TIKEL TEMPURUNG KE LAPA SAWIT DENGAN RESIN EPOXY SEBAGAI A LT ERNATIF PENGGANTI KAMPAS REM
KOMPOSIT BERPENGUAT PARTIKEL
TEMPURUNG KELAPA SAWIT DENGAN RESIN
EPOXY SEBAGAI ALTERNATIF PENGGANTI
KAMPAS REM
TUGAS AKHIR
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Jurusan Teknik Mesin Disusun oleh :
AGUNG NUGROHO
NIM : 025214096
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
PARTICULATE COMPOSITE OF SAWIT COCONUT SHELL IN EPOXY RESIN FOR ALTERNATIVE OF SHOE BRAKE A FINAL PROJECT
Submitted for The Partial Fulfillment of The Requirements for The Degree of Mechanical Engineering of Mechanical Engineering Study Program
By : AGUNG NUGROHO Student number : 025214096 MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT
Halaman Persembahan Kupersembahkan untuk ….
Bapak dan Ibuku Kakakku
Adikku
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA
Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam tugas akhir ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu Perguruan Tinggi manapun, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.
Yogyakarta, 13 Januari 2007 Penulis
Agung Nugroho
KATA PENGANTAR
Syukur kepada Tuhan yang telah melimpahkan rahmat serta kasih-Nya kepada penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini. Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini tidak mungkin dapat terselesaikan dengan baik tanpa bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu penulis mengucapkan terimakasih kepada:
1. Bapak Yosef Agung Cahyanta S.T., M.T. sebagai Kepala Program Studi Teknik Mesin.
2. Bapak Budi Setyahandana S.T., M.T. atas ide-ide, nasehat dan bimbingannya selama penyusunan Tugas Akhir ini.
3. Bapak I Gusti Ketut Puja S.T, M.T. atas nasehatnya selama penyusunan Tugas Akhir ini.
4. Bapak Budi Sugiharto S.T., M.T. atas bimbingan dan nasehatnya selama penyusunan Tugas Akhir ini.
5. Bapak Martono D. N. dan Bapak Ag. Rony Windaryawan yang telah membantu dalam penelitian Tugas Akhir ini.
6. Bapak Ignasius Tri Widaryanta yang telah membantu dalam birokrasi selama penyusunan Tugas Akhir ini.
7. Orangtuaku Soeharto dan Dwi Nuryaningsih; kakakku Luki dan adikku Asiska atas doa, kasih, semangat dan materi yang telah diberikan.
8. Theresia Avila Findasari atas doa, kasih, semangat dan bantuannya selama
9. Teman-teman kelompok Tugas Akhir : Handoko, Finda dan Viyan atas kerjasamanya selama penyusunan Tugas Akhir ini.
10. Teman-temanku : Beny, Yanti, Aksan, Trimbil, Lois, Sigit, Made, Yuli, Mas Sunu, Ucok dan semua teman yang telah turut memberikan dukungan selama penyusunan Tugas Akhir ini.
Tugas Akhir ini baru permulaan dan sekiranya ada kekurangannya, Penulis mohon saran dan kritik yang membangun untuk Tugas Akhir ini. Semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat dan berguna bagi para pembacanya.
Yogyakarta, 13 Januari 2007 Penulis
Agung Nugroho
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ………………………………………………………………i HALAMAN JUDUL (INGGRIS) ........................................................................ii HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING...................................................iii HALAMAN PENGESAHAN .............................................................................iv HALAMAN PERSEMBAHAN ...........................................................................v HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA..........................................vi KATAPENGANTAR ........................................................................................vii DAFTAR ISI .....................................................................................................ix DAFTAR GAMBAR .........................................................................................xii DAFTAR TABEL ............................................................................................xiii
INTISARI.........................................................................................................xiv
BAB I PENDAHULUAN ....................................................................................1
1.1 Latar Belakang ................................................................................1
1.2 Tujuan Penelitian ............................................................................2
1.3 Batasan Masalah …………………………………………………….3
1.4 Metodologi Penulisan .....................................................................3
BAB II DASAR TEORI.......................................................................................4
2.1 Pengertian Komposit ............................. …………………………...4
2.4 Komposit Partikel................................…………………………….9
2.4.1 Reinforcement Agent (Partikel)..........................................10
2.4.2 Matriks...............................................................................12
2.4.3 Bahan Tambahan ...............................................................12
2.5 Fraksi Volume ...............................................................................13
2.6 Mekanika Komposit ......................................................................14
2.7 Koefisien Gesek ............................................................................15
2.8 Uji Keausan...................................................................................16
2.9 Uji Ketahanan Termal....................................................................17
2.10 Pengujian Mikro dan Makro ........................................................18
BAB III PENELITIAN ......................................................................................20
3.1 Skema Penelitian ...........................................................................20
3.2 Penyiapan Benda Uji .....................................................................21
3.2.1 Bahan Komposit.................................................................22
3.2.2 Alat Bantu..........................................................................25
3.2.3 Pembuatan Cetakan............................................................25
3.3 Pembuatan Benda Uji ....................................................................26
3.3.1 Pembuatan Benda Uji Resin ...............................................26
3.3.2 Pembuatan Benda Uji Tempurung Kelapa Sawit ................28
3.3.3 Pembuatan Benda Uji Komposit.........................................29
3.4.1 Mencari Koefisien Gesek...................................................... 33
3.4.2 Uji Keausan (Uji Gesek).......................................................36
3.4.3 Ketahanan Termal.................................................................37
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN.....................................38
4.1 Koefisien Gesek................................................................................ 38
4.2 Pengujian Keausan ........................................................................41
4.3 Pengujian Termal...........................................................................44
4.4 Pengujian Mikro ............................................................................45
BAB V KESIMPULAN.....................................................................................47 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Grafik Kekuatan, Kekakuan Komposit dengan Komponen ...........5Gambar 2.2 Bentuk-Bentuk Reinforcement Agent ............................................9Gambar 2.8.1 Skema Alat Uji Keausan ...............................................................16Gambar 3.1 Skema Jalannya Penelitian ............................................................20Gambar 3.2.1 Kelapa Sawit (Elaeis guineensis) ..................................................21Gambar 3.2.2 Buah Kelapa Sawit ........................................................................22Gambar 3.2.3 Tempurung Kelapa Sawit ..............................................................22Gambar 3.2.4 Partikel Tempurung Kelapa Sawit ................................................22Gambar 3.2.5 Resin Arindo Butek 3210, Katalis, Cobalt dan Release Agent .....23Gambar 3.2.7 Cetakan Komposit .........................................................................26Gambar 3.4.1 Metode Mencari Koefisien Gesek .................................................33Gambar 3.4.1 Alat Uji Keausan ...........................................................................35Gambar 3.4.2 Oven untuk Uji Termal .................................................................37Gambar 4.1 Grafik Koefisien Gesek Benda Uji ...............................................40Gambar 4.2.1 Grafik Keausan (berdasarkan pengurangan tebal) Benda Uji ......43Gambar 4.2.2 Grafik Keausan (berdasarkan pengurangan berat) Benda Uji ......44Gambar 4.3.1 Foto Mikro Komposit Partikel dengan Fraksi Volume 20% ........46Gambar 4.3.2 Foto Mikro Komposit Partikel dengan Fraksi Volume 30% ........46Gambar 4.3.3 Foto Mikro Komposit Partikel dengan Fraksi Volume 40% ........47
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1.1 Koefisien Gesek Komposit dengan Fraksi Volume Partikel 20% .....38Tabel 4.1.2 Koefisien Gesek Komposit dengan Fraksi Volume Partikel 30 % ....38Tabel 4.1.3 Koefisien Gesek Komposit dengan Fraksi Volume Partikel 40% .....39Tabel 4.1.4 Koefisien Gesek Komposit dengan Fraksi Volume Partikel 50 % ....39Tabel 4.1.5 Koefisien Gesek Resin Arindo Butek 3210 .......................................39Tabel 4.1.6 Koefisien Gesek Tempurung Kelapa Sawit .......................................40Tabel 4.1.7 Koefisien Gesek Kampas Rem ..........................................................40Tabel 4.2.1 Keausan Komposit dengan Fraksi Volume Partikel 20% ..................41Tabel 4.2.2 Keausan Komposit dengan Fraksi Volume Partikel 30% ..................42Tabel 4.2.3 Keausan Komposit dengan Fraksi Volume Partikel 40% ..................42Tabel 4.2.4 Keausan Komposit dengan Fraksi Volume Partikel 50% ..................42Tabel 4.2.5 Keausan Resin Arindo Butek 3210 ....................................................42Tabel 4.2.6 Keausan Tempurung Kelapa Sawit ....................................................43Tabel 4.2.7 Keausan Kampas Rem .......................................................................43
KOMPOSIT BERPENGUAT PARTIKEL
TEMPURUNG KELAPA SAWIT DENGAN RESIN
EPOXY SEBAGAI ALTERNATIF PENGGANTI
KAMPAS REM
Intisari
Saat ini kelapa sawit telah banyak diolah, tidak hanya menjadi minyak saja, tetapi juga produk-produk turunannya misalnya sabun, margarin, kertas dan lain sebagainya. Limbah dari pengolahannya selama ini hanya digunakan sebagai pengeras jalan dan bahan bakar boiler. Oleh karena itu pada penelitian ini penulis tertarik untuk mengolah tempurung kelapa sawit menjadi komposit yang nantinya dapat digunakan sebagai alternatif pengganti kampas rem.
Pada penelitian ini, penulis menggunakan partikel tempurung kelapa sawit sebagai reinforcement agentnya dan resin EPOXY sebagai matriksnya. Komposisi partikel tempurung kelapa sawit yang digunakan dalam penelitian ini adalah dengan fraksi volume partikel sebesar 20%, 30%, 40% dan 50% dengan ukuran diameter partikel sebesar 0,5 mm – 1 mm. Pengujian-pengujian yang dilakukan dalam penelitian ini yakni pengujian untuk memperoleh nilai koefisien gesek, pengujian keausan untuk mengetahui ketahanan benda uji terhadap gesekan yang diberikan, pengujian termal untuk mengetahui ketahanan benda uji terhadap suhu, dan yang terakhir adalah pengujian mikro dan makro untuk mengetahui perubahan struktur dari komposit yang dibuat baik sebelum maupun setelah pengujian- pengujian yang dilakukan.
Penelitian ini bertujuan untuk membandingkan kekuatan komposit berpenguat tempurung kelapa sawit terhadap kampas rem tromol, baik dari nilai koefisien gesek dan tingkat keausannya. Selain itu penelitian ini juga bertujuan untuk mengetahui ketahanan panas dan struktur mikro komposit partikel tempurung kelapa sawit.
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Sektor perkebunan yang terbesar di Indonesia adalah perkebunan kelapa sawit. Saat ini pemanfaatan kelapa sawit tidak hanya diambil buahnya untuk dibuat minyak saja. Tetapi sekarang ini dari buah, batang, tempurung, serat, daun dan pelepahnya telah bisa dimanfaatkan sebagai produk turunannya misalnya saja margarin, sabun, kertas, makanan ternak, pupuk dan masih banyak yang lainnya.
Tempurung kelapa sawit adalah bahan organik yang berasal dari alam. Bahan ini sebenarnya dapat digunakan sebagai material dalam bidang teknik. Akan tetapi sejauh ini penelitian tentang bahan ini masih sangat kurang sekali, oleh karena itu penulis tertarik untuk melakukan penelitian tentang tempurung kelapa sawit, terutama tentang pengaruh komposisi partikel tempurung kelapa sawit terhadap kekuatan komposit.
Komposit adalah sejumlah sistem multi fasa sifat gabungan, yaitu gabungan antara bahan matriks atau pengikat dan reinforcement atau bahan pengguat berupa serat, partikel atau flake. Gabungan antara beberapa unsur bahan ini mempunyai sifat yang jauh lebih baik dari bahan sebelumnya. Karena komposit adalah gabungan antara dua bahan atau lebih, maka sangat banyak
Karena komposit adalah penggabungan dari beberapa bahan maka pada umumnya sifat komposit lebih unggul setelah dilakukan penggabungan, keunggulan sifatnya antara lain : Mempunyai kekuatan dan kekakuan yang tinggi.
Komposit dapat dirancang sedemikian rupa sehingga dapat terhindar dari korosi.
Dapat memberikan penampilan dan kehalusan permukaan yang lebih baik.
1.2 Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk :
a. Membandingkan koefisien gesek komposit partikel tempurung kelapa sawit, matrik, tempurung kelapa sawit dan kampas rem.
b. Mengetahui pengaruh fraksi volume partikel tempurung kelapa sawit terhadap tingkat keausan komposit partikel tempurung kelapa sawit.
c. Membandingkan tingkat keausan dan koefisien gesek komposit berpenguat partikel tempurung kelapa sawit dengan kampas rem tromol.
d. Mengetahui ketahanan panas komposit partikel tempurung kelapa sawit.
e. Mengetahui perubahan struktur mikro pada komposit partikel
1.3 Batasan Masalah
Pada pembahasan ini penulis membatasi masalah pada : 1) Pengujian yang dilakukan pada komposit adalah mencari koefisien gesek, keausan dan ketahanan termal, serta foto mikro dan makro baik sebelum maupun setelah diuji. 2) Bahan penguat komposit adalah partikel tempurung kelapa sawit yang mempunyai ukuran diameter partikel antara 0,5 – 1 mm dengan fraksi volume partikel sebesar 20%, 30%, 40% dan 50%. 3) Matrik yang digunakan sebagai bahan pengikat adalah : Resin Arindo Butek 3210.
4) Benda pembanding untuk komposit partikel tempurung kelapa sawit yang dibuat adalah kampas rem tromol Yamaha genuine 3XA-F5330-00.
1.4 Metodologi Penulisan
Pada BAB I ini, penulis membahas latar belakang, tujuan, batasan masalah serta sistematika penulisan selanjutnya pada BAB II akan diuraikan tentang pengertian komposit dan jenis–jenis komposit, khususnya komposit partikel, bahan penguat dan matrik penggikat dimana bahan-bahan ini adalah bagian- bagian dari komposit. Urutan tentang proses pembuatan spesimen beserta penggujian fisik dan mekaniknya akan diuraikan pada BAB III, data dan pembahasan tentang hasil pengujian akan dibahas pada BAB IV, kemudian
BAB II DASAR TEORI
2.1 Pengertian Komposit
Komposit didefinisikan sebagai penggabungan dua macam material atau lebih dengan fase berbeda. Penggabungan ini dimaksudkan untuk mendapatkan bahan komposit dengan sifat lebih baik dari material penyusunnya. Pada komposit bisa terjadi reaksi antar komponen penyusunnya sehingga terbentuk fase ketiga yang memiliki sifat berbeda dari fase pertama maupun fase kedua. Pada komposit dikenal istilah matrik (fase pertama) dan penguat atau reinforcement agent (fase kedua). Matrik berfungsi sebagai pengikat sedangkan reinforcement berfungsi untuk memberi penguatan pada komposit.
Berdasarkan diagram Venn pada gambar 2.1 dibawah ini matrik dari komposit dapat berupa logam, keramik atau polimer. Sesuai dengan jenis matriknya, maka dikenal Metal Matrix Composites (MMC), Ceramic Matrix Composites (CMC), dan Polimer Matrix Composites (PMC).
Gambar 2.1 Diagram Venn Bahan TeknikKarena komposit merupakan penggabungan dua bahan atau lebih yang memiliki fase berbeda, maka komposit mempunyai keunggulan dan kekurangan.
Adapun keunggulannya adalah sebagai berikut : 1. Mempunyai kekuatan dan kekakuan yang tinggi.
2. Komposit dapat dirancang sedemikian rupa sehingga dapat terhindar dari korosi.
3. Dapat memberikan penampilan dan kehalusan permukaan yang lebih baik.
4. Dengan bahan komposit dimungkinkan untuk mendapatkan sifat-sifat yang lebih baik dari keramik, logam atau polimer.
Dan kekurangan komposit :
1. Sifat-sifat anisotropik (sifat-sifat bahan berbeda antara satu lokasi dengan
2. Banyak bahan komposit (umumnya bahan komposit polimer) tidak aman terhadap serangan zat-zat kimia atau larutan tertentu.
3. Harga bahan komposit relatif mahal.
4. Proses pembuatan lama dan mahal.
2.2. Penggolongan Komposit
Penggolongan bahan komposit sangat luas, jenis komposit sering dibedakan menurut bentuk dan bahan matriks pengikat sebagai bahan penguatnya. Secara umum komposit dapat dikelompokkan kedalam tiga jenis (Robert. M. Jones : 7 ) :
1. Fibrous composites
Pada komposit ini bahan penguat yang digunakan adalah serat (dapat berupa serat organik atau serat sintetik) yang memiliki kekuatan dan kekakuan lebih besar bila dibandingkan dengan bahan pengikat atau matriks. Bahan pengikat yang digunakan dapat berupa polymer, logam maupun keramik.
Agar dapat membentuk produk yang efektif dan baik maka komponen penguat harus memiliki modulus elastisitas yang lebih tinggi daripada matriknya selain itu juga harus ada ikatan permukaan antara komponen pengguat dan matriks (Lawrence H . Van Vlack : 589).
2. Laminated composites
Komposit ini terdiri dari dua atau lebih material yang disusun berlapis- lapis. Pelapisan ini bertujuan untuk mendapatkan sifat-sifat yang baru seperti kekuatan, kekakuan, ketahanan korosi, sifat termal juga untuk penampilan yang lebih atraktif.
3. Particulated composites
Particulated composites terdiri dari partikel-partikel yang ada dalam matriks. Material partikel bisa dibuat dari satu jenis ataupun lebih dari satu jenis material dan biasanya material partikel ini terbuat dari bahan metal atau dari bahan non-metal.
Jenis-jenis Particulated composites: Partikel komposit organik Partikel komposit non organik Sedangkan untuk komposit menurut jenis matrik yang digunakan dapat dapat dibedakan menjadi :
1. Komposit Matrik Logam (Metal Matriks Composite) Pada komposit ini matriks yang digunakan adalah logam sedangkan bahan penguatnya dapat berupa parikel keramik atau fiber yang dapat terdiri dari logam, keramik, karbon dan boron.
Cermet merupakan salah satu tipe paling umum dari komposit matrik
logam. Cermet merupakan suatu bahan komposit matrik logam dengan reinforcing agent berupa keramik.
2. Komposit Matriks Keramik (Ceramik Matriks Composite) Keramik memiliki sifat-sifat yang cukup menarik seperti : kekakuan, kekerasan dan kekuatan tekan yang tinggi serta kerapatan yang rendah.
Bahan ini juga memiliki beberapa kelemahan yaitu ketangguhan (toughness) dan tegangan tarik rendah. Pembuatan komposit dengan matriks keramik sangat sulit dan memerlukan biaya yang mahal.
Metode yang biasa digunakan adalah metode metalurgi serbuk.sebagai matrik dapat digunakan : Alumina(Al
2 O 3 ), Karbida boron (B
4 C), Nitrid
3
4
boron (BN), Karbida silicon (SiC), Nitrid silicon (Si N ), Karbida titanium (TiC). Sebagai fibernya dapat digunakan karbon, SiC dan
2
3 Al O .
3. Komposit Matriks Polimer ( Polimer Matriks Composite) Komposit jenis ini adalah jenis yang paling banyak digunakan karena mudah dalam proses pembuatannya dan murah. Bahan pengguat dari komposit ini dapat berupa fiber, partikel dan flake, yang masing- masing dibedakan lagi menjadi bahan penguat organik dan metal.
2.3 Komponen Bahan Komposit
komposit memiliki gaya adhesif yang cukup kuat. Matrik bahan komposit dapat berupa logam, keramik dan polimer. Sedangkan fase kedua atau sering disebut renforcing agent berfungsi untuk memperkuat bahan komposit secara keseluruhan.
Reinforcement agent pada komposit dapat berbentuk:
1. Fiber (Serat)
2. Partikel
3. Flake (a) (b) (c)
Gambar 2.3 Bentuk-Bentuk Reinforcement Agent(a) serat (b)Partikel (c)flake
2.4 Komposit Partikel
Komposit partikel merupakan suatu bahan yang terbentuk dari partikel-partikel yang tersebar didalam matriks pengikat. Komposit partikel dapat dibuat dari partikel dan matriks logam maupun non logam atau kombinasi dan keduanya.
2.4.1 Partikel (butiran atau serbuk)
Ukuran partikel yang digunakan bervariasi dari skala mikroskopis sampai skala makroskopis. Partikel ini banyak digunakan sebagai phase
reinforcing pada logam dan keramik. Distribusi partikel di dalam matrik
komposit tersusun secara random, sehingga komposit yang dihasilkan mempunyai sifat isotrope. Mekanisme penguatan oleh partikel ini tergantung pada ukuran partikel itu sendiri. Dalam skala mikroskopis, partikel yang digunakan adalah serbuk yang sangat halus yang terdistribusi dalam matrik dengan konsentrasi 15%. Kehadiran serbuk akan menjadikan matrik mengeras dan menghambat gerakan dislokasi yang timbul. Dalam kejadian ini, sebagian beban luar yang diberikan bekerja pada matrik. Peningkatan ukuran partikel sampai ukuran makroskopis, penggunaan partikel dapat mencapai konsentarasi lebih besar dari 25%. Dalam hal ini, beban luar yang diberikan didukung bersama oleh matrik dan partikelnya. Penguatan komposit seperti ini dapat terjadi pada cermen (WC-Co) dimana karbida wolfram (WC) diikat oleh binder cobalt Co. Konsentrasi WC didalam matrik Co umumnya 80%.
Dalam komposit ada tiga jenis partikel yang dapat digunakan yaitu partikel logam, partikel nonlogam (organik) dan partikel keramik. Dalam pembuatan komposit partikel ada beberapa kemungkinan kombinasi yang dapat dilakukan yaitu ( Robert M Jones : 8 ) :
1. Nonmetallic in nonmetallic composites
Pada jenis ini partikel dan matrik yang digunakan berasal dari bahan bukan logam . Contohnya adalah beton, bahan ini disusun oleh pasir dan kerikil yang dicampur dengan semen dan air yang kemudian bereaksi secara kimia dan kemudian mengeras setelah kering.
2. Metallic in nonmetallic composites
Komposit ini disusun oleh partikel logam yang berada dalam matriks nonlogam. Contoh dari bahan ini adalah : serbuk logam yang dimasukan dalam resin termoset, komposit ini sangat kuat dan keras selain itu juga mempunyai kemampuan menahan panas yang baik, karena itu bahan ini banyak digunakan dalam bidang elektrik.
3. Metallic in metallic composites
Untuk jenis komposit ini masih sangat jarang digunakan dan biasanya merupakan paduan yang nantinya diharapkan akan mempunyai keunggulan-keunggulan tertentu.
4. Nonmetallic in metallic composites
Partikel non logam seperti keramik dapat dimasukkan kedalam matriks logam. Dari paduan dua bahan tersebut menghasilkan bahan yang disebut cermet. Cermet biasa digunakan sebagai alat potong yang tahan terhadap temperatur tinggi.
2.4.2 Matrik
Fungsi dari matrik adalah sebagai bahan pengikat reinforcement, selain
sebagai bahan pengikat matrik juga berfungsi sebagai penerus gaya dari satu partikel kepartikel lainnya. Matrik pada umumnya terbuat dari bahan- bahan yang lunak dan liat. Polimer (plastis) merupakan bahan umum yang bisa digunakan. Contoh bahan-bahan polimer yang sejak dulu dipakai sebagai matriks yaitu polyester ,vinylester dan epoksi. Bahan matriks jenis
polimer dibagi menjadi dua jenis :
1. Polimer Termoset
Adalah bahan matrik yang dapat menerima suhu tinggi atau tidak berubah karena panas. Contohnya : Poliimid, Poliimid Amid dan
Polidifenileter.
2. Polimer termoplastik
Adalah bahan matrik yang tidak dapat menerima suhu tinggi atau akan berubah karena panas. Contohnya : PEEK (Poly-Ether-Ether-Ketone),
PEI(Poly-Ether-Imide), Nilon, dll.
2.4.3 Bahan Tambahan
Bahan sebagai pemicu (inititor) yang berfungsi untuk memulai dan mempersingkat reaksi pengeringan pada temperatur ruang adalah katalis.
Kelebihan katalis akan menimbulkan panas saat proses pengeringan dan dengan resin akan memberikan reaksi berupa panas. Pada proses pengeringan perbandingan komposisi yang dipergunakan sebagai campuran untuk katalisa menggunakan perbandingan 0,25% - 0,5 % dari volume total.
Pigmen atau pasta pewarna hanya dipergunakan pada akhir proses, apabila pigmen atau pasta pewarna ini harus dipakai pada produksi maka harus dipergunakan bahan yang sesuai karena bahan ini dapat mempengaruhi proses pengeringan resin. Dalam pelapisan akhir (gelcoating) perbandingan pigmen atau pasta pewarna adalah 10 % sampai 15 % dari berat resin.
Untuk menghindari lengketnya produk dengan cetakan maka diadakan proses pelapisan terhadap cetakan dengan release agent sebelum dilakukan pembuatan. release agent yang bisa digunakan berupa waxes (semir), mirror glass, polyvinyls alcohol, film forming, oli dan sebagainya.
Selain bahan-bahan diatas masih banyak lagi bahan-bahan tambahan yang dapat diaplikasikan sebagai penambah kempuan terhadap suhu tinggi, tahan aus dan sebagainya.
2.5 Fraksi Volume
Fraksi volume (%) adalah perbandingan volume bahan pembentuk komposit terhadap volume komposit.
V m = % matrik V h = % hardener V com = 100 % Maka: V r + V m + V h = V composit
2.6 Mekanika Komposit
Sifat mekanik bahan komposit berbeda dengan bahan konvensional lainnya. Tidak seperti bahan teknik lainnya yang pada umumnya bersifat homogen isotropik. Sifat heterogen bahan komposit terjadi karena bahan komposit tersusun atas dua atau lebih bahan yang mempunyai sifat-sifat mekanis yang berbeda sehingga analisis mekanik komposit berbeda dengan bahan teknik konvensional. Sifat mekanik bahan komposit merupakan fungsi dari:
1. Sifat mekanis komponen penyusunnya
2. Geometri susunan masing-masing komponen
3. Inter fase antar komponen Mekanika komposit dapat dianalisis dari dua sudut pandang yaitu dengan analisa mikro dan analisa makro mekanik, dimana analisa mikro bahan komposit dengan memperlihatkan sifat-sifat mekanik bahan penyusunnya dan hubungan antara komponen penyusunnya tersebut tanpa memperlihatkan sifat maupun hubungan antar komponen penyusunnya (Robert,J.M,1975:11) Mekanisme penguat tergantung dari ukuran partilkel. Dalam skala mikroskopis digunakan partikel berupa serbuk sangat halus. Serbuk akan menjadikan matrik mengeras dan manghambat gerakan dislokasi. Dalam hal ini sebagian besar beban luar yang diberikan bekerja pada matrik.
Peningkatan ukuran partikel sampai ukuran makroskopis dapat mencapai konsentrasi lebih besar dari 25%. Dalam hal ini beban luar yang diberikan didukung bersama-sama oleh matrik dan partikelnya.
2.7 Koefisien Gesek
Gaya gesekan ini terjadi jika dua buah benda bergesekan, yaitu permukaan kedua benda bersinggungan waktu benda yang satu bergerak terhadap benda yang lain. Benda yang satu melakukan gaya pada benda yang lain sejajar dengan permukaan singgung, dan dengan arah berlawanan terhadap gerak benda yang lain. Gaya-gaya gesekan selalu melawan gerak. Bahkan meskipun tidak ada gerak relatif antara dua benda yang bersinggungan, gaya gesekan dapat juga terjadi.
Gaya-gaya gesekan yang bekerja antara dua permukaan yang berada dalam keadaan diam relatif satu dengan lainnya disebut gaya–gaya
s
gesekan statik. Gaya gesekan statik f dihubungkan dengan gaya normal
2.8 Uji Keausan atau Gesekan
Uji gesek atau uji keausan adalah suatu pengujian yang dilakukan untuk mengetahui angka ketahanan suatu benda terhadap gesekan atau untuk tingkat keausan suatu benda.
Keausan menerima pengaruh yang besar dan rumit dari laju pergerakan relatif dan tekanan pada bidang kontak. Keausan kumulatif antara permukaan halus pada tekanan tetap menghasilkan harga maksimum pada laju pergerakan relatif tertentu. Makin besar tekanan kontak makin besar harga maksimum itu. Keausan korosi bisa di sebabkan juga oleh zat kimia dan proses elektrokimia dari bahan pelumas dan juga ada keausan flet yang menyebabkan kerontokan oleh retakan lelah lokal karena tegangan yang berulang-ulang dari persentuhan yang tegangannya lebih tinggi dari batas elastis.
Goresan karena bahan yang keras menyebabkan permukaan kasar. Pemolesan dengan bahan abrasi keras, kertas amplas atau campuran debu memberikan fenomena abrasi disebut keausan goresan atau keausan permukaan licin (Tata Surdia,1995:39). Abrasi antara bidang bisa menyebabkan temperatur naik karena gesekan yang berulang dan pada akhirnya akan terkikis dan habis.
Mekanisma gesekan pada bahan polimer sangat berbeda dengan polimer koefisien gesekan tergantung beban, bidang kontak dan seterusnya. Umumnya cenderung berkurang kalau beban bertambah, karena bahan menunjukkan kelakuan tengah-tengah antara deformasi elastik dan deformasi plastik (Tata Surdia,1995:188).
Dalam pengujian kali ini, alat uji keausan dibuat sendiri. Alat ini digunakan untuk membandingkan tingkat keausan benda uji yang satu dengan yang lainnya. Oleh karena itu, alat pengujian ini tidak dikalibrasi. piringan cakram pencekam motor
beban
listrikGambar 2.8.1 Skema Alat Uji Keausan2.9 Uji Ketahanan Termal
Pengujian ketahanan termal dilakukan untuk mengetahui batas kemampuan atau ketahanan suatu benda terhadap panas. Pada komposit, setelah dilakukan pengujian termal pada batas atas ketahanan komposit maka komposit akan mengalami dua keadaan tergantung dari resin yang
Pada dasarnya, sifat khas bahan polimer sangat berubah oleh perubahan temperatur. Hal ini disebabkan apabila temperatur berubah, pergerakan molekul karena termal akan mengubah kumpulan molekul atau merubah struktur (terutama struktur yang berdimensi besar). Hubungan antara volume jenis dan temperatur tidak lurus, yang berarti bahwa koefisien pemuaian panjangnya juga berubah oleh kenaikan temperatur.
Umumnya koefisien pemuaian lebih besar pada temperatur lebih tinggi.
Sangat sukar untuk menelaah ketahanan panas bahan polimer pada temperatur tinggi, sebab banyak sekali faktor yang akan memberi pengaruh tertentu seperti keadaan lingkungan, bentuk bahan, macam dan jumlah pengisi, adanya bahan penyetabil dan seterusnya. Dalam waktu yang singkat pada temperatur tinggi tidak memberikan perubahan banyak, tetapi dalam waktu yang lama walaupun temperaturnya lebih rendah dapat mengakibatkan kerusakan (Tata Surdia,1995:196).
2.10 Pengujian Mikro dan Makro
Suatu bahan dikatakan gagal bila struktur tersebut tidak dapat berfungsi dengan baik. Dengan demikian definisi kerusakan atau kegagalan berbeda menurut kebutuhan yang berlainan. Untuk penerapan struktur tertentu, deformasi yang kecil mungkin sudah dianggap gagal sedangkan pada struktur yang lain hanya kerusakan total yang dianggap
Hal ini mencolok pada bahan komposit. Pada bahan komposit ini kerusakan internal mikroskopik (yang tidak dapat diamati dengan mata) ini dapat jauh terjadi sebelum kerusakan nyata terlihat atau terjadi. Kerusakan mikroskopik ini sama sekali tidak dapat diamati oleh mata telanjang. Kerusakan baru bisa terlihat oleh mata apabila kerusakan cukup besar dan terjadi pada tempat yang sama, karena itu pada kondisi sebenarnya sangat sulit untuk menentukan suatu bahan komposit dikatakan mengalami kerusakan atau kegagalan. Karena kerumitannya, masalah tersebut diatas pada kebanyakan kasus untuk struktur bahan komposit dikatakan gagal apabila bahan tersebut telah mengalami rusak total ketika mendapat beban tertentu atau kurva tegangan dan regangan yang ditunjukkan tidak lagi linier. Teori kegagalan tersebut diatas berlaku untuk lapisan tunggal (lamina) maupun multi lapis (laminat) (Bambang Kismoyo Hadi,2000:132).
BAB III PENELITIAN
3.1 Skema Penelitian
Pengambilan bahan Tempurung Resin Bahan kelapa sawit EPOXY tambahan
Pembuatan benda uji : 1. Partikel kelapa sawit.
2. Pembuatan cetakan.
3. Pencetakan matriks dan tempurung kelapa sawit.
4. Menyiapkan kampas rem tromol.
5. Pencetakan komposit dengan komposisi partikel 20%, 30%, 40% dan 50%.
Penelitian : 1. Koefisien gesek.
2. Uji keausan.
3. Uji termal 4. Foto mikro.
Hasil penelitian dan pembahasan Studi pustaka Kesimpulan
Gambar 3.1. Skema Jalannya Penelitian3.2 Penyiapan Benda Uji
Gambar 3.2.1 Kelapa Sawit (Elaeis Guineensis)Gambar 3.2.2 Buah Kelapa SawitGambar 3.2.4 Partikel Tempurung Kelapa Sawit3.2.1 Bahan Komposit
Bahan-bahan utama yang digunakan untuk membuat komposit berpenguat serbuk tempurung kelapa sawit adalah sebagai berikut :
1. Partikel Pada penelitian ini, partikel atau serbuk yang digunakan adalah partikel dari tempurung kela sawit. Secara umum partikel kelapa sawit memiliki sifat yaitu keras, kuat, dan getas.Untuk mendapatkan partikel kelapa sawit dari tempurung kelapa sawit, harus melalui beberapa proses.
Proses tersebut antara lain :
1. Pengupasan serabut kelapa sawit Untuk mendapatkan tempurung kelapa sawit hal pertama-tama yang dilakukan adalah pengupasan tempurung kelapa sawit dari serabutnya. Pengupasan akan mudah jika kelapa sawit sedikit segar maka pengupasan sedikit menyulitkan karena serabutnya masih ulet dan banyak mengandung minyak.
2. Pembersihan tempurung Setelah buah kelapa sawit dikupas kemudian tempurung kelapa sawit dipecahkan, setelah pecah tempurung kelapa sawit dijemur sampai kering kemudian untuk menghilangkan sisa minyak yang masih menempel pada tempurung, maka tempurung kelapa sawit tersebut dicuci sampai bersih.
3. Penumbukan tempurng Setelah pecahan tempurung kelapa sawit bersih dan kering, maka selanjutnya tempurung kelapa sawit ditumbuk. Penumbukan tempurung kelapa sawit menggunakan lumpang. Setelah tempurung pecah menjadi ukuran-ukuran tertentu, maka selanjutnya pecahan- pecahan tempurung tersebut diblender supaya mendapatkan ukuran yang lebih seragam.
4. Pengayakan Setelah penumbukan untuk mendapatkan ukuran partikel yang seragam maka untuk selanjutnya dilakukan pengayakan, pengayakan yang dilakukan yaitu pengayakan dua tingkat. Partikel yang dipakai yaitu partikel yang lolos ayakan pertama tetapi tidak lolos ayakan kedua.
2. Resin Resin yang digunakan dalam penelitian ini adalah Resin Epoxy dengan tipe General Purpose (Bisphenol A-epichlorohydrin). Dengan ciri- ciri resin ini berwarna putih (bening), yang diproduksi oleh PT. JUSTUS KIMIARAYA. Resin epoxy ini disertai katalis atau biasa disebut hardener dengan perbandingan pencampuran antara resin dengan hardenernya adalah 1 : 1 atau 2 : 1 .
3. Bahan tambahan Release agent Karena proses pembuatan akan mengakibatkan lengketnya produk dengan cetakan, maka untuk menghindari itu harus diadakan proses pelapisan terhadap cetakan yaitu dengan mengunakan release agent.
Release agent atau zat pelapis yang berfungsi untuk mencegah lengketnya
produk pada cetakan saat proses pembuatan. Pelapisan dilakukan sebelum proses pembuatan dilakukan. Release agent yang biasa digunakan antara lain waxes (semir), mirror glass, vasielin, polyvinyl alcohol, film forming, paslin dan oli. Dalam hal ini yang digunakan sebagai anti adesive dalam proses pembuatan komposit adalah paslin.
3.2.2 Alat Bantu
Alat bantu yang digunakan untuk pembuatan komposit berpenguat partikel tempurung kelapa sawit adalah sebagai berikut :
1. Pisau, untuk mengupas kelapa sawit.
2. Lumpang dan blender, untuk menghancurkan tempurung kelapa sawit.
3. Ayakan,untuk mendapatkan ukuran partikel kelapa sawit yang diinginkan.
4. Timbangan, untuk mengukur berat komposisi partikel.
5. Gelas ukur, untuk mengukur volume resin.
6. Gelas kaca, untuk tempat mencampur partikel kelapa sawit dan resin.
7. Sendok, untuk mengaduk campuran partikel kelapa sawit dan resin.
8. Gergaji, untuk memotong komposit.
9. Kikir dan amplas, untuk menghaluskan permukaan komposit.
3.2.3 Pembuatan Cetakan
Dalam proses pembuatan komposit berpenguat partikel tempurung kelapa sawit, digunakan sebuah cetakan kaca yang mempunyai ukuran sebagai berikut :
Panjang 120 mm Lebar 30 mm Tinggi 10 mm
Gambar 3.2.3 Cetakan Komposit3.3 Pembuatan Benda Uji
3.3.1 Pembuatan benda uji Resin (EPOXY)
Dalam pembuatan benda uji resin mempunyai langkah-langkah
sebagai berikut :
1. Pertama-tama melakukan proses pelapisan permukaan dan dinding cetakan dengan vaslin, hal ini dilakukan untuk mempermudah pemisahan resin dari cetakan.
2. Menyiapkan resin dan hardener sesuai dengan volume cetakan sebesar
3
36.000 mm (36 ml) menggunakan gelas ukur. Oleh karena perbandingan antara resin dan hardener adalah 1 : 1, maka volume resin yang disiapkan sebesar 18 ml dan volume hardener yang disiapkan juga sebesar 18 ml.
3. Mencampur resin dan hardener kedalam gelas kaca. Campuran resin dan mengeras. Selain itu dihindari pengadukan yang menyebabkan gelembung, sebab gelembung yang timbul pada waktu proses pengadukan akan menimbulkan void pada matrik yang dicetak.
4. Setelah resin dan hardener tercampur dengan merata, adonan tersebut dituang dalam cetakan yang sudah disiapkan.
5. Proses pengeringan membutuhkan waktu 48 jam (dua hari). Setelah resin menjadi kering, resin dikeluarkan dari cetakan.
6. Melakukan pemotongan sesuai dengan ukuran yang diinginkan dan menyempurnakan hasil cetakan dengan amplas.
Gambar 3.3.1 Resin Epoxy dan Hardener3.3.2 Pembuatan benda uji tempurung kelapa sawit
Karena ukuran tempurung kelapa sawit tidak ada yang sesuai dengan spesimen dalam pengujian, maka tempurung kelapa sawit ditata
Langkah-langkah pencetakan benda uji tempurung kelapa sawit adalah sebagai berikut :
1. Melapisi dinding dan dasar cetakan dengan vaslin, hal ini dilakukan untuk memudahkan pelepasan benda dari cetakan.
2. Menyiapkan tempurung kelapa sawit yang telah dipecah hingga didapatkan bentuk yang kurang lebih rata.
3. Menyiapkan resin secukupnya untuk digunakan sebagai dasar (pemegang) dari tempurung kelapa sawit.
4. Resin dimasukkan dalam cetakan. Setelah agak kering (malam), tempurung kelapa sawit dimasukkan dan ditata sedemikian rupa sampai kurang lebih rata.
5. Proses pengeringan dalam waktu 1-2 jam. Setelah kering, benda dikeluarkan dari cetakan.
6. Memotong benda uji sesuai dengan ukuran yang diinginkan.
7. Meratakan permukaan benda uji dengan menggunakan kikir.
3.3.3 Pembuatan benda uji komposit
Langkah pertama dalam pembuatan benda uji komposit adalah menghitung massa jenis (ρ) tempurung kelapa sawit.
Adapun metode penghitungan massa jenis (ρ) tempurung kelapa sawit
2. Memasukkan air kedalam gelas ukur dan dicatat volume air yang ada didalamnya.
3. Memasukkan tempurung kelapa sawit yang telah ditimbang kedalam gelas ukur dan mencatat pertambahan volume air yang naik.
4. Melakukan perhitungan dengan rumusan sebagai berikut:
m
V
dengan : m = massa tempurung kelapa sawit ρ = massa jenis kelapa sawit V = volume tempurung kelapa sawit
Dengan menggunakan perhitungan rumus diatas, dari percobaan yang dilakukan berulang-ulang maka didapatkan :
3 rata-rata kelapa sawit
ρ = 1,333 gr/ cm .
Langkah kedua adalah menghitung komposisi tempurung kelapa sawit, resin dan hardener berdasarkan volume cetakan dan prosentase komposisi yang diinginkan. Langkah-langkah perhitungannya adalah sebagai berikut : 1. Menghitung volume cetakan.
cetakan
V = p x l x t = 120 x 30 x 10
2. Menghitung komposisi partikel tempurung kelapa sawit, resin dan hardener.
Untuk fraksi volume 20% partikel tempurung kelapa sawit :
20 3 3
Partikel = 36 cm ,1 333 gr / cm 100 = 9,6 gram.
80 3
Resin + hardener = 36 cm 100
3
= 28,8 cm atau setara dengan 28,8 ml.
Karena perbandingan resin dan hardener adalah 1 : 1, maka volume resin = 14,4 ml dan hardenernya = 14,4 ml.
Untuk fraksi volume 30% partikel tempurung kelapa sawit :
30 3 3
Partikel = 36 cm ,1 333 gr / cm 100 = 14,4 gram.
70 3
Resin + hardener = 36 cm 100
3
= 25,2 cm atau setara dengan 25,2 ml.
Untuk fraksi volume 40% partikel tempurung kelapa sawit :
40 3 3
Partikel = 36 cm ,1 333 gr / cm 100 = 19,2 gram.
60 3
Resin + hardener = 36 cm 100
3
= 21,6 cm atau setara dengan 21,6 ml.
Karena perbandingan resin dan hardener adalah 1 : 1, maka volume resin = 10,8 ml dan hardenernya = 10,8 ml.
Untuk fraksi volume 50% partikel tempurung kelapa sawit :
50 3 3
Partikel = 36 cm ,1 333 gr / cm 100 = 24 gram.
50 3
Resin + hardener = 36 cm 100
3
= 18 cm atau setara dengan 18 ml.
Karena perbandingan resin dan hardener adalah 1 : 1, maka volume resin = 9 ml dan hardenernya = 9 ml. Adapun langkah-langkah dalam pencetakan komposit adalah sebagai berikut : a. Melapisi dinding dan dasar cetakan dengan vaslin, hal ini dilakukan untuk memudahkan pelepasan benda dari cetakan.