Sifat fisi dan mekanis komposit partikel arang sekam padi dengan matrik epoksi - USD Repository

  

SIFAT FISIS DAN MEKANIS KOMPOSIT PARTIKEL ARANG

SEKAM PADI DENGAN MATRIK EPOKSI

TUGAS AKHIR

  Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

  Program Studi Teknik Mesin Oleh:

  

Leonardo Didit Sulistyanto Putro

NIM : 055214073

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

  

2011

  

PHYSICAL AND MECHANICAL PROPERTIES OF

PARTICLES COMPOSITE OF RICE HUSK WITH MATRIX

EPOXY

A Final Project

  Presented as a meaning To Obtain The Sarjana Teknik Degree

  In Mechanical Engineering study program By

  

Leonardo Didit Sulistyanto Putro

Student Number : 055214073

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

  

2011

  

INTISARI

  Selama ini sekam padi hanya gunakan sebagai bahan pupuk, sumber bahan bakar tungku pembakaran batu bata. Oleh karena itu penulis tertarik untuk memanfaatkan sekam padi sebagai penguat dalam pembuatan komposit partikel dengan matrik epoksi, dilakukan penelitian komposit partikel arang sekam padi yang dicampur sekrap aluminium sebagai bahan alternatif dari kanvas rem kendaraan bermotor. Tujuan yang ingin dicapai pada penelitian adalah untuk mengetahui hasil yang terbaik pengaruh penambahan sekrap aluminium pada komposit arang sekam padi terhadap laju keausan, kekuatan tarik, keuletan. Komposit partikel arang sekam padi dibuat dengan metode cetak tekan, pada

  2

  tekanan 100 kg/cm . Dimensi serbuk yang digunakan maksimal 0,5 mm dengan fraksi volume partikel 60%, variasi penambahan sekrap aluminium adalah 1%, 2%, 3%. Dalam pengujian tarik mengacu pada standar JIS K 7113 (1981) menggunakan mesin Gotech Testing Machines Inc, pengujian impak Charpy mengacu pada standar ASTM D 5942 dan pengujian laju keausan menggunakan mesin Ogoshi High Speed Abrasion Tester. Hasil penelitian menunjukkan bahwa laju keausan terendah terjadi pada komposit arang sekam padi yang tanpa

• 7

  2

  campuran sekrap aluminium yaitu 1,84 x 10 mm /kg, hasil kekuatan tarik tertinggi terjadi pada komposit arang sekam padi yang dicampur sekrap

  2

  aluminium 3% yaitu 1,06 kg/mm dengan regangan tarik 0,79%, keuletan tertinggi tejadi pada komposit arang sekam padi yang dicampur sekrap aluminium

  2 3% yaitu 5,15 joule/cm .

KATA PENGANTAR

  Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan rahmat-Nya hingga terselesaikannya Laporan Tugas akhir dengan berjudul Sifat Fisis Dan Mekanis Komposit Partikel Arang Sekam Padi Dengan Matrik Epoksi. Penulis berharap Laporan Tugas Akhir ini dapat memperluas pengetahuan masyarakat serta meningkatkan minat perancang, meneliti dan industri untuk menampilkan produk yang ramah lingkungan dan semoga memberikan manfaat yang tinggi nilainya, terutama bagi Bangsa dan Negara.

  Dalam penelitian ini, akan dibahas tentang kekerasan, uji impak dan ketahanan keausan terhadap gesekan pada komposit partikel dengan mengunakan bahan-bahan organik. Untuk perkembangan selanjutnya diharapkan alat ini dapat disempurnakan dan dapat dipergunakan untuk pengganti bahan asbes yang terdapat di rem kendaraan bermotor. Pada kesempatan ini penulis juga mengucapkan terima kasih atas segala bantuan sehingga tugas akhir ini dapat terselesaikan dengan baik, kepada:

  1. Bapak Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.

  2. Bapak Budi Sugiharto, S.T., M.T selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma.

  3. Bapak I Gusti Ketut Puja, S.T., M.T selaku Dosen Pembimbing.

  4. Bapak Sunhaji dan Suyanto selaku Laboratorium Bahan Teknik Jurusan Teknik Mesin Universitas Gadjah Mada atas bantuannya

  5. Kepada Orang Tua yang telah memberi doa dan dukungan moril, sampai terselesaikannya Laporan Tugas Akhir ini.

  6. Kepada kakak saya yaitu Albertus Febi Aditya Putro, S.T., yang telah memberikan dukungan dari awal sampai terselesaikan Tugas Akhir.

  7. Seluruh staf pengajar Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma yang telah mendidik dan memberikan berbagai ilmu pengetahuan yang sangat membantu dalam menyelesaikan Laporan Tugas Akhir ini.

  8. Rekan-rekan mahasiswa Jurusan Teknik Mesin dan semua pihak yang telah membantu terselesaikannya Laporan Tugas Akhir ini.

  Karena keterbatasan dan pengetahuan. Untuk itu penulis mengharapkan adanya kritik dan saran yang bersifat membangun demi lebih sempurna tugas ini. Akhir kata semoga Laporan Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi penulis pada khususnya dan bagi pembaca pada umumnya.

