II. TINJAUAN PUSTAKA
A. Fly Ash (Abu Terbang Batubara) Abu terbang merupakan limbah padat hasil dari proses pembakaran di dalam furnace pada PLTU yang kemudian terbawa keluar oleh sisa-sisa pembakaran serta di tangkap dengan mengunakan elektrostatic precipitator. Fly ash merupakan residu mineral dalam butir halus yang dihasilkan dari pembakaran batu bara yang dihaluskan pada suatu pusat pembangkit listrik. Fly ash terdiri dari bahan inorganik yang terdapat di dalam batu bara yang telah mengalami fusi selama pembakarannya. Bahan ini memadat selama berada di dalam gasgas buangan dan dikumpulkan menggunakan presipitator elektrostatik. Karena partikel-partikel fly ash umumnya berbentuk bulat. Partikel-partikel fly ash yang terkumpul pada presipitator elektrostatik biasanya berukuran silt (0.074 – 0.005 mm). Bahan ini terutama terdiri dari silikon dioksida (SiO2), aluminium oksida (Al2O3) dan besi oksida (Fe2O3). (Koesnadi, Heri, 2008) Pemanfaatan dan peningkatan kualitas salah satu limbah industri pembangkit listrik tenaga uap (PLTU) yaitu Fly ash (abu terbang) batubara yang tersedia dalam jumlah sangat banyak mampu menjawab kedua isu di atas, yaitu mampu untuk membantu mengatasi krisis energi dan polusi udara (meningkatkan efisiensi pembakaran), juga dapat mengatasi permasalahan besar yang sedang dihadapi industri-industri tersebut. Sebagai contoh, PLTU Tarahan yang
8
memiliki 2 unit pembangkit berkapasitas 100 MW per unit menggunakan batu bara sebanyak 40 ton/jam per unit. Pembakaran batu bara dihasilkan sekitar 5 % polutan padat berupa abu (fly ash dan bottom ash), dimana sekitar 10-20% adalah bottom ash dan 80-90% fly ash dari total abu yang dihasilkan. Dengan demikian, berdasarkan pernyataan di atas, setiap harinya PLTU tarahan menghasilkan fly ash sebanyak 5% x 80 ton/jam x 24 jam/hari x 80% = 76,8 ton/hari. Artinya, semakin hari akan semakin besar lahan yang dibutuhkan (Wardani, 2008)
Sebagai tempat penumpukan limbah fly ash tersebut. Hal ini berbanding terbalik dengan pertumbuhan manusia yang terus meningkat yang berarti kebutuhan akan tempat tinggal pun semakin tinggi. Selain itu, pencemaran lingkungan akibat limbah fly ash juga dapat menyebabkan berbagai penyakit gangguan saluran pernafasan seperti silikosis dan antrakosis. Jumlah limbah yang sangat banyak ini, tentu akan menyebabkan permasalahan besar seperti di atas, yang harus diselesaikan dan dicarikan solusinya oleh PLTU Tarahan Propinsi Lampung (Dafi, 2009).
a. Sifat-sifat Fly Ash (Abu Terbang) Abu terbang mempunyai sifat-sifat yang sangan menguntungkan di dalam menunjang pemanfaatannya yaitu :
1. Sifat Fisik Abu terbang merupakan material yang dihasilkan dari proses pembakaran batubara pada alat pembangkit listrik, sehingga semua sifat-sifatnya juga ditentukan oleh komposisi dan sifat-sifat mineral-mineral pengotor dalam
9
batubara serta proses pembakarannya. Dalam proses pembakaran batubara ini titik leleh abu batu bara lebih tinggi dari temperatur pembakarannya. Dan kondisi ini menghasilkan abu yang memiliki tekstur butiran yang sangat halus. Abu terbang batubara terdiri dari butiran halus yang umumnya berbentuk bola padat atau berongga. Ukuran partikel abu terbang hasil pembakaran batubara bituminous lebih kecil dari 0,075mm. Kerapatan abu terbang berkisar antara 2100 sampai 3000 kg/m3 dan luas area spesifiknya (diukur berdasarkan metode permeabilitas udara Blaine) antara 170 sampai 1000 m2/kg. Adapun sifat-sifat fisiknya antara lain: Warna: abu-abu keputihan, Ukuran butir: sangat halus yaitu sekitar 88 %.
