commit to user
PEMANFAATAN SERBUK TONGKOL JAGUNG
SEBAGAI ALTERNATIF BAHAN FRIKSI
KAMPAS REM NON-ASBESTOS SEPEDA MOTOR
SKRIPSI
Oleh :
FUAD DWI FITRIANTO
K2508098
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
commit to user
ii
PERNYATAAN KEASLIAN TULISAN
Saya yang bertanda tangan di bawah ini :
Nama : Fuad Dwi Fitrianto
NIM : K2508098
Jurusan/Program Studi : PTK/Pendidikan Teknik Mesin
menyatakan bahwa skripsi saya berjudul “PEMANFAATAN SERBUK
TONGKOL JAGUNG SEBAGAI ALTERNATIF BAHAN FRIKSI
KAMPAS REM NON-ASBESTOS SEPEDA MOTOR” ini benar-benar
merupakan hasil karya saya sendiri. Selain itu, sumber informasi yang dikutip dari
penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam daftar pustaka.
Apabila pada kemudian hari terbukti atau dapat dibuktikan skripsi ini jiplakan,
saya bersedia menerima sanksi atas perbuatan saya.
Surakarta, Desember 2012
Yang membuat pernyataan,
commit to user
iii
PEMANFAATAN SERBUK TONGKOL JAGUNG
SEBAGAI ALTERNATIF BAHAN FRIKSI
KAMPAS REM NON-ASBESTOS SEPEDA MOTOR
Oleh :
FUAD DWI FITRIANTO
K2508098
Skripsi
Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan mendapatkan gelar
Sarjana Pendidikan Program Studi Pendidikan Teknik Mesin,
Jurusan Pendidikan Teknik dan Kejuruan
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN
UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA
commit to user
iv
PERSETUJUAN
Skripsi ini telah disetujui untuk dipertahankan di hadapan Tim Penguji
Skripsi Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret
Surakarta.
commit to user
v
PENGESAHAN
Skripsi ini telah disetujui untuk dipertahankan di hadapan Tim Penguji
Skripsi Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret
Surakarta dan diterima untuk memenuhi salah satu persyaratan mendapatkan gelar
Sarjana Pendidikan.
Hari : Rabu
Tanggal : 19 Desember 2012
Tim Penguji Skripsi
Nama Terang Tanda Tangan
Ketua : Drs. Ranto HS, M.T.
Sekretaris : Danar Susilo Wijayanto, S.T., M.Eng
Anggota I : Yuyun Estriyanto, ST., M.T.
commit to user
vi ABSTRAK
Fuad Dwi Fitrianto. PEMANFAATAN SERBUK TONGKOL JAGUNG SEBAGAI ALTERNATIF BAHAN FRIKSI KAMPAS REM NON-ASBESTOS SEPEDA MOTOR. Skripsi, Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret Surakarta. Desember 2012.
Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh variasi komposisi bahan serbuk tongkol jagung, serbuk kuningan, MgO dan resin polyester terhadap nilai kekerasan dan nilai keausan. Selain itu juga untuk mengetahui variasi komposisi bahan kampas rem yang paling optimal yang mendekati nilai standar kampas rem merk Indoparts.
Penelitian ini merupakan penelitian eksperimen dan anilisis data menggunakan teknik analisis deskriptif. Penelitian dan pengujian yang dilakukan terdiri dari beberapa tahap, di antaranya pembuatan spesimen (pencampuran bahan, proses kompaksi, proses sintering), pengambilan foto makro, pengujian kekerasan Brinell dan pengujian keausan Ogoshi.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa semakin besar persentase komposisi serbuk tongkol jagung dan semakin kecil persentase serbuk kuningan, maka nilai kekerasan semakin kecil dan nilai keausan semakin besar. Hal ini disebabkan karena sifat serbuk tongkol jagung lebih lunak daripada serbuk kuningan. Komposisi yang paling optimal yang mendekati nilai standar kampas rem merk Indopart dengan nilai kekerasan 18,5 kg/mm2 dan nilai keausan 0,87 × 10-8 mm2/kg adalah pada komposisi 30% serbuk tongkol jagung, 30% serbuk kuningan, 20% MgO dan 20% resin. Pada komposisi tersebut menghasilkan nilai kekerasan sebesar 17,1 kg/mm2 dan nilai keausan sebesar 0,80 × 10-8 mm2/kg. Hasil penelitian menunjukkan bahwa variasi komposisi bahan penyusun mempunyai pengaruh terhadap nilai kekerasan dan nilai keausan. Komposisi bahan kampas rem yang mendekati nilai standar kekerasan dan nilai standar keausan dapat diaplikasikan di sepeda motor.
commit to user
vii
ABSTRACT
Fuad Dwi Fitrianto. UTILIZATION OF CORNCOBS POWDER AS
ALTERNATIVE FRICTION MATERIAL OF MOTORCYCLE’S NON-ASBESTOS BRAKE LINING. Thesis/Essay. Faculty of Teaching and Science Education, Sebelas Maret University of Surakarta. December 2012.
The purpose of this research are to know the effect of variations material composition of corncobs powder, brass powder, MgO and polyester resin for hardness value and wear value. Beside thatto know the variation of brake lining material composition which the most optimal and approximate standart of value Indopart brake lining.
This research is an experimental research and analysis data which used descriptive analysis techniques. The research and testing which have been done consist of several steps, including the manufacture of specimens (mixing of materials, compaction process, sintering process), taking macro photo, Brinell of hardness testing and Ogoshi of wear testing.
The result of research indicate that if composition percentage of corncobs powder more than brass powder percentage it cause hardness value smaller and wear value greater. This is because the nature of corncobs powder is softer than brass powder. The most optimal composition that approaches the standard of Indopart brake lining is with 18.5 kg/mm2 of hardness value and 0.87 × 10-8 mm2/kg of wear value is at 30% composition of corncobs powder, 30% of brass powder, 20% of MgO and 20% of resin. In that composition produce 17.1 kg/mm2 of hardness value and 0.80 × 10-8 mm2/kg of wear value. The results of research indicate that variations in the composition of constituent material have an influence on hardness value and wear value. Brake lining material composition which approximate standart of hardness value and wear value can applyingin the motorcycle’s.
commit to user
viii MOTTO
“Bahwa tiada yang orang dapatkan, kecuali yang ia usahakan, Dan bahwa
usahanya akan kelihatan nantinya“
(Q.S. An Najm ayat 39-40)
“Sesungguhnya Allah tidak akan mengubah nasib suatu kaum, sehingga mereka
mengubah keadaan yang ada pada diri mereka sendiri”
(Q.S. Ar Ro’du ayat 11)
“Tak ada yang dapat menolong selain Yang Disana, dan tak ada yang dapat
membantu selain Yang Disana, Dialah Tuhan”
(Ebiet G. Ade)
“Menjadi sukses itu bukanlah suatu kewajiban, tetapi berjuang untuk menjadi
sukses adalah suatu kewajiban”
(Fuad Dwi Fitrianto)
“Kebenaran hari ini belum tentu kebenaran hari esok, begitu juga kesalahan hari
ini belum tentu kesalahan hari esok”
commit to user
ix
PERSEMBAHAN
Teriring syukurku pada-Mu, kupersembahkan karya ini untuk :
“Bapak dan Ibu Tercinta”
Terimakasih atas segala do’a restu, dan kasih sayang serta dukungan baik moril
maupun materiil yang tiada henti mengalir di berikan kepadaku selama ini.
Ibu bapak kalian yang terbaik, kalian yang selalu ada di hatiku dan kalian adalah
segalanya.
“Kakakku Tercinta”
Terimaksih atas doa, dukungan, semangat serta perhatiannya kepadaku.
Terimakasih selama ini selalu membimbingku dalam hal kebaikan dan
mengingatkanku dalam hal keburukan.
“Rina Mayasari”
Terimakasih atas semangat, motivasi dan perhatian yang selalu kau berikan.
“Teman – teman Seperjuangan”
Santoso, Prisma Endik dan Dian Saprol, terimakasih atas semangat, perjuangan
dan kerjasama serta kebersamaan kita.
“Teman – teman Pendidikan Teknik Mesin ‘08”
commit to user
x
KATA PENGANTAR
Segala puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas
limpahan rohmat, taufik, hidayah, dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat
menyelesaikan skripsi ini. Skripsi ini berjudul ”PEMANFAATAN SERBUK
TONGKOL JAGUNG SEBAGAI ALTERNATIF BAHAN FRIKSI
KAMPAS REM NON-ASBESTOS SEPEDA MOTOR”.
Skripsi ini disusun untuk memenuhi sebagian dari persyaratan dalam
mendapatkan gelar Sarjana Pendidikan pada Program Pendidikan Teknik Mesin
Jurusan Pendidikan Teknik dan Kejuruan, Fakultas Keguruan dan Ilmu
Pendidikan, Universitas Sebelas Maret, Surakarta. Skripsi ini dapat diselesaikan
tidak lepas dari berbagai pihak, oleh karena itu penulis mengucapkan terimakasih
kepada yang terhormat:
1. Dekan Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret
yang telah memberikan ijin menyusun skripsi.
2. Ketua Jurusan Pendidikan Teknik dan Kejuruan FKIP UNS yang telah
memberikan persetujuan atas permohonan penyusunan skripsi.
3. Ketua Program Studi Pendidikan Teknik Mesin JPTK FKIP UNS yang telah
memberikan persetujuan atas permohonan penyusunan skripsi.
4. Drs. Ranto HS, M.T. selaku Pembimbing Akademik.
5. Yuyun Estriyanto, S.T., M.T. selaku Dosen Pembimbing I, yang selalu
memberikan motivasi dan bimbingan dengan penuh kesabaran.
6. Budi Harjanto, S.T., M.Eng. selaku Dosen Pembimbing II, yang selalu
memberikan motivasi dan bimbingan dengan penuh kesabaran.
7. Sukatiman, S.T., M.Si. selaku Kepala Laboratorium Bangunan, Program
Studi Pendidikan Teknik Bangunan, Jurusan Pendidikan Teknik dan
Kejuruan, Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan, Universitas Sebelas
Maret Surakarta yang telah memberikan ijin tempat untuk penelitian.
8. Sriyanta, S.T. selaku staff Laboratorium Bahan Teknik, Jurusan Teknik
Mesin dan Industri, Fakultas Teknik, Universitas Gadjah Mada Yogyakarta
commit to user
xi
9. Lilik Dwi Setyana, S.T., M.T. selaku staff Laboratorium Bahan Teknik,
Program Diploma Teknik Mesin, Sekolah Vokasi, Universitas Gadjah Mada
Yogyakarta yang telah mendampingi pengujian dalam penelitian ini.
10. Maruto, S.T. selaku staff Laboratorium Material, Jurusan Teknik Mesin,
Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret Surakarta yang telah
mendampingi pengujian dalam penelitian ini.
11. Teman-teman seperjuangan PTM ’08 terimakasih atas kerjasama dan
bantuannya.
12. Semua pihak yang penulis tidak bisa sebutkan satu persatu.
Penulis menyadari sepenuhnya bahwa skripsi ini masih banyak
kekurangan. Sehingga penulis mengharapkan kritik dan saran yang sifatnya
membangun dari semua pihak. Apabila dalam pelaksanaan penelitian dan
penyusunan skripsi ini terdapat kesalahan dan hal yang tidak berkenan, penulis
sampaikan mohon maaf yang sebesar-besarnya.
Surakarta, Desember 2012
commit to user
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
commit to user
xiv
DAFTAR PUSTAKA 67
commit to user
xv
DAFTAR TABEL
Tabel Halaman
2.1. Spesifikasi Resin Unsaturated Polyester Yukalac BQTN 157 24
2.2. Variasi Perbandingan Fraksi Berat Bahan 36
4.1. Hasil Pengujian Kekerasan Brinell Spesimen Kampas Rem 55
4.2. Hasil Pengujian Kekerasan Brinell Kampas Rem Merk Indoparts 55
4.3. Hasil Pengujian Keausan Ogoshi Spesimen Kampas Rem 57
4.4. Hasil Pengujian Keausan Ogoshi Kampas Rem Merk Indoparts 57
commit to user
3.5. Alat Uji Keausan Ogoshi High Speed Universal Wear Testing
commit to user
xvii
4.2. Foto Makro Spesimen Kampas Rem 53
4.3. Foto Makro Kampas Rem Merk Indoparts 54
4.4. Grafik Pengaruh Variasi Komposisi Bahan Kampas Rem
terhadap Kekerasan 61
4.5. Grafik Pengaruh Variasi Komposisi Bahan Kampas Rem
terhadap Keausan 62
commit to user
xviii
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran Halaman
1. Tabel Nomor Kekerasan Brinell 70
2. Data Hasil Pengujian Kekerasan Brinell 78
3. Data Hasil Pengujian Keausan Ogoshi 79
4. Daftar Kegiatan Seminar Proposal Skripsi 80
5. Surat Permohonan Ijin Menyusun Skripsi 82
6. Surat Keputusan Dekan FKIP UNS 83
7. Surat Permohonan Ijin Reserch kepada Rektor UNS 84
8. Surat Permohonan Ijin Penelitian di Laboratorium Bangunan
Pendidikan Teknik Bangunan UNS 85
9. Surat Permohonan Ijin Penelitian di Laboratorium Bahan Teknik,
Jurusan Teknik Mesin dan Industri UGM 86
10. Surat Permohonan Ijin Penelitian di Laboratorium Bahan Teknik
Program Diploma Teknik Mesin UGM 87
11. Surat Permohonan Ijin Penelitian di Laboratorium Material
Teknik Mesin UNS 88
12. Surat Keterangan Pelaksanaan Penelitian di Laboratorium Bangunan,
Program Studi Pendidikan Teknik Bangunan UNS 89
13. Surat Keterangan Pelaksanaan Pengujian di Laboratorium Material
Teknik Mesin UNS 90
14. Surat Keterangan Hasil Pengujian Kekerasan Brinell 91
15. Surat Keterangan Pelaksanaan Pengujian di Laboratorium
Bahan Teknik Jurusan Teknik Mesin dan Industri UGM 92
16. Surat Keterangan Pelaksanaan Pengujian di Laboratorium Bahan
Teknik, Program Diploma Teknik Mesin UGM 93
commit to user
BAB IPENDAHULUAN
A. Latar Belakang Masalah
Perkembangan teknologi di berbagai bidang sangat pesat terutama dalam
bidang otomotif, para produsen perakitan sepeda motor mengembangkan
kemampuan performa mesin dan teknologi yang mendukungnya kian pesat. Saat
ini perkembangan tersebut sangat signifikan dalam hal aerodinamika dan
performa mesin dengan meningkatkan tenaga yang dihasilkan.
Dengan berkembangnya performa kendaraan saat ini dibutuhkan sistem
pengereman yang efektif dan juga sebagai safety dalam berkendaraan. Sistem
pengereman yang baik harus dapat menunjang daya dan kecepatan pada
kendaraan tersebut dimana bagian terpenting dari sistem pengereman adalah
kampas rem, yaitu media yang bekerja untuk memperlambat atau mengurangi laju
kendaraan. Untuk mendapatkan pengereman yang maksimal maka dibutuhkan
kampas rem dengan kemampuan pengereman yang baik dan efisien, dimana
efisiensi dari rem sangat dipengaruhi oleh besarnya koefisien gesek kampas rem.
Kualitas kampas rem dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu komposisi
bahan, jenis bahan dan kekerasan. Kampas rem yang terlalu keras menyebabkan
umur drum atau cakram menjadi pendek, apabila terlalu lunak maka umur kampas
rem akan lebih pendek (Imam Setiyanto, 2009).
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 renewable atau 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.
Penggunaan bahan baku bukan asbes yang bersifat lebih ramah
lingkungan, memiliki daya cengkram kuat pada suhu pengereman di atas 300o C
dan faktor keamanan yang lebih baik. Pertimbangan kampas rem berjenis
non-asbestos yang lebih menguntungkan berbagai faktor maka saatnya mulai
2
dikembangkan dan disosialisasikan untuk mengurangi pemakaian bahan berbasis
asbestos yang lebih banyak berdampak negatif bagi pemakai serta tidak ramah
lingkungan.
Kampas rem yang terbuat dari bahan non-asbestos biasanya terdiri dari 4
s/d 5 macam fiber di antaranya kevlar, steel fiber, rock wool, cellulose dan
carbon fiber yang memiliki serat panjang sedangkan kampas rem dari bahan
asbestos hanya memiliki 1 jenis fiber yaitu asbes yang merupakan komponen
yang menimbulkan karsinogenik. Akibat dari perbedaan ini makanya kampas rem
yang mengandung asbestos memiliki kelemahan dalam kondisi basah, karena
asbestos hanya terdiri dari 1 jenis fiber, ketika kondisi basah bahan tersebut akan
mengalami efek licin seperti menggesekkan jari di atas kaca basah (licin/tidak
pakem).
Bilamana bahan menggunakan kampas rem non-asbestos yang memiliki
beberapa jenis fiber maka efek licin tersebut dapat teratasi. Mengingat kampas
rem asbestos hanya menggunakan bahan mentah maksimal 6 jenis material dan
non-asbestos menggunakan lebih dari 12 jenis material, maka asbestos hanya bisa
bertahan sampai dengan suhu 200oC sedang non-asbestos bertahan sampai 360oC,
hal ini berarti bahwa rem asbestos akan blong (fading) pada temperatur 250oC
sedang non-asbestos cenderung stabil (tidak blong) (Wawan KH dan Arief TW,
2009).
Desi Kiswiranti (2007) menyatakan bahwa secara umum bahan friksi
kampas rem memiliki tiga penyusun bahan yaitu bahan pengikat, bahan serat dan
bahan pengisi. Bahan pengikat terdiri dari berbagai resin diantaranya phenolic,
epoxi, polyester, silicone dan rubber. Resin tersebut berfungsi untuk pengikat
berbagai zat penyusun didalam friksi. Bahan pengikat dapat membentuk sebuah
matriks pada suhu yang relatif stabil. Serat berfungsi untuk meningkatkan
koefisien gesek dan meningkatkan kekuatan mekanik bahan. Serat terdiri dari
serat buatan dan alami. Serat buatan misalnya nilon, Cu-Zn, Al, karbon, rock wool
dan serat gelas. Serat alami yang sering dipakai sebagai penguat yaitu serat yang
commit to user
tongkol jagung dan masih banyak yang lainnya. Serat tersebut dapat dimanfaatkan
sebagai bahan dalam pembuatan kampas rem non-asbestos.
Sesuai dengan pernyataan Desi Kiswiranti (mengutip simpulan
Robinson, J.W. et al, 1990) bahwa untuk memodifikasi tingkat friksi dan
membersihkan permukaan rotor ditambahkan bahan abrasif misalnya Al2O3, SiO2,
MgO, Fe3O4, Cr2O3, SiC, ZrSiO4 dan kianit/Al2SiO. Abrasif ini juga digunakan
untuk mengontrol kecepatan wear dan menstabilkan koefisien gesek, sedangkan
bahan pengisi digunakan untuk meningkatkan proses produksi dan bertindak
sebagai minyak pelumas. Bahan pengisi ini terdiri dari dua jenis yaitu bahan
pengisi organik dan anorganik. Bahan pengisi organik misalnya CNSL (Cashew
Nut Shell Liquid/Oil), dust dan rubber crumb (remah karet). Bahan pengisi
anorganik misalnya vermiculite, BaSO4, CaCO, Ca(OH)2 dan MgO (2007).
Bahan friksi pada komponen kampas rem sepeda motor merupakan
bahan habis setelah dipakai. Maka dari itu dalam pembuatan kampas rem, bahan
yang digunakan harus selalu tersedia secara terus menerus dan tidak akan punah.
Kita tahu negara Indonesia merupakan negara agraris dengan banyak berbagai
tanaman, salah satunya jagung. Jagung banyak dimanfaatkan bagi kehidupan
manusia, begitu juga dengan limbahnya yaitu tongkol, batang serta daunnya.
Pemanfaatan tongkol jagung masih sangat terbatas. Kebanyakan limbah tongkol
jagung hanya digunakan untuk bahan tambahan makanan ternak, atau hanya
digunakan sebagai bahan bakar setelah melalui proses pengeringan, misalnya
dengan penjemuran di bawah matahari. Untuk menghasilkan energi yang lebih
efisien, tongkol jagung dapat dibuat menjadi arang terlebih dahulu, dapat pula
dibuat menjadi briket dengan mencampur bahan lain, misalnya sampah plastik dan
lumpur.
Sebuah perusahaan di Iowa, AS berhasil memanfaatkan tongkol jagung
sebagai berbagai produk yang ramah lingkungan. Tongkol memiliki sifat-sifat
seperti salah satu bagiannya keras dan sebagian bersifat menyerap (absorbent),
juga sifat-sifat yang merupakan gabungan beberapa sifat, seperti: tidak terjadi
4
dan ringan (Teguh Wikan W, dkk., 2007). Tongkol jagung merupakan salah satu
bahan yang ideal untuk pembuatan kampas rem.
Adapun penelitian ini dianggap perlu dilakukakan untuk mencari bahan
kampas rem yang bukan saja unggul dalam sifat-sifat mekanik tetapi juga optimal
dalam aplikasinya serta memanfaatkan material limbah dalam jumlah cukup
besar. Selain itu juga untuk mengetahui komposisi bahan penyusun yang
digunakan. Dengan latar belakang inilah maka penulis mengadakan penelitian
dengan mengambil judul :
“PEMANFAATAN SERBUK TONGKOL JAGUNG SEBAGAI
ALTERNATIF BAHAN FRIKSI KAMPAS NON-ASBESTOS SEPEDA MOTOR.”
B. Identifikasi Masalah
Berdasarkan latar belakang masalah yang telah dikemukakan di atas,
maka didapatkan beberapa permasalahan. Untuk itu perlu suatu identifikasi
terhadap permasalahan yang ada sebagai berikut:
1. Kampas rem asbestos lebih banyak berdampak negatif dan tidak ramah
lingkungan.
2. Dibutuhkan suatu inovasi dalam pembuatan kampas rem non-asbestos.
3. Pemanfaatan limbah tongkol jagung yang kurang optimal, sehingga perlu
dikembangkan terutama untuk material komposit.
C. Pembatasan Masalah
Agar permasalahan yang dibahas tidak melebar, maka perlu diadakan
pembatasan masalah sebagai berikut:
1. Bahan kampas rem yang digunakan adalah serbuk tongkol jagung, serbuk
kuningan (Cu-Zn), magnesium oksida (MgO), resin polyester.
2. Proses pembuatan kampas rem menggunakan tekanan kompaksi hidrolis
dengan beban 2 ton atau 2000 kg dengan waktu kompaksi 15 menit, dan
disinterring dengan suhu 200oC selama 30 menit.
commit to user
a. Pengujian keausan gesek yang diteliti adalah koefisien gesek (aus)
menggunakan metode pengujian ogoshi.
b. Pengujian kekerasan yang diuji adalah kekerasan kampas rem dengan
metode pengujian kekerasan brinel).
D. Perumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang dan identifikasi masalah tersebut di atas,
maka dapat dirumuskan permasalahan sebagai berikut:
1. Adakah pengaruh variasi komposisi bahan serbuk tongkol jagung, MgO,
serbuk kuningan dan resin polyester terhadap nilai kekerasan dan nilai
keausan?
2. Manakah variasi komposisi campuran bahan serbuk tongkol jagung, MgO,
serbuk kuningan dan resin polyester yang paling optimal yang mendekati
nilai standar kampas rem?
E. Tujuan Penelitian
Suatu penelitian akan lebih mudah apabila mempunyai tujuan yang jelas.
Tujuan yang ingin dicapai pada penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Mengetahui pengaruh variasi komposisi bahan serbuk tongkol jagung, MgO,
serbuk kuningan dan resin polyester terhadap nilai kekerasan dan nilai
keausan.
2. Mengetahui variasi komposisi campuran bahan serbuk tongkol jagung, MgO,
serbuk kuningan dan resin polyester yang paling optimal yang mendekati
6
F. Manfaat Penelitian
Hasil penilitian ini diharapkan akan mempunyai manfaat dan berguna bagi
peneliti dan pihak lain yang berkepentingan. Manfaat yang ingin dicapai dalam
penelitian ini adalah :
1. Manfaat Teoritis
a. Menambah khasanah ilmu pengetahuan khususnya bidang studi teknik
mesin yang berkaitan dengan penelitian ini.
b. Sebagai referensi bagi pihak lain yang mengadakan penelitian sejenis.
c. Membangkitkan minat mahasiswa untuk melanjutkan penelitian tentang
komposit.
2. Manfaat Praktis
a. Memberikan alternatif solusi untuk memanfaatkan limbah tongkol jagung.
b. Dapat digunakan sebagai acuan bagi masyarakat dalam upaya
commit to user
BAB IIKAJIAN TEORI
A. Tinjauan Pustaka
1. Dasar – dasar Komposit
a. Pengertian Komposit
Menurut Pratama (2011) material komposit adalah material yang
terbuat dari dua bahan atau lebih yang tetap terpisah dan berbeda dalam
level makroskopik selagi membentuk komponen tunggal. Composite berasal
dari 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 digabung atau
dicampur secara makroskopis. Pada umumnya bentuk dasar suatu bahan
komposit adalah tunggal dimana merupakan susunan dari paling tidak
terdapat dua unsur yang bekerja bersama untuk menghasilkan sifat-sifat
bahan yang berbeda terhadap sifat-sifat unsur bahan penyusunnya.
Material komposit terdiri dari lebih dari satu tipe material dan
dirancang untuk mendapatkan kombinasi karakteristik terbaik dari setiap
komponen penyusunnya. Bahan komposit memiliki banyak keunggulan,
diantaranya berat yang lebih ringan, kekuatan dan ketahanan yang lebih
tinggi, tahan korosi dan ketahanan aus.
Dapat disimpulkan bahwa bahan komposit (atau komposit) adalah
suatu jenis bahan baru hasil rekayasa yang terdiri dari dua atau lebih bahan
dimana sifat masing-masing bahan berbeda satu sama lainnya baik itu sifat
kimia maupun fisika dan tetap terpisah dalam hasil akhir bahan tersebut
(bahan komposit). Jika perpaduan ini terjadi dalam skala makroskopis, maka
disebut sebagai komposit. Jika perpaduan ini bersifat mikroskopis
(molekular level), maka disebut sebagai alloy (paduan).
8
b.Tujuan Dibentuknya Komposit
Berikut ini adalah tujuan dari dibentuknya komposit, yaitu :
1) Memperbaiki sifat mekanik dan sifat spesifik tertentu.
2) Mempermudah design yang sulit pada manufaktur.
3) Keleluasaan dalam bentuk/design yang dapat menghemat biaya.
4) Menjadikan bahan lebih ringan.
c. Bagian-Bagian Utama dari Komposit
1) Serat
Serat berperan sebagai penyangga kekuatan dari struktur
komposit, beban yang awalnya diterima oleh matriks kemudian
diteruskan ke serat oleh karena itu serat harus mempunyai kekuatan tarik
dan elastisitas yang lebih tinggi daripada matriks. Serat secara umum
terdiri dari dua jenis yaitu serat alam dan serat sintetis.
Serat alam adalah serat yang dapat langsung diperoleh dari
alam. Biasanya berupa serat yang dapat langsung diperoleh dari
tumbuh-tumbuhan dan binatang. Serat ini telah banyak digunakan oleh manusia
di antaranya kapas, wol, sutera, pelepah pisang, sabut kelapa, ijuk,
bambu, nanas dan kenaf atau goni. Keunggulan serat alam sebagai filler
komposit dibandingkan dengan serat sintetis sudah dapat diterima dan
mendapat perhatian khusus dari para ahli material di dunia. Keunggulan
tersebut antara lain densitas rendah, harga lebih murah, ramah
lingkungan, dan tidak beracun. Serat alam memiliki kelemahan yaitu
ukuran serat yang tidak seragam, kekuatan serat sangat dipengaruhi oleh
usia.
Serat sintetis adalah serat yang dibuat dari bahan-bahan
anorganik dengan komposisi kimia tertentu. Serat sintetis mempunyai
beberapa kelebihan yaitu sifat dan ukurannya yang relatif seragam,
kekuatan serat dapat diupayakan sama sepanjang serat. Serat sintetis
yang telah banyak digunakan antara lain serat gelas, serat karbon,
commit to user
2) MatriksMatriks adalah fasa dalam komposit yang mempunyai bagian
atau fraksi volume terbesar (dominan). Matriks mempunyai beberapa
fungsi yaitu mentransfer tegangan ke serat, membentuk ikatan koheren,
permukaan matriks/serat, melindungi serat, memisahkan serat, melepas
ikatan dan tetap stabil setelah proses manufaktur.
Menurut Gibson (1994), bahwa matriks dalam struktur komposit
dapat berasal dari bahan polimer, logam, maupun keramik. Syarat utama
yang harus dimiliki oleh bahan matriks adalah bahan matriks tersebut
harus dapat meneruskan beban, sehingga serat harus bisa melekat pada
matriks dan kompatibel antara serat dan matriks. Umumnya matriks
yang dipilih adalah matriks yang memiliki ketahanan panas yang tinggi.
Matriks sebagai pengisi ruang komposit memegang peranan
penting dalam mentransfer tegangan, melindungi serat dari lingkungan
dan menjaga permukaan serat dari pengikisan. Matriks harus memiliki
kompatibilitas yang baik dengan serat. Gibson (1994) menyatakan
bahwa matriks dalam struktur komposit bisa berasal dari bahan polimer,
logam, maupun keramik. Matriks secara umum berfungsi untuk
mengikat serat menjadi satu struktur komposit. Matriks memiliki fungsi:
a) Mengikat serat menjadi satu kesatuan struktur.
b) Melindungi serat dari kerusakan akibat kondisi lingkungan.
c) Mentransfer dan mendistribusikan beban ke filler.
d) Menyumbangkan beberapa sifat seperti: kekakuan, ketangguhan,
dan tahanan listrik.
Dalam proses pembuatan material komposit, matriks harus
memiliki kemampuan meregang yang lebih tinggi dibandingkan dengan
serat. Apabila tidak demikian, maka material komposit tersebut akan
mengalami patah pada bagian matriksnya terlebih dahulu. Akan tetapi
apabila hal itu dipenuhi, maka material komposit tersebut akan patah
10
Berdasarkan bahan penyusunnya matriks terbagi atas matriks
organik dan inorganik. Matriks organik adalah matriks yang terbuat dari
bahan-bahan organik. Matriks ini banyak digunakan karena proses
penggunaannya menjadi komposit cepat dan mudah serta dengan biaya
yang rendah. Salah satu contoh matriks organik adalah resin polyester.
Matriks inorganik adalah matriks yang terbentuk dari bahan logam yang
pada umumnya memiliki berat dan kekuatan tinggi.
d.Jenis-jenis Komposit
1) Menurut Struktur dari Penyusunnya
Menurut Yanu Rianto (mengutip buku Schwartz, 1984)
komposit dibedakan menjadi 5 kelompok menurut bentuk struktur dari
penyusunnya (2011), yaitu:
a) Komposit Serat (Fiber Composite)
Komposit serat merupakan jenis komposit yang
menggunakan serat sebagai bahan penguatnya. Dalam pembuatan
komposit, serat dapat diatur memanjang (unidirectional composites)
atau dapat dipotong kemudian disusun secara acak (random fibers)
serta juga dapat dianyam (cross-ply laminate). Komposit serat sering
digunakan dalam industri otomotif dan pesawat terbang.
a. unidirectional fiber composite b. random fiber composite
commit to user
b) Komposit Serpih (Flake Composite)Flake Composites adalah komposit dengan penambahan
material berupa serpih kedalam matrikssnya. Flake dapat berupa
serpihan mika, glass dan metal.
Gambar 2.2. Komposit Serpih (Sumber: Yanu Rianto, 2011)
c) Komposit Butir (Particulate Composite)
Particulate composites adalah salah satu jenis komposit di
mana dalam matriks ditambahkan material lain berupa serbuk/butir.
Perbedaan dengan flake dan fiber composites terletak pada distribusi
dari material penambahnya. Dalam particulate composites, material
penambah terdistribusi secara acak atau kurang terkontrol daripada
flake composites.
12
d) Komposit Isian (Filled Composite)
Filled composites adalah komposit dengan penambahan
material ke dalam matrikss dengan struktur tiga dimensi dan
biasanya filler juga dalam bentuk tiga dimensi.
Gambar 2.4. Filled (Skeletal) Composites
(Sumber: Yanu Rianto, 2011)
e) Komposit Lapisan (Laminar Composite)
Laminar composites adalah komposit dengan susunan dua
atau lebih layer, dimana masing – masing layer dapat berbeda –
beda dalam hal material, bentuk, dan orientasi penguatannya.
Gambar 2.5. Laminar Composites (Sumber: Yanu Rianto, 2011)
2) Berdasarkan Matriksnya
Berdasarkan bentuk dari matriksnya komposit dapat dibedakan
commit to user
a) Komposit Matriks Polimer (Polymer Matrix Composites – PMC)
Komposit jenis ini terdiri dari polimer sebagai matriks baik
itu thermoplastic maupun jenis thermosetting. Thermoplastic adalah
plastik yang dapat dilunakkan berulang kali (recycle) dengan
menggunakan panas. Thermoplastic merupakan polimer yang akan
menjadi keras apabila didinginkan. Thermoplastic akan meleleh
pada suhu tertentu, serta melekat mengikuti perubahan suhu dan
mempunyai sifat dapat kembali (reversibel) kepada sifat aslinya,
yaitu kembali mengeras bila didinginkan. Thermoplastic yang lazim
dipergunakan sebagai matriks misalnya polyolefin (polyethylene,
polypropylene), vinylic (polyvinylchloride, polystyrene,
polytetrafluorethylene), nylon, polyacetal, polycarbonate, dan
polyfenylene.
Thermosets tidak dapat mengikuti perubahan suhu
(irreversibel). Bila sekali pengerasan telah terjadi maka bahan tidak
dapat dilunakkan kembali. Pemanasan yang tinggi tidak akan
melunakkan termoset melainkan akan membentuk arang dan terurai
karena sifatnya yang demikian sering digunakan sebagai tutup ketel,
seperti jenis-jenis melamin. Thermosets yang banyak digunakan
saat ini adalah epoxy dan polyester tak jenuh. Resin polyester tak
jenuh adalah matriks thermosetting yang paling banyak dipakai
untuk pembuatan komposit. Resin jenis ini digunakan pada proses
pembuatan dengan metode hand lay-up.
b) Komposit Matriks Logam (Metal Matrix Composites – MMC)
Metal Matrix composites adalah salah satu jenis komposit
yang memiliki matriks logam. Komposit ini menggunakan suatu
logam seperti alumunium sebagai matriks dan penguatnya dengan
serat seperti silikon karbida. Material MMC mulai dikembangkan
sejak tahun 1996. Komposit MMC berkembang pada industri
otomotif digunakan sebagai bahan untuk pembuatan komponen
14
c) Komposit Matriks Keramik (Ceramic Matrix Composites – CMC)
CMC merupakan material 2 fasa dengan 1 fasa berfungsi
sebagai reinforcement dan 1 fasa sebagai matriks, dimana
matriksnya terbuat dari keramik. Reinforcement yang umum
digunakan pada CMC adalah oksida, carbide, dan nitrid. Salah satu
proses pembuatan dari CMC yaitu dengan proses DIMOX, yaitu
proses pembentukan komposit dengan reaksi oksidasi leburan
logam untuk pertumbuhan matriks keramik di sekeliling daerah
filler (penguat).
3) Berdasarkan Strukturnya
a) Struktur Laminate
Laminate adalah gabungan dari dua atau lebih lamina (satu
lembar komposit dengan arah serat tertentu) yang membentuk
elemen struktur secara integral pada komposit. Proses pembentukan
lamina ini menjadi laminate dinamakan proses laminai. Sebagai
elemen sebuah struktur, lamina yang serat penguatnya searah saja
(unidirectional lamina) pada umumnya tidak menguntungkan karena
memiliki sifat yang buruk. Untuk itulah struktur komposit dibuat
dalam bentuk laminate yang terdiri dari beberapa macam lamina
atau lapisan yang diorientasikan dalam arah yang diinginkan dan
digabungkan bersama sebagai sebuah unit struktur.
b) Struktur Sandwich
Komposit sandwich merupakan salah satu jenis komposit
struktur yang sangat potensial untuk dikembangkan. Komposit
sandwich merupakan komposit yang tersusun dari 3 lapisan yang
terdiri dari flat composite (metal sheet) sebagai kulit permukaan
(skin) serta meterial inti (core) di bagian tengahnya (berada di
antaranya). Komposit sandwich dibuat dengan tujuan untuk efisiensi
commit to user
tinggi. Sehinggga untuk mendapatkan karakteristik tersebut, pada
bagian tengah diantara kedua skin dipasang core.
Komposit sandwich merupakan jenis komposit yang sangat
cocok untuk menahan beban lentur, impak, meredam getaran dan
suara. Komposit sandwich dibuat untuk mendapatkan struktur yang
ringan tetapi mempunyai kekakuan dan kekuatan yang tinggi.
Biasanya pemilihan bahan untuk komposit sandwich, syaratnya
adalah ringan, tahan panas dan korosi, serta harga juga
dipertimbangkan. Dengan menggunakan material inti yang sangat
ringan, maka akan dihasilkan komposit yang mempunyai sifat kuat,
ringan, dan kaku. Komposit sandwich dapat diaplikasikan sebagai
struktural maupun non-struktural bagian internal dan eksternal pada
kereta, bus, truk, dan jenis kendaraan yang lainnya.
e. Kelebihan Bahan Komposit
Bahan komposit mempunyai beberapa kelebihan berbanding
dengan bahan konvensional seperti logam. Kelebihan tersebut dapat dilihat
dari beberapa sudut yang penting, seperti sifat mekanikal dan fisikal serta
biaya.
1) Sifat-Sifat Mekanikal dan Fisikal
Pada umumnya pemilihan bahan matriks dan serat memainkan
peranan penting dalam menentukan sifat-sifat mekanik dan sifat
komposit. Gabungan matriks dan serta dapat menghasilkan komposit
yang mempunyai kekuatan dan kekakuan yang lebih tinggi dari bahan
konvensional seperti keluli.
a) Bahan komposit mempunyai density yang jauh lebih rendah
berbanding dengan bahan konvensional. Ini memberikan implikasi
yang penting dalam konteks penggunaan karena komposit akan
mempunyai kekuatan dan kekakuan spesifik yang lebih tinggi dari
bahan konvensional. Implikasi kedua ialah produk komposit yang
16
Pengurangan berat adalah satu aspek yang penting dalam industri
pembuatan seperti automobile dan angkasa lepas. Ini karena
berhubungan dengan penghematan bahan bakar.
b) Dalam industri angkasa lepas terdapat kecendrungan untuk
menggantikan komponen yang diperbuat dari logam dengan komposit
karena telah terbukti komposit mempunyai rintangan terhadap fatigue
yang baik terutamanya komposit yang menggunakan serat karbon.
c) Kelemahan logam yang agak terlihat jelas ialah rintangan terhadap
kakisa yang lemah terutama produk yang kebutuhan sehari-hari.
Kecendrungan komponen logam untuk mengalami kakisan
menyebabkan biaya pembuatan yang tinggi. Bahan komposit
sebaiknya mempunyai rintangan terhadap kakisan yang baik.
d) Bahan komposit juga mempunyai kelebihan dari segi versatility
(berdaya guna) yaitu produk yang mempunyai gabungan sifat-sifat
yang menarik yang dapat dihasilkan dengan mengubah sesuai jenis
matrikss dan serat yang digunakan. Contoh dengan menggabungkan
lebih dari satu serat dengan matrikss untuk menghasilkan komposit
hibrid.
e) Massa jenis rendah (ringan).
f) Lebih kuat dan lebih ringan.
g) Perbandingan kekuatan dan berat yang menguntungkan.
commit to user
memperhitungkan beberapa aspek seperti biaya bahan mentah,
pemrosesan, tenaga manusia, dan sebagainya.
f. Kekurangan Bahan Komposit
1) Tidak tahan terhadap beban shock (kejut) dan crash (tabrak) dibandingkan
dengan metal.
2) Kurang elastis.
3) Lebih sulit dibentuk secara plastis.
2. Kampas Rem
Gambar 2.6. Kampas Rem
a. Pengertian Kampas Rem
Kampas rem merupakan salah satu komponen yang terdapat dalam
setiap kendaraan. Kampas rem merupakan media yang berfungsi untuk
memperlambat maupun menghentikan laju kendaraaan. Terutama pada saat
kendaraan berkecepatan tinggi fungsi kampas rem memiliki beban
mencapai 90% dari komponen lainnya, bahkan keselamatan jiwa manusia
tergantung pada kualitas dari komponen tersebut. Dibutuhkan kampas rem
dengan kemampuan yang baik dan efisien agar didapatkan daya
pengereman yang optimal. Kampas rem memiliki peranan yang sangat
penting, bahkan keselamatan jiwa pengendara tergantung pada kualitas
18
b. Kampas Rem Asbestos
Kampas rem dari bahan asbestos hanya memiliki 1 jenis fiber yaitu
asbes yang merupakan komponen yang menimbulkan karsinogenik. Hal ini
bertujuan agar membuat kampas menjadi awet, tetapi ada kerugian yang
ditimbulkan antara lain kelemahan dalam kondisi basah. Karena asbestos
hanya terdiri dari 1 jenis fiber, ketika kondisi basah bahan tersebut akan
mengalami efek licin seperti menggesekkan jari di atas kaca basah
(licin/tidak pakem), juga dapat membuat piringan menjadi cepat habis, rem
kurang pakem, asbestos hanya bisa bertahan sampai dengan suhu 200oC hal
ini berarti bahwa rem asbestos akan blong (fading) pada temperatur 250oC
dan harganya juga lebih murah. Kampas rem asbestos juga tidak ramah
lingkungan dan dapat menyebatkan penyakit kanker.
c. Kampas Rem Non Asbestos
Kampas rem yang terbuat dari bahan non asbestos biasanya terdiri
dari 4 s/d 5 macam fiber di antaranya kevlar, steel fiber, rock wool,
cellulose dan carbon fiber yang memiliki serat panjang. Hal ini bertujuan
agar efek licin tersebut dapat teratasi. Rem non-asbestos mempunyai
keuntungan bertahan sampai suhu 360oC sehingga cenderung stabil (tidak
blong). Kampas rem non-asbestos yang terbuat dari material berkualitas
seperti Kevlar/aramyd. Kevlar ini bahan yang digunakan untuk baju anti
peluru di mana Kevlar mampu menghambat laju putaran peluru sampai
berhenti, jadi pada dasarnya Kevlar itu menghentikan putaran peluru bukan
memantulkan peluru seperti baja. Inilah yang kadang kadang orang
berpendapat non-asbestos keras padahal tidak, terbukti putaran peluru bisa
dihentikan apalagi putaran rotor atau drum kendaraan bermotor, dapat
dibayangkan kalau baju peluru terbuat dari asbestos. Karena sifat tersebut
commit to user
d. Sifat Fisis dan Mekanis Kampas Rem1) Sifat Fisis Kampas Rem
Sifat fisik adalah segala aspek dari suatu objek atau zat yang
dapat diukur atau dipersepsikan tanpa mengubah identitasnya. Sifat
fisik dapat berupa sifat intensif atau ekstensif. Sifat intensif tidak
tergantung pada ukuran dan jumlah materi pada objek, sedangkan sifat
ekstensif bergantung pada hal tersebut. Sifat fisis kampas rem
merupakan sifat yang dimiliki oleh suatu kampas rem mengenai
tampilan atau bentuk dari suatu kampas rem tersebut.
2) Sifat Mekanis Kampas Rem
Sifat mekanik menyatakan kemampuan suatu bahan kampas
rem untuk menerima beban / gaya / energi tanpa menimbulkan
kerusakan pada bahan / komponen kampas rem tersebut. Seringkali bila
suatu bahan mempunya 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, bending dan sifat mekanik
lainnya harus mendekati nilai standar keamanannya.
3. Bahan dan Proses Pembuatan Kampas Rem
a. Serbuk Tongkol Jagung
20
Jagung (Zea mays L.) merupakan salah satu tanaman pangan dunia
yang terpenting, selain gandum dan padi. Tanaman jagung merupakan
salah satu jenis tanaman pangan biji-bijian dari keluarga rumput-rumputan.
Berasal dari Amerika yang tersebar ke Asia dan Afrika melalui kegiatan
bisnis orang-orang Eropa ke Amerika. Sekitar abad ke-16 orang Portugal
menyebarluaskannya ke Asia termasuk Indonesia. Orang Belanda
menamakannya mais dan orang Inggris menamakannya corn.
Sebagai sumber karbohidrat utama di Amerika Tengah dan Selatan,
jagung juga menjadi alternatif sumber pangan di Amerika Serikat.
Penduduk beberapa daerah di Indonesia (misalnya di Madura dan Nusa
Tenggara) juga menggunakan jagung sebagai pangan pokok. Selain sebagai
sumber karbohidrat, jagung juga ditanam sebagai pakan ternak (hijauan
maupun tongkolnya), diambil minyaknya (dari bulir), dibuat tepung (dari
bulir, dikenal dengan istilah tepung jagung atau maizena), dan bahan baku
industri (dari tepung bulir dan tepung tongkolnya).
Potensi energi limbah pada komoditas jagung sangat besar dan
diharapkan akan terus meningkat sejalan dengan program pemerintah
dalam meningkatkan produksi jagung secara nasional. Namun, limbah
jagung memiliki banyak kegunaan, diantaranya adalah untuk pakan ternak
dan tongkolnya sebagai kayu bakar. Oleh karena itu, optimasi pemanfaatan
limbah jagung sangat diperlukan untuk mendapatkan keuntungan yang
optimal.
b. MgO (Magnesium Oksida)
commit to user
MgO dipilih sebagai bahan pengisi yang juga berfungsi sebagai
bahan abrasif dan penguat karena karakteristik yang baik. Magnesium
oksida adalah logam yang agak kuat, dengan warna putih keperakan
beratnya ringan (satu perenam lebih ringan dari kuningan) dan akan
menjadi kusam bila diungkapkan pada udara. MgO adalah material
berstruktur logam yang sangat ringan dengan berat jenis (1,74 gr/cm3), titik
lebur (650oC ), titik didih (1097 oC), modulus elastis (110 MPa), kekuatan
luluh (255 MPa), kekerasan (12 VHN). Serbuk MgO merupakan jenis zat
tambahan yang dicampurkan pada pembuatan CMCs, selain itu juga
magnesium oksida sebagai wetting agent yang membuat ikatan antar
kuningan lebih kuat, tidak mudah terkikis permukaannya. Komposit dengan
penambahan sedikit kadar MgO dengan yang tanpa serbuk MgO lebih baik
dengan yang memakai kadar MgO. Serbuk MgO walaupun persentasenya
kecil memegang peranan penting dalam meningkatkan kemampuan
pembasahan (wettability) dengan mengkodisikan permukaan padat juga
mempunyai kemampuan untuk mengisi setiap perbedaan ketinggian dari
permukaan yang kasar dan menurunkan tegangan interfacial. Ketahanan
aus dapat ditingkatkan melalui penambahan unsur magnesium oksida.
Selain MgO ada beberapa pilihan bahan yang dapat dijadikan alternatif
sebagai zat pengisi seperti Al2O3, SiO2, Fe3O4, Cr2O3, SiC, ZrSiO4 dan
kianit/Al2SiO5
c. Serbuk Kuningan
22
Kuningan adalah logam yang merupakan campuran dari tembaga
dan seng. Tembaga merupakan komponen utama dari kuningan, dan
kuningan biasanya diklasifikasikan sebagai paduan tembaga. Warna
kuningan bervariasi dari coklat kemerahan gelap hingga ke cahaya kuning
keperakan tergantung pada jumlah kadar seng. Seng lebih banyak
mempengaruhi warna kuningan tersebut. Kuningan lebih kuat dan lebih
keras daripada tembaga, tetapi tidak sekuat atau sekeras seperti baja.
Kuningan sangat mudah untuk di bentuk ke dalam berbagai bentuk, sebuah
konduktor panas yang baik, dan umumnya tahan terhadap korosi dari air
garam. Karena sifat-sifat tersebut, kuningan kebanyakan digunakan untuk
membuat pipa, tabung, sekrup, radiator, alat musik, aplikasi kapal laut, dan
casing cartridge untuk senjata api.
Komponen utama kuningan adalah tembaga. Jumlah kandungan
tembaga bervariasi antara 55% sampai dengan 95% menurut beratnya
tergantung pada jenis kuningan dan tujuan penggunaan kuningan.
Kuningan yang mengandung persentase tinggi tembaga terbuat dari
tembaga yang dimurnikan dengan cara elektrik. Yang setidaknya
menghasilkan kuningan murni 99,3% agar jumlah bahan lainnya bisa di
minimalkan. Kuningan yang mengandung persentase rendah tembaga juga
dapat dibuat dari tembaga yang dimurnikan dengan elektrik, namun lebih
sering dibuat dari scrap tembaga. Ketika proses daur ulang terjadi,
persentase tembaga dan bahan lainnya harus diketahui sehingga produsen
dapat menyesuaikan jumlah bahan yang akan ditambahkan untuk mencapai
komposisi kuningan yang diinginkan.
Komponen kedua dari kuningan adalah seng. Jumlah seng
bervariasi antara 5% sampai dengan 40% menurut beratnya tergantung
pada jenis kuningan
Kuningan dengan persentase seng yang lebih tinggi memiliki sifat
lebih kuat dan lebih keras, tetapi juga lebih sulit untuk dibentuk, dan
memiliki ketahanan yang kurang terhadap korosi. Seng yang digunakan
commit to user
Beberapa kuningan juga mengandung persentase kecil dari bahan
lain untuk menghasilkan karakteristik tertentu, Hingga 3,8% menurut
beratnya. Timbal dapat ditambahkan untuk meningkatkan ketahanan.
Penambahan timah meningkatkan ketahanan terhadap korosi, Membuat
kuningan lebih keras dan membuat struktur internal yang lebih kecil
sehingga kuningan dapat dibentuk berulang dalam proses yang disebut
penempaan. Arsenik dan antimony kadang-kadang ditambahkan ke dalam
kuningan yang mengandung seng lebih dari 20% untuk menghambat
korosi. Bahan lain yang dapat digunakan dalam jumlah yang sangat kecil
yaitu mangan, silikon, dan fosfor.
d. Polyester
Gambar 2.10. Resin Polyester
Unsaturated Polyester merupakan jenis resin thermoset yang biasa
disebut dengan polyester saja. Polyester berupa resin cair dengan viskositas
yang relatif rendah dan mengeras pada suhu kamar dengan penggunaan
katalis tanpa menghasilkan gas sewaktu pengesetan seperti banyak resin
lainnya.
Mengenai sifat termalnya karena banyak mengandung monomer
stiren, maka suhu deformasi thermal lebih rendah daripada resin thermoset
lainnya dan ketahanan panas jangka panjangnya adalah kira-kira 110 - 1400
diantara resin thermoset. Mengenai ketahanan kimianya, pada umumnya
24
Bila dimasukkan dalam air mendidih untuk waktu yang lama (300 jam),
bahan akan pecah dan retak-retak. Bahan ini mudah mengembang dalam
pelarut, yang melarutkan polimer stiren. Kemampuan terhadap cuaca
sangat baik. Tahan terhadap kelembaban dan sinar ultra violet bila
dibiarkan di luar, tetapi sifat tembus cahaya permukaan rusak dalam
beberapa tahun. Secara luas digunakan untuk konstruksi sebagai bahan
komposit.
Penggunaan resin jenis ini dapat dilakukan dari proses hand lay-up
sampai dengan proses yang kompleks yaitu dengan proses mekanik. Resin
ini banyak digunakan dalam aplikasi komposit pada dunia industri dengan
pertimbangan harga relatif murah, curing yang cepat, warna jernih,
kestabilan dimensional dan mudah penanganannya (Yanu Rianto, 2011).
Tabel 2.1. Spesifikasi Resin Unsaturated Polyester Yukalac BQTN 157
Item Satuan Nilai tipikal Catatan
Berat jenis Gr/ 1.215
Kekerasan 40 Barcol GYZJ
934-1
Sumber : Justus Kimia Raya, 1996
e. Katalis
Cairan ini biasanya berwarna bening dan berbau. Cairan ini
berfungsi untuk mempercepat proses pengerasan adonan, semakin banyak
katalis maka akan semakin cepat adonan mengeras tetapi hasilnya kurang
bagus. Cairan ini jika mengenai kulit akan terasa panas, seperti cairan air
commit to user
f. Proses KompaksiProses kompaksi adalah proses pemampatan serbuk sehingga
serbuk akan saling melekat dan rongga udara antar partikel akan terdorong
keluar. Semakin besar tekanan kompaksi jumlah udara (porositas) di antara
partikel akan semakin sedikit, namun porositas tidak mungkin mencapai
nilai nol. Hasil kompaksi biasa disebut Green Body. Proses pemampatan
adalah suatu proses mesin kompaksi yang memberikan gaya penekanan
uniaksial. Pemberian tekanan yang sangat besar terhadap material serbuk
yang bertujuan untuk mendapatkan spesimen benda uji yang diinginkan,
proses kompaksi dapat dilihat pada gambar 2.6 di bawah ini.
Gambar 2.11. Proses Kompaksi (Sumber: Yudi Agus Sarwanto,2010)
Kompaksi dapat dilakukan dengan satu arah sumbu, dua arah
sumbu atau dari segala arah. Kompaksi dua arah ini bisa jadi dengan arah
berlawanan. Kebanyakan proses kompaksi menggunakan penekanan
(punch) atas dan bawah. Penekanan bawah sekaligus berfungsi sebagai
injektor untuk mengeluarkan benda yang telah dicetak. Permukaan dalam
cetakan (dies) harus halus untuk mengurangi gesekan. Berdasarkan cara
kompaksi dapat dibagi dengan dua cara yaitu :
1) Hot Compaction (Kompaksi dengan Temperatur)
Proses kompaksi pada dies dimana terdapat dua punch yaitu
upper punch dan lower punc yang berfungsi menekan campuran
homogen serbuk di dalam dies dan diberikan temperatur tertentu saat
26
Gambar 2.12. Metode Kompaksi dengan Temperatur (Sumber: Yudi Agus Sarwanto, 2010)
2) Cold Compaction (Kompaksi tanpa Temperatur)
Proses pada kompaksi metode cold compaction adalah sama
halnya dengan hot compaction pada punch serta dies yang digunakan,
akan tetapi tidak diberikan temperatur pada saat proses kompaksi
berlangsung.
Gambar 2.13. Metode Kompaksi tanpa Temperatur (Sumber: Yudi Agus Sarwanto,2010)
g. Proses Sintering
Istilah sintering berasal dari bahasa jerman, “sinter” dalam bahasa
inggris seasal dengan kata “cinder” yang berarti bara. Sintering merupakan
metode pembuatan material dari serbuk dengan pemanasan sehingga
terbentuk ikatan partikel. Sintering adalah pengikatan bersama antar
partikel pada suhu tinggi. Sintering dapat terjadi di bawah suhu leleh
(melting point) dengan melibatkan transfer atomic pada kondisi padat.
Selama proses sinter akan terjadi penggabungan antar partikel, sehingga
saling mengikat. Dengan adanya proses sinter maka akan terjadi proses
commit to user
Gambar 2.14. Mekanisme Pemadatan Serbuk dengan Proses Sintering (Sumber: Yudi Agus sarwanto,2010)
Keterangan :
(a) Ikatan partikel akibat proses kompaksi ikatan partikel masih rapuh,
ikatan mudah terlepas.
(b) Ikatan partikel setelah disintering, ikatan antara partikel satu dengan
yang lain menjadi satu, ikatan tidak mudah terlepas.
Peralatan yang paling penting dalam proses sintering adalah dapur
sinter. Dapur ini harus dapat mengatur temperetur, waktu pemanasan,
kecepatan pemanasan dan lingkungan dalam dapur itu sendiri. Pemilihan
dapur sinter bergantung pada penggunaannya. Secara umum
pemeliharaannya tergantung pada daerah kerja, ukuran green body,
atmosfer atau lingkungan yang diinginkan dan biaya produksinya.
Ada dua tipe dapur sinter, yaitu dapur satuan (batch furnace) dan
dapur kontinyu (continuous furnace). Batch furnace diisi material yang
akan disinter lalu temperatur diatur sesuai dengan kebutuhan. Sedangkan
dapur kontinyu dilengkapi dengan sabuk yang terdiri dari jalinan kawat
dimana diletakkan green body. Sabuk ini bergerak menuju daerah
pemanasan, kemudian ke daerah pendingin. Proses sinter dengan dapur
kontinyu biasanya digunakan untuk memproduksi komponen dalam jumlah
28
produksi terbatas. Pemilihan temperature sinter untuk terjadinya ikatan
antar partikel akan sangat tergantung dari jenis material itu sendiri. Tidak
ada kondisi temperatur yang tepat untuk proses sinter pada suatu bahan
tertentu, akan tetapi ada ketentuan umum mengenai sinter padat yang
dilakukan di bawah temperatur lebur dari bahan tersebut.
4. Pengujian Spesimen
a. Pengujian Keausan
Sesuai pernyataan Imam Setiyanto (mengutip simpulan
Yuwono,2009) bahwa keausan umumnya didefinisikan sebagai kehilangan
material secara progresif atau pemindahan sejumlah material dari suatu
permukaan sebagai suatu hasil pergerakan relatif antara permukaan tersebut
dan permukaan lainnya (2009). Pembahasan mekanisme keausan pada
material berhubungan erat dengan gesekan (friction) dan pelumasan
(lubrication). Telaah mengenai ketiga subyek ini yang dikenal dengan
nama ilmu tribologi. Keausan bukan merupakan sifat dasar material,
melainkan respon material terhadap sistem luar (kontak permukaan).
Material apapun dapat mengalami keausan disebabkan mekanisme yang
beragam.
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 permukaan antara revolving disc dan benda uji
commit to user
Keterangan :
Po : Beban h : Kedalaman bekas injakan
r : jari-jari revolving disc b : Lebar bekas injakan
B : Tebal revolving disc : Kecepatan putar
Gambar 2.15. Pengujian Keausan dengan Metode Ogoshi (Sumber: Imam Setiyanto, 2009)
Material jenis apapun akan mengalami keausan dengan mekanisme
yang beragam, yaitu: keausan adhesif, abrasif, lelah dan oksidasi. Di bawah
ini diberikan penjelasan ringkas dari mekanisme-mekanisme tersebut.
1) Keausan Adhesif
Terjadi bila kontak permukaan dari dua material atau lebih
mengakibatkan adanya perlekatan satu sama lain dan pada akhirnya
terjadi pelepasan/pengoyakan salah satu material.
2) Keausan Abrasif
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.
3) Keausan Lelah
Merupakan mekanisme yang relatif berbeda dibandingkan dua
mekanisme sebelumnya, yaitu dalam hal interaksi permukaan. Baik
keausan adhesif maupun abrasif melibatkan hanya satu interaksi
30
4) Keausan Oksidasi
Seringkali disebut sebagai keausan korosif. Pada prinsipnya
mekanisme ini dimulai dengan adanya perubahan kimiawi material di
bagian permukaan oleh faktor lingkungan. Kontak dengan lingkungan
ini akan menghasilkan pembentukan lapisan pada permukaan dengan
sifat yang berbeda dengan material induk. Sebagai konsekuensinya,
material pada lapisan permukaan akan mengalami keausan yang
berbeda.
Uji keausan merupakan suatu uji karakteristik fisik yang digunakan
untuk mengetahui seberapa besar tingkat keausan benda (permukaan
benda) terhadap gesekan atau goresan. Uji keausan dilakukan dengan cara
menghitung lebar keausan dari sampel. Untuk pengujian keausan
dilakukan dengan menggunakan alat uji Ogoshi High Speed Universal
Wear Testing Machine (Type OAT-U). Keutamaan alat ini di antaranya:
1) Lama waktu abrasi dapat ditentukan dan daya tahan aus permukaan
benda uji dengan berbagai variasi bahan dapat dengan mudah
terdeteksi.
2) Pengujian dilakukan dengan mudah dan cepat.
3) Benda uji tidak harus berukuran besar.
4) Perubahan tekanan, kecepatan dan jarak penggosok dapat dibuat
dengan mudah dengan jarak yang lebih lebar.
5) Berbagai macam bahan-bahan industri (karbon, baja, harden steel,
cast steel, super-hard alloys, tembaga, kuningan, synthetic resins,
nylon, dan lain-lain) dapat diuji.
Rumus nilai keausan spesifik:
commit to user
Po : gaya tekan pada proses keausan berlangsung (kg)
Lo : jarak tempuh pada proses pengausan (mm)
Ws : harga keausan spesifik (mm²/kg)
b. Pengujian Kekerasan Brinell
Kekerasan adalah daya tahan bahan terhadap goresan atau penetrasi
pada permukaannya. Definisi yang lain adalah ukuran ketahaan terhadap
deformasi plastis terhadap tiga jenis umum mengenai ukuran kekerasan
yang tergantung cara pengujian, yaitu kekerasan goresan (scarth hardness),
kekerasan lekukan (indentation hardness), dan kekerasan pantulan
(dynamic hardness).
Lima definisi kekerasan, yaitu:
1) Kekuatan bahan terhadap penetrasi.
2) Kekuatan bahan terhadap goresan.
3) Kekuatan bahan terhadap beban impak.
4) Ukuran daya tahan bahan terhadap deformasi plastik.
5) Ukuran ketahanan bahan terhadap lekukan.
Bilangan kekerasan biasanya menurut alat uji yang digunakan
untuk menguji kekerasan benda. Kekerasan Brinell dinyatakan dengan HB,
kekerasan Vickers dinyatakan dengan HV dan kekerasan Rockwell
dinyatakan dengan HRB untuk penetrator bola baja atau HRC untuk
penetrator kerucut intan. Pengujian kekerasan dengan alat Brinell hanya
terbatas pada bahan tertentu, tidak cocok untuk bahan yang keras atau
bahan yang dikeraskan. Selain itu hasil pengujian tidak terlalu tepat karena
bekas luka penetrator terlalu besar.
Pada pengujian kekerasan menurut Brinell, kekerasan bahan
ditentukan dari perlawanan terhadap pengubah bentuk tetap dengan
pembekasan. Bekas ini disebabkan oleh suatu benda yang lebih keras dari
bahan yang akan diuji dan dikala pembekasan itu sendiri hampir tidak
32
Pada pengujian kekerasan dengan metode Brinell, sebuah peluru
baja yang telah dikeraskan ditekan pada permukaan benda uji dengan gaya
tertentu selama beberapa saat. Benda uji harus rata dan cukup tebal agar
kekerasan bidang pendukung tidak ikut terukur. Proses pengujian
kekerasan Brinell dapat dilihat pada gambar 2.16 di bawah ini.
Gambar 2.16. Pengujian Kekerasan Metode Brinell (Sumber: Yudi Agus Sarwanto, 2010)
Kekerasan Brinell dapat dicari dengan membagi gaya pada luas
tembereng bola.
Rumus kekerasan Brinell :
HB =
2. P
D. D D d
… … … (2)
Dimana :
HB : nilai kekerasan dengan metode Brinell (kg/mm2)
P : beban yang menekan (kg)
D : diameter penetrator (mm)
d : diameter injakan penetrator (mm)
Untuk memperoleh hasil-hasil yang sama untuk kekerasan Brinell,
harus ada suatu perbandingan tertentu antara gaya dan garis tengah peluru.
Suatu peluru yang lebih kecil tentu akan meninggalkan bekas tekan yang
lebih besar dalam bahan pada gaya yang sama dan oleh karena itu