  Yogyakarta, 4 Mei 2011 ( Leonardo Didit Sulistyanto Putro )

  

DAFTAR ISI

  HALAMAN JUDUL ………………………………………………….……. i TITLE PAGE ……………………………………………………………….. ii HALAMAN PENGESAHAN PEMBIMBING ……………………………. iii HALAMAN PENGESAHAN ……………………………………………… iv LEMBAR KEASLIAN KARYA …………………………………………... v LEMBAR PERNYATAAN …………………………………………………. vi

  INTISARI …………………………………………………………………… vii KATAPENGANTAR ……………………………………………………….. viii DAFTAR ISI ………………………………………………………..………. x DAFTAR GAMBAR ……………………………………………………….. xii DAFTAR TABEL …………………………………………………………... xiv

  BAB I. PENDAHULUAN …………………………………………………

  1 1.1 Latar Belakang ………………………………………………………...

  1 1.2 Rumusan Masalah ……………………………………………………..

  3 1.3 Batasan Masalah ……………………………………………………....

  3 1.4 Tujuan Penelitian ……………………………………………………...

  4 1.5 Manfaat Penelitian …………………………………………………….

  4 BAB II. DASAR TEORI …………………………………………………..

  5 2.1 Material Komposit ………………………………………………….....

  5

  2.2 Material sekam padi ………………………..……………………….…

  10

  2.3 Material Polimer ………………………………………………………

  11 2.4 Dasar teori uji keausan …...…………………………………………...

  12 2.5 Dasar teori uji tarik ..………………………………………………......

  17

  BAB III. METODE PENELITIAN ……………………………………….

  19 3.1 Diagram alir proses penelitian …………………………………...........

  19 3.2 Bahan baku pembuatan komposit ……………………………………..

  20 3.3 Alat-alat pembuatan komposit ………………………………...............

  23 3.4 Proses mencetak komposit ………………………………....................

  26 3.5 Variabel penelitian ………………………………………………..........

  27 3.6 Langkah penelitian …………………………………………………….

  33 3.7 Pengolahan dan analisa data …………………………………………..

  34 BAB IV. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ………………....

  35

  4.1 Hasil uji keausan ………………………………………………………

  35 4.2 Perhitungan fraksi volume …………………………………………….

  42 4.3 Hasil uji tarik dan regangan ……………………………………….......

  45 4.4 Hasil uji impak …………………………………………………….......

  48 4.5 Foto makro komposit setelah pangujian ……………………………....

  55 BAB V. KESINPULAN DAN SARAN ………………….………………...

  57

  5.1 Kesimpulan ……………………………………………………………

  57 5.2 Saran …………………………………………………………………..

  58 Daftar Pustaka ……………………………………………………………..

  59 Lampiran …………………………………………………………………..

  60

  

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Bentuk dari komposit material ………………………………...

  5 Gambar 2.2 Penyusun serat, (a) kontinous fibrous, (b) discontinuous (c) random discontinous fibrous ……………………………....

  7 Gambar 2.3 Komposit berlapis ……………………………………………..

  8 Gambar 2.4 Komposit partikel ………………………….…………………..

  8 Gambar 2.5 Bentuk diagram alat penguji keausan ………………………....

  13 Gambar 2.6 Bagian luar dari Ogoshi High speed abrasion tester …………..

  14 Gambar 2.7 Keseluruhan bentuk mesin penguji keausan …………………..

  15 Gambar 2.8 percobaan keausan dengan putaran piringan ………………….

  16 Gambar 3.1 Diagram alir penelitian ………………………………………..

  19 Gambar 3.2 Resin epoksi …………………………………………………...

  20 Gambar 3.3 Sekrap aluminium ……………………………………………..

  21 Gambar 3.4 Arang sekam padi ……………………………………………..

  22 Gambar 3.5 Timbangan digital ……………………………………………..

  23 Gambar 3.6 Cetakan komposit ……………………………………………...

  23 Gambar 3.7 Penutup cetakan ……………………………………………….

  24

Gambar 3.8 Wadah cetakan ………………………………………………...

  25 Gambar 3.9 Mikroskop ………………………………………………........

  26 Gambar 3.10 Mesin Ogoshi High Seed Universal Wear …………………….

  28 Gambar 3.11 Spesimen uji tarik …………………………………………….

  30 Gambar 3.12 Mesin uji tarik ………………………………………………...

  31 Gambar 3.13 Alat uji impak jenis Charpy …………………………………..

  32 Gambar 4.1 Grafik rata-rata keausan ………………………………….........

  41 Gambar 4.2 Grafik kekuatan tarik komposit ………………………….........

  46 Gambar 4.3 Grafik rata-rata regangan tarik komposit ……………………....

  47 Gambar 4.4 Grafik rata-rata harga keuletan ………………………………..

  53 Gambar 4.5 Foto makro uji impak ………………………………………....

  56

  

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Pengambilan data uji keausan ……………………………………

  36 Tabel 4.2 Hasil spesifik keausan campuran sekrap aluminium 0% …………………………………………

  37 Tabet 4.3 Hasil spesifik keausan campuran sekrap aluminium 1% …………………………………………

  38 Tabel 4.4 Hasil spesifik keausan campuran sekrap aluminium 2% …………………………………………

  39 Tabel 4.5 Hasil spesifik keausan campuran sekrap aluminium 3% …………………………………………

  40 Tabel 4.6 Hasil kekuatan tarik komposit …………………………………...

  45 Tabel 4.7 Hasil regangan tarik komposit …………………………………...

  47

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

  Perkembangan teknologi pada masa globalisasi ini sangat berkembang dengan cepat terutama pada pembuatan komposit, sehingga banyak membutuhkan bahan yang akan dibuat dengan ketelitian dan ketepatan dalam pemilihannya untuk kebutuhan. Hal ini dalam industri dituntut untuk dapat berpikir lebih maju, untuk menemukan sesuatu yang baru baik dalam hal mengembangkan, meneliti, dan lain-lainnya. Komposit banyak dikembangkan karena memiliki sifat yang diinginkan karena tidak terdapat pada material lain.

  Komposit banyak dikembangkan karena memiliki sifat yang diinginkan dan sifatnya tidak terdapat di material logam. Komposit pada umumnya tersusun dari material pengikat (matrik) dan material penguat yang disebut juga material pengisi (filler) atau penguat. Bahan komposit terkenal ringan, kuat, tidak berpengaruh terhadap kosori dan mampu bersaing dengan logam, dengan tidak kehilangan karakteristik dan kekuatan mekanis.

  Komposit merupakan suatu struktur material yang tersusun dari kombinasi dua atau lebih konstituen yang dikombinasikan secara makroskopik dimana keduanya tidak saling melarut. Di berbagai Negara maju telah memakai dan mengembangkan bahan komposit dibidang industri. Bahan komposit terkenal kekuatan mekanis. Komposit bisa diaplikatif dalam dunia engineering salah satunya pada kanvas rem kendaraan bermotor. Di saat ini bahan asbes dipergunakan pada bahan baku dari pembuatan kanvas rem kendaraan bermotor. Penggunaan bahan asbes saat ini di seluruh negara sangat dibatasi dan dikurangi penggunaannya, disebabkan bahan asbes tidak baik bagi kesehatan bila terhirup oleh manusia. Dalam hal ini sebagian orang masih melakuk an meneliti terhadap bahan-bahan pengganti asbes pada kanvas rem kendaraan bermotor.

  Berharap menggunakan bahan dari organik seperti arang sekam padi yang dicampur sekrap aluminium dan pengikatnya menggunakan epoksi, sebagai pengganti asbes pada kanvas rem sepeda motor di massa depan. Dengan adanya arang sekam padi yang dicampur sekrap aluminium sebagai reinforcement pada komposit di massa mendatang dapat bisa mengurangi bahaya pada kerusakan lingkungan dan pemanfaatan bahan sisa (misal: aluminium bekas sisa produksi, hasil panen, dll). Dalam tugas akhir ini bahan utama yang digunakan yaitu polimer thermosetting yang jenis resin epoksi karena memiliki ketahanan kimia yang sangat baik, sedangkan penguat menggunakan arang sekam padi dengan dicampur sekrap alumunium diharapkan bahan tersebut mempunyai kekuatan yang baik dan ketahanan yang baik terhadap bahan kimia. Oleh karena itu, akhir- akhir ini banyak dikembangkan materiaal alternatif sebagai pengganti asbes pada kanvas rem kendaraan bermotor. Penggabungan dua atau lebih material diharapkan mempunyai sifat lebih unggul dari bahan penyusunnya, sehingga sifat yang dimiliki menjadi lebih baik.

  1.2 Perumusan Masalah

  Beberapa faktor yang perlu diperhatikan dalam pemanfaatan serbuk arang sekam padi sebagai partikel dan sekrap aluminium sebagai filler dalam pembuatan komposit partikel adalah ukuran serbuk, serta ikatan antara serbuk sekam padi dan resin. Daya ikat antara filler dengan matriks merupakan hal yang sangat mempengaruhi sifat mekanik komposit partikel karena tidak semua jenis filler dapat terikat dengan baik pada matriks. Untuk itu dilakukan penelitian untuk menyelidiki bagaimana memvariasikan fraksi volume partikel 60%, dengan fraksi arang sekam padi 59%, 58%, 57% yang dicampur fraksi volume partikel sekrap alumunium yaitu: 0%, 1%, 2%, 3% untuk mendapatkan sifat fisis dan mekanik material komposit resin epoksi arang sekam padi yang baik.

  1.3 Batasan Masalah 1.

  Kandungan benda asing yang terbawa pada proses pembuatan diabaikan.

2. Dimensi maksimal 0,5 mm dan serbuk dianggap tidak sama.

  3. Bahan penguat komposit adalah partikel arang sekam padi dengan komposisi variasi 59%, 58%, 57% yang dicampur sekrap aluminium dengan komposisi variasi 0%, 1%, 2%, 3% .

  4. Berapa besar pengaruh penambahan sekrap aluminium yang dicampurkan terhadap arang sekam padi-epoksi terhadap kekuatan keausan, impak, tarik.

  1.4 Tujuan Penelitian

  Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan hasil yang terbaik dari penambahan sekrap aluminium terhadap fraksi volume partikel arang sekam padi, dengan matrik epoksi terhadap kekuatan tarik, impak dan keausan pada material komposit arang sekam padi.

  1.5 Manfaat Penelitian

  Penelitian ini diharapkan bisa digunakan sebagai acuan dalam menentukan jenis arang dari bahan organik yang dapat dipakai untuk memperoleh kekuatan tarik, keuletan, keausan yang diinginkan dari komposit partikel arang sekam padi. Selain itu diharapkan bisa memberikan kontribusi terhadap perkembangan material komposit alternatif yang harganya relatif murah, ringan dan berkualitas.

  Manfaat yang dapat di ambil dari Tugas Akhir di bagi menjadi dua yaitu : 1.

  Secara langsung Diharapkan dapat menerapkan teori dari bangku kuliah secara langsung, sifat fisis dan mekanis dari komposit serbuk arang sekam padi dan aluminium dengan matrik epoksi sebagai perekat.

2. Manfaat tidak langsung

  Diharapkan lebih mengetauhi seberapa besar pengaruh dan peningkatan maupun penurunan sifat fisis dan mekanis dari komposit serbuk arang sekam padi yang dicampur sekarp alumunium, dengan variasi fraksi volume partikel sekrap aluminium yaitu: 0%, 1%, 2%, 3%.

BAB II LANDASAN TEORI

2.1 Material komposit

  Komposit tersusun dari struktur material yang terdiri dari dua atau lebih bentuk pada skala makroskopik, pembentuknya melalui pencampuran yang tidak homogen dimana sifat mekanik dari material pembentuknya berbeda-beda. Karakteristiknya pembentuknya yang berbeda-beda, maka akan membentuk material baru yaitu komposit yang mempunyai sifat mekanik dan karakteristik yang diinginkan dari material-material pembentuknya, Gambar 2.1 menunjukkan susuna-susunan yang membentuk material komposit. Beberapa kali karena interaksi kimia atau efek tambahan fase yang disebut interfase antara matrik dengan penguatnya. properti material komposit tergantung Pada sifat-sifat geometri, konstituen, dan distribusi fase. Salah satu parameter yang paling penting adalah volume (berat) fraksi penguatan atau rasio volume serat. Distribusi penguat menentukan homogen atau keseragaman dari sistem material. Distribusi keseragaman lebih memperkuat, semakin tidak keseragaman (ukuran, dimensi) material akan lebih tinggi kegagalan. Ukuran dan bentuk penguat mempengaruhi ikatan antara matrik dengan penguatnya.

  Pada umumnya komposit dibentuk dari dua jenis material yang berbeda, yaitu : 1.

  Penguat ( renforcement ), yang mempunyai sifat kurang elastis tetapi lebih kaku serta lebih kuat.

  2. Matriks umumnya lebih elastik tetapi mempunyai kekuatan dan kekakuan, kekakuan yang lebih rendah.

  Secara garis besar ada 3 macam jenis komposit berdasarkan penguat yang digunakan, yaitu :

  1. Komposit serat merupakan jenis komposit yang hanya terdiri satu lamina atau satu lapisan yang menggunakan penguat beberapa serat atau serat.

  Serat yang digunakanbisa berupa glass serat, carbon serat, aramid serat (poly aramid), dan sebagainya. Serat ini biasa disusun secara acak maupun dengan perkenalan tertentu bahkan bisa juga dalam bentuk yang lebih kompleks seperti anyaman. Berdasarkan jenis seratnya dibedakan : a) Serat kontinyu

  Dengan orientasi serat yang bermacam-macam antara lain arah serat satu arah (unidireksional), serat dua arah (biaksial), serat tiga arah (triaksial).

  b) Serat tidak kontinyu

  Serat yang menyebar dengan acak sehingga sifat mekaniknya tidak terlalu baik jika dibandingkan serat kontinyu. a b c

Gambar 2.2 Penyusunan serat, (a)Serat kontinyu, (b)

  Serat tidak kontinyu, (c) Serat acak 2. Komposit berlapis merupakan komposit yang berlapis-lapis, paling sedikit terdiri dari dua lapis material yang berbeda yang digabungkan menjadi satu. Laminated digunakan untuk mencapai material yang lebih berguna.

  Sifat yang terdapat pada laminated adalah kekuatan, kekakuan, beratyang rendah, ketahanan korosi, ketahanan aus, insulasi panas, insulasi akustik.

Gambar 2.3 Komposit berlapis 3.

  Komposit partikel merupakan komposit yang menggunakan serbuk sebagai penguatnya pada semua luasan dan segala arah secara merata dalam matiksnya. ukuran partikel yang digunakan bervariasi dari skala mikroskopis sampai skala makroskopis. Partikel di dalam matrik komposit tersusun secara random sehingga komposit yang dihasilkan mempunyai sifat-sifat isotrope. Partikel biasa digunakan sebagai fase penguat pada logam dan keramik.

Gambar 2.4 Komposit partikel Pada komposit dengan penguat partikel, ukuran partikel dan filler sangat menentukan kekuatan suatu komposit tersebut. Karena ukuran partikel didalam matriks (fraksi volume) dari dua fasa ini mempengaruhi sifat mekanik. Persamaan volume komposit yang menghubungkan antara volume partikel ( ) dan volume

  ν p matriks ( ). ν m v = volume dari komposit, partikel, matrik c,p,m

  = fraksi volume dari komposit, partikel, matriks

  ν c,p,m p

  V

  =

  ν p c

  V m

  V

  = (2,1.a.b)

  m ν c

  V

  bahwa jumlah dari fraksi volume adalah

  p m = 1 ν ν

• bentuk persamaan dari (2.1) sebagai berikut:

  (2,2)

  v c = v p + v m

  Meningat komposit terdiri dari partikel dan matrik, maka komposit memiliki massa komposit, partikel, matrik ( ). Sehingga fraksi massa dari partikel

  w c,p,m

  ( ) dan fraksi massa matriks ( ) dengan persamaan sebagai berikut

  ѡ p ѡ m w p p =

  ѡ w c w m m =

  ( 2,3 )

  ѡ w c bahwa jumlah fraksi massa adalah

  1

  ѡ + p ѡ m =

  bentuk persamaan dari ( 2.3 ) sebagai berikut:

  w c = w p +w m

  dengan ( 2,4)

  w c c c , w p p p , w m m m = ρ ν = ρ ν = ρ ν

  dimana : c = densitas komposit, m = densitas matriks, p = densitas partikel

  ρ ρ ρ

2.3 Material Sekam Padi

  Sekam padi merupakan lapisan keras yang membungkus kariopsis butir gabah, terdiri atas dua dua belahan lemma dan paleayang yang saling bertautan.

  Pada proses penggilingan gabah, sekam akan terpisah dari butir beras dan menjadi bahan sisa atau limbah dari penggilingan. Dari penggilingan gabah akan menghasilkan 16,3-28% Sekam. sekam dikatagorikan biomassa yang dapat digunakan untuk berbagai kebutuhan seperti bahan baku industri, pakan ternak, dan energi ( Balai Pengkajian Teknologi Pertanian Riau). Dengan adanya komposisi kimia sekam padi dimanfaatkan antara lain: 1.

  Bahan baku industri kimia.

  2.

  2 ).

  Bahan baku industri bangunan, terutama silica ( SiO 3. Sumber energi panas karena kadar selulosa yang cukup tinggi sehingga dapat memberikan pembakaran yang merata dan stabil. Sekam padi memiliki sifat-sifat yang penting mengenai sifat fisik, mekanik, kimia. Dilihat dari komponen penyusunnya sekam padi mempunyai kandungan silika. Proses pemanasan sekam padi dapat menghasilkan arang sekam padi yang tersusun dari komposisi kimia SiO

  2 . Silika adalah salah satu bahan

  anorganik yang memiliki sifat stabil terhadap pengaruh mekanik, temperatur dan kondisi asam.

2.3 Material Polimer

  Bahan dengan berat molekul yang besar itu disebut polimer, mampunyai struktur dan sifat-sifat yang rumit disebabkan oleh jumlah atom pembentuk yang jauh lebih besar dibandingkan dangan senyawa yang berat atomnya rendah. Umumnya suatu polimer dibangunkan oleh satuan struktur tersusun secara berluang diikat oleh gaya tarik menarik yang kuat yang disebutkan ikatan kovalen, di mana setiap atom dari pasangan terikat menyumbangkan satu electron untuk membentuk sepasang elektron. Menyangkut banyak sifat-sifat polimer masa jenis jauh lebih rendah dari logam dan keramik. Oleh karena itu harga per satuan masa jenis sering lebih besar dari pada bahan lain.

  Matriks pada komposit merupakan bahan yang berfungsi mengikat penguat yang satu dengan yang lain. Matriks memiliki karakteristik lunak dengan berat per satuan volume yang rendah dengan modulus elastisitasyang rendah. Matriks yang dipergunakan adalah jenis Polimer Thermosetting resin epoksi yang dihasilkan kondensat dari isfenol dan epiklorhidrin Resin epoksi mempunyai kegunaan yang luas dalam industri kimia teknik, listrik mekanik sebagai bahan baik, aplikasi untuk bahan epoksi berbasis luas dan mencangkup pelapis, pelekat . Resin epoksi berbentuk cair dengan 2 campuran, pertama epoksi resin tipe general purpose (bispenol A-epichlorohidrin) kedua epoksi hardener tipe general purpose (polyaminoamide) dengan perbandingan 1:1. Resin epoksi bereaksi dengan pengeras dan menjadi unggul dalam kekuatan mekanik dan ketahanan kimia.

  Sifatnya bervariasi bergantuk pada jenis, kondisi dan pencampuran dengan pengerasnya. Resin yang telah diawetkan mempunyai sifat-sifat daya tahan kimia dan stabilitas dinamis yang baik, sifat-sifat listrik yang baik, daya lekat pada gelas dan logam yang baik, tahan aus dan kejut variasi menawarkan insulasi panas yang tinggi atau konduktivitas termal dikomponasikan dengan tahanan listrik yang tinggi untuk aplikasi elektronik. Resin epoksi banyak di gunakan untuk membuat cetakan tekan untuk pembuat logam.

2.4 Teori uji Keausan

  Pada Gambar 2.5 adalah diaragm mesin uji abrasi, Gambar 2.7 adalah keseluruhan mesin uji dan gambar 2.6 adalah gambar mekanisme luar dari mesin uji. Dalam Gambar 2.6 nomer 3 adalah piringan yang berputar dengan tebal 3 mm dan 30 mm diameter luar. Terpasang pada poros vertical dan diputar. Sebuah benda uji dipegang teguh ditempatkan ditengah tuas yang bebas bergerak di sekitar poros vertical. Putaran ditranmisikan ke piringan berputar melalui roda gigi alat ukur sudut menuju pergantian gigi. tingkat putaran dari piringan menurun oleh 2 set roda-roda cacing menuju perganti gear dan putaran disesuaikan secara proposional dengan jarak abrasi, dari bentuk cam ditunjukkan seperti pada Gambar 2.6 terpasang pada poros. Sebagai hasil rotasi yang proposional dengan ½ kekuatan, jarak gerusan dapat terwujud kemudian, tranmisi meneruskan lewat gear rack. Adanya perubahan beban yang ditansmisikan melalui rack dan pergantian gear ke disk dan membaca skala besaran beban (P) yang ditandai di tempat pegas. Kecepatan penggerus dapat berubah-ubah jarak lebarnya tergantung pada pulli (1), pergantian gigi (2). Tekanan kontak dapat disesuaikan dengan pergantian gigi (14) Untuk mengetahui alur keausan pada akhir pengujian. bahan-bahan yang tidak mudah untuk keausan, jarak abrasinya diperpanjang dengan menyesuaikan putaran cam melalui pergantian gigi (7)

Gambar 2.5 Bentuk diagram alat penguji keausanGambar 2.6 Bagian luar dari Ogoshi High Speed Abrasion Tester

  Nama komponen dari Ogoshi High Speed Abrasion Tester 1.

  11. Rack (internal part) Pully 2.

  Speed change replaceable gear 12. Spring (internal part) 3.

  13. Rack (internal part) Berputar piringan 4.

  Tempat memegang benda uji 14. Gear beban 5.

  15. Rack, pinion Pengunci benda uji 6.

  Roda cacing (internal part) 16. Tuas dan tangki penyuplai oli 7. Distance change replaceable gear 17. Tuas dari pemegang benda uji 8.

  18. Abrasion distance scale dial Cam (internal part) 9.

  20. Tuas clutch Arm (internal part) 10.

  21. Peep hole Fixed gear (internal part)

  22. Grinda handle 27. grinda

  23. Stopper 28. adjusting handle 24. minyak receiver 29. dresser

Gambar 2.7 Keseluruhan bentuk mesin penguji keausan

  Prinsip utama dalam mempertimbangkan sebagai contoh percobaan abrasi dimanan uji percobaan berbentuk datar sampai terjadi kontak pada putaran piringan dimana B adalah ketebalan dari piringan, diamaeter dalam (2r), tekanan yang bersinggungan (P), alur abrasi (S), kedalaman abrasi (h) dan banyaknya yang terkikis (w) seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.8

  Hasil dari perhitungan berdasarkan putaran piringan diameter luar 30 mm dengan berbagai h dan b. Jika b adalah 2 mm, h adalah kedalaman penggerus sekitar 0,03 mm dengan membaca mikroskop, hasil yang didapat akurat menunjukkan bahwa penentuan abrasi dengan mesin dapat di buat pada titik yang terdalam 0,01- 0,03 mm dari permukaan benda uji. Untuk mengetahui spesifik abrasi dari hasil pengujian dapat dihitung dengan rumus:

  3 B x b o

  W s = ( 2,5 )

  8r x Po x o

  2 Dimana : W s = laju keauasan spesifik ( mm /kg ) l o = jarak abrasi ( m )

  B = tebal dari disk ( mm ) b = lebar alur abrasi ( mm)

  o

  P o = tekanan kontak atau beban ( kg ) r = jari- jari dari disk ( mm)

2.5 Teori uji tarik

  Pengujian tarik dilakukan untuk mengetahui tegangan dan regangan. Dari pengujian dapat kita perolah beberapa sifat mekanik material yang dibutuhkan dalam desain rekayasa. Hasil dari pengujian adalah grafik beban dan perpanjangan (elongasi ). Hubungan antara tegangan dan regangan pada beban tarik ditentukan sebagai berikut _o

  P max u x A = σ

  Atau (2,6)

  u = σ

  dimana: P = Beban yang diberikan dalam arah tegak lurus terhadap penampang spesimen ( kg )

  2 A

  = Luas penampang mula spesimen sebelum diberi beban ( mm )

  o

  2

  = Kekuatan tarik (kg/mm )

  σ u

  Regangan dinyatakan sebagai:

  ∆

  (2,7)

  ԑ =

  dimana : = Engineering Strain ( regangan)

  ԑ

  l = Panjang mula-mula specimen sebelum diberi beban ∆l = Perpanjangan panjang

2.6 Teori uji Impak

  Pengujian impak adalah ujian untuk menentukan nilai uji impak dengan melanggar potongan uji dengan menggunakan mesin uji diberikan sesuai dengan prosedur. Energi kejut yang dikenakan pada suatu bahan dapat dianalogikan dengan keuletan (toughness) dari bahan tersebut. Persamaan yang digunakan adalah sebagai berikut

  Energi patah = (2,8)

  G.R.(cos β – cos α) joule

  Energi patah

  2 Harga keuletan = joule/mm (2,9) Luas penampang patahan

  Dengan : G = berat pendulum/ masa dikalikan percepatan gravitasi (N) R = radius pendulum (m)

  = sudut ayun awal/sudut yang dibentuk pendulum tanpa beban

  α

  (benda uji) β = sudut ayun akhir/sudut yang dibentuk pendulum setelah mematahkan benda uji.

  Pengukuran impak yang dilakukan di laboratorium ilmu logam biasanya menggunakan uji Charpy. Prinsip dasar pengujian ini adalah ayunan beban yang dikenakan pada benda uji (spesimen). Energi yang diperlukan untuk mematahkan spesimen dihitung langsung dari perbedaan energy potensial pendulum pada awal (dijauhkan) dan akhir (setelah menabrak spesimen). Untuk memastikan bagian specimen yang patah, perlu dibuat takikan pada specimen tersebut.

BAB III METODE PENELITIAN

3.1 Diagram Alir Proses Penelitian

  Pemilihan bahan Pembuatan arang sekam padi

  Pembuatan cetakan Pencampuran epoksi, arang sekam padi, sekrap alumunium

  Proses mencetak dengan tekanan

  2

  100 kg/cm Uji

  Uji Uji keausan tarik impak Pengolahan data- data

  Pembuatan laporan akhir

Gambar 3.1 Diagram alir penelitian

3.2 Bahan baku untuk pembuatan Komposit 1.

  Matriks Pada penelitian ini jenis matrik dari material thermosetting polymers adalah bahan yang dapat menerima suhu tinggi dan tidak berubah karana panas.

  Meskipun epoksi lebih mahal dari polimer matrik komposit (PMC) yang lain dan paling popular, alasan utama mengapa menggunakan jenis resin epoksi dengan data teknis sebagai berikut:

  : 72 MPa

• Kekuatan tarik

  : 3,79 GPa

• Modulus elastic

  

3

• Densitas : 1,28 g/cm
• Laju alir viskositas rendah
• Mengurangi kecenderungan mendapatkan tegangan geser antara matrik dengan penguatanya. (Autar K. KAW,1992)

Gambar 3.2 Resin epoksi

2. Reinforcement

  Penguat yang digunakan antara lain:

• Aluminium Sifat – sifat umum sehingga banyak digunakan dalam material teknik :

  3

  a. : 2,7 gr/cm Massa jenis

  b. : 90 – 120 MPa Kekuatan tarik

  2 c.

  Modulus elastisitas (E) : 70.000N/mm

  d. : putih mengkilat Warna e.

  Tahan terhadap korosi

Gambar 3.3 Sekrap aluminium

• Arang sekam padi

  Sifat – sifat umum :

  3

  a. : 1,25 – 1,4 gr/cm Massa jenis

  b. : SiO

  

2

Kandungan

  2 c.

  Kekuatan tekan : 175 – 450 kg/cm Menurut DTC-IPB sekam padi memiliki komposisi kimiawi karbon (zat arang) sebesar 1,33%, Hidrogen sebesar 1,54%, silika (SiO

  2 ) sebesar 16,98%. padi merupakan lapisan keras yang

  membungkus kariopsis butir gabah. Pada proses penggilingan gabah, sekam akan terpisah dari butiran beras dan menjadi bahan sisa atau limbah penggilingan. Dari proses penggilingan gabah akan menghasilkan 16,3 – 28% sekam ( Balai Penelitian Pascapanen Pertanian 2003, Peluang agribisnis arang sekam padi dan BPTP Riau ).

Gambar 3.4 Arang sekam padi

3.3 Alat – alat pembuatan komposit

  Alat- alat yang digunakan dalam proses pembuatan komposit yaitu : 1.

  Timbangan Timbangan digunakan untuk menimbang seberapa berat resin dan pertikel yang dicampurkan sesuai dengan fraksi volume. Selain itu juga untuk menimbang menguji hasil komposit.

Gambar 3.5 Timbangan Digital 2.

  Cetakan Cetakan komposit terbuat dari besi berbentuk segi empat.

  Cetakan tersebut terdiri dari penutup dan wadah untuk campuran komposit yang akan dicetak, ukuran gambar terlihat pada gambar di bawah ini.

Gambar 3.7 Penutup cetakanGambar 3.8 Wadah cetakan 3.

  Gelas ukur Gelas ukur berfungsi untuk menakar matrik yang sesuai dengan hasil perhitungan.

  4. Oven Fungsinya untuk menghilangkan kadar air pada arang sekam padi, agar didapatkan berat jenis kering dari arang sekam padi tersebut.

  5. Mikroskop Mikroskop berfungsi untuk mengukur lebar abrasi setelah pengujian

Gambar 3.9 Mikroskop 6.

  Jaka sorong Jaka sorong digunakan untuk mengukur panjang, lebar, tebal spesimen.

7. Gergaji tangan

  Gergaji tangan digunakan untuk membentuk spesimen uji tarik, uji aus, uji impak.

3.4 Proses pencetakan komposit Proses pencetakan komposit menggunakan cetakan yang terbuat dari besi.

  Langkah – langka pencetakan komposit yaitu : 1.

  Alat dan bahan harus dipersiapkan terlebih dahulu.

  2. Bahan yang telah dipersiapkan seperti arang sekam padi, resin, katalis yang sesuai dengan perhitungan yang telah ditentukan, tuang kedalam wadah.

3. Aduk campuran itu sampai metara 4.

  Sebelum campuran di tuning ke cetakan terlebih dahulu diusapi semir lantai agar tidak lengket pada cetakan, tuangkan campuran resin,arang sekam padi, katalis kedalam cetakan secukupnya, kemudian diratakan sehingga semua daerah cetakan terisi.

  5. Tutup cetakan dan kemudian tekanlah dengan dongkrak dengan

  2

  tekanan 100 kg/cm . Hal ini dilakukan dengan harapa lubang/ kekosong dalam coran dapat dikurangi.

  6. Tunggu hingga 8 – 12 jam sampai cetakan mongering dan lepaskan dari cetakan.

3.5 Variabel Penelitian

  Kompsit yang dihasilkan sudah berbentuk sesuai dengan standar masing- masing pengujian (sesuai dengan bentuk dari specimen yang akan diujikan) untuk selanjutnya dilakukan pengujian mekanik untuk mengetahui properties dari tiap-tiap pengujian. Variabel dalam penelitian dibagi 2 yaitu :

  1. Variabel yang divariasikan Dalam penelitian ini variabel yang divariasikan adalah fraksi volume partikel sekrap aluminium 1%, 2%, 3%.

  2. Variabel pengujian Dalam penelitian komposit partikel arang sekam padi dengan matrik epoksi ini yang terjadi variabel pengujian adalah kekuatan tarik, kekuatan impak, keausan.

  Uji Keausan

  Proses pengujian dilakukan di Laboratorium Bahan Fakultas Teknik Universitas Gadjah Mada dengan Ogoshi High speed Universal Wear dengan (tipe

Gambar 3.10 Mesin Ogoshi High Speed Universal Wear pengujian keausan pada mesin Ogoshi High Speed Universal Wear

  1. Langkah pertama mempersiapkan spesimen dengan ukuran panjang 3,5 cm, lebar 2 cm setelah itu terlebih dahulu menimbang berat spesimen yang akan diuji.

  2. Selanjutnya membuka lengan penguji untuk menempatkan spesimen uji dengan memutar gaer pembeban.

  3. Setalah membuka lengan penguji terbuka, benda uji diletakkan di tengah lengan uji lalu mengunci benda uji dengan mengencakngkan baut pengunci dengan secukupnya agar sewaktu pengujian tidak bergerak dan tutup kembali lengan penguji.

  4. Melakukan pengatur gear petunjuk waktu dengan memutar gear agar mendekati 0, supaya agar sesuai dengan waktu yang kita hitung dengan stopwatch.

  5. Melakukan pengatur beban yang akan digunakan.

  6. Bila Sudah sesuai pada langkah 1 sampai 5 dalam pengujian keausan, pengujian keausa bisa dimulai dengan menekan tombol on selama 30 detik. setelah itu mesin di matikan dengan menekan tombol off.

7. Hasil dari pengujian keausan ditimbang kembali spesimen yang telah di uji agar diketahui berat sesudah pengujian.

  8. Setelah ditimbang, spesimen diukur untuk mengetahui berapa besar gorean akibat pengujian keausan dengan miskroskop agar dapat diukur dengan tepat.

  Uji Tarik

  Uji tarik adalah pemberian gaya atau tegangan tarik kepada material dengan maksud untuk mengetahui atau mendeteksi kekuatan dari suatu material.

  Dengan menarik suatu bahan akan segera mengetahui bagaimana bahan tersebut bereaksi terhadap tegangan tarikan dan mengetahui sejauh mana material itu bertambah panjang. Uji tarik dilakuakan dengan cara penarikan benda uji dengan terus menerus, sehingga terjadi perpanjangan terus menerus meningkat dan teratur sampai terputus.

  Proses pembuatan spesimen dilakukan dengan proses permesinan yang mengacu pada standar uji tarik yang digunakan yaitu bentuk sprsimen uji tarik berdasarkan standar JIS K 7113 (1981). Seperti benda uji pada Gambar 3.11 dengan catatan jenis variasi untuk menghindari kesalahan membacaan.

Gambar 3.11 Bentuk dan benda dimensi uji tarik JIS K 7113

  Keterangan gambar :

  A. : 180 mm Panjang keseluruhan

  B. : 20 mm Lebar keseluruhan

  C. : 65 mm Panjang ukur

  D. : 15 mm Lebar penampang

  E. : 8 mm Jari – jari fillet

  F. : 6 mm Tebal

  Langkah Pengujian Uji Tarik Sebelum uji tarik dilakukan persiapankan dahulu bahan dan alat, setelah semua siap maka boleh dilakukan pengujian. Langkah kerja dalam pengujian antara lain sebagai berikut : 1.

  Langkah pertama mencatat ukuran benda uji sampai ketelitian 0,1mm 2. memasang benda uji pada grip ( penjepit ) atas dan bawah pada mesin uji, naikkan atau turunkan grip bawah dengan kecapatan sedang (50 mm/menit) sehingga penjepit benda uji dalam posisi yang tepat. Usahakan agar posisi kedudukan benda uji betul-betul vertical. Kencangkan kedua