SIFAT MEKANIS KOMPOSIT PARTIKEL ARANG AMPAS TEBU DENGAN MATRIK EPOKSI TUGAS AKHIR - Sifat mekanis komposit partikel arang ampas tebu dengan matrik epoksi - USD Repository

  

SIFAT MEKANIS

KOMPOSIT PARTIKEL ARANG AMPAS TEBU

DENGAN MATRIK EPOKSI

TUGAS AKHIR

Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat

Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

  

Program Studi Teknik Mesin

Disusun Oleh :

  

FEBRI WIDIANTO

NIM : 045214018

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

  

SIFAT MEKANIS

KOMPOSIT PARTIKEL ARANG AMPAS TEBU

DENGAN MATRIK EPOKSI

TUGAS AKHIR

Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat

Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

  

Program Studi Teknik Mesin

Disusun Oleh :

  

FEBRI WIDIANTO

NIM : 045214018

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

  MECHANICAL PROPERTIES OF PARTICLES COMPOSITE OF BAGASSE CHARCHOAL WITH EPOXY MATRIX Fanal Project Presented as meaning To Obtain The Sarjana Teknik Degree

  FEBRI WIDIANTO NIM : 045214018 MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

PERNYATAAN KEASLIAN

  Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi yang saya tulis ini dengan judul ” Sifat Mekanis Komposit Partikel Arang Ampas Tebu dengan

  

Matrik Epoksi” tidak memuat karya atau bagian karya orang lain, kecuali yang

  telah disebutkan dalam kutipan dan daftar pustaka, sebagaimana layaknya karya ilmiah.

  Yogyakarta, 28 April 2011 Penulis

  Febri Wiadianto

  

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN

PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN

AKADEMIS

  Yang bertanda tangan di bawah ini: Saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma Yogyakarta:

  Nama : Febri Widianto NIM : 045214018

  Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang bejudul:

  

SIFAT MEKANIS KOMPOSIT PARTIKEL ARANG AMPAS TEBU

DENGAN MATRIK EPOKSI

  Beserta perangkat yang diperlukan (bila ada). Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas, dan mempublikasikannya di Internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu minta izin dari saya maupun memberikan royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis. Dengan ini pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya.

  Yogyakarta, 28 April 2011 Yang menyatakan

KATA PENGANTAR

  Puji dan syukur atas segala rahmat dan karunia Tuhan Yesus, sehingga perancangan dan penyusunan tugas akhir yang berjudul ”Sifat Mekanis

  

Komposit Partikel Arang Ampas Tebu dengan Matrik Epoksi” dapat

terselesaikan dengan baik.

  Tugas akhir ini bertujuan untuk memenuhi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik, Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma

  Dalam penyusunan tugas akhir ini, banyak sekali bimbingan, saran dan masukan yang sangat bermanfaat bagi penulis yang telah diberikan oleh berbagai pihak demi terselesainya penyusunan tugas akhir ini.

  Untuk itu dengan segala kerendahan hati, penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada :

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

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

  3. Bapak Ir. Rines, M.T. selaku dosen pembibing akademik yang telah memberikan bimbingan dan arahan selama menempuh studi.

  4. Bapak I Gusti Ketut Puja, ST, MT. selaku dosen pembimbing tugas selalu mengingatkan, sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini.

  5. Ayahanda Wagiyo dan Ibunda Endang Sumiati yang telah memberikan kasih dan sayangnya, doa, dorongan, semangat, biaya yang tiada henti hingga terselesaikan studi dan penyusunan tugas akhir ini.

  6. Kakakku Dian dan Winda serta adikku Tina, Dita, Mita, dan Ibu Kristina Juga Ibu Tatik terima kasih atas dukungan dan dorongan semangat.

  7. Semua teman di jurusan Teknik Mesin : Ronald, Budi Purnomo, Cristo, Didit, Wahyu dan semua teman yang tidak dapat disebutkan satu per satu. Terimakasih untuk semangat dan pertemanan kita.

  8. Semua teman teman kos: Nunung, Putra Prasetya, Candra, Mina, Winda, Mbak Sari, Mas Aan, Om Gepeng terimakasih pertemanan dan persaudaraan dalam senang juga susah.

  9. Segenap dosen-dosen Teknik Mesin, Universitas Sanata Dharma atas segala bantuan yang telah diberikan selama penulis menimba ilmu dibangku kuliah.

  10. Segenap Karyawan, Sekretariat Teknik Mesin: Pak Tri, Pak Djito, Bu Rina. serta Laboran Teknik Mesin: Pak Martono, Pak Intan, Pak Rony atas bantuan yang telah diberikan.

  11. Dan semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu, karena keterbatasan tempat, atas saran, ide dan dukungan yang diberikan

  Dengan segala kerendahan hati juga, penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masih sangat jauh dari sempurna. Oleh karena itu, segala kritik dan saran yang membangun akan penulis terima dengan senang hati.

  Akhir kata penulis mengharapkan semoga tugas akhir ini dapat berguna bagi semua pihak dan dapat dijadikan bahan kajian lebih lanjut.

  Yogyakarta, 28 April 2011 Penulis

  Febri Widianto

  DAFTAR ISI

  HALAMAN JUDUL .................................................................................... i TITLE PAGE ................................................................................................ ii HALAMAN PERSETUJUAN ...................................................................... iii HALAMAN PENGESAHAN ...................................................................... iv HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN ................................................ v PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI ....................................... . vi KATA PENGANTAR ................................................................................. . vii DAFTAR ISI ................................................................................................ . x DAFTAR GAMBAR .................................................................................... . xiii DAFTAR TABEL .......................................................................................... xiv

  INTISARI............ ........................................................................................... xvi

  BAB I. PENDAHULUAN

  1. Latar Belakang ................................................................................ 1

  2. Tujuan ............................................................................................ 2

  3. Batasan Penelitian ......................................................................... 3

  4. Sistematika Penulisan .................................................................... 4 BAB II. DASAR TEORI.

  1. Pengertian Komposit......................................................................... 5

  2. Penggolongan Komposit ................................................................. 7

  4. Komposit Partikel ............................................................................ 13 4. 1. Partikel (butiran atau serbuk) .......................................... 13 4. 2. Matrik ............................................................................. 15 4. 3. Bahan Tambahan ............................................................ 16

  5. Fraksi volume ................................................................................. 17

  6. Mekanika komposit ....................................................................... 18 6. 1. Koefisien Gesek .............................................................. 18 6. 2. Uji keausan ...................................................................... 20 6. 3. Uji Tarik .......................................................................... 22 6. 4. Uji Impak ........................................................................ 24

  BAB III. PENELITIAN

  1. Skema Penelitian ......................................................................... 26

  2. Persiapan Bahan ........................................................................... 27

  1. Partikel ................................................................................. 27

  2. Matrik .................................................................................... 29

  3. Bahan Tambahan ................................................................... 30

  4. Cetakan .................................................................................. 30

  3. Perlatan Yang digunakan ............................................................... 31

  4. Pembuatan Komposit Partikel ....................................................... 32 4. 1. Perhitungan Fraksi Volume ........................................... 32 4. 2. Mencetak Komposit ...................................................... 34

  5. Metode Pengujian .......................................................................... 36

  5. 2. Pengujian Keausan ........................................................ 38 5. 3. Pengujian Tarik ............................................................. 39 5. 4. Pengujian Impak ............................................................ 41

  BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Koefisien Gesek .......................................................................... 42 Hasil Pengujian Keausan ..................................................................... 45 Hasil Pengujian Tarik .......................................................................... 48 Hasil Pengujian Impak (charpy) .......................................................... 52 BAB V. KESIMPULAN ............................................................................... 56 DAFTAR PUSTAKA ................................................................................... 58 LAMPIRAN .................................................................................................. 59

  DAFTAR GAMBAR

  Gambar 1. Macam Macam Penyusunan Serat Komposit ....................... 8 Gambar 2. Partikel Reinforcement .......................................................... 8 Gambar 3. Laminated Reinforcement ...................................................... 9 Gambar 4. Bentuk Bentuk Reinforcement .............................................. 12 Gambar 5. Metode Pengujian Gesek ....................................................... 19 Gambar 6. Mekanisme Penggerusan Benda Uji ...................................... 21 Gambar 7. Skema Jalan Penelitian ........................................................... 26 Gambar 8. Tananman Tebu ....................................................................... 27 Gambar 9. Ampas Tebu ............................................................................ 27 Gambar 10. Serbuk Arang Ampas Tebu ..................................................... 27 Gambar 11. Penutup Cetakan ..................................................................... 30 Gambar 12. Cetakan Bawah ....................................................................... 31 Gambar 13. Mekanisme Pengujian Gesek .................................................. 36 Gambar 14. Alat uji Keausan Type. OAT-U ............................................. 37 Gambar 15. Mekanisme Penggerusan Benda Uji ....................................... 39 Gambar 16. Alat Uji Tarik .......................................................................... 39 Gambar 17. Ukuran Benda Uji Tarik .......................................................... 40 Gambar 18. Ukuran Beda Uji Impak .......................................................... 40 Gambar 19. Alat Uji Impak ........................................................................ 41 Gambar 20. Diagram Koefisien Gesek ...................................................... 44

  Gambar 23. Diagram Kekuatan Tarik ........................................................ 50 Gambar 24. Diagram Harga Keuletan ........................................................ 54

  DAFTAR TABEL

  Tabel 1. Hasil pengujian gesek komposit fraksi volume 50% ................. 42 Tabel 2. Hasil pengujian gesek komposit fraksi volume 60% ................. 42 Tabel 3. Hasil pengujian gesek komposit fraksi volume 70% ................. 43 Tabel 4. Hasil pengujian gesek kampas rem ............................................ 43 Tabel 5. Hasil pengujian gesek resin epoksi ............................................ 43 Tabel 6. Hasil pengujian keausan komposit fraksi volume 50% ............. 46 Tabel 7. Hasil pengujian keausan komposit fraksi volume 60% ............. 46 Tabel 8. Hasil pengujian keausan komposit fraksi volume 70% ............. 46 Tabel 9. Hasil pengujian keausan resin epoksi ........................................ 46 Tabel 10. Hasil pengujian keausan kampas rem ........................................ 47 Tabel 11. Hasil pengujian tarik komposit fraksi volume 50% ................... 49 Tabel 12. Hasil pengujian tarik komposit fraksi volume 60% ................... 49 Tabel 13. Hasil pengujian tarik komposit fraksi volume 70% ................... 49 Tabel 14. Hasil pengujian tarik resin epoksi .............................................. 50 Tabel 15. Hasil pengujian impak komposit fraksi volume 50% ................ 52 Tabel 16. Hasil pengujian impak komposit fraksi volume 60% ................ 52 Tabel 17. Hasil pengujian impak komposit fraksi volume 70% ................ 53 Tabel 18. Hasil pengujian impak resin epoksi ........................................... 53

  

SIFAT MEKANIS

KOMPOSIT PARTIKEL ARANG AMPAS TEBU

DENGAN MATRIK EPOKSI

  

INTISARI

  Ampas tebu sisa penggilingan pabrik gula selama ini kurang bermanfaat, hanya digunakan sebagai briket bahan bakar dan material bahan bakar untuk boiler. Oleh karena itu penulis tertarik untuk melakukan penelitian penggunaan ampas tebu debagai bahan penguat komposit partikel dengan matrik epoksi. Pada penelitian ini, digunakan partikel arang ampas tebu sebagai bahan penguat (reinforcement) dan matrik epoksi sebagai bahan pengikat dalam campuran komposit partikel. Fraksi volume partikel arang ampas tebu yang digunakan dalam penelitian 50%, 60% dan 70%. Ukuran partikel arang ampas tebu maksimal

  2

  0.5mm . Pembuatan komposit partikel ini dengan proses cetak tekan dengan

  2

  tekanan 200kN/cm . Pengujian yang dilakukan adalah peujian koefisien gesek, pengujian keausan, pengujian tarik, dan pengujian impak. Hasil pengujian gesek dan pengujian keausan diverifikasi dengan material kampas rem komersial sebagai bahan pembanding. Sedangkan hasil pengujian tarik dan pengujian impak diverivikasi dengan resin epoksi sebagai material pembanding. Hasil dari penelitian menunjukan bahwa nilai koefisien gesek dari komposit partikel fraksi volume 60% sebesar 0.502 masih lebih baik dari pada material kampas rem sebesar 0.456. Namun laju keausan spesifik komposit partikel lebih tinggi daripada material kampas rem. Sedangkan hasil pengujian tarik dan pengujian impak komposit partikel arang ampas tebu masih lebih rendah jika dibandingkan dengan material resin epoksi.

BAB I PENDAHULUAN

1. Latar Belakang

  Perkebunan tebu adalah salah satu sektor usaha dalam bidang pertanian yang berkembang pesat Di Indonesia. Sektor ini cukup besar potensinya dan menyerap tenaga kerja dalam jumlah yang cukup banyak. Sesuai juga dengan upaya pemerintah merevitalisasi pertanian guna meningkatkan produksi pangan dalam mencukupi kebutuhan gula dalam negeri. Selama ini kebutuhan gula untuk seluruh nusantara masih kekurangan, sehingga untuk mencukupinya pemerintah mengimpor dari Thailand, Vietnam, dan Selandia Baru. Berdasar potensi tersebut, perusahaan pemerintah atau swasta serta masyarakat berusaha untuk memperluas usaha penanaman dan peningkatan produksi tebu.

  Sejalan dengan itu, penggilingan tebu untuk menghasilkan gula juga terus meningkat. Peningkatan itu juga menyebabkan peningkatan ampas atau sisa penggilingan yang cukup banyak. Selama ini pemanfaatan ampas tebu atau sisa penggilingan hanya digunakan sebagai pupuk kompos, briket bahan bakar dan bahan bakar boiler. Penelitian untuk memanfaatkan ampas tebu terus berkembang, diantaranya menghasilkan metanol, penyedap rasa, dan bahan bakar alternatif, dll. oleh karena itu penulis juga tertarik untuk meneliti pemanfaatan ampas tebu sebagai bahan penguat atau reinforcement pada pembuatan komposit dengan matrik resin epoksi, sehingga mempunyai nilai dan dayaguna dalam masyarakat.

  Komposit adalah penggabungan dua bahan atau lebih untuk menghasilkan material yang baru dan mempunyai sifat yang lebih baik dari material penyusunya. Bahan baru ini diharapkan mempunyai sifat sifat mekanis dan fisis yang lebih baik sesuai dengan keinginan.

  Sejak dari dahulu sebenarnya manusia berusaha menciptakan berbagai produk yang terdiri lebih dari satu bahan. Hasil pencampuran ini akan menghasilkan bahan yang lebih baik dan kuat. Seperti pencampuran jerami pendek dalam tanah liat untuk pembuatan batu bata, pemancangan besi cor dan pencampuran kerikil dalam pengecoran bangunan dan lainnya. Seiring perkembangan teknologi yang semakin modern, menuntut kebutuhan bahan yang mempunyai sifat lebih baik dari bahan yang lazim dipakai seperti besi, baja, keramik, dan bahan polimer yang umumya mempunyai densitas yang besar atau mudah terkorosi. Kebutuhan bahan yang lebih baik ini biasanya diperlukan oleh industri perkapalan, otomotif, transportasi, luar angkasa, perumahan dan lainnya.

  Penelitian ini memanfaatkan arang ampas tebu sebagai bahan penguat atau

  

reinforcement pada komposit dengan matrik epoksi. Komposit ini termasuk dalam

jenis komposit partikel.

2. Tujuan Penelitian

  Penelitian ini bertujuan untuk:

  1. Mengetahui koefisien gesek komposit berpenguat partikel arang

  2. Mengetahui laju keausan komposit berpenguat partikel arang ampas tebu dengan matrik epoksi

  3. Mengetahui kekuatan tarik komposit berpenguat serbuk partikel ampas tebu dengan matrik epoksi

  4. Mengetahui kekuatan impak komposit berpenguat partikel arang ampas tebu dengan matrik epoksi

3. Batasan Penelitian.

  Pada penelitian ini kami membatasi masalah pada:

  1. Bahan penguat komposit menggunakan partikel arang ampas tebu yang telah disaring dengan alat penyaring berukuran

  ≤ 0.25mm

  2

  . proses pembuatan arang dengan cara dioven dalam ruang bersuhu 300 C selama 100 menit.

  2. Bahan penguat komposit adalah partikel arang ampas tebu dengan variasi komposisi volume partikel 50%, 60% dan 70%.

  3. Matrik yang digunakan sebagai bahan pengikat adalah resin epoksi yang didistribusikan PT. Justus Kimia Raya Semarang.

  4. Pencetakan komposit dengan cara ditekan dengan tekanan 200 kN/cm

  2 selama 2 jam.

  5. Pengujian yang dilakukan pada komposit adalah pengujian gesek, uji keausan, uji tarik, uji impact.

  6. Benda pembanding untuk koposit partikel berpenguat ampas tebu

4. Sistematika Penulisan

  Untuk memudahkan dalam penelitian ini, maka dibuat sistematika penulisan agar lebih terencana dan sistematis.

  BAB I PENDAHULUAN Bab Pendahuluan berisi Judul Penelitian, Latar Belakang, Tujuan Penelitian, Batasan Penelitian dan Sistematika Penelitian. BAB II DASAR TEORI Bab Dasar Teori berisi tentang Pengertian dan Penggolongan Komposit secara umum, Pengertian Komposit Partikel dan Material Penyusunnya, dan Mekanika Komposit yaitu: Koefisien Gesek, Kekuatan Tarik, Laju Keausan, dan Kekuatan Impak. BAB III METODE PENELITIAN Pada Bab Penelitian berisi tentang Skema Penelitian, Proses Pembuatan Partikel Arang Ampas Tebu, Pembuatan Komposit Partikel, Pengujian Gesek untuk mencari Koefisien Gesek, Pengujian Keausan, Pengujian Tarik dan Pengujian Impak (patah) BAB VI HASIL DAN PEBAHASAN Bab Data Pembahasan berisi Hasil Pengujian komposit yang ditampilkan dalam bentuk tabel dan gambar diagram. Selain itu juga berisikan Pembahasan hasil pengujian yang telah dilakukan.

  BAB V KESIMPULAN

BAB II DASAR TEORI

1. Pengertian Komposit

  Komposit didefinisikan sebagai penggabungan dua macam material atau lebih untuk menghasilkan material baru yang mempunyai sifat yang lebih baik dibanding sifat material penyusunnya. Komposit terdiri dari bahan penguat (reinforcement) dan bahan pengikat (matrik), penggabungan antara bahan penguat dan bahan pengikat tidak saling melarutkan.

  Bahan penguat atau reinforcement pada komposit dapat berupa bahan sintetis atau anorganik dan bahan natural atau organik. Beberapa bahan yang termasuk dalam bahan penguat sintetik adalah bahan yang merupakan rekayasa buatan manusia, seperti nylon, serat kaca, serbuk baja, serbuk aluminium, kramik, dan lainnya. Sedangkan yang termasuk bahan penguat organik adalah bahan yang sudah ada dialam dan tanpa proses kimia, seperti serat dari tumbuhan, arang dari tumbuhan, sekam, bambu, pasir krikil, kayu, dll.

  Penggabungan dua atau lebih material yang berbeda yang disebut komposit ini, mempunyai kelebihan dan juga kekurangan: Beberapa kelebihan komposit dibandingkan bahan konvesional biasa, antara lain:

  1. Komposit dapat dirancang supaya mempunyai sifat yang lebih baik dari pada material konvesional yang sering dipakai.

  2. Komposit dapat dirancang sehingga dapat terhidar dari korosi dari

  3. Mempunyai densitas yang lebih kecil dari pada bahan konvensional sehingga bahan lebih ringan tetapi tetap mempunyai kekuatan mekanik yang baik.

  4. Dapat memberikan penampilan dan kehalusan permukaan yang lebih baik.

  5. Mempunyai daya redam terhadap getaran dan bunyi yang cukup baik Selain itu komposit juga memiliki kekurangan dibanding bahan konvesional, diantaranya adalah:

  1. Sifat sifat anisotropik yaitu sifat sifat mekanik bahan dapat berbeda antara lokasi yang satu dengan lokasi yang lain tergantung arah pengukuran.

  2. Banyak bahan pengikat atau matrik komposit terutama polimer dan termoset cenderung tidak aman terhadap serangan zat-zat kimia atau larutan tertentu.

  3. Bahan baku dan proses pembuatan komposit biayanya cukup mahal dari pada bahan konvensional biasa.

  4. Proses pembuatannya relatif sulit dan rumit jika dibandingkan dengan material kovensional biasanya.

  5. Proses pembuatan komposit memerlukan waktu yang relatif lebih lama.

  6. Bila terjadi kerusakan komposit, untuk memperbaikinya cukup suli

2. Penggolongan Komposit

  Penggolongan komposit sebenarnya sangat luas, secara umum penggolongan ini didasarkan pada bahan penguat atau reiforcement dan penggolongan berdasarkan bahan pengikat atau matrik penyusunya. Berikut adalah pengelompokan jenis komposit berdasar pada reinforcement dan matrik.: Berdasarkan bahan penguat (reinforcement), komposit dibedakan menjadi beberapa jenis, yaitu:

  1. Komposit Serat (Fibrous Composite) Bahan penguat yang digunakan pada komposit ini berupa serat sebagai penanggung beban yang utama. serat yang digunakan memiliki kekuatan dan keuletan yang lebih baik dibanding dengan matrik bahan pengikatnya. Serat yang digunakan bisa berupa serat sintetis (fiberglass, nylon, kawat, plywood, vynil. dll) dan juga serat organik (serat batang dan daun tumbuhan atau bahan yang sudah ada di alam tanpa proses kimia).

  Bahan penguat merupakan penanggung beban yang utama, oleh kerena itu bahan penguat harus memiliki modulus elasitas yang lebih baik daripada bahan matriknya. Selain itu ikatan matriks dan bahan penguat harus sangat kritis dan peka, karena bila mendapat pembebanan maka matrik akan meneruskan ke serat penguat. (Van Vlack, 1991: hal 596)

  Penyusunan serat penguat dalam jenis komposit serat ada beberapa metode. Perbedaan cara penyusunan serat ini akan mempegaruhi sifat mekanik komposit yang berbeda beda juga, terutama terhadap kekutan tarik dan harga Berikut merupakan gambar untuk penyusunan serat pada komposit:

  Discontinuous fiber reinforcement

  Serat acak Serat aligned

  Continuous fiber reinforcement

  Serat anyam Serat memanjang

  Gambar 1 : Macam macam penyusunan serat

  2. Komposit Partikel (particulid composite) Pada komposit jenis ini, yang digunakan sebagai bahan penguat atau

  reinforcement adalah partikel atau butiran yang berukuran mikroskopis sampai

  berukuran makroskopi.. Material partikel yang digunakan sebagai bahan penguat dapat berasal dari satu jenis atau lebih jenis material. Bisa dari material logam ataupun material non logam. Partikel ini disisipkan kedalam bahan penguat atau matrik untuk mendapatkan sifat mekanik yang baik sesuai kebutuhan.

  Gambar 2 : Partikel Reinforcement 3.

   komposit lamina (Laminated komposit)

  Laminated komposit terdiri dari dua material atau lebih yang disusun berlapis lapis. Penyusunan lapisan ini bisa searah orientasinya ataupun juga bisa melintang dengan lapisan sebelumnya. Pelapisan ini bertujuan untuk mendapatkan sifat sifat yang baru. Seperti kekuatan, kekakuan, ketahanan korosi, sifat termal, sifat isolator dan penampilan yang menarik.

  Face sheet honeycomb adhesive

  Gambar 3 : laminated Reinforcement Sedangkan penggolongan komposit menurut jenis matrik yang digunakan dapat dibedakan menjadi:

1. Komposit Matrik Logam ( MMC; Metal Matrix Composite )

  Pada komposit ini, matrik atau penguat yang digunakan adalah material material logam jenis lain, ataupun serat karbon dan boron. Proses pembuatan komposit matrik logam biasanya dikerjakan dalam temperatur yang tinggi, karena untuk melelehkan atau mencairkan bahan logam sebelum dicetak menjadi komposit. Logam yang paling banyak digunakan untuk matik komposit antara lain aluminium, tembaga, kuningan dan timah.

  Komposit matrik logam banyak digunakan untuk industri otomotif, ruang angkasa, transportasi udara dan olah raga. Komposit jenis ini banyak diminati karena kebutuhan bahan yang ringan dan tahan panas tetapi tidak mudah memuai dan juga tahan aus

2. Komposit Matrik Polimer (PMC; Polymer Matrix Composite)

  Komposit matrik polimer adalah jenis matrik yang berasal dari bahan polimer sebagai bahan penguatnya. Komposit yang menggunakan matrik jenis ini paling banyak digunakan, karena mudah dalam proses pembuatanya dan juga murah biayanya.

  Matrik polimer dibedakan menjadi dua jenis, yaitu polimer termoplastik dan polimer termosetting. Polimer termoplastik adalah material yang mudah berubah sifat fisis dan mekanisnya bila dalam temperatur tinggi. Tetapi tahan terhadap lenturan dan bersifat ulet. Beberapa material ini adalah polyethylen, polypropylene, polyvinyl chloride (PVC), acrylics. Sedangkan Polimer Termosetting adalah Material yang relatif tahan sifat fisis dan mekanisnya bila berada pada temperatur tinggi. Tetapi relatif getas dan mudah retak atau pecah.

  Bebarapa contoh material ini adalah Phenolic, epoksi, melamine, polyester,

  Bahan penguat untuk komposit dengan matrik polimer dapat berupa fiber, partikel, dan flake. Selain itu banyak jenis material yang dapat digunakan sebagai bahan penguatnya. Seperti partikel logam, partikel arang, serat kaca, serat kayu atau tumbuhan, keramik, atau bahan sintetis.

  Penggunaan komposit dengan matrik polimer banyak sekali dalam kehidupan sehari hari. Terutama di bidang olah raga, otomotif, transportasi, kontruksi bangunan, kedokteran dan juga lainnya. Komposit jenis ini banyak digunakan terutama karena kebutuhan bahan yang kuat dan ringan dengan densitas yang rendah, selain itu cukup tahan terhadap lingkungan yang korosif.

3. Komposit Matrik Keramik (CMC, Ceramic Matrik Composite)

  Material keramik memiliki sifat mekanik yang cukup baik, seperti kekakuan, kekerasan, tahan aus, dan kekuatan tekan yang cukup baik. Namun bahan ini juga mempunyai kelemahan, terutama ketangguhan dan lemah terhadap tarikan dan lengkungan. Pembuatan komposit dengan matrik keramik memerlukan biaya yang mahal dan sulit dalam proses produksinya. Metode yang digunakan adalah dengan cara metalurgi serbuk.

  Penggunaan komposit ini karena kebutuhan bahan dengan kekerasan tetapi cukup ulet, selain itu juga tahan panas dan tahan aus. Marik yang digunakan dapat berupa aluminia (al O ) karbida boron ( B

  C) nitrid boron

  

2

  3

  4

  (BN) karbida titanum (TiC) dan lainya. Sebagai reinforcement dapat menggunakan serat karbon, SiC, dan Al O

  2

  3

3. Komponen Bahan Komposit

  Bahan penyusun komposit merupakan penggabungan dua bahan atau lebih, yaitu reinforcement sebagai penguat atau penanggung beban dan matrik sebagai bahan pengikat reiforcement dan juga berfungsi sebagai penerus tegangan.

  Matrik dalam komposit memiliki daya adhesif yang cukup kuat. Matrik yang digunakan dalam komposit dapat berupa material logam, material kramik dan juga material polimer. Sedangkan untuk bahan penguat (reiforcement) memiliki sifat mekanik yang baik sebagai penanggung tegangan pada komposit.

  Reinforcement pada komposit dapat berbentuk: ƒ Fiber (serat) ƒ Partikel ƒ Flake

  Fiber (serat) partikel flake

  Gamabar 4: Bentuk bentuk reinforcement Peneltian yang dilakukan penulis merupakan adopsi dari teori komposit partikel. Komposit partikel ini menggunakan serbuk arang ampas tebu sebagai bahan penguat dan matrik epoksi sebagai bahan pengikat. Dari hasil penelitian ini diharapkan untuk dapat menghasilkan kampas rem yang ramah lingkungan,

4 Komposit Partikel

  Komposit partikel merupakan suatu material baru yang terbentuk dari partikel kecil atau mikroskopis sebagai bahan penguatnya yang tersebar kedalam matrik pengikat. Komposit partikel dapat dirancang untuk mendapatkan sifat mekanik yang baik dari bahan konvensional biasanya. Sifat mekanis yang biasa ingin didapat adalah tahan aus, ulet atau tidak mudah pecah, tahan panas, gaya gesek yang baik, density rendah, dan lainnya. Partikel yang digunakan sebagai bahan penguat dan matrik sebagai bahan pengikatnya dapat berupa material logam dan non logam atau kombinasi keduanya.

  4. 1. Partikel ( serbuk atau butiran )

  Pada komposit partikel, bahan penguat (reinforcement) yang digunakan mempunyai ukuran yang bervariasi, dari sekala mikroskopis sampai skala makroskopis. Partikel ini banyak digunakan sebagai bahan penguat (reinforcement) pada matrik polimer, logam dan keramik. Distribusi partikel didalam matrik tersusun secara randum atau acak, sehingga komposit yang dihasilkan mempunyai sifat mekanik yang berbeda beda pada setiap titik. Mekanisme penguatan oleh partikel tergantung dari ukuran partikel itu sendiri. Dalam sekala mikroskopis, partikel yang digunakan adalah serbuk yang sangat halus yang terdistribusi dalam bahan matrik saat pencetakaan. Keberadaan partikel dalam matrik, akan menjadikan matrik menjadi lebih keras dan menghambat gerakan dislokasi yang akan timbul. Dalam kejadian ini sebagian beban luar yang diberikan, akan bekerja pada matrik.

  Peningkatan ukuran partikel sampai ukuran makroskopis, penggunaannya dalam campuran komposit akan lebih berkurang atau lebih sedikit jumlahnya. Hal ini disebabkan karena ikatan matrik dengan serbuk makroskopis lebih memerlukan penampang yang besar. Seperti yang kita jumpai pada campuran semen dengan kerikil, jumlah kerikil dalam campuran lebih sedikit bila dibandingkan dengan pasir yang berukuran kecil.

  Dalam komposit partikel ada tiga jenis partikel yang dapat digunakan, yaitu partikel non logam, partikel logam dan partikel keramik. Penggunaan partikel dalam komposit dapat berupa bahan organik atau non organik. Berikut pembuatan komposit partikel dengan kombinasi bahan penguat (partikel) dan matrik yang mungkin dapat dilakukan ( Jones. 1975:hal 8)

  1. Komposit Partikel Non-logam dalam Matrik Non-logam Pada komposit jenis ini bahan panguat dan bahan matrik berasal bukan dari logam. Contohnya adalah komposit beton. Bahan ini tercampur dari pasir dan kerikil sebagai penguat sedang sebagai matrikya adalah semen yang dicampur dengan air yang kemudian bereaksi secara kimia dan akan mengeras bila sudah kering.

  2. Komposit Partikel Logam dalam Matrik Non-logam Komposit ini tersusun oleh partikel atau butiran logam yang dimasukan dalam bahan non logam, komposit ini sangat kuat dan keras selain itu juga mempunyai kemampuan menahan panas yang baik, karena itu banyak digunakan untuk bidang elektrik.

  3. Komposit Partikel Logam dalam Matrik Logam Komposit jenis ini disusun dari partikel logam yang disisipkan dalam logam juga. Biasanya material logam untuk penguat (patikel) mempunyai kekerasan yang lebih dibanding matriknya. Matrik yang biasa digunakan adalah logam yang mempuyai titik lebur rendah, seperti alluminium, tembaga, dan timah.

  4. Komposit Partikel Non-logam dalam Matrik Logam Partikel non logam seperti keramik dapat dimasukan dalam matrik logam.

  Dari campuran dua bahan ini akan menghasilkan bahan yang disebut cermet yang memiliki kekakuan dan kekerasan tinggi. Cermet biasanya digunakan untuk alat potong pada temperatur tinggi.

  4. 2. Matrik Fungsi dari matrik adalah sebagai bahan pengikat reinforcement.

  selain sebagai bahan pengikat, matrik juga berfungsi sebagai penerus daya dari partikel yang satu ke partikel yang lainnya. Matrik pada umumnya terbuat dari bahan bahan yang lumayan lunak dan liat. Polimer (plastis) merupakan bahan yang umum digunakan dalam pembuatan komposit. Contoh bahan polimer yang sejak dulu banyak digunakan sebagai matrik adalah polyester, vinylester, dan epoksi. Bahan matrik jenis polimer dibagi menjadi dua jenis:

  ¾ Polimer termoset Adalah bahan matrik yang dapat menerima suhu tinggi atau tidak berubah karena panas. Sebagai contoh poliimid, poliimid amid, dan polidifeniester

  ¾ Polimer termoplastik Adalah bahan matrik yang tidak dapat menerima suhu tinggi atau akan berubah sifat fisis dan mekanis apabila terkena panas. Contonya : poliether ether keton, poly ether imide, nilon, dll

  4. 3. Bahan Tambahan

  Bahan tambahan atau katalis merupakan bahan yang berfungsi sebagai pemicu (inhihitor) yang berfungsi untuk memulai dan mempersingkat reaksi pengeringan pada temperatur ruang. Kelebihan katalis akan menimbulkan panas saaat proses pengeringan dan hal ini bisa merusak produk biola pencampuranya dalam resin terlalu banyak atau tidak sesuai takaran. Katalis yang bereaksi dengan resin akan memberikan reaksi berupa panas.

  Pigmen atau pasta pewarna hanya digunakan pada akhir proses, apabila pasta pewarna ini harus digunakan pada produksi maka harus dipakai bahan yang sesuai karena bahan ini dapat mempengaruhi proses pengeringan resin.

  Untuk menghindari lengketnya produk komposit dengan cetakannya, dilakukan. Relase agent yang bisa digunakan beupa waxes (semir), mirror glass, polyvinils alcohol, firm forming, oli, dan sebagainya Selain bahan bahan diatas masih banyak lagi bahan bahan tambahan yang dapat diaplikasikan sebagai penambah kemampuan terhadap suhu tinggi, tahan aus dan sebagainya.

5 Fraksi Volume

  Fraksi volume (%) adalah aturan perbandingan untuk pencampuran volume serat/ serbuk dan volume matrik bahan pembentuk komposit terhadap volume total komposit. Biasanya penggunaan istilah fraksi volume mengacu pada jumlah prosentase (%) volume bahan penguat atau reinforcement yang kita gunakan dalam proses pembuatan komposit.

  Perhitungan untuk menentukan fraksi volume campuran komposit: V = V +V + V ..........( 1 )

  composite partikel matrik catalis

  Keterangan : V = 100% volume total komposit

  composite

  V = % volume serat/partikel

  reinforcement

  V = % volume matrik/resin

  matrik

  V = % volume katalis (hardener)

  catalis

  Pada komposit yang menggunakan matrik epoksi, pencampuran resin dan katalis

6. Mekanika Komposit Sifat mekanik bahan komposit berbeda dengan bahan konvensional biasa.

  Tidak seperti bahan teknik lainya yang pada umumnya bersifat homogen isotropik. Bahan komposit cenderung bersifat hetrogen anisotropik atau berbeda beda tiap titiknya. Ini terjadi karena bahan komposit tersusun atas dua atau lebih material yang mempunyai sifat mekanis yang berbeda juga. Sifat mekanis bahan komposit merupakan fungsi dari : a) Sifat mekanis komponen penyusunnya.

  b) Geometri susunan masing masing komponen

  c) Inter fasa antar komponen Mekanika komposit dapat dianalisi dari dua sudut pandang yaitu dengan analisa mikro dan analisa makro mekanik. Dimana analisa mikro bahan komposit dengan memperlihatkan sifat sifat mekanik bahan penyusun dan hubungan antara komponen penyusunya dengan sifat sifat akhir dari komposit yang dihasilkan.

  Sedangkan analisis makro mekanis memperlihatkan sifat sifat bahan komposit secara umum tanpa memperlihatkan sifat maupun hubungan antara komponen penyusunya (Jones, 1975: 11)

  6. 1. Koefisien gesek

  Gaya gesekan ini terjadi jika dua buah benda bergesekan, yaitu permukaan kedua benda bersinggungan. Mekanika terjadinya gesakan adalah sewaktu benda yang satu bergerak terhadap benda yang lain. Benda yang satu dan dengan arah berlawanan terhadap gerak benda yang lain. gaya gaya gesekan akan selalu melawan gerakan yang terjadi. Bahkan dua benda bersinggungan yang diam atau relatif tidak bergerak juga mengalami gaya gesek.

  Gaya gesekan yang terjadi antara dua permukaan benda yang berada dalam keadaan relatif diam satu dengan yang lainya disebut gaya gesek statik.

  Gaya gesekan statik f dihubungkan dengan gaya normal (N) yang bekerja

  s

  pada benda itu. Untuk lebih jelas dapat dilihat pada mekanisme gesekan dalam gambar dibawah ini. (Sutrisno,1981:48) N = m . g f = µ .N ....(2)

  s s

  F = m.a ...(3)

  a

  massa Gambar 5 : Mekanisme gesekan.

  Jika benda mempunyai massa barada pada sebuah bidang horisontal, maka bidang tersebut akan memberikan gaya reaksi. Gaya reaksi tersebut dinamakan gaya normal (N) yang arahnya tegak lurus keatas. Apabila benda yang mempunyai massa itu di beri gaya gerak (F ), maka akan ada gaya yang

  a

  melawan gerak tersebut. Gaya yang melawan gerak itu dinamakan gaya gesek (f ) arahnya berlawanan dengan arah gaya gerak. Apabila benda tersebut

  s

  diberi gaya gerak, maka:

  Jika benda diam : F < f

  s s

  Jika benda sesaat bergerak : F ≥ f s

  Jika benda bergerak: f = µ N

  k

  Ket: µ > µ

  s k

  µ = koefisian gesek statis

  s

  µ = koefisien gesek kinetik

  k 6. 2. Uji Keausan

  Uji keausan adalah suatu pengujian yang dilakukan unuk mengetahui angka laju ketahanan aus (pengurangan berat dan dimensi) suatu bahan terhadap pengaruh gesekan dari benda atau material lain. Keausan menerima pengaruh yang besar dan dan rumit dari laju pergerakan relatif dan tekanan bidang kontak. Keausan komulatif antara permukaan halus pada tekanan tetap akan menghasilkan harga maksimum pada laju pergerakan relatif tertentu. Makin besar kontak makin besar juga harga maksimum itu.

  Keausan korosi bisa disebabkan 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 atau kontak yang tegangannya lebih tinggi dari batas elastisnya.

  Goresan karena bahan yang keras menyebabkan permukaan kasar, campuran debu memberikan fenomena abrasi disebut keausan goresan atau keausan permukaan licin. abrasi antara bidang bisa menyebabkan temperatur naik karena gesekan yang berulang dan pada akhirnya akan terkikis dan habis. Mekanisme gesekan pada bahan polimer sangat berbeda dengan mekanisme logam. Pada logam, koefisien gesekan hampir konstan tidak terhitung beban luas bidang kontak laju gesekan. Tetapi pada polimer koefisien gesekan tergantung beban yang bekerja, bidang kontak, dan waktu kontak. Umumnya cenderung berkurang kalau beban bertambah, karena bahan menunjukan kelakuan tengah tengah antara deformasi elastik dan deformasi plastis. (Surdia, 1995:188)

  Laju keausan spesifik merupakan angka ketahanan aus sebuah meterial bila dikenakan gesekan yang berulang dengan beban dan waktu gesekan yang berubah ubah. Laju keausan spesifik dapat digunakann untuk memprediksi keausan (pengurangan berat dan dimensi) yang akan terjadi bila sebuah material mendepatkan gesekan. Skema penggerusan benda uji oleh piringan penggerus dapat dilihat pada gambar dibawah ini. penggerus

  Benda uji Persamaan untuk menghitung laju keausan spesifik sebuah material yang diuji keausan adalah:

  3 ..............( 4 )

  B. bo

  2

  w = (mm /kg) s l

  8.r.Po. o Keterangan:

2 Ws = laju keausan spesifik (mm /kg)

  B = tebal penggerus (mm) bo = panjang tergerus (mm) r = jari jari penggerus (mm) Po = beban penggerusan (kg) ℓo = panjang penggerusan (mm)

  6. 3 . Uji Tarik

  Uji tarik merupakan pengujian yang dilakukan untuk mengetahui seberapa besar material dapat menerima tegangan atau pembebanan dan juga seberapa besar pertambahan panjang (elongatioan) yang terjadi.(Horrath. L, 1995: hal 292) Awal mulanya pengujian ini dilakukan sebagai perhitungan untuk mengetahui sebaerapa besar kekuatan bahan dalam menerima pembebanan digunakan akan lebih dan tepat dan juga tidak menimbulkan kerusakan ataupun kelebihan material dalam suatu konstruksi permesinan dan banguan.

  Perhitungan yang dapat digunakan untuk mengetahui tarikan (stress) yang dialami material dapat dihitung dengan persamaan:

  F ..............( 5 ) _maks σ =

  A

  2

  σ = stress atau tegangan (kg/mm ) F = pembebanan maksimal (kg)

  2 A = luas penampang awal: lebar x tebal (mm )

  Dari pengujian tarik ini juga akan didapatkan banyak properti mekanika kekuatan bahan terhadap tarikan. Properti ini juga sangat berguna dalam perhitungan untuk merancang konstruksi permesinan dan banagunan. Properti tersebut adalah:

  a) Tegangan normal

  b) Tegangan plastis material

  c) Tegangan elastis material

  d) Tegangan maksimum material menerima baban e) Tegangan patah (hancur) bahan dalam menerima bahan.

  6. 4. Uji Impak

  Uji impak merupakan pengujian yang dilakukan untuk menentukan nilai keuletan (toughnees) suatu material bila mendapatkan pembebanan kejut atau pembebanan secara tiba tiba. Selain itu juga untuk menentukan perpindahan energi yang terjadi dan juga penyerpan energi oleh material akibat pembebanan kejut. Energi kejut yang dapat diserap material dari pengujian impact dapat berupa (Horrath,1995:hal 359);

• Deformasi plastis material
• Deformasi elastis material
• Efek histeris material
• Kehancuran material Pengujian impak yang dilakukan menggunakan alat uji impak charpy.

  Prinsip dasar dari pengujian ini adalah dengan mengayunkan beban (pendulum) yang dikenakan pada benda uji. Energi yang yang diperlukan untuk mematahkan spesimen dihitung langsung dari perbedaan energi potensial pendulum pada awal dijatuhkan dan akhir setelah menabrak sepesimen.

  Persamaan yang dapat digunakan untuk uji impak Charpy: tenaga patah : Tenaga patah = G . R . (cos ......( 6 )

  Sedangkan harga keuletan material yang diuji merupakan perbandingan dari energi yang diperlukan untuk mematahkan material yang diuji dengan dimensi luasan patahan akibat pengujian ini. Material yang mempunyai keuletan atau keliatan yang baik biasanya bentuk patahnnya akan menyerong terhadap arah tumbukan. Selain itu sudut yang akan terbentuk dalam pengujian impak akan besar :

  ) (joule/mm patahan penampang luas patah tenaga keuletan harga ²

  = ..... ( 7 ) Keterangan : G = berat pendulum x gravitasi (N) R = radius pendulum (m)

  α = sudut ayunan awal sebelum menabrak benda uji

  β = sudut ayunan akhir setelah menabrak benda uji

BAB III PENELITIAN

1. Skema Jalanya Penelitian

  Untuk memudahkan penelitian agar terencana, maka dibuat skema jalanya penelitian. Berikut alur skema jalannya penelitian.

  PENGADAAN BAHAN Ampas tebu Resin epoxy

  Pembuatan cetakan Pembuatan arang:

• Pembakaran arang
• Penghalusan arang
• Penyaringan arang

  Pembuatan komposit

• Pencampuran serbuk arang dengan resin epoksi
• Pencetakan serbuk arang dengan matrik
• Pencetakan dengan variasi volume 50%,