PENGARUH SERBUK BESI DAN GRAFIT TERHADAP KETAHANAN AUS KOMPOSITFLY ASH/PHENOLIC UNTUK APLIKASI KAMPAS REM

ABSTRACT

IRON AND GRAPHITE POWDER EFFECT OF FLY ASH COMPOSITES RESISTANCE WEAR / PHENOLIC FOR APPLICATIONS BRAKE

By

MAULANA YUSUF

In Indonesia, a waste product of combustion steam power plants continues to increase, in 2000 the amount of fly ash reached 1.66 million tons, and increased significantly to 2 million tons in 2006. The amount of fly ash generated from year to year is not over in a way that has not been handling. One solution to this problem is to capitalize on fly ash as an alternative to the manufacture of composite materials.

Composite is a combination of two or more substances to form new materials. With a mix of 60% phenolic matrix material, the reinforcing material 5% fly ash, barium sulfate filler 10%, 5% NBR binder and filler with graphite and iron powder ratio of 5%, 10% and 15%. With the method of hot pressing so that the formed composite. This study was conducted to determine the effect of iron powder and graphite to the wear resistance of composite fly ash / phenolic through and abrasion testing to determine the cause of the failure of composites through the observation area of the failure by SEM photograph.

The addition of iron powder and graphite composites can improve the wear resistance of fly ash / phenolic arrive at a certain percentage. Graphite can increase the wear resistance of composite fly ash / phenolic together with iron. The average value of specific high abrasion on the composition of the composite with a composition of 10% iron and 10% graphite with a value of 2.47 x 10-6 mm3 / mm, it is because graphite can be bound either by phenolic and barium sulfate so that the average value of specific abrasion becomes In the composite high observation using SEM images show the bonding between the particles and the matrix. SEM photograph showing a composite with a uniform distribution of particles will produce the wear resistance becomes high, while composites with uneven distribution of particles will cause a void, so that the wear resistance is low.

Keywords: Composite Particles Fly Ash, Iron And Graphite Powder, Endurance Wear, SEM.

ABSTRAK

PENGARUH SERBUK BESI DAN GRAFIT TERHADAP KETAHANAN AUS KOMPOSIT FLY ASH/PHENOLIC UNTUK APLIKASI KAMPAS

REM Oleh

MAULANA YUSUF

Di Indonesia, produk limbah pembakaran pembangkit listrik tenaga uap terus meningkat, pada tahun 2000 jumlah fly ash mencapai 1,66 juta ton, dan meningkat secara signifikan menjadi 2 juta ton pada tahun 2006. Besarnya jumlah fly ash yang dihasilkan dari tahun ke tahun tak seiring dengan cara penanganannya yang belum optimal. Salah satu pemecahan masalah ini adalah dengan memanfaat fly ash sebagai bahan alternatif pembuatan komposit.

Komposit merupakan gabungan dua bahan atau lebih sehingga membentuk material baru. Dengan campuran bahan matriks phenolic 60%, bahan penguat fly ash 5%, bahan pengisi barium sulfat 10%, bahan pengikat NBR 5% dan bahan pengisi dengan perbandingan grafit dan serbuk besi sebanyak 5%, 10% dan 15%. Dengan metode hot pressing sehingga dibentuk komposit. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh penambahan serbuk besi dan grafit terhadap ketahanan aus komposit fly ash/phenolic melalui pengujian abrasi dan untuk mengetahui penyebab kegagalan komposit melalui pengamatan daerah kegagalan dengan foto SEM.

Penambahan serbuk besi dan grafit dapat meningkatkan ketahanan aus komposit fly ash/phenolic sampai pada presentase tertentu. Grafit dapat meningkatkan ketahanan aus pada komposit fly ash/phenolic sama dengan besi. Nilai rata-rata spesifik abrasi tertinggi pada komposit dengan komposisi komposisi 10% besi dan 10% grafit dengan nilai 2.47 x 10-6 mm3/mm, hal ini disebabkan karena grafit dapat diikat baik oleh phenolic dan barium sulfat sehingga nilai rata-rata spesifik abrasinya menjadi tinggi. Pada pengamatan komposit dengan menggunakan foto SEM menunjukkan ikatan antar partikel dan matrik. Foto SEM memperlihatkan komposit dengan persebaran partikel yang merata akan menghasilkan ketahanan ausnya menjadi tinggi, sedangkan komposit dengan persebaran partikel tidak merata akan menimbulkan void, sehingga ketahanan ausnya rendah.

Kata Kunci : Komposit Partikel Fly Ash, Serbuk Besi Dan Grafit, Ketahanan Aus, SEM.

PENGARUH SERBUK BESI DAN GRAFIT TERHADAP

KETAHANAN AUS KOMPOSIT

FLY ASH

/

PHENOLIC

UNTUK

APLIKASI KAMPAS REM

Oleh

MAULANA YUSUF

Skripsi

Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Mencapai Gelar SARJANA TEKNIK

Pada

Jurusan Teknik Mesin

Fakultas Teknik Universitas Lampung

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS LAMPUNG

PENGARUH SERBUK BESI DAN GRAFIT TERHADAP

KETAHANAN AUS KOMPOSITFLY ASH/PHENOLIC UNTUK

APLIKASI KAMPAS REM

SKRIPSI

Oleh

MAULANA YUSUF

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS LAMPUNG

DAFTAR GAMBAR

Gambar Halaman

1. Proses terjadinya keausan adhesive………...22

2. Proses terjadinya keausan abrasive………...23

3. Ilustrasi uji keausan metode Ogoshi………..…25

4. Cetakan spesimen………..……30

5. Thermo control………..30

6. Mixer………..…31

7. Timbangan digital……...………...31

8. Furnace………..…32

9. Ogoshi high speed universal wear testing machine type OAT-U…………..…33

10. SEM (Scan Electron Microscope)………...………33

11. Diagram alir penelitian……….34

12. Ilustrasi uji keausan metode Ogoshi………39

13. Grafik error bar berdasarkan standar deviasi…………...………...44

14. Partikel grafit dengan perbesaran 2500x……….45

15. Partikel fly ash dengan perbesaran 2500x………...45

16. Partikel phenolic resin dengan perbesaran 2500x………56

17. Foto komposit grafit 10% /phenolic dengan perbesaran 250x……….47

19. Foto komposit grafit 10% /phenolic dengan perbesaran 2500x…..………….48 20. Foto komposit grafit 15% /phenolic dengan perbesaran 250x………..……..49 21. Foto komposit grafit 15% /phenolic dengan perbesaran 250x……..………..50 22. Foto komposit grafit 15% /phenolic dengan perbesaran 2500x………….….50

DAFTAR ISI

Halaman

LEMBAR PENGESAHAN…..………...……….. i

SANWACANA……….………..ii

DAFTAR ISI……….………..v

DAFTAR GAMBAR…..……….………vii

DAFTAR TABEL..……….viii

I. PENDAHULUAN 1.1. Latar belakang…………..………...………..1

1.2. Tujuan……….………..4

1.3. Batasan masalah………..………...………...4

1.4. Sistematika penulisan…..………..5

II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Komposit…….………..………7

2.2 Bahan-bahan penyusun komposit…….……….………..11

2.3. Metalurgi serbuk komposit..……….………..16

2.5. Keausan……….…………..21

2.6 Pengujian keausan………..……….…24

2.7. Foto SEM ……….………..……26

III. METODE PENELITIAN 3.1. Tempat penelitian..……….………28

3.2. Bahan yang digunakan…..…..………28

3.3. Alat yang digunakan….…………..………29

3.4. Alur proses penelitian……..………..……….34

3.5. Prosedur penelitian..………...……….35

3.6. Prosedur pengujian dan analisa..……….38

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Hasil pengujian ketahanan aus……..………..………41

4.2. Hasil Uji SEM……….……….…………..………44

V. SIMPULAN DAN SARAN 5.1. Simpulan…..………..…….………53

5.2. Saran…..………..………..……….54

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

DAFTAR TABEL

Tabel Halaman

1. Unsur senyawa kimia dan sifat fisika pada fly ash………13

2. Analisis kimia fly ash Tarahan Provinsi Lampung………14

3. Komposisi bahan penyusun komposit………37

MOTO

“Katakanlah: "jika bapa-bapa, anak-anak, saudara-saudara, isteri-isteri, kaum keluargamu, harta kekayaan yang kamu usahakan,

perniagaan yang kamu khawatiri kerugiannya, dan tempat tinggal yang kamu sukai, adalah lebih kamu cintai dari Allah dan Rasul-Nya

dan dari berjihad di jalan-Nya, maka tunggulah sampai Allah mendatangkan keputusan-Nya". Dan Allah tidak memberi petunjuk

kepada orang-orang yang fasik” (QS. At Taubah : 24)

“Sebaik-baik manusia adalah bermanfaat banyak untuk orang lain” (Al – Hadist)

“Keimanan yang mendalam kepada Allah SWT yang diaplikasikan dalam kehidupan sehari-hari ditambah dengan kerja keras, itulah

kunci sukses dunia akhirat”

(MAULANA YUSUF)

Dengan kerendahan hati dan harapan

Menggapai Ridho Illahi Robbi

Ku persembahkan skripsi ini untuk :

Keluarga ku

Dan

Almamater tercinta

Penulis dilahirkan di Natar, Lampung Selatan pada tanggal 22 September 1990, sebagai anak ke tiga dari empat bersaudara dari pasangan Muhammad Thayib dan Tri Mulatsih.

Penulis menyelesaikan pendidikan sekolah dasar di SD Negeri 2 Merak Batin, Natar, Lampung Selatan pada tahun 2002, menyelesaikan pendidikan sekolah menengah pertama di SMP Negeri 1 Natar, Lampung Selatan pada tahun 2005, menyelesaikan pendidikan sekolah menengah atas di SMA Negeri 1 Natar pada tahun 2008 dan penulis terdaftar sebagai Mahasiswa Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Lampung.

Selama menjadi mahasiswa, penulis aktif diberbagai organisasi internal ataupun eksternal kampus. Kemudian pada bidang akademik, penulis melaksanakan kerja praktek di PTPN VII UU Rejosari Natar, Lampung Selatan pada tahun 2012. Pada

skripsi ini penulis melakukan penelitian pada konsentrasi material dengan judul “

Pengaruh Serbuk Besi dan Grafit Terhadap Ketahanan Aus Komposit Fly Ash/phenolic Untuk Aplikasi Kampas Rem” Dibawah bimbingan Ibu Dr. Eng. Shirley Savetlana S.T., M.Met dan Bapak Nafrizal S.T., M.T.

SANWACANA

Assalamu’alaikumwarahmatullahiwabarakatuh.

Segala puji dan syukur hanya milik Allah SWT tuhan semesta alam atas rahmatdan pertolongan-Nya, skripsi ini dapat diselesaikan. Sholawat dan salam selalutercurah kepada Nabi Muhammad SAW dan kepada sahabatnya, serta parapengikutnya yang selalu istiqomah diatas kebenaran agama islam hingga hari ajalmenjemput.

Dalam penyusunan skripsi ini Penulis banyak mendapat bantuan baik moral

maupun material dari berbagai pihak. Maka dari itu pada kesempatan ini, Penulis

ingin menyampaikan ucapan terima kasih kepada:

1. Bapak Prof. Dr. Ir. Hasriadi Mat Akin, selaku

RektorUniversitasLampung.

2. Prof. Dr. Suharno, M.Sc., Ph.D. selaku Dekan Fakultas Teknik UniversitasLampung.

3. Bapak Ahmad Suudi, S.T., M.T. selaku ketua jurusan Teknik MesinUniversitas Lampung.

4. Ibu Dr.Eng Shirley Savetlana,S.T.,M.Met selaku pembimbing utama tugas akhir,atas banyak waktu, ide, dan perhatian yang telah

diberikan untukn membimbing penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

5. BapakNafrizal, S.T., M.T., selaku pembimbing kedua tugas akhir ini, yangtelah banyak mencurahkan waktu dan fikirannya bagi Penulis 6. Bapak Dr. IrzaSukmana, S.T., M.T. selaku pembahas tugas akhir

ini,yang telah banyak memberikan kritikdan saran yang sangat bermanfaat bagipenulis.

7. Seluruh Dosen Staff pengajar Jurusan Teknik Mesin Universitas Lampung.

8. Kedua Orang Tuaku, Ibu, Ayah, serta kakak-kakakdanAdik ku yang selalumemberikan doa yang terbaik bagi penulis.

9. Sahabat-sahabatku M. Aprilliansyah, M. Ihsan Yusuf S.T., Amar

Ma’ruf S.T., Yusuf Abdulah, Sohadi, DoniIrawan, AgusFerdian U.K.,Dwi Supratmanto, sertateman-teman seperjuanganteknikmesin 2008, yang selalu memberikan semangat bagi penulis.

Dan semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu per satu, terima kasih penulis ucapkan atas bantuan yang diberikan sehingga terselesaikan skripsi ini.

Wassalamu’alaikumwarahmatullahiwabarakatuh

Bandar Lampung, 18 Desember 2015

Penulis

1

I. PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Fly ashatau abu terbang merupakan sisa pembakaran batubara dari limbah pembakaran di industri besar, seperti PLTU, industri semen, industri kereta api, dan lain-lain. Di Indonesia, produk limbah pembakaran pembangkit listrik tenaga uap terus meningkat, sebagai contoh pada tahun 2000 jumlah fly ash mencapai 1,66 juta ton, dan meningkat secara signifikan menjadi 2 juta ton pada tahun 2006. Besarnya jumlah fly ash

yang dihasilkan dari tahun ke tahun tak seiring dengan cara penanganannya yang belum optimal, berakhir pada penimbunan di lahan kosong atau bahkan terbuang begitu saja (Marinda 2006)

Usaha untuk memanfaatkan fly ash terus dilakukan, diantaranya adalah sebagai bahan penyusun beton untuk jalan dan bangunan, material penimbun lahan bekas pertambangan, sebagai bahan baku keramik, gelas, bahan refraktori, filler aspal, plastik, kertas, dan aditif sebagai bahan dalam proses pengolahan limbah industri. Fly ash juga banyak dimanfaatkan sebagai bahan baku semen, dan bahan penguat untuk material yang karakteristiknya kuat dan ringan (Marinda, 2006).

2

Ukuran partikel fly ash hasil pembakaran batubara lebih kecil dari 0,075 mm. Kerapatan fly ash berkisar antara 2,1 sampai 3,0 gr/cm3, luas area spesifiknya antara 170 sampai 1000 m2/kg, ukuran partikel rata-rata fly ash batubara 0,01mm – 0,015 mm, luas permukaan 1-2 m2/g, massa jenis (specific gravity) 2,2 – 2,4 gr / c m3 dan bentuk partikel yaitu sebagian besar berbentuk seperti bola, sehingga menghasilkan mampu kerja yang lebih baik (Pratama, 2011).

Menurut ACI (American Concrete Institute) Committee 226, dijelaskan

bahwafly ash mempunyai butiran yang cukup halus, yaitu lolos ayakan No. 325 (45 µm) 5 – 27 % dengan warna abu-abu kehitaman. Fly ash

batubara mengandung silika dan alumina sekitar 80 % dengan sebagian silika berbentuk amorf. Sifat-sifat fisik fly ash batubara antara lain densitasnya 2,23 gr/cm3, kadar air sekitar 4 % dan komposisi mineral yang dominan adalah α-kuarsa dan mullite. Selain itu fly ash batubara mengandung SiO2 sebanyak 58,75 %, Al2O3 sebanyak 25,82 %, Fe2O3

sebanyak 5,30 % (Pandiangan, 2007).

Grafit umumnya berwarna hitam hingga abu-abu tembaga, kekerasan 1– 2 (skala Mohs), berat jenis 2,1–2,3 kg/m3, tidak berbau dan tidak beracun. Grafit mampu menghantarkan panas dengan baik, buram, tahan panas, dan dapat dihancurkan menjadi serbuk yang lebih kecil (Sri Lestari, 2004).

