SIFAT FISIS DAN MEKANIS KOMPOSIT PARTIKEL ARANG SERBUK GERGAJI KAYU MAHONI DENGAN VARIASI SEKRAP ALUMINIUM
SIFAT FISIS DAN MEKANIS KOMPOSIT PARTIKEL ARANG SERBUK GERGAJI KAYU MAHONI DENGAN VARIASI SEKRAP ALUMINIUM TUGAS AKHIR
Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Program Studi Teknik Mesin Oleh:
Stanislaus Wahyu Christanto NIM : 055214055 PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA
PHYSICAL AND MECHANICAL PROPERTIES OF PARTICLE COMPOSITE SAWDUST CHARCOAL OF MAHONI WOOD WITH VARIATION OF ALUMINUM SCRAP A Final Project
Presented as a meaning To Obtain The Sarjana Teknik Degree
In Mechanical Engineering By:
Name : Stanislaus Wahyu Christanto NIM : 055214055 MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
INTISARI
Pemanfaatan serbuk gergaji kayu mahoni terdapat pada aplikasi sederhana seperti media jamur merang, pembuatan briket, arang, dan lain-lain. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mendapatkan hasil yang terbaik pada bahan alternatif pembuatan kampas rem dengan penambahan sekrap aluminium pada partikel arang serbuk gergaji kayu mahoni. Komposit partikel arang serbuk gergaji kayu dibuat dengan metode cetak tekan, pada tekanan 100 kg/cm
². Dimensi serbuk yang digunakan maksimal 0,5 mm dengan fraksi volume partikel 50%, 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 laju keausan terendah terjadi pada komposit arang serbuk gergaji kayu yang tanpa campuran sekrap aluminium yaitu 4,73 x
10 mm
²/kg, hasil kekuatan tarik tertinggi terjadi pada komposit arang serbuk gergaji kayu yang dicampur sekrap aluminium 2% yaitu 1,27 kg/mm
² dengan regangan tarik 0,48%, keuletan tertinggi terjadi pada komposit arang serbuk gergaji kayu yang dicampur sekrap aluminium 3% yaitu 2,85 joule/cm ².
PERSEMBAHAN
Kupersembahkan skripsi ini kepada: Bunda Maria dan Tuhan Yesus Kristus yang selalu membimbingku di jalan yang benar selama ini dan melindungiku dari segala marabahaya sehingga menjadikanku orang yang benar-benar mengerti arti hidup ini. Ayahanda Bonifatius Sutrisna dan Ibunda Maria Tercisia Agustina
Triwahyuni, yang telah memberikan segalanya terutama doa dan dukungan moril, selalu mendukung dan memberikan kasih sayangnya serta pengorbanannya yang tak terhingga sampai terselesaikannya Laporan Tugas Akhir ini.
Kekasihku Theresia Dwi Sri Nuriana Meliawati, yang telah membuat hariku berwarna dan memberikan semangat dalam hidupku.
Semua keluarga yang berdomisili di Yogyakarta, terima kasih atas dukungannya baik moril maupun materiil.
Sahabat-sahabatku Arief Rahman Hakim dan Ahmad Noval, terima kasih atas motivasi dan dukungannya.
Teman-teman kos Bu Amanah(167a), terima kasih atas motivasi dan dukungannya.
KATA PENGANTAR
Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan rahmat-Nya hingga terselesaikannya Laporan Tugas akhir ini dengan judul “SIFAT FISIS DAN MEKANIS
KOMPOSIT PARTIKEL ARANG SERBUK GERGAJI KAYU MAHONI DENGAN
VARIASI SEKRAP ALUMINIUM”.Penulis berharap Laporan Tugas Akhir ini dapat meperluas 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 penggunaan Komposit Rem Kendaraan Bermotor 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 Yogyakarta.
2. Bapak Budi Sugiharto, S.T., M.T selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
3. Bapak I Gusti Ketut Puja, S.T., M.T selaku Dosen Pembimbing.
4. Bapak Sunhaji dan Bapak Sriyanto selaku Laboran Laboratorium Universitas Gadjah Mada Yogyakarta yang telah membantu untuk pengambilan data dan
DAFTAR ISI
Hal
HALAMAN JUDUL …………………………………………………………. i TITLE PAGE …………………………………………………………………. ii HALAMAN PENGESAHAN PEMBIMBING …………............................... iii HALAMAN PENGESAHAN ……………………………............................... iv PENYATAAN KEASLIAN KARYA………….…………………………….. v LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN……………………………… vi
INTISARI ……………………………………………………………………... vii
PERSEMBAHAN……………………………………………………………... viii
KATA PENGANTAR ………………………………………………………… ix DAFTAR ISI ………………………………………………………………….. xiDAFTAR GAMBAR …………………………………………………………. xiii
DAFTAR TABEL……………………………………………………………... xiv
BAB I ………………………………………………………………………….. 11.1 Latar Belakang ………………………………………………………… 1
1.2 Perumusan Masalah …………………………………………………… 3
1.3 Batasan Masalah ………………………………………………………. 3
1.4 Tujuan Penelitian ……………………………………………………… 4
1.5 Manfaat Penelitian …………………………………………………….. 4
BAB II …………………………………………………………………………. 5
2.1 Material Komposit …………………………………………………….. 5
2.2. Beberapa Bahan Material Komposit ………………………………….. 8
2.3 Material Kayu………………………………………………………...... 10
1. Strukur Makroskopis Kayu…………………………………………. 10
2. Sifat Mekanik Kayu………………………………………………… 11
3. Pengaruh Kayu Terhadap Suhu……………………………………... 12
4. Serbuk Kayu Sebagai Penguat……………………………………… 12
2.4 Material Polimer………………………………………………………... 13
2.5 Langkah-Langkah Pengujian…………………………………………... 15
BAB III ………………………………………………………………………… 20
3.1 Diagram Alir Proses …………………………………………………… 20
2. Peralatan Percobaan………………………………………………… 23
3.3 Langkah Percobaan…………………………………………………….. 25
3.4 Pengujian Mekanik…………………………………………………....... 26
1. Prosedur Pengujian………………………………………………….. 26
BAB IV ………………………………………………………………………… 29
4.1 Hasil Uji Impak……………………………………………………....... 29
4.2 Hasil Uji Keausan……………………………………………………… 36
4.3 Hasil Uji Tarik…………………………………………………………. 39
BAB V………………………………………………………………………….. 47
4.1 Kesimpulan………………………………………………………. 47
4.2 Saran……………………………………………………………… 48
DAFTAR PUSTAKA………………………………………………………….. 49
DAFTAR GAMBAR
Hal
Gambar 2.1. Serat Komposit …………………………………………………... 6Gambar 2.2. Penyusunan Serat (a) Serat kontinyu, (b) Serat tidak kontinyu,(c) Serat acak ……………………………………………………. 6
Gambar 2.3. Komposit Laminat ……………………………………………….. 7Gambar 2.4. Komposit Partikel ………………………………………………... 7Gambar 2.5. Struktur Makroskopis Kayu ………….………………………….. 10Gambar 2.6. Pengujian Dengan Piringan Berputar ……………………………. 18Gambar 3.1. Diagram Alir Proses ……………………………………………... 20Gambar 3.2. Oven ……………………………………………………………... 23Gambar 3.3. Timbangan Digital ……………………………………………….. 23Gambar 3.4. Mikroskop ………………………………………........................... 24Gambar 3.5. Cetakan …………………………………………………………... 24Gambar 3.6. Arang dan Serbuk Aluminium ……………………………………. 25Gambar 3.7. Alat Uji Tarik ……………………………………………………... 26Gambar 3.8. Alat Uji Impak ……………………………………………………. 27Gambar 3.9. Kontruksi Laju Keausan ………………………………………….. 28Gambar 4.0. Alat Uji Keausan …………………………………………………. 28Gambar 4.1. Grafik Harga Keuletan …………………………………………… 36Gambar 4.2. Grafik Rata-Rata Laju Keausan ………………………………….. 39Gambar 4.3. Grafik Kekuetan Tarik ……………………………………………. 41Gambar 4.4. Grafik Regangan Tarik …………………………………………… 44DAFTAR TABEL
Hal
Tabel 4.1. Hasil Uji Impak ...…………………………………………………... 35Tabel 4.2. Pengambilan Data Uji Keausan …………………………………….. 37Tabel 4.3. Hasil Perhitungan Uji Keausan ……………………………………... 38Tabel 4.4. Hasil Perhitungan Uji Tarik ……………………………………….... 41Tabel 4.5. Hasil Regangan Tarik ……………………………………………….. 44BAB I PENDAHULUAN
1. Latar Belakang
Perkembangan teknologi pada masa globalisasi ini sangat berkembang dengan cepat, sehingga banyak membutuhkan bahan yang akan dibuat dengan ketelitian dan ketepatan dalam pemilihannya sebagai kebutuhan komponen-komponen teknologi. Hal ini manusia dituntut untuk dapat berpikir lebih maju, untuk menemukan sesuatu yang baru baik dalam hal mengembangkan, meneliti, dan lain-lainnya.
Komposit merupakan suatu struktur material yang tersusun dari kombinasi dua atau lebih konstituen yang dikombinasikan secara makroskopik dimana keduanya tidak saling melarut. Konstituen yang pertama disebut reinforcing phase dan konstituen yang mengelilingi disebut matriks. Kelebihan dari material ini jika dibandingkan dengan logam adalah perbandingan kekuatan terhadap berat/densitas yang lebih baik serta sifat ketahanan korosinya, disamping penggunaan logam yang semakin meningkat akan tetapi keterbatasan jumlahnya di alam yang semakin menipis. Oleh karena itu, akhir-akhir ini banyak dikembangkan material alternatif sebagai pengganti logam.
Saat ini komposit yang paling banyak dikembangkan adalah komposit jenis PMC (Polymer Matrix Composite). Komposit jenis ini menggunakan polimer atau
Thermoplastic dapat dibentuk kembali dengan mudah dan diproses menjadi bentuk
lain sedangkan jenis thermosetting bila telah mengeras tidak dapat dilunakkan kembali. Plastik yang banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari adalah jenis
thermoplastic karena dapat didaur ulang. Thermoplastic yang sering dugunakan
dalam industri adalah Polypropylene, Polyethylene, Polyvinylchloride, Polystyrene.Bahan teknik secara garis besar dikelompokkan menjadi 4, yaitu:
a. Logam (contohnya ; baja, aluminium, tembaga)
b. Polimer (contohnya : PVC, teflon, polimer)
c. Keramik (contohnya : porselin, bata tahan api)
d. Komposit (contohnya : kevlar, plastik diperkuat serat kaca) Komposit polimer yang diberi dengan filler menjadi menarik karena aplikasinya yang luas dan harga yang relatif murah. Aplikasi komposit secara luas dimanfaatkan dalam bidang otomotif, elektonik, industri konruksi, industri mekanik, transportasi, kelautan dan sebagainya. Dalam bidang transportasi misalnya pada industri pesawat terbang dipakai untuk sayap, baling-baling, dan bagian interior pesawat. Pada industri mobil digunakan untuk body mobil dan bumper. Penggunaan dalam industri kimia antara lain pipa, tangki dan vessel bertekanan. Dibidang elektronik, komposit dipakai untuk papan sirkuit. Komposit juga digunakan pada industri furniture yaitu pada pembuatan komposit kayu (ply wood, hard wood,dan lain-lain). Adanya tren perubahan material teknik dari yang bersifat homogen seperti logam dan kayu menuju ke bahan heterogen seperti komposit, membuat produksi bahan jenis ini semakin bervariasi. Komposit merupakan bahan yang dihasilkan dari penggabungan dua atau lebih bahan dasar yang disusun secara makroskopis.
Penggabungan dua atau lebih material ini diharapkan mempunyai sifat antara (intermediate) bahan penyusunnya, sehingga sifatnya dimiliki menjadi lebih baik.
Perumusan Masalah 2.
Beberapa faktor yang perlu diperhatikan dalam pemanfaatan serbuk gergaji kayu mahoni sebagai filler dalam pembuatan komposit adalah jenis serbuk, ukuran serbuk, serta ikatan antara serbuk dan plastik. Daya ikat antara filler dengan matriks merupakan hal yang sangat mempengaruhi sifat mekanik komposit karena tidak semua jenis filler dapat terikat dengan baik pada matriks. Untuk itu dilakukan penelitian untuk menyelidiki bagaimana memvariasikan jenis serbuk gergaji kayu mahoni untuk mendapatkan sifat mekanik material komposit serbuk gergaji yang baik.
3. Batasan Masalah
1. Kandungan benda asing yang ikut terbawa pada proses pembuatan diabaikan.
2. Distribusi komposit, dimensi, dan orientasi serbuk dianggap homogen dan
3. Ukuran filler yang digunakan seragam untuk semua komposit rem.
4. Dengan komposisi variasi sekrap aluminium 0%, 1%, 2%, 3% dan bahan penguat komposit adalah arang serbuk gergaji kayu 49%, 48%, 47%.
4. Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan hasil yang terbaik terhadap fraksi volume dan filler, dengan matrik epoksi terhadap kekuatan tarik, keuletan dan laju keausan pada material komposit polimer-arang serbuk gergaji kayu mahoni.
5. Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan bisa digunakan sebagai referensi dalam menentukan jenis arang dari bahan organik salah satunya adalah arang sekam yang dapat dipakai untuk memperoleh kekuatan, keuletan, keausan yang diinginkan dari komposit polimer arang sekam. Selain itu diharapkan bisa memberikan kontribusi terhadap perkembangan material komposit alternatif yang harganya relatif murah, ringan dan berkualitas.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Material Komposit
Komposit adalah suatu material yang terbentuk dari dua atau lebih material pembentuknya melalui pencampuran yang tidak homogen, dimana sifat mekanik dari material pembentuknya berbeda-beda. Dikarenakan karakteristik pembentuknya berbeda-beda, maka akan menghasilkan material baru yaitu komposit yang mempunyai sifat mekanik dan karakteristik yang berbeda dari material- material pembentuknya.
Pada umumnya komposit dibentuk dari dua jenis material yang berbeda, yaitu
1. Penguat (reinforcement), yang mempunyai sifat kurang elastis tetapi lebih kaku serta lebih kuat.
2. Matriks umumnya lebih elastic tetapi mempunyai kekuatan dan kekakuan dan 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 fiber. Fiber yang digunakan bisa berupa glass fibers, carbon fibers, aramid fibers (poly aramid), dan sebagainya. Fiber ini bias disusun secara acak maupun dengan orientasi tertentu bahkan bisa juga dalam bentuk yang lebih kompleks seperti anyaman. Berdasarkan jenis seratnya 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 diskontinyu Serat yang menyebar dengan acak sehingga sifat mekaniknya tidak terlalu baik jika dibandingkan serat kontinyu.
Gambar 2.1. Serat komposit(a) (b) (c)
Gambar 2.2. Penyusunan serat, (a) serat kontinyu, (b) serat tidak kontinyu , (c) serat acak.2. Komposit Laminat merupakan jenis komposit yang terdiri dari dua lapis atau lebih yang di gabungkan menjadi satu dan setiap lapisanya memiliki karakteristik sifat sendiri.
Gambar 2.3. Komposit Laminat3. Komposit Partikel merupakan komposit yang menggunakan partikel atau serbuk sebagai penguatnya pada semua luasan dan segala arah secara merata dalam matriksnya. campuran antara matriks dan partikel penguat yang ada pada material komposit.
Gambar 2.4. Komposit pertikel material komposit dapat dibagi dalam beberapa jenis yaitu :a. “Nonmetallic In Nonmetallic Particulate Composites”, yaitu : sistem material komposit partikel yang dua atau lebih unsur pembentuknya tidak berupa material b. “Metallic In Nonmetallic Particulate Composites”, yaitu : sistem material komposit partikel yang memiliki matrik yang tidak berupa material logam, misalnya aluminium powder dalam polyurethane atau polysulfide rubber.
c. “Matallic In Metallic Particulate Composites”, yaitu : sistem material komposit partikel yang baik matrik maupun pertikel penguat berupa material logam, namun tidak sama dengan model paduan logam, sebab penguat partikel logam tidak melebur di dalam matrik logam.
d. “Nonmetallic In Metallic Particulate Composites”, yaitu : sistem material komposit partikel yang matriknya berupa material logam, namun material penguat tidak berupa material logam melainkan dari jenis nonlogam, misal ceramics particulate dalam matrik stainless steel.
2.2 Beberapa bahan material komposit
1. Plastik diperkuat fiber:
a. Diklasifikasikan oleh jenis fiber : 1) Wood (cellulose fibers in a lignin and hemicellulose matrix) 2) Carbon-fibre reinforced plastic atau CRP 3) Glass-fibre reinforced plastic atau GRP (informally, "fiberglass")
b. Diklasifikasikan oleh matriks: 1) Komposit Thermoplastik
a) long fiber thermoplastics or long fiber reinforced thermoplastics
b) glass mat thermoplastics
2. Metal matrix composite MMC:
a. Cast iron putih
b. Hardmetal (carbide in metal matrix)
c. Metal-intermetallic laminate
3. Ceramic matrix composites:
a. Cermet (ceramic and metal)
b. concrete
c. Reinforced carbon-carbon (carbon fibre in a graphite matrix)
d. Bone (hydroxyapatite reinforced with collagen fibers)
4. Organic matrix/ceramic aggregate composites
a. Mother of Pearl
b. Syntactic foam
c. Asphalt concrete
5. Chobham armour (lihat composite armour)
6. Engineered wood
a. Plywood
b. Oriented strand board
c. Wood plastic composite (recycled wood fiber in polyethylene matrix)
d. Pykrete (sawdust in ice matrix)
7. Plastic-impregnated or laminated paper or textiles
a. Arborite
b. Formica (plastic)
2.3 Material Kayu
Sifat–sifat kayu yang penting sehubungan dengan penggunaannya meliputi sifat fisik, sifat mekanik dan sifat kimia. Sifat kayu yang erat kaitannya dengan kekuatan kayu adalah sifat mekaniknya. Kekuatan dan ketahanan terhadap perubahan bentuk suatu bahan disebut sebagai sifat – sifat mekaniknya.
2.4 Struktur Makroskopis Kayu
Kayu tesusun atas sel–sel yang memanjang, kebanyakan diantaranya berorientasi dalam arah longitudinal batang. Mereka dihubungkan satu dengan lainnya melalui noktah. Sel–sel ini yang bentuknya bervariasi tergantung pada fungsinya, memberikan kekuatan mekanik yang diperlukan oleh pohon.
Gambar 2.5. Struktur Makroskopis KayuUnsur – unsur penyusun dari kayu salah satunya yang mempengaruhi adalah dinding sel kayu. Dinding sel tersusun atas sejumlah lapisan, yaitu lamela tengah (M), dinding primer (P), lapisan luar sekunder (S ), lapisan tengah dinding sekunder (S ), lapisan dalam dinding sekunder
1
2 maupun komposisi kimia. Mikrofibril membelit sekeliling sumbu sel dalam arah yang berbeda baik ke kanan (spiral Z) maupun ke kiri (spiral S). Penyimpangan terhadap arah orientasi menyebabkan perbedaan fisik dan lapisan.
Lamela tengah terdapat di antara sel – sel dan berfungsi sebagai pengikat sel menjadi satu. Dinding primer merupakan dinding tipis dengan ketebalan 0,1 – 0,2 mm, terdiri atas selulosa, hemiselulosa, pektin dan protein yang tertanam seluruhnya pada lignin. Dinding sekunder terdiri atas tiga lapisan, yaitu lapisan luar (S ) dengan tebal 0,2 – 0,3 mm membentuk
1
spiral S. Lapisan tengah (S ) membentuk bagian utama dari dinding sel dengan ketebalan 1 – 5
2 mm. Karakteristik lapisan S mempunyai pengaruh yang menentukan terhadap kekakuan serat.
2 Lapisan yang ketiga adalah lapisan dalam (S ) yang merupakan lapisan tipis dalam bentuk
3
2.5 Sifat Mekanik Kayu
Sifat-sifat kayu yang penting berhubungan dengan penggunaannya meliputi sifat fisik, mekanik, sifat kimia dan keawetan alami. Sifat kayu yang erat kaitannya dengan kekuatan kayu adalah sifat mekanik kayu. Kekuatan kayu dan ketahanan terhadap perubahan bentuk suatu bahan disebut sebagai sifat-sifat mekaniknya. Ketahanan terhadap perubahan bentuk menentukan banyaknya bahan yang di manfaatkan, terpuntir atau kelengkungan oleh sesuatu beban di kenakan dan dapat dipulihkan jika beban dihilangkan disebut perubahan bentuk elastis.
Sebaliknya jika perubahan berkembang perlahan-lahan sesudah dikenakan, disebut reologis atau tergantung waktu.
2.6 Pengaruh suhu terhadap kayu
Dalam banyak macam proses, kayu mengalami perlakuan pada suhu tinggi, misal pengeringan, stabilisasi dimensi, pembuatan pulp, produksi papan partikel dan papan serat.
Proses-proses tersebut membutuhkan suhu yang biasanya tidak lebih dari 200ºC karena degradasi termal tidak diharapkan. Perubahan sifat-sifat fisika, misal pengurangan penyerapan, berat kering, dan dimensi kering kayu. Selama pemanasan bubuk kayu spruce selama 24 jam, kehilangan berat mulai pada 120ºC sebesar 0,8%, dan naik hingga 15,5% pada 200ºC.
Penyusutan kayu selama pengeringan berasal dari penyusutan dinding sel. Dimensi dinding sel berkurang dalam skala yang cukup besar. Menetukan penyusutan volumetrik dinding sel dalam kayu awal spruce sebesar 26,5% dan dalam kayu akhir sebesar 29,5%. Penyusutan ini menghasilkan penurunan volume pori dalam kayu awal dan kenaikan dalam kayu akhir.
2.7 Serbuk kayu sebagai penguat
Menurut Strak & Berger (1997) serbuk kayu memiliki kelebihan sebagai filler dibandingkan dengan filler mineral seperti mika, kalsium karbonat, dan talk yaitu:
1. Temperatur proses lebih rendah (kurang dari 400ºF) dengan demikian mengurangi biaya energi.
2. Dapat terdegradasi secara alami.
3. Berat jenisnya jauh lebih rendah, sehingga biaya per volume lebih murah.
4. Gaya geseknya rendah sehingga tidak merusak peralatan pada proses pembuatan.
5. Berasal dari sumber yang dapat diperbarui.
Beberapa faktor yang perlu diperhatikan dalam pemanfaatan serbuk kayu sebagai
filler dalam pembuatan komposit adalah : jenis kayu, ukuran serbuk, fraksi volume, dan kandungan air. Pada penelitian ini digunakan fraksi volume sebesar 20%. Pemilihan ini didasarkan pada penelitian Strak (1999) yang menggunakan fraksi volume 20% dan 40%. Selain itu adalah penelitian Kokta (1989) dengan fraksi volume 0% sampai 40%. Pada umumnya, untuk komposit thermoplastic berpenguat serbuk kayu digunakan fraksi volume antara 20% - 70% (Gardner).
2.8 Material Polimer
Polimer merupakan molekul besar yang terbentuk dari unit-unit berulang sederhana. Asal kata polimer berasal dari bahasa Yunani yaitu “poly” yang berarti banyak dan “meros” yang berarti bagian. Sehingga polimer adalah molekul yang besar (makro molekul) yang terbentuk dari molekul-molekul kecil yang penggabungannya dengan ikatan kimia. Umumnya rantai polimer itu panjang, seringkali terdiri dari ratusan unit, tapi polimer yang terdiri hanya beberapa unit yang tergabung juga dikenal dan dapat bernilai komersial.
Matriks merupakan bahan yang berfungsi mengikat penguat yang satu dengan yang lainnya. Matriks memiliki karakteristik lunak, ulet, dengan berat per satuan volume yang rendah dengan modulus elastisitas yang rendah. Matriks harus memiliki kemampuan untuk mengikat atau memberikan ikatan antar muka (interface bonding) yang kuat antara matriks dan reinforced.
Sifat ini lebih dikenal sebagai kompatibilitas kimia. Material polimer yang digunakan sebagai material komponen matriks pada sistem material komposit dapat berupa jenis thermoplastics (seperti polypropylene, polyetilen, polyvinyl chloride (PVC), nylon, polyurethane, poly-ether-
ether-ketone (PEEK), polyphenylene sulfide (PPS), dan polysulfone) atau jenis thermosettings
Polimer jenis thermoplastics memiliki struktur molekul primer semikristalin yang dapat linier atau bercabang, sedangkan struktur sekundernya dapat amorph (bentuk amorph memiliki sifat jernih dan mudah patah) atau semikristalin (bentuk semikristalin memiliki sifat opak dan ulet), mudah larut dalam solvent, dapat menyatu jika dipanaskan (fusible), dapat dilas (weldable), titik lelehnya relatif rendah (mudah meleleh pada pemanasan temperatur tinggi), dan mudah dibentuk ulang dengan perlakuan panas dan tekanan. Sedangkan polimer jenis termosetting merupakan polimer ikat silang (crosslinked) kimia. Proses ikatan silang pada jenis polimer ini adalah dengan terbentuknya ikatan antara polimer yang membentuk susunan tiga dimensi sehingga ikatan yang dihasilkan sangat kuat dan tidak meleleh. Proses inilah yang disebut dengan curing. Karakteristik polimer thermosetting antara lain sulit larut dalam solvent, tidak dapat menyatu ketika dipanaskan (not fusible), tidak dapat disambung dengan pemanasan atau pengelasan (not weldable), memiliki ikatan “network” yang rapat, dan mempunyai titik leleh yang relatif tinggi.
Penggunaan material baru saat ini memberikan keuntungan yang menggunakan plastik/polimer sebagai matriks yaitu :
1. Plastik dengan penguatan memiliki ketahanan korosi yang tinggi.
2. Kemudahan di cetak-injeksi karena memiliki fluiditas yang baik.
3. Praktis bebas dari deformasi keriput.
4. Biaya perubahan cetakan hanya 30% dibandingkan dengan cetakan pada proses pembentukan lembaran baja.
5. Dapat mereduksi berat kendaraan sekitar 30 - 40% 6. Mampu didaur ulang.
9
2. Langkah-langkah Pengujian
Untuk mengetahui sifat-sifat suatu bahan, tentu kita harus mengadakan pengujian terhadap bahan tersebut.
Ada tiga jenis uji coba yang biasa dilakukan, yaitu uji tarik, uji impak dan uji keausan.
1. Uji Tarik Hubungan antara tegangan dan regangan pada beban tarik ditentukan sebagai berikut.
Apabila beban P, luas penampang A dan tegangan σ maka: P=σA atau σ= dan dinyatakan dalam satuan N/m², MPa atau kgf/mm². Regangan dinyatakan sebagai:
ε=
dimana δι adalah deformasi dan lo panjang asal, maka ε dinyatakan dalam m/m atau mm/mm bilangan tak berdimensi atau sering dinyatakan dalam persen. Deformasi di daerah elastic menunjukkan sifat proporsional atau sebanding lurus dengan tegangan. Hubungan lurus ini disebut modulus elastic, dan dalam hal deformasi tarik disebut modulus elastic memanjang atau modulus young yang dinyatakan sebagai E.
E=
2. Uji Impak
Energi kejut yang dikenakan pada suatu bahan dapat dianalogikan dengan keuletan(toughness) dari bahan tersebut. Pengukuran impak yang dilakukan dilaboratorium biasanya menggunakan uji charpy. Prinsip dasar pengujian ini adalah ayunan beban yang dikenakan pada benda uji (spesimen). Energi yang diperlukan untuk mematahkan specimen dihitung langsung dari perbedaan energi potensial pendulum pada awal (dijatuhkan) dan akhir (setelah menabrak spesimen). Untuk memastikan bagian spesimen yang patah, perlu dibuat takikan pada spesimen tersebut.
Persamaan yang digunakan adalah: Tenaga patah : G.R (cos β - cos α) joule
Harga Keuletan: Joule/mm² Dengan: G : Berat pendulum/massa dikalikan percepatan gravitasi (N) R : Radius pendulum (cm) α : Sudut ayun awal/sudut yang dibentuk pendulum tanpa beban(benda uji) β : Sudut ayun akhir/sudut yang dibentuk pendulum setelah mematahkan benda uji.
3. Uji Keausan
Pada pergerakan relatif dengan tekanan, selalu terjadi friksi pada bidang kontak. Maka abrasi akan berlanjut, dan merusak ketelitian komponen yang selanjutnya berkembang terus menjadi lebih parah sampai pada suatu saat komponen mesin kehilangan fungsinya dan patah.
Goresan yang terjadi pada bahan yang keras menyebabkan permukaan kasar. Pemolesan dengan bahan abrasi keras, kertas ampelas, atau campuran debu memberikan fenomena abrasi disebut keausan goresan atau keausan permukaan licin. Sebagai perbandingan, keausan oleh kertas ampelas mempunyai laju keausan spesifik yang maksimum, relatif terhadap keausan abrasi.
Dalam mempertimbangkan contoh tes laju keausan, dimana potongan uji dibuat datar untuk mendapatkan goresan dari piringan yang berputar dengan B adalah ketebalan dan 2r adalah diameter dari piringan, P adalah beban dengan tekanan kontak permukaan, S adalah menunjukan alur goresan. Dimana h adalah kedalaman akibat goresan dan b adalah panjang goresan, jumlah laju keausan spesifik adalah W yang ditunjukan seperti gambar 2.6 dibawah ini.
Gambar 2.6. Pengujian dengan piringan beputar1. Hubungan antara kedalaman goresan h dan luasan akibat goresan b, Bilamana benda uji dan piringan dalam kontak satu sama lain seperti ditampilkan pada gambar 2.5 diatas, deformasi elastis sangat kecil dibandingkan dengan h atau b. Sehingga mengabaikan efek realisasi antara h dan b, dapat dibuat bentuk persamaan dengan pertimbangan dibawah ini: h = r - ² ( ) (1)
−
Gambar 2.6 menunjukan hasil dari perhitungan mendasar diatas putaran piringan untuk 30 mm diluar diameter pada macam-macam h dan b. Bilamana b adalah 2 mm, h adalah 0.03mm. Dengan menggunakan mikroskop pembacaan lebar alur abrasi akan lebih akurat, dimana alur goresan dari 1-2 mm yang dihasilkan. Jadi, hasil diatas menunjukan bahwa abrasi atau goresan ditentukan oleh mesin. Dalam percobaan uji keausan dapat ditentukan pada 0.01-0.03 mm kedalaman dari permukaan benda uji. Dengan kata lain, variasi lapisan permukaan yang diperlukan secara mekanis dengan ketebalan yang sama dapat dipakai untuk studi tentang
Dimana h/r < 1, memiliki persamaan, b = 2
2. (2)
√ ℎ Sebuah pengujian untuk abrasi dengan tekanan kontak tertentu, akan menentukan laju keausan spesifik (Ws) dengan kecepatan tinggi dapat memakai mesin uji keausan, dimana
P = Po Karena hubungan antara panjang alur abrasi dan jarak abrasi yang diberikan, l = 0 dan b = 0.
B b³/12r = 2 WsPo ( l³/lo ) ½ / 3 (3) Jadi, melakukan abrasi selalu memakai jarak yang ditempuh piringan (lo) dan membiarkan lebar alur goresan pada waktu penguji (bo), laju keausan spesifik (Ws) dari persamaan(3) menjadi:
Ws = (B x bo³)/8.r.Po.lo (4) Namun Wo adalah jumlah yang terkelupas akibat laju keausan spesifik, dengan kata lain, ketika beban akhir dan lebar alur abrasi untuk abrasi yang membentang diatas lo diukur dengan membaca mikroskop atau cara lain yang sesuai pada akhir test, abrasi tertentu dapat dihitung dari persamaan (4) itu juga dapat diperoleh dari:
P = Po/B bo (5)
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Diagram Alir Proses
PEMILIHAN BAHAN PEMBUATAN CETAKAN PEMBUATAN ARANG PENCAMPURAN BAHAN+VARIASI SEKRAP ALUMINIUM 0%, 1%, 2%, 3%+ARANG+EPOKSI PROSES CETAK
Gambar 3.1 Diagram Alir Proses
UJI
IMPAK
UJI KEAUSAN UJI TARIKPENGAMBILAN DATA
PEMBUATAN LAPORAN3.2 Prosedur Preparasi Spesimen
3.2.1 Bahan Baku Komposit
1. Matriks
Pada penelitian ini jenis matriks dari material polimer dengan jenis epoksi dengan data teknis sebagai berikut:
Density(ρ) = 1,26 g/ml
Temperature Process = 100 - 300ºC
Matriks adalah fasa dalam komposit yang mempunyai bagian atau fraksi volume terbesar (dominan). Matriks mempunyai fungsi sebagai berikut : a) Mentransfer tegangan ke serat.
b) Membentuk ikatan koheren, permukaan matrik/serat.
c) Melindungi serat.
d) Memisahkan serat.
e) Melepas ikatan.
f) Tetap stabil setelah proses manufaktur .
Matriks yang digunakan adalaha jenis thermosetting plastic yaitu epoksi resin dengan campuran epoksi resin dan epoksi hardener. Ciri-ciri epoksi hardener adalah berwarna kecoklat- coklatan, sedangkan untuk epoksi resin berwarna bening yang biasa dikenal dengan sebutan general purpose resin keruh.
2. Reinforcement
Salah satu bagian utama dari komposit adalah reinforcement (penguat) yang berfungsi sebagai penanggung beban utama pada komposit.
Berdasarkan bentuk dari reinforcement-nya, komposit dapat dibedakan menjadi : a.
Partikel sebagai penguat (Particulate composites)
Keuntungan dari komposit yang disusun oleh reinforcement berbentuk partikel:
a) Kekuatan lebih seragam pada berbagai arah
b) Dapat digunakan untuk meningkatkan kekuatan dan meningkatkan kekerasan material
c) Cara penguatan dan pengerasan oleh partikulat adalah dengan menghalangi pergerakan dislokasi.
b. Fiber sebagai penguat (Fiber composites)
Fungsi utama dari serat adalah sebagai penopang kekuatan dari komposit, sehingga tinggi rendahnya kekuatan komposit sangat tergantung dari serat yang digunakan, karena tegangan yang dikenakan pada komposit mulanya diterima oleh matrik akan diteruskan kepada serat, sehingga serat akan menahan beban sampai beban maksimum. Oleh karena itu serat harus mempunyai tegangan tarik dan modulus elastisitas yang lebih tinggi daripada matriks penyusun komposit.
c. Fiber sebagai struktural (Structure composites)
Komposit struktural dibentuk oleh reinforce-reinforce yang memiliki bentuk lembaran- lembaran. Berdasarkan struktur, komposit dapat dibagi menjadi dua yaitu struktur laminate dan struktur sandwich, ilustrasi dari kedua struktur.
3.2.2 Peralatan Percobaan
1. Oven Fungsinya untuk menghilangakan kadar air pada serbuk kayu, agar didapatkan berat jenis kering dari serbuk kayu tersebut.
Gambar 3.2. Oven2. Timbangan Timbangan yang digunakan dalam penelitian ini adalah timbangan kecil yang memiliki kapasitas 110 gr dengan tingkat ketelitian 1 gr, untuk menimbang berat matriks dan partikel kayu
.
yang dibutuhkan
Gambar 3.3. Timbangan digital4. Mikroskop Digunakan untuk melihat struktur mikro.
Gambar 3.4. Mikroskop3. Cetakan, Cetakan dibuat dari besi cor Digunakan untuk mencetak campuran antara epoksi, aluminium dan arang
Gambar 3.5. Cetakan4. Amplas Fungsinya menghaluskan permukaan atau tepi-tepi pada sisi hasil cetakan.
5. Arang dan Serbuk alumunium
Gambar 3.6. Arang dan serbuk alumunium6. Epoksi Sebagai campuran dan penguat untuk membuat komposit, Epoksi terdiri dari 2 macam yaitu epoksi resin dan epoksi hardener.
3.3 Langkah Percobaan
Untuk langkah percobaan yang dilakukan adalah mencampur arang, serbuk aluminium, dan epoksi menjadi satu kemudian memasukannya ke dalam cetakan, Cetakan selanjutnya ditutup kemudian diberi tekanan 100 kg/cm
², Setelah 8 jam hingga 12 jam spesimen kering, keluarkan spesimen dari cetakan.
3.4 Pengujian Mekanik