sifat mekanis komposit partikel arang ampas tebu …1].pdf · ampas tebu debagai bahan penguat...

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

UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA

2011

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

i



TUGAS AKHIR

Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Mesin

Disusun Oleh :


PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA

2011


ii

MECHANICAL PROPERTIES OF PARTICLES COMPOSITE OF BAGASSE CHARCHOAL

WITH EPOXY MATRIX

Fanal Project

Presented as meaning

To Obtain The Sarjana Teknik Degree


MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA

2011


iii


iv


v

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


vi

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:



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.


Yang menyatakan

(Febri Widianto)


vii

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

akhir yang telah meluangkan waktunya untuk memberikan bimbingan,

masukan, semangat, bantuan, dorongan yang tak kenal lelah serta yang


viii

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

hingga tugas akhir ini dapat terselesaikan.


ix

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.


Penulis

Febri Widianto


x

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

3. Komponen Bahan Komposit ........................................................... 12


xi

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. 1. Pengujian Gesek ............................................................ 36


xii

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


xiii

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 22. Diagram Laju Keausan Material ............................................ 47


xiv

Gambar 23. Diagram Kekuatan Tarik ........................................................ 50

Gambar 24. Diagram Harga Keuletan ........................................................ 54


xv

DAFTAR TABEL

Tabel 1. Hasil pengujian gesek komposit fraksi volume 50% ................. 42



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 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 14. Hasil pengujian tarik resin epoksi .............................................. 50

Tabel 15. Hasil pengujian impak komposit fraksi volume 50% ................ 52



Tabel 18. Hasil pengujian impak resin epoksi ........................................... 53


xvi



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 0.5mm2. Pembuatan komposit partikel ini dengan proses cetak tekan dengan tekanan 200kN/cm2. 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.


1

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.


2

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

ampas tebu dengan matrik epoksi.


3

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 ≤ 0.25mm2. proses

pembuatan arang dengan cara dioven dalam ruang bersuhu 3000 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/cm2

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

adalah kampas rem sepeda motor konvensional dan resin epoksi.


4

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 Kesimpulan Berisikan kesimpulan yang didapat dari proses

penelitian dan kesimpulan dari pengujian komposit partikel.


5

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

lingkungan sekitar.


6

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


7

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

keuletannya.


8

Berikut merupakan gambar untuk penyusunan serat pada komposit:

Discontinuous fiber reinforcement

Continuous fiber reinforcement

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.

Serat acak

Serat aligned

Serat memanjang

Serat anyam


9

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.

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

logam. sedangkan bahan penguatnya (reinforcement) biasanya berupa keramik,

adhesive

Face sheet

honeycomb


10

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,

casein. dll


11

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 (al2O3) karbida boron ( B4C) nitrid boron

(BN) karbida titanum (TiC) dan lainya. Sebagai reinforcement dapat

menggunakan serat karbon, SiC, dan Al2O3


12

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:

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,

karena menggunakan bahan organik sebagai bahan penguatnya.

Fiber (serat)

partikel

flake


13

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.


14

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.


15

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:


16

Polimer termoset

Adalah bahan matrik yang dapat menerima suhu tinggi atau tidak

berubah karena panas. Sebagai contoh poliimid, poliimid amid, dan

polidifeniester

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,

maka dilakukan proses pelapisan cetakan dengan relase agent sebelum proses


17

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:

Keterangan :

Vcomposite = 100% volume total komposit

Vreinforcement = % volume serat/partikel

Vmatrik = % volume matrik/resin

V catalis = % volume katalis (hardener)

Pada komposit yang menggunakan matrik epoksi, pencampuran resin dan katalis

(hardener) menggunakan perbadingan 1 : 1 volume keduanya.

Vcomposite= Vpartikel +Vmatrik + V catalis ..........( 1 )


18

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

melakukan gaya pada benda yang lain sejajar dengan permukaan singgung,


19

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 fs dihubungkan dengan gaya normal (N) yang bekerja

pada benda itu. Untuk lebih jelas dapat dilihat pada mekanisme gesekan

dalam gambar dibawah ini. (Sutrisno,1981:48)

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 (Fa), maka akan ada gaya yang

melawan gerak tersebut. Gaya yang melawan gerak itu dinamakan gaya gesek

(fs) arahnya berlawanan dengan arah gaya gerak. Apabila benda tersebut

diberi gaya gerak, maka:

massa

N = m . g

fs = µs.N ....(2) Fa= m.a ...(3)


20

Jika benda diam : Fs< fs

Jika benda sesaat bergerak : F ≥ fs

Jika benda bergerak: f = µk N

Ket:

µs > µk

µs = koefisian gesek statis

µk = koefisien gesek kinetik

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,

seperti halnya pemolesan dengan bahan abrasi keras, kertas amplas atau


21

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.

Gambar 6 : Mekanisme penggerusan benda uji

Benda uji

penggerus


22

Persamaan untuk menghitung laju keausan spesifik sebuah material yang diuji

keausan adalah:

o8.r.Po.

3B.

swl

bo= (mm2/kg)

Keterangan:

Ws = laju keausan spesifik (mm2/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

yang akan akan digunakan perancangan suatu konstruksi baik permesinan atau

bangunan. Dengan adanya pengujian ini, maka penggunan material yang akan

..............( 4 )


23

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:

σ = stress atau tegangan (kg/mm2)

F = pembebanan maksimal (kg)

A = luas penampang awal: lebar x tebal (mm2)

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.

0AF maks=σ ..............( 5 )


24

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 :

......( 6 )

Tenaga patah = G . R . (cos β – cos α ) joule


25

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 tenagakeuletan 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


26

BAB III

PENELITIAN

1. Skema Jalanya Penelitian

Untuk memudahkan penelitian agar terencana, maka dibuat skema jalanya

penelitian. Berikut alur skema jalannya penelitian.

PENGADAAN BAHAN

Resin epoxy Ampas tebu

Pembuatan arang: • Pembakaran arang • Penghalusan arang • Penyaringan arang

Pembuatan cetakan

Pembuatan komposit • Pencampuran serbuk arang dengan resin

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

60% & 70% • Menyiapkan kampas rem

Penelitian : • Uji koefisien gesek • Uji keausan • Uji tarik • Uji impak • Pengambilan foto pengujian

Hasil pengujian & data pengujian

Studi pustakaKesimpulan

Gambar 7: Skema jalan penelitian


27

2. Persiapan Bahan

2. 1. Partikel

Pada penelitian komposit partikel ini, material partikel yang

digunakan sebagai bahan penguat (reinforcement) adalah ampas tebu yang

dibuat arang. Ampas tebu ini didapatkan dari sisa penggilingan pabrik gula

PT. Madu Baru-Madukismo, Yogyakarta.

Gambar 8 : Tanaman tebu

Tanaman tebu: tanaman tebu yang berasal dari perkebunan tebu milik

pemerintah atau milik swasta merupakan sumber bahan baku utama yang

dibutuhkan pabrik gula untuk menghasilkan gula.

Gambar 9 : Ampas tebu

Ampas tebu: sisa penggilingan dari batang tanaman tebu yang sudah

diambil sari tebunya diolah untuk menjadi gula pasir. Amapas tebu biasanya

hanya digunakan sebagai bahan bakar boiler, oleh karena itu penulis berusaha

memanfaatkan untuk bahan baku penguat komposit partikel.


28

Gambar 10 : Serbuk arang ampas tebu

Partikel arang ampas tebu: ampas tebu sisa penggilingan dioven

dan kemudian disaring menggunakan alat penyaring. Selanjutnya digunakan

untuk bahan penguat (reinforcement) untuk komposit partikel.

Proses pembuatan serbuk arang ampas tebu

• Ampas tebu sisa penggilingan dicuci dengan air, kemudian dijemur

dibawah sinar matahari sampai kering.

• Ampas tebu yang sudah kering dimasukan kedalam wadah kaleng dan

ditutup rapat, kemudian dioven dengan cara dimasukan kedalam wadah

kaleng yang tertutup rapat selanjutnya dioven dengan bertemperatur

3000C selama 100 menit.

• Setelah 100 menit, kaleng dikeluarkan dari oven dan didinginkan.

Selama proses pendinginan tidak membuka penutup kaleng, supaya

arang tidak terbakar dan tidak menjadi abu.

• Setelah dingin, arang ampas tebu digerus dalam kaleng sampai lembut.

• Arang yang sudah lembut kemudian disaring agar terpisah dari partikel

kasar.

Setelah arang dari ampas tebu sudah siap untuk digunakan sebagai bahan

penguat atau reinforcement, selanjutnya mencari nilai densitas ( ρ ) dari arang


29

tersebut. Nilai densitas arang ini dibutuhkan untuk melakukan perhitungan

perbandingan fraksi volume dalam proses pembuatan komposit. Berikut

langkah langkah dalam mencari nilai densitas arang:

Menyiapkan gelas ukur volume dan timbangan digital.

Gelas ukur diisi dengan air sampai volume tertentu dan menimbang

arang ampas tebu.

Volume air dan massa dari arang ampas tebu dicatat.

Arang ampas tebu dicampur kedalam air dalam gelas ukur.

Volume dari campuran air dan arang diukur dan dicatat.

Selanjutnya melakukan perhitungan sebagai berikut:

Dengan metode seperti diatas, dilakukan percobaan sebanyak empat kali dan

diperoleh data rata rata sebagai berikut:

Vair : 10 ml

Vair + arang : 14.3 ml

Varang : 4.3 ml

marang : 2.0 gram

Setelah volume arang dan massa arang sudah kita dapatkan, maka dapat

mencari nilai densitas arang tersebut dengan persamaan:

arang

arangarang V

m=ρ (g/mm3) ..............(pers. 8)

2

3/46.0

3.40.2 mmgr

mmgram

arang ==ρ

Volume arang = volume campuran – volume air


30

Dari hasil percobaan yang penulis sudah lakukan untuk mencari nilai densiti

dari arang ampas tebu, maka didapat nilai ρ arang = 0.46 g/mm3

2. 2. Matrik

matrik yang digunakan sebagai bahan pengikat dalam penelitian

komposit partikel ini adalah resin epoksi. Resin ini didistribusikan oleh PT.

Justus Kimia Raya – Semarang, mempunyai ciri ciri kental dan berwarna

putih bening. Resin epoksi juga disertai katalis atau sering disebut hardener.

Perbadingan pencampuran resin dengan hardener adalah 1 : 1

2. 3. Bahan Tambahan

Dalam proses pembuatan atau pencetakan komposit biasanya akan

menyebabkan lengketnya produk dengan cetakan, maka untuk mengatasinya

digunakan release agent. Bahan tambahan release agent ini berfungsi untuk

mencegah kelengketan produk dengan cetakan pada saat proses pembuatan.

menggunakannya dengan cara mengolesi atau melapisi cetakan dengan

release agent sebelum proses pembuatan komposit. Dengan cara ini akan

memudahkan saat melepasan produk dengan cetakan. Release agent atau zat

pelapis yang digunakan adalah MAA yang biasa digunakan untuk memoles

atau menghaluskan permukaan lantai dan batu.

2. 4. Cetakan

Dalam proses pembuatan komposit partikel ini digunakan cetakan

yang berfungsi untuk membentuk benda komposit yang kita inginkan.


31

Cetakan yang digunakan meggunakan plat besi lunak, dengan bentuk

persegi panjang dengan penutup yang dapat dibuka. Dengan ukuran:

Panjang : 200 mm

Lebar : 120 mm

Tinggi : 10 mm

Tebal plat : 0.5 mm

Berikut gambar cetakan yang digunakan untuk proses pencetakan komposit

partikel.

200 mm

120mm

10mm

Gambar 11 : Penutup cetakan

Gambar 12 : Cetakan bawah


32

3. Peralatan Yang Digunakan:

1. Gelas ukur untuk menentukan volume

2. Timbangan digital

3. Dongkrak dan rangka untuk proses penekanan.

4. Pengaduk dan tempat untuk mengaduk.

5. Gergaji untuk memotong hasil cetakan.

6. Kuas atau kain untuk mengoles release agent.

7. Kunci pas untuk membuka dan memasang cetakan.

8. Kertas lebar yang digunakan untuk alas pencetakan agar tidak mengotori

lantai.

9. Cetakan yang telah dib.uat

10. Amplas dan penggaris.

4. Pembuatan Komposit Partikel

4. 1. Perhitungan Fraksi Volume

Sebelum memulai proses pembuatan komposit partikel, maka terlebih

dahulu dilakukan perhitungan untuk menentukan perbandingan volume

partikel (serbuk arang) dan volume matrik. perhitungan ini diperlukan supaya

hasil dari pembuatan komposit dapat sesuai dengan yang kita harapkan.

Pada penelitian komposit partikel yang dilakukan ini, menggunakan

fraksi volume serat 50 %, 60 %, dan 70 %. Berikut adalah perhitungannya:

Menghitung volume komposit yang akan kita buat.


33

Vcomposite = p x l x t

= 20 x 12 x 1 (cm3)

= 240 cm3

Menghitung komposisi arang dan matrik (resin & hardener)

karena untuk mengetahui volume arang dengan gelas ukur cukup sulit, maka

digunakan rumus densitas material arang. Sedangkan untuk menetukan

volume matrik dapat digunakan gelas ukur.

1. Untuk fraksi volume serat 50 %:

Massa serbuk arang ampas tebu

gramm

m

arang

arang

2.55

46.024010050

=

××=

Volume matrik (resin + hardener)

ccV

V

matrik

matrik

120

24010050

=

×=

Karena perbandingan resin dengan hardener adalah 1 : 1, Sehingga

volume resin 60 cc dan volume hardener 60 cc




34

gramm

m

arang

arang

24.66

46.024010060

=

××=


mlV

V

matrik

matrik

96

24010040

=

×=


volume resin 48 ml dan volume hardener 48 ml



gramm

m

arang

arang

28.77

46.024010070

=

××=


mlV

V

matrik

matrik

72

24010030

=

×=


volume resin 36 ml dan volume hardener 36 ml


35

4. 2. Mencetak Komposit

Berikut ini merupakan langkah langkah pencetakan komposit partikel serbuk

arang ampas tebu dengan matrik epoksi:

1. Melapisi diding, dasar dan penutup cetakan dengan MAA atau bahan anti

lengket secara merata dan dioleskan tipis.

2. Serbuk arang ampas tebu disiapkan sesuai dengan perhitungan dan juga

resin epoksi dan hardenernya.

3. Resin dengan hardener dicampur kedalam wadah pencampur atau gelas

kaca, aduk hingga merata sampai homogen berwarna keruh.

4. Serbuk arang ampas tebu segera dimasukan kedalam wadah pencampur

yang berisi campuran epoksi. mengaduk semuanya sampai homogen dan

benar benar tercampur, pengadukan kira kira 5 menit.

5. Adukan yang homogen biasanya berbentuk gumpalan gumpalan yang

kecil dan sudah kelihatan basah.

6. Campuran tadi dimasukan kedalam cetakan yang telah dilapisi dengan

MAA, campuran diratakan sampai tidak terdapat rongga udara.

7. Cetakan ditutup dengan penutupnya, kumudian diletakan dirangka

pengepresan untuk selanjutnya ditekan menggunakan pompa hidroulik.

8. Penekanan dengan pompa hidroulik dengan tekanan 200 kg/cm2,

mempertahankan tekananan pada pressure tersebut sampai 2-3 jam, bila

tekanan turun akibat pemampatan composit, segera memberi tekanan lagi

pada dongkrak hidrolik..


36

9. Cetakan dibiarkan 7-8 jam sampai komposit benar benar kering dan sudah

mengeras.

10. Penutup cetakan dan dinding cetakan dilepas dengan hati hati, kemudian

komposit yang sudah jadi bisa dilepas.

11. Komposit yang sudah jadi dipotong dengan gergaji besi sesuai ukuran

untuk pengujian, dengan ukuran 30 mm x 30 mm.

5. Metode Pengujian

5. 1. Koefisien Gesek

Metode untuk pengujian gesek relatif sederhana, pengujian ini untuk

membandingkan koefisen gesek komposit partikel dengan variasi volume

penguat dan kampas rem. Berikut gambar cara penyusunan alat untuk

pengujian gesek:

1kg

Piringan cakram

Wadah beban

Benda uji Fs= ma. g

Gambar 13 : Mekanisme pengujian gesek


37

Cara pengujian gesek:

• Alat pengujian dan benda uji disusun seperti gambar diatas pada

posisi horisontal.

• Pasir kering dimasukan secara perlahan lahan kedalam wadah beban,

sambil mengamati benda uji yang terpasang

• Saat benda uji mulai bergerak, pengisian pasir dalam wadah benda uji

dihentikan.

• Menimbang pasir beserta wadah beban saat benda uji mulai bergerak

tadi.

Dari metode diatas, maka koefisian gesek statis dapat dicari dengan subtitusi

persamaan 2 dan 3 sebagai berikut:

Dengan hukum newton, maka berlaku:

Dengan ketentuan bahwa benda mulai bergerak saat Fs ≥ fs .......

sehingga berlaku:

fs = μa . N

Fs = fs ma . g = μs . N ma . g = μs . mb. g

b

as m

m=μ ....... ( pers 9)

Keterangan: ma : massa pasir + massa wadah beban mb : massa benda uji + massa pemberat μs : koefisien gesek statis

Fs = ma . g


38

5. 2. Uji Keausan.

Pengujian keausan dilakukan di laboratorium mekanika bahan Universitas

Gadjah Mada yogyakarta. Pengujian menggunakan alat uji gesek Oghoshi

High Speed Universal Wear Testing Machine (type OAT-U).

.

Langkah langkah pengujian:

Komposit partikel dan juga kampas rem dipotong dengan ukuran 30 cm x

30 cm, lalu beri tanda atau nomor.

Masing masing potongan ditimbang dengan timbangan digital, mencatat

hasil penimbangan.

Benda uji dipasang pada pencekam pada mesin uji gesek.

Alat penggerus yang digunakan dengan:

o diameter : 27 mm

o tebal : 2.25 mm

Mengatur penggerusan (abbrasion)

Gambar 14 : Alat uji keausan type OAT-U.


39

• Waktu (t) : 1 menit (60 detik)

• Beban (Po) : 12.72 kg

• Gear ratio (E/F) : 96/48

• Panjang penggerusan (ℓo) : 400 m

Setelah selesai di uji, kemudian menimbang lagi masing masing benda uji

dan mencatat hasil penimbangan.

Kemudian hasil dari penggesekan diamatai dengan mikroskop dengan

pembesaran 50X, diukur dimensi panjang gerusan benda uji yang telah

terjadi.

Dari data panjang gesekan yang terjadi tersebut, dapat digunakan untuk

menghitung laju keausan spesifik dari benda uji.

5. 3. Uji Tarik.

Pengujian tarik dilakukan di laboratorim logam Universitas Sanata

Dharma Yogyakarta. Pengujian menggunakan alat uji tarik yang dapat

dilihat pada gambar dibawah ini.

Gambar 15 : mekanisme pengujian keausan


40

Benda uji:

Membuat benda uji dari komposit partikel dari masing masing variasi

volume, menggunakan acuan ASTM E-8 ( Hamer E. Davis, 1964 hal:119)

0.5 in

8 in

2.25 in

R = 0.5 in

0.75

in

Ticknes 0.5 – 0.625 in

Gambar 16 : Alat uji tarik

Gambar 17 : Ukuran benda uji tarik


41

5. 4. Uji Impak (charpy)

Benda uji:

Buat benda uji dengan gergaji besi sesuai dengan stadar untuk

pengujian impak charpy kemudian beri tanda atau nomor pada tiap

spesimen.

55 mm

10 mm

10 m

m

8 m

m

Gambar 18 : Ukuran benda uji impact

Gambar 19 : Alat uji impak charpy dan pemasangan benda uji

W : berat pendulum

: m x g

: 1.37 kg x 9.81

: 13.433 N

R : jari jari pendulum

: 39.48 cm


42

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil pengujian dari penelitian ini disajikan dalam betuk tabel data yang

dapat digunakan untuk membandingkan hasil pengujian antara komposit yang

berbeda fraksi volume seratnya dan kampas rem. Analisis data dari pengujian

berupa grafik yang disertai perhitungan.

1. Koefisien gesek

Pengujian untuk mencari koefisien gesek menggunakan neraca sederhana

dengan pembebanan pasir. Dari pengujian didapat data sebagai berikut:

Tabel 1 : Data hasil pengujian gesek komposit dengan fraksi volume 50%:

Benda uji Massa spesimen (gr)

Masaa penekanan (gr)

Massa bandul (gr)

Koefisien gesek

1 7.65 500 231.9 0.456

2 7.67 500 234.7 0.460

3 7.60 500 246.2 0.485

4 7.70 500 244.2 0.480

Rata rata 0.470




Massa bandul (gr)

Koefisien gesek

1 7.97 500 236.2 0.464

2 7.97 500 288.0 0.562

3 7.92 500 245.3 0.482

4 7.94 500 260.6 0.511

Rata rata 0.502


43




Massa bandul (gr)

Koefisien gesek

1 9.26 500 239.2 0.469

2 10.1 500 220.6 0.432

3 9.45 500 232.5 0.451

4 9.63 500 241.3 0.473

Rata rata 0.456

Tabel 4 : Data hasil pengujian gesek kampas rem



Massa bandul (gr)

Koefisien gesek

1 11.8 500 223.6 0.436

2 11.1 500 238.6 0.466

3 11.2 500 248.3 0.485

4 11.5 500 232.5 0.454

Rata rata 0.460

Tabel 5 : Data hasil pengujian gesek resin epoksi



Massa bandul (gr)

Koefisien gesek

1 9.11 500 202.3 0.396

2 9.68 500 193.8 0.379

3 9.88 500 198.5 0.388

4 9.25 500 206.4 0.404

Rata rata 0.391


44

0.470.502

0.456 0.46

0.391

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

50% 60% 70% kampas rem resin epoksi

fraksi volume

koef

isie

n ge

sek

Gambar 20 : Diagram koefisien gesek (µ) benda uji

Dari data dan diagram hasil pengujian koefisien gesek (µ) pada komposit

partikel dan material pembanding, dapat diambil beberapa kesimpulan:

Koefisien gesek (µ) yang paling baik adalah komposit partikel dengan

volume partikel 60% dengan µ sebesar 0.502. kemudian komposit dengan volume

partikel 50% dengan µ sebasar 0.470, kampas rem dengan µ sebesar 0.460,

komposit dengan voleme partikel 70% dengan µ sebesar 0.456. dan yang terakhir

adalah resin epoksi dengan µ sebesar 0.391

Nilai koefisien gesek rata-rata pada komposit partikel arang ampas tebu

tidak berbeda jauh dengan koefisien gesek material kampas rem komersial, nilai µ

antara 0.456 sampai 0.502 sedangkan pada kampas rem nilai µ sebesar 0.460.

Akan tetapi pada komposit partikel fraksi volume 50% dan 60% mempunyai nilai


45

µ yang lebih baik dari kampas rem, ini terjadi karena campuran partikel dan

matrik cukup berimbang untuk memberikan gesekan pada plat. Untuk komposit

partikel fraksi volume 70%, nilai koefisien gesek (µ) lebih rendah, karena partikel

dalam campuran terlalu banyak. Sehingga yang banyak bergesekan adalah partikel

yang relatif licin. Sedangkan material kampas rem komersial campuran resin

dalam komposit terlalu banyak, dapat terlihat dari penampilan luarnya yang relatif

megkilat, sehingga gaya geseknya lebih rendah atau relatif licin.

Jika dilihat pada penampilan luarnya, komposit partikel terlihat lebih kasar

dan buram sadangkan pada kampas rem dan resin epoksi terlihat lebih halus dan

mengkilat. Penampang yang buram dan kasar menandakan matrik yang digunakan

tidak terlalu banyak sehingga memberikan gaya gesek yang lebih baik. Pada

kampas rem dan resin epoksi matrik yang digunakan cukup banyak sehingga

terlihat mengkilat dan halus, maka akan relatif lebih licin. Selain itu sifat matrik

resin epoksi yang licin atau koefisien geseknya rendah.

Komposit partikel arang ampas tebu dengan matrik epoksi mempunyai

nilai koefisien gesek rata rata yang tidak jauh berbeda dengan kampas rem,

sehingga komposit partikel arang ampas tebu dapat digunakan sebagai material

pengganti kampas rem komersial. Selain itu komposit partikel ini juga ramah

lingkungan dibanding kampas rem komersial yang menggunakan bahan asbes.

Komposit partikel ini menggunakan bahan organik untuk bahan penguatnya

(reinforcement) dan juga menggunakan bahan yang kurang bermanfaat menjadi

material yang berdaya guna untuk masyarakat.


46

2. Uji keausan

Hasil Pengujian keausan di tinjau dari hasil pengurangan berat sebelum

dan sesudah pengujian. selain itu juga dimensi yang dihasilkan sesudah dilakukan

pengujian keausan. Berikut ini data dari hasil pengujian keausan

Tabel 6 : Data pengujian keausan komposit dengan fraksi volume 50 %

Benda Uji Berat awal

(gram)

Berat akhir

(gram)

∆ berat

(gram)

bo

(mm)

Ws

(mm2/kg)

50% 1 7.655 7.650 0.005 3.44 2.25 x 10-6

2 7.679 7.675 0.004 3.26 1.92 x 10-6

Rata-rata 0.0045 2.08 x 10-6



(gram)

Berat akhir

(gram)

∆

berat

Bo

(mm)

Ws

(mm2/kg)

60% 1 7.980 7.977 0.003 3.55 2.47 x 10-6 2 7.976 7.974 0.002 3.44 2.25 x 10-6

Rata-rata 0.0025 2.36 x 10-6



(gram)

Berat akhir

(gram)

∆

berat

Bo

(mm)

Ws

(mm2/kg)

70% 1 9.268 9.267 0.001 3.77 2.96 x 10-6 2 10.182 10.180 0.002 3.77 2.96 x 10-6

Rata-rata 0.0015 2.96 x 10-6

Tabel 9 : Data pengujian resin epoksi


(gram)

Berat akhir

(gram)

∆

berat

Bo

(mm)

Ws

(mm2/kg)

Resin epoksi

1 9.11 9.10 0.010 1.80 0.32 x 10-6 2 9.68 9.67 0.010 1.80 0.32 x 10-6

Rata-rata 0.010 0.32 x 10-6


47

Tabel 10 : Data pengujian keausan kampas rem


(gram)

Berat akhir

(gram)

∆

berat

Bo

(mm)

Ws

(mm2/kg)

Kampas rem

1 11.556 11.541 0.008 3.00 1.49 x 10-6 2 11.564 11.551 0.010 3.05 1.57 x 10-6

Rata-rata 0.009 1.53 x 10-6

2.082.36

2.96

1.53

0.32

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

50% 60% 70% kampas rem resin epoksifraksi volume

laju

kea

usan

x 1

0-6 (m

m2 /k

g)

Gambar 21: Diagram laju keausan material

Dari data dan gambar grafik pengujian keausan dapat diambil beberapa

kesimpulan bila ditinjau dari pengurangan berat dan laju keausan masing masing

bahan:

Pengurangan berat yang paling banyak sebelum dan sesudah pengujian

yang dilakukan adalah material kampas rem sebesar 0.009 gram, resin epoksi

sebesar 0.01 gram, kemudian material komposit volume partikel 50% sebesar

0.0045 garam, disusul material komposit volume serat 60% sebesar 0.0025 garam

dan yang terakhir komposit 70% sebesar 0.0015 gram.


48

Pengurangan berat yang paling banyak terjadi pada kampas rem dan resin

epoksi yang menggunakan bahan matrik yang lebih banyak dibanding

partikelnya.Ini terjadi karena masa jenis (densitas) dari resin (matrik) lebih besar

dari pada massa jenis partikal. Jika material mempunyai densitas besar, maka

beratnya juga akan semakin besar. Sedangkan untuk komposit yang mempunyai

lebih banyak volume partikel arang maka densitasnya lebih kecil dan

pengurangan beratnya juga kecil.

Sedangkan untuk laju keausan spesifik yang paling besar adalah komposit

dengan volume partikel 70% sebasar 2.96 x 10-6 mm2/kg, komposit 60% sebesar

2.36 x 10-6 mm2/kg, kemudian 50% sebesar 2.08 x10-6 mm2/kg, kampas rem

sebesar 1.53 x 10-6 mm2/kg, dan yang terakhir resin epoksi sebesar 0.32 x 10-6

mm2/kg. Semakin besar laju keausan spesifik matrial, maka material tersebut

akan mudah aus

Keausan yang paling besar terjadi pada komposit dengan volume partikel

arang lebih besar, karena yang menerima beban abrasi (gesekan) lebih banyak

adalah partikel yang relatif lunak bila dibandingkan dengan resin yang lebih

keras. Selain itu ikatan antar partikel juga kurang kuat karena resin sebagai

pengikat volumenya lebih sedikit, sehingga ketika menerima gesekan dari

material lain maka ikatan partikel dalam komposit akan lebih mudah lepas.

3. Uji tarik.

Hasil pengujian tarik untuk komposit partikel, berupa data dan juga gambar grafik

kekuatan patah untuk masing masing fraksi volume.


49

Tabel 11 : Data uji tarik komposit partikel fraksi volume 50%

Benda

uji

Tebal

(mm)

Lebar

(mm)

Luas

(mm2)

Beban

(kg)

∆ L

(mm)

σu

(kg/mm2)

1 8.9 15.3 136.17 118 0.25 0.866

2 8.8 15.4 135.52 126 0.25 0.929

3 8.7 14.9 129.63 135 0.30 1.041

4 9.0 15.2 136.80 158 0.30 1.154

5 9.0 15.0 135.00 163 0.35 1.207

Rata-rata 140 0.29 1.040


Benda

uji

Tebal

(mm)

Lebar

(mm)

Luas

(mm2)

Beban

(kg)

∆ L

(mm)

σu

(kg/mm2)

1 9.1 14.6 132.86 77.3 0.25 0.581

2 9.1 14.9 135.59 79.5 0.15 0.586

3 9.3 15.0 139.50 95.1 0.20 0.681

4 9.5 14.5 138.75 96.4 0.20 0.694

5 9.0 14.8 133.20 86.1 0.30 0.646

Rata-rata 86.8 0.22 0.638


Benda

uji

Tebal

(mm)

Lebar

(mm)

Luas

(mm2)

Beban

(kg)

∆ L

(mm)

σu

(kg/mm2)

1 8.7 15.8 137.46 70.3 0.15 0.511

2 8.5 15.9 135.15 86.6 0.20 0.640

3 8.8 15.6 137.28 76.6 0.15 0.557


50

4 8.4 15.6 131.04 84.2 0.20 0.642

5 8.9 15.8 140.62 80.9 0.20 0.575

Rata-rata 79.7 0.18 0.585

Tabel 14 : Data uji tarik resin epoksi

Benda

uji

Tebal

(mm)

Lebar

(mm)

Luas

(mm2)

Beban

(kg)

∆ L

(mm)

σu

(kg/mm2)

1 9.0 15.0 135.00 430.6 2.25 3.18

2 8.7 15.1 131.37 446.4 3.10 3.39

3 8.8 15.2 133.76 515.8 3.45 3.87

Rata-rata 79.7 2.93 3.48

Gambar 22 : Diagram tegangan tarik material setelah diuji tarik

1.04

0.638 0.585

3.48

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

50% 60% 70% resin epoksifraksi volume

keku

atan

tarik

(kg/

mm

2 )


51

Dari data dan grafik pengujian tarik diatas, dapat kita ketahui bahwa

Dari keempat material yang diuji, yang mempunyai nilai kekuatan tarik

rata rata yang paling baik adalah resin epoksi sebesar 3.48 kg/mm2. kemudian

komposit partikel dengan komposisi volume serat 50% sebasar 1.04 kg/mm2,

kemudian 60% sebesar 0.638 kg/mm2, dan yang terakhir 70% sebesar 0.585

kg/mm2.

komposit yang mempunyai komposisi resin atau matrik yang lebih banyak

akan mengikat antar partikel lebih kuat dan lebih merata, sehingga kekuatan

tariknya juga lebih besar. Sedangkan komposit dengan resin atau matrik yang

sedikit maka ikatan antar partikel lebih sedikit dan kurang merata, sehingga

kekuatan tariknya juga kurang baik. selain itu karena jumlah partikel arang dalam

komposit terlalu banyak yang akan melemahkan kekuatan tariknya.

Jika komposit partikel dibandingkan dengan resin epoksi, kekutan tarik

resin epoksi jauh lebih besar. Hal ini disebabkan karena memang sifat dari

komposit partikel relatif kurang baik terhadap pembebanan berupa tarikan.

Karena yang menjadi penanggung beban utam pada tarikan adalah resin sebagai

matriknya, sedangkan partikel sebagai reinforcement akan malah akan

melemahkan kekuatan tariknya.

Regangan yang terjadi saat pengujian tarik terhadap komposit partikel

relatif kecil. Jika dilihat dari grafik tegangan – regangan pada gambar lampiran 1,

garis yang terbentuk hampir mendekati linear atau hapir berbanding lurus beban

terhadap regangan yang terjadi. Gambar regangan beban – regangan yang terjadi

mendekati linear, biasanya benda uji tersebut bersifat getas atau regangannya


52

cukup kecil. Komposit partikel arang ampas tebu bersifat getas dapat dilihat pada

gambar lampiran 2, lampiran 3 dan lampiran 4, bentuk patahan yang terjadi pada

benda benda uji melintang dan tanpa pengurangan dimensi pada sekitar daerah

patahan.

Sifat komposit partikel memang kurang baik terhadap pembebanan berupa

tarikan. Pembeban yang dilakukan terhadap komposit partikel banyak ditanggung

oleh resin sebagai bahan pengikatnya, sedangkan partikelnya akan melemahkan

kekuatan tariknya. Berbeda dengan komposit serat atau dengan komposit lamina,

pembebanan yang dilakukan akan lebih banyak ditanggung oleh serat atau

lapisan penguat. Sedangkan resin atau pengikat hanya sebagai penerus tegangan

yang terjadi antar serat atau lapisan penguat. Sehingga dapat diambil kesimpulan

bahwa semakin banyak resin yang digunakan maka kekutan tarik komposit

partikel juga akan semakin kuat.

4. Uji impak (charpy)

Pengujian impak menggunakan tiga buah benda uji untuk setiap komposit

dengan variasi volume partikel. Berikut data dan perhitungan yang didapat.

Table 15 : Data uji impak komposit partikel fraksi volume 50%

Benda

uji Cos α Cos β

Tanaga patah

(joule)

Harga keuletan

(joule/mm2)

1 1450 1400 0.28 3.5 x 10-3

2 1450 1390 0.34 4.1 x 10-3

3 1450 1400 0.28 3.4 x 10-3

Rata rata 0.3 3.7 x 10-3


53

Table 16 : Data uji impak komposit partikel fraksi volume 60%

Benda

uji Cos α Cos β

Tanaga patah

(joule)

Harga keuletan

(joule/mm2)

1 1450 1410 0.22 2.75 x 10-3

2 1450 1400 0.28 3.40 x 10-3

3 1450 140.50 0.25 3.05 x 10-3

Rata rata 0.25 3.06 x 10-3

Table IV. 17 : Data uji impak fraksi volume 70%

Benda

uji Cos α Cos β

Tanaga patah

(joule)

Harga keuletan

(joule/mm2)

1 1450 141.00 0.22 2.68 x 10-3

2 1450 140.50 0.25 3.01 x 10-3

3 1450 142.50 0.135 1.68 x 10-3

Rata rata 0.20 2.45 x 10-3

Tabel IV. 18 : Data uji impak resin epoksi

Benda

uji Cos α Cos β

Tanaga patah

(joule)

Harga keuletan

(joule/mm2)

1 1450 113.00 2.25 2.27 x 10-2

2 1450 86.0 4.65 5.74 x 10-2

3 1450 87.0 4.56 5.62 x 10-2

Rata rata 3.82 4.54 x 10-2


54

3.7

3.06

2.45

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

50% 60% 70%fraksi volume

harg

a ke

ulet

an x

10-3

(jou

le/m

m2 )

Gambar 23 : diagram harga keuletan material komposit partikel

Dari data tenaga patah dan harga keuletan serta gambar diagram dari pengujian

impact yang telah telah dilakukan, dapat diperoleh beberapa kesimpulan

Tenaga patah yang diperlukan untuk mematahkan benda uji yang paling

besar adalah untuk resin epoksi, kemudian komposit partikel fraksi volume

partikel 50% kemudian 60% dan yang terakhir 70%. Tenaga patah ini diperlukan

untuk menumbuk benda uji dan melepaskan ikatan resin epoksi dengan partikel

partikel arang serbuk.

Semakin banyak resin epoksi sebagai matrik yang digunakan dalam

komposit partikel, maka semakin besar tenaga patah yang diperlukan untuk

mematahkan benda uji. Matrik berupa resin epoksi dalam komposit berfungsi

untuk mengikat antar partikel dalam komposit lebih merata dan lebih kuat. Selain


55

itu tenaga patah yang diperlukan akan banyak diserap dan dihantarkan oleh matrik

keseluruh bagian benda uji komposit partikel.

Sedangkan untuk harga keuletan dari material ini yang paling baik adalah

resin epoksi, kemudian komposit partikel dengan fraksi volume 50% sebesar 3.7 x

10-3 joule/mm2, yang kedua adalah 60% sebesar 3.06 x 10-3 joule/mm2 dan yang

terakhir 70% sebesar 2.45 x 10-3 joule/mm2.

Harga keuletan sebuah bahan komposit partikel sangat dipengaruhi oleh

enegi yang diserap dan dihantarkan oleh matrik. oleh karena itu jumlah volume

resin sebagai bahan pengikat partikel dalam campuran sangat berpengaruh dalam

komposit terhadap beban kejut. Karena yang menanggung utama beban kejut dari

pendulum adalah resin epoksi sebagai pengikat, sedangkan partikel akan

melemahkan keuletan dari komposit partikel. Komposisi pertikel yang terlalu

banyak dalam campuran akan melemahkan keuletan material komposit. Karena

ikatan antar partikel jadi lebih sedikit. Selain itu juga dipengaruhi oleh dimensi

patahan yang terjadi

Selain itu harga keuletan bahan komposit juga dipengaruhi oleh katalis dan

bahan tabahan yang digunakan. Biasanya jika campuran katalisnya lebih sedikit,

komposit yang dibuat akan lebih liat akan tetapi dalam proses pembuatanya lebih

lama keringnya. Sedangkan jika menggunakan katalis banyak komposit akan lebih

getas tetapi proses pembuatanya relatif lama.


56

BAB V

KESIMPULAN

Setelah menganalisa data hasil pengujian komposit partikel arang ampas tebu

dengan matrik epoksi, maka dapat diperoleh kesimpulan:

1. Koefisien gesek (µ) komposit partikel arang ampas tebu dengan matrik

epoksi yang paling baik dengan fraksi volume 60% sebesar 0.502.

Sedangkan kampas rem komersial koefisien geseknya sebesar 0.460,

masih lebih rendah jika dibanding komposit partikel. Sehingga komposit

partikel arang ampas tebu dapat digunakan sebagai material pengganti

kampas rem komersial, selain itu juga ramah lingkungan karena

menggunakan bahan organik.

2. Laju keausan spesifik komposit partikel arang ampas tebu dengan matrik

epoksi yang paling kecil adalah komposit partikel dengan fraksi volume

50% sebesar 2.08 x10-6 mm2/kg. Relaitif tahan aus jika dibandingkan

dengan fraksi volume yang lain. Namun jika dibandingkan dengan kampas

rem komersial, laju keausan komposit partikel masih lebih tinggi. Kampas

rem memiliki laju keausan spesifik sebesar 1.53 x 10-6 mm2/kg, masih

lebih tahan aus jika dibandingkan komposit partikel. Laju keausan spesifik

ini sangat dipengaruhi oleh jumlah volume resin dalam campuran, semakin

banyak resin yang digunakan maka akan lebih tahan aus.

3. Kekuatan tarik komposit partikel arang ampas tebu dengan matrik epoksi

yang paling tinggi adalah komposit partikel dengan fraksi volume 50%

sebesar 1.04 kg/mm2. Tetapi jika dibandingkan dengan resin epoksi,


57

kekuatan tarik komposit masih jauh lebih rendah daripada resin epoksi

sebesar 3.48 kg/mm2 . rendahnya kekuatan tarik komposit dikarenakan

sifat komposit partikeltidak tahan terhadap pembebanan tarik. Semakin

banyak volume partikel didalam campuran akan melemahkan kekuatan

tariknya, karena yang menanggung beban tarikan adalah matriknya.

4. Komposit partikel arang ampas tebu dengan matrik epoksi yang

mempunyai harga keuletan yang besar adalah komposit partikel dengan

fraksi volume 50% sebesar 3.7 x 10-3 joule/mm2. Semakin banyak volume

partikel dalam campuran akan menurunkan harga keuletannya karena yang

menanggung beban paling banyak adalah matriknya.


58

DAFTAR PUSTAKA

Davis, E. Harmer, 1964, The Testing and Inspection of Engineering Materials,

Mcgraw-Hill, New York.

Horath. Larry, 1995, Fundamentals of Materials Science for Technologists,

Prentice-Hall, New Jersey-USA.

Inctuction Manual Oghoshi High Speed Universal Wear Testing Machine

(type OAT-U), Universitas Gadjah Mada, Yogyaarta.

Jones, M. Robert, 1975, Mechanics of Composite Materials, McGraw-Hill,

New York

Surdia, Tata, 1991, Pengetahuan Bahan Teknik, Insitut Teknologi Bandung,

Bandung.

Sutrisno, 1981, Fisika Dasar dan Mekanika, Insitut Teknologi Bandung,

bandung

Van Vlack, H. Lawrence, 1991, Ilmu dan teknologi Bahan, edisi kelima,

Erlangga, Jakarta.

.


59

LAMPIRAN


60

Lampiran 1:

Grafik tegangan – regangan uji tarik komposit partikel

Regangan yang terjadi pada gambar grafik, untuk setiap 1 milimeter pada gambar

sama dengan 0.15 mm pada kenyataan.

Komposit partikel 50 % Komposit partikel 60 % Komposit partikel 70 %


61

Lampiran 2:

Foto benda uji tarik komposit partikel

Benda uji komposit partikel 50% setelah diuji tarik

Lampiran 3:

Benda uji komposit 60% setelah diuji tarik


62

Lampiran 4:

Benda uji komposit partikel 70% setelah diuji tarik

Benda uji tarik komposit partikel menggunakan acuan ASTM E-8 ( Hamer E.

Davis, 1964 hal:119)

0.5 in

8 in

2.25 in

R = 0.5 in

0.75

in

Ticknes 0.5 – 0.625 in


63

Lampiran 5:

Foto benda uji impak

Benda uji komposit partikel 50 % setelah diuji impak.

Lampiran 6:

Benda uji komposit partikel 60 % setelah diuji impak

Lampiran 7:

Benda uji komposit paretikel 70% setelah diuji impak


sifat mekanis komposit partikel arang ampas tebu …1].pdf · ampas tebu debagai bahan penguat...

Documents