Pembuatan dan Karakterisasi Kanvas Rem Berbasis Komposit Serat Rami dan Serat Buah Pinang Dengan Resin Epoxy Sebagai Perekat

(1)

PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI KANVAS REM BERBASIS KOMPOSIT SERAT RAMI DAN SERAT BUAH PINANG

DENGAN RESIN EPOXY SEBAGAI PEREKAT

SKRIPSI

Diajukan Oleh : BEWAMATI GEA

100801076

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

(2)

SKRIPSI

Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains

BEWAMATI GEA 100801076

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

(3)

PERSETUJUAN

Judul :

Kategori : Skripsi

Nama : Bewamati Gea

Nomor Induk Mahasiswa : 100801076

Program Studi : Sarjana (S1) Fisika

Departemen : Fisika

Fakultas : Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Sumatera Utara

Disetujui di

Medan, 22 Juli 2016

Komisi Pembimbing :

Pembimbing 2, Pembimbing 1,

Drs. Syahrul Humaidi, M.Sc Dr. Kerista Sebayang, MS NIP. 196506171993031003 NIP. 195806231986011001

Disetujui Oleh

Departemen Fisika FMIPA USU

Ketua,

Dr. Marhaposan Situmorang NIP. 195510301980031

(4)

PERNYATAAN

SKRIPSI

Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil karya sendiri. Kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.

Medan, 22 Juli 2016

(5)

PERHARGAAN

Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Kuasa atas segala

anugrah dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir yang berjudul “Pembuatan dan Karakterisasi Kanvas Rem Berbasis Komposit Serat Rami dan Serat Buah Pinang Dengan Resin Epoxy Sebagai Perekat”.

Tugas akhir ini disusun sebagai syarat akademis dalam menyelesaikan studi

program sarjana (S1) Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Sumatera Utara, Medan.

Rasa hormat dan terimakasih penulis ucapkan kepada kedua orang tua tercinta penulis : Tuho’aro Gea (ayah) dan Kanali Zalukhu (ibu) atas kasih sayang dan doa serta dukungan baik moral dan materi yang diberikan kepada penulis. Penulis juga

mengucapkan terimakasih kepada saudara penulis : Pintalina Gea (kakak) dan

Inisiatif Gea (kakak) atas doa dan dukungannya kepada penulis. Pada kesempatan

ini penulis juga menyampaikan rasa terimakasih dan perhargaan yang

setinggi-tingginya kepada Bapak Dr. Kerista Sebayang, MS dan Bapak Drs. Syahrul

Humaidi, M.Sc selaku dosen pembimbing, disela-sela rutinitasnya namun tetap

meluangkan waktu untuk memberikan petunjuk, dorongan, saran dan arahan

selama penulis mengerjakan penelitian serta dalam pelaksanaan penelitian dan

penulisan tugas akhir ini penulis banyak mendapatkan bimbingan dan pengarahan,

saran, bantuan dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis dengan segala

hormat dan kerendahan hati ingin mengucapkan terimakasih yang

sebesar-besarnya kepada :

1. Bapak Dr. Kerista Sebayang, MS selaku dekat Fakultas Matematika dan

Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sumatera Utara.

2. Bapak Dr. Marhaposan Situmorang selaku ketua jurusan Fisika S1.

3. Seluruh pegawai dan staff yang mengajar di Fisika S1.

4. Sahabat-sahabat penulis physic inside : Eka, Faisal, Layla, Aini, Tulus,

Mentari, Antoni, Tere, Nasrul, Niar, Usi, Ikhwan, Citra, Frans, Riki,

Maizal, Esna, Amin, Jekson, Sri, Rahel, Roulina, Baik, Lia, Edi, Emi,

(6)

Samuel, Wiharja, Anto, Mini, Sarah, Taoko, Pet, Riadi, Ita, Tiber, Ataran,

Juli, Marisa,Gunawan, Desmar, Irman, dan Ricky D.

5. Suci Wulan Sari yang selalu memberikan dukungan dan semangat kepada

penulis saat mengerjakan tugas akhir ini.

6. Alumni dan senior-senior Fisika USU serta adik-adik stambuk 2011, 2012,

2013, 2014 dan 2015.

7. Keluarga besar Dobo dan anak komplek Perumahan Waikiki yang

senantiasa menemani dan memberikan semangat.

Semoga segala kebaikan yang pernah mereka berikan kepada penulis, Tuhan

membalas dan memberikan rejeki kepada mereka. Penulis juga menyadari bahwa

dalam tugas akhir ini masih banyak kekurangan. Oleh sebab itu, penulis memohon

maaf apabila terdapat kesalahan baik sengaja maupun tidak sengaja. Penulis juga

memohon maaf atas kekurangan dalam penulisan tugas akhir ini. Penulis berharap

semoga skripsi ini dapat memberikan sumbangan pikiran kepada Fakultas

Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam dan Universitas Sumatera Utara. Akhir

kata penulis mengucapkan banyak terimakasih dan semoga tugas akhir ini dapat

bermanfaat bagi kita semua.

Medan, 22 Juli 2016

Penulis

Bewamati Gea

(7)

ABSTRAK

Telah dibuat kanvas rem dari campuran bahan baku : serat rami, serat buah pinang, karbon aktif sebagai filler dan resin epoksi sebagai matriks melalui teknik konvensional cetak dan tekan dengan variasi komposisi serat rami : serat buah pinang : karbon aktif : resin epoksi 50% : 10% : 10% : 30%, 55% : 10% : 10% : 25%, 60% : 10% : 10% : 20%, 65% : 10% : 10% : 15% dan 70% : 10% : 10% : 10%. Pembuatan sampel dilakukan dua tahap. Tahap pertama serat dipotong dengan ukuran acak ±0,5 cm kemudian serat tersebut dicampur dengan resin epoksi sampai homogen selama 5 menit dengan metode pencampuran kering. Tahap kedua serat yang telah tercampur homogen dicetak dengan tekanan 7 ton ditahan selama 10 menit. Masing-masing sampel yang telah siap dikarakterisasi yang meliputi : sifat fisis (densitas, porositas dan daya serap air), sifat mekanik (kekerasan dan kekuatan gesek/aus) dan sifat thermal titik leleh dengan DTA (Differential Thermal Analysis). Hasil karakterisasi menunjukkan bahwa serat rami : serat buah pinang : karbon aktif : resin epoksi yang optimum yaitu 50% : 10% : 10% : 30% memiliki nilai densitas tertinggi sebesar 2,348 x 103 kg/m3, nilai porositas 0,75%, nilai daya serap air 0,26%, nilai kekerasan 100,252 x 103N/m, laju keausan 9,259 x 10-3 kg/m2.det dan titik leleh sebesar 410oC. Hasil dari komposit serat rami dan serat buah pinang dapat diaplikasikan sebagai kanvas rem pada rem cakram pengganti kanvas rem konvensional.

(8)

FABRICATION AND CHARACTERIZATION OF BRAKE PADS BASED ON RAMIE FIBERS AND ARECA FIBERS REINFORCED

EPOXY RESIN COMPOSITE

ABSTRACT

The brake pads have been done by using mixture of material : ramie fibers, areca fiber, activated carbon as filler and epoxy resin as matrix through a dry compression moulding technique with variation of composition ramie fibers : areca fibers : activated carbon : epoxy resin 50% : 10% : 10% : 30%, 55% : 10% : 10% : 25%, 60% : 10% : 10% : 20%, 65% : 10% : 10% : 15% and 70% : 10% : 10% : 10%. The sample fabrication was done in two step. The first step, fibers cutted by random of size ±0,5 cm. Then, fibers is mixed with epoxy resin until homogenous about 5 minutes with dry mixing method. Second step, the fibers was homogenized then it moulded with pressure 7 ton with holding time about 10 minutes. The moulded sampel were characterized such as : physical properties (density, porosity and water absorption), mechanical properties (hardness strength and wear rate) and thermal properties melting point by DTA (Differential Thermal Analysis). The characterization result show that the optimum composition of ramie fibers : areca fibers : activated carbon : epoxy resinwas 50% : 10% : 10% : 30%,had the highest density 2,348 x 103 kg/m3, porosity 0,75%, water absorption 0,26%, hardness strength 100,252 x 103N/m, wear rate 9,259 x 10-3 kg/m2. sec and melting point 410oC. The result of ramie fibers and areca fibers composite can applied as replacement brake pads in market.

(9)

DAFTAR ISI

1.4 Tujuan Penelitian 4

1.5 Manfaat Penelitian 5

1.6 Sistematika Penulisan 5

BAB 2. Tinjauan Pustaka 6

2.1 Material Komposit 6

2.2 Ikatan Antar Muka 9

2.3 Material Penyusun Komposit 10

2.3.1 Serat Rami 10

2.3.2 Serat Buah Pinang 13

2.3.3 Resin Epoksi 14

2.3.4 Karbon Aktif 15

2.4 Aplikasi KMP (Komposit Matriks Polimer) 16

2.4.1 Rem 16

2.4.2 Rem Cakram 17

2.4.2.1 Kampas Rem Cakram 18 2.5 Karakterisasi Komposit Matriks Polimer 22

2.5.1 Karakterisasi Sifat Fisis 22

2.5.2 Karakterisasi Sifat Mekanik 24 2.5.3 Karakterisasi Sifat Thermal 25

BAB 3. Metode Penelitian 28

3.1 Tempat Dan Waktu Penelitian 28

3.1.1 Tempat Penelitian 28

3.1.2 Waktu Penelitian 28

3.2 Peralatan dan Bahan 28

3.2.1 Peralatan 28

(10)

3.3 Variabel Penelitian 29

3.4 Prosedur Penelitian 30

3.5 Tahapan Penelitian 31

BAB 4. Hasil dan Pembahasan 32

4.1 Material Komposit Matriks Polimer Sebagai Kanvas Rem 32

4.2 Karakteristik Sifat Fisis Kanvas Rem 32

4.2.1 Densitas (Massa Jenis) 32

4.2.2 Porositas 34

4.2.3 Daya Serap Air 35

4.3 Karakteristik Sifat Mekanik 36

4.3.1 Kekerasan 36

4.3.2 Kekuatan Gesek (Laju Keausan) 37

4.4 Karakteristik Sifat Thermal 38

4.4.1 DTA (Differential Thermal Analysis) 38

BAB 5. Kesimpulan dan Saran 41

5.1 Kesimpulan 41

5.2 Saran 41

Daftar Pustaka 42

Lampiran 45

Lampiran A (Contoh Perhitungan) 45

Lampiran B (Tabel Perhitungan) 48

(11)

DAFTAR TABEL

Nomor Judul Halaman

Tabel

2.1 Kelebihan Dan Kekurangan Dari Bahan Komposit 8 2.2 Perbandingan Sifat Serat Rami Dengan Berbagai Jenis

Serat Lainnya 12

2.3 Sifat Fisik Dan Kimia Serat Rami 13 2.4 SAE (Society of Automotive Engineering) J661 22 3.1 Presentase Komposit yang Diperkuat Serat Rami

dan serat buah pinang dengan perekat resin epoksi

sebagai aplikasi kanvas rem 29

B.1 Data Hasil Pengukuran Densitas Kanvas Rem Berbasis Serat Rami dan Serat Buah Pinang

dengan resin epoksi sebagai perekat 48 B.2 Data Hasil Pengukuran Porositas Kanvas Rem

Berbasis Serat Rami dan Serat Buah Pinang

dengan resin epoksi sebagai perekat 49 B.3 Data Hasil Pengukuran Daya Serap Air Kanvas Rem

dengan resin epoksi sebagai perekat 50 B.4 Data Hasil Pengukuran Kekerasan Kanvas Rem

dengan resin epoksi sebagai perekat 51 B.5 Data Hasil Pengukuran Laju Keausan Kanvas Rem

(12)

DAFTAR GAMBAR

Nomor Judul Halaman

Gambar

2.1 Ilustrasi Komposit Berdasarkan Penguatnya 9

2.2 Bentuk Daun Rami 11

2.3 Bentuk Serat Rami yang Kering 12

2.4 Struktur Ikatan Kimia Resin Epoksi 15

2.5 Kanvas Rem Cakram 19

2.6 Metode Pengujian Kekerasan Brinell 24

2.7 Krusibel DTA 25

2.8 Interprestasi Kurva DTA 26

3.1 Diagram Alir Penelitian 31

4.1 Grafik Hubungan Densitas Dengan Variasi Komposisi

Pada Material Kanvas Rem 33

4.2 Grafik Hubungan Porositas Dengan Variasi Komposisi

Pada Material Kanvas Rem 34

4.3 Grafik Hubungan Daya Serap Air Dengan Variasi

Komposisi Pada Material Kanvas Rem 35 4.4 Grafik Hubungan Kekerasan Dengan Variasi

Komposisi Pada Material Kanvas Rem 36 4.5 Grafik Hubungan Laju Keausan Dengan Variasi

Komposisi Pada Material Kanvas Rem 37 4.6 Grafik DTA Kanvas Rem Pada Komposisi Serat

Rami, Serat Pinang, Karbon Aktif dan Resin Epoksi

50 : 10 : 10 : 30 38

4.7 Grafik DTA Kanvas Rem Pada Komposisi Serat Rami, Serat Pinang, Karbon Aktif dan Resin Epoksi

60 : 10 : 10 : 20 39

4.8 Grafik DTA Kanvas Rem Pada Komposisi Serat Rami, Serat Pinang, Karbon Aktif dan Resin Epoksi

(13)

DAFTAR LAMPIRAN

Nomor Judul Halaman

Tabel

A.1 Perhitungan Sifat Fisis (Densitas, Porositas dan Daya Serap Air) Material Kanvas Rem Berbasis Serat Rami dan Serat Buah Pinang dengan Resin

Epoksi Sebagai Perekat 45

A.2 Perhitungan Sifat Mekanik (Kekerasan dan Laju Keausan) Material Kanvas Rem Berbasis Serat Rami dan Serat Buah Pinang Dengan Resin Epoksi Sebagai

Perekat 46

B.1 Data Hasil Pengukuran Densitas Kanvas Rem Berbasis Serat Rami dan Serat Buah Pinang

dengan resin epoksi sebagai perekat 48 B.2 Data Hasil Pengukuran Porositas Kanvas Rem

dengan resin epoksi sebagai perekat 49 B.3 Data Hasil Pengukuran Daya Serap Air Kanvas Rem

dengan resin epoksi sebagai perekat 50 B.4 Data Hasil Pengukuran Kekerasan Kanvas Rem

dengan resin epoksi sebagai perekat 51 B.5 Data Hasil Pengukuran Laju Keausan Kanvas Rem