah sawit yaitu abu cangkang sawit (fly ash). Pembuatan komposit bahan kampas rem ini dengan menggunakan metoda
hand lay out yang terdiri dari abu cangkang sawit sebagai penguat (filler), di campur dengan resin BQTN-157 berfungsi sebagai matriks dan juga katalis Methyl Ethyl Ketone Peroksida berfungsi mempercepat proses pengerasan. Metode eksperimen di lakukan dengan pengujian mekanik yaitu, uji kekerasan, kelenturan dan keausan. Hasil uji kekerasan spesimen D1-4 komposisi 40% resin, 60% fly ash memiliki tingkat kekerasan yang tertinggi dengan nilai 138 HV. Hasil uji lentur spesimen C1-3 dengan komposisi 50% resin, 50% fly ash tegangan yang terbaik yaitu 65,37 N/mm2. Laju keausan terbaik spesimen D1-4, yaitu 0,89x10-5 gram/mm.detik, dengan komposisi 40% resin, 60% fly ash. Kesimpulan nya hasil pengujian kekerasan dengan laju keausan sepadan, dimana spesimen yang paling keras, laju keausannya paling rendah.
ABSTRACT
Motorcycle brake pads is one of the important elements on a motorcycle , which greatly affects the brake system on a motorcycle braking . Motorcycle brake function to stop / reduce vehicle speed . Particles from asbestos material , when inhaled by humans can not be degraded by the body and settles in the lungs can interfere with health . Composite materials into alternative materials of waste oil palm shell is ash ( fly ash ) . Manufacture of composite material brake lining is composed of gray palm shell as an amplifier ( filler ) , mixed with resin BQTN - 157 also serves as a matrix and Ethyl Ketone Peroxide Methyl catalyst function accelerates the hardening process . The experimental method is done with mechanical testing , hardness testing , flexibility and wear . Results of hardness test specimen D1 - 4 resin composition of 40 % , 60 % fly ash had the highest levels of violence with the value 138 HV . The results of the bending test specimen C1 - 3 with the composition of 50 % resin , 50 % fly ash is the best voltage is 65.37 N/mm2 . The best wear rate of specimens D1 - 4 , which is 0.89 x10 - 5 g / mm.detik , with a composition of 40 % resin , 60 % fly ash . Her conclusion hardness test results commensurate with the wear rate , where the
most violent. .
DAFTAR ISI Pengertian Bahan Komposit ... 6
2.2 ... A bu Terbang (fly ash) Cangkang Sawit ... 9
2.3 ... P olyester Resin Tak Jenuh ... 10
2.5 ... K
ampas Rem ... 11
2.6 ... K omposisi Kampas Rem ... 12
2.7 ... M aterial Komposit Untuk Kampas Rem ... 13
2.8 ... M ekanisme Kerja Pengereman Sepeda Motor ... 13
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 46
4.1 Hasil ... 46
4.1.1 Hasil Pengujian Kekerasan ... 46
4.1.2 Hasil Pengujian Lentur ... 47
4.1.3 Hasil Pengujian Laju Keausan ... 49
4.2... P embahasan ... 50
4.2.1 Pembahasan Pengujian Kekerasan ... 50
4.2.2 Pembahasan Pengujian Lentur ... 51
4.2.3 Pembahasan Pengujian Laju Keausan ... 55
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 58
5.1 Kesimpulan ... 58
5.2 Saran ... 58
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Karakteristik Mekanik Polyester Resin Tak Jenuh ... 12
Tabel 2.2 Rockwell Hardness Scales ... 20
Tabel 2.3 Konversi Kekerasan ... 22
Tabel 3.1 Diameter Mesh ... 32
Tabel 3.2 Variasi Komposisi Antar Sampel ... 37
Tabel 4.1 Hasil Pengujian Kekerasan ... 38
Tabel 4.2 Hasil Pengujian Lentur ... 44
Tabel 4.3 Hasil Pengujian Laju Keausan ... 44
DAFTAR GAMBAR
Gambar. 2.1 Diagram komposit berdasarkan bahan penyusunnya ... 6
Gambar. 2.2 Klasifikasi/Skema Struktur Komposit (Callister, 1994) ... 7
Gambar. 2.3 Gabungan Makroskopik Fasa-fasa Pembentuk Komposit ... 8
Gambar. 2.4 Mekanisme Penyetelan Sepatu Rem ... 15
Gambar. 2.5 Bagian-Bagian Kampas Rem ... 17
Gambar. 2.6 Pengujian Brinell (Callister, 2001) ... 21
Gambar. 2.7 Prinsip Kerja Metode Kekerasan Rockwell ... 21
Gambar. 2.8 Pengujian Vickers (Callister, 2001) ... 24
Gambar. 2.9 Bentuk Identor Knoop (Callister, 2001) ... 24
Gambar. 2.10 Metode Three Point Bending ... 25
Gambar .2.11 Keausan Metode Adhesive ... 26
Gambar. 2.12 Keausan Metode Abrashive ... 27
Gambar. 2.13 Mekanisme Keausan Lelah ... 28
Gambar. 2.14 Mekanisme Keausan Oksidasi ... 29
Gambar. 2.16 Pengujian Pin on Disk ... 20
Gambar. 3.1 Tabung Ukur/Gelas Ukur ... 31
Gambar. 3.2 Timbangan Digital ... 32
Gambar. 3.3 Mesh no 25 ... 32
Gambar. 3.4 Jangka Sorong ... 33
Gambar. 3.5 Cetakan Untuk Uji Lentur ... 33
Gambar. 3.6 Cetakan Untuk Uji Kekerasan ... 33
Gambar. 3.7 Cetakan Untuk Uji Keausan ... 33
Gambar. 3.8 Alat Uji Kekerasan Micro Hardnes Vikers ... 34
Gambar. 3.9 Alat Uji Lentur Universal Testing Machine Kapaitas 5 Ton ... 35
Gambar. 3.10 Alat Uji Keausan Tipe Pin On Disk ... 36
Gambar. 3.11 Abu Terbang Fly Ash Cangkang Sawit ... 36
Gambar. 3.12 Resin Unsaturated Polyester BQTN-157 ... 37
Gambar. 3.13 Methil Ethil Ketone Peroiksida MEKPO ... 37
Gambar. 3.14 WAX ... 38
Gambar. 3.15 Spesimen Uji Kekerasan Standart ASTM E-10 ... 40
Gambar. 3.16 Pengujian Kekerasan Dengan Micro Hardnes Vikers ... 40
Gambar. 3.17 Spesimen Uji Lentur ASTM D790-03 ... 41
Gambar. 3.18 Pengujian Lentur Dengan Metode Three Point Bending ... 42
Gambar 3.19 Spesimen Uji Keausan Standar ASTM G99-04 ... 43
Gambar. 3.20 Pengujian Keausan Dengan Metode Pin On Disk ... 43
Gambar. 3.21 Diagram Alir Penelitian ... 44
Gambar. 4.1 Grafik Pengujian Kekerasan... 52
Gambar. 4.2 Spesimen Uji Kekerasan Sebelum Dan Sesudah Pengujian ... 52
Gambar. 4.3 Grafik Pengujian Lentur ... 54
Gambar. 4.4 Spesimen Pengujian Lentur Sebelum dan Sesudah Pengujian ... 55
Gambar. 4.5 Grafik Laju Keausan ... 56
Gambar. 4.6 Spesimen Uji Keausan Sebelum dan Sesudah Pengujian ... 57
DAFTAR NOTASI
SIMBOL KETERANGAN SATUAN
A Luas penampang mm2
HB Hardness Brinell Kgf/mm2 HR Hardness Rockwell Kgf/mm2 HV Hardness Vickerss Kgf/mm2 L Panjang spesimen mm L Jarak penampang mm L0 Panjang awal spesimen mm P Tekanan N P Beban yang di gunakan Kg S Tegangan Lentur N/mm2 t Waktu/lama pengausan Detik W Laju Keausan Gram/mm2.detik W0 Berat awal spesimen Gram W1 Berat akhir spesimen Gram θ Sudut antara permukaan intan yang berlawanan 1360
ABSTRAK
Kampas rem sepeda motor merupakan salah satu elemen yang penting pada sepeda motor, dimana kampas rem ini sangat mempengaruhi sistem pengereman pada sepeda motor. Rem sepeda motor berfungsi untuk menghentikan/mengurangi laju kendaraan. Partikel yang berasal dari bahan asbes, apabila terhirup oleh manusia tidak dapat di degradasi oleh tubuh dan mengendap pada paru-paru dapat mengganggu kesehatan. Bahan komposit menjadi bahan alternatif dari limbah sawit yaitu abu cangkang sawit (fly ash). Pembuatan komposit bahan kampas rem ini dengan menggunakan metoda
hand lay out yang terdiri dari abu cangkang sawit sebagai penguat (filler), di campur dengan resin BQTN-157 berfungsi sebagai matriks dan juga katalis Methyl Ethyl Ketone Peroksida berfungsi mempercepat proses pengerasan. Metode eksperimen di lakukan dengan pengujian mekanik yaitu, uji kekerasan, kelenturan dan keausan. Hasil uji kekerasan spesimen D1-4 komposisi 40% resin, 60% fly ash memiliki tingkat kekerasan yang tertinggi dengan nilai 138 HV. Hasil uji lentur spesimen C1-3 dengan komposisi 50% resin, 50% fly ash tegangan yang terbaik yaitu 65,37 N/mm2. Laju keausan terbaik spesimen D1-4, yaitu 0,89x10-5 gram/mm.detik, dengan komposisi 40% resin, 60% fly ash. Kesimpulan nya hasil pengujian kekerasan dengan laju keausan sepadan, dimana spesimen yang paling keras, laju keausannya paling rendah.
ABSTRACT
Motorcycle brake pads is one of the important elements on a motorcycle , which greatly affects the brake system on a motorcycle braking . Motorcycle brake function to stop / reduce vehicle speed . Particles from asbestos material , when inhaled by humans can not be degraded by the body and settles in the lungs can interfere with health . Composite materials into alternative materials of waste oil palm shell is ash ( fly ash ) . Manufacture of composite material brake lining is composed of gray palm shell as an amplifier ( filler ) , mixed with resin BQTN - 157 also serves as a matrix and Ethyl Ketone Peroxide Methyl catalyst function accelerates the hardening process . The experimental method is done with mechanical testing , hardness testing , flexibility and wear . Results of hardness test specimen D1 - 4 resin composition of 40 % , 60 % fly ash had the highest levels of violence with the value 138 HV . The results of the bending test specimen C1 - 3 with the composition of 50 % resin , 50 % fly ash is the best voltage is 65.37 N/mm2 . The best wear rate of specimens D1 - 4 , which is 0.89 x10 - 5 g / mm.detik , with a composition of 40 % resin , 60 % fly ash . Her conclusion hardness test results commensurate with the wear rate , where the
most violent. .
BAB I
PENDAHULUAN
1.1Latar Belakang
Bahan komposit merupakan salah satu bahan alternatif yang dapat digunakan untuk pembuatan kampas rem. Dalam perkembangan teknologi komposit mengalami kemajuan yang sangat pesat, ini dikarenakan keistimewaan sifat yang terbarukan dan juga rasio kekuatan terhadap berat yang tinggi kekakuan, ketahan terhadap korosi dan lain-lain, sehingga mengurangi konsumsi bahan kimia maupun gangguan lingkungan hidup.
Sifat mekanik menyatakan kemampuan suatu bahan untuk menerima beban/gaya/energi tanpa menimbulkan kerusakan pada bahan tersebut. Seringkali bila suatu bahan komposit mempunyai sifat mekanik yang kurang baik, maka di ambil langkah untuk mengatasi kekurangan tersebut dengan penambahan elemen penguat. Salah satunya adalah fly ash cangkang sawit yang banyak dijumpai di pabrik kelapa sawit (PKS). Terutama di daerah Sumatera dan Kalimantan yang terkenal luas kebun kelapa sawitnya, dan juga memiliki banyak pabrik kelapa sawit (PKS).
Abu (fly ash) cangkang sawit adalah salah satu bahan sisa dari pembakaran bahan bakar terutama cangkang sawit. Abu (fly ash) ini tidak terpakai dan jika ditumpuk begitu saja di suatu tempat dapat membawa pengaruh yang kurang baik bagi kelestarian lingkungan. Abu ini, selain memenuhi kriteria sebagai bahan yang memiliki sifat pozzolan, abu terbang juga memiliki sifat-sifat fisik yang baik, seperti memiliki porositas rendah dan partikelnya halus.
Bentuk partikel abu terbang adalah bulat dengan permukaan halus, dimana hal ini sangat baik untuk workabilitas. Oleh karena itu penulis mencoba untuk mengangkat tentang abu (fly ash) ini untuk bahan penguat kampas rem.
deformasi plastis. Kelenturan merupakan sifat mekanik yang menunjukkan derajat deformasi plastis yang terjadi sebelum suatu bahan putus atau patah. Kuat lentur adalah tegangan lentur terbesar yang dapat di terima akibat pembebanan luar tanpa mengalami deformasi yang besar atau kegagalan. Keausan pada umumnya di definisikan sebagai kehilangan material secara progresif atau pemindahan sejumlah material dari suatu permukaan. Sifat kelenturan yang baik dan tidak mudah patah dengan nilai kekerasan yang baik memiliki tingkat keausan yang baik. Di harapkan kampas rem memiliki sifat kelenturan yang baik dan tahan terhadap keausan. Kelenturan di kaitkan dengan derajat deformasi plastis yang terjadi sebelum perpatahan, sedangkan keausan merupakan kehilangn material secara progresif.
Dengan latar belakang inilah maka penulis tertarik untuk mengadakan penelitian sebagai tugas akhir dengan judul : Pembuatan dan Analisa Sifat
3. Mengetahui sifat mekanik dengan melakukan uji kekerasan, lentur dan keausan.
1.3Tujuan Penelitian
1.3.1 Tujuan umum
1.3.2 Tujuan Khusus
1. Untuk memperoleh sifat mekanik dari hasil pengujian kekerasan, lentur, dan keausan pada material komposit yang divariasikan dengan komposisi abu cangkang sawit (fly ash) dan resin.
2. Menentukan variabel komposisi yang terbaik untuk bahan kampas rem sepeda motor.
1.4Batasan Masalah
Masalah yang di bahas dalam penelitian ini di batasi oleh beberapa hal sebagai berikut:
1. Bahan filler ( penguat ) yang di gunakan adalah abu ( fly ash ) cangkang sawit, dan di campurkan dengan resin epoksi dan katalis yang berguna untuk mempercepat proses pengerasan.
2. Pengujian sifat mekanik di batasi pada pengujian kekerasan, lentur dan keausan.
3. Di asumsikan campuran resin dan abu ( fly ash ) cangkang sawit secara merata dan konstan, dengan perbandingan resin epoksi 30%, 40%, 50%, 60%, dan 70% sedangkan abu ( fly ash ) cangkang sawit 70%, 60%, 50%, 40% dan 30%.
4. Pengujian kekerasan menggunakan standart ASTM E-10 dengan ukuran panjang 25mm, lebar 25mm dan tinggi 10mm.
5. Pengujian lentur menggunakan standart ASTM D790-03 dengan ukuran panjang 120 mm, lebar 15mm dan tinggi 6 mm.
1.5Manfaat Penelitian
Manfaat penelitian ini adalah:
1. Bagi penulis adalah sebagai salah satu syarat menyelesaikan kuliah untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Jurusan Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara ( USU ). Dan juga untuk menambah pengetahuan, wawasan dan pengalaman tentang material komposit.
2. Bagi akademik adalah dapat di gunakan sebagai referensi tambahan untuk penelitian tentang kampas rem dengan menggunakan material komposit, khususnya mahasiswa teknik mesin USU.
3. Bagi industri adalah sebagai referensi untuk menentukan bahan alternatif untuk kampas rem sepeda motor yang aman dan ekonomis serta menjadi acuan dalam peningkatan mutu kampas rem tersebut. Dan juga pemanfaatan limbah abu ( fly ash ) cangkang sawit yang banyak terdapat pada pabrik kelapa sawit ( PKS ).
1.6 Metodologi
Pembuatan bahan dengan menggunakan metode pencampuran. Bahan – bahan tersebut adalah abu (fly ash) cangkang sawit yang berfungsi sebagai penguat (filler), resin BQTN-157 sebagai matriks dan juga katalis Methyl Ethyl Ketone Peroksida (MEKPO) sebagi pengeras. Kesemua bahan di campurkan dan diaduk dengan tangan dan di tuang kedalam cetakan untuk di bentuk menjadi spesimen sesuai dengan pengujiannya. Pada penelitian ini di gunakan metoda eksperimen dengan melakukan pengujian mekanik yaitu, uji keras, lentur dan keausan.
1.7 Sitematika Penulisan
BAB II : Tinjauan pustaka, bab ini berisikan tentang pengertian komposit, abu ( fly ash ) cangkang sawit, resin, katalis, kampas rem, komposisi kampas rem, material komposit untuk kampas rem, mekanisme kerja pengereman pada kampas rem sepeda motor, sifat mekanik kampas rem dan pengujian sifat mekanik.
BAB III : Metodologi, bab ini berisikan tentang metoda, waktu dan tempat penelitian, alat dan bahan yang digunakan, prosedur pengujian dan diagram alir penelitian. BAB IV : Hasil dan pembahasan, bab ini berisikan tentang hasil pengujian kekerasan, lentur dan juga keausan.
BAB V : Kesimpulan dan saran, bab ini berisikan tentang jawaban dari kesimpulan dan saran.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pengetian Bahan Komposit
Material komposit adalah material yang terbuat dari dua bahan atau lebih yang tetap terpisah dan berada dalam level makroskopik selagi membentuk komponen tunggal. Komposit berasal dalam kata kerja “to compose” yang berarti menyusun atau
menggabung. Jadi secara sederhana bahan komposit berarti bahan gabungan dari dua atau lebih bahan yang berlainan. Kata komposit dalam pengertian bahan komposit berarti terdiri dari dua atau lebih bahan yang berbeda yang di gabung secara makroskopis. Pada umumnya bentuk dasar suatu bahan komposit adalah tunggal di mana merupakan susunan dari paling tidak terdapat dua unsur yang bekerja sama untuk menghasilkan sifat-sifat bahan yang berbeda terhadap sifat-sifat unsur bahan penyusunnya.
Berdasarkan bahan penyusunnya komposit dapat kita pisahkan menjadi dua bagian yaitu matriks dan bahan penguat. Matriks sebagai bagian terbesar dalam material komposit dapat terbuat dari tiga material dasar yaitu, Metal Matrix Composite ( MMC ), Ceramic Matrix Composite (CMC ), Polymer Matrix Composite
( PMC ). (Gibson,1984).
Material komposit terdiri dari lebih satu tipe material dan di rancang untuk mendapatkan kombinasi karakteristik terbaik dari setiap komponen penyusunnya. Bahan komposit memiliki banyak keunggulan yaitu lebih ringan, kekuatan dan ketahanan yang lebihn tinggi, tahan korosi, dan ke tahanan aus, (Smallman & Bishop, 2000 ).
Gambar 2.2 klasifikasi/skema struktur komposit (Callister, 1994)
Karakteristik umum komposit yaitu :
1. Material komposit lebih baik daripada semua material dasar dalam hal kekuatan (strength) dan kekakuan (stiffness), ketahanan pada temperatur tinggi, fatigue strength, dan sifat-sifat lainnya. Sifat kombinasi yang diinginkan dapat direkayasa.
2. Material komposit merupakan material komplek yang komponen-komponennya memiliki sifat yang sangat berbeda, saling tidak larut atau hanya sedikit larut, dan terpisah oleh satu batasan yang jelas.
4. Dalam kayu, serat selulosa diikat oleh lignin yang bersifat plastis. Dalam tulang, serat fosfat yang tipis dan kuat diikat oleh kolagen yang bersifat plastis.
5. Sifat komposit sangat tergantung pada sifat fisiko-mekanik dari komponen-komponennya dan kekuatan ikatan antara komponen-komponen-komponennya.
6. Untuk mendapatkan sifat komposit yang optimal, maka komponen-komponennya harus memiliki sifat yang sangat berbeda tetapi saling melengkapi.
Secara umum bahan komposit terdiri dari dua bagian utama yaitu : 1. Matriks yang mengisolasi fasa
Komponen pembentuk dan pengikat
Gambar 2.3 Gabungan makroskopik fasa-fasa pembentuk komposit.
Matriks merupakan komponen pembentuk dan pengikat dalam
komposit.Dasar atau matriks dari komposit bisa terdiri dari logam atau alloy (komposit logam), polimer, karbon dan material keramik (komposit non logam). Sifat-sifatnya akan menentukan kondisi operasi pembuat-an komposit dan karakteristik komposit, seperti temperatur operasi, fatigue strength, ketahanan terhadap efek lingkungan, density, dan specific strength. Beberapa komposit memiliki matriks gabungan yang terdiri dari dua atau lebih lapisan dengan komposisi berbeda dan disusun selang-seling. (Gibson, 1984)
Filler merupakan komponen lain yang terdistribusi merata dalam matriks. Filler memegang peranan penting dalam menguatkan komposit, sehingga disebut penguat/ reinforcing material. Filler harus memiliki nilai kekuatan/strength,
FILLER
kekerasan/ hardness, dan elastic modulus yang besar. Sifat-sifat ini harus lebih besar daripada yang dimiliki matriks. Sifat-sifat material komposit bisa juga dipengaruhi oleh bentuk, ukuran, konsentrasi dan distribusi filler. (Putu Lokantara, 2007)
2.2 Abu (fly ash) cangkang sawit
Abu (fly ash) cangkang kelapa sawit adalah limbah padat yang berasal dari pembakaran cangkang kelapa sawit yang di pergunakan sebagai bahan bakar boiler untuk menghasilkan uap pada proses penggilingan minyak sawit. Di Indonesia dari 21,4 juta Ha lahan areal perkebunan nasional sekitar 42,39% atas lahan perkebunan itu di Tanami kelapa sawit. Lahan seluas 9,07 juta Ha kelapa sawit itu menghasilkan CPO (Cruide Palm Oil), terbesar di dunia yaitu sebesar 23,52 juta ton pada tahun 2012. ( Dirjen Perkebunan 2012)
Pemrosesan tandan buah sagar ( TBS ) menjadi CPO (Cruide Palm Oil), menghasilkan limbah padat yang sangat banyak dalam bentuk serat cangkang dan tandan kosong. Setiap 100 ton tandan buah segar yang dip roses akan menghasilkan lebih kurang 20 ton cangkang, 7 ton serat dan 25 ton tandan kosong. Cangkang selanjutnya di gunakan lagi sebagai bahan bakar, pembakaran pada ketel uap dengan menggunakan cangkang kelapa sawit akan menghasilkan 5 % abu dari setiap 1 ton cangkang yang di bakar dengan butiran yang sangat halus. Abu hasil pembakaran ini biasanya di buang di dekat pabrik sebagai limbah padat yang tidak di manfaatkan, bahkan berpotensi menimbulkan gangguan terhadap lingkungan dan kesehatan.
Tabel 2.1 unsur kimia abu cangkang sawit. (Hutahaean B, 2007) berdasarkan reaksi antara polyol yang merupakan organik gabungan dengan alkohol
multiple atau gugus fungsi hidroksi, dan polycarboxylic, yang mengandung ikatan ganda. Tipikal jenis polyol yang digunakan adalah glycol, seperti ethylene glycol. Sementara asam polycarboxylic yang digunakan adalah asam phthalic dan asam
maleic. Polyester resin tak jenuh adalah jenis polimer thermoset yang memiliki struktur rantai karbon yang panjang. Matrik yang berjenis ini memiliki sifat dapat mengeras pada suhu kamar dengan penambahan katalis tanpa pemberian tekanan ketika proses pembentukan. (Schwarts, 1983).
Pada desain struktur dilakukan dengan cara pemilihan matriks dan penguat, hal ini dilakukan untuk memastikan kemampuan material sesuai dengan produk yang akan dihasilkan. Dalam desain struktur ini jenis matriks yang akan digunakan adalah
Hal tersebut disebabkan oleh molekul yang dimiliki bahan dalam bentuk rantai molekul raksasa, atom-atom karbon yang saling mengikat satu dengan lainnya mengakibatkan struktur molekulnya menghasilkan efek peredaman yang cukup baik terhadap beban yang diberikan. (Agus Pramono, 2008).
Data karakteristik mekanik material polyester resin tak jenuh seperti terlihat pada tabel.
Tabel 2.2. Karakteristik mekanik polyester resin tak jenuh.
Sifat Mekanik Satuan Besaran
Umumnya material ini digunakan dalam proses pembentukan dengan cara penuangan antara lain perbaikan body kenderaan bermotor, pengisi kayu dan sebagai material perekat. Material ini memiliki sifat perekat dan aus yang baik, dan dapat digunakan untuk memperbaiki dan mengikat secara bersama beberapa jenis material yang berbeda. Material ini memiliki umur pakai yang panjang, kestabilan terhadap sinar Ultraviolet (UV), dan daya tahan yang baik terhadap serapan air. Kekuatan material ini diperoleh ketika dicetak kedalam bentuk komposit, dimana material-material penguat, seperti serat kaca, karbon dan lain-lain, akan meningkatkan sifat mekanik material tersebut sementara ketika dalam keadaan tunggal material ini bersifat rapuh dan kaku. (Hull, 1992)
Katalis merupakan material kimia yang digunakan untuk mempercepat proses reaksi polimerisasi struktur komposit pada kondisi suhu kamar dan tekanan atmosfir. Pemberian katalis dapat berfungsi untuk mengatur waktu pembentukan gelembung blowing agent, sehingga tidak mengembang secara berlebihan, atau terlalu cepat mengeras yang dapat mengakibatkan terhambatnya pembentukan gelembung.
2.5 Kampas Rem
Kampas rem merupakan komponen penting pada kendaraan bermotor di jalan raya. Pertambahan kendaraan bermotor roda dua dan empat saat ini meningkat pesat sejalan laju pertumbuhan ekonomi masyarakat. Komponen kendaraan yaitu kampas rem sangat perlu mendapatkan perhatian yang lebih oleh pemegang kebijikan ( pemerintah ) dalam upaya melindugi konsumen dan mengurangi persentase penyebab kecelakaan di jalan raya. Standar Nasional Indonesia ( SNI ) kampas rem sudah di buat sejak tahun 1987 namun beberapa parameter serta spesifikasinya perlu di tinjau atau di kaji ulang sesuai perkembangan dan mengacu kepada standar internasiponal atau pola perkembangan teknologi otomotif yang modern ini. (Pratama, 2010).
Komposisi berbasis polimer tidak mengandung asbestos dan logam berat bahan komposit berbasis polimer, karena sebagian besar bahannya menggunakan bahan polimer organik, maka benar-benar dapat di jamin bebas terhadap senyawa yang mengandung Pb, Cr dan Zn. Seratnya pun di gunakan serat E-glass dan atau
panjang life time/keausan bahan. Di era “ Global Climate Change” dan “Carbon Trade”, aspek penggunaan bahan berbahaya beracun harus memerlukan perhatian
yang serius dan penegakan hokum yang ketat, kalau Indonesia mau menjadi bangsa yang besar, sehat, sejahtera dan memiliki kawasan yang bersih dari bahan-bahan beracun.
2.6 Komposisi Kampas Rem
Sebelum 1870, roda kendaraan masih terbuat dari kayu, dan alat yang di gunakan untuk memperlambat laju roda juga terbuat dari kayu. Namun sejak 1870, roda mulai di buat dengan menggunakan besi untuk mengurangi keausan kayu. Pada waktu itu bidang gesek rem juga menggunakan besi. Penggunaan besi untuk bidang gesek re mini memang membuatnya lebih awet, namun rem tidak pakem. Memasuki 1897, mulailah di gunakan rem jenis tromol (brake lining) pada kendaraan. Jenis rem ini di ciptakan Herber Food dari perusahaan Ferodo Ltd. Kampas yang di gunakan menggunakan bahan campuran sabut dengan kain katun (cotton belting). Selanjutnya sekitar 1908, bahan asbestos mulai di gunakan. Asbestos merupakan paduan kuningan dan serat metal yang di satukan menggunakan binder (bahan pengikat) namun belum di cetak. Hingga 1920, kampas rem mulai di cetak dengan serat metal dengan ukuran lebih pendek, logam kuningan yang lebih halus serta tambahan bahan organik.
bunyi, tahan panas dan memiliki friksi baik. Namun ada dua kelemahan nya, kotoran dari pengikisan kampas berwarna hitam dapat mengotori pelek dan harganya pun lebih mahal dari kampas rem asbestos. Kemungkinan besar di masa mendatang, BaSO4 14s/d 15%, sisanya karet ban bekas, tembaga sisa kerajinan, frict dust. Bahan
baku kampas rem non asbestos : aramyd, kevlar, twaron, rockwool, fiberglass,
potasiumtitanate, carbonfiber, graphite, cellulose, vemiculate, steekfiber, BaSO4,
resin, nitrile butadiene rubber. (Agung Suryadi Pamenang, 2009)
2.7 Material Komposit Untuk Kampas Rem
Bila di panaskan perilaku kedua resin ini berbeda. Termoset tidak melunak sedangkan termoplastik akan melunak tetapi akan kembali keras setelah di dinginkan. Perbedaan sifatnya tentu oleh struktur dalamnya. Komposit bahan kampas rem yang akan di ujikan adalah komposit yang berpengikat dari resin epoxy.
2.8 Mekanisme Kerja Pengereman Pada Sepeda Motor
Secara umum cara kerja rem adalah memanfaatkan gaya gesekan mekanik untuk memperlambat laju kendaraan dan akhirnya berhenti. Kontruksi rem tromol (drum break) yang umumnya di operasikan secara mekanis dan sistem operasinya cukup sederhana. Terdiri atas sepasang sepatu rem, pegas pembalik (penarik), tambatan rem, kam (pendorong) yang semua itu terpasang pada hub roda. Kemudian bersama hub tersebut, semua komponen rem di pasang dalam tromol. Bila rem dan komponen tidak ikut berputar, tromol berputar bersama roda. Tepatnya rem bekerja dengan menahan putaran tromol. (Junaidi, 2009)
Gambar 2.4 Mekanisme penyetelan sepatu rem
Berdasarkan cara kerjanya, rem tromol di bagi menjadi dua jenis, yaitu :
1. Jenis system leading trailing, pada jenis ini meski kedua sepatu rem sama-sama menembang namun memiliki efek pengereman yang berbeda atau berlawanan. Perbedaan terjadi karena arah perputaran roda tersebut. Untuk menggerakkan kedua sepatu rem nya di gunakan satu kam saja, seperti yang di perhatikan arah satu putaran roda, dimana roda berputar searah jarum jam.
2. Cara pengereman trailing, yaitu pada saat sepatu rem sama-sama menekan, tromol juga mengerem sepatu rem kiri ke arah dalam tromol, karena sepatu di tekan secara terus menerus efek pengereman menjadi kurang bagus. Sementara itu, sepatu rem sebelah kanan cenderung ke luar atau terus menerus menekan tromol, akibatnya gaya pengereman semakin bertambah. Terkadang cara kerja seperti ini yang sering di sebut juga leading, hasilnya pengereman tidak merata namun karena konstruksinya sederhana banyak produsen menggunakan kombinasi prinsip sistem ini.
seperti ini di gunakan untuk motor sport atau motor yang roda depannya memerlukan tenaga pengereman yang lebih besar. Permukaan rem tromol umumnya di buat dari besi tuang, kemudian di satukan dengan hub roda yang terbuat dari alumunium.
Komponen rem tromol terbuat dari :
a. Silinder roda, berfungsi untuk meneruskan tekanan dari master silinder ke sepatu rem agar menekan tromol.
b. Backing plate, berfungsi sebagai tumpuan sekaligus tempat pemasangan komponen rem.
c. Sepatu rem dan kampas, biasanya sepatu rem berbentuk busur yang di letakkan dengan kampas rem menggunakan keeling atau perekat. Sepatu rem juga berfungsi untuk menahan putaran tromol.
Gambar 2.5 bagian-bagian kampas rem
d. Pegas pembalik, ini berfungsi mengembalikan sepatu rem ke posisi semula apabila tekanan minyak rem dari master silinder semakin berkurang.
2.9 Sifat Mekanik Kampas Rem
Sejalan dengan meningkatnya pengguna kendaraan bermotor roda 4 atau roda 2 makin tinggi maka laju pertumbuhan kebutuhan spare part kampas rem juga semakin tinggi juga. Bahkan saat harga BBM semakin tinggi masyarakat pengguna kendaraan roda 2 semakin pesat antara 2-5 kali lipat dari 5 tahun sebelumnya. Kondisi ini merupakan pangsa empuk dari pasar komponen kendaraan bermotor seperti kampas rem yang relative singkat. Komponen ini perlu mendapat perhatian terhadap kualitas yang mengacu terhadap standart nasional atau internasional. Mengingat prekonomian di tengah-tengah masyarakat sangat beragam dan umumnya bila mencari komponen akan mencari yang murah tanpa memperhatikan kualitas yang berkaitan dengan keselamatan jarang di perhitungkan. Walaupun hal ini rasanya sudah terbiasa, namun peran pemerintah untuk mengeluarkan kebijakan terhadap produk standar perlu di lakukan evaluasi atau revisi sesuai perkembangan teknologi dan mengutamakan factor keselamatan serta perlindungan konsumen dari akal-akalan produsen.
Masing-masing tipe sepeda motor memiliki bentuk serta kualitas bahan kampas rem khusus. Secara umum bagian-bagian kampas rem terdiri dari daging kampas (bahan friksi), dudukan kampas (body brake shoe) dan 2 buah spiral. Pada aplikasi system pengereman otomotif yang aman dan efektif, bahan friksi harus memenuhi persyaratan minimum mengenai unjuk kerja, noise dan daya tahan. Bahan rem harus memenuhi persyaratan keamanan, ketahanan dan dapat mengerem dengan halus. Selain itu pula harus mempunyai koefisien gesek yang tinggi, keausan kecil, kuat, tidak melukai permukaan roda dan dapat menyerap getaran. (Hardianto, 2008)
blok rem komposit, baik sifat mekanik dan fisik material akan mempengaruhi kemampuan kampas rem menerima beban ketika pengereman terjadi. Kondisi operasi pengereman akan mempengaruhi pembebanan mekanik pada kampas rem. Rancangan dari backing plate kampas rem komposit juga akan mempengaruhi kemampuan kampas rem komposit menerima beban.
Bahan friksi tersusun atas tiga komponen yaitu penguat, bahan pengikat serta bahan pengisi. Abu terbang cangkang sawit dapat dijadikan sebagai alternatif serat penguat bahan friksi non asbes pada pembuatan kampas rem sepeda motor. Pemanfaatan abu cangkang sawit perlu diketahui sifat-sifat yang akan ditunjukkan oleh abu cangkang sawit tersebut, baik sifat kimiawi, fisik dan mekanis. Sifat-sifat ini akan dapat di lihat atau disimpulkan dari data kualitas abu cangkang sawit hasil analisis dan pengujiannya. Dari sejumlah data kualitas yang ada dari padanya dapat diambil harga rata-ratanya, misalnya kandungan air, abu dan lainnya yang bersifat kimiawi, tetapi ada pula yang tidak dapat diambil harga rata-ratanya melainkan harus dilihat harga minimum dan maksimum, seperti pada harga hardgrove index dan titik leleh abu.
Untuk memenuhi syarat dan menjaga keselamatan dalam mengemudikan kendaraan dan kompetisi di pasaran, bahan fiksi membutuhkan performa friksi yang baik dan biaya rendah. Akan tetapi, biasanya bahan mentah dengan performa friksi yang baik mempunyai harga yang relatif tinggi. Untuk menghasilkan “brakelining” yang baru dengan nilai yang cukup pada koefisien gesek (μ) dan kecepatan wear
yang rendah, faktor biaya kedua bahan mentah dan proses pembuatannya harus betul-betul dipertimbangkan, agar didapatkan suatu bahan dengan koefisien gesek tinggi dan juga wear yang rendah.
optimal. Sifat mekanik menyatakan kemampuan suatu bahan (seperti komponen yang terbuat dari bahan tersebut) untuk menerima beban/gaya/energi tanpa menimbulkan kerusakan pada bahan/komponen tersebut. Seringkali bila suatu bahan mempunyai sifat mekanik yang baik tetapi kurang baik pada sifat yang lain, maka diambil langkah untuk mengatasi kekurangan tersebut dengan berbagai cara yang diperlukan. Untuk mendapatkan standar acuan tentang spesifikasi teknik kampas rem, maka nilai kekerasan, keausan lentur dan sifat mekanik lainnya harus mendekati nilai standart keamanan.
Adapun persyaratan teknik dari kampas rem komposit
(www.stopcobrake.com/en/file/en.pdf/SAEJ661) yaitu :
a. Untuk nilai kekerasan sesuai standart keamanan 68 – 105 (Rocwell R).
b. Ketahanan panas 600C, untuk pemakaian terus menerus sampai dengan 1200C. c. Nilai keausan kampas rem adalah (5 x 10-4 - 5 x 10-3 mm2/kg).
d. Koefisien gesek 0,14 - 0,27
e. Massa jenis kompas rem adalah 1,5 - 2,4 gr/cm3. f. Konduktifitas thermal 0,12 - 0.8 W.m.oK.
g. Tekanan spesifiknya adalah 0,17 – 0,98 joule/g.oC. h. Kekuatan geser 1300 – 3500 N/cm3.
i. Kekuatan perpatahan 480 – 1500 N/cm3.
2.10 Pengujian Sifat Mekanik
2.10.1 Pengujian Kekerasan
Lebih ringkasnya kekerasan didefinisikan sebagai kemampuan suatu material untuk menahan beban identasi atau penetrasi (penekanan).
Uji kekerasan terdiri dari :
1. Brinnel ( HB/BHN ), adalah untuk menentukan kekerasan suatu material dalam bentuk daya tahan material terhadap bola baja ( identor ) yang di tekankan pada permukaan material uji tersebut ( spesimen )
Dimana: D = Diameter bola ( mm ) d = Impression diameter ( mm ) F = load ( beban ) ( kgf )
HB = Brinell Result ( HB )
Gambar 2.6 Pengujian Brinell (Callister, 2001)
kondisi pada saat total load F yang terlihat pada gambar 4. Akan tetapi pada penelitian ini yang di gunakan adalah pengujian kekerasan dengan metode Rockwell, karena cocok untuk semua material yang keras dan dan lunak dan metode ini lebih sederhana karna penekanannya dapat dengan leluasa.
Gambar 2.7 Prinsip Kerja Metode Kekerasan Rockwell Dimana:
E = jarak antar identor saat di beri minor load dan zero referense line yang untuk tiap jenis identor yang berbeda-beda
HR = besarnya nilai kekerasan dengan metode hardness
ball 0 scale
3. Vickers, permukaan benda uji ditekan dengan penetrator intan berbentuk piramida dasar piramida berbentuk bujur sangkar dan sudut antara dua bidang miring yang berhadapan 136º. Sudut ini dipilih, karena nilai tersebut mendekati sebagian besar nilai perbandingan yang diinginkan antara diameter lekukan dan diameter bola penumbuk pada uji kekerasan Brinell. Karena bentuk penumbuknya piramid, maka pengujian ini sering dinamakan uji kekerasan piramidsa intan. Angka kekerasan piramida intan (DPH), atau angka kekerasan Vickers (VHN atau VPH), didefinisikan sebagai beban dibagi luas permukaan lekukan. Pada prakteknya, luas ini dihitung dari pengukuran mikroskopik panjang diagonal jejak. DPH dapat ditentukan dari persamaan berikut:
Dimana :
P = Beban yang digunakan (kg)
d = Panjang diagonal rata-rata dari bekas penekanan (mm) θ = Sudut antara permukaan intan yang berlawanan (136o)
Gambar 2.8 Pengujian Vickers (Callister, 2001)
Gambar 2.9 Bentuk Identor Knoop (Callister, 2001)
Namun pada penelitian ini pengujian yang di pakai adalah dengan metode hardnes micro vickers.
2.10.2 Pengujian lentur
Kekuatan ( strength ), menyatakan kemampuan bahan untuk menerima tegangan tanpa menyebabkan bahan menjadi patah. Kekuatan ini ada beberapa macam, tergantung pada jenis beban yang bekerja atau yang mengenainya. Contoh kekuatan lengkung. Material yang lentur ( tidak kaku ) adalah material yang dapat mengalami keregangan bila di beri tegangan atau beban tertentu. Kelenturan merupakan sifat mekanik bahan yang menunjukkan derajat deformasi plastis yang terjadi sebelum suatu bahan putus atau patah. Untuk mengetahui kekuatan lentur suatu material dapat di lakukan dengan pengujian lentur terhadap material tersebut. (Edi Supardi, 1999).
Kekuatan lentur atau kekuatan lengkung adalah tegangan lentur terbesar yang dapat di terima akibat pembebanan luar tanpa mengalami deformasi yang besar atau kegagalan. Besar kekuatan lentur tergantung pada jenis material dan pembebanan. Kekeuatan lentur pada sisi bagian atas sama sisi dengan kekeuatan lentur pada sisi bagian bawah. Pada pengujian lentur terdapat beberapa pengujian seperti two poin bending, three poin bending, four point bending dan lainnya. Tetapi pada penelitian ini di lakukan dengan three poin bending.
Gambar 2.10 Metode Three Point Bending
Pada perhitungan kekuatan lentur ini, di gunakan persamaan yang ada pada satndar ASTM D790, yaitu :
Dimana : S = tegangan lentur ( Mpa ) P = beban / load ( N ) L = panjang span ( mm ) b = lebar ( mm )
d = tebal ( mm )
2.10.3 Pengujian Keausan
1. Keausan Adhesive ( Adhesive Wear ), Terjadi bila kontak permukaan dari dua material atau lebih mengakibatkan adanya perlekatan satu sama lainnya ( adhesive ) serta deformasi plastis dan pada akhirnya terjadi pelepasan / pengoyakan salah satu material seperti di perlihatkan pada gambar di bawah ini :
Gambar 2.11 Keausan Metode Adhesive
2. Keausan Abrasive (Abrasive Wear) Terjadi bila suatu partikel keras (asperity) dari material tertentu meluncur pada permukaan material lain yang lebih lunak sehingga terjadi penetrasi atau pemotongan material yang lebih lunak. Tingkat keausan pada mekanisme iniditentukan oleh derajat kebebasan (degree of freedom) partikel keras atau asperity tersebut.Sebagai contoh partikel pasir silica akan menghasilkan keausan yang lebih tinggi ketika diikat pada suatu permukaan seperti pada kertas amplas, dibandingkan bila pertikel tersebut berada di dalam sistem slury. Pada kasus pertama, partikel tersebut kemungkinan akan tertarik sepanjang permukaan dan akhirnya mengakibatkan pengoyakan. Sementara pada kasus terakhir, partikel tersebut mungkin hanya berputar (rolling) tanpa efek abrasi.
Gambar 2.12 Keausan Metode Abrasive
Gambar 2.13 Mekanisme Keausan Lelah
4. Keausan Oksidasi/ Korosif ( Corrosive Wear ), Proses kerusakan dimulai dengan adanya perubahan kimiawi material di permukaan oleh faktor lingkungan. Kontak dengan lingkungan ini menghasilkan pembentukan lapisan pada permukaan dengan sifat yang berbeda dengan material induk. Sebagai konsekuensinya, material akan mengarah kepada perpatahan interface antara lapisan permukaan dan material induk dan
akhirnya seluruh lapisan permukaan itu akan
G ambar 2.14 Mekanisme Keausan Oksidasi
5. Keausan Erosi ( Erosi Wear ), 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
brittle failure pada permukaannya, skematis pengujiannya seperti terlihat pada gambar di bawah ini :
Pada penelitian ini termasuk jenis keausan adhesive dan pengujiannya di lakukan dengan pengujian laju ke ausan metode pin on disk. Pengujian keausan di nyatakan dengan jumlah kehilangan/pengurangan specimen tiap satuan luas bidang kontak dan lama pengausan ( Victor Malau dan Adhika Widyaparaga, 2008 )
Laju keausan di nyatakan dengan :
Dengan, W = Laju keausan ( g/ .detik )
W0 = Berat awal specimen sebelum pengausan ( gram ) W1 = Berat akhir specimen setelah pengausan ( gram ) A = Luas bidang kontak dengan pengausan ( )
t = Waktu/lama pengausan ( detik )
Pengujian ini di lakukan dengan menggunakan metode pin on disk.
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Metoda
Pembuatan spesimen dengan menggunakan metoda hand lay out, dengan cara di aduk dan di tuang ke dalam cetakan supaya menjadi bentuk spesimen sesuai dengan pengujiannya. Pada penelitian ini di gunakan metode eksperimen dengan melakukan pengujian mekanik yaitu, uji keras, uji lentur dan uji aus.
3.2 Waktu dan Tempat
Waktu penelitian ini di rencanakan
selama eman bulan dari bulan maret sampai dengan september. Tempat penelitian ini di lakukan di Laboratorium Noise & Vibration Control Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara (USU) untuk uji keausan. Laboratorium Uji Mekanis Dan Material Teknik Balai Riset Dan Standarisasi Industri Medan (BARISTAN) untuk pengujian lentur dan Laboratorium Material Tenik Mesin Universitas Negeri Medan (UNIMED) untuk pengujian kekerasan.
3.3 Alat Dan Bahan
3.3.1 Alat
Alat-alat yang di pergunakan adalah :
Gambar 3.1 Tabung Ukur/Gelas Ukur
2. Timbangan digital, untuk mengukur berat resin dan abu cangkang sawit
Gambar 3.2 Timbangan Digital
Gambar 3.3 Mesh no.025
Tabel 3.1 Diameter Mesh
Gambar 3.4 Jangka Sorong
5. Cetakan spesimen berbentuk balok dan lingkaran yang di gunakan sebagai tempat untuk membuat spesimen. Yaitu spesimen untuk uji kekerasan, lentur dan keausan.
Gambar 3.6 Cetakan Untuk Uji Kekerasan
Gambar 3.7 Cetakan Untuk Uji Keausan
6. Alat pelengkap seperti pisau, skrup, kuas, penggaris, masker dan juga kertas pasir.
Gambar 3.8 Alat Uji Kekerasan Micro Hardes Vickers
8. Alat uji lentur menggunakan metode three point bending, dengan alat Universal Testing Machine dengan kapasitas 5 ton
9. Alat uji keausan dengan metode pin on disk dengan ASTM G99-04. Pada penelitian ini uji keausannya menggunakan metode pin on disk untuk mengetahui nilai keausannya.
Gambar 3.10 Alat Uji Keausan Tipe Pin on Disk standar ASTM G99-04
3.3.2 Bahan
1. Abu terbang ( fly ash ) cangkang sawit
Gambar 3.11 abu (fly ash) cangkang sawit 2. Resin
Resin adalah salah satu serat penguat alami dalam suatu material komposit. Fungsi utama serat adalah untuk mengikat kedua bahan dan memindahkan tegangan dengan serat penguat (reinforced fibre). Secara umum, resin juga di sebut sebagai polimer atau plastik. Polimer dalam penelitian ini termasuk dalam polimer termoset. Karena merupakan bahan pengeras jika di panaskan dan mempunyai struktur cross-linked yang memiliki ketahanan yang baik dan sifat suhu yang tinggi. Resin yang di gunakan pada penelitian ini merupakan jenis resin epoxy. Yaitu Unsaturated Polyester BQTN-157 yang merupakan polyester resin tak jenuh.
Gambar 3.12 Resin Unsaturated Polyester BQTN-157. 3. Katalis
Katalis merupakan bahan kimia yang di gunakan untuk mempercepat reaksi polimerisasi struktur komposit pada suhu kondisi suhu kamar dan tekanan atmosfir. Selain itu pemberian katalis dapat di gunakan untuk mengatur pembentukan gelembung blowing agent, sehingga tidak menembang secara berlebihan, atau terlalu cepat mengeras yang dapat mengakibatkan terhambatnya pembentukan gelembung. Jenis katalis yang di gunakan pada penelitian ini adalah Methyl Ethyl Ketone Peroksida (MEKPO).
Gambar 3.13 Methyl Ethyl KetonePeroksida (MEKPO).
Wax atau biasa disebut maximum mold release wax merupakan bahan yang sangat mendukung dalam proses pembuatan spesimen ini. Wax berbentuk padat menyerupai sabun berwarna kuning. Wax tersebut digunakan untuk melapisi cetakan dan berfungsi juga sebagai pelekang pada cetakan spesimen yang akan dibuat. Wax tersebut dioleskan pada seluruh bagian permukaan cetakan.
Gambar 3.14 Wax
3.4 Prosedur Penelitian
3.4.1 Penyiapan Bahan Baku
Pertama-tama mengambil abu (fly ash) cangkang sawit ke pabrik kelapa sawit. Abu cangkang yang di ambil berasal dari Pabrik Kelapa Sawit (PKS) yang berada di kecamatan Selesai Kabupaten Langkat. Setelah abu diambil dan di masukkan kedalam sebuah goni plastik ukuran 15 kg, kemudian di ayak dengan menggunakan mesh ukuran no 25 supaya mendapatkan abu (fly ash) yang lebih halus dan dengan diameter yang sama. Setelah itu di siapkan lah resin, dan pada penelitian ini resin yang di gunakan yaitu unsaturated polyester
tentukan dan kemudian di aduk dengan tangan dalam waktu lima menit sehingga bahan tercampur secara homogen dan di tuang kedalam cetakan spesimen.
3.4.2 Variabel Penelitian
Pada penelitian ini di lakukan dengan memvariasikan antara abu terbang (fly ash) cangkang sawit dengan resin yaitu antara, 70%, 60%, 50%, 40% dan 30% abu terbang (fly ash) cangkang sawit dengan 30%, 40%, 50%, 60% dan 70% resin dan di tambahkan katalis secukupnya. Setiap komposisi terdiri dari lima spesimen, yaitu, A1-1,A1-2,A1-3,A1-4,A1-5, B1-1,B1-2,B1-3,B1-4,B1-5, C1-1,C1-2,C1-3,C1-4,C1-5, D1-1,D1-2,D1-3,D1-4,D1-C1-1,C1-2,C1-3,C1-4,C1-5, E1-1,E1-2,E1-3,E1-4 dan E1-5
Table 3.2 Variasi Komposisi Antar Sampel
Micro Vickers, dengan spesifikasi alatnya yaitu Future-Tech FM-800 yang di lakukan di Laboratorium Material UNIMED.
Adapun prosedur yang di lakukan pada pengujian kekerasan ini adalah :
Pertama-tama di persiapkan spesimen uji dan di haluskan dengan kertas pasir supaya permukaan nya rata dan halus.
Ukuran spesimen sesuai dengan standar ASTM E-10, dengan ukuran panjang 25mm, lebar 25mm, dan tinggi 10mm.
Gambar 3.15 spesimen uji kekerasan standart ASTM E-10
Spesimen diletakkan di tempat pengujian dan kemudian di kunci sampai kuat dengan menggunakan chuk.
Setelah itu di lakukan pengaturan program, sesuai dengan beban yang akan di berikan pada pengujian tersebut.
Penekanan di lakukan pada tiga titik spesimen, supaya mendapatkan hasil yang akurat dan dilakukannya pencatatan setiap titik dari hasil pengujian dan di ambil rata-ratanya.
Gambar 3.16 pengujian kekerasan dengan micro hardnes vickers
3.4.2 Pengujian Lentur
Pengujian lentur dapat di lakukan pada benda yang dapat mengalami deformasi plastis dan deformasi elastis. Pengujian di lakukan dengan memberikan pembebanan pada spesimen hingga patah. Pada pengujian ini di lakukan dengan menggunakan metode three point bending, adapun alat yang di gunakan pada pengujian ini adalah Universal Testing Machine kapasitas 5 ton yang di lakukan di Balai Riset Dan Standarisasi Industri Medan. Adapun prosedur pengujian ini adalah : Penyiapan spesimen uji dengan memberikan label/nomor pada setiap spesimen agar tidak terjadi pengujian dua kali pada benda yang sama.
Bentuk spesimen yang di uji sesuai dengan standar ASTM D790-03
Gambar 3.17 spesimen uji lentur ASTM D790-03 Menyalakan mesin uji, untuk uji lentur.
Pemasangan spesimen uji dengan tepat pada tumpuan dan di pastikan identor tepat di tengah-tengah kedua tumpuan.
Jarak antar tumpuan 100 mm
Pencatatan besarnya tegangan lentur yang terjadi pada spesimen, setiap penambahan beban sampai terjadi kegagalan.
Setelah mendapatkan data hasil pengujian di lanjutkan dengan perhitungan kekuatan lentur pada benda uji tersebut.
Gambar 3.18 pengujian lentur dengan metode three point bending
Pengujian Keausan
Di persiapkan spesimen uji keausan.
Spesimen uji keausan dengan diameter 70 mm dan tinggi 6 mm.
Gambar 3.19 spesimen uji keausan standar ASTM G99-04
Spesimen di ikatkan di atas disk dan di beri pembebanan sesuai dengan yang di inginkan.
Kemudian dilakukan pengujian keausan dengan menggunakan alat uji keausan ASTM G99-04 tipe pin on disk.
Diberikan kecepatan dengan 180 rpm dengan waktu yang konstan yaitu 600 detik (10 menit) dan pembebanan 1Kg.
Gambar 3.20 pengujian keausan dengan metode pin on disk
3.5 Diagram Alir Penelitian
Mulai
Studi Pustaka
Persiapan Bahan
Abu Cangkang Sawit, Resin dan
Katalis
Gambar 3.21 diagram alir penelitian
70% Resin 30% Fly ash
60% Resin 40% Fly ash
50% Resin 50% Fly ash
40% Resin 60% Fly ash
30% Resin 70% Fly ash
Pembuatan Spesimen
Pengujian Mekanik
Uji Kekerasan
Uji Lentur Uji Keausan
Hasil dan Pembahasan
Kesimpulan
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Hasil
4.1.1. Hasil Pengujian Kekerasan
Hasil pengujian kekerasan dengan menggunakan metode Vickers dapat di lihat pada tabel dibawah ini dengan ukuran spesimen standart ASTM E-10 Sebagai berikut:
Panjang spesimen 25 mm, lebar 25 mm dan tinggi 10mm
Tabel 4.1 Hasil Pengujian Kekerasan
4.1.2 Hasil Pengujian Lentur
21 E1-1 6 15 120 90 15 4,1667
Pada komposisi A (70% resin, 30% fly ash) dengan spesimen A1-1 sampai A1-5 nilai kuat lentur nya yaitu, 11,6664 : 5 = 2,3332 Kgf.
Pada komposisi B (60% resin, 40% fly ash) dengan spesimen B1-1 sampai B1-5 nilai kuat lentur nya yaitu, 15,5556 : 5 = 3,1111 Kgf.
Pada komposisi C (50% resin, 50% fly ash) dengan spesimen C1-1 sampai C1-5 nilai kuat lentur nya yaitu, 28,0556 : 5 = 5,6111 Kgf.
Pada komposisi D (40% resin, 60% fly ash) dengan spesimen D1-1 sampai D1-5 nilai kuat lenturnya yaitu, 19,4444 : 5 = 3,888 Kgf.
Pada komposisi E (30% resin, 70% fly ash) dengan spesimen E1-1 sampai E1-5 nilai kuat lenturnya yaitu, 22,5 : 5 = 4,5 Kgf.
4.1.3 Hasil Pengujian Laju Keausan
Hasil pengujian keausan dengan menggunakan metode pin on disk dapat dilihat pada tabel dibawah ini ,dengan ukuran spesimen standart ASTM G99-04 sebagai berikut:
Diamter ( d ) = 70 mm
Tinggi = 6 mm
4.2PEMBAHASAN
4.2.1 Pengujian kekerasan yaitu sebagai kemampuan suatu bahan untuk tahan
terhadap deformasi plastis sifat ini berkaita dengan sifat tahan aus, kekerasan juga mempunyai kasalasi dengan kekuatan . Pada pengujian kekerasan paling banyak dipakai adalah dengan metode penekanan tertentu dengan mengukur ukuran bekas penekana yang terbentuk diatasnya.
Pada penelitian ini digunakan dengan metode Vickers ,karna benda uji pada penelitian ini termasuk dalam kategori lunak ,pada penelitian ini setiap benda uji/spesimen dilakukan penekanan untuk mengetahui nilai kekerasannya dengan beban yang sama yaitu 50 Kgf .Dan spesimen yang paling keras yaitu pada spesimen D dengan komposisi 40 % resin ,60% fly ash. Dari ke lima spesimen D tersebut diambil nilai rata-ratanya yaitu,132,8 HV dan specimen A dengan komposisi 70% resin ,30% Fly ash,sebagai spesimen yang paling lunak. Dari kelima spesimen A tersebut diambil nilai rata-ratanya yaitu, 82,4 HV.
Uji Kekerasan (HV)
Gambar 4.2 Spesimen Uji Kekerasan sebelum dan sesudah pengujian
4.2.2Pengujian lentur
Pengujian lentur adalah salah satu uji stress strain mekanik yang bertujuan untuk mengetahui kekuatan material terhadap gaya lentur. Dalam pengujiannya material ditekan sampai putus. Uji lentur merupakan cara pengujian bahan yang paling mendasar dan sederhana. Pada penelitian ini di lakukan pengujian lentur dengan menggunakan metode three point bending. Pada pengujian lentur ini digunakan spesimen dengan standart ASTM D 790-03. Untuk mencari tegangan lentur (S) di ketahui sesuai dengan rumus yaitu :
S = ………(1)
Dimana, P = Beban
Contoh perhitungan pada spesimen A1-1 dengan komposisi 70% resin dan 30 % fly
Tegangan lentur pada spesimen A1-1 yaitu, 26,15 N/mm2
Hasil tegangan lentur dan nilai rata-rata pada setiap komposisi yang terdiri dari 25 spesimen dapat di lihat pada tabel 4.4.
C1-1 18 5,0000 45,76 memiliki tegangan lentur yang paling tinggi 66,02N/mm2.
Tegangan Lentur (S) (N/mm2)
Gambar 4.4 Spesimen Sebelum Pengujian Lentur dan Sesudah Pengujian
4.2.3Pengujian laju keausan
Pengujian laju keausan merupakan pengujian yang dilakukan untuk mengetahui laju keausan pada benda uji atau spesimen .Pada penelitian ini dilakukan pengujian keausan dengan metode pin on disk dengan standart ASTM G99-04 pada pengujian ini spesimen mengalami keausan abrasive dengan pembebanan 1Kg dan di berikan kecepatan yang konstan 180 rpm dan waktu 600 detik (10 menit) adapun perhitungan keausan dinyatakan dengan jumlah kehilangan pengurangan spesimen tiap satuan luas kontak dan lama pengausan (Victor Malau dan Adhika Widyaparaga , 2008). Laju Keausan dinyatakan dengan :
W =
Dimana , W = Laju keausan (g/mm2 detik)
W0 = Berat awal spesimen sebelum pengausan (gram) W1 = Berat akhir spesimen setelah pengausan (gram) A = Luas bidang kontak dengan pengausan (mm2) T = Waktu /lama pengausan (detik)
Maka W = 23,74 gram – 21,18 gram 141,3 mm2 . 600 detik = 2,56 gram 84780 mm2/detik
= 3,10 x 10-5 gram/mm2.detik
Hasil rata-rata laju keausan pada komposisi A, yaitu pada spesimen 1 sampai A1-5 yaitu, 18,21 x 10-5 : 5 = 3,64 x 10-5 gram/mm2.detik.
Hasil rata-rata laju keausan pada komposisi B, yaitu pada spesimen 1 sampai B1-2 yaitu, 1B1-2,73 x 10-5 : 5 = 2,54 x 10-5 gram/mm2.detik.
Hasil rata-rata laju keausan pada komposisi C, yaitu pada spesimen 1 sampai C1-5 yaitu, 8,81 x 10-5 : 5 = 1,76 x 10-5 gram/mm2.detik.
Hasil rata-rata laju keausan pada komposisi D, yaitu pada spesimen 1 sampai D1-5 yaitu, D1-5,44 x 10-5 : 5 = 1,08 x 10-5 gram/mm2.detik.
Hasil rata-rata laju keausan pada komposisi E, yaitu pada spesimen E1-1 sampai E1-5 yaitu, 9,17 x 10-5 : 5 = 1,83 x 10-5 gram/mm2.detik.
Uji Keausan (gram/mm2.detik)
Dari grafik tersebut dapat diketahui laju keausan yang paling rendah yaitu, 1,08 x 10-5 terdapat pada specimen D dengan komposisi 40% resin 60 % fly ash. Keausan yang paling rendah merupakan keausan yang terbaik, karena semakin rendah nilai keausannya maka semakin bagus kualitasnya. Pada penelitian ini nilai kekerasannya dengan nilai keausan yang berkorelasi. Nilai kekerasan tertinggi berada pada spesimen D begitu juga nilai keausan terendah pada spesimen D .
Gambar 4.6 Spesimen Uji Keausan Sebelum dan Setelah Pengujian.
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Hasil pengujian kekerasan, kelenturan dan keausan yaitu :
1. Sifat mekanik komposit bahan kampas rem dengan komposisi 40% resin dan 60% fly ash atau spesimen D memiliki tingkat kekerasan yang paling tinggi di antara spesimen lainnya yaitu 132,8 HV. Sifat mekanik komposit bahan kampas rem dengan komposisi 50% resin dan 50% fly ash atau spesimen C memiliki tingkat kelenturan yang paling baik di antara spesimen lainnya yaitu, 66,02 N/mm2 dan sifat mekanik komposit bahan kampas rem dengan komposisi 40% resin dan 60% fly ash atau spesimen D yang memiliki tingkat keausan yang paling rendah di antara spesimen lainnya yaitu, 1,08 x 10-5 gr/mm2.detik
2. Komposisi 40% resin dan 60% fly ash atau spesimen D merupakan komposisi yang terbaik untuk bahan kampas rem sepeda motor, karena memiliki nilai kekerasan yang paling tinggi dan nilai keausan yang paling rendah.
5.2Saran
Adapun saran-saran yang perlu di perhatikan pada penelitian selanjutrnya antara lain : 1. Sebaiknya bahan/ komposisi untuk penelitian selanjutnya di cari yang lebih bervariasi dan lebih inovatif. Bahan yang selama ini tidak terpakai menjadi terpakai dan berguna untuk bahan komposit kampas rem, sekaligus untuk mengurangi limbah pabrik.
2. Dalam pembuatan spesimen perlu di perhatikan bentuk dan ukuran yang sesuai dengan standart ASTM yang di sesuaikan dengan jenis pengujiannya. 3. Dalam proses pembuatan spesimen material komposit bahan kampas rem
DAFTAR PUSTAKA
Agung Suryadi Pamenang, 2009. Pengembangan Material Komposit Lokal Berbasis Polimer. Paper, Jakarta.
Agus Pramono, 2008. Komposit Sebagai Trend Teknologi Masa Depan. Jurnal, Universitas Sultan Ageng Tirtayasa, Yogyakarta.
Ahamad Bin Talibok, 2007. Lab Logam. Teknik Mesin, Universitas Hasanuddin, Makassar.
Ahmad Multazam, Ahmad Zainuri, Sutija, 2012. Analisa Pengaruh Variasi Merek Kampas Rem Tromol dan Kecepatan Sepeda Motor Supra X 125 Terhadap Keausan Kampas Rem. Skripsi, Teknik Mesin, Universitas Mataram.
Ari Tristianto Wibowo, 2009. Analisa Pengaruh Kampas Rem Dengan Menggunakan Bahan Asbes Bagi Kesehatan, Jurnal Teknik Kimia, ITS, Surabaya.
Callister, William D, 1994. Material Science and Engineering and Introduction, Third Edition, Jhon Whiley and Sons, New York. Hardianto, 2008. Kinerja Rem Tromol Terhadap Kinerja Rem Cakram
Kendaraan Roda Dua Pada Pengujian Stasioner. Skripsi, Teknik Mesin Mesin, Universitas Petra Surabaya.
http://www.alatuji.com/article/detail/3/what-is-hardness-test-uji-
kekerasan#.UGvNCq7KiSo (Di akses 24 Mei 2013)
http://www.astm.org/COMMITE/E10.htm (Di akses 3 Mei 2013)
http://www.scribd.com/doc/40071865/Bab-4-Sifat-Material (Di akses 4 Febuari 2014)
http://www.scribd.com.doc/97418971/Aus-Wear-Presentasi-Baru (Di akses 4
Febuari 2013)
Malau, Viktor dan Adhika Widyaparaga, 2008. Pengaruh perlakuan panas
Quench dan Temperatur terhadap laju keausan, ketangguhan impak, kekuatan impak dan kekerasan baja.
Pratama, 2011. Analisa Sifat Mekanik Komposit Bahan Kampas Rem Dengan Penguat Fly Ash Batu Bara.
Putu Lokantara, Ngakan Putu Gede Suardana, 2007. Analisa Arah dan Perlakuan Serat Tapis Serta Rasio Epoxy Hardener Terhadap Sifat Fisis dan Mekanis Komposit Tapis/Epoxy. Jurnal, Jurusan Teknik Mesin, Universitas Udayana, Bali.
Smallman R.E & Bishop R. J, Djaprie Sriati,2000. Metalurgi Fisik dan Rekayasa Bahan. (Terjemahan). Erlangga, Jakarta.
Sulistijono, 2004. Material Komposit. Jurusan Teknik Material dan Metalurgi, ITS, Surabaya.
Surdia Tata dan Shinroku, 1995. Pengetahuan Bahan Teknik, Pradnya Paramita, Jakarta.