2. Sifat Kimia Komponen utama dari abu terbang batubara yag berasal dari pembangkit listrik adalah silikat (SiO2), alumina(Al2O3), dan besi oksida(Fe2O3), sisanya adalah karbon, kalsium, magnesium, dan belerang. Sifat kimia dari abu terbang batubara dipengaruhi oleh jenis batubara yang dibakar dan teknik penyimpanan serta penanganannya. Pembakaran batubara lignit dan sub/bituminous menghasilkan abu terbang dengan kalsium dan magnesium oksida lebih banyak dari pada bituminus. Namun, memiliki kandungan silika, alumina, dan karbon yang lebih sedikit daripada bituminous. Abu terbang batubara terdiri dari butiran halus yang umumnya berbentuk bola padat atau berongga. Ukuran partikel abu terbang hasil pembakaran batubara bituminous lebih kecil dari 0,075 mm. Kerapatan abu terbang berkisar antara 2100-3000 kg/m3 dan luas area spesifiknya antara 170-1000 m2/kg. (Koesnadi, 2008)
10
Tabel 1. Komposisi kimia abu terbang batubara
Komponen
Bituminous Sub-bituminous
Lignite
SiO2
20-60%
40-60%
15-45%
Al2O3
5-35%
20-30%
10-25%
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%
b. Pemanfaatan Fly Ash (Abu Terbang) Berbagai penelitian mengenai pemanfaatan abu terbang batubara sedang dilakukan untuk meningkatkan nilai ekonomisnya serta mengurangi dampak buruknya terhadap lingkungan. Saat ini umumnya abu terbang batubara digunakan dalam pabrik semen sebagai salah satu bahan campuran pembuat beton selain itu, sebenarnya abu terbang batubara memiliki berbagai kegunaan yang amat beragam: 1. penyusun beton untuk jalan dan bendungan 2. penimbun lahan bekas pertambangan 3. recovery magnetik, cenosphere dan karbon 4. bahan baku keramik, gelas, batubata, dan refraktori 5. bahan penggosok (polisher)
11
6. filler aspal, plastik, dan kertas 7. pengganti dan bahan baku semen 8. aditif dalam pengolahan limbah (waste stabilization) 9. konversi menjadi zeolit dan adsorben (Silvonen,2001)
Refraktori merupakan bahan tahan api sebagai penahan (isolator) panas pada tanur-tanur suhu tinggi yang banyak digunakan oleh berbagai industri, seperti industri peleburan logam, kaca, keramik, semen. Refraktori cor merupakan bahan tahan api berupa bubuk yang jika dicampur dengan air dan dibiarkan beberapa saat akan mengeras (setting). Penggunaannya sebagai isolator panas dilakukan dengan cara pengecoran adonan campuran bahan tersebut dengan air pada dinding tanur yang akan diisolasi. (Kumar et al, 2003)
B. Nitrile butadiene rubber (NBR)
Nitrile rubber
Gambar 1. Ikatan nitrile rubber
NBR adalah salah satu jenis karet sintetik yang terdiri dari kopolimer butadiena dan akrilonitril. Jenis karet nitril tergantung kepada kandungan
12
akrilonitril (25 s/d 50%), gugus akrilonitril (AcN) menyebabkan karet ini berkutub serta tahan terhadap bahan yang tidak berkutub seperti minyak bumi/minyak mineral, dan gugus akrilonitril. Pada sisi tulang belakang molekul karet ini menghalangi terjadinya penghabluran atau penguatan sendiri. Semakin meningkat kadar akrilonitril, maka semakin baik ketahanan pengembangan rantai molekul (swelling resistance), suhu peralihan glass (Tg), kekerasan, kekuatan tarik. Semakin buruk resiliens, sifat-sifat elastisitas (terutama suhu rendah).