Sifat fisika grafit ditentukan oleh sifat dan luas permukaannya. Grafit yang halus mempunyai permukaan yang relatif lebih luas. Selanjutnya, grafit

3

dapat dibuat dengan mensintesis berbagai bahan yang mengandung karbon. Grafit mempunyai struktur yang berbentuk lapisan. Kekerasan Brinell Hb kira-kira 1, kekuatan tarik 2 kgf/mm2 dan berat jenisnya 2,2 kg/mm3. Dalam bentuk partikular, grafit sangat tahan terhadap gesekan. Koefisien gaya gesek yang dimiliki oleh grafit (µ ≈ 0,1), Jarak antar lapisan hampir 2,5 kali lebih besar dari jarak antar atom dalam satu lapisan. Hal ini menyebabkan grafit bersifat licin karena satu lapisan dapat meluncur di atas lapisan lainnya (Sri Lestari, 2004).

Kegunaan grafit, antara lain adalah sebagai elektroda pada baterai, proses elektrolisis, atau untuk pensil. Selain itu, jika karbon aktif dipanaskan pada suhu 1.500 °C dengan paladium, platina sebagai katalis, akan menghasilkan serat polimer, seperti poliakrilonitril atau selulosa, yang bila digabungkan dengan plastik akan membentuk foam dan foil. Grafit bersifat keras dan tahan terhadap gesekan sehingga dapat digunakan untuk bahan pembuat kampas rem pengganti asbestos (Sri Lestari, 2004).

Besi merupakan salah satu unsur yang paling sering kita manfaatkan dalam kehidupan sehari – hari. Besi diperoleh dari serbuk besi yang kemudian dilebur dan dipadu dengan unsur lain untuk membentuk berbagai jenis besi. Manfaat serbuk besi sangat besar perannya dalam kehidupan sehari hari.

Serbuk besi dapat ditemui di berbagai lokasi, seperti daerah berpasir dan lepas pantai. Serbuk besi memiliki lambang Fe. Biasanya serbuk besi diperoleh dalam bentuk magnetik, dengan berbagai macam bentuk, yang

4

kemudian dilebur dan akhirnya menjadi hasil olahan besi yang memiliki warna abu–abu, keperakan dan gelap.

Serbuk besi bersifat keras sehingga dapat digunakan untuk bahan baku pembuatan besi baja dan kabel/kawat baja, sebagai bahan pembuatan besi tuang, besi tempa, pembuatan baja lunak, baja dengan campuran karbon yang tinggi dan tambahan campuran, sebagai bahan pembuatan rangka kendaraan, dan dapat digunakan sebagai bahan pembuatan komposit.

Grafit dan serbuk besi yang bersifat keras dan tahan terhadap gesekan diharapkan dapat memperbaiki ketahanan aus komposit fly ash/phenolic

untuk aplikasi kampas rem.

1.2. Tujuan Penelitian

Adapun tujuan dilakukan penelitian ini adalah:

1. Mengetahui pengaruh penambahan serbuk besi dan grafit terhadap ketahanan aus kompositfly ash/phenolicmelalui pengujian abrasi. 2. Mengetahui penyebab kegagalan komposit melalui pengamatan daerah

kegagalan dengan foto SEM.

1.3. Batasan Masalah

Masalah yang dibahas dalam penelitian ini dibatasi oleh beberapa hal yaitu: 1. Fly ashyang digunakan darifly ashbatu bara PT. PLTU Tarahan. 2. Pengujian sifat mekanik dibatasi pada pengujian ketahanan aus dengan

metodeOgoshi.

5

1.4. Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan dalam menyusun laporan penelitian ini adalah sebagai berikut :

BAB I. PENDAHULUAN

Berisi tentang latar belakang, tujuan, batasan masalah dan sistematika penulisan laporan.

BAB II. TINJAUAN PUSTAKA

Pada bab ini menjelaskan tentang teori komposit, bahan-bahan penyusun komposit, proses metalurgi serbuk komposit, kampas

rem, keausan dan pengujian keausan untuk mendukung

pembahasan masalah yang diambil.

BAB III. METODE PENELITIAN

Berisikan tentang metode yang dilakukan penulis untuk mengumpulkan informasi, alat dan bahan yang digunakan, tempat dan waktu penelitian serta menerangkan alur proses penelitian, sebagaimana proses pengambilan data yang dilakukan.

BAB IV. ANALISA DAN PEMBAHASAN

Berisikan tentang data pengamatan yang diperoleh, hasil pengujian dan pembahasan.

BAB V. SIMPULAN DAN SARAN

Berisikan simpulan yang diperoleh dari hasil pengujian dan pembahasan.

6

DAFTAR PUSTAKA

7

II. TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Komposit

Kata komposit berasal dari kata “to compose” yang berarti menyusun atau menggabung. Secara sederhana bahan komposit berarti bahan gabungan dari dua atau lebih bahan yang berlainan untuk membentuk material ketiga yang lebih bermanfaat. Komposit dan alloy memiliki perbedaan dari cara penggabungannya yaitu apabila komposit digabung secara makroskopis sehingga masih kelihatan serat maupun matriknya, sedangkan pada alloy paduan digabung secara mikroskopis sehingga tidak kelihatan lagi unsur-unsur pendukungnya (Jones, 1975).

Dalam dunia konstruksi, komposit merupakan campuran antara polimer (bahan makro molekul dengan ukuran besar yang diturunkan dari minyak bumi ataupun bahan alam lainnya seperti karet dan serat) atau dapat dikatakan bahwa komposit adalah gabungan antara bahan matrik atau pengikat yang diperkuat. Bahan material ini terdiri dari dua bahan penyusun, yaitu bahan utama sebagai pengikat dan bahan pendukung sebagai penguat. Bahan penguat dapat dibentuk serat, partikel, serpihan atau juga dapat berbentuk yang lain. (Surdia, 1992).

8

Sesungguhnya ribuan tahun lalu, material komposit telah dipergunakan dengan memanfaatkannya serat alam sebagai penguat. Dinding bangunan tua di Mesir yang telah berumur lebih dari 3000 tahun terbuat dari tanah liat yang diperkuat jerami. Seorang petani memperkuat tanah liat dengan jerami, para pengrajin besi membuat pedang secara berlapis dan beton bertulang merupakan beberapa jenis komposit yang sudah lama kita kenal. Komposit dibentuk dari dua jenis material yang berbeda, yaitu: 1. Penguat (reinforcement), yang mempunyai sifat kurang ductilen

tetapi lebihrigidserta lebih kuat.

2. Matrik, umumnya lebih ductile tetapi mempunyai kekuatan dan rigiditas yang lebih rendah.

Pada material komposit sifat unsur pendukungnya masih terlihat dengan

jelas, sedangkan pada alloy paduan sudah tidak kelihatan lagi

unsur-unsur pendukungnya. Salah satu keunggulan dari material

komposit bila dibandingkan dengan material lainnya adalah

penggabungan unsur-unsur yang unggul dari masing-masing unsur

pembentuknya tersebut (Jones,1975)

Sifat material hasil penggabungan ini diharapkan dapat saling

melengkapi kelemahan- kelemahan yang ada pada masing-masing

material penyusunnya. Sifat-sifat yang dapat diperbaharui antara lain : a. kekuatan

b. ketahanan korosi c. ketahanan gesek

9

d. berat(Weight)

e. ketahanan lelah

f. Meningkatkan konduktivitas panas g. Tahan lama

Sekarang ini perkembangan teknologi komposit mulai berkembang dengan pesat. Komposit sekarang ini digunakan dalam berbagai

variasi-variasi komponen antara lain untuk otomotif, pesawat terbang,

pesawat luar angkasa, alat-alat rumah tangga, kapal dan lain-lain.

Salah satu jenis komposit adalah komposit yang diperkuat dengan partikel, dengan bahan matriknya adalah polimer. Partikel banyak digunakan dalam komposit sebagai salah satu bentuk penguat, penguat

dalam komposit sangat mempengaruhi sifat-sifat dari komposit.

Penggabungan partikel yang keras dalam matrik dapat menghasilkan suatu komposit yang baru, dengan kelebihan sifat-sifat mekanik dari bahan dasar komposit tersebut. Sedangkan untuk mengetahui sifat-sifat mekanik dari komposit tersebut, dapat diketahui dengan melakukan pengujian standar pada spesimennya. Dibandingkan dengan bahan konvensional seperti beton, komposit memiliki sejumlah keunggulan yaitu antara lain tahan terhadap cuaca, tahan terhadap kimia, lebih ringan, dan keunggulan komposit yang paling penting adalah mudah dibentuk dan dibuat sehingga dapat menghemat biaya pengerjaan,

komposit juga mudah dicetak dan memungkinkan bentuk yang

10

2.1.1. Klasifikasi Material Komposit

Secara garis besar material komposit terbagi menjadi tiga macam, yaitu:

a. Komposit lapis (Laminates Composites)

Merupakan jenis komposit terdiri dari dua lapis atau

lebih yang digabung menjadi satu dan setiap lapisnya

memiliki karakteristik sifat sendiri. Komposit ini terdiri dari bermacam-macam lapisan material dalam satu matriks.

b. Komposit serat (Fibrous Composites)

Komposit serat adalah komposit yang terdiri dari fiber dalam

matriks. Secara alami serat yang panjang mempunyai

kekuatan yang lebih dibanding serat yang berbentuk curah (bulk). Merupakan jenis komposit yang hanya terdiri dari satu lapisan yang menggunakan penguat berupa serat / fiber. Fiber yang digunakan bisa berupa fibers glass,carbon fibers, aramid fibers (poly aramide), dan sebagainya. Fiber ini bisa disusun secara acak maupun dengan orientasi tertentu bahkan bisa juga dalam bentuk yang lebih kompleks (Jones, 1975).

c. Komposit partikel (Particulate Composites)

Merupakan komposit yang menggunakan partikel serbuk sebagai penguatnya dan terdistribusi secara merata dalam matriknya. Komposit ini biasanya mempunyai bahan penguat yang dimensinya kurang lebih sama, seperti bulat serpih,

11

balok, serta bentuk-bentuk lainnya yang memiliki sumbu

hampir sama, yang kerap disebut partikel, dan bisa

terbuat dari satu atau lebih material yang dibenamkan dalam suatu matriks dengan material yang berbeda. Selain itu ada pula polimer yang mengandung partikel yang hanya dimaksudkan untuk memperbesar volume material dan bukan untuk kepentingan sebagai bahan penguat dengan resin sebagai pengikat, biasanya fly ash digabung juga dengan pengisi yang lain yang berfungsi untuk meningkatkan proses produksi dan bertindak sebagai minyak pelumas. Pengisi ini contohnya

dust dan rubber crumb atau bahan pengisi anorganik misalnya BaSO4, CaCO, Ca(OH)2dan MgO (Jones,1975).

2.2. Bahan-bahan penyusun komposit

Bahan-bahan penyusun komposit terdiri dari beberapa bagian yang berfungsi untuk meningkatkan kualitas komposit tersebut, bahan-bahan penyusun komposit antara lain sebagai berikut.

1. Fly Ash

Fly ash merupakan sisa dari hasil pembakaran batubara pada power plants. Fly ash mempunyai titik lebur sekitar 1300° celcius dan berdasarkan uji komposisi kimiafly ashmengandung CAS (CO-Al2O3

-SiO2) dalam jumlah besar yang merupakan pembentuk utamanetwork

glass. Fly ash mempunyai kerapatan massa (densitas) antara 2,0–2,5 gr/cm (Bienias, 2003).

12

Ada beberapa jenis fly ash menurut SNI S-15-1990-F tentang

spesifikasi abu terbang sebagai bahan tambahan untuk campuran beton, fly ashdigolongkan menjadi 3 jenis, yaitu :

a. Kelas N

Buangan atau pozzolan alam terkalsinasi yang dipenuhi dengan kebutuhan yang memenuhi syarat yang dapat dipakai sesuai kelasnya, seperti beberapa tanah diatomaceous, opalinse chert

dan serpihan - serpihan tuff dan debu-debu vulkanik atau

pumicities, dan bahan-bahan lainnya yang mungkin masih belum terproses oleh kalsinasi dan berbagai material yang memerlukan kalsinasi untuk memperoleh sifat-sifat yang memuaskan, misalnya beberapa jenis tanah liat dan serpihan-serpihan ( Husin,1998)

b. Kelas F

Abu batubara yang umumnya diproduksi dari pembakaran

anthracite (batubara keras yang mengkilat) atau bitumen-bitumen batubara yang memenuhi syarat-syarat yang dapat dipakai untuk kelas ini sperti yang disyaratkan. Abu batubara jenis ini memiliki sifatPozzolanic( Husin,1998)

c. Kelas C

Abu batubara yang umumnya diproduksi dari lignite atau

batubara subitumen yang memenuhi syarat yang dapat dipakai untuk kelas ini seperti yang disyaratkan. Abu batubara kelas ini, selain memiliki sifat pozzolan juga memiliki beberapa sifat yang lebih menyerupai semen ( Husin,1998)

13

Adapun susunan kimia dan sifat fisik abu batubara menurut ASTM C618–91 ( Husin,1998) ditunjukkkan pada Tabel 1.

Tabel 1. Unsur senyawa kimia dan sifat fisika padafly ash(Sumber: Andriati Amir Husin)

Susunan kimia dan fisika Kelas F (%) Kelas C (%)

Silikon dioksida 54,90 39,90

Sulfur trioksida 5,0 5,0

Kadar air 3,0 3,0

Hilang pijar 6,0 6,0

Na2O 1,5 1,5

Menurut SK SNI S- 15- 1990- F p- 1, yang dimaksud dengan :

a. Abu batubara kelas N adalah hasil kalsinasi dari pozzolan alam seperti tanah diatonice, shole (serpih), tuff dan batu apung yang beberapa jenis dari bahan tersebut ada yang tidak mengalami kalsinasi.

b. Abu batubara kelas F adalah abu yang dihasilkan dari

pembakaran batubara jenis anthrasite pada suhu 1560° C, abu batubara ini memiliki sifat pozzolan.

c. Abu batubara kelas C adalah abu yang dihasilkan dari

pembakaranligniteatau batubara dengan kadar karbon ± 60%, abu ini mempunyai sifat pozzolan dan sifat menyerupai semen dengan kadar kapur diatas 10% ( Husin,1998)

14

Sedangkan pada data analisis kimia fly ash yang berasal dari Tarahan Provinsi lampung adalah sebagai berikut:

Tabel 2. Analisis kimia fly ashTarahan Provinsi Lampung (Sumber: Hasil Laboratorium P.T. Sucofindo)

Susunan kimia dan fisika Nilai (%)

SiO2 61,55

Al2O3 22,31

MgO 0,52

SO3 2,56

Na2O 1,86

Dari tabel dan data diatas dapat diambil kesimpulan bahwa fly ash

yang berasal dari Tarahan Provinsi Lampung merupakan kelas F, karena silikon dioksida pada Tarahan Provinsi Lampung bernilai 61,55 % sedangkan pada literatur yang ada nilai silikon dioksida fly ash

jenis F adalah minimum 54,90%. Dan fly ash dari Tarahan ini berasal dari batubara keras yang mengkilat (anthracite) sesuai dengan jenisfly ash kelas F menurut SNI S-15-1990-F

2. Grafit

Grafit umumnya berwarna hitam hingga abu-abu tembaga, kekerasan 1 –2 (skala Mohs), berat jenis 2,1 – 2,3, tidak berbau dan tidak beracun, serta tidak mudah larut, kecuali dalam asam hidroflorik. Proses dekomposisi berlangsung lambat pada suhu 6000C dan dalam kondisi oksida atau pada suhu 3.5000C bila kondisi bukan oksida.

15

Grafit termasuk bahan friction modifier tingkat gesekan grafit dipengaruhi oleh kelembaban dan strukturnya. Penambahan grafit dapat meningkatkan ketahanan aus serta dapat mempengaruhi koefisien gesek.

3. Phenolic resin

Phenolic resin berfungsi sebagai matrik dalam komposit. Bahan ini berbentuk serbuk yang halus berwarna hitam.Phenolic resindigunakan sebagai bahan utama untuk membuat spesimen.

4. Barium sulfat (BaSO4)

Barium sulfat adalah senyawa anorganik dengan rumus kimia BaSO4. Ini adalah padatan kristal putih yang tidak berbau dan tidak larut dalam air. Barium sulfat (BaSO4) dapat meningkatkan kerapatan massa dan

dapat meningkatkan ketahanan pada temperatur tinggi serta dapat mengurangi tingkat keausan.

5. NBR (Nitrile Butadiene Rubber)

NBR digunakan untuk mengurangi kekerasan. NBR dipilih menjadi bahan penyusun komposit, karena NBR memiliki ketahanan thermal yang baik dibandingkan jenis karet lainnya.

6. Serbuk besi (Fe)

Serbuk ini ditambahkan sebagai material gesek agar dapat memperbaiki karakteristik thermal komposit. Serbuk besi memiliki konduktivitas thermal dan difusivitas thermal yang baik.

16

2.3. Metalurgi serbuk komposit

Metalurgi serbuk adalah metode yang terus dikembangkan dari proses manufaktur yang dapat mencapai bentuk komponen akhir dengan mencampurkan serbuk secara bersamaan dan dikompaksi dalam cetakan, dan selanjutnya disinter di dalamfurnace(tungku pemanas)

Langkah-langkah yang harus dilalui dalam metalurgi serbuk, antara lain: 1. Bentuk dan ukuran partikel

Bentuk dan ukuran partikel memegang peranan penting dalam menentukan kualitas ikatan material komposit. Semakin kecil ukuran partikel yang berikatan maka kualitas ikatannya semakin baik, karena semakin luas kontak permukaan antar partikel. Ukuran partikel juga berpengaruh pada distribusi partikel, semakin kecil partikel kemungkinan terdistribusi secara merata lebih besar, sehingga pada proses pencampuran akan diperoleh distribusi yang homogen. Kehomogenan campuran menentukan kualitas ikatan komposit, karena selama proses kompaksi gaya tekan yang diberikan akan terdistribusi secara merata. Ikatan antar partikel dalam material komposit salah satunya disebabkan karena adanya interlocking antar partikel yang dipengaruhi oleh bentuk partikel yang digunakan. Berdasarkan standar ISO 3252, bentuk serbuk dapat diklasifikasikan sebagai berikut:

1) Spherical: berbentuk bulat

17

3) Acicular: berbentuk jarum

4) Irregular: berbentuk tidak beraturan 5) Flake: berbentuk serpihan

6) Fibrous: berbentuk serabut yang beraturan 7) Dendritic: berbentuk kristalin dan bercabang 8) Granular: berbentuk hampir bulat

9) Nodular: berbentuk bulat dan tidak beraturan

2. Pencampuran(mixing)

Karakteristik serbuk mempunyai peranan yang penting dalam tercapainya hasil campuran yang seragam. Makin tinggi gesekan antar partikel akan menjadikan proses pencampuran makin sulit. Friksi akan meningkat oleh beberapa faktor diantaranya ukuran partikel yang makin kecil, bentuk partikel tidak beraturan, koefisien gesek partikel yang makin tinggi. Pada umumnya, ukuran partikel serbuk yang seragam akan memudahkan untuk mendapatkan hasil pencampuran yang seragam. Partikel yang besar memiliki kemungkinan yang tinggi untuk mengalami segregasi. Salah satu kendala dalam proses pencampuran adalah jika serbuk yang akan dicampur memiliki densitas yang berbeda sehingga sulit untuk mendapatkan hasil campuran yang seragam. Serbuk yang memiliki densitas lebih kecil akan terakumulasi diatas serbuk yang densitasnya lebih tinggi sehingga terjadi segregasi.

18

3. Penekanan (kompaksi)

Kompaksi merupakan proses pemadatan serbuk menjadi sampel dengan bentuk tertentu sesuai dengan cetakannya

Ada 2 macam metode kompaksi, yaitu:

a. Cold compressing, yaitu penekanan dengan temperatur kamar. Metode ini dipakai apabila bahan yang digunakan mudah teroksidasi, seperti Al.

b. Hot compressing, yaitu penekanan dengan temperatur di atas temperatur kamar. Metode ini dipakai apabila material yang digunakan tidak mudah teroksidasi.

Pada proses kompaksi, gaya gesek yang terjadi antar partikel yang digunakan dan antar partikel komposit dengan dinding cetakan akan mengakibatkan kerapatan pada daerah tepi dan bagian tengah tidak merata. Untuk menghindari terjadinya perbedaan kerapatan, maka pada saat kompaksi digunakan lubricant/pelumas yang bertujuan untuk mengurangi gesekan antara partikel dan dinding cetakan. Dalam penggunaan lubricant/bahan pelumas, dipilih bahan pelumas yang tidak reaktif terhadap campuran serbuk dan yang memiliki titik leleh rendah sehingga pada proses sintering tingkat awal lubricant

dapat menguap. 4. Pemanasan(sintering)

Sintering adalah pemanasan kompak mentah sampai temperatur tinggi. Pada proses sinter, benda padat terjadi karena terbentuk ikatan-ikatan. Panas menyebabkan bersatunya partikel dan efektivitas reaksi

19

tegangan permukaan meningkat. Dengan perkataan lain, proses sinter menyebabkan bersatunya partikel sedemikian rupa sehingga kepadatan bertambah. Selama proses ini terbentuklah batas-batas butir, yang merupakan tahap rekristalisasi. Disamping itu gas yang ada menguap. Temperatur sinter umumnya berada pada 0.7-0.9 dari temperatur cair serbuk utama. Waktu pemanasan berbeda untuk jenis logam berlainan dan tidak diperoleh manfaat tambahan dengan diperpanjangnya waktu pemanasan. Lingkungan sangat berpengaruh karena bahan mentah terdiri dari partikel kecil yang mempunyai daerah permukaan yang luas. Oleh karena itu lingkungan harus terdiri dari gas reduksi atau nitrogen untuk mencegah terbantuknya lapisan oksida pada permukaan selama proses sinter.

Keuntungan proses metalurgi serbuk, antara lain:

1. Mampu melakukan kontrol kualitas dan kuantitas material 2. Mempunyai presisi yang tinggi

3. Selama pemrosesan menggunakan suhu yang rendah 4. Kecepatan produk tinggi

5. Sangat ekonomis karena tidak ada material yang terbuang.

Keterbatasan metalurgi serbuk, antara lain:

1. Biaya pembuatan yang mahal dan terkadang serbuk sulit

penyimpanannya

2. Dimensi yang sulit tidak memungkinkan, karena selama penekanan serbuk logam tidak mampu mengalir ke ruang cetakan

20

2.4 Kampas rem

Rem yaitu suatu peranti untuk memperlambat atau menghentikan gerakan roda. secara otomatis gerak kendaraan menjadi pelan. Energi kinetik yang hilang dari benda yang bergerak ini biasanya diubah menjadi panas karena gesekan.

Sistem rem pada kendaraan merupakan suatu peranti penting keamanan dalam berkendara, tidak berfungsinya rem dapat menimbulkan bahaya dan keamanan berkendara jadi terganggu, Adapun fungsi dari sistem rem itu sendiri adalah :

1. Untuk memperlambat kecepatan atau menghentikan gerakan roda kendaraan.

2. Mengatur kecepatan selama berkendara.

3. Untuk menahan kendaraan saat parkir dan berhenti pada jalan yang menurun atau menanjak.

Prinsip kerja sistem rem adalah mengubah tenaga kinetik menjadi panas dengan cara menggesekan dua buah logam pada benda yang berputar sehingga putarannya akan melambat. Oleh sebab itu komponen rem yang bergesekan ini harus tahan terhadap gesekan (tidak mudah aus), tahan panas dan tidak mudah berubah bentuk pada saat bekerja dalam suhu tinggi.

Komponen–komponen rem :

1. Backing plate

2. Silinder penyetel sepatu rem 3. Sepatu rem

21

4. Pegas pembalik 5. Kanvas rem 6. Silinder roda

2.5. Keausan

Keausan adalah penguraian ketebalan permukaan akibat gesekan yang terjadi pada pembebanan dan gerakan. Keausan umumnya dianalogikan sebagai hilangnya materi sebagai akibat interaksi mekanik dua permukaan yang bergerak slidding dan dibebani. Ini merupakan fenomena normal yang terjadi jika dua permukaan saling bergesekan, maka akan ada keausan atau perpindahan materi yang terjadi antara dua benda yang bergesekan (Sularso, 1997)

Keausan sendiri mempunyai dua sifat yaitu keausan normal dan keausan tidak normal ( akibat penggantian minyak pelumas yang tidak teratur ). Hal–hal yang mempengaruhi keausan :

1. Pembebanan 2. Kecepatan

3. Jumlah minyak pelumas 4. Jenis minyak pelumas 5. Temperatur

6. Kekerasan permukaan 7. Kehalusan permukaan 8. Adanya benda–benda asing 9. Adanya benda kimia

22

Keausan di klasifikaskan menjadi beberapa bagian yaitu keausanadhesive, keausanabrasive, keausan lelah , keausan oksidasi dan keausan erosi.

2.5.1 Jenis-jenis Keausan a. Keausanadhesive

Keausan adhesive adalah salah satu jenis keausan yang disebabkan oleh terikat atau melekat ( adhesive ) atau berpindahnya partikel dari suatu permukaan material yang lemah ke material yang lebih keras serta deformasi plastis dan pada akhirnya terjadi pelepasan / pengoyakan salah satu material. Proses bermula ketika benda dengan kekerasan yang lebih tinggi menyentuh permukaan yang lemah kemudian terjadi pengikatan. Pengikatan ini terjadi secara spontan dan dapat terjadi dalam suhu yang rendah (Sularso, 1997).

Gambar 1. Proses terjadinya keausan adhesive (Sularso, 1997)

2. Keausanabrasive

Keausan jenis ini terjadi bila suatu partikel keras dari material tertentu meluncur pada permukaan material lain yang lebih lunak sehingga terjadi penetrasi atau pemotongan material yang lebih lunak. Tingkat

23

keausan pada mekanisme ini ditentukan oleh derajat kebebasan partikel keras tersebut (Sularso, 1997)

Gambar 2. Proses terjadinya keausanabrasive(Sularso, 1997)

3. Keausan lelah

Keausan lelah pada permukaan pada hakikatnya bisa terjadi baik secara abrasif atau adhesif. Tetapi keausan jenis ini terjadi akibat interaksi permukaan dimana permukaan yang mengalami beban berulang akan mengarah pada pembentukan retak-retak mikro. Retak-retak mikro tersebut pada akhirnya menyatu dan menghasilkan pengelupasan material. Hal ini akan berakibat pada meningkatnya tegangan gesek (Sularso, 1997)

4. Keausan Oksidasi / Korosif

Keausan kimiawi merupakan kombinasi antara proses mekanis dan proses termal yang terjadi pada permukaan benda serta lingkungan sekitarnya (Sularso, 1997)

24

5. Keausan Erosi

Proses erosi disebabkan oleh gas dan cairan yang membawa partikel padatan yang membentur permukaan material. Jika sudut benturannya kecil, keausan yang dihasilkan analog dengan abrasive. Namun, jika sudut benturannya membentuk sudut gaya normal ( 90 derajat ), maka keausan yang terjadi akan mengakibatkan pengikisan pada permukaannya (Sularso, 1997).

2.6. Pengujian Keausan

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 antararevolving discdan benda uji diberikan oleh Gambar 3.

25

Gambar 3. Ilustrasi uji keausan metodeOgoshi(Callister,2003)

Keterangan :

P : Beban h : Kedalaman bekas injakan

r : jari- jarirevolving disk b : Lebar bekas injakan

B : Tebalrevolving disk ω : Kecepatan putar

Rumus uji keausan yaitu sebagai berikut :

= . ……….….(1)

= ……….……….(2)

Dimana:

Ws = Abrasi (mm3)

B = Tebalrevolving disc(mm) r = Jari-jarirevolving disc(mm)

26

x = Jarak luncur [settingpada mesin uji (mm)] V = Spesifik Abrasi (mm3/mm)

Laju keausan dinyatakan dengan jumlah kehilangan atau pengurangan material (massa, volume atau ketebalan) tiap satuan panjang luncuran atau satuan waktu (Callister,2003)

2.7. Foto SEM

Scanning Electron Microscope (SEM) adalah sebuah mikroskop elektron yang di desain khusus untuk mengamati permukaan objek solid. Secara langsung SEM memiliki perbesaran 10-3000000 kali, depth of field 4-0,4 mm dan resolusi sebesar 1-10 nm. Kombinasi dari perbesaran yang tinggi,

depth of fieldyang besar, resolusi yang baik, kemampuan untuk mengetahui komposisi dan informasi kristalografi membuat SEM banyak digunakan untuk keperluan industri. SEM memfokuskan sinar elektron di permukaan objek dan mengambil gambarnya dengan mendeteksi elektron yang muncul dari permukaan objek (Prasetyo Y, 2011)

Prinsip kerja SEM sebagai berikut:

1. Electron gun menghasilkan electron beam dari filamen. Pada umumnya electron gun yang digunakan adalah tungsten hairpin gun

dengan filamen berupa lilitan tungsten yang berfungsi sebagai katoda. Tegangan yang diberikan pada lilitan mengakibatkan terjadinya pemanasan. Anoda kemudian membentuk gaya yang dapat menarik elektron melaju menuju ke anoda

27

2. Lensa magnetik memfokuskan elektron menuju suatu titik pada permukaan sampel

3. Sinar elektron yang berfokus memindai (scan) keseluruhan sampel dengan diarahkan oleh koil pemindai

4. ketika elektron mengenai sampel, maka akan terjadi hamburan elektron, baik secondary electron (SE) atau Back Scattered Electron

(BSE) dari permukaan sampel dan akan di deteksi oleh detektor dan dimunculkan dalam bentuk gambar pada monitor CRT (Prasetyo Y, 2011)

28

III. METODOLOGI PENELITIAN

3.1. Tempat Penelitian

Penelitian dilakukan di laboratorium material teknik, Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Lampung dan laboratorium uji material Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia.

3.2. Bahan Yang Digunakan

Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah: 1. Phenolic resin

Phenolic resin berfungsi sebagai matrik dalam komposit. Bahan ini berbentuk serbuk yang halus berwarna hitam. Phenolic resin digunakan sebagai bahan utama untuk membuat spesimen

2. Fly ash

Fly ashberfungsi sebagai penguat atau pengisi dalam komposit.

3. Barium sulfat (BaSO4)

Barium sulfat (BaSO4) dapat meningkatkan kerapatan massa dan dapat

meningkatkan ketahanan pada temperatur tinggi serta dapat mengurangi tingkat keausan.

29

4. Grafit

Grafit termasuk bahan friction modifier tingkat gesekan grafit dipengaruhi oleh kelembaban dan strukturnya. Penambahan grafit dapat meningkatkan ketahanan panas. Grafit tersusun atas lapisan hexagonal.

5. NBR (Nitrile Butadiene Rubber)

NBR digunakan untuk mengurangi kekerasan. NBR dipilih menjadi bahan penyusun komposit, karena NBR memiliki ketahanan thermal yang baik dibandingkan jenis karet lainnya.

6. Serbuk besi (Fe)

Serbuk ini ditambahkan sebagai material gesek agar dapat memperbaiki karakteristik thermal komposit. Serbuk besi memiliki konduktivitas thermal dan difusivitas thermal yang baik.

3.3. Alat yang digunakan

Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Cetakan

Berbentuk seperti balok untuk mencetak bahan sesuai dengan standar ASTM G 99 -95 seperti gambar 4.

30

Gambar 4. Cetakan

2.Thermo control.

Alat ini digunakan untuk mengukur temperatur cetakan. Thermo control

memiliki temperatur maksimal 600oC. Seperti pada gambar 5

31

3.Mixer.

Digunakan untuk mencampur bahan komposit. Seperti pada gambar 6

Gambar 6.Mixer

4. Timbangan digital.

Digunakan untuk menimbang bahan-bahan pembentuk komposit. Dengan skala 0,01 gram sampai 500 gram. Seperti pada gambar 7

Gambar 7. Timbangan digital

5.Furnace

Digunakan untuk prosescuring(perlakuan panas komposit). Dengan spesifikasi :

32

Mod L 64/14 400 V 3 N

Nr 156349 50 Hz

Jahr 2000 16/16/28 A

Max °C 1400 13,0 KW

Naberthem Lilienthal (Germany)

.

Gambar 8.Furnace

7. Dongkrak hidrolik.

Dongkrak yang dipakai yaitu dongkrak dengan ukuran 5 ton, digunakan untuk menekan komposit agar lebih padat.

8. Mesin uji ketahanan aus (Ogoshi high speed universal wear testing machine)

Fungsi ogoshi high speed universal wear testing machine type OAT-U

adalah untuk menentukan laju keausan suatu material dimana benda uji memperoleh beban gesek dari disk yang berputar (revolving disc). Pembebanan ini akan menghasilkan kontak yang pada akhirnya akan mengambil sebagian material pada benda uji. Besarnya jejak permukaan

33

dari material yang tergesek itulah yang dijadikan dasar penentuan tingkat keausan pada material.

`

Gambar 9. Ogoshi high speed universal wear testing machine type OAT-U

9. Foto SEM spesimen

Foto spesimen bertujuan untuk mengetahui daya ikat partikel dan matriks yang dapat mempengaruhi ketahanan aus. Selain itu, pengujian foto SEM ini dilakukan untuk mengetahui penyebab kegagalan pada komposit. Perbesaran yang a k a n digunakan pada foto SEM ini adalah perbesaran 250x, 1000x dan 2500x.

34

3.4. Alur proses penelitian

Dibawah ini menunjukkan gambar diagram alur penelitian yang akan dilakukan yaitu sebagai berikut :

Gambar 11. Diagram alir penelitian Pengumpulan data

Selesai Pengolahan data

Pengujian keausan dan uji SEM

Pencampuran bahan pembuatan spesimen seperti :

phenolic resin, fly ash, NBR, grafit, serbuk besi, Barium Sulfat (BaSO4)

Mulai

Studi literatur

Alat ukur, bahan, dan alat uji

35

3.5 Prosedur Penelitian

Metode pelaksanaan penelitian yang dilakukan dibagi menjadi beberapa tahapan, yaitu:

1. Studi Literatur

Studi literatur bertujuan untuk mengenali masalah yang ada dalam penelitian dan menyusun rencana untuk kerja penelitian yang dilakukan. Pada studi awal dilakukan langkah-langkah seperti pengenalan lapangan yang berhubungan dengan penelitian yang dilakukan serta mengambil data-data penelitian yang sudah ada sebagai pembanding terhadap hasil pengujian yang akan dianalisa.

2. Melakukan persiapan pemilihan serbuk

Serbuk yang digunakan pada penelitian ini bermacam-macam. Langkah-langkah dalam persiapan serbuk ini sebagai berikut :

a. Memilih serbuk yang akan digunakan. b. Menimbang serbuk yang akan digunakan. c. Mencampurkan serbuk menggunakanmixer.

d. Setelah campuran serbuk merata siap dimasukkan kedalam cetakan.

3. Persiapan cetakan spesimen uji

Cetakan spesimen uji dibuat dengan ukuran standar pengujian, bahan yang digunakan untuk cetakan ini adalah baja dengan kelas sedang. Cetakan ini disesuaikan dengan geometri spesimen uji keausan.

36

4. Persiapan pencampuran bahan

a. Persiapan matriks

Pencampuran untuk pembuatan spesimen uji keausan, matriks yang digunakan adalah resin phenolic. Resin phenolic ini digunakan karena tahan terhadap temperatur tinggi. Jumlah matriks yang digunakan sebanyak 60%.

b. Persiapan bahan penguat(Reinforcement)

Bahan penguat yang digunakan adalah fly ash batubara PLTU Tarahan. Fly ashmengandung bahan seperti: silikat (SiO2), alumina

(Al2O3) dan besi oksida (Fe2O3) sisanya adalah karbon, magnesium,

dan belerang.Fly ash yang digunakan yaitu sebanyak 5%. c. Persiapan bahan pengisi(Filler)

Bahan pengisi yang digunakan dalam pembuatan komposit ini adalah barium sulfat (BaSO4). Barium sulfat (BaSO4) memiliki

fungsi memperbaiki ketahanan matriks phenolic. Tahan terhadap temperatur tinggi. Jumlah barium sulfat (BaSO4) sebanyak 10%.

d. Persiapan bahan pengikat(Binder)

Bahan pengikat yang digunakan adalah NBR (Nitrile Butadiene Rubber). NBR digunakan untuk meningkatkan fleksibilitas komposit dan memiliki ketahanan thermal yang baik dibandingkan dengan jenis karet yang lain. Jumlah NBR yang digunakan sebanyak 5%. e. Persiapan bahanFriction modifier

Bahan yang digunakan sebagai Friction modifier adalah grafit dan serbuk besi (Fe). Grafit dapat meningkatkan ketahanan aus serta

37

mempengaruhi koefisien gesek dan serbuk besi digunakan untuk menaikkan konduktifitas thermal, dan akan meningkatkan koefisien gesek. Jumlah grafit dan serbuk besi yang digunakan sebanyak 5%, 10% dan 15%.

Tabel 3. Komposisi bahan penyusun komposit

Bahan penyusun komposit Variasi komposisi komposit (%)

A B C

Phenolic resin 60% 60% 60%

Fly ash 5% 5% 5%

NBR(Nitrile Butadiene Rubber) 5% 5% 5%

BaSO4(Barium sulfat) 10% 10% 10%

Grafit 15% 10% 5%

Serbuk besi (Fe) 5% 10% 15%

5. Pembuatan spesimen uji

Setelah menyiapkan bahan penyusun komposit berupa phenolic resin,

fly ash, NBR, BaSO4 (Barium sulfat), grafit dan serbuk besi (Fe)

dengan komposisi yang sudah sesuai, selanjutnya mencampur bahan-bahan komposit tersebut(mixing)dengan waktu pencampuran 20 menit. Sehingga mendapatkan campuran yang homogen. Selanjutnya adalah memasukkan bahan-bahan yang telah tercampur kedalam cetakan.

38

6. Pencetakan spesimen dengan metodehot press

Memanaskan komposit dengan temperatur 250 oC dan ditekan dengan menggunakan dongkrak selama 40 menit. Setelah proses penekanan selesai selanjutnya adalah proses curing pada proses ini spesimen komposit dipanaskan kembali dengan menggunakan furnace selama 4 jam dengan temperatur 150oC.

Jumlah spesimen pada setiap variasi pengujian ketahanan aus adalah 5, setiap spesimen akan di ambil data ketahanan aus dan rata-rata pada setiap variasi spesimen. Terdapat 3 variasi dalam penelitian ini berdasarkan komposisi bahan yaitu:

Spesimen G51-G55 : Spesimen dengan perbandingan grafit 15% dan serbuk besi 5%

Spesimen G101-G105 : Spesimen dengan perbandingan grafit 10% dan serbuk besi 10%

Spesimen G151-G155 : Spesimen dengan perbandingan grafit 5% dan serbuk besi 15%

3.6. Prosedur pengujian dan analisa

a. Pengujian cetakan ketahanan aus sesuai dengan standar ASTM G 99 -95 yaitu sebagai berikut :

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

39

benda uji memperoleh beban gesek dari disk 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 (Novianto, 2013).

a. P e n g

G

Gambar 12. Ilustrasi uji keausan metodeOgoshi(Callister,2003) Keterangan :

P : Beban h : Kedalaman bekas injakan

r : Jari- jarirevolving disk b : Lebar bekas injakan

40

Rumus uji keausan yaitu sebagai berikut :

= . ………..………(1)

= ………...……...(2)

Dimana:

Ws = Abrasi (mm3)

B = Tebalrevolving disc(mm) r = Jari-jarirevolving disc(mm)

b = Lebar celah material yang terabrasi (mm) x = Jarak luncur [settingpada mesin uji (mm)] V = Spesifik abrasi (mm3/m)

Laju keausan dinyatakan dengan jumlah kehilangan atau pengurangan Material (massa, volume atau ketebalan) tiap satuan panjang luncuran atau satuan waktu (Callister,2003).

✁

V. SIMPULAN DAN SARAN

5.1. Simpulan

Berdasarkan data hasil pengujian ketahanan aus komposit kampas rem kereta api,didapat beberapa simpulan sebagai berikut:

1. Penambahan serbuk besi dan grafit dapat meningkatkan ketahanan aus kompositfly ash/phenolicsampai pada presentase tertentu. Grafit dapat meningkatkan ketahanan aus pada komposit fly ash/phenolic sama dengan serbuk besi.

2. Nilai rata-rata spesifikabrasi tertinggi pada komposit dengan komposisi komposisi 10% besi dan 10% grafit dengan nilai 2.47 x 10

-6

mm3/mm,hal ini disebabkan karena grafit dapat diikat baik oleh

phenolic dan barium sulfatsehingga nilai rata-rata spesifik abrasinya menjadi tinggi

3. Padapengamatan komposit dengan menggunakan foto SEM

menunjukkan ikatan antar partikel dan matrik. Foto SEM

memperlihatkan komposit dengan persebaran partikel yang merata sehingga ketahanan ausnya menjadi tinggi, dan komposit dengan persebaran partikel yang tidak merata dan menimbulkan void, sehingga ketahanan ausnya menjadi rendah.

✂ ✄

5.2.Saran

Adapun beberapa saran yang ingin disampaikan penulis agar penelitian ini dapat lebih dikembangkan lagi adalah sebagai berikut:

1. Perlu dilakukan pengujian dengan peralatan yang lebih

memadai,misalnya adanya alat ukur tekanan yang terdapat pada dongkrak untuk mengetahui ukuran tekanan saat proses penekanan untuk membuat komposit agar hasil yang diperoleh lebih maksimal 2. Untuk proses pencampuran komposit diusahakan merata, agar nilai

DAFTAR PUSTAKA

Beinias, 2003.Fly Ash,http://beinias-mylife.blogspot.com/2008/06/fly-ash, html

Callister, W. D., 2007, Material Science End Engineering An Introduction 7ed, Departemen Of Metallurgical Engineering The University Of Utah, John Willey And Sons,Inc.

Diharjo, K., 2006. Kajian sifat fisis-mekanis dan akustik komposit sandwich serat kenaf- polyester dengan core kayu sengon laut, Disertasi Program Doktor, Ilmu-ilmu Teknik UGM, Yogyakarta

Husin, Andriati Amir., 1998, Pemanfaatan Limbah Untuk Bahan Bangunan, Jakarta.

Jones, M., R.,1975. Mechanics Of Composite Material, Mc Graw Hill. Kogakusha, Ltd.

Marinda Putri, 2006,Kumpulan Artikel Abu Batubara, http://www.pu.go.id

Ngurah, Ardha, dkk., 2008. Pemanfaatan Abu Terbang PLTU-Suralaya untuk Castable Refractory.

Novianto, 2013. Buku Pegangan Kuliah Material Teknik Universitas Sebelas Maret, Surakarta

Pandiangan, Filipus N.O.A, 2007, Pengaruh Ukuran Partikel Terhadap Sifat Mekanik dalam Pemanfaatan Limbah Batubara Pada Komposit Paduan Limbah Batubara dan Resin Poliester Tak Jenuh,Universitas Lampung. Bandarlampung

Pratama, 2011,AnalisaI Sifat Mekanik Komposit Bahan Kampas Rem Dengan Penguat Fly Ash Batubara,Makasar

Prasetyo, Y. 2011. Scanning Electron Microscope dan Optical Emission Spectroscope.

Surdia, 1992, Pengolahan Bahan Teknik, F.T., Pradnaya Paramitca, Jakarta.

Sularso, 1997. Macam-macam keausan. Bandung (23 Februari 2015)

Lestari, Sri, 2004, Pengertian dan manfaat grafit,Jakarta.

Yun Fu, Shao., 2008, Effects of particle size, particle/matrix interface adhesion and particle loading on mechanical properties of particulate_– polymer composites, Chinese Academy of Sciences, china.

39

benda uji memperoleh beban gesek dari disk 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 (Novianto, 2013).

a. P e n g

G

Gambar 12. Ilustrasi uji keausan metodeOgoshi(Callister,2003) Keterangan :

P : Beban h : Kedalaman bekas injakan

r : Jari- jarirevolving disk b : Lebar bekas injakan B : Tebalrevolving disk ω : Kecepatan putar

40

Rumus uji keausan yaitu sebagai berikut :

= . ………..………(1)

= ………...……...(2)

Dimana:

Ws = Abrasi (mm3)

B = Tebalrevolving disc(mm) r = Jari-jarirevolving disc(mm)

b = Lebar celah material yang terabrasi (mm) x = Jarak luncur [settingpada mesin uji (mm)] V = Spesifik abrasi (mm3/m)

Laju keausan dinyatakan dengan jumlah kehilangan atau pengurangan Material (massa, volume atau ketebalan) tiap satuan panjang luncuran atau satuan waktu (Callister,2003).

✁

V. SIMPULAN DAN SARAN

5.1. Simpulan

Berdasarkan data hasil pengujian ketahanan aus komposit kampas rem kereta api,didapat beberapa simpulan sebagai berikut:

1. Penambahan serbuk besi dan grafit dapat meningkatkan ketahanan aus kompositfly ash/phenolicsampai pada presentase tertentu. Grafit dapat meningkatkan ketahanan aus pada komposit fly ash/phenolic sama dengan serbuk besi.

2. Nilai rata-rata spesifikabrasi tertinggi pada komposit dengan komposisi komposisi 10% besi dan 10% grafit dengan nilai 2.47 x 10

-6

mm3/mm,hal ini disebabkan karena grafit dapat diikat baik oleh phenolic dan barium sulfatsehingga nilai rata-rata spesifik abrasinya menjadi tinggi

3. Padapengamatan komposit dengan menggunakan foto SEM menunjukkan ikatan antar partikel dan matrik. Foto SEM memperlihatkan komposit dengan persebaran partikel yang merata sehingga ketahanan ausnya menjadi tinggi, dan komposit dengan persebaran partikel yang tidak merata dan menimbulkan void, sehingga ketahanan ausnya menjadi rendah.

✂ ✄

5.2.Saran

Adapun beberapa saran yang ingin disampaikan penulis agar penelitian ini dapat lebih dikembangkan lagi adalah sebagai berikut:

1. Perlu dilakukan pengujian dengan peralatan yang lebih memadai,misalnya adanya alat ukur tekanan yang terdapat pada dongkrak untuk mengetahui ukuran tekanan saat proses penekanan untuk membuat komposit agar hasil yang diperoleh lebih maksimal 2. Untuk proses pencampuran komposit diusahakan merata, agar nilai

DAFTAR PUSTAKA

Beinias, 2003.Fly Ash,http://beinias-mylife.blogspot.com/2008/06/fly-ash, html

Callister, W. D., 2007, Material Science End Engineering An Introduction 7ed, Departemen Of Metallurgical Engineering The University Of Utah, John Willey And Sons,Inc.

Diharjo, K., 2006. Kajian sifat fisis-mekanis dan akustik komposit sandwich serat kenaf- polyester dengan core kayu sengon laut, Disertasi Program Doktor, Ilmu-ilmu Teknik UGM, Yogyakarta

Husin, Andriati Amir., 1998, Pemanfaatan Limbah Untuk Bahan Bangunan, Jakarta.

Jones, M., R.,1975. Mechanics Of Composite Material, Mc Graw Hill. Kogakusha, Ltd.

Marinda Putri, 2006,Kumpulan Artikel Abu Batubara, http://www.pu.go.id

Ngurah, Ardha, dkk., 2008. Pemanfaatan Abu Terbang PLTU-Suralaya untuk Castable Refractory.

Novianto, 2013. Buku Pegangan Kuliah Material Teknik Universitas Sebelas Maret, Surakarta

Pandiangan, Filipus N.O.A, 2007, Pengaruh Ukuran Partikel Terhadap Sifat Mekanik dalam Pemanfaatan Limbah Batubara Pada Komposit Paduan Limbah Batubara dan Resin Poliester Tak Jenuh,Universitas Lampung. Bandarlampung

Pratama, 2011,AnalisaI Sifat Mekanik Komposit Bahan Kampas Rem Dengan Penguat Fly Ash Batubara,Makasar

Prasetyo, Y. 2011. Scanning Electron Microscope dan Optical Emission Spectroscope.

Surdia, 1992, Pengolahan Bahan Teknik, F.T., Pradnaya Paramitca, Jakarta.

Sularso, 1997. Macam-macam keausan. Bandung (23 Februari 2015)

Lestari, Sri, 2004, Pengertian dan manfaat grafit,Jakarta.

Yun Fu, Shao., 2008, Effects of particle size, particle/matrix interface adhesion and particle loading on mechanical properties of particulate_– polymer composites, Chinese Academy of Sciences, china.