Bab I Pendahuluan
RIKI PURNOMO/11/314953/NT/14794 1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Kaca merupakan amorf (non crystalline) material padat yang bening dan juga transparan atau tembus pandang, serta sifatnya rapuh. Kaca sangat dibutuhkan oleh manusia untuk berbagai aspek kebutuhan, baik dalam sektor industri maupun sektor yang paling sederhana yaitu pada bidang rumah tangga. Namun, kaca juga tidak sepenuhnya memiliki kegunaan yang dapat menguntungkan manusia, contohnya sisa-sisa kaca atau limbah kaca yang di hasilkan oleh pengusaha wiraswasta yang menggeluti bisnis kaca, apabila tidak di tangani dengan baik, maka akan berdampak buruk terhadap manusia atau lingkungan. Oleh karena itu kita harus pintar dalam mengolah limbah kaca agar lingkungan kita tetap terjaga dan agar tidak membahayakan manusia.
Penulis berusaha memanfaatkan limbah kaca tersebut dengan serbuk aluminium yang juga termasuk limbah yang dihasilkan dari proses pengikiran benda yang terbuat dari aluminium. Limbah aluminium ini juga dapat mencemari lingkungan bila dibuang begitu saja. Penulis juga memanfaatkan akrilik yang biasa digunakan sebagai bahan pembuat gusi palsu pada ilmu kedokteran gigi. Dari campuran ketiganya penulis mencoba membuat sesuatu yang mempunyai nilai guna lebih.
1.2. Tujuan
Dari penguraian pada sub-bab latar belakang maka dapat dirumuskan tujuan penyusunan tugas akhir adalah sebagai berikut :
1. Membuat spesimen dari campuran limbah aluminum, kaca dan akrilik yang mempunyai nilai guna lebih.
2. Mengetahui proses pembuatan specimen composite dari
Bab I Pendahuluan
RIKI PURNOMO/11/314953/NT/14794 2
3. Mengetahui perbedaan dimensi yang terjadi pada spesimen dengan dimensi rancangan (komputer).
1.3. Batasan Masalah
Dalam laporan tugas akhir ini, penulis menggambarkan perencanaan proses pembuatan komposit Al-kaca-akrilik, dari awal persiapan bahan baku sampai proses pembuatan hingga akhir pengerjaan, pengamatan mengenai dimensi spesimen.
1.4. Metode Penyusunan
Dalam penyusunan laporan tugas akhir ini ada beberapa metode yang digunakan untuk mengumpulkan data-data yang diperlukan untuk penulisan. Metode-metode tersebut antara lain:
1. Metode kepustakaan
Metode kepustakaan merupakan metode pengumpulan data dengan cara mempelajari buku-buku pendukung maupun referensi lain yang berhubungan dengan penulisan tugas akhir ini.
2. Metode wawancara
Metode wawancara adalah metode pengumpulan data melalui wawancara secara langsung mengenai hal-hal yang berhubungan materi tugas akhir ini dengan pihak-pihak mempunyai pengetahuan yang lebih luas tentang proses pengecoran logam untuk mendapatkan data mengenai pengecoran.
3. Metode pengamatan lapangan ( observasi )
Suatu metode pengumpulan data dengan cara mengamati secara langsung proses pembuatan komposit untuk memperoleh data mengenai kronologi proses pembuatan komposit, data berupa foto dan data yang lain sebagai bahan analisa.
4. Metode analisa data
Setelah semua data yang diperoleh di lapangan terkumpul, maka langkah selanjutnya adalah melakukan penyusunan data dan analisa data.
Bab I Pendahuluan
RIKI PURNOMO/11/314953/NT/14794 3
1.5. Sistematika Laporan Tugas Akhir
Penyusunan laporan Tugas Akhir ini berdasarkan sistematika penulisan sebagai berikut:
BAB I Pendahuluan
Bab ini berisi latar belakang dilakukan penelitian, tujuan penelitian, pembatasan masalah, metode pengumpulan data dan sistematika penulisan.
BAB II Dasar Teori
Bab ini berisi landasan teori terkait penelitian yang dilakukan, teori disesuai dengan pembahasan yang telah disampaikan pada perkuliahan.
BAB III Metode Penelitian. dan Hasil Penelitian
Pada bagian ini akan diterangkan bagaimana persiapan Penelitian, dari persiapan penentuan komposisi bahan melalui pengujian komposisi dan proses pencetakan green specimen.
BAB IV Analisa Hasil Penelitian
Bab ini menjelaskan analisa data – data dari penelitian yang dilakukan berupa keadaan hasil penelitian.
BAB V Penutup
Bab ini berisi kesimpulan dan saran dari penyusunan laporan tugas akhir.
Bab II Dasar Teori
RIKI PURNOMO/11/314953/NT/14794 4
BAB II
DASAR TEORI
2.1. Kaca (Glass)
Kaca adalah termasuk bahan keramik. Walaupun demikian, kaca dapat dikenali dari keramik lainnya yaitu apabila dipanasi hingga melebur dan kemudian didinginkan menjadi keras (rigid) tidak mengalami kristalisasi (Smith, 1990, pp.617.).
Gelas adalah zat padat amorf terbentuk saat transformasi dari cair menjadi kristal. Titik transisi termodinamika yang disebut titik transisi gelas memisahkan gelas dari cairan dingin lanjut. Tidak seperti keadaan kristal disini tidak ada keteraturan jarak panjang dalam konfigurasi atomnya tetapi hanya ada keteraturan jarak pendek. Konfigurasi atom jarak pendek ini serupa dengan yang ada pada kristal yang mempunyai komposisi kimia sama dari gelas itu (Surdia, T., 1999, halaman 337).
Kaca diklasifikasikan berdasarkan penggunaan dan komposisi kimia. Klasifikasi kaca berdasarkan penggunaannya adalah seperti ditunjukkan pada Tabel 2.1. Kaca lembaran termasuk dalam kaca kapur soda. Komponen utamanya terdiri dari (71-73%)SiO2, (14-16%)Na2O, dan (8-10%)CaO, dan sebagai
sub-komponennya adalah (0,5-1,5%)Al2O3, dan (1,5-3,5%)MgO3.
Tabel 2.1 Klasifikasi kaca berdasarkan penggunaan (Surdia, T., 1999, halaman 338)
No. Macam Penggunaan
1. Kaca rata (lembaran) Kaca jendela, cermin
2. Kaca wadah Berbagai wadah seperti botol,
piring, mangkok, dll.
3. Kaca optic Berbagai instrumen/peralatan optik
4. Kaca fisikokimia Untuk penggunaan fisikokimia dan
kedokteran seperti botol obat, dll.
5. Kaca listrik Untuk peralatan listrik, tabung
Bab II Dasar Teori
RIKI PURNOMO/11/314953/NT/14794 5
Tabel 2.1 (lanjutan)
No Macam Penggunaan
6. Kaca pengkapsul Berbagai pengkapsulan
7. Serat kaca Isolator, komunikasi foto, dll.
Komposisi kaca lembaran bisa berbeda-beda tergantung cara produksinya. Hal ini disebabkan oleh perbedaan dalam kekentalan (viskositas) yang diperlukan untuk berbagai proses pencetakan. Dari Gambar 2.1, temperatur cair dari kaca jenis kaca kapur soda adalah sekitar 1400C dan kekentalannya sekitar 100 Pa s (Pascal second). Baik bahan kristal atau bukan kristal disebut padat bila kekentalannya lebih besar dari 1012 Pa s (Pascal second) atau log kekentalannya lebih besar dari 12 Pa s.
Gambar 2.1 Pengaruh temperatur terhadap kekentalan kaca kapur soda (Raghavan, V., 1990, pp.217).
Bab II Dasar Teori
RIKI PURNOMO/11/314953/NT/14794 6
2.2. Akrilik
Akrilik atau polymethyl methacrylate (PMMA) adalah termoplastik yang sifatnya keras dan kaku / tegar (rigid). Warnanya transparan kecuali bila ada campuran pigmen seperti yang digunakan pada kedokteran gigi (Smith, 1990, pp.362).
Bahan basis gigi tiruan resin akrilik mempunyai sifat yang menguntungkan yaitu estetik. Warna dan tekstur mirip gingiva sehingga estetik didalam mulut baik, daya serap air relatif rendah dan perubahan dimensi kecil.
Akrilik adalah turunan etilen yang dalam rumus strukturnya mengandung gugus vinil. Dua kelompok akrilik yang digunakan dalam kedokteran gigi yaitu kelompok turunan asam akrilik, CH2 = CHCOOH, dan kelompok asam metakrilik
CH2 = C(CH3)COOH. Sekitar 1% pigmen tercampur dalam partikel polimer
diantaranya ialah titanium oksida, seng oksida, opaficer, dibutil ptalat,
plasticizers, nilon, dan serat sintetik.
Akrilik mempunyai temperatur glass transition sekitar 387,3 K (114,3C). Temperatur penggunaan maksimum yang kontinyu adalah 364-382 K (91-109C) (Mark, E.J., 1999, pp. 657).
2.3. Aluminium
Aluminium merupakan logam ringan yang mempunyai ketahanan korosi yang sangat baik karena pada permukaannya terdapat suatu lapisan oksida yang melindungi logam dari korosi.
Aluminium terdiri dari aluminium yang kemurniannya tinggi dan aluminium paduan. Aluminium dengan kemurnian tinggi sering disebut dengan aluminium murni, umumnya kadar aluminium mencapai 99,85% berat. Titik cair aluminium pada kemurnian lebih besar dari 99,0% adalah sekitar 653-657C.
Bab II Dasar Teori
RIKI PURNOMO/11/314953/NT/14794 7
Tabel 2.2 Klasifikasi paduan aluminium. Standar AA (Aluminium Association) Standar Alcoa (Aluminium Company of America) Keterangan 1001 1100 2010-2029 3003-3009 4030-4039 5050-5086 6061-6069 7070-7079 1S 2S 10S-29S 3S-9S 30S-39S 50S-69S 70S-79S
Al murni 99,5% atau di atasnya Al murni 99,0% atau di atasnya
Al + Cu (Cu merupakan unsur paduan utama) Al + Mn (Mn merupakan unsur paduan utama) Al + Si (Si merupakan unsur paduan utama) Al + Mg (Mg merupakan unsur paduan utama) Al+Mg+Si (Mg2Si merupakan unsur paduan utama)
Al + Zn (Zn merupakan unsur paduan utama)
Aluminium paduan berdasarkan standar AA (Aluminium Association) dan standar Alcoa (Aluminium Company of America) di Amerika diklasifikasikan seperti ditunjukkan pada Tabel 2.2 (Surdia, T., 1999, halaman134-135).
2.4. Komposit
Komposit adalah bahan yang terdiri dari gabungan dua atau lebih bahan yang berbeda yang mempunyai sifat unggul (superior), atau sifat penting yang berbeda dari sifat-sifat komponen masing-masing penyusun. Contoh dari komposit misalnya plastik yang diperkuat dengan serat (fiber-reinforced plastics),
metal matrix composites (MMCs), beton (concrete), kayu, dll. Ditinjau dari
penguat (reinforcement)-nya, ada yang berbentuk serat (fiber) dan ada yang berbentuk butiran (particulate) (Smith,W.F, 1990, pp.744, 790.) .
Berdasarkan bentuk dari penguat (reinforcement)-nya, komposit dapat dibedakan seperti ditunjukkan pada Gambar 2.2. Illustrasi dari komposit berdasarkan penguatnya adalah seperti ditunjukkan pada Gambar 2.3.
Bab II Dasar Teori
RIKI PURNOMO/11/314953/NT/14794 8
Gambar 2.2 Pembagian komposit berdasarkan bentuk penguat
Gambar 2.3 Ilustrasi komposit berdasarkan penguatnya.
(http://www.google.co.id/#q=pengertian+komposit&hl=id&prmd=imvns&ei=mAmkTrPnPKmOiAe4w6XQBg&st art=10&sa=N&bav=on.2,or.r_gc.r_pw.,cf.osb&fp=4902246fcf51a35&biw=1024&bih=503, Komposit)
Komposit bisa dibuat dengan teknologi serbuk, sebagai contoh adalah komposit serbuk baja-timbal. Serbuk keras (baja) dan serbuk lunak (timbal) dengan perbandingan tertentu dicampur hingga merata kemudian ditekan (kompaksi) dalam cetakan dengan tekanan kompaksi 400 MPa kemudian dipanasi dalam tungku sehingga terjadi ikatan antar serbuk baja dengan timbal sebagai pengikatnya. Ikatan antar partikel serbuk terjadi karena sintering. Sintering adalah ikatan bersama dari partikel-partikel pada temperatur di bawah temperatur cair yaitu karena terjadinya perpindahan atom dalam keadaan padat. Dalam beberapa contoh kasus, sintering juga melibatkan pembentukan fasa cair (German, R.M., 1994, pp.227, 242).
Penggunaan kaca bekas sebagai bahan baku dalam pembuatan benda dengan teknologi serbuk sudah pernah diteliti untuk membuat benda dengan metode hot-pressure sintering. Pada penelitian ini, serbuk kaca bekas TV (jenis
lead silicate glass) digunakan sebagai bahan utama untuk pembuatan komposit
Bab II Dasar Teori
RIKI PURNOMO/11/314953/NT/14794 9
Campuran dibuat dengan komposisi 80% volume serbuk kaca dan 20% volume serbuk aluminium. Serbuk aluminium yang digunakan untuk penelitian tersebut < 75m (200 Mesh) sedangkan serbuk kaca < 37m. Campuran serbuk kaca dan serbuk aluminium dimasukkan dalam cetakan baja yang mempunyai ukuran penampang 50mm x 34mm, dan ditekan dengan tekanan hidrolik sebesar 25 bar (25 MPa) pada temperatur kamar. Composite green ini selanjutnya dipanasi untuk proses sintering pada temperatur 600oC selama 5 jam. Dari hasil pengujian didapat kekuatan bending 65,409,32 MPa, modulus of rupture 73,324,45 MPa dan density 2,9298 g/cm3 (Bernardo, E., etc., 2003).
2.5. Proses Layer Manufacturing
Proses layer manufacturing adalah proses pembuatan benda tiga dimensi dengan lapis per lapis (layer by layer) dimulai dari bagian bawah atau dimulai dari bagian atas. Bahan untuk proses layer manufacturing ada yang berbentuk cair, lembaran (padat) dan ada yang berbentuk serbuk. Gambar 2.4 adalah contoh skematis proses layer manufacturing menggunakan bahan serbuk dengan menggunakan energi laser untuk memanasi bagian serbuk yang dipilih (dituju) agar terjadi sintering , disebut proses selective laser sintering (SLS). Serbuk yang ada dalam powder delivery system (E) terangkat karena dorongan ke atas powder
delivery piston. Roller (B) mendorong serbuk dari kiri ke kanan masuk ke dalam build cylinder (C) sampai permukaan serbuk sama rata dengan permukaan build cylinder. Selanjutnya sinar laser diarahkan ke permukaan serbuk dengan bantuan scanner system (F) sehingga serbuk tadi mengalami sintering. Lapisan serbuk
tersinter yang pertama terbentuk. Untuk terbentuknya lapisan serbuk tersinter yang kedua dan seterusnya, fabrication piston (D) turun dengan jarak sesuai tebalnya satu lapisan serbuk tersinter (biasanya antara 0,02-0,1 mm). Selanjutnya
powder delivery piston dan roller (B) bekerja kembali untuk mengisi dan
meratakan serbuk di dalam build cylinder. Proses terus berulang sehingga terbentuk benda tiga dimensi sesuai program dalam komputer.
Bab II Dasar Teori
RIKI PURNOMO/11/314953/NT/14794 10
Gambar 2.4 Ilustrasi proses selective laser sintering (Santosa, E.C., etc., 2006, pp. 1459–1468).
Kesalahan dimensi (dimensional error) selalu terjadi pada benda hasil layer
manufacturing pada arah X, Y, dan Z. Gambar 2.5 menunjukkan secara skematis
dimensi benda yang terbentuk arah X, Y, dan Z, sedangkan Gambar 2.6 menunjukkan arah lintasan pemanas di atas serbuk yang dipanasi.
Bab II Dasar Teori
RIKI PURNOMO/11/314953/NT/14794 11
Gambar 2.6 Arah lintasan pemanas di atas serbuk yang dipanasi. S adalah jarak perpindahan gerakan pemanas pada arah X, besar S = 1 mm.
Kesalahan dimensi terjadi karena adanya panas yang merambat dari part yang mengalami sintering (sintered part) ke arah serbuk yang tidak mengalami
sintering (loose powder). Bagian loose powder yang bersinggungan langsung
dengan sintered part mencapai temperatur diatas caking temperature sehingga terjadi secondary sintering layer yang tidak terkontrol. Dengan demikian part akan tumbuh lebih besar lagi seperti ditunjukkan oleh Gambar 2.7.
Gambar 2.7 Skema pertumbuhan part pada proses layer manufacturing (Yan, C.Z., etc., 2009pp. 355-360).