a. Manfaat NBR
NBR memiliki ketahanan tinggi terhadap minyak yang biasa digunakan dalam pembuatan pipa karet untuk bensin dan minyak, membrane seal, gasket serta barang lainnya yang banyak dipakai untuk peralatan kendaraan bermotor dan industry gas.(Zuhra,2006) b. Sifat-sifat NBR NBR yang memiliki sifat minyak yang baik dan tahan bensin, kekuatan tarik, sifat perpanjangan, tahan panas, dan kompresi yang rendah adalah keluarga dari kopolimer tak jenuh monomer butadiene 2-propenenitrile dan
berbagai
(1,2-butadiena
dan
1,3-butadiena).
NBR
memiliki
kemampuan untuk menahan berbagai suhu dari 40 0C sampai 108 0C yang membuat material ideal untuk aplikasi aeronautika.
13
Tabel 2. Sifat mekanik NBR (Nitrile Butadiene Rubber) Physical propertis Density
Metric 1.00 g/cc
English 0.0361 lb/in3
1.15-1.35 g/cc
0.0415-0.0488 lb/in3
Mechanichal properties Hardness, shore D
Tensile Strength, Ultimate
Metric 30-95
English 30-95
6.89-24.1 MPa
1000-3500 psi
100% Modulus
0.896 MPa @Temperature 204 0C 4.83 MPa @Temperature 121 0C 400-600 % 20 % @Temperature 204 0C 120 % @Temperature 121 0C 0,00300 GPa
130 psi @Temperature 400 0F 700 psi @Temperature 250 0F 400-600 % 20% @Temperature 400 0F 120 % @Temperature 250 0F 0.435 ksi
Compression Set
5.0 %
5.0 %
Thermal Properties CTE, linear
Metric 702 µm/m- 0C @Temperature 20.0 0 C 120 0C
English 390 µin/in- 0F @Temperature 68.0 0 F 248 0F
-30.0 0C
-22.0 0F
-51.1 0C
-60.0 0F
-38.0 0C
-36.4 0F
-20.0 0C
28.4 0F
Elongation at Break
Maximum Service Temperature, Air Minimum Service Temperature, Air Brittleness Temperature Glass Transition Temp, Tg
Sember: MatWeb
Comments Base Elastomer Compound ed Comments Depends on compoundi ng reinforced
Reinforced
200mm/mi n
Comments
Typical 0f rubber with 18 % ACN content Typical 0f rubber with 18 % ACN content
14
C. Material Komposit
Material komposit adalah material yang terbuat dari dua bahan atau lebih yang tetap terpisah dan berbeda dalam level makroskopik selagi membentuk komponen tunggal. Composite berasal dari kata kerja “to compose“ yang berarti menyusun atau menggabung. Jadi secara sederhana bahan komposit berarti bahan gabungan dari dua atau lebih bahan yang berlainan. Kata komposit dalam pengertian bahan komposit berarti terdiri dari dua atau lebih bahan yang berbeda yang digabung atau dicampur secara makroskopis.
Pada umumnya bentuk dasar suatu bahan komposit adalah tunggal dimana merupakan susunan dari paling tidak terdapat dua unsur yang bekerja bersama untuk menghasilkan sifat-sifat bahanyang berbeda terhadap sifatsifat unsur bahan penyusunnya. Dalam prakteknya komposit terdiri dari suatu bahan utama (matrik-matrik) dan suatu jenis penguatan (reinforcement) yang ditambahkan untuk meningkatkan kekuatan dan kekakuan matrik. Penguatan ini biasanya dalam bentuk serat (fiber). Material komposit terdiri dari lebih dari satu tipe material dan dirancang untuk mendapatkan kombinasi karakteristik terbaik dari setiap komponen penyusunnya. (Handoyo Kus, 2008)
Bahan komposit memiliki banyak keunggulan, diantaranya berat yang lebih ringan, kekuatan dan ketahanan yang lebih tinggi, tahan korosi dan ketahanan aus . Beberapa definisi komposit sebagai berikut :
15
1. Tingkat dasar : pada molekul tunggal dan kisi kristal, bila material yang disusun dari dua atom atau lebih disebut komposit (contoh senyawa, paduan, polymer, dan keramik). 2. Mikro struktur : pada kristal, phase, dan senyawa, bila material disusun dari dua Phase atau lebih disebut komposit (contoh paduan Fe dan C). 3. Makro struktur : material yang disusun dari campuran dua atau lebih penyusun makro yang berbeda dalam komposisi, dan tidak larut satu dengan yang lain disebut material komposit. (Smallman & Bishop, 2000).
a. Bagian-bagian utama dari komposit 1. Reinforcement Salah satu bagian utama dari komposit adalah reinforcement (penguat) yang berfungsi sebagai penanggung beban utama pada komposit.
Gambar 2. Ilustrasi reinforcement pada komposit
b. Partikel sebagai penguat (Particulate composites) Keuntungan dari komposit yang disusun oleh reinforcement berbentuk partikel: 1) Kekuatan lebih seragam pada berbagai arah
16
2) Dapat digunakan untuk meningkatkan kekuatan dan meningkatkan kekerasan material 3) Cara penguatan dan pengerasan oleh partikulat adalah dengan menghalangi pergerakan dislokasi.
Komposit yang disusun oleh reinforcement berbentuk partikel, dimana interaksi antara partikel dan matrik terjadi tidak dalam skala atomik atau molekular. Partikel seharusnya berukuran kecil dan terdistribusi merata. Contohnya large particle composite adalah cemet dengan sand atau gravel. Cemet sebagai matriks dan sand sebagai partikel, Sphereodite steel (cementite sebagai partikulat), Tire (carbon sebagai partikulat), OxideBase Cermet (oksida logam sebagai partikulat).
Gambar 3. Flat flakes sebagai penguat (Flake composites) (http://www.onkian.com/2009/10/6420.html)
c. 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
17
menahan beban sampai beban maksimum. Oleh karena itu serat harus mempunyai tegangan tarik dan modulus elastisitas yang lebih tinggi daripada matrik penyusun komposit. Parameter fiber dalam pembuatan komposit, yaitu sebagai berikut :
Gambar 4. Parameter fiber dalam pembuatan komposit. (Gibson, 1994)
1) Continuous Fiber Composite Continuous atau uni-directional, mempunyai susunan serat panjang dan lurus, membentuk lamina diantara matriksnya. Jenis komposit ini paling banyak digunakan. Kekurangan tipe ini adalah lemahnya kekuatan antar lapisan. Hal ini dikarenakan kekuatan antar lapisan dipengaruhi oleh matriksnya.
Gambar 5. Continuous Fiber Composite. (Gibson, 1994)
18
2) Woven Fiber Composite (bi-dirtectional) Komposit ini tidak mudah terpengaruh pemisahan antar lapisan karena susunan seratnya juga mengikat antar lapisan. Akan tetapi susunan serat memanjangnya yang tidak begitu lurus mengakibatkan kekuatan dan kekakuan tidak sebaik tipe continuous fiber.
Gambar 6. Woven Fiber Composite. (Gibson, 1994)
3) Discontinuous Fiber Composite (chopped fiber composite)
Gambar 7. Discontinuous Fiber Composite. (Gibson, 1994)
4) Hybrid fiber composite Hybrid fiber composite merupakan komposit gabungan antara tipe serat lurus dengan serat acak. Pertimbangannya supaya dapat mengeliminir kekurangan sifat dari kedua tipe dan dapat menggabungkan kelebihannya.
19
Gambar 8. Hybrid fiber composite. (Gibson, 1994)
d. Fiber sebagai sturktural (Structute 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.
(a)
(b)
Gambar 9. Ilustrasi komposit berdasarkan Strukturnya : (a). Struktur laminate dan (b). Sandwich panel (Gibson, 1994)
20
1) Laminate Laminate adalah gabungan dari dua atau lebih lamina (satu lembar komposit dengan arah serat tertentu) yang membentuk elemen struktur secara integral pada komposit. Proses pembentukan lamina ini menjadi laminate dinamakan proses laminai. Sebagai elemen sebuah struktur, lamina yang serat penguatnya searah saja (unidirectional lamina) pada umumnya tidak menguntungkan karena memiliki sifat yang buruk. Untuk itulah struktur komposit dibuat dalam bentuk laminate yang terdiri dari beberapa macam lamina atau lapisan yang diorientasikan dalam arah yang diinginkan dan digabungkan bersama sebagai sebuah unit struktur. Mikrostruktur lamina dan jenis-jenis dari arah serat dapat dilihat pada gambar dibawah ini :
Gambar 10. Mikrostruktur lamina. (Widodo, 2007)
2) Sandwich panels Komposit sandwich merupakan salah satu jenis komposit struktur yang sangat potensial untuk dikembangkan. Komposit sandwich merupakan komposit yang tersusun dari 3 lapisan yang terdiri dari flat composite
21
(metal sheet) sebagai kulit permukaan (skin) serta meterial inti (core) di bagian tengahnya (berada di antaranya). Core yang biasa dipakai adalah core import, seperti polyuretan (PU), polyvynil Clorida (PVC), dan honeycomb. Komposit sandwich dibuat dengan tujuan untuk efisiensi berat yang optimal, namun mempunyai kekakuan dan kekuatan yang tinggi. Sehinggga untuk mendapatkan karakteristik tersebut, pada bagian tengah diantara kedua skin dipasang core.
Komposit sandwich merupakan jenis komposit yang sangat cocok untuk menahan beban lentur, impak, meredam getaran dan suara. Komposit sandwich dibuat untuk mendapatkan struktur yang ringan tetapi mempunyai kekakuan dan kekuatan yang tinggi. Biasanya pemilihan bahan untuk komposit sandwich, syaratnya adalah ringan, tahan panas dan korosi, serta harga juga dipertimbangkan. Dengan menggunakan material inti yang sangat ringan, maka akan dihasilkan komposit yang mempunyai sifat kuat, ringan, dan kaku. Komposit sandwich dapat diaplikasikan sebagai struktural maupun non-struktural bagian internal dan eksternal pada kereta, bus, truk, dan jenis kendaraan yang lainnya.
22
Gambar 11. Structural composites sandwich panels. (http://www.engineredmaterialsinc.com)
2. Matriks Berdasarkan matrik, komposit dapat diklasifikasikan kedalam tiga kelompok besar yaitu: a)
Komposit matrik polimer (KMP), polimer sebagai matrik
b)
Komposit matrik logam (KML), logam sebagi matrik
c)
Komposit matrik keramik (KMK), keramik sebagai matrik
Gambar 12. Klasifikasi komposit Berdasarkan bentuk dari matriks-nya
23
a. Komposit Matrik Polimer (Polymer Matrix Composites–PMC) Komposit ini bersifat : 1) Biaya pembuatan lebih rendah dan dapat dibuat dengan produksi massal. 2) Ketangguhan baik. 3) Siklus pabrikasi dapat dipersingkat dan kemampuan mengikuti bentuk lebih ringan.
Jenis polimer yang banyak digunakan : 1. Thermoplastic Thermoplastic adalah plastic yang dapat dilunakkan berulang kali (recycle) dengan menggunakan panas. Thermoplastic merupakan polimer yang akan menjadi keras apabila didinginkan. Thermoplastic meleleh pada suhu tertentu, melekat mengikuti perubahan suhu dan mempunyai sifat dapat balik (reversibel) kepada sifat aslinya, yaitu kembali mengeras bila didinginkan. Contoh ari thermoplastic yaitu Poliester, Nylon 66, PP, PTFE, PET, Polieter sulfon, PES, dan Polieter eterketon (PEEK).
2. Thermoset Thermoset tidak dapat mengikuti perubahan suhu (irreversibel). Bila sekali pengerasan telah terjadi maka bahan tidak dapat dilunakkan kembali. Pemanasan yang tinggi tidak akan melunakkan termoset melainkan akan membentuk arang dan terurai karena sifatnya yang sering digunakan sebagai tutup ketel, seperti jenis-jenis melamin.
24
Plastik jenis termoset tidak begitu menarik dalam proses daur ulang karena selain sulit penanganannya juga volumenya jauh lebih sedikit (sekitar 10%) dari volume jenis plastik yang bersifat termoplastik. Contoh dari thermoset yaitu Epoksida, Bismaleimida (BMI), dan Poli-imida (PI). b. Komposit Matrik Logam (Metal Matrix Composites – MMC) Metal Matrix composites adalah salah satu jenis komposit yang memiliki matrik logam. Material MMC mulai dikembangkan sejak tahun 1996. Pada mulanya yang diteliti adalah Continous Filamen MMC yang digunakan dalam aplikasi aerospace. c. Komposit Matrik Keramik (Ceramic Matrix Composites – CMC) CMC merupakan material 2 fasa dengan 1 fasa berfungsi sebagai reinforcement dan 1 fasa sebagai matriks, dimana matriksnya terbuat dari keramik. Reinforcement 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 filler (penguat).
D. Metalurgi serbuk komposit
Metalurgi serbuk merupakan salah satu pilihan cara pembuatan untuk menghasilkan suatu komponen. Metalurgi serbuk merupakan suatu bidang ilmu yang mempelajari mengenai proses yang berkaitan dengan serbuk logam dan
25
serbuk komposit yang meliputi pembuatan (fabrikasi), karakteristik serbuk, hingga konversi serbuk menjadi suatu komponen produk. Proses metalurgi serbuk ini meliputi tahapan proses metalurgi serbuk antara lain:
1. 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 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 1mm.
a. 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.
26
Distribusi partikel ini sangat berpengaruh terhadap kemampuan saling isi partikel untuk mendapatkan volume terpadat.
Berikut ini adalah pengaruh ukuran partikel serbuk terhadap karakteristik serbuk: 1) 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. 2) 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. 3) 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. b. 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 sehinnga besarnya gaya gesekan antar partikel dihubungkan dengan luas permukaan partikel serbuk. Bentuk partikel serbuk juga bepengaruh pada perpindahan serbuk saat proses
27
penekanan, yang pada akhirnya akan mempengaruhi perpindahan massa pada proses pemanasan. Berdasarkan standar ISO 3252, bentuk serbuk dapat diklasifikasikan sebagai berikut:
1) Spherical : berbentuk bulat. 2) Angular : berbentuk polihedral kasar dengan tepi tajam. 3) Acicular : berbentuk jarum. 4) Irregular : berbentuk tidak beraturan. 5) Flake : berbentuk serpihan. 6) Fibrous : berbentuk serabut yang beraturan atau tidak beraturan. 7) Dendritic : berbentuk kristalin dan bercabang. 8) Granular : berbentuk hampir bulat. 9) Nodular berbentuk bulat dan tidak beraturan.
c. 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: 1) Apparent density atau bulk density didefinisikan sebagai berat per satuan volume dari serbuk. 2) Tap density didefinisikan sebagai berat jenis tertinggi yang dicapai dengan vibrasi tanpa aplikasi tekanan luar. 3) Green density didefinisikan sebagai berat jenis serbuk setelah serbