PENGARUH TEKANAN DAN TEMPERATUR PADA PROSES HOT PRESSING TERHADAP KEKERASAN KOMPOSIT ABU TERBANG BATUBARA/PHENOLIC (Skripsi)
Oleh FALDI IKHSAN
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS LAMPUNG 2016
ABSTRAK PENGARUH TEKANAN DAN TEMPERATUR PADA PROSES HOT PRESSING TERHADAP KEKERASAN KOMPOSIT ABU TERBANG BATUBARA/PHENOLIC Oleh : FALDI IKHSAN Komposit merupakan salah satu jenis material yang saat ini sedang dikembangkan penggunaannya, Salah satu campuran bahan komposit adalah abu terbang batubara (fly ash). Di Indonesia produksi fly ash dari pembangkit listrik terus meningkat, pada tahun 2000 tercatat mencapai 1,66 juta ton dan diperkirakan akan meningkat mencapai 2 juta ton pada tahun 2006, artinya semakin tahun produksi libah fly ash semakin meningkat yang dapat membawa dampak pencemaran lingkungan karena kurangnya pemanfaatan dari limbah fly ash. Komposit abu terbang batubara/phenolic memiliki bahan penyusun dengan komposisi matrik phenolic 60%, sebagai penguat abu terbang batubara, grafit, serbuk besi 15%, barium sulfat 10% sebagai pengisi, dan Nitril Butadiene Rubber 15% sebagai pengikat, diproses dengan metode hot pressing, temperatur pemanasan yang digunkan 200˚C, 210˚C, 220˚C, 230˚C, 240˚C, 250˚C dan tekanan yang digunakan 40 MPa, 60 MPa, 80 MPa. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh tekanan dan temperatur pada proses hot pressing terhadap sifat kekerasan komposit abu terbang batubara/phenolic. Hasil pengujian kekerasan komposit sebagai fungsi temperatur dan tekanan pada proses hot pressing dengan adanya peningkatan temperatur dan tekanan maka semakin meningkat nilai kekerasannya, hal ini disebabkan faktor proses ikatan kimia, ikatan antar partikel, distribusi partikel akan berjalan maksimal dan baik dan juga porositas yang terjadi berkurang, rapat massa pada komposit terjadi dengan optimal. Secara spesifik hasilnya sebagai berikut, dengan temperatur sebagai fungsi, nilai kekerasan rata-rata terendah HR (E) 60,864 kg/mm2 pada temperatur 200˚C, dan nilai kekerasan rata-rata tertinggi HR (E) 70,132 kg/mm2 pada temperatur 250˚C dan pada tekanan sebagai fungsi mempunyai nilai kekerasan rata-rata terendah HR(E) 61,064 kg/mm2 pada tekanan 40 MPa dan nilai kekerasan rata-rata tertinggi HR (E) 71,53 kg/mm2 pada tekanan 80 MPa. Kata kunci : Komposit Abu terbang Batubara/Phenolic, Hot Pressing, kekerasan
ABSTRACT THE EFFECT OF PRESSURE AND TEMPERATURE IN HOT PRESSING PROCESS TO THE HARDNESS OF COAL FLY ASH COMPOSITE/PHENOLIC By : FALDI IKHSAN Composite is the one kind of material that is currently being developed in its use. One of the composite mixture is coal fly ash. In indonesia, the production of fly ash from the power plants continuous to increase, in 2000 it reached 1,66 tons million tons and it would be expected to reach 2 million tons in 2006, it means that the production of fly ash waste increased every year, so it could bring the impact of environmental pollution due to the lack utilization of fly ash waste. Coal fly ash composite/phenolic had a substance of material with the composition 60 % phenolic matrix, as the reinforcement of coal fly ash, graphite, 15 % iron powder, 10% barium sulfate as the filler and 15% Nitril Butadiene Rubber as the binder processed with hot pressing method, the heating temperature which used were 200˚C, 210˚C, 220˚C, 230˚C, 240˚C, 250˚C and the pressure which used were 40 MPa, 60 MPa, 80 MPa. This research was conducted to determine the effect of pressure and temperature in hot pressing process to the hardness of coal fly ash composite/phenolic. The hardness test result as the function of temperature and pressure in hot pressing process showed that, the increased of temperature and pressure, increasing the hardness value, it was due to the chemical bond factor, bonding between particles, the distribution of particles would be maximize and good and so the porosity was reduced, the mass density was optimally occur. Spesifically, there were the result, with the temperature as the function, the lowest average value of hardness was HR (E) 60,864 kg/mm2 at 200˚C, and the higher value of hardness was HR (E) 70,132 kg/mm2 at 250˚C and the pressure as the function had the lowest average value HR(E) 61,064 kg/mm2 at 40 MPa and the higher average value was HR (E) 71,53 kg/mm2 at 80 MPa. keyword : Coal fly ash composite/Phenolic, Hot Pressing, hardness
PENGARUH TEKANAN DAN TEMPERATUR PADA PROSES HOT PRESSING TERHADAP KEKERASAN KOMPOSIT ABU TERBANG BATUBARA/PHENOLIC
Oleh
Faldi Ikhsan
Skripsi Sebagai Salah Satu Syarat untuk Mencapai Gelar SARJANA TEKNIK Pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Lampung
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS LAMPUNG BANDAR LAMPUNG 2016
Riwayat Hidup
Penulis dilahirkan pada tanggal 13 September 1992 sebagai anak pertama dari tiga bersaudara di Tanjung Karang, Kota Bandar Lampung Provinsi Lampung. Dilahirkan dari pasangan Dedi
Hermawan
Syah,
B.Sc
dan
Ety
Suryani.
Penulis menyelesaikan pendidikan Sekolah Dasar (SD) Negeri 2 Merakbatin Natar pada tahun 2004, kemudian penulis menyelesaikan di Sekolah Menengah Pertama (SMP) Negeri 2 Sukaraja pada tahun 2007, pada tahun 2010 penulis menyelesaikan pendidikannya dari Sekolah Menengah Atas (SMA) Negeri 1 Natar. Dan sejak tahun 2010 penulis terdaftar sebagai Mahasiswa Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Lampung program studi S1. Selama menjadi mahasiswa, penulis menjadi pengurus Himpunan Mahasiswa Teknik Mesin (HIMATEM) untuk periode 2012-2013 sebagai anggota divisi humas, selanjutnya penulis melaksanakan Kerja Praktek (KP) di PT. Perkebunan Nusantara VII Unit Usaha Pematang Kiwah Natar Lampung Selatan, sejak tahun 2015 bulan September, penulis mulai melaksanakan penelitian tugas akhir skripsi tentang “Pengaruh Tekanan Dan Temperatur Pada Proses Hot Pressing Terhadap Kekerasan Komposit Abu Terbang Batubara / Phenolic ˮ. Penulis mengerjakan skripsi dibawah bimbingan Ibu Dr. Eng. Shirley Savetlana, S.T., M.Met. sebagai pembimbing utama dan Bapak Nafrizal, S.T., M.T. sebagai pembimbing kedua, serta Bapak Zulhanif, S.T., M.T. sebagai penguji utama.
MOTTO
Dan Bahwasanya Seorang Manusia Tidak Memperoleh Selain Apa Yang Telah Diusahakannya, Dan Bahwasanya Usaha Itu Kelak Akan Diperlihatkan. (Q.S. An-Najm 39-40)
Berangkat Dengan Penuh Keyakinan, Berjalan Dengan Penuh Keikhlasan, Istiqomah Dalam Menghadapi Cobaan “ Yakin, Ikhlas, Istiqomah ˮ
“To Get a Success, Your Courage Must Be Greater Than Your Fearˮ (Untuk Mendapatkan Kesuksesan, Keberanianmu Harus Lebih Besar Dari Pada Ketakutanmu)
“Think Big, And Act Nowˮ (Berpikirlah Besar, Dan Bertindaklah Sekarang)
SANWACANA
Assalamu’allaikum Warahmatullahi Wabarakatuh, segala puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, Tuhan semesta alam, yang telah memberikan rahmat, nikmat, kesehatan karunia dan kelancaran hingga penulis dapat menyelesaikan studi strata satu diperguruan tinggi Universitas Lampung. Shalawat beriring salam penulis panjatkan kepada kekasih Allah SWT, Baginda Rasullullah Muhammad SAW, yang telah membawa kita dari zaman jahiliyah ke zaman yang terang dengan keIslamanya hingga saat ini. Skripsi dengan judul “ PENGARUH TEKANAN DAN TEMPERATUR PADA PROSES HOT PRESSING TERHADAP KEKERASAN KOMPOSIT ABU TERBANG BATUBARA/PHENOLIC ˮ ini dapat diselesaikan dengan baik atas bantuan, partisipasi, dan dukungan, serta do’a dari berbagai pihak. Sebagai rasa syukur penulis mengucapkan terimakasih kepada : 1. Bapak dan Ibu Ku tercinta, terimakasih Bapak, Ibu atas do’a dan dukungannya, atas perhatian yang selalu diberikan kepada Ku, do’a, semangat, dukungan moril, dan materi untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini, maaf Bapak, dan Ibu jika saya selama ini kurang maksimal. 2. Adik ku Hanif Putra Hermawan dan Fahmi Mutaqin yang selama ini memberikan do’a. pacar ku tercinta Euis Suryani, Amd,. Kep. Yang selalu mendo’akan dan member semangat, motivasi dan dukungan yang telah diberikan kepada penulis.
3. Bapak Prof. Dr. Suharno, M.S., M.Sc. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Lampung. 4. Bapak Ahmad Suudi, S.T., M.T. selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Universitas Lampung, atas segala arahan dan motivasinya selama ini. 5. Ibu Dr. Eng. Shirley Savetlana, S.T,. M.Met. dan Bapak Nafrizal, S.T,. M.T. selaku pembimbing yang dengan sabar memberikan bimbingan, pengetahuan, saran, serta nasehat selama proses penyelesaian skripsi. 6. Bapak Zulhanif, S.T,. M.T. selaku dosen penguji yang telah memberikan saran dan masukan sebagai penyempurnaan penulisan skripsi ini. 7. Seluruh Dosen Jurusan Teknik Mesin atas ilmu yang telah diberikan selama penulis melaksanakan studi, baik materi akademik dan motivasi untuk masa yang akan datang. Tak lupa juga terimakasih kepada staff dan karyawan Gedung H Teknik Mesin Universitas Lampung. 8. Kepada teman- teman seperjuangan “MESIN 10”, Salpa Ade Nugraha, Dian Purnama, Angga Roby, Dwiandri wibowo, Fiskan, Hendi, Made Yoga, Bondan, Yayang Rusdiana, Feri Fariza, Dwi Novriadi, Doni, Ryan Ryon, Muslim, Prancana, Irfan, Ridho, I nyoman arnando, Wahyu, Masagus imran, Agung. Untuk semua teman angkatan teknik mesin 2010 yang tidak bisa disebutkan satu persatu, dan teman seperjuangan bersama-sama dalam menyelsaikan tugas akhir Muhammad fatliyansah, hendi, riski, galeh, dedi jangan pernah lupa dengan almamater, dipatri dalam bilik-bilik kiwa kita “solidarity Forever” kebersamaan dan kekompakan yang terus ada. 9. Keluarga besar Himpunan Mahasiswa Teknik Mesin Universitas Lampung.
10. Semau pihak yang tidak dapat penulis sebutkan, yang telah ikut serta membantu dalam penulisan skripsi ini. Penulis menyadari bahwa penulisan skripsi ini masih banyak kekurangan. Oleh sebab tu, penulis mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun dari semua pihak. Penulis berharap skripsi ini bermanfaat bagi semua yang membaca dan bagi penulis sendiri.
Bandar Lampung, Penulis
Faldi Ikhsan
DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL ……………………………………………………………… i HALAMAN PENGESAHAN …………………………………………………….. ii PERNYATAAN PENULIS ………………………………………………………. iv RIWAYAT HIDUP………………………………………………………………... v MOTTO …………………………………………………………………………… vi SANWACANA …………………………………………………………………… vii DAFTAR ISI ……………………………………………………………………… x DAFTAR TABEL ………………………………………………………………… xiii DAFTAR GAMBAR ……………………………………………………………... xiv
I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ………………………………………………………… 1 1.2 Tujuan …………………………………………………………………. 4 1.3 Batasan Masalah ………………………………………………………. 4
1.4 Sistematika Penulisan …………………………………………………. 5 II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Komposit ……………………………………………………………… 7 2.1.1 Komposit Berdasarkan Bentuk Penguat ………………………… 11 2.1.2 Komposit Berdasarkan Jenis Matrik yang digunakan …………... 14 2.2 Abu terbang Batubara .………………………………………...……... 18 2.3 Karakteristik serbuk ………………………………………………..… 21 2.3.1.Ukuran dan distribusi partikel serbuk ……………………….….. 22 2.3.2. Bentuk partikel serbuk …………………………………………. 23 2.3.3. Berat jenis serbuk ………………………………………….…… 24 2.3.4. Mampu alir serbuk (Flowability) ……………………………… 24 2.3.5. Mampu tekan (Compressibility) …………………..…………... 25 2.3.6. Pencampuran (Mixing) …………………………………..……. 25 2.4 Pembentukan dan Pencampuran Serbuk ……………………………. 26 2.5 Compacting …………………………………………………………. 27 2.6 Sintering …………………………………………………………….. 28 2.7 Pengujian Kekerasan ………………………………………………... 30 2.7.1 Metode gores ……………………………………….………….. 30 2.7.2 Metode elastik/pantul (rebound) ……………………………….. 31 2.7.3 Metode indentasi ……………………………………………….. 32
III. METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Tempat Penelitian …………………………………………………. 37 3.2 Alat dan Bahan yang digunakan …………………………………... 37 3.3 Prosedur Penelitian ……………………………………………...… 46 3.4 Alur proses penelitian ………………………………………...…… 53
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Pengujian Kekerasan Rockwell ……………………………… 54
V. SIMPULAN DAN SARAN 5.1 Simpulan …………………………………………………………… 78 5.2 Saran ……………………………………………………………..… 79
DAFTAR TABEL
Halaman Table 2.1 Kandungan Logam Berat Pada Abu Batubara …………………………... 20 Tabel 2.2 Komposisi dan Klasifikasi Fly ash ……………………………………… 20 Table 2.3 Skala pada Metode Uji Kekerasan Rockwell …………………………… 36 Tabel 3.1 Komposisi bahan penyusun komposit …………………………………... 48 Tabel 3.2 Variasi temperatur pada proses pemanasan ……………………………... 49 Tabel 3.3 Variasi tekanan pada proses penekanan ……………………………….... 49 Table 3.4 Data hasil uji kekerasan …………………………………………………. 52 Table 3.4.1 Data hasil uji kekerasan dengan variasi tekanan …………………….... 52 Table 3.4.2 Data hasil uji kekerasan dengan variasi temperatur …………….…….. 52 Tabel 4.1. Data Hasil Pengujian Kekerasan Dengan Variasi Temperatur ………..... 56 Tabel 4.2. Data Hasil Pengujian Kekerasan Dengan Variasi tekanan ……………... 58 Tabel 4.3. Nilai rata-rata hasil pengujiam kekerasan komposit abu terbang batubara/phenolic dengan variasi temperatur …………………... 59 Table 4.4. Nilai rata-rata hasil pengujiam kekerasan komposit abu terbang batubara/phenolic dengan variasi tekanan. ……………………………... 65
DAFTAR GAMBAR
Halaman Gambar 2.1 Komposit partikel ………………………………………………………....…. 11
Gambar 2.2 Jenis jenis komposit serat …………………………………………….. 13 Gambar 2.3 Komposit lapis ……………………………………………………...… 13 Gambar 2.4 Abu terbang batubara ………………………………………………..... 19 Gambar 2.5 Partikel yang dibentuk hasil pencampuran ………………………….... 27 Gambar 2.6 Proses Penekanan Serbuk …………………………………………….. 28 Gambar 2.7 Bentuk Partikel Sebelum dan Sesudah Sintering ……………………... 29 Gambar 2.8 Skematis prinsip indentasi dengan metode Brinell ………………...…. 32 Gambar 2.9 Hasil indentasi Brinell berupa jejak berbentuk lingkaran dengan ukuran diameter dalam skala mm …………………………………...… 33 Gambar 2.10 Skematis prinsip indentasi dengan metode Vickers ……………….... 34 Gambar 3.1 Cetakan ……………………………………………………………….. 37 Gambar 3.2 Timbangan digital …………………………………………………..… 38
Gambar 3.3 Mixer ………………………………………………………………….. 39 Gambar 3.4 Oven …………………………………………………………………... 39 Gambar 3.5 Pressure gauge ……………………………………………………….. 40 Gambar 3.6 furnce …………………………………………………………………. 41 Gambar 3.7 Hardness tester ……………………………………………………..… 41 Gambar 3.8 Digital mikroskop …………………………………………………..… 42 Gambar 3.9 Fly ash (abu terbang batubara) ……………………………………..… 43 Gambar 3.10 Phenolic resin ……………………………………………………….. 43 Gambar 3.11 Grafit ……………………………………………………………….... 44 Gambar 3.12 Serbuk besi …………………………………………………………... 45 Gambar 3.13 NBR (Nitril Butadiene Rubber) ……………………………………... 45 Gambar 3.14 Barium sulfat (BaSO4) …………………………………………….… 46 Gambar 3.15 Skematis prinsip indentasi dengan metode Rockwell ……………….. 51 Gambar 3.16 Diagram alir penelitian …………………………………………….... 53 Gambar 4.1. (a). Spesimen komposit abu terbang batubara/pheolic (b). Spesimen komposit abu terbang batubara/pheolic setelah dilakukan pengujian kekerasan …………………………………………………. 55
Gambar 4.2. Grafik kekerasan komposit abu terbang batubara/phenolic sebagai fungsi temperatur pada proses hot pressing …………………………. 60 Gambar 4.3. Hasil foto makro perbesaran 1000 x spesimen T1 temperatur 200˚C dengan nilai kekerasan terendah … ………………………….... 63 Gambar 4.4. Hasil foto makro perbesaran 1000 x spesimen T6 temperatur 250˚C dengan nialai kekeraan tertinggi … …………………………… 64 Gambar 4.5. Grafik kekerasan komposit abu terbang batubara/phenolic sebagai fungsi tekanan pada proses hot pressing …………………………….. 66 Gambar 4.6. Hasil foto makro perbesaran 1000 x spesimen P1 tekanan 40 MPa dengan nilai kekerasan terendah ……………………………. 69 Gambar 4.7. Hasil foto makro perbesaran 1000 x spesimen P3 tekanan 80 MPa dengan nilai kekerasan tertinggi ………………………….… 69 Gambar 4.8. Hasil foto makro perbesaran 1000 x spesimen T2 variasi temperatur 210 ˚C ………………………………………………………………... 70 Gambar 4.9. Hasil foto makro perbesaran 1000 x spesimen T3 variasi temperatur 220 ˚C ………………………………………………………………... 71 Gambar 4.10. Hasil foto makro perbesaran 1000 x spesimen T4 variasi temperatur 230 ˚C …………………………………………………………………71
Gambar 4.11. Hasil foto makro perbesaran 1000 x spesimen T5 variasi temperatur 240 ˚C ………………………………………………….. 72 Gambar 4.12. Hasil foto makro perbesaran 1000 x spesimen P2 variasi tekanan 60 MPa …………………………………………………….. 72 Gambar 4.13. cross-link pada phenolic ……………………………………………. 75 Gambar 4.14. struktur cross-link pheolic ……………………………………………..… 76 Gambar 4.15. Struktur ikatan kimia Nitrile Butadiene Rubber …………………..... 77
I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Komposit merupakan salah satu jenis material yang saat ini sedang dikembangkan penggunaannya untuk berbagai hal, seperti untuk kampas rem berbagai macam kendaraan dan komponen lain dari kendaraan, juga berbagai macam peralatan yang membutuhkan kekuatan yang tinggi tetapi ringan. Komposit adalah gabungan material yang terdiri dari dua atau lebih komponen material penyusun, baik secara mikro maupun secara makro yang berbeda bentuk dan komposisi kimianya.
Salah satu campuran bahan komposit adalah dari bahan sisa pembakaran batubara atau lebih dikenal dengan fly ash. Di Indonesia produksi fly ash dari pembangkit listrik terus meningkat tetapi tidak dimanfaatkan secara maksimal, dimana data pada tahun 2000 tercatat jumlahnya mencapai 1,66 juta ton dan diperkirakan akan meningkat mencapai 2 juta ton pada tahun 2006. Besarnya jumlah fly ash dari sisa pembakaran batubara pembangkit listrik yang dihasilkan dari tahun ke tahun tidak sebanding dengan cara penanggulangan dan pemanfaatannya yang masih terbatas pada penimbunan di lahan kosong atau bahkan terbuang begitu saja (Yusman Zamzani,2013).
2
Fly ash Tarahan mengandung unsur kimia SiO2 dan Al2O3 lebih banyak dibandingkan dengan unsur lain yang terkandung, seperti Fe2O3, CaO, MgO, dan Alkali, juga terkandung beberapa unsur logam berat yaitu Cu, Pb, Zn, Cd, dan Cr. Kandungan silika yang dominan pada fly ash memungkinkan fly ash dapat digunakan untuk bahan material tahan panas karena sifat silikat yang mampu menahan temperatur yang tinggi, dan semakin banyak kandungan kalsium oksida maka semakin tinggi kemampuan untuk mengikat.
Pada penelitian Muhammad Syahid, dkk (2011) bahwa komposisi fly ash dalam matrik memberikan pengaruh terhadap nilai kekerasan. Untuk nilai kekerasan tertinggi yaitu 94 HRB pada komposisi 60 % resin dan 40 % fly ash dan nilai kekerasan terkecil 73.33 HRB pada komposisi 40 % resin dan 60 % fly ash. Dapat dilihat dari hasil nilai kekerasan yang diperoleh pada penelitian Muhammad syahid, dkk menunjukkan adanya komposisi tertentu yang
menghasilkan
kekuatan
yang
optimal
sesuai
dengan
kaidah
pencampuran dalam komposit. Kekerasan yang tinggi diakibatkan oleh adanya partikel penguat pada matriks, dalam hal ini fly ash batubara. Namun penambahan partikel yang berlebih akan menyebabkan kekerasan turun kembali karena ikatan antara partikel dengan matriks menjadi berkurang setelah melewati batas optimum , distribusi partikel tidak merata dan terjadi void pada komposit yang mempengaruhi kekerasannya.
Pada penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh E.Surojo,dkk (2014), tentang efek dari phenolic resin dan fly ash terhadap koefisien gesekan
3
kampas rem komposit. Proses hot pressing komposit fly ash/phenolic yaitu dengan tekanan 40 MPa pada suhu 150˚C - 165˚C selama 8 menit, koefisien gesekan berkurang pada phenolic 20% sementara pada phenolic 30% dan 40%
koefisien
gesekan
relative
stabil.
Hasil
menunjukan
bahwa koefisien dari gesekan berkurang dengan bertambahnya fraksi volume phenolic
dan
fly
ash,
Phenolic resin tidak mempengaruhi
sensitivitas
koefisien gesek sebaliknya fly ash mempengaruhi sensitivitas keofisien dari gesekan.
Temperatur dan tekana pada proses hot pressing berpengaruh pada struktur mikro komposit, menurut penelitian yang dilakukan (Gustini,2010), temperatur dan tekana pada proses hot pressing berpengaruh terhadap densitas sehingga berpengaruh langsung terhadap nilai kekerasan komposit. Hot pressing pada temperatur 540˚C dengan tekanan 120 MPa yaitu sebesar 418,7 VHN hal ini terjadi karena densitasnya juga optimal, dan akan turun pada temperatur hot pressing 520˚ C yaitu 245,8 VHN.
Pada
penelitian
(Zulfikar,2010),
terlihat
temperatur
dan
tekanan
mempengaruhi porositas yang berdampak langsung pada sifat mekanik komposit tersebut, ikatan dan distribusi antar partikel sangat dipengaruhi oleh temperatur dan tekanan, hasil optimum terjadi pada temperatur 550˚C dengan fraksi berat penguat 5% fly ash. Dengan alasan pada penelitian sebelumnya yang telah dilakukan oleh Gustini (2010) dan Zulfikar (2010) tentang pengaruh yang terjadi dengan komposit pada proses hot pressing, Pada
4
penelitian
ini
akan
dilakukan
pembuatan
komposit
abu
terbang
batubara/phenolic dengan menggunakan variasi tekanan dan temperatur pada proses hot pressing. Sehingga nantinya dapat diketahui pengaruh tekanan dan temperatur
tertentu
terhadap
kekerasan
komposit
abu
terbang
batubara/phenolic.
1.2 Tujuan
Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh tekanan dan temperatur pada proses hot pressing terhadap sifat kekerasan komposit abu terbang batubara/phenolic.
1.3 Batasan Masalah
Adapun batasan masalah dari penlitian ini, yaitu: 1. Bahan yang akan diuji adalah bahan komposit berbahan abu terbang batubara/phenolic, dengan persentase matrik phenolic 60%, penguat abu terbang batubara, grafit, serbuk besi 15%, pengisi barium sulfat 10%, dan NBR (Nitril Butadiene Rubber) 15% 2. Variasi temperatur yang digunakan 200˚C, 210˚C, 220˚C, 230˚C, 240˚C, 250˚C, dan variasi tekanan 40 MPa, 60 MPa, dan 80 MPa. 3. Metode pembuaatan dengan menggunakan proses hot pressing komposit 4. Pengujian sifat mekanik yang dilakukan adalah pengujian kekerasan dengan metode Rockwell.
5
1.4 Sistematika Penulisan
Adapun sistematis penulisan dari penelitian ini adalah sebagai berikut : I. PENDAHULUAN Pada bab ini tardiri dari latar belakang, tujuan, batasan masalah,dan sistematika penulisan.
II. TINJAUAN PUSTAKA Pada bab ini memuat teori mengenai hal-hal yang berkaitan dengan penelitian ini. III. METODOLOGI PENELITIAN Pada bab ini terdiri atas hal-hal yang berhubungan dengan pelaksanaan penelitian, yaitu tempat penelitian, bahan penelitian, peralatan, dan prosedur pengujian.
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN Pada bab ini berisikan hasil dan pembahasan dari data-data yang diperoleh saat pengujian dilaksanakan.
V.SIMPULAN DAN SARAN Pada bab ini berisi hal-hal yang dapat disimpulkan dan saran-saran yang ingin di sampaikan dari penelitian ini.
6
DAFTAR PUSTAKA Memuat referensi yang digunakan penulis untuk menyelesaikan laporan tugas akhir.
LAMPIRAN Berisikan lampiran yang diperoleh sebagai pendukung dan peneyempurna laporan tugas akhir.
II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Komposit Pengertian bahan komposit berarti terdiri dari dua atau lebih bahan yang berbeda yang digabung atau dicampur secara makroskopis menjadi suatu bahan yang berguna (Jones, 1975).
Bahan komposit merupakan bahan gabungan secara makro, maka bahan komposit dapat didefinisikan sebagai suatu sistem material yang tersusun dari campuran/kombinasi dua atau lebih unsur-unsur utama yang secara makro berbeda di dalam bentuk dan atau komposisi material yang pada dasarnya tidak dapat dipisahkan (Schwartz, 1984).
Bahan komposit secara umum terdiri dari penguat dan matrik, penguat komposit pada umumnya mempunyai sifat kurang ulet tetapi lebih kaku serta lebih kuat. Fungsi utama dari penguat adalah sebagai penopang kekuatan dari komposit, sehingga tinggi rendahnya kekuatan komposit sangat tergantung dari penguat yang digunakan, karena tegangan yang dikenakan pada komposit mulanya diterima oleh matrik akan diteruskan kepada penguat, sehingga penguat akan menahan beban sampai beban maksimum. Oleh karena itu
8
penguat harus mempunyai tegangan tarik dan modulus elastisitas yang lebih tinggi dari pada matrik penyusun komposit. Matriks mempunyai fungsi sebagai berikut : 1. Mentransfer tegangan ke serat. 2. Membentuk ikatan koheren, permukaan matrik/serat. 3. Melindungi serat. 4. Memisahkan serat. 5. Melepas ikatan. 6. Tetap stabil setelah proses manufaktur. Tujuan dibuatnya komposit yaitu memperbaiki sifat mekanik atau sifat spesifik tertentu, mempermudah desain yang sulit pada manufaktur, keleluasaan dalam bentuk atau desain yang dapat menghemat biaya produksi, dan menjadikan bahan lebih ringan. komposit yang diproduksi oleh suatu instansi atau pabrik biasanya dapat diprediksi sifat mekanik dari bahan komposit berdasarkan bahan matrik dan bahan penguatnya (Callister, 2007).
Adapun beberapa sifat mekanik yang dapat diprediksi dari komposit yaitu kekuatan tarik dan kelayakan sebagai material komposit (validitas komposit). Dalam komposit kekuatan tarik dipengaruhi oleh kekuatan interface-nya. Dari pengujian kekuatan interface sangat sulit ditentukan karena prosesnya yang tidak sederhana. Sehingga hasil pengujian juga sangat sulit ditentukan karena adanya faktor teknis pembuatan spesimen. Untuk komposit polimer/serat , perbedaan campuran unsur matrik dan perbedaan serat juga menghasilkan
9
kekuatan adhesive yang berbeda sehingga tidak jarang serat akan putus sebelum terlepas dari matriknya (Matthew, 1999).
Adapun besarnya kekuatan tarik yang dihasilkan oleh komposit polimer/serat dapat prediksi dengan menggunakan persamaan 2.1. Berdasarkan persamaan ini dapat digunakan oleh peneliti sejauh untuk mengetahui sejauh mana besarnya kekuatan tarik yang dihasilkan oleh komposit berdasarkan matrik dan penguat penyusunnya. Berikut ini persamaan tensile prediction. …………………………………………………………………………………………. ( . )
dengan: σc = kekuatan tarik komposit (MPa) σm = kekuatan tarik matrik (MPa) σf = kekuatan tarik penguat (MPa) Vm = fraksi volume matrik V f = fraksi volume penguat Jumlah kandungan serat dalam komposit, merupakan hal yang menjadi perhatian khusus pada komposit berpenguat serat. Untuk memperoleh komposit berkekuatan tinggi, distribusi serat dengan matrik harus merata pada proses pencampuran agar mengurangi timbulnya void. Untuk menghitung fraksi volume parameter yang harus diketahui adalah densitas resin, densitas penguat, massa matrik dan massa penguat. Adapun fraksi volume yang ditentukan dengan persamaan :
10
=
= =
… … … … … … … … … … . … … … … … … … … … . … (2.2)
=1−
… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . (2.3)
Jika selama pembuatan komposit diketahui berat penguat dan berat matrik, serta densitas penguat dan densitas matrik, maka fraksi volume dan fraksi penguat dapat dihitung dengan persamaan:
=
+
… … … … … … … … … … … … … … … … … … . … … . . (2.4)
Dengan : Wf = fraksi berat penguat w f = berat penguat (gr) wc = berat komposit (gr) -3
ρf = densitas penguat (gr.cm ) -3
ρc = densitas komposit (gr.cm ) vf = fraksi volume penguat vm = fraksi volume matrik 3
V f = volume penguat (cm ) 3
Vm = volume matrik (cm )
11
2.1.1 Komposit Berdasarkan Bentuk Penguat Berdasarkan bentuk penguatnya, secara garis besar komposit diklasifikasikan menjadi tiga macam, yaitu: komposit partikel, komposit serat dan komposit lapis. 1. Komposit partikel (particulate composites) Merupakan komposit yang menggunakan partikel serbuk sebagai penguatnya dan terdistribusi secara merata dalam matriknya. Komposit partikel banyak dibuat untuk bahan baku industri. Proses produksi yang mudah juga menjadi salah satu pertimbangan bila komposit akan diproduksi massal. Kelayakan bahan komposit partikel yang telah dibuat dapat diketahui dengan melakukan pendekatan uji validitas. Adapun pendekatan yang dimaksud yaitu dengan mengetahui modulus elastisitas komposit dalam rentang batas atas (upper bound) dan batas bawah (lower bound), berikut adalah gambar dari komposit partikel.
Gambar 2.1 Komposit partikel (Schwartz,1984)
12
2. Komposit serat (fibrous composites) Komposit serat adalah komposit yang terdiri dari serat dan matriks. 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 matrik penyusun komposit. Pemilihan serat atau penguat penyusun pada komposit juga harus mempertimbangkan beberapa hal salah satunya harga. Hal ini penting karena sebagai pertimbangan bila akan digunakan pada skala produksi besar. Jenis komposit serat terbagi menjadi 4 macam yaitu a.
Continous fiber composite (komposit diperkuat dengan serat kontinue),
b.
Woven fiber composite (komposit diperkuat dengan serat anyaman),
c. Chopped
fiber
composite
(komposit
diperkuat
serat
pendek/acak), d. Hybrid composite (komposit diperkuat serat kontinyu dan serat acak).
13
Gambar 2.2 Jenis jenis komposit serat (Schwartz,1984).
3. Komposit lapis (laminates composites) Jenis komposit ini terdiri dari dua lapis atau lebih yang digabung menjadi satu dan setiap lapisnya memiliki karakteristik sifat sendiri. Contoh komposit ini yaitu bimetal, pelapisan logam, kaca yang dilapisi, dan komposit lapis serat, berikut gambaran untuk komposit lapis.
Gambar 2.3 Komposit lapis (Schwartz,1984).
14
2.1.2 Komposit Berdasarkan Jenis Matrik yang digunakan Berdasarkan jenis matrik yang digunakan komposit dapat dibagi kedalam tiga kelompok utama yaiu : 1. Komposit matrik logam (metal matrix composites/MMC) Komposit matrik logam (metal matrix composites) ditemukan berkembang pada industri otomotif, Metal matrix composites adalah salah satu jenis komposit yang memiliki matrik logam. Bahan ini menggunakan suatu logam seperti aluminium sebagai matrik dan penguatnya dengan serat seperti silikon karbida . Material MMC mulai dikembangkan sejak tahun 1996. Pada mulanya yang diteliti adalah continous filamen MMC yang digunakan dalam aplikasi aerospace. Contoh : alumunium beserta paduannya, titanium beserta paduannya, magnesium beserta paduannya. Kelebihan MMC dibandingkan dengan komposit polimer yaitu : a. Transfer tegangan dan regangan yang baik. b. Ketahanan terhadap temperature tinggi c. Tidak menyerap kelembapan. d. Tidak mudah terbakar. e. Kekuatan tekan dan geser yang baik. f. Ketahanan aus dan muai termal yang lebih baik Kekurangan MMC : a. Biayanya mahal b. Standarisasi material dan proses yang sedikit
15
Sifat Matrik pada MMC : a. Mempunyai keuletan yang tinggi b. Mempunyai titik lebur yang rendah c. Mempunyai densitas yang rendah Aplikasi MMC, yaitu sebagai berikut : a. Komponen automotive (blok-silinder-mesin, pully, poros garden) b. Peralatan militer (sudu turbin,cakram kompresor,dll) c. Aircraft (rak listrik pada pesawat terbang) d. Peralatan elektronik 2. Komposit matrik keramik (ceramic matrix composites/CMC) Komposit matrik keramik (ceramic matrix composites) digunakan pada lingkungan bertemperatur sangat tinggi, CMC merupakan material 2 fasa dengan 1 fasa berfungsi sebagai penguat dan 1 fasa sebagai matrik, dimana matriksnya terbuat dari keramik. bahan ini menggunakan keramik sebagai matrik dan diperkuat dengan serat pendek, atau serabut-serabut (whiskers) dimana terbuat dari silikon karbida atau boron nitrida. Penguat yang umum digunakan pada CMC adalah oksida, carbide, dan nitrid. Salah satu proses pembuatan dari CMC yaitu dengan proses DIMOX, yaitu proses pembentukan komposit dengan reaksi oksidasi leburan logam untuk pertumbuhan matriks keramik disekeliling daerah penguat.
16
Matrik yang sering digunakan pada CMC adalah : a. Gelas anorganic. b. Keramik gelas c. Alumina d. Silikon Nitrida Keuntungan dari CMC : a. Dimensinya stabil bahkan lebih stabil daripada logam b. Sangat tanggung , bahkan hampir sama dengan ketangguhan dari cast iron c. Mempunyai karakteristik permukaan yang tahan aus d. Unsur kimianya stabil pada temperature tinggi e. Tahan pada temperatur tinggi (creep) f. Kekuatan & ketangguhan tinggi, dan ketahanan korosi Kerugian dari CMC a. Sulit untuk diproduksi dalam jumlah besar b. Relatif mahal dan hanya untuk aplikasi tertentu Aplikasi CMC, yaitu sebagai berikut : a. Chemical processing contohnya filters, membranes, seals, liners, piping, hangers b. Power generation contohnya combustorrs, vanrs, nozzles, recuperators, heat exchange tubes, liner c. Wate inineration contohnya furnace part, burners, heat pipes, filters, sensors.
17
d. Kombinasi dalam rekayasa wisker SiC/alumina polikristalin untuk perkakas potong. e. Serat grafit/gelas boron silikat untuk alas cermin laser. f. Grafit/keramik gelas untuk bantalan,perapat dan lem. g. SiC/litium aluminosilikat (LAS) untuk calon material mesin panas.
3. Komposit matrik polimer (polymer matrix composites/PMC) Komposit ini menggunakan bahan polimer sebagai matriknya. Secara umum, sifat-sifat komposit polimer ditentukan oleh sifatsifat penguat,Sifat-sifat polimer,rasio penguat terhadap polimer dalam komposit (fraksi volume penguat), geometri dan orientasi penguat pada komposit. (Daniel Andri Porwanto, 2011) Apapun komposit polimer yang digunakan dalam bahan komposit akan memerlukan sifat-sifat berikut: a. Sifat-sifat mekanis yang bagus b. Sifat-sifat daya rekat yang bagus c. Sifat-sifat ketangguhan yang bagus d. Ketahanan terhadap degradasi lingkungan bagus sifat-sifat mekanis yang bagus. Komposit polimer memiliki beberapa sifat yaitu biaya pembuatan lebih rendah, dapat dibuat dengan produksi missal, ketangguhan baik, tahan simpan, siklus pabrikasi dapat dipersingkat, kemampuan mengikuti bentuk, lebih ringan. Adapun keuntungan
18
dari PMC adalah ringan, specific stiffness tinggi, Specific strength tinggi, Anisotropy. Aplikasi PMC, yaitu sebagai berikut : a) Matrik berbasis poliester dengan serat gelas - Alat-alat rumah tangga - Panel pintu kendaraan - Lemari perkantoran - Peralatan elektronika. b). Matrik berbasis termoplastik dengan serat gelas contohnya kotak air radiator. c). Matrik berbasis termoset dengan serat carbon - Rotor helikopter - Komponen ruang angkasa - Rantai pesawat terbang
2.2 Abu Terbang Batubara Abu terbang batubara adalah bagian dari sisa pembakaran batubara yang berbentuk partikel halus dan abu tersebut merupakan bahan anorganik yang terbentuk dari perubahan bahan mineral (mineral matter) karena proses pembakaran, pada gambar 2.4 merupakan bentuk dari abu terbang batubara.
19
Gambar 2.4 Abu terbang batubara
Dari proses pembakaran batubara pada unit penmbangkit uap (boiler) akan terbentuk dua jenis abu yaitu abu terbang (fly ash) dan abu dasar (bottom ash) Komposisi abu batubara yang dihasilkan terdiri dari 10 - 20 % abu dasar, sedang sisanya sekitar 80 - 90 % berupa abu terbang. Abu terbang ditangkap dengan electric precipitator sebelum dibuang ke udara melalui cerobong. Menurut ACI Committee 226, dijelaskan bahwa abu terbang (fly ash) mempunyai butiran yang cukup halus, yaitu lolos ayakan No. 325 (45 mili mikron) 5 – 27 % dengan spesific gravity antara 2,15 – 2,6 dan berwarna abuabu kehitaman. Abu batubara mengandung silika dan alumina sekitar 80 % dengan sebagian silika berbentuk amorf. Sifat-sifat fisik abu batubara antara lain densitasnya 2,23 gr/cm3, kadar air sekitar 4 % dan komposisi mineral yang dominan adalah α-kuarsa dan mullite. Selain itu abu batubara mengandung SiO2 = 58,75 %, Al2O3 = 25,82 %, Fe2O3 = 5,30 % CaO = 4,66 %, alkali = 1,36 %, MgO = 3,30 % dan bahan lainnya = 0,81 %. Beberapa logam berat yang terkandung dalam abu batubara seperti tembaga (Cu), timbal (Pb), seng (Zn), kadmium (Cd), chrom (Cr) (Misbachul munir, 2008).
20
Pada table 2.1 menjelaskan kandungan logam pada abu batubara Bukit Asam dan Ombilin. Table 2.1 Kandungan Logam Berat Pada Abu Batubara Kandungan Logam Berat(ppm) No
Jenis Abu Batubara Cu
Pb
Zn
Cd
Cr
1
Abu batubara Bukit Asam
298
19
391
11
224
2
Abu batubara Ombilin
87
15
153
tt
120
Sumber : Puslitbang Teknologi Mineral dan Batubara, Departemen ESDM, 2003
Faktor-faktor yang mempengaruhi sifat fisik, kimia dan teknis dari fly ash adalah tipe batubara, kemurnian batubara, tingkat penghancuran, tipe pemanasan dan operasi, metoda penyimpanan dan penimbunan. Adapun komposisi kimia dan klasifikasinya seperti dapat dilihat pada Tabel 2.2 Komposisi dan Klasifikasi Fly ash.
Tabel 2.2 Komposisi dan Klasifikasi Fly ash
SiO2
Bituminus (%) 20-60
Subbituminus (%) 40-60
Lignit (%) 15-45
Al2O3
5-35
20-30
20-25
Fe2O3
10-40
4-10
4-15
CaO
1-12
5-30
15-40
MgO
0-5
1-6
3-10
SO3
0-4
0-2
0-10
Na2O
0-4
0-2
0-6
K2O
0-3
0-4
0-4
LOI
0-15
0-3
0-5
Komponen
21
Menurut ASTM C618 fly ash dibagi menjadi dua kelas yaitu fly ash kelas F dan kelas C. Perbedaan utama dari kedua ash tersebut adalah banyaknya calsium, silika, aluminium dan kadar besi di ash tersebut. Walaupun kelas F dan kelas C sangat ketat ditandai untuk digunakan fly ash yang memenuhi spesifikasi ASTM C618, namun istilah ini lebih umum digunakan berdasarkan asal produksi batubara atau kadar CaO. Yang penting diketahui, bahwa tidak semua fly ash dapat memenuhi persyaratan ASTM C618, kecuali pada aplikasi untuk beton, persyaratan tersebut harus dipenuhi. Fly ash kelas F: merupakan fly ash yang diproduksi dari pembakaran batubara anthracite atau bituminous, mempunyai sifat pozzolanic dan untuk mendapatkan sifat cementitious harus diberi penambahan quick lime, hydrated lime, atau semen. Fly ash kelas F ini kadar kapurnya rendah (CaO < 10%). Fly ash kelas C: diproduksi dari pembakaran batubara lignite atau subbituminous selain mempunyai sifat pozolanic juga mempunyai sifat selfcementing (kemampuan untuk mengeras dan menambah strength apabila bereaksi dengan air) dan sifat ini timbul tanpa penambahan kapur. Biasanya mengandung kapur (CaO) > 20% (Sri Prabandiyani Retno Wardani, 2008)
2.3 Karakteristik serbuk Selain komposisi kimia yang menentukan sifat akhir komponen, sifat serbuk awal yang akan diproses juga mempengaruhi sifat produk akhir yang dihasilkan. Hal ini sangat penting untuk menentukan sifat mekanis dari hasil kompaksi serbuk serta karakteristik-karakteristik lainnya yang meliputi ukuran
22
serbuk, berat jenis serbuk, mampu alir serbuk (flowability), dan mampu tekan serbuk (compressability). Sesuatu dapat dikatakan serbuk apabila merupakan suatu padatan yang memiliki ukuran dimensi lebih kecil dari pada 1 mm.
2.3.1.Ukuran dan distribusi partikel serbuk Ukuran serbuk dapat didefinisikan sebagai ukuran linier pertikel yang kecil. Ukuran pertikel biasanya dilambangkan dengan ukuran mikron (µm). Ukuran partikel akan berpengaruh terhadap porositas dan densitas serta sifat mekanisnya. Ukuran partikel juga menentukan stabilitas dimensi, pelepasan gas yang tertangkap dan karakteristik selama proses pencampuran. Semakin halus ukuran partikel, maka akan semakin besar berat jenis bahan tersebut. Sedangkan distribusi ukuran partikel adalah pengelompokan besar pertikel dalam berbagai ukuran yang bertujuan untuk menghasilkan pengukuran kerapatan maksimum suatu partikel. Distribusi partikel ini sangat berpengaruh terhadap kemampuan saling isi partikel untuk mendapatkan volume terpadat.
Berikut ini adalah pengaruh ukuran partikel serbuk terhadap karakteristik serbuk: a) Ukuran partikel serbuk yang halus lebih digunakan untuk proses kompaksi serbuk yang keras atau getas seperti: tungsten dan alumina, karna dengan meningkatnya gesekan akan membantu meningkatkan kekuatan adhesif sehingga memudahkan proses selanjutnya.
23
b) Serbuk yang halus memiliki luas permukaan antar partikel yang lebih banyak sehinnga luasnya permukaan akan meningkatkan mekanisme ikatan antar partikel secara difusi saat proses pemanasan. c) Dengan partikel serbuk yang kasar, maka dapat lebih mudah didapatkan berat jenis yang lebih seragam pada saat kompasi, akan tetapi sifat hasil pemanasannya kurang baik dibandingkan dengan partikel yang lebih halus karna rendahnya luas antar partikel yang menyebabkan sedikitnya difusi yang terjadi sehingga menurunkan sifat mekanisnya. 2.3.2. Bentuk partikel serbuk Bentuk partikel serbuk merupakan faktor penting terhadap sifat massa serbuk, seperti efisiensi pemadatan serbuk, mampu alir serbuk, dan mampu
tekan
serbuk.
Bentuk
partikel
serbuk
yang
besar
mempengaruhi besarnya kontak antar pertikel sehingga besarnya gaya gesekan antar partikel dihubungkan dengan luas permukaan partikel serbuk. Bentuk partikel serbuk juga bepengaruh pada perpindahan serbuk
saat
mempengaruhi
proses
penekanan,
perpindahan
massa
yang pada
pada
akhirnya
proses
akan
pemanasan.
Berdasarkan standar ISO 3252, bentuk serbuk dapat diklasifikasikan sebagai berikut:
a) Spherical
: Berbentuk bulat.
b) Angular
: Berbentuk polihedral kasar dengan tepi tajam.
c) Acicular
: Berbentuk jarum.
d) Irregular
: Berbentuk tidak beraturan.
24
e) Flake
: Berbentuk serpihan.
f) Fibrous
: Berbentuk serabut yang beraturan ataupun tidak
g) Dendritic
: Berbentuk kristalin dan bercabang.
h) Granular
: Berbentuk hampir bulat.
i) Nodular
: Berbentuk bulat dan tidak beraturan.
2.3.3. Berat jenis serbuk Berat jenis serbuk dapat didefinisikan sebagai tingkat kerapatan dari serbuk. Pada metode metalurgi serbuk terdapat beberapa terminologi mengenai pengertian berat jenis yaitu: a) Apparent density atau bulk density didefinisikan sebagai berat per satuan volume dari serbuk. b) Tap density didefinisikan sebagai berat jenis tertinggi yang dicapai dengan vibrasi tanpa aplikasi tekanan luar. c) Green density didefinisikan sebagai berat jenis serbuk setelah serbuk mengalami penekanan kompaksi untuk proses pemanasan. d) Theoritical density didefinisikan sebagai berat jenis sesungguhnya dari material serbuk ketika material serbuk ditekan hingga menghasilkan serbuk tanpa pori.
2.3.4. Mampu alir serbuk (Flowability) Mampu
alir
serbuk
merupakan
karakteristik
serbuk
yang
menggambarkan sifat alir dan kemampuan serbuk untuk dapat memenuhi ruang cetakan dan beberapa faktor yang mempengaruhi
25
mampu alir serbuk adalah bentuk serbuk, berat jenis serbuk, distribusi ukuran partikel, dan kelembaban serbuk.
2.3.5. Mampu tekan (Compressibility) Mampu tekan merupakan perbandingan volume serbuk mula-mula dengan volume benda yang ditekan yang nilainya berbeda-beda tergantung distribusi ukuran serbuk dan bentuk serbuk. Mampu tekan menunjukan bahwa densitas merupakan fungsi dari tekanan yang diberikan. Serbuk yang halus akan memiliki mampu tekan yang lebih tinggi dari pada serbuk yang kasar. Mampu tekan serbuk juga dipengaruhi oleh efek gesekan antar partikel. 2.3.6. Pencampuran (Mixing) Karakteristik serbuk mempunyai
peranan yang penting dalam
tercapainya hasil campuran yang seragam. Makin tinggi gesekan antar partikel akan menjadikan proses pencampuran makin sulit. Friksi akan meningkat oleh beberapa faktor diantaranya ukuran partikel yang makin kecil, bentuk partikel tidak beraturan, koefisien gesek partikel yang makin tinggi. Pada umumnya, ukuran partikel serbuk yang seragam akan memudahkan untuk mendapatkan hasil pencampuran yang seragam. Partikel yang besar memiliki kemungkinan yang tinggi untuk mengalami segregasi. Salah satu kendala dalam proses pencampuran adalah jika serbuk yang akan dicampur memiliki densitas yang berbeda sehingga sulit untuk mendapatkan hasil campuran yang seragam. Serbuk yang memiliki densitas lebih kecil
26
akan terakumulasi diatas serbuk yang densitasnya lebih tinggi sehingga terjadi segregasi.
2.4 Pembentukan dan Pencampuran Serbuk Proses pembentukan komposit menggunakan metalurgi serbuk dilakukan dengan mencampurkan unsur-unsur serbuk yang dipadukan, kemudian baru dilakukan pemadatan.Proses pembuatan serbuk dapat dilakukan melalui berbagai
proses
yaitu,
permesinan,
penggilingan,
proses
reduksi,
pengendapan elektrolit, atomisasi, dan shotting. Setelah proses pembuatan serbuk maka proses selanjutnya yaitu proses pencampuran serbuk Kualitas produk sangat dipengaruhi kehomogenan komponen penyusun bahan melalui proses pencampuran atau yang juga biasa disebut sebagai proses kalsinasi. Proses pencampuran ada dua macam yaitu blending (proses yang bertujuan untuk menyamakan ukuran butiran) dan mixing (proses pencampuran yang bertujuan agar butiran merata secara kimia). Pencampuran juga dapat dilakukan dalam keadaan kering (dry mixing) dan basah (wet mixing). Gambar 2.6 menunjukkan proses pencampuran dua jenis serbuk yang berbeda disertai proses compacting dan sintering. Komposisi paduan tersebut dicampur dengan perbandingan jumlah yang sesuai agar didapatkan pencampuran homogen. Seperti yang terlihat pada gambar 2.5 partikel yang dibentuk hasil pencampuran (Hadrian kariman, dkk.2009).
27
Gambar 2.5 Partikel yang dibentuk hasil pencampuran (Hadrian kariman, dkk.2009)
2.5 Compacting Compacting adalah suatu cara untuk memadatkan serbuk menjadi bentuk yang diinginkan. Terdapat beberapa metode penekanan, diantaranya, penekanan dingin (cold compacting) dan penekanan panas (hot compacting). Cold compacting yaitu memadatkan serbuk pada tempetatur ruang untuk menghasilkan green body. Sedangkan penekanan panas (hot compacting) yaitu proses pemadatan serbuk yang diiringi dengan pemanasan (sintering). Umumnya digunakan untuk serbuk yang tidak mudah teroksidasi.Bahanbahan dengan kekerasan rendah, seperti aluminium, kuningan, dan perunggu memerlukan tekanan pemadatan yang rendah.Bahan-bahan dengan kekerasan tinggi seperti besi, baja, dan nikel paduan memerlukan tekanan pemadatan yang tinggi. Semakin tinggi tekanan pemadatan akan menaikkan berat jenis hingga kondisi optimum. Proses pemadatan serbuk saat penekanan (compacting) ditunjukkan pada gambar 2.6
28
Gambar 2.6 Proses Penekanan Serbuk (Hadrian kariman, dkk.2009)
2.6 Sintering Sintering adalah proses pemanasan sampai temperatur tinggi yang menyebabkan bersatunya partikel dan meningkatnya efektivitas reaksi tegangan permukaan. Selama proses ini terbentuk batas-batas butir yang merupakan tahap rekristalisasi dan gas-gas yang ada menguap. Temperatur sinter umumnya berada pada 0.7-0.9 dari temperatur cair serbuk utama. Untuk waktu pemanasan tergantung dari jenis logam dan tidak diperoleh manfaat tambahan dengan diperpanjangnya waktu pemanasan.Gambar 2.7 menunjukkan bentuk partikel serbuk saat sebelum dan sesudah sintering (Hadrian kariman, dkk.2009)
29
Gambar 2.7 Bentuk Partikel Sebelum dan Sesudah Sintering (Hadrian kariman, dkk.2009) Pada penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Widyastuti, dkk., (2008) melakukan penelitian tentang kompaktibilitas komposit isotropik Al/Al2O3 dengan variabel waktu tahan sinter. Pada penelitian ini komposit isotropik Al/Al2O3 dibuat dari aluminium sebagai matrik dan Al/Al2O3 sebagai penguat.Volume fraksi penguat yang digunakan adalah 10%, 20%, 30% dan 40%. Temperatur sintering 600˚ C dan gaya tekan kompaksi 15 kN. Pengujian yang dilakukan adalah uji tekan dan pengamatan metalografi. Hasil yang diperoleh adalah kompaktibilitas komposit Al/Al2O3 mencapai nilai optimum saat waktu tahan sintering 2 jam. Fraksi volume penguat terbaik adalah 40% dan waktu tahan sintering optimum adalah 2 jam. Toto, (2009) melakukan penelitian tentang hot pressing metalurgi serbuk aluminium dengan variasi suhu pressing (suhu ruang) 100˚C, 200˚C dan 300˚ C, pemanasan dan pengepresan menggunakan alat cetakan hot pressing metalurgi serbuk. Beban pengepresan adalah 5400 kg. Disinter dalam oven dengan temperatur 450ºC selama 60 menit. Dari hasil penelitian
30
menunujukkan bahwa semakin meningkatnya suhu hot pressing maka kekerasan bushing juga meningkat sedangkan laju keausannya menurun. E. Surojo (2014) melakukan proses hot pressing bahan komposit fly ash /phenolic dengan tekanan 40 MPa dan pada suhu sinter 150-165˚C selama 8 menit, kemudian dipanaskan dalam furnace pada 120˚C selama 1 jam, 150˚C selama 1 jam dan 180˚C untuk 8 jam. koefisien gesekan berkurang pada phenolic 20% sementara pada phenolic 30% dan 40% koefisien gesekan relative stabil. Hasil menunjukan bahwa koefisien dari gesekan berkurang dengan
bertambahnya fraksi volume
phenolic
dan
fly
ash,
Phenolic resin tidak mempengaruhi sensitivitas koefisien gesek sebaliknya fly ash mempengaruhi sensitivitas keofisien dari gesekan.
2.7 Pengujian Kekerasan kekerasan suatu material dapat didefinisikan sebagai ketahanan material tersebut terhadap gaya penekanan dari material lain yang lebih keras. Penekanan tersebut dapat berupa mekanisme penggoresan (scratching), pantulan ataupun indentasi dari material keras terhadap suatu permukaan benda uji (Akhmad Herman Yuwono,2009). Berdasarkan mekanisme penekanan tersebut, dikenal 3 metode uji kekerasan: 2.7.1 Metode gores Metode ini tidak banyak lagi digunakan dalam dunia metalurgi dan material lanjut, tetapi masih sering dipakai dalam dunia mineralogi. Metode ini dikenalkan oleh Friedrich Mohs yang membagi kekerasan material di dunia ini berdasarkan skala (yang kemudian dikenal sebagai
31
skala Mohs). Skala ini bervariasi dari nilai 1 untuk kekerasan yang paling rendah, sebagaimana dimiliki oleh material talk, hingga skala 10 sebagai nilai kekerasan tertinggi, sebagaimana dimiliki oleh intan. Dalam skala Mohs urutan nilai kekerasan material di dunia ini diwakili oleh: 1. Talc
6. Orthoclase
2. Gipsum
7. Quartz
3. Calcite
8. Topaz
4. Fluorite
9. Corundum
5. Apatite
10. Diamond (intan)
Prinsip pengujian: bila suatu mineral mampu digores oleh Orthoclase (no. 6) tetapi tidak mampu digores oleh Apatite (no. 5), maka kekerasan mineral tersebut berada antara 5 dan 6. Berdasarkan hal ini, jelas terlihat bahwa metode ini memiliki kekurangan utama berupa ketidak akuratan nilai kekerasan suatu material. Bila kekerasan mineral-mineral diuji dengan metode lain, ditemukan bahwa nilai-nilainya berkisar antara 1-9 saja, sedangkan nilai 9-10 memiliki rentang yang besar. 2.7.2 Metode elastik/pantul (rebound) Dengan metode ini, kekerasan suatu material ditentukan oleh alat Scleroscope yang mengukur tinggi pantulan suatu pemukul (hammer) dengan berat tertentu yang dijatuhkan dari suatu ketinggian terhadap permukaan benda uji. Tinggi pantulan (rebound) yang dihasilkan mewakili kekerasan benda uji. Semakin tinggi pantulan tersebut, yang ditunjukkan oleh dial pada alat pengukur, maka kekerasan benda uji dinilai semakin tinggi.
32
2.7.3 Metode indentasi Pengujian dengan metode ini dilakukan dengan penekanan benda uji dengan indentor dengan gaya tekan dan waktu indentasi yang ditentukan. Kekerasan suatu material ditentukan oleh dalam ataupun luas area indentasi yang dihasilkan (tergantung jenis indentor dan jenis pengujian). Berdasarkan prinsip bekerjanya metode uji kekerasan dengan cara indentasi dapat diklasifikasikan sebagai berikut: 1. Metode Brinell Metode ini diperkenalkan pertama kali oleh J.A. Brinell pada tahun 1900. Pengujian kekerasan dilakukan dengan memakai bola baja yang diperkeras (hardened steel ball) dengan beban dan waktu indentasi tertentu, sebagaimana ditunjukkan oleh Gambar 2.8. Hasil penekanan adalah jejak berbentuk lingkaran bulat, yang harus dihitung diameternya di bawah mikroskop khusus pengukur jejak. Contoh pengukuran hasil penjejakan diberikan oleh Gambar 2.9. Pengukuran nilai kekerasan suatu material diberikan oleh rumus:
=
(
)(
√
)
…………………………………………... (2.5)
33
Gambar 2.8 Skematis prinsip indentasi dengan metode Brinell (Akhmad Herman Yuwono,2009).
dimana P adalah beban (kg), D diameter indentor (mm) dan d diameter jejak (mm).
Prosedur standar pengujian mensyaratkan bola baja dengan diameter 10 mm dan beban 3000 kg untuk pengujian logam-logam ferrous, atau 500 kg untuk logam-logam non-ferrous. Untuk logam-logam ferrous, waktu indentasi biasanya sekitar 10 detik sementara untuk logamlogam nonferrous sekitar 30 detik. Walaupun demikian pengaturan beban dan waktu indentasi untuk setiap material dapat pula ditentukan oleh karakteristik alat penguji. Nilai kekerasan suatu material yang dinotasikan dengan ‘HB’ tanpa tambahan angka di belakangnya menyatakan kondisi pengujian standar dengan indentor bola baja 10 mm, beban 3000 kg selama waktu 1—15 detik. Untuk kondisi yang lain, nilai kekerasan HB diikuti angka-angka yang menyatakan kondisi pengujian. Contoh: 75 HB 10/500/30 menyatakan nilai kekerasan Brinell sebesar 75
34
dihasilkan oleh suatu pengujian dengan indentor 10 mm, pembebanan 500 kg selama 30 detik, seperti dapat dilihat pada gambar 2.9 berikut.
Gambar 2.9 Hasil indentasi Brinell berupa jejak berbentuk lingkaran dengan ukuran diameter dalam skala mm (Akhmad Herman Yuwono,2009).
2. Metode Vickers Pada metode ini digunakan indentor intan berbentuk piramida dengan sudut 136o, seperti diperlihatkan oleh Gambar 2.10. Prinsip pengujian adalah sama dengan metode Brinell, walaupun jejak yang dihasilkan berbentuk bujur sangkar berdiagonal. Panjang diagonal diukur dengan skala pada mikroskop pengujur jejak. Nilai kekerasan suatu material diberikan oleh: =
.
…………………………………………………… (2.6)
dimana d adalah panjang diagonal rata-rata dari jejak berbentuk bujur sangkar, skema dengan metode vikers dapat dilihat pada gambar 2.10.
35
Gambar 2.10 Skematis prinsip indentasi dengan metode Vickers (Akhmad Herman Yuwono,2009).
3. Metode Rockwell Berbeda dengan metode Brinell dan Vickers dimana kekerasan suatu bahan dinilai dari diameter/diagonal jejak yang dihasilkan maka metode Rockwell merupakan uji kekerasan dengan pembacaan langsung (direct-reading). Metode ini banyak dipakai dalam industri karena pertimbangan praktis. Variasi dalam beban dan indetor yang digunakan membuat metode ini memiliki banyak macamnya. Metode yang paling umum dipakai adalah Rockwell B (dengan indentor bola baja berdiameter inci dan beban 100 kg) dan Rockwell C (dengan indentor intan dengan beban 150 kg). Walaupun demikian metode Rockwell
36
lainnya juga biasa dipakai. Oleh karenanya skala kekerasan Rockwell suatu material harus dispesifikasikan dengan jelas. Contohnya 82 HRB, yang menyatakan material diukur dengan skala B: indentor 1/6 inci dan beban 100 kg. Berikut ini diberikan Tabel 2.3 yang memperlihatkan perbedaan skala dan range uji dalam skala Rockwell: Table 2.3 Skala pada Metode Uji Kekerasan Rockwell Scale
Major Load Kg
Type Of Indenter
Typical Materilas Tested
A
60
Diamond cone
B
100
1/4” ball
C
150
Diamond cone
D
100
Diamond cone
Extremely hard materials, tungstem carbides, etc. Medium hard materials, low and medium-carbon steels, brass, bronze, etc. Hardened steels, hardened and tempered alloys. Case-hardened steel
E
100
1/8” ball
F
60
1/16” ball
G
150
1/16” ball
H
60
K
15O
L
60
M
100
P
150
R
60
S
100
V
150
1/8” ball 1/8” ball 1/4” ball 1/4” ball 1/4” ball 1/2” ball 1/2” ball 1/2” ball
Cast orin, aluminium and mangnesium alloys Annealed brass and copper Beryllium copper, phosphor, bronze, etc Aluminium sheet Cast iron, aluminium alloys Plastic and soft metals such as lead Same as L scale Same as L scale Same as L scale Same as L scale Same as L scale
37
III. METODOLOGI PENELITIAN
3.1
Tempat Penelitian Penelitian dilakukan dilaboratorium Material Teknik, Jurusan Teknik Mesin Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Lampung.
3.2
Alat dan Bahan yang digunakan Alat yang digunakan untuk penelitian yaitu sebagai berikut : 1. Cetakan Cetakan digunakan untuk mencetak bahan dengan ukuran dan dimensi yang telah ditentukan, yaitu dengan panjang 52 mm, lebar 33 mm, dan tinggi 20 mm. Seperti pada gambar 3.1 adalah bentuk dari cetakan.
Bagian tengah
Bagian bawah
Pembuka spesimen Gambar 3.1 Cetakan
38
2. Timbangan digital Timbangan digunakan sebagai alat bantu untuk mengetahui berat dari semua
bahan
yang
akan
digunakan
sebelum
melakukan
pencampuran/mixing pada pembuatan spesimen. Timbangan digital seperti yang terlihat pada gambar 3.2.
Gambar 3.2 Timbangan digital
3. Mixer Mixer digunakan sebagai alat pencampur bahan – bahan seperti phenolic, fly ash, serbuk besi, dan bahan lainnya yang digunakan untuk mendapatkan komposisi yang seragam tercampur dengan rata. Berikut ini pada gambar 3.3 alat pencampur (mixer).
39
Gambar 3.3 Mixer
4. oven oven ini digunakan sebagai pemanas pengatur temperatur dicetakan spesimen pada proses pembuatan komposit . oven ini memiliki temperatur pemanasan hingga temperatur 250˚C, berikut ini pada gambar 3.4 adalah gambar oven yang digunakan.
Gambar 3.4 Oven
40
5. Pressure gauge Pressure gauge digunakan sebagai pengukur tekanan spesimen di dalam cetakan ang ditekan agar spesimen menjadi padat dan tidak bergeser pada saat proses dipanasan. Seperti yang terlihat pada gambar 3.5 alat pressure gauge yang digunakan.
Gambar 3.5 Pressure gauge
6. furnace Furnace digunakan untuk proses curing (perlakuan panas komposit) dimana material komposit dipanasan dengan temperatur dan waktu tertentu. Gambar 3.6 memperlihatkan furnace yang digunakan ada penelitian ini.
41
Gambar 3.6 furnce 7. Hardness tester Hardness tester ini digunakan untuk melakukan pengujian kekerasan sehingga akan didapat nilai kekerasan dari spesimen uji. Metode yang digunakan dalam pengujian kekerasan ini adalah menggunkakan metode rockwell dengan standar pengujian spesimen ASTM D 785, gambar 3.7 merupakan alat uji kekerasan material.
Gambar 3.7 Hardness tester
42
8. Digital mikroskop Digital mikriskop ini digunakan untuk mengamati hasil pengujian kekerasan, distribusi partikel bahan penyusun komposit dan fenomena yang terjadi pada struktur makro komposit. mikroskop ini memiliki ukuran perbesaran 40x sampai 1000x.
Gambar 3.8 Digital mikroskop Bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut : 1.
Fly ash (abu terbang batubara) Fly ash digunakan Sebagai penguat atau pengisi dalam komposit. Fly ash ini mengandung bahan seperti alumina, besi oksida, silica dan sisanya adalah karbon, magnesium, belerang, dan kalsium.
43
Gambar 3.9 Fly ash (abu terbang batubara) 2.
Phenolic Phenolic digunakan sebagai matrik pada komposit. Phenolic biasanya berbentuk serbuk berwarna hitam yang memiliki ketahanan panas yang baik. Phenolic digunakan sebagai resin yang menjadi bahan campuran untuk membuat spesimen. Resin ini mampu tahan pada temperatur tinggi (thermoset) sampai 300˚C.
Gambar 3.10 Phenolic resin
44
3.
Grafit Grafit merupakan bentuk kristalin karbon berbentuk serbuk dan berwarna hitam, grafit termasuk bahan friction modifier tingkat gesekan grafit kelembaban dan strukturnya. Penambahan grafit dapat meningkatkan ketahanan aus serta dapat mempengaruhi koefisien gesek
Gambar 3.11 Grafit
4.
Serbuk besi Serbuk besi yang berwarna hitam dengan massa jenis besi besar sehingga dengan kadar yang sama dengan komponen penysun lainnya, volume besi ini relatif lebih kecil. Serbuk ini ditambahkan sebagai material gesek agar dapat memperbaiki karakteristik thermal komposit. Serbuk besi memiliki konduktivitas thermal dan difusivitas thermal yang baik.
45
Gambar 3.12 Serbuk besi
5.
NBR (Nitril Butadiene Rubber) NBR digunakan untuk mengurangi kekerasan, NBR dipilih menjadi bahan penyusun komposit karena NBR memiliki ketahanan thermal yang baik dibandingkan dengan jenis karet lainnya.
Gambar 3.13 NBR (Nitril Butadiene Rubber)
6.
Barium sulfat (BaSO4) Barium sulfat (BaSO4) dapat meningkatkan kerapatan massa dan dapat meningkatkan ketahanan pada temperatur tinggi serta dapat mengurangi
46
tingkat keausan. Di indonesia, barium sulfat dalam bentuk serbuk berwarna putih.
Gambar 3.14 Barium sulfat (BaSO4) 3.3 Prosedur Penelitian
Prosedur pada pengambilan data dalam penelitian ini menjadi beberapa tahapan yaitu sebagai berikut : 1. Studi pustaka Studi pustaka dilakukan dalam tahap pengumpulan data awal pada penelitian, sebagai penunjang untuk tahap berikutnya. Studi pustaka ini bertujuan untuk mengenali masalah dan penyusunan rencana yang nantinya akan digunakan untuk menganalisa pada penelitian yang akan dilakukan. 2. Melakukan persiapan pemilihan serbuk Serbuk yang digunakan pada penelitian ini memiliki bermacam-macam. Langkah-langkah dalam persiapan serbuk ini sebagai berikut : a. Memilih serbuk yang digunakan dalam proses penelitian.
47
b. Menimbang berat dari masing-masing serbuk sesuai komposisi yang akan digunakan untuk membuat spesimen. c. Setelah semua serbuk yang akan digunakan telah ditimbang sesuai komposisi pembuatan spesimen, selanjutnya semua serbuk dicampurkan. 3. Proses pencampuran bahan komposit Pada proses pembuatan komposit memiliki langkah-langkah yang dilakukan sebagai berikut : a. Mencampurkan (mixing) serbuk menjadi satu dengan menggunakan mixer dengan lama pencampuran 20 menit, sehingga mendapatkan campuran yang homogen. Kemudian dilakukan proses pembuatan spesimen sesuai bentuk pada cetakan b. Pencampuran untuk proses pembuatan spesimen uji kekerasan, matriks yang digunakan adalah resin phenolic. Resin ini memiliki warna hitam pekat dan berbentuk serbuk. Resin ini digunakan karna memiliki ketahanan temperatur tinggi. Komposisi matriks yang digunakan sebanyak 60%. c. Bahan penguat yang digunakan adalah fly ash batu bara PLTU Tarahan, grafit dan serbuk besi. Fly ash mengandung bahan seperti: silikat (SiO2), alumina(Al2O3), dan besi oksida(Fe2O3), sisanya adalah karbon, kalsium, magnesium, dan belerang. Fly ash ini memiliki bentuk serbuk berwarna abu-abu. Komposisi bahan penguat yang digunakan yaitu sebanyak 15%. d. Bahan pengisi yang digunakan dalam pembuatan komposit ini adalah barium sulfat (BaSO4). Barium sulfat (BaSO4) memiliki fungsi
48
memperbaiki ketahanan matriks phenolic terhadap temperatur tinggi. Komposisi barium sulfat (BaSO4) sebanyak 10%. e. Bahan pengikat yang digunakan adalah NBR (Nitrile Butadiene Rubber). NBR digunakan untuk meningkatkan fleksibilitas komposit dan memiliki ketahanan thermal yang baik dibandingkan dengan jenis karet yang lain. Komposisi
NBR
yang
digunakan
sebanyak
15%.
Table
3.1
memperlihatkan komposisi bahan penyusun komposit yang digunakan pada penelitian ini.
Tabel 3.1 Komposisi bahan penyusun komposit Bahan penyusun komposit Matrik
: Phenolic resin
komposisi komposit (%) 60
Penguat : Abu terbang batubara, Grafit, Serbuk Besi
15
Pengisi : Barium Sulfat (BaSO4)
10
Pengikat : NBR (Nitrile Butadiene Rubber)
15
4. Pembuatan spesimen uji A. Proses Pemanasan a. Setelah bahan sudah tercampur dengan rata dan telah dimasukan ke dalam cetakan, selanjutnya dimasukkan ke dalam oven. Cetakan yang sudah berisi bahan komposit tersebut diberi temperatur seperti pada table 3.2 variasi temperatur, dan dipanaskan selama 30 menit.
49
Tabel 3.2 Variasi temperatur pada proses pemanasan Variasi temperatur
Temperatur (˚C)
Tekanan (MPa)
T1
200
60
T2
210
60
T3
220
60
T4
230
60
T5
240
60
T6
250
60
B. Proses Penekanan Setelah bahan dalam cetakan selesai dipanaskan selama 30 menit, cetakan langsung dikeluarkan dari oven yang kemudian langsung diletakkan pada alat pressure gauge selanjutknya diberi tekanan yang telah ditetapkan pada variasi tekanan seperti yan dapat dilihat pada table 3.3 variasi tekanan pada proses penekanan. Penekanan dilakukan selama 15 menit. Tabel 3.3 Variasi tekanan pada proses penekanan Variasi Tekanan
Tekanan (MPa)
Temperatur (˚C)
P1
40
250
P2
60
250
P3
80
250
50
C. curing menggunakan furnace Setelah material sudah terbentuk dan menyatu pada proses hot pressing tersebut. Kemudian komposit dimasukan kedalam furnace untuk proses curing dengan suhu 150˚C dan waktu penahanannya selama 4 jam. Selanjutnya mengamplas spesimen agar permukaan yang akan diuji kekerasan memiliki permukaan yang rata dan halus, selanjutnya memberi label (Kode spesimen). 5. Pengujian Kekerasan Setelah material jadi melalui proses sebelumnya, selanjutnya material dilakukan pengujian kekerasan dengan metode rockwell untuk mengetahui nilai kekerasan pada masing-masing material dengan variasi tekanan dan temperatur pada proses hot pressing sebelumnya dengan standar pengujian kekerasan ASTM D 785, tahapan pengujian kekerasan yang dilakukan yang dilakukan adalah sebagai berikut : 1. Membersihkan permukaan benda uji (spesimen) dengan cara mengamplas halus satu bagian permukaan, sehingga permukaannya rata dan sejajar. 2. Memasang indentor bola baja berdiameter 1 8 " inchi dan mengatur beban minor 10 Kg dan beban major sebesar 100 Kg.
3. Melakukan indentasi pada tiap sampel sebanyak 3 titik dengan waktu tahan indentasi selama 10 detik.
51
4. Mencacat hasil pengukuran nilai kekerasan yang tertera pada hardness gauge, kemudian menghitung hasil nilai rata-rata kekerasan komposit tersebut.
P = 100 kg
D = 1 8 inchi
Gambar 3.15 Skematis prinsip indentasi dengan metode Rockwell
Data hasil perhitungan uji kekerasan dengan metode rockwell akan disajikan seperti pada tabel 3.4.1 untuk data hasil uji kekerasan dengan variasi tekanan dan tabel 3.4.2 untuk data hasil uji kekerasan dengan variasi temperatur.
52
Table 3.4 Data hasil uji kekerasan Table 3.4.1 Data hasil uji kekerasan dengan variasi tekanan
Spesimen variasi tekanan
Rata-rata hasil pengujian kekerasan (kg/mm2)
Tekanan (MPa)
Spesimen 1
P1
2
3
4
Rata-rata HR (E) (Kg/mm2)
Standar deviasi
5
40
P2
60
P3
80
Table 3.4.2 Data hasil uji kekerasan dengan variasi temperatur
Spesimen variasi temperatur
Rata-rata hasil pengujian kekerasan (kg/mm2) Temperatur (˚C)
Spesimen 1
T1
200
T2
210
T3
220
T4
230
T5
240
T6
250
Rata-rata HR (E) (Kg/mm2)
2
3
4
5
Standar deviasi
53
3.4 Alur proses penelitian Dibawah ini menunjukan gambar diagram alur penelitian yang akan dilakukan yaitu sebagai berikut : MULAI
Studi Pustaka
Persiapan alat ukur, bahan, dan alat uji
Pencampuran phenolic resin, Abu terbang batubara, grafit, serbuk besi, BaSO4, dan NBR.
Pembuatan komposit Pengujian kekerasan komposit, dan foto makro
Analisa Data
Hasil dan pembahasan Kesimpulan dan saran
SELESAI Gambar 3.16 Diagram alir penelitian
V. SIMPULAN DAN SARAN
5.1. Simpulan Berdasarkan
data
hasil
pengujian
kekerasan
komposit
abu
terbang
bartubara/phenolic, didapat beberapa simpulan sebagai berikut : 1. Dengan adanya peningkatan temperatur yang diberikan pada proses hot pressing komposit abu terbang batubara/phenolic, maka semakin meningkat nilai kekerasan komposit. Hal ini disebabkan faktor proses ikatan kimia, ikatan antar partikel, distribusi partikel yang semuanya akan berjalan maksimal dan baik seiring dengan adanya peningkatan temperatur. Dimana hasil pengujian kekerasan membuktikan, komposit dengan temperatur, mempunyai nilai kekerasan rata-rata terendah yaitu HR (E) 60,864 kg/mm2 pada temperatur 200˚C, dan nilai kekerasan rata-rata tertinggi, yaitu HR (E) 70,132 kg/mm2 pada temperatur 250˚C. 2. Dengan adanya peningkatan tekanan yang diberikan pada proses hot pressing komposit abu terbang batubara/phenolic, semakin besar pula nilai
79
kekerasan komposit. Dimana hasil pengujian kekerasan membutikan, komposit dengan tekanan mempunyai nilai kekerasan rata-rata terendah yaitu HR(E) 61,064 kg/mm2 pada tekanan 40 MPa dan nilai kekerasan rata-rata tertinggi yaitu HR (E) 71,53 kg/mm2 pada tekanan 80 MPa. Dengan meningkatnya besar tekanan maka kekerasannya bertambah karena porositas yang terjadi berkurang dan rapat massa pada komposit terjadi dengan optimal.
5.2. Saran Adapun beberapa saran yang ingin disampaikan penulis agar penelitian ini dapat lebih dikembangkan lagi adalah sebagai berikut : 1. Pada proses hot pressing pembuatan komposit, proses pemanasan dan penekanan komposit dilakukan secara bersamaan agar komposit yang dibuat dapat lebih maksimal hasilnya. 2. Perlu dilakukan pengamatan struktur komposit lebih detail dan lebih lanjut agar dapat diketahui fenomena yang terjadi pada komposit. 3. Pada proses pembuatan komposit, disetiap tahap proses pembuatannya harus dilakukan secara cermat dan tepat, agar komposit yang dibuat dapat optimal sesuai yang diharapkan.
DAFTAR PUSTAKA
Atsushi Izumi, 2013. Cross-link Inhomogeneity of Phenolic Resin. Department of Advanced Materials Science, University of Tokyo. Callister, Jr.William.D, 2007. Materil Science And Engineer An Introduction. United State Of America. Quebeecor Versailles. E. Surojo, Jamasri, V. Malau And M. N, 2014. Effects Of Phenolic Resin And Fly Ash On Coefficient Of Friction Of Brake Shoe Composite Ilman. Department Of Mechanical And Industrial Engineering, Gadjah Mada University. Indonesia. Gustini, 2010. Analisa Kekerasan Komposit Aluminium Fly Ash. Jurusan Teknik Mesin. Fakultas Teknik Universitas Sriwijaya. Sumatera Selatan. Jones, P.M, 1975. Mechanics of composite materials. Institute of technology, southem Methodist university, mc graw-hill, dallas. Karima, Hadrian dan Wahyono Suprapto, 2009. Pengaruh Besar Tekanan Compacting Pada Silinder Serbuk Duralumin Powder Metallurgy Terhadap Kekerasan Dan Porositas. Jurusan Teknik Mesin. Fakultas Teknik Universitas Brawijaya Malang.
Mackey, D. and Jorgensen, A.H., 1999. Elastomers, Synthetic (Nitrile Rubber) 4th Edition, Kirk-Othmer Concise Encyclopedia of Chemical Technology. Munir, Misbachul, 2008. Pemanfaatan Abu Batubara (Fly Ash) Untuk Hollow Block Yang Bermutu Dan Aman Bagi Lingkungan. Universitas Diponegoro. Semarang. Porwanto, Daniel Andri dan Johar, Lizda M, 2011. Karakterisasi Komposit Berpenguat Serat Bambu Dan Serat Gelas Sebagai Alternatif Bahan Baku Industri. Jurusan Teknik Fisika FTI ITS Surabaya
Kampus ITS Keputih
Sukolilo Surabaya. Rusianto, Toto, 2009. Hot Pressing Metalurgi Serbuk Aluminium Dengan Variasi Suhu Pemanasan. Teknik Mesin. Fakultas Teknologi Industri Institu Sains & Teknologi Akprind. Yogyakarta. Schwartz, M.M., 1984. Composite materials handbook. Mcgraw-hill inc, new York. Syahid, Muhammad, dkk, 2011. Analisa Sifat Mekanik Polimer Matriks Komposit Berpenguat Fly Ash Batubara Sebagai Bahan Kampas Rem. Jurusan Mesin Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin. Makassar. Yuwono, Akhmad Herman, 2009. Buku Panduan Praktikum Karakterisasi Material 1 Pengujian Merusak (Destructive Testing). Departemen Metalurgi Dan Material Fakultas Teknik Universitas Indonesia. Zamzami, Yusman, 2013. Pengaruh Ukuran Fly Ash Pada Kekuatan Bending Komposit Resin Epoxy. Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Lampung.
Zulfikar, 2010. Studi Sifat Fisik Dan Mekanik Komposit Aluminium / Fly Ash Dengan Variasi Fraksi Berat Dan Temperatur Sinterin.g Teknik Mesin Politeknik Negeri Padang.
