INTISARI
Selama ini limbah partikel kayu ulin banyak dihasilkan namun tidak pernah dimanfaatkan secara baik. Oleh karena itu peneliti tertarik untuk memanfaatkan partikel arang kayu sebagai penguat dalam pembuatan komposit partikel dengan matrik epoxy. Dalam penelitian dilakukan tiga pengujian untuk mengetahui nilai koefisien gesek, nilai keausan spesifik, dan nilai keuletan dari komposit berpenguat partikel arang kayu ulin bermatrik epoxy, sebagai alternatif pengganti bahan kampas rem.
Partikel yang digunakan adalah partikel kayu ulin yang sudah diarangkan pada suhu 200°C selama 120 menit. Pengikatnya yakni epoxy menggunakan perbandingan 50:50 untuk resin dan hardenernya. Pembuatan komposit dilakukan dengan mengunakan metode cetak. Benda uji komposit yang digunakan memiliki kandungan fraksi volume partikel arang kayu ulin sebesar 20%, 30%, dan 40%. Nilai koefisien gesek dicari dengan menggunakan media piringan cakram dengan air sebagai pemberat. Nilai keausan spesifik dicari dengan menggunakan alat uji keausan Oghosi High Speed Universal Wear Testing Machine (Type OAT-U) dan lebar keausannya dilihat menggunakan mikroskop pembesaran 50 kali. Bentuk benda uji koefisien gesek dan keausan memiliki ukuran 30x30x10 (mm). Nilai keuletan dicari dengan menggunakan alat uji impak Charppy dan bentuk benda uji yang digunakan mengacu pada standar ASTM A370.
Hasil pengujian keausan mendapatkan nilai keausan spesifik terbaik pada komposit dengan fraksi volume penguat 40% yaitu sebesar 4,63x10-8 mm2/kg. Pada koefisien gesek nilai tertinggi terdapat pada komposit dengan fraksi volume penguat 40% yaitu sebesar 0,54. Pada keuletan tidak didapat selisih yang siknifikan, namun keuletan tertinggi terdapat pada komposit dengan fraksi volume 20% yaitu sebesar 0,00339 joule/mm2. Berdasarkan hasil pengujian keausan dan koefisien gesek, komposit dengan fraksi volume penguat 40% layak untuk digunakan sebagai kampas rem karena lebih baik ketahanan geseknya tetapi ketahanan ausnya masih kurang dibandingkan kampas rem yang ada dipasaran
ABSTRACT
During this time, there are so many waste production from the particle of ulin wood but it never be useful wisely. Therefore, this research is useful for the particle of ulin wood as the reinforced in making particle composite with epoxy matrix. It is held three tests to know the results of friction coefficient, specific wear resistant, and ductility from ulin charcoal particle composite with epoxy matrix as the alternative stuffs for break canvass.
The particle of ulin wood that was sifted and sorted by researcher then was burnt in 200˚C oven in 120 minutes. The binding was epoxy which have ratio 50:50 for resin and hardener. The production of composite used matrix method. The composite that was used in this research had the reinforced with the amount of mix volume fraction was 20%, 30%, and 40%. The results of friction coefficient are found by using disc plate media with water as the load. The experiment of friction coefficient was conducted with the simple scales that used disc media with water as standard comparison. The experiment was conducted with wear resistant experiment tools which was Oghosi High Speed Universal Wear Testing Machine (Type OAT-U) and the wide of wear resistant could be seen at microscope using 50 times zoom in. The shape of friction coefficient referred to wear resistant experiment tools with 30x30x10 (mm)in size. The perseverance results were conducted with the Charppy and shape of impact experiment tools referred to the standard of ASTM A370.
From the wear resistant experiment result, the best specific wear resistant experiment was in composite with 40% reinforced volume fraction which was 4,63x10-8 mm2/kg and the highest friction coefficient with 40% reinforced volume fraction which was 0,54. The level of density was relatively equal, but the highest level of composite with 20% volume fraction was 0,00339 joule/mm2. Based on the result of wear resistant and friction coefficient experiment, the composite with 40% reinforced volume fraction almost proper to be used as brake canvass because of its better friction endurance but the wear resistant endurance was still limit compared to the brake canvass in general.
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yesus Kristus atas
berkat-Nya yang melimpah sehingga dapat membimbing setiap langkah dalam
Tugas Akhir ini sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir dengan baik.
Dalam Tugas akhir ini penulis banyak mendapat bantuan, sehingga Tugas Akhir
ini dapat selesai tepat pada waktunya. Oleh karena itu penulis ingin
menyampaikan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada orangtua tercinta
Sukarso dan Abigail Suhartini. Untuk kakak-kakak terkasih Irin Meliana Sari,
Gamaliel Edi Haryanto atas kasih, doa, dan bantuannya yang terus diberikan
hingga Tugas Akhir dapat diselesaikan.
Penulis menyadari bahwa penyusunan Tugas Akhir ini melibatkan banyak
pihak. Dalam kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada :
1. Sudi Mungkasi, S.Si., M.Math.Sc, Ph.D. Dekan Fakultas Sains dan
Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
2. Ir.Petrus kanisius Purwadi M.T., Selaku Ketua Program Studi Teknik
Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
3. Budi Setyahandana M.T., selaku Dosen Pembimbing Skripsi
4. Wibowo Kusbandono S.T., M.T., selaku Dosen Pembimbing Akademik
5. Steffany Dian Prasetyawati sebagai kekasih yang selalu memberi
semangat dan motivasi penulis selama ini.
6. Sigit Tri Ratna, Eko Romadhoni, Ekin Theophilus B sebagai sahabat
seperjuangan selama berkuliah.
7. Puguh Ratino, Era Yoska, Sigit Tri Ratna sebagai teman seperjuangan
untuk Tugas Akhir.
8. Teman-teman Teknik Mesin Angkatan 2013.
9. Keluarga besar Keamanan Insadha Universitas Sanata Dharma
Yogyakarta.
10.Seluruh staf Laboratorium Bahan Teknik Manufaktur, Universitas Gajah
11.Seluruh staf pengajar Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta yang telah mendidik dan memberikan ilmu
pengetahua kepada penulis
12.Serta semua pihak yang tidak mungkin disebutkan satu per satu dalam
membatu menyelesaikan Tugas Akhir ini.
Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan-kekurangan yang perlu
diperbaiki dalam Tugas Akhir ini. Untuk itu penulis mengharapkan masukan dan
kritik serta saran dari berbagai pihak untuk menyempurnakannya. Semoga Tugas
akhir ini dapat bermanfaat, baik bagi penulis maupun pembaca.
Terima kasih.
Yogyakarta, 11 Juli 2017
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
TITLE PAGE ... ii
HALAMAN PERSETUJUAN ... iii
HALAMAN PENGESAHAN ... iv
HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ... v
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ... vi
INTISARI ... vii
ABSTRACT ... viii
KATA PENGANTAR ... ix
DAFTAR ISI ... xi
DAFTAR LAMPIRAN ... xiv
DAFTAR GAMBAR ... xv
DAFTAR TABEL ... xvii
BAB I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Rumusan masalah ... ... 4
1.3 Tujuan Penelitian ... 5
1.4 Manfaat Penelitian ... 5
BAB II. DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pengertian Komposit ... 7
2.2 Pengolongan komposit ... 9
2.3 Komponen bahan komposit ... 13
2.4 Komposit berpenguat partikel ... 14
2.4.1 Partikel (serbuk atau butiran) ... 14
2.4.2 Matrik ... 16
2.4.3 Bahan Tambahan ... 17
2.5 Fraksi volume ... 17
2.6 Mekanika Komposit ... 18
2.7 Koefisien gesek ... 19
2.8 Uji keausan ... 20
2.9 Uji impak ... 22
2.10 Standar teknik kampas rem ... 23
2.11 Tinjauan pustaka ... 24
BAB III. METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Skema penelitian ... 26
3.2 Persiapan bahan benda uji ... 27
3.2.1 Bahan komposit ... 27
3.2.2 Alat bantu ... 29
3.2.3 Pembuatan cetakan ... 30
3.3 Pembuatan benda uji ... 31
3.3.2 Pembuatan benda uji komposit... 32
3.3.3 Penyiapan benda uji kampas rem ... 35
3.4 Bentuk dan dimensi benda uji ... 35
3.4.1 Benda uji keausan ... 35
3.4.2 Benda uji Koefisien gesek ... 35
3.4.3 Benda uji impak... 36
3.5 Metode pengujian ... 37
3.5.1 Metode pencarian nilai koefisien gesek ... 37
3.5.2 Metode pengujian keausan ... 38
3.5.3 Metode pengujian impak ... 40
BAB V. HASIL PENELITAIN DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Pengujian Koefisien Gesek ... 42
4.2 Hasil Pengujian Keausan... 47
4.3 Hasil Pengujian Impak ... 51
BAB VI. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan... ... 58
5.2 Saran ... ... 59
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Perhitugan Nilai Rata-Rata Koefisien Gesek Pada Komosit
Pertikel Arang Kayu Ulin ... 61
Lampiran 2 Perhitugan Nilai Rata-Rata Keausan Epoxy, Komosit
Pertikel Arang Kayu Ulin dan Benda Uji Kampas Rem ... 63
Lampiran 3 Perhitugan Nilai Rata-Rata Tenaga Patah dan Harga
Keuletan Benda Uji Epoxy dan Komposit Pertikel Arang
Kayu Ulin ... 66
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Kayu Ulin Balok ... 2
Gambar 2.1 Diagram Venn komposi ... 8
Gambar 2.2 Grafik Kekakuan Komposit Dengan Komponen Penyusunnya. (Murphy, 1994 : 182) ... 9
Gambar 2.3 Penyusunan Serat Memanjang ... 10
Gambar 2.4 Komposit Berlapis ... 11
Gambar 2.5 Komposit Partikel ... 11
Gambar 2.6 Bentu-Bentuk Reinforcement Agent ... 13
Gambar 2.7 Metode Pencarian Nilai Koefisien Gesek ... 20
Gambar 2.8 Prinsip Pengujian Keausan ... 21
Gambar 2.9 Prinsip Pegujian Impak (Santoso, 2007) ... 22
Gambar 3.1 Skema Jalannya Penelitian ... 26
Gambar 3.2 Sebelum dan Sesudah di arangkan pada suhu 200°C ... 27
Gambar 3.3 Resin dan Hardener Epoxy ... 28
Gambar 3.4 Release agent (Mirror glaze) ... 29
Gambar 3.5 Cetakan Komposit ... 30
Gambar 3.6 Benda Uji Keausan (a.spesimen uji murni, b.spesimen uji komposit) ... 35
Gambar 3.7 Skema Benda Uji Koefisien Gesek ... 36
Gambar 3.8 Skema Benda Uji Impak ... 36
Gambar 3.9 Alat Untuk Mencari Nilai Koefisien Gesek ... 37
Gambar 3.11 Mikroskop Untuk Melihat Lebar Keausan Spesimen ... 40
Gambar 3.12 Mesin Uji Impak Charppy ... 41
Gambar 4.1 Pengambilan Data Nilai Koefisien Gesek ... 42
Gambar 4.2 Grafik Koefisien Gesek Rata-Rata Benda Uji ... 45
Gambar 4.3 Goresan Keausan ... 47
Gambar 4.4 Grafik Laju Keausan Rata-Rata Benda Uji... 49
Gambar 4.5 Grafik Tenaga Patah Rata-Rata Benda Uji ... 55
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Ukuran Benda Uji Impak ... 36
Tabel 4.1 Koefisien Gesek Epoxy dan Kampas Rem ... 43
Tabel 4.2 Koefisien Gesek Komposit ... 44
Tabel 4.3 Nilai Koefisien Gesek Matrik, Komposit Partikel Arang Kayu Ulin, dan Kampas Rem ... 45
Tabel 4.4 Tabel Lebar Keausan Epoxy dan Benda Uji Kampas Rem . 47 Tabel 4.5 Tabel Lebar Keausan Benda Uji Komposit ... 48
Tabel 4.6 Nilai Keausan Matrik, Kampas Rem, dan Komposit Partikel Arang Kayu Ulin ... 49
Tabel 4.7 Harga Keuletan Epoxy ... 51
Tabel 4.8 Harga Keuletan Komposit Fraksi Volume 20% ... 52
Tabel 4.9 Harga Keuletan Komposit Fraksi Volume 30% ... 53
Tabel 4.10 Harga Keuletan Komposit Fraksi Volume 40% ... 54
KARAKTERISTIK KOMPOSIT PARTIKEL ARANG KAYU
ULIN BERMATRIK EPOXY SEBAGAI ALTERNATIF
PENGGANTI KAMPAS REM DENGAN FRAKSI VOLUME
20%, 30%, 40%
SKRIPSI
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Jurusan Teknik Mesin
Disusun oleh :
Hamdhani Dimas Berniko
NIM : 135214086
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
KARAKTERISTIK KOMPOSIT PARTIKEL ARANG KAYU
ULIN BERMATRIK EPOXY SEBAGAI ALTERNATIF
PENGGANTI KAMPAS REM DENGAN FRAKSI VOLUME
20%, 30%, 40%
SKRIPSI
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Jurusan Teknik Mesin
Disusun oleh :
Hamdhani Dimas Berniko
NIM : 135214086
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
THE CHARACTERISTIC OF ULIN CHARCOAL PARTICLE
COMPOSITE WITH EPOXY MATRIX AS SUBTITUDE
ALTERNATIVE BRAKE CANVASS WITH FRACTION
VOLUME 20%, 30%, 40%
FINAL PROJECT
Presented as Partial Fulfillment of the Requirements To Obtain the Sarjana Teknik Degree
In Mechanical Engineering Study Program
By:
Hamdhani Dimas Berniko
NIM : 135214086
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
INTISARI
Selama ini limbah partikel kayu ulin banyak dihasilkan namun tidak pernah dimanfaatkan secara baik. Oleh karena itu peneliti tertarik untuk memanfaatkan partikel arang kayu sebagai penguat dalam pembuatan komposit partikel dengan matrik epoxy. Dalam penelitian dilakukan tiga pengujian untuk mengetahui nilai koefisien gesek, nilai keausan spesifik, dan nilai keuletan dari komposit berpenguat partikel arang kayu ulin bermatrik epoxy, sebagai alternatif pengganti bahan kampas rem.
Partikel yang digunakan adalah partikel kayu ulin yang sudah diarangkan pada suhu 200°C selama 120 menit. Pengikatnya yakni epoxy menggunakan perbandingan 50:50 untuk resin dan hardenernya. Pembuatan komposit dilakukan dengan mengunakan metode cetak. Benda uji komposit yang digunakan memiliki kandungan fraksi volume partikel arang kayu ulin sebesar 20%, 30%, dan 40%. Nilai koefisien gesek dicari dengan menggunakan media piringan cakram dengan air sebagai pemberat. Nilai keausan spesifik dicari dengan menggunakan alat uji keausan Oghosi High Speed Universal Wear Testing Machine (Type OAT-U) dan lebar keausannya dilihat menggunakan mikroskop pembesaran 50 kali. Bentuk benda uji koefisien gesek dan keausan memiliki ukuran 30x30x10 (mm). Nilai keuletan dicari dengan menggunakan alat uji impak Charppy dan bentuk benda uji yang digunakan mengacu pada standar ASTM A370.
Hasil pengujian keausan mendapatkan nilai keausan spesifik terbaik pada komposit dengan fraksi volume penguat 40% yaitu sebesar 4,63x10-8 mm2/kg. Pada koefisien gesek nilai tertinggi terdapat pada komposit dengan fraksi volume penguat 40% yaitu sebesar 0,54. Pada keuletan tidak didapat selisih yang siknifikan, namun keuletan tertinggi terdapat pada komposit dengan fraksi volume 20% yaitu sebesar 0,00339 joule/mm2. Berdasarkan hasil pengujian keausan dan koefisien gesek, komposit dengan fraksi volume penguat 40% layak untuk digunakan sebagai kampas rem karena lebih baik ketahanan geseknya tetapi ketahanan ausnya masih kurang dibandingkan kampas rem yang ada dipasaran
ABSTRACT
During this time, there are so many waste production from the particle of ulin wood but it never be useful wisely. Therefore, this research is useful for the particle of ulin wood as the reinforced in making particle composite with epoxy matrix. It is held three tests to know the results of friction coefficient, specific wear resistant, and ductility from ulin charcoal particle composite with epoxy matrix as the alternative stuffs for break canvass.
The particle of ulin wood that was sifted and sorted by researcher then was burnt in 200˚C oven in 120 minutes. The binding was epoxy which have ratio 50:50 for resin and hardener. The production of composite used matrix method. The composite that was used in this research had the reinforced with the amount of mix volume fraction was 20%, 30%, and 40%. The results of friction coefficient are found by using disc plate media with water as the load. The experiment of friction coefficient was conducted with the simple scales that used disc media with water as standard comparison. The experiment was conducted with wear resistant experiment tools which was Oghosi High Speed Universal Wear Testing Machine (Type OAT-U) and the wide of wear resistant could be seen at microscope using 50 times zoom in. The shape of friction coefficient referred to wear resistant experiment tools with 30x30x10 (mm)in size. The perseverance results were conducted with the Charppy and shape of impact experiment tools referred to the standard of ASTM A370.
From the wear resistant experiment result, the best specific wear resistant experiment was in composite with 40% reinforced volume fraction which was 4,63x10-8 mm2/kg and the highest friction coefficient with 40% reinforced volume fraction which was 0,54. The level of density was relatively equal, but the highest level of composite with 20% volume fraction was 0,00339 joule/mm2. Based on the result of wear resistant and friction coefficient experiment, the composite with 40% reinforced volume fraction almost proper to be used as brake canvass because of its better friction endurance but the wear resistant endurance was still limit compared to the brake canvass in general.
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yesus Kristus atas
berkat-Nya yang melimpah sehingga dapat membimbing setiap langkah dalam
Tugas Akhir ini sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir dengan baik.
Dalam Tugas akhir ini penulis banyak mendapat bantuan, sehingga Tugas Akhir
ini dapat selesai tepat pada waktunya. Oleh karena itu penulis ingin
menyampaikan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada orangtua tercinta
Sukarso dan Abigail Suhartini. Untuk kakak-kakak terkasih Irin Meliana Sari,
Gamaliel Edi Haryanto atas kasih, doa, dan bantuannya yang terus diberikan
hingga Tugas Akhir dapat diselesaikan.
Penulis menyadari bahwa penyusunan Tugas Akhir ini melibatkan banyak
pihak. Dalam kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada :
1. Sudi Mungkasi, S.Si., M.Math.Sc, Ph.D. Dekan Fakultas Sains dan
Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
2. Ir.Petrus kanisius Purwadi M.T., Selaku Ketua Program Studi Teknik
Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
3. Budi Setyahandana M.T., selaku Dosen Pembimbing Skripsi
4. Wibowo Kusbandono S.T., M.T., selaku Dosen Pembimbing Akademik
5. Steffany Dian Prasetyawati sebagai kekasih yang selalu memberi
semangat dan motivasi penulis selama ini.
6. Sigit Tri Ratna, Eko Romadhoni, Ekin Theophilus B sebagai sahabat
seperjuangan selama berkuliah.
7. Puguh Ratino, Era Yoska, Sigit Tri Ratna sebagai teman seperjuangan
untuk Tugas Akhir.
8. Teman-teman Teknik Mesin Angkatan 2013.
9. Keluarga besar Keamanan Insadha Universitas Sanata Dharma
Yogyakarta.
10.Seluruh staf Laboratorium Bahan Teknik Manufaktur, Universitas Gajah
11.Seluruh staf pengajar Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta yang telah mendidik dan memberikan ilmu
pengetahua kepada penulis
12.Serta semua pihak yang tidak mungkin disebutkan satu per satu dalam
membatu menyelesaikan Tugas Akhir ini.
Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan-kekurangan yang perlu
diperbaiki dalam Tugas Akhir ini. Untuk itu penulis mengharapkan masukan dan
kritik serta saran dari berbagai pihak untuk menyempurnakannya. Semoga Tugas
akhir ini dapat bermanfaat, baik bagi penulis maupun pembaca.
Terima kasih.
Yogyakarta, 11 Juli 2017
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i TITLE PAGE ... ii HALAMAN PERSETUJUAN ... iii HALAMAN PENGESAHAN ... iv HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ... v LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA
UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ... vi INTISARI ... vii ABSTRACT ... viii KATA PENGANTAR ... ix DAFTAR ISI ... xi DAFTAR LAMPIRAN ... xiv DAFTAR GAMBAR ... xv DAFTAR TABEL ... xvii
BAB I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Rumusan masalah ... ... 4
1.3 Tujuan Penelitian ... 5
1.4 Manfaat Penelitian ... 5
BAB II. DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pengertian Komposit ... 7
2.2 Pengolongan komposit ... 9
2.3 Komponen bahan komposit ... 13
2.4 Komposit berpenguat partikel ... 14
2.4.1 Partikel (serbuk atau butiran) ... 14
2.4.2 Matrik ... 16
2.4.3 Bahan Tambahan ... 17
2.5 Fraksi volume ... 17
2.6 Mekanika Komposit ... 18
2.7 Koefisien gesek ... 19
2.8 Uji keausan ... 20
2.9 Uji impak ... 22
2.10 Standar teknik kampas rem ... 23
2.11 Tinjauan pustaka ... 24
BAB III. METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Skema penelitian ... 26
3.2 Persiapan bahan benda uji ... 27
3.2.1 Bahan komposit ... 27
3.2.2 Alat bantu ... 29
3.2.3 Pembuatan cetakan ... 30
3.3 Pembuatan benda uji ... 31
3.3.2 Pembuatan benda uji komposit... 32
3.3.3 Penyiapan benda uji kampas rem ... 35
3.4 Bentuk dan dimensi benda uji ... 35
3.4.1 Benda uji keausan ... 35
3.4.2 Benda uji Koefisien gesek ... 35
3.4.3 Benda uji impak... 36
3.5 Metode pengujian ... 37
3.5.1 Metode pencarian nilai koefisien gesek ... 37
3.5.2 Metode pengujian keausan ... 38
3.5.3 Metode pengujian impak ... 40
BAB V. HASIL PENELITAIN DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil Pengujian Koefisien Gesek ... 42
4.2 Hasil Pengujian Keausan... 47
4.3 Hasil Pengujian Impak ... 51
BAB VI. KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan... ... 58
5.2 Saran ... ... 59
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Perhitugan Nilai Rata-Rata Koefisien Gesek Pada Komosit
Pertikel Arang Kayu Ulin ... 61
Lampiran 2 Perhitugan Nilai Rata-Rata Keausan Epoxy, Komosit
Pertikel Arang Kayu Ulin dan Benda Uji Kampas Rem ... 63
Lampiran 3 Perhitugan Nilai Rata-Rata Tenaga Patah dan Harga
Keuletan Benda Uji Epoxy dan Komposit Pertikel Arang
Kayu Ulin ... 66
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Kayu Ulin Balok ... 2
Gambar 2.1 Diagram Venn komposi ... 8
Gambar 2.2 Grafik Kekakuan Komposit Dengan Komponen
Penyusunnya. (Murphy, 1994 : 182) ... 9
Gambar 2.3 Penyusunan Serat Memanjang ... 10
Gambar 2.4 Komposit Berlapis ... 11
Gambar 2.5 Komposit Partikel ... 11
Gambar 2.6 Bentu-Bentuk Reinforcement Agent ... 13
Gambar 2.7 Metode Pencarian Nilai Koefisien Gesek ... 20
Gambar 2.8 Prinsip Pengujian Keausan ... 21
Gambar 2.9 Prinsip Pegujian Impak (Santoso, 2007) ... 22
Gambar 3.1 Skema Jalannya Penelitian ... 26
Gambar 3.2 Sebelum dan Sesudah di arangkan pada suhu 200°C ... 27
Gambar 3.3 Resin dan Hardener Epoxy ... 28
Gambar 3.4 Release agent (Mirror glaze) ... 29
Gambar 3.5 Cetakan Komposit ... 30
Gambar 3.6 Benda Uji Keausan (a.spesimen uji murni, b.spesimen
uji komposit) ... 35
Gambar 3.7 Skema Benda Uji Koefisien Gesek ... 36
Gambar 3.8 Skema Benda Uji Impak ... 36
Gambar 3.9 Alat Untuk Mencari Nilai Koefisien Gesek ... 37
Gambar 3.11 Mikroskop Untuk Melihat Lebar Keausan Spesimen ... 40
Gambar 3.12 Mesin Uji Impak Charppy ... 41
Gambar 4.1 Pengambilan Data Nilai Koefisien Gesek ... 42
Gambar 4.2 Grafik Koefisien Gesek Rata-Rata Benda Uji ... 45
Gambar 4.3 Goresan Keausan ... 47
Gambar 4.4 Grafik Laju Keausan Rata-Rata Benda Uji... 49
Gambar 4.5 Grafik Tenaga Patah Rata-Rata Benda Uji ... 55
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Ukuran Benda Uji Impak ... 36
Tabel 4.1 Koefisien Gesek Epoxy dan Kampas Rem ... 43
Tabel 4.2 Koefisien Gesek Komposit ... 44
Tabel 4.3 Nilai Koefisien Gesek Matrik, Komposit Partikel
Arang Kayu Ulin, dan Kampas Rem ... 45
Tabel 4.4 Tabel Lebar Keausan Epoxy dan Benda Uji Kampas Rem . 47
Tabel 4.5 Tabel Lebar Keausan Benda Uji Komposit ... 48
Tabel 4.6 Nilai Keausan Matrik, Kampas Rem, dan Komposit
Partikel Arang Kayu Ulin ... 49
Tabel 4.7 Harga Keuletan Epoxy ... 51
Tabel 4.8 Harga Keuletan Komposit Fraksi Volume 20% ... 52
Tabel 4.9 Harga Keuletan Komposit Fraksi Volume 30% ... 53
Tabel 4.10 Harga Keuletan Komposit Fraksi Volume 40% ... 54
Tabel 4.11 Nilai Rata-rata Tenaga Patah dan Nilai Rata-rata Keuletan
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar belakang
Pada saat ini banyak sekali permasalahan yang timbul akibat dari
pencemaran udara, air, maupun tanah. Hal ini timbul karena sifat konsumtif
manusia yang cukup tinggi. Dapat diambil contohnya manusia saat ini
berlomba-lomba untuk dapat memiliki kendaraan bermotor baik mobil maupun sepeda
motor. Dengan banyaknya permintaan konsumen akan kendaraan bermotor yang
cukup tinggi. Produsen meningkatkan produksi kendaraan dan spare part kendaran
bermotor dengan harga yang terjangkau. Dibalik imbas dari harga yang terjangkau
itu, produsen memangkas biaya produksi kendaran bermotor maupun spare
partsnya. Dengan pemangkasan biaya ini, bahan baku yang digunakan semakin
rendah kualitasnya. Tanpa disadari, dengan kualitas yang rendah ini,
produk-produk kendaraan bermotor maupun spare partsnya memberikan dampak
pencemaran pada lingkungan terutama pada pencemaran udara.
Pencemaran udara disini diakibatkan dari penggunaan asbes. Dan salah
satu pengguna asbes terbanyak ada pada bagian kampas rem kendaran bermotor.
Sekarang ini banyak produk otomotif yang menggunakan asbes dengan alasan,
asbes memiliki beberapa keunggulan dan harga yang relatif ekonomis. Namun
selain memiliki kelebihan, pastinya asbes juga memiliki beberapa kekurangan
yaitu sangat berbahaya bagi kesehatan manusia.
Ada beberapa penyakit yang disebabkan oleh asbes yaitu Asbestosi, Mesothelioma, dan kanker paru-paru. Maka dari itu peneliti mencoba mencari alternatif lain pengganti asbes pada campuran pembuatan kampas rem bagi
kendaraan bermotor. Bahan campuran alternatif disini bersifat alami, tidak
merusak lingkunga dan tidak mengganggu kesehatan manusia. Dengan mencoba
mengganti campuran asbes pada kampas rem dengan bahan-bahan yang bersifat
mengurangi penyebab pencemaran udara dilingkungan dan mengurangi pemicu
beberapa penyakit bagi kesehatan.
Dalam hal ini peneliti mencoba membuat kampas rem berbahan komposit
yang dasar pengutnya berasal dari limbah partikel kayu ulin dan pengikatnya
menggunakan resin epoxy. Seperti yang kita ketahui komposit merupakan sejumlah sistem multi fasa sifat gabungan, yaitu gabungan antara bahan
matrik/pengikat dan reinforcement/bahan penguat. Pada umumnya bahan material
yang digunakan adalah serat, namun kali ini peneliti menggunakan partikel kayu
yang diarangkan sebagai penguat komposit.
Jenis partikel kayu yang digunakan adalah partikel kayu ulin dan bisa
didapatkan dari limbah produksi kayu ulin. Kayu ulin (Eusideroxylon Zwageri)
atau bisa juga disebut kayu besi termasuk kedalam famili Lauraceae, kayu ini banyak ditemukan didaerah Jambi, Sumatera Selatan dan Kalimantan. Tinggi
pohon ulin biasanya bisa mencapai 35 m (meter) dengan panjang batang bebas
cabang 5-10 m, diameter mencapai 100 cm, kulitnya berwarna coklat
[image:31.595.86.512.169.630.2]kemerah-merahan sampai coklat tua atau kelabu.
Gambar 1.1.Kayu Ulin Balok
Kayu ulin memiliki berat jenis 1,04 kg/dm3 dan termasuk kedalam kayu dengan kelas kuat dan kelas awet nomer 1. Kayu ulin dapat digergaji dan diserut
dengan hasil yang baik, tetapi sangat cepat menumpulkan alat-alat tersebut karena
dalam tanah, balok, papan lantai, mebel, dan ukiran untuk hiasan rumah
(Martawijaya et al. 1989).
Semakin tua dan semakin banyak terkena air maka kayu ulin akan semakin
keras dan semakin sukar untuk dibentuk, namun dengan itu juga kayu ulin akan
semakin tahan lama karena tahan akan serangan rayap, tahan akan perubahan
kelembaban dan suhu, serta tahan pula terhadap air laut. Jadi cukup wajar kayu ini
dijuluki kayu sepanjang masa atau kayu primadona, kayu ini pada dasarnya
merupakan kayu yang dilindungi dan dibatasi penggunaannya. Jadi untuk
penggunaanya masih terus dikontrol dan diawasi oleh dinas terkait. Namun
peneliti berani mengangkat kayu ulin sebagai bahan penelitian dikarenakan
menarik untuk dijadikan komposit. Selain itu kayu ini juga memiliki banyak
kelebihan dibandingkan dengan kayu-kayu yang lain, jadi sangat disayangkan
apabila limbah kayu ini tidak dimanfaatkan semaksimal mungkin.
Bahan yang digunakan sebagai matik pengikat dalam pembuatan komposit
ini adalah resin epoxy. Sebagai dasar, resin epoxy memiliki beberapa keunggulan
antara lain:
1. Ringan
2. Kuat
3. Tahan terhadap minyak
4. Tahan terhadap bahan kimiam
5. Tahan terhadap korosi
6. Pemakaiannya mudah
7. Mudah didapat
Dalam proses pembuatan komposit partikel arang kayu ulin, dilakukan
proses pengarangan partikel kayu ulin terlebih dahulu. Tujuan dari pengarangan
1. Arang tidak dapat terurai
2. Aman dari hewan pemakan kayu
Untuk mengetahui hasil dari penelitian ini maka akan dilakukan beberapa
pengujian yaitu uji keausan, uji impak, dan mencari nilai koefisien geseknya.
Setelah pengujian komposit dilakukan dan data dari sifat karakteristiknya sudah
didapat maka dapat mempermudah peneliti mengolah data untuk pengembangan
penelitian lebih lanjut.
Handoko (2007) mengemukakan bahwa fraksi volume sangat
mempengaruhi hasil dari penegujian komposit. Sebelum dapat diketahui pantas
atau tidak kampas rem berbahan komposit digunakan, maka harus dicari terlebih
dahulu nilai koefisien gesek, kekuatan keausan, dan ketahanan komposit tersebut
dengan pembanding kampas rem yang sudah ada.
1.2 Rumusan masalah
Berdasarkan latar belakang diatas maka dapat dikemukakan rumusan
masalah sebagai berikut :
1. Berapakah nilai koefisien gesek komposit rang kayu ulin dan pengaruh apa
yang ditimbulkan seiring bertambahnya fraksi volume?
2. Berapakah laju keausan komposit arang kayu ulin dan pengaruh apa yang
ditimbulkan oleh pertambahan fraksi volume ?
3. Berapa nilai tenaga patah dan nilai keuletan komposit partikel arang kayu
ulin dan seberapa besar pengaruh yang ditimbulkan oleh karena
pertambahan fraksi volume?
4. Apakah komposit arang kayu ulin sudah sesuai dengan persyaratan untuk
digunakan sebagai salah satu penganti alternatif kampas rem kendaraan
1.3 Tujuan penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk :
1. Mengetahui pengaruh fraksi partikel dan nilai koefisien gesek komposit
berpenguat partikel arang kayu ulin bermatrik epoxy dengan kadar partikel
arang kayu ulin 20%, 30%, dan 40%.
2. Mengetahui pengaruh fraksi partikel dan laju keausan spesifik komposit
berpenguat partikel arang kayu ulin bermatrik epoxy dengan kadar partikel
arang kayu ulin 20%, 30%, dan 40%.
3. Mengetahui pengaruh fraksi partikel, nilai tenaga patah dan keuletan
komposit berpenguat partikel arang kayu ulin dengan matrik epoxy.
4. Membandingkan nilai koefisien gesek dan keausan spesifik komposit
arang kayu ulin dengan kampas rem sepeda motor bebek yang sudah ada
dipasaran.
1.4 Manfaat penelitian
Penelitian diharapkan dapat memberikan manfaat sebagai berikut :
1. Menambah informasi tentang pengembangan ilmu komposit, yang dapat
ditempatkan di perpustakaan Universitas Sanata Dharma.
2. Sebagai Tugas Akhir peneliti untuk menyelesaikan jenjang perkuliahan S1
di Universitas.
1.5 Batasan masalah
Pada kasus ini penulis membatasi masalah pada :
1. Pengujian yang dilakukan pada komposit adalah Pengujian koefisien
gesek, pengujian keausan spesifik, dan pengujian kekuatan impak.
2. Pengarangan partikel kayu ulin dilakukan dengan cara dioven dalam suhu
3. Bahan penguat komposit adalah partikel arang kayu ulin dengan panjang
antara 5 mm – 8 mm, dengan fraksi volume 20%, 30%, dan 40%.
4. Matrik yang digunakan sebagai bahan pengikat adalah epoxy dengan merek dagang Eposchon.
BAB II
DASAR TEORI
2.1 Pengertian komposit
Komposit dapat didefinisikan sebagai penggabungan dua macam bahan
atau lebih dengan fase yang berbeda. Fase pertama disebut sebagai matrik dan
fase kedua disebut reinforcement agent. Matrik berfungsi sebagai pengikat, dan reinforcement berfungsi sebagai penguat bahan komposit. Sebenarnya prinsip dari komposit sudah lama digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Konsep yang ada
sejak dahulu, yaitu dengan mengkombinasikan sifat bahan yang berbeda untuk
dijadikan satu sehingga dapat menghasilkan bahan baru yang memiliki sifat yang
lebih baik dari material penyusunnya. Material komposit mempunyai sifat dari
material konvensional dan pada umumnya dari proses pembuatannya melalui
pencampuran yang tidak homogen. Dari kombinasi bahan-bahan yang ada,
manusia dapat merancang bahan sesuai dengan aplikasi bahan tersebut. Dimana
tidak semua bahan dapat digunakan disemua lokasi lingkungan berbeda.
Bila kita meninjau komposit maka bahan yang diberi lapisan, bahan yang
diperkuat, dan kombinasi lain yang memanfaatkan sifat khusus dari bahan juga
termasuk komposit. Bisanya antara bahan yang satu dengan bahan yang lain
memiliki sifat yang saling melengkapi, karena sifat dari bahan yang akan
dipadukan setelah penggabungan tidak berubah.
Komposit berbeda dengan paduan, untuk menghindari kesalahan dalam
pengertiannya, oleh Van Vlack (1994) menjelaskan bahwa alloy (paduan) adalah kombinasi antara dua bahan atau lebih dimana bahan-bahan tersebut terjadi
peleburan sedangkan komposit adalah kombinasi terekayasa dari dua atau lebih
bahan yang mempunyai sifat-sifat seperti yang diinginkan dengan cara kombinasi
sistematik pada kandungan-kandungan yang berbeda tersebut.
maka dikenal Metal Matrix Composites (MMC), Ceramic Matrix Composites (CMC), dan Polimer Matrix Composites
Gambar 2.1.Diagram Venn
Karena komposit merupakan penggabungan dua bahan atau lebih yang memiliki fase berbeda. Maka dari itu komposit pastinya mempunyai keunggulan dan kekurangan.
Adapun keunggulan dari bahan komposit ini (Jones, R.M, 1975: 1), yaitu :
1. Kerapatannya rendah (ringan).
2. Komposit dapat dirancang untuk terhindar dari korosi.
3. Hal ini akan sangat menguntungkan pada pemakaian elemen-elemen
tertentu pada kendaraan bermotor.
4. Bahan komposit dapat menghasilkan penampilan (appearance) dan
kehalusan permukaan yang baik.
5. Dengan bahan komposit dimungkinkan untuk mendapatkan sifat-sifat
yang lebih baik dari keramik, logam, dan polimer.
6. Sifat produk dapat diatur dulu sesuai terapannya.
Kekurangan dari penggunaan bahan komposit partikel arang kayu ulin
1. Sifat anisotropic yaitu sifat mekanik bahan dapat berbeda antara lokasi yang satu dengan lokasi yang lain tergantung arah pengukuran.
2. Banyak bahan pengikat atau matrik komposit terutama polimer dan
termoset cenderung tidak aman terhadap serangan zat-zat kimia atau
larutan tertentu.
3. Untuk beberapa teori komposit, bahan baku dan proses pembuatan
biayanya cukup mahal.
4. Proses pembuataanya relatif sulit dan rumit.
5. Proses pembuatan komposit cukup memakan waktu yang lama.
Secara khusus, kekuatan maupun kekakuan komposit, tergantung pada
kekakuan dan kekuatan fiber dan matrik yang digunakan. Jadi kemampuan
komposit terdapat diantara kemampuan fiber dan matrik pengikatnya serta
memiliki sifat-sifat dari bahan yang menjadi penyusun, dapat dilihat pada gambar
2.2.
Gambar 2.2.Grafik kekuatan, kekakuan komposit dengan komponen penyusunnya (Murphy, 1994:182)
2.2 Penggolongan komposit
Penggolongan bahan komposit sangat luas, jenis komposit sering
penguatnya, secara umum komposit dapat dikelompokan ke dalam tiga jenis
(Jones, R.M : 7), yaitu :
1. Komposit serat (Fibrous composites)
Pada komposit ini bahan penguat yang digunakan adalah serat (dapat berupa
serat organik atau serat sintetik) yang memiliki kekuatan dan kekakuan lebih
besar bila dibandingkan dengan bahan pengikat atau matrik. Bahan pengikat yang
digunakan dapat berupa polymer, logam, ataupun keramik.
Agar dapat membentuk produk yang efektif dan baik maka komponen penguat
harus memiliki modulus elastisitas yang lebih tinggi daripada matriknya selain itu
juga harus ada ikatan permukaan antara komponen pengguat dan matrik (Van Vlack, L.H :589). Salah satu contoh penyusunan dengan metode memanjang
[image:39.595.82.515.209.627.2]dapat dilihat pada skema gambar 2.3.
Gambar 2.3.Penyusunan serat memanjang 2. Komposit lamina (Laminated composites)
Komposit ini terdiri dari dua atau lebih material yang disusun secara
berlapis-lapis. Pelapisan ini bertujuan untuk mendapatkan sifat-sifat yang baru seperti
kekuatan, kekakuan, ketahanan korosi, dan sifat termal juga untuk penampilan
yang lebih atraktif. Pada gambar 2.4 dapat dilihat gambaran skema komposit
Gambar 2.4.Komposit berlapis
3. Komposit partikel (Particulated composites)
Particulated composites terdiri dari partikel-partikel yang ada dalam
matrik. Material partikel dapat dibuat dari satu jenis ataupun lebih dari satu
jenis material, dan biasanya material partikel ini terbuat dari bahan material
non-logam.
Ada dua jenis particulated composites yaitu, partikel komposit organik dan
partikel komposit non – organik. Dalam pembuatannya, komposit partikel
dapat dibuat dari partikel dan matrik logam maupun non – logam atau
kombinasi dari keduanya. Pada gambar 2.5 dapat dilihat skema kompsoit
partikel yang telah dijelaskan.
Sedangkan untuk komposit menurut jenis matrik yang digunakan dapat
dibedakan menjadi tiga (Murphy, 1975), yaitu :
1. Komposit matrik logam (Metal Matrik Composites)
Pada komposit ini, matrik yang digunakan adalah logam sedangkan bahan
penguatnya biasanya berupa partikel keramik atau fiber logam, keramik,
karbon, dan boron. Pembuatan matrik logam ini biasanya dikerjakan pada temperature tinggi, karena untuk melelehkan bahan logam sebelum dicetak
menjadi komposit.
Sedangkan untuk logam yang paling sering digunakan antara lain
aluminium, tembaga, kuningan, dan timah. Komposit matrik logam ini banyak
digunakan karena kebutuhan bahan yang ringan dan tahan panas tetapi mudah
memuai.
2. Komposit matrik keramik (Ceramik matrik composites)
Pembuatan komposit dengan matrik sangat sulit dan memerlukan biaya yang cukup banyak, tetapi keramik memiliki beberapa sifat yang menarik
seperti kekuatan, kekerasan, dan kekuatan tekan yang cukup tinggi serta
kerapatan yang rendah.
Namun selain kelebihan itu pastilah ada kekurangan yang dimiliki, yaitu
seperti ketangguhan (toughness) dan tegangan tarik yang rendah. Metode yang
biasanya digunakan adalah metode metalurgi serbuk dan sebagai matrik dapat
digunakan Alumina (Al2O3), Karbida Silicon (SiC), Nitrid boron (BN), dan
Karbida titanium (TiC). Sebagai fibernya dapat digunakan karbon, Sic, dan
Al2O3.
3. Komposit matrik polimer (Polimer matrik composites)
Komposit ini adalah jenis komposit yang paling banyak digunkan. Selain
karena pada saat proses pembuatannya lebih mudah, harga pembuatannya juga
Matrik polimer dibedakan menjadi dua jenis, yaitu polimer termoplastik
dan polimer thermosetting. Polimer termoplastik adalah material yang mudah
berubah sifat fisis dan mekaniknya bila dalam temperatur yang cukup tinggi
namun tahan terhadap lenturan dan bersifat ulet. Dan contoh dari material ini
ada acrylics dan polyethylene. Sedangkan polimer thermosetting adalah
material yang relatif tahan terhadap sifat fisis dan mekanisnya bila berada
pada temperatur tinggi. Tetapi relatif getas dan mudah retak atau pecah.
Beberapa contoh material ini adalah Epoxy,melamine, dan polyester.
Bahan penguatnya sendiri dapat diambil dari serat maupun partikel
(Flake), yaitu masing-masing dibrdakan menjadi dua yaitu bahan penguat
organik dan non-organik.
2.3 Komponen bahan komposit
Komposit merupakan penggabungan dua macam bahan atau lebih, yaitu
matrik dan reinforcement agent atau penguat. Penguat dapat disisipkan ke matrik
namun tidak larut didalam matrik. Matrik sendiri pada komposit dapat berbentuk :
1. logam
2. keramik
3. polimer
Sedangkan untuk penguatnya dapat berupa serat, partikel, ataupun
serpihan. Pada gambar 2.6 dapat dilihat bentuk-bentuk reinforcement.
[image:42.595.86.517.214.713.2](Serat) (Partikel) (Serpihan)
2.4 Komposit berpenguat partikel
Komposit merupakan material yang mampu menggantikan logam,
khusunya pada aplikasi penggunaan material dengan berat yang rendah. Komposit
partikel merupakan suatu bahan yang terbentuk dari partikel-partikel yang
tersebar didalam matrik pengikat. Karena penyebaran partikel-partikel tersebut komposit partikel dapat dirancang untuk mendapatkan sifa mekanik yang baik.
Komposit partikel dapat dibuat dari partikel matrik logam maupun non-logam
atau bisa juga dari kombinasi keduanya.
Jenis partikel sendiri menurut dengan panjangnya dapat dibedakan
menjadi dua, yaitu sebagai berikut :
1. Large particle
Komposit yang disusun oleh reinforcement berbentuk partikel, dimana
interaksi antara partikel dan matrik terjadi tidak dalam skala atomik atau
molekular. Partikel seharusnya berukuran kecil dan terdistribusi merata.
Contoh dari large particle composite adalah cemet dengan sand atau gravel,
cemet sebagai matriks dan sand sebagai partikel, Sphereodite steel (cementite
sebagai partikulat), Tire (carbon sebagai partikulat), Oxide-Base Cermet
(oksida logam sebagai partikulat).
2. Dispersion strengthened particle
Fraksi partikulat sangat kecil, jarang lebih dari 3% dan ukuran yang lebih kecil yaitu sekitar 10-250 nm.
2.4.1 Partikel (serbuk atau butiran)
Ukuran partikel yang digunakan sangatlah bervariasi dari skala
mikroskopis sampai skala makroskopis. Partikel ini banyak digunakan sebagai
phase reinforcing pada logam dan keramik. Distribusi partikel didalam matrik
mempunyai sifat isotropc. Mekanisme penguatan oleh partikel ini tergantung pada ukuran partikel itu sendiri. Dalam skala mikroskopis, partikel yang
digunakan adalah serbuk yang sangat halus yang terdistribusi dalam matrik
dengan konsentrasi 15%. Keberadaan partikel di dalam matrik, akan menjadikan matrik menjadi lebih keras dan menghambat gerakan dislokasi yang akan timbul. Dalam kejadian ini, sebagian beban luar yang diberikan
bekerja pada matrik (Findasari, 2006).
Kemudian untuk pembuatan komposit partikel sendiri ada tiga jenis
partikel yang dapat digunakan, yaitu partikel logam, partikel non-logam
(organic), dan partikel keramik. Penggunaan partikel dalam komposit dapat
berupa bahan organik atau non-organik. Ada empat kemungkinan kombinasi
yang dapat dilakukan (Jones, R.M : 8), yaitu :
1. Nonmetallic in nonmetallic composites
Pada jenis ini partikel dan matrik yang digunakan berasal dari bahan baku
logam. Contohnya beton, beton ini tersusun dari adanya pasir, kerikil, semen,
dan air yang dicampurkan sesuai dengan takarannya yang setelah itu bereaksi
secara kimia lalu hasilnya mengeras setelah kering.
2. Metallic in nonmetallic composites
Komposit ini tersusun oleh partikel logam. Contoh bahan ini adalah serbuk
logam yang dicampurkan dengan resin thermoset, komposit ini sangat kuat
dan keras dan memiliki kemampuan menahan panas yang baik. Karena itu
bahan ini banyak digunakan dalam bidang elektrik.
3. Metallic in metallic composites
Untuk jenis komposit ini masih sangat jarang digunakan dan biasanya
merupakan paduan yang nantinya diharapkan akan mempunyai
4. Nonmetallic in metallic composites
Partikel non logam seperti keramik dapat dimasukan ke dalam matriks
logam. Dari paduan ini bahan tersebut menghasilkan bahan yang disebut
cerment. Cerment bisa digunkan sebagai alat potong yang tahan terhadap
temperature tinggi.
2.4.1 Matrik
Matrik merupakan komponen penyusun komposit dengan jenis yang
beracam macam. Matrik pada umumnya terbuat dari bahan yang lunak dan
liat. Polimer plastis merupakan bahan yang paling umum digunakan. Polimer
adalah bahan matrik yang tidak dapat menerima suhu tinggi. Namun pada
bahan jenis polimer termoset memiliki sifat yang dapat memadat apabila dipanaskan pada tekanan tertentu dan tidak dapat kembali. Contoh dari bahan
jenis termoset adalah polyester, vinillester, dan epoxy. Resin polyester tak jenuh adalah matrik thermosetting yang paling luas dalam penggunaan sebagai
matrik atau pengikat. Matrik ini digunakan mulai dari bagian yang
menggunakan proses pengerjaan uyang sangat sederhana sampai produk yang
dikerjakan dengan proses menggunakan cetakan mesin (Santoso, 2007).
Epoxy sendiri adalah bahan yang terdiri dari dua komponen yaitu resin dan hardener. Bila dicampurkan dengan perbandingan yang tepat akan
menghasilkan massa yang padat dan dapat melekat dengan baik pada
campurannya. Karakteristik epoxy antara lain : ringan dan tidak menimbulkan
tegangan, tahan bahan kimia, tahan minyak, kuat namun dapat diolah
menggunakan mesin, mudah dibuat dan tak perlu panas, kurang tahan
temperature tinggi, dan kurang tahan benturan. Jenis epoxy dapat diperkuat dengan logam, keramik, dan bermacam-macam serat atau partikel (Surdia,
1995 : 258).
Untuk kekerasan dan keuletan dapat ditentukan dengan mengatur
kebanyakan dipakai untuk perbaikan peralatan dari logam, perawat mesin dan
perekat bagi logam yang tidak boleh dilas. Keistimewaan lain epoxy yaitu mempunyai sifat susut muai yang sangat rendah, tahan tekanan, erosi dan
abrasi (Surdia, 1995 : 258).
Resin polyester relatif lebih murah jika dibandingkan dengan epoxy namun tidak sekuat epoxy.
2.4.2 Bahan tambahan
Katalis adalah bahan pemicu (initiator) dan berfungsi untuk memulai atau
mempersingkat reaksi pengeringan pada temperatur ruang. Kelebihan dari
katalis sendiri adalah menimbulkan panas saat proses pengeringan. Namun
apabila pencampuran katalis kedalam resin terlalu banyak atau tidak sesuai
dengan takaran dapat mengakibatkan kerusakan pada produk yang dibuat.
Karena pencampuran katalis dan resin dapat menimbulkan reaksi berupa
panas, dan apabila panas yang timbul berlebihan dapat merusak produk
(Santoso, 2007)
Untuk menghindari lengketnya produk pada proses pencetakan benda uji
maka cetakan dilapisi dengan release agent sebelumnya. Release agent yang
dapat digunakan ada banyak dan yang biasa digunakan mirror glass, oli, film
forming, dan lain sebagainya.
Selain bahan-bahan diatas masih banyak lagi bahan-bahan tambahan yang
dapat diaplikasikan sebagai penambah kemampuan terhadap suhu tinggi,
tahan aus dan sebagainya.
2.5 Fraksi volume
Fraksin volume adalah aturan perbandingan untuk pencampuran volume
serat serbuk, partikel dan volume matrik bahan pembentuk komposit terhadap
volume total komposit. Penggunaan istilah fraksi volume mengacu pada jumlah
dalam proses pembuatan komposit. Vcomposit adalah hasil campuran dari
masing-masing prosentase reinforcing, matrik, dan katalis.
Dalam pembuatan komposit dapat digunakan persamaan sebagai berikut.
Vcat Vm Vr
Vcomposit , (2.1)
Denga catatan :
Vr = % reinforcing Vcomposit = 100%
Vm = % matrik
Vcat = % katalis
2.6 Mekanika komposit
Sifat mekanis bahan komposit berbeda dengan bahan konvensional
lainnya. Tidak seperti bahan teknik lainnya yang pada umumnya bersifat
homogen isotropic. Bahan komposit cenderung bersifat heterogen atau berbeda
pada setiap titiknya. Ini terjadi karena bahan komposit tersusun atas dua atau lebih
material yang mempunyai sifat mekanis yang berbeda sehingga analisis mekanik
komposit berbeda dengan bahan teknik konvensional lainnya.
Sifat mekanis bahan komposit merupakan fungsi dari:
1. Sifat mekanis komponen penyusunnya.
2. Geometri susunan masing-masing komponen.
3. Inter fasa komponen.
Mekanika komposit dianalisis dari dua sudut pandang yaitu dengan analisa
mikro dan analisa makro mekanik. Analisa mikro bahan komposit
memperlihatkan sifat-sifat mekanik bahan penyusun dan hubungan antara
komponen penyusun dengan sifat-sifat mekanik bahan penyusun dan hubungan
memperlihatkan sifat maupun hubungan antara komponen penyusun
(Murphy,1975:11).
Mekaniskme penguat tergantung dari ukuran partikel. Dalam skala
mikroskopis digunakan partikel berupa serbuk sangat halus. Serbuk akan
menjadikan matrik mengeras dan menghambat gerakan dislokasi. Dalam hal ini
sebagian besar beban luar yang diberikan bekerja pada matrik. Bena luar yang
diberikan didukung bersama-sama oleh matrik dan partikelnya.
2.7 Koefisien gesek
Gaya gesekan ini terjadi jika dua buah benda bergesekan, yaitu permukaan
kedua benda bersinggungan waktu benda yang satu bergerak terhadap benda yang
lain. Benda yang satu melakukan gaya pada benda yang lain sejajar dengan
permukaan singgung, dan dengan arah berlawanan terhadap gerak benda yang
lain. Gaya–gaya gesekan selalu melawan gerak. Meskipun bahan tidak ada gerak
relatif antara dua benda yang bersinggungan, gaya gesekan dapat juga terjadi.
Gaya-gaya gesekan yang bekerja antara dua permukaan yang berada
dalam keadaan diam relatif satu dengan lainnya desebut gaya-gaya gesekan statik.
Gaya gesek yang dilambangkan FS dihubungkan dengan gaya normal (N) yang
bekerja pada benda itu (Sutrisno, 1981:48).
Pencarian nilai koefisien gesek dapat dicari dengan menggunakan persam- aan sebagai berikut:
a b s
m m
(2.2)
Dengan catatan :
S
= koefisien static
b
m = massa pemberat
a
Gambar 2.7.Metode pencarian nilai koefisien gesek 2.7 Uji keausan
Uji keausan merupakan pengujian yag dilakukan untuk mengetahui
ketahanan benda uji terhadap gesekan yang diberikan secara kontinyu selama
beberapa waktu. Goresan karena bahan yang keras menyebabkan permukaan
kasar. Pemolesan dengan bahan abrasi keras, kertas amplas atau debu memberikan
fenomena abrasi disebut keausan goresan atau keausan permukaan licin (Tata
Surdia, 1995: 39). Abrasi antara bidang bisa menyebabkan temperatur naik karena
gesekan yang berulang dan pada akhirnya akan terkikis dan habis.
Keausan menerima pengaruh yang besar dan rumit dari laju pergerakan
relatif dan tekanan pada bidang kontak. Keausan kumulatif antara permukaan
halus pada tekanan tetap menghasilkan harga maksimum pada laju pergerakan
relatif tertentu.
Keausan korosi bisa disebabkan juga oleh zat kimia, proses elektrokimia
dari bahan pelumas, dan juga ada keausan flet yang menyebabkan kerontokan oleh
retakan lelah lokal karena tegangan yang berulang-ulang dari persentuhan yang
tegangannya lebih tinggi dari batas elastis.
Mekanisme gesekan pada bahan polimer sangat berbeda dengan
mekanisme pada logam. Pada logam, koefisien gesekan hampir konstan tidak
tergantung beban, luas bidang kontak laju gesekan. Tetapi pada polimer koefisien
berkurang kalau beban bertambah, karena bahan menunjukan kelakuan
tengah-tengah antara deformasi elastik dan deformasi plastik (Tata Surdia, 1995: 188).
Harga keausan spesifik dapat dicari dengan menggunakan persamaan yang
ada pada (Modul praktikum uji keausan Universitas Gajah Mada Yogyakarta),
[image:50.595.84.512.196.729.2]untuk prinsip uji keausan dan tabel beban dan kecepatan dapat dilihat pada
gambar 2.8 dan 2.9:
O O O S P r b B W . . . 8 . 3
��2
��
(2.3)
Dengan catatan :
B = lebar piringan pengaus ( 3 mm)
o
b = lebar keausan pada benda uji (mm)
r = jari-jari piringan pengaus (10,85 mm)
O
P = gaya tekan pada proses pengaus (2,12 kg)
O
= jarak tempuh pada proses pengausan pengausan ( 66,6 m)
Ws = harga keausan spesifik (mm2/kg)
Gambar 2.8.Prinsip pengujian keausan
Tabel 2.1.Beban dan panjang lintasan pada uji keausan Gear Ratio D/C 36/108 48/96 72/72 96/48 108/36 Abrasion distance 66.6 100 200 400 600
(Abrasion distance tabel)
Gear Ratio E/F 36/108 48/96 72/72 96/48 108/36 Final load lo 2.12 3.18 6.36 12.72 19.08
2.9 Uji impak
Pengujian impak dilakukan untuk mengetahui sifat liat atau getas dari
benda uji. Uji impak ini membutuhkan tenaga untuk mematahkan benda uji
dengan sekali pukul. Alat yang digunakan berupa sebuah palu dengan berat
tertentu yang dijatuhkan dengan cara dilepaskan dari sudut (α) dan sisi pisau pada
palu mengenai benda uji yang berbentuk persegi panjang dengan ukuran 10 x 10
mm, panjang 55 mm dan takikan 2 mm serta sudut takikan 45°. Karena pukulan
tersebut, benda uji akan patah. Kemudian, palu akan berayun kembali membentuk
[image:51.595.87.513.185.731.2]sudut (β). (Santoso, 2007). Pada gambar 2.10 dapat dilihat skema pengujian impak
Gambar 2.9.Prinsip pengujian impak (Santoso, 2007) Energi uji impak dapat dicari dengan rumus (Santoso, 2007) :
W = GR (cosβ –cos α) (joule) (2.4)
Dengan catatan :
G = berat palu
R = jarak titik putar palu sampai titik berat palu
β = sudut yang dibentuk palu setelah mematahkan benda uji
W = tenaga patah
Harga keliatan suatu bahan dapat dicari dengan menggunakan rumus
(Santoso, 2007):
Keliatan = �
� (joule/mm
2
) (2.5)
Dengan catatan :
W = tenaga patah (joule)
A = luas patahan benda uji (mm2).
Dari metode ini dapat diperoleh keuntungan sebagai berikut :
a. Bentuk benda uji yang digunakan sangat cocok untuk mengukur
ketangguhan tarik pada bahan kekuatan rendah.
b. Pengujian dapat dilakukan pada suhu dibawah suhu ruang.
c. Dapat juga digunakan untuk perbandingan pengaruh paduan dan perlakuan
panas pada ketangguhan tarik.
Di samping beberapa keuntungan di atas pada metode ini, terdapat juga
kerugian yang terjadi, diantaranya :
a. Hasil uji impak tidak bisa dimanfaatkan dalam perancangan, karena uji ini
bersifat merusak.
b. Tidak terdapat hubungan antara data uji impak dengan cacat.
2.10 Standar teknik kampas rem
Ada beberapa persyaratan teknik yang harus dimiiki oleh kampas rem.
Beberapa persyaratan tersebut dapat dilihat seperti yang ada dibawah ini
a.Untuk nilai kekerasan sesuai standar keamanan 68 – 105 (Rockwell R).
b.Ketahanan panas 360°C, untuk pemakaian terus menerus sampai dengan
250°C.
c.Nilai keausan kampas rem adalah (5x10-4– 5x10-3 mm2/kg).
d.Koefisien gesek 0,14 – 0,27.
e.Massa jenis kampas rem adalah 1,5 – 2,4 gr/cm3.
f.Konduktivitas thermal 0,12 – 0,8 W.m.°K.
g.Tekanan Spesifiknya adalah 0,17 – 0,98 joule/g.C°.
h.Kekuatan gesek 1300 – 3500 N/cm2.
i.Kekuatan perpatahan 480 – 1500 N/cm2.
2.11 Tinjauan pustaka
Nugroho (2007) pernah meneliti “komposit berpenguat pertikel tempurung
kelapa sawit dengan resin epoxy sebagai alternatif pengganti kampas rem”. Hal
ini didasarinya karena banyaknya limbah dari proses produksi kelapa sawit yang
dapat dimanfaatkan dan salah satu pemanfaatan yang dilakukan dengan cara
dijadikan sebagai penganti alternatif kampas rem.
Pada penelitiannya tempurung kelapa sawit digunakan sebagai
reinforcement dan resin epoxy sebagai matriksnya. Fraksi yang dipergunakan sebesar 20%, 30%, 40%, dan 50% dengan ukuran partikel 0,5 mm – 1 mm.
Pengujian yang dilakukan yaitu mencari nilai koefisien gesek, uji keausan, uji
thermal, uji mikro, dan uji makro.
Setelah melakukan pengujian dan menganalisa data yang diperoleh dari
pengujian diperoleh kesimpulan. Koefisien gesek terbesar terdapat pada spesimen
tingkat keausan kampas rem ada pada spesimen dengan fraksi volume 40% dan
50%. Untuk ketahanan thermalnya komposit berpenguat tempurung kelapa sawit
dapat tahan sampai suhu 240°C. Sedangkan untuk struktur mikro dapat dilihat
bahwa pada setiap komposit partikel terjadi perenggangan ikatan antara resin dan
partikel namun struktur antara partikelnya semakin merapat.
Borgias (2008) pernah meneliti “keausan dan kekuatan impak bahan
komposit arang kayu glugu bermatrik epoxy” penelitian yang dilakukan bertujuan
untuk mengetahui nilai laju keausan spesifik, koefisien gesek dan kekuatan impak
komposit dengan penguat dari arang kayu glugu bermatrik epoxy.
Sebelum digunakan serbuk kayu glugu diarangkan didalam oven dengan
suhu 200°C dan 300°, selama 2 jam. Untuk pembuatan komposit dilakukan
dengan cara mencampurkan serbuk gergaji yang telah masing-masing dioven
dengan epoxy. Pencampuran sendiri menggunakan perbandingan 50% ; 50%. Pembuatan komposit dilakukan dengan metode cetak tekan dan bentuk geometri
benda uji impak mengacu pada standar ASTM A370. Pengujian impak sendiri
menggunakan alat uji impak charpy. Bentuk benda uji keausan mengacu pada alat
uji keausan dengan ukuran 40 x 25 x10 (mm). pengujian dilakukan dengan
menggunakan alat uji keausan Oghosi High Speed Universal Wear Testing Machine (Type OAT-U). pengujian koefisen gesek dilakukan dengan menggunakan media piringan cakram dengan beban pembanding air.
Dari hasil pengujian impak didapatkan harga keuletan yang relatif sama,
tetapi keuletan tertinggi terjadi pada komposit dengan fraksi volume penguat 37%
yaitu sebesar 2,86 kJ/mm2. Nilai keausan spesifik terbaik terjadi pada komposit dengan fraksi volume 46% yaitu 4,13x10-6 mm2/kg, dan koefisien gesek tertinggi terjadi pada komposit dengan fraksi volume penguat 55% yaitu sebesar 0,45.
Berdasarkan hasil pengujian keausan dan koefisien gesek, komposit dengan fraksi
penguat 46 % hampir mendekati kelayaklan untuk digunakan sebagai kampas rem
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Skema penelitian
Agar lebih memudahkan peneliti dalam melaksanakan penelitian, maka
[image:55.595.85.509.212.708.2]dibuat alur jalannya penelitian seperti yang ditunjukan pada gambar 3.1
3.2 Persiapan bahan benda uji 3.2.1 Bahan komposit
Untuk membuat komposit berpenguat partikel arang kayu ulin diperlukan
bahan-bahan sebagai berikut :
1. Partikel
Partikel yang digunakan dalam komposit ini adalah partikel yang berasal
dari hasil ketaman kayu ulin. Untuk mendapatkan partikel kayu ulin, harus
melalui beberapa proses. Proses tersebut anatara lain :
Penyiapan partikel kayu ulin. Pembersihan partikel kayu ulin.
Pengayakan partikel dengan ukuran masing-masing lubang ayakan
sebesar 5 mm x 5 mm.
Pengarangan dengan cara dioven.
Untuk mendapatkan partikel pengarangan yang baik, maka dilakukan
pengarangan partikel kayu ulin dengan suhu 200°C yang dilakukan selama
120 menit di dalam oven. Lama pengarangan ini diasumsikan bahwa suhu
telah merata di dalam wadah tembikar. Hasil sebelum dan sesudah dioven
[image:56.595.84.514.282.721.2]dapat dilihat pada gambar 3.2.
2. Resin
Resin yang digunakan dalam penelitian ini adalah Resin epoxy dengan merek dagang Eposchon seperti yang terlihat pada gambar 3.3. Dengan ciri-ciri resin berwarna bening dan hardenernya berwarna kuning. Resin epoxy dapat dipergunakan dengan perbandingan pencampuran antara resin dengan
[image:57.595.84.511.216.586.2]hardenernya 1:1 atau 2:1
Gambar 3.3.Resin dan Hardener Epoxy
3. Bahan tambahan
Bahan tambahan yang digunakan merupakan release agent merupakan sebuah pelapis yang berfungsi untuk mencegah lengketnya produk pada
cetakan saat proses pelepasan produk dari cetakannya. Pelapisan dilakukan
sebelum proses pembutan dilakukan. Release agent yang digunakan antara lain waxes (semir), mirror glass, polyvinyl alcohol, film forming, vaslin, dan
Gambar 3.4.Release agent (Mirror glaze) 3.2.2 Alat bantu
Alat bantu yang digunakan untuk pembuatan komposit berpenguat partikel
arang kayu ulin adalah sebagai berikut :
1. Oven, untuk pengarangan partikel kayu ulin.
2. Tembikar bertutup, untuk tempat parikel kayu ulin saat dioven.
3. Sarung tangan dan tang penjepit, untuk mengambil tembikar yang berisi
partikel kayu ulin yang telah diarangkan didalam oven bersuhu 200°C
4. Gelas ukur, untuk mengukur volume resin.
5. Timbangan gram, untuk menimbang partikel kayu ulin.
6. Wadah Pencampur, untuk tempat mencampur partikel dan resin.
7. Kuas, untuk mengoleskan release agent kedalam cetakan.
8. Gergaji, untuk memotong komposit.
9. Mesin milling, digunakan untuk membuta ukuran komposit sesuai dengan
astm yang digunakan pada pengujian.
10.Kikir dan amplas, untuk menghaluskan beberapa bagian komposit.
3.2.3 Pembuatan cetakan
Cetakan pada pembuatan komposit ini mengunakan cetakan yang dibuat
sendiri dengan ukuran yang telah disesuaikan dengan kebutuhan spesimen
benda uji. Cetakan dibuat dengan menggunakan bahan dasar dari kaca
dengan ketebalan kata 5 mm. Cetakan tersebut berbentuk persegi panjang
dengan total panjngan 550 mm yang dibagi menjadi empat bagian dengan
masing-masing ukuran, yaitu:
Panjang = 250 mm
Lebar =100 mm
Tinggi = 15 mm
Cetakan menggunakan penutup yang terbuat dari kaca dan diberi
pembeban. Penutupan cetakan dilakukan untuk menghindari terjadinya
kerusakan komposit pada saat proses pengeringan komposit yang
dikarenakan hal-hal yg tidak terduga. Gambar cetakan dapat dilihat seperti
[image:59.595.82.513.220.725.2]yang ada pada gambar 3.5
3.3 Pembuatan benda uji
3.3.1 Pembuatan benda uji resin (Epoxy)
Dalam pembuatan benda uji resin memiliki langkah-langkah sebagai
berikut, yaitu :
1. Pertama-tama menyiapkan epoxy, gelas ukur, tempat mencampur, batang kayu, release agent, kuas, dan cetakan.
2. Dilakukan proses pelapisan dasar pada cetakan mengunakan kuas
dengan mirror glaze. Hal ini dilakukan untuk mempermudah pelepasan spesimen dari cetakan.
3. Resin dan hardener disiapkan sebanyak 375 mm3 (375 ml) menggunakan gelas ukur. Karena perbandingan resin dan hardener
adalah 1:1 maka resin sebanyak 187,5 ml dan hardener 187,5 ml.
4. Resin dan hardener dicampurkan pada gelas kaca, kemudian diaduk
hingga rata. Pengadukan dilakukan sekitar ± 2 menit dengan baik
sebelum menjadi keras. Pengadukan yang baik dilakukan agar
terhindar dari pengadukan yang mengakibatkan timbulnya gelembung
udara. Gelembung yang timbul akan menimbulkan void pada matrik.
5. Setelah resin dan hardener tercampur dengan merata, segera tuang ke
dalam cetakan yang sudah disiapkan secara perlahan dan merata
kemudian ditutup dengan kaca.
6. Proses pengeringan dilaksanakan selama ± 4 jam. Setelah spesimen
kering, spesimen siap dikeluarkan dari cetakan dan siap untuk diproses
untuk dijadikan spesimen pengujian.
7. Dilakukan pemotongan dengan gergaji sesuai dengan ukuran yang
diinginkan. Untuk penyempurnaan spesimen, digunakan mesin
3.3.2 Pembuatan benda uji komposit
Langkah pertama dalam pembuatan benda uji komposit adalah
menentukan massa jenis (ρ) partikel arang kayu ulin. Setelah dilakukan
perhitungan dengan menggunakan � =�
� didapatkan harga massa jenis arang
kayu ulin adalah 0,7 g/ml.
Langkah kedua adalah menghitung komposisi partikel kayu ulin yang
diarangkan, resin, dan hardener berdasarkan volume cetakan dan prosentase
komposisi yang sudah diperhitungkan. Langkah perhitungannya adalah
sebagai berikut :
1. Menghitung volume cetakan
Vcetakan = p x l x t 3.1
= 250 x 100 x 15
= 375 mm3 = 375 ml.
2. Menghitung komposisi komposit partikel kayu ulin yang sudah diarangkan
