sifat fisis dan mekanis komposit partikel arang …
TRANSCRIPT
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
2011
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
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
2011
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
vii
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/cm². 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 mm²/kg, hasil kekuatan tarik tertinggi terjadi pada komposit arang serbuk gergaji kayu yang dicampur sekrap aluminium 2% yaitu 1,27 kg/mm² dengan regangan tarik 0,48%, keuletan tertinggi terjadi pada komposit arang serbuk gergaji kayu yang dicampur sekrap aluminium 3% yaitu 2,85 joule/cm².
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
viii
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.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
ix
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
pengujian keausan.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
x
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xi
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 ………………………………………………………………….. xi DAFTAR GAMBAR …………………………………………………………. xiii DAFTAR TABEL……………………………………………………………... xiv
BAB I ………………………………………………………………………….. 1 1.1 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 3.2 Prosedur Preparasi Spesimen…………………………………………… 21
1. Bahan Baku Komposit……………………………………………… 21
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xii
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
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xiii
DAFTAR GAMBAR
Hal Gambar 2.1. Serat Komposit …………………………………………………... 6
Gambar 2.2. Penyusunan Serat (a) Serat kontinyu, (b) Serat tidak kontinyu,
(c) Serat acak ……………………………………………………. 6
Gambar 2.3. Komposit Laminat ……………………………………………….. 7
Gambar 2.4. Komposit Partikel ………………………………………………... 7
Gambar 2.5. Struktur Makroskopis Kayu ………….………………………….. 10
Gambar 2.6. Pengujian Dengan Piringan Berputar ……………………………. 18
Gambar 3.1. Diagram Alir Proses ……………………………………………... 20
Gambar 3.2. Oven ……………………………………………………………... 23
Gambar 3.3. Timbangan Digital ……………………………………………….. 23
Gambar 3.4. Mikroskop ………………………………………........................... 24
Gambar 3.5. Cetakan …………………………………………………………... 24
Gambar 3.6. Arang dan Serbuk Aluminium ……………………………………. 25
Gambar 3.7. Alat Uji Tarik ……………………………………………………... 26
Gambar 3.8. Alat Uji Impak ……………………………………………………. 27
Gambar 3.9. Kontruksi Laju Keausan ………………………………………….. 28
Gambar 4.0. Alat Uji Keausan …………………………………………………. 28
Gambar 4.1. Grafik Harga Keuletan …………………………………………… 36
Gambar 4.2. Grafik Rata-Rata Laju Keausan ………………………………….. 39
Gambar 4.3. Grafik Kekuetan Tarik ……………………………………………. 41
Gambar 4.4. Grafik Regangan Tarik …………………………………………… 44
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xiv
DAFTAR TABEL
Hal Tabel 4.1. Hasil Uji Impak ...…………………………………………………... 35
Tabel 4.2. Pengambilan Data Uji Keausan …………………………………….. 37
Tabel 4.3. Hasil Perhitungan Uji Keausan ……………………………………... 38
Tabel 4.4. Hasil Perhitungan Uji Tarik ……………………………………….... 41
Tabel 4.5. Hasil Regangan Tarik ……………………………………………….. 44
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
1
BAB 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
plastik sebagai matrik, baik itu jenis thermoplastic maupun thermosetting.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
2
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).
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
3
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.
2. Perumusan Masalah
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
sesuai dengan yang direncanakan.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
4
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.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
5
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
dibedakan atas :
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
6
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.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
7
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 Laminat
3. 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
logam, misal berupa ceramics matrix-glass particulate.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
8
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) Thermoset Composites
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
9
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)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
10
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 Kayu
Unsur – 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 (S1), lapisan tengah dinding sekunder (S
2), lapisan dalam dinding sekunder
(S3), dan lapisan jerawat (W). Lapisan – lapisan ini berbeda satu sama lain dalam hal struktur
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
11
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 (S1) dengan tebal 0,2 – 0,3 mm membentuk
spiral S. Lapisan tengah (S2) membentuk bagian utama dari dinding sel dengan ketebalan 1 – 5
mm. Karakteristik lapisan S2
mempunyai pengaruh yang menentukan terhadap kekakuan serat.
Lapisan yang ketiga adalah lapisan dalam (S3) yang merupakan lapisan tipis dalam bentuk
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.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
12
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
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
13
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
(seperti polyester (tak jenuh), polyamides, dan epoxies).
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
14
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.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
15
2.9 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=
Satuannya sama dengan tegangan.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
16
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.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
17
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.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
18
Gambar 2.6. Pengujian dengan piringan beputar
1. 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 - 푟² − ( ) (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 0.03
mm. 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
ketahanan laju keausan spesifik ini. Antara b dan h dari hasil persamaan (1).
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
19
Dimana h/r < 1, memiliki persamaan,
b = 2√2.ℎ푟 (2)
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)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
20
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Diagram Alir Proses
Gambar 3.1 Diagram Alir Proses
PEMILIHAN BAHAN
PEMBUATAN CETAKAN
PEMBUATAN ARANG
PENCAMPURAN BAHAN+VARIASI SEKRAP ALUMINIUM 0%, 1%, 2%,
3%+ARANG+EPOKSI
PROSES CETAK
UJI IMPAK
UJI KEAUSAN
UJI TARIK
PENGAMBILAN DATA
PEMBUATAN LAPORAN
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
21
3.2 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.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
22
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.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
23
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. Oven
2. 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 digital
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
24
4. Mikroskop
Digunakan untuk melihat struktur mikro.
Gambar 3.4. Mikroskop
3. Cetakan, Cetakan dibuat dari besi cor
Digunakan untuk mencetak campuran antara epoksi, aluminium dan arang
Gambar 3.5. Cetakan
4. Amplas
Fungsinya menghaluskan permukaan atau tepi-tepi pada sisi hasil cetakan.
5. Arang dan Serbuk alumunium
Sebagai campuran epoksi.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
25
Gambar 3.6. Arang dan serbuk alumunium
6. 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/cm², Setelah 8 jam hingga 12 jam spesimen kering,
keluarkan spesimen dari cetakan.
3.4 Pengujian Mekanik
Komposit yang dihasilkan sudah berbentuk sesuai dengan standar masing-masing
pengujian (sesuai dengan bentuk dari cetakan) untuk selanjutnya dilakukan pengujian mekanik
untuk mengetahui properties dari masing-masing pengujian.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
26
3.4.1 Prosedur Pengujian
1. Uji Tarik
Uji tarik mungkin adalah cara pengujian bahan yang paling mendasar. Pengujian ini
sangat sederhana, Tidak mahal dan sudah mengalami standarisasi di seluruh dunia, misalnya di
Amerika dengan ASTM E8 dan Jepang dengan JIS 2241. Dengan menarik suatu bahan kita akan
segera mengetahui bagaimana bahan tersebut bereaksi terhadap tarikan dan mengetahui sejauh
mana material itu bertambah panjang. Alat eksperimen untuk uji tarik ini harus memiliki
cengkeraman (grip) yang kuat dan kekakuan yang tinggi (highly stiff).
Gambar 3.7. Alat uji tarik
2. Uji Impak
Pengujian impak adalah sebuah metode untuk mengevaluasi ketangguhan relatif dari
bahan-bahan teknik. Hal ini biasanya digunakan untuk menguji ketangguhan logam-logam.
Pengujian yang serupa dapat digunakan untuk polimer, keramik dan komposit. Adapun gambar
alat uji impak dapat dilihat pada gambar 3.8 dibawah ini.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
27
Gambar 3.8. Alat uji impak
3. Uji Keausan
Pada mesin uji keausan ini, kita bisa melihat kontruksi seperti pada gambar (6) adalah
diagram mekanisme mesin uji abrasi. Gambar (7) adalah pandangan secara keseluruhan dan
melihat gambar (8) gambar mekanisme luar. Dalam gambar (3) adalah putaran piringan 3 mm
dan 30 mm diameter luar. Terpasang pada poros vertikal tetap dan diputar. Sebuah benda uji (4)
kuat ditempat yang diwakili nomor (5) terletak dipusat. Nomor (17) tuas yang bebas disekitar
poros vertikal nomor (16). Rotasi ditransmisikan ke piringan yang berputar melalui pergantian
roda gigi pada nomor (2). Tingkat putaran dari piringan menurun oleh dua set roda-roda cacing
pada nomor (6) dan putaran disesuaikan secara profesional dengan jarak abrasi pada pergantian
gigi nomor 7, dan cam berbentuk seperti ditunjukan pada gambar (8) terpasang pada poros.
Sebagai hasil rotasi yang proposional dengan ½ kekuatan dari laju kekuatan spesifik dapat
terwujud, tetapi ditransmisikan ke pegas pada nomor (12) melalui gigi nomor (10) dan nomor
(11) adalah poros, adanya perubahan beban yang diteruskan melalui rak nomor (13) dan
penggantian gigi nomor (14). Membaca besaran beban (P) skala yang ditandai ditempat pegas.
Kecepatan abrasi dapat diubah-ubah dengan cara melebarkan jarak pully nomor (1), pergantian
gigi nomor (2). Tekanan kontak dapat disesuaikan dengan pergantian gigi nomor (14). Untuk
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
28
mengetahui alur goresan pada uji akhir, bahan-bahan yang tidak mudah menerima abrasi
memiliki panjang abrasi dengan menyesuaikan putaran cam melalui pergantian gigi nomor (7).
`
Gambar 3.9. kontruksi laju keausan
Gambar 4.0. alat uji keausan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
29
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil uji Impak
Hasil pengujian dengan mesin uji impak charpy terhadap arang sekam kayu yang di campur
dengan aluminium didapat data pengujian dan hasil perhitungan sebagai berikut:
Bahan komposit arang sekam kayu yang dicampur dengan aluminium 0% :
Spesimen 1 diketahui : α = 145º , β = 143º
G = 1,357 kg , R = 39,48 cm
Penampang patah l = 1 cm , t = 1 cm
Tenaga patah = G x R ( cos β – cos α )
= 1,357 x 39,48 ( cos 143º – cos 145º )
= 1,29 joule
Harga keuletan = ௧
௨௦ ௧
= ଵ,ଶଽ ௨ଵ ²
= 1,29 joule/cm²
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
30
Spesimen 2 diketahui : α = 145º , β = 143º
Tenaga patah = G x R ( cos β – cos α )
= 1,357 x 39,48 ( cos 143º – cos 145º )
= 1,29 joule
Harga keuletan = ௧
௨௦ ௧
= ଵ,ଶଽ ௨ଵ ²
= 1,29 joule/cm²
Spesimen 3 diketahui : α = 145º , β = 143º
Tenaga patah = G x R ( cos β – cos α )
= 1,357 x 39,48 ( cos 143º – cos 145º )
= 1,29 joule
Harga keuletan = ௧
௨௦ ௧
= ଵ,ଶଽ ௨ଵ²
= 1,29 joule/cm²
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
31
Bahan komposit arang sekam kayu yang dicampur dengan aluminium 1% :
Spesimen 1 diketahui : α = 145º , β = 142º
G = 1,357 kg , R = 39,48 cm
Penampang patah l = 1 cm , t = 1cm
Tenaga patah = G x R ( cos β – cos α )
= 1,357 x 39,48 ( cos142º – cos 145º )
= 1,95 joule
Harga keuletan = ௧
௨௦ ௧
= ଵ,ଽହ ௨ଵ ²
= 1,95 joule/cm²
Spesimen 2 diketahui : α = 145º , β = 141º
Tenaga patah = G x R ( cos β – cos α )
= 1,357 x 39,48 ( cos 141º – cos 145º )
= 2,62 joule
Harga keuletan = ௧
௨௦ ௧
= ଶ,ଶ ௨ଵ ²
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
32
= 2,62 joule/cm²
Spesimen 3 diketahui : α = 145º , β = 143º
Tenaga patah = G x R ( cos β – cos α )
= 1,357 x 39,48 ( cos 143º – cos 145º )
= 1,29 joule
Harga keuletan = ௧
௨௦ ௧
= ଵ,ଶଽ ௨ଵ²
= 1,29 joule/cm²
Bahan komposit arang sekam kayu yang dicampur dengan aluminium 2% :
Spesimen 1 diketahui : α = 145º , β = 141º
Tenaga patah = G x R ( cos β – cos α )
= 1,357 x 39,48 ( cos 141º – cos 145º )
= 2,62 joule
Harga keuletan = ௧
௨௦ ௧
= ଶ,ଶ௨ଵ²
= 2,62 joule/cm²
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
33
Spesimen 2 diketahui : α = 145º , β = 142º
Tenaga patah = G x R (cos β – cos α )
= 1,357 x 39,48 ( cos 142º - cos 145º )
= 1,95 joule
Harga keuletan = ௧
௨௦ ௧
= ଵ,ଽହ௨ଵ²
= 1,95 joule/cm²
Spesimen 3 diketahui : α = 145º , β = 142º
Tenaga patah = G x R (cos β – cos α )
= 1,357 x 39,48 ( cos 142º - cos 145º )
= 1,95 joule
Harga keuletan = ௧
௨௦ ௧
= ଵ,ଽହ௨ଵ²
= 1,95 joule/cm²
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
34
Bahan komposit arang sekam kayu yang dicampur dengan aluminium 3% :
Spesimen 1 diketahui : α = 145º , β = 141º
Tenaga patah = G x R ( cos β – cos α )
= 1,357 x 39,48 ( cos 141º – cos 145º )
= 2,62 joule
Harga keuletan = ௧
௨௦ ௧
= ଶ,ଶ ௨ଵ ²
= 2,62 joule/cm²
Spesimen 2 diketahui : α = 145º , β = 141º
Tenaga patah = G x R ( cos β – cos α )
= 1,357 x 39,48 ( cos 141º – cos 145º )
= 2,62 joule
Harga keuletan = ௧
௨௦ ௧
= ଶ,ଶ ௨ଵ ²
= 2,62 joule/cm²
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
35
Spesimen 3 diketahui : α = 145º , β = 140º
Tenaga patah = G x R ( cos β – cos α )
= 1,357 x 39,48 ( cos 140º – cos 145º )
= 3,30 joule
Harga keuletan = ௧
௨௦ ௧
= ଷ,ଷ ௨ଵ ²
= 3,30 joule/cm²
Tabel 4.1 Hasil uji impak
Harga keuletan fraksi volume Al
0% 1% 2% 3%
spesimen 1 (joule/cm²) 1,29 1,95 2,62 2,62
spesimen 2 (joule/cm²) 1,29 2,62 1,95 2,62
spesimen 3 (joule/cm²) 1.29 1,29 1,95 3,3
rata-rata (joule/cm²) 1,29 1,95 2,17 2,85
Dengan perhitungan diatas dapat dibuat tabel hasil uji impak komposit arang sekam kayu
dengan campuran sekrap aluminium 0%, 1%, 2%, 3% seperti pada tabel 4.1 diatas.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
36
Dengan perhitungan diatas dapat dibuat grafik harga keuletan hasil uji impak dengan
campuran sekrap aluminium.
Gambar 4.1 Grafik harga keuletan
Grafik diatas menunjukan 3% = 2.85 joule/cm² adalah harga keuletan yang tertinggi yang baik
dari pada hasil 0%, 1%, dan 2%. Karena campuran sekrap aluminium 1% lebih sedikit dari
sekrap aluminium 3%.
4.2 Hasil uji keausan
Untuk menentukan partikel sebagai bahan pengisi pada komposit arang serbuk gergaji kayu
mahoni yang akan diaplikasikan rem kendaraan bermotor harus dilakukan uji keausaan. Uji
keausan atau spesifik abrasi berguna untuk mengetahui nilai abrasi atau keausan yang diharapkan
lebih baik pada komposit arang serbuk gergaji kayu yang dicampur aluminium dengan fraksi
volume 0%, 1%, 2%, 3%. Dalam uji keausan atau spesifik abrasi dengan beban 12,72 kg dan
jarak abrasi 400 m dan kecepatan putaran dari motor 1430 rpm dalam waktu 30 detik akan
memperoleh alur bekas abrasi dengan menggunakan mikroskop untuk melihat berapa panjang
goresan akibat abrasi. Hasil yang didapat dari pengujian keausan atau spesifik abrasi dapat
dilihat dalam tabel 4.2 pengambilan data uji keausan.
0.000.501.001.502.002.503.00
0% 1% 2% 3%
Har
ga k
eule
tan
(joul
e/cm
2)
Campuran Sekrap Aluminium
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
37
Tabel 4.2 Pengambilan data uji keausan
Bahan Komposit Waktu abrasi
Jarak piringan
yang ditempuh
Lebar hasil
goresan bo³ Beban % detik lo (m) bo Po (kg) 0% 30 400 1,8 5,83 12,72
30 400 2,3 12,17 12,72 30 400 2 8,00 12,72 30 400 2,1 9,26 12,72 30 400 2,2 10,65 12,72
30 400 2,3 12,17 12,72 1% 30 400 3,5 42,88 12,72
30 400 3,4 39,30 12,72 30 400 3,2 32,77 12,72 30 400 3 27,00 12,72 30 400 2,6 17,58 12,72 30 400 3 27,00 12,72
2% 30 400 3,7 50,65 12,72 30 400 3,6 46,66 12,72 30 400 3,6 46,66 12,72 30 400 2,8 21,95 12,72 30 400 3 27,00 12,72 30 400 2,6 17,58 12,72
3% 30 400 3,6 46,66 12,72 30 400 3,6 46,66 12,72 30 400 3,6 46,66 12,72 30 400 2,6 17,58 12,72 30 400 2,7 19,68 12,72 30 400 2,8 21,95 12,72
Dari hasil tabel 4.2 diatas yang diperoleh dari Laboratorium Bahan Teknik Universitas
Gadjah Mada, dapat dihitung spesifik keausan dibawah ini sebagai berikut:
Ws = .ୠ୭య
... ( mm2/kg )
Ws = 3 x 42,88
8 x15x12,72x400x10య
= 128,64
61056 x 104
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
38
= 2,10 x 10-7 mm2/kg
Dengan perhitungan diatas dapat dibuat tabel 4.3 dibawah ini:
Tabel 4.3 Hasil perhitungan uji keausan
Bahan Komposit
Jarak piringan
yang ditempuh
Lebar hasil goresan bo³ Beban Hasil Abrasi
% lo (m) bo (mm) Po (kg) Ws ( mm2/kg) 0% 400 1,8 5,83 12,72 2,86 x 10-8
400 2,3 12,17 12,72 5,98 x 10-8 400 2 8,00 12,72 3,94 x 10-8 400 2,1 9,26 12,72 4,50 x 10-8 400 2,2 10,65 12,72 5,23 x 10-8
400 2,3 12,17 12,72 5,98 x 10-8 1% 400 3,5 42,88 12,72 2,10 x 10-7
400 3,4 39,30 12,72 1,93 x 10-7 400 3,2 32,77 12,72 1,61 x 10-7 400 3 27,00 12,72 1,32 x 10-7 400 2,6 17,58 12,72 8,63 x 10-8 400 3 27,00 12,72 1,32 x 10-7
2% 400 3,7 50,65 12,72 2,48 x 10-7 400 3,6 46,66 12,72 2,29 x 10-7 400 3,6 46,66 12,72 2,29 x 10-7 400 2,8 21,95 12,72 1,07 x 10-7 400 3 27,00 12,72 1,32 x 10-7 400 2,6 17,58 12,72 8,63 x 10-8
3% 400 3,6 46,66 12,72 2,29 x 10-7 400 3,6 46,66 12,72 2,29 x 10-7 400 3,6 46,66 12,72 2,29 x 10-7 400 2,6 17,58 12,72 8,63 x 10-8 400 2,7 19,68 12,72 9,67 x 10-8 400 2,8 21,95 12,72 1,07 x 10-7
Dengan perhitungan diatas dapat dibuat tabel hasil spesifikasi keausan komposit partikel
arang serbuk gergaji kayu dengan campuran sekrap aluminium 0%, 1%, 2%, 3% seperti pada
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
39
tabel 4.3 diatas. Dari tabel diatas dapat dibuat rata-rata untuk 0% = 4,73 x 10 mm²/kg, 1% =
1,52 x 10 mm²/kg, 2% = 1,72 x 10 mm²/kg, 3% = 1,63 x 10 mm²/kg.
Gambar 4.2 Grafik rata-rata laju keausan spesifik
Grafik diatas menunjukan 0% = 4,73 x 10 mm²/kg laju keausan spesifik yang terbaik dari pada
campuran sekrap aluminium 1%, 2%, dan 3%. Karena 0% memiliki partikel yang lebih halus,
pada 1%, 2%, 3% tedapat campuran sekrap aluminium yang kasar.
4.3 Hasil uji tarik
Hasil pengujian tarik komposit pertikel arang serbuk gergaji kayu yang dicampur dengan
aluminium dengan resin epoksi berupa tegangan tarik dan pertambahan panjang sebagai berikut:
Spesimen 1 dengan campuran aluminium 0% :
σu= బ
= ଽ,ସଽ
= 1,004 kg/mm²
0.00E+00
5.00E-08
1.00E-07
1.50E-07
2.00E-07
0% 1% 2% 3%Rata
-rat
a la
ju k
eaus
an
spes
ifik
(mm
2/kg
)
campuran sekrap aluminium
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
40
Spesimen 1 dengan campuran aluminium 1% :
σu= బ
= ହ,ସଽ
= 0,65 kg/mm²
Spesimen 1 dengan campuran aluminium 2% :
σu= బ
= ଵଶ,ଶଽ
= 1,8022 kg/mm²
Spesimen 1 dengan aluminium 3% :
σu= బ
= ଵଵ,.ହଽ
= 1,27 kg/mm²
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
41
Tabel 4.4 Hasil perhitungan uji tarik
Komposit Beban (kg) Luas
penampang Kekuatan tarik (kg/mm²) 0% 1% 2% 3% (mm²) 0% 1% 2% 3%
Spesimen 1 90,4 58,4 162,2 114,5 90 1,00444 0,648889 1,80222 1,27
Spesimen 2 60,6 58,6 65,7 54,9 90 0,67333 0,651111 0,73 0,61
Rata-rata 0.83889 0.65 1.27 0.94
Dengan perhitungan diatas dapat dibuat tabel hasil kekuatan tarik komposit partikel arang
serbuk gergaji kayu dengan campuran sekrap aluminium 0%, 1%, 2%, 3% seperti pada tabel 4.4
diatas.
Gambar 4.3 Grafik kekuatan tarik
Grafik diatas menunjukkan Kekuatan tarik memiliki nilai tertinggi yang terbaik pada campuran
sekrap aluminium 2% senilai 1,27 kg/mm² dari pada 0%, 1% dan 3%. Karena campuran 2%
memiliki kepadatan yang baik.
0
0.5
1
1.5
2
0% 1% 2% 3%
Keku
atan
tari
k
Campuran sekrap Aluminium
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
42
Perhitungan regangan Tarik
Spesimen 1 (campuran aluminium 0%)
ε= ௱௶௶
=௧ ௨௨
= ,ସଵ
x100%
= 0,4%
Spesimen 1 (campuran aluminium 1%)
ε= ௱௶௶
=௧ ௨௨
= ,ହଵ
x100%
= 0,65%
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
43
Spesimen 1 (campuran aluminium 2%)
ε= ௱௶௶
=௧ ௨௨
= ,ସଵ
x100%
= 0,4%
Spesimen 1 (campuran aluminium 3%)
ε= ௱௶௶
=௧ ௨௨
= ,ଷଵ
x100%
= 0,38%
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
44
Tabel 4.5 Hasil regangan tarik
Komposit Panjang awal (mm)
pertambahan panjang Regangan (ε) 0% 1% 2% 3% 0% 1% 2% 3%
Spesimen 1 100 0,4 0,65 0,4 0,38 0,4 0,65 0,4 0,38
Spesimen 2 100 0,05 0,3 0,35 0,3 0,05 0,3 0,35 0,3
Rata-rata 0,23 0,48 0,38 0,34
Dengan perhitungan diatas dapat dibuat tabel hasil regangan tarik komposit partikel arang
serbuk gergaji kayu dengan campuran sekrap aluminium 0%, 1%, 2%, 3% seperti pada tabel 4.5
diatas.
Gambar 4.4 Grafik regangan tarik
Grafik diatas menunjukkan rata-rata regangan tarik yang campuran sekrap aluminium 1% senilai
0,48% yang tertinggi dari campuran sekrap aluminium 0%, 2% dan 3%. Karena 1% memiliki
persentase matriks yang lebih banyak.
Sedangkan untuk mendapatkan volume untuk campuran dapat kita hitung seperti dibawah
ini.
0.000.100.200.300.400.50
0% 1% 2% 3%
Rega
ngan
tari
k
Campuran sekrap Aluminium
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
45
Fraksi Volume
Volume = p x l x t
= 20 cm x 12 cm x 1 cm
= 240 cm³
Untuk arang 0%
Partikel 50% = 0,5 x 240 cm³ = 120 cm³
Massa arang = 1,2 gr/cm³ x 120 cm³ = 144 gr
Matriks 50% = 0,5 x 240 cm³ = 120 cm³ = 120 ml
Untuk aluminium 1%
Partikel 50% = ହଵ
x 240 cm³ = 120 cm³
Al 1%
0,01x 120 cm³ = 1,2 cm³
2,7 x 1,2 = 3,24 gr
Arang 49%
0,49 x 120 cm³ = 58,8 cm³
1,2 x 58,8 =70,56 gr
Matriks 50% = ହଵ
x 240 = 120 cm³ = 120 ml
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
46
Untuk aluminium 2%
Partikel 50% = ହଵ
x 240 cm³ = 120 cm³
Al 2%
0,02 x 120 cm³ = 2,4 cm³
2,7 x 2,4 = 6,48 gr
Arang 48%
0,48 x 120 cm³ = 57,6 cm³
1,2 x 57,6 = 69,12 gr
Matriks 50% = ହଵ
x 240 = 120 cm³ = 120 ml
Untuk aluminium 3%
Partikel 50% = ହଵ
x 240 cm³ = 120 cm³
Al 3%
0,003 x 120 cm³ = 3,6 cm³
2,7 x 3,6 = 9,72 gr
Arang 47%
0,47 x 120 cm³ = 56,4 cm³
1,2 x 56,4 = 67,68 gr
Matriks 50% = ହଵ
x 240 = 120 cm³ = 120 ml
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
47
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Berdasarkan hasil perhitungan dan pembahasan yang telah dilakukan, dapat ditarik
kesimpulan sebagai berikut :
1. Hasil dari rata-rata harga keuletan pada fraksi volume aluminium 1% sebesar 1,95
joule/cm², fraksi volume aluminum 2% sebesar 2,17 joule/cm², fraksi volume 3% sebesar
2,85 joule/cm². Pada hasil rata-rata harga keuletan mengalami kenaikan sebesar 0,22% -
0,68%, keuletan tertinggi terdapat pada serbuk gergaji kayu yang dicampur sekrap
aluminium 3% yaitu 2,85 joule/cm².
2. Rata-rata laju keausan spesifik yang terendah pada campuran sekrap aluminium 0%
senilai 4,73 x 10-8 mm²/kg.
3. Kekuatan tarik tertinggi tercapai pada campuran sekrap aluminium 2% senilai 1,27
kg/mm².
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
48
5.2 Saran
1. Perlu adanya penelitian lebih lanjut mengenai pengaruh terhadap sifat mekanis pada
filler dan matriks.
2. Agar diperoleh hasil partikel komposit yang baik menggunakan filler yang sesuai
terhadap matriksnya.
3. Semakin meningkatnya pemanasan global dapat diharapkan untuk penelitian selanjutnya
dapat menggunakan bahan-bahan yang ramah lingkungan.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
49
DAFTAR PUSTAKA
Annual Book of JIS Standar, K 7113, 396-407. (1981). Testing Method of Tensile Properties of Plastik, Japanese Industrial Standard.
Isaac M. D., Ori I.(1994), Engineering Mechanics of Composite Material,
NewYork Oxford, Oxford University Press. Surdia, T., Shinroku, S., (1984), Pengetahuan Bahan Teknik, Jakarta, Pradnya
Paramita. Tokyo Testing Machine MFG. CO.,LTD. Ogoshi High Speed Universal Wear
Testing Machine (Type OAT-U). Wirsanto, 2010. Pengaruh Jenis Serbuk Kayu Terhadap Sifat Mekanik Komposit
Polyethylene/Serbuk Kayu. Penelitian FTI-ITS Surabaya.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI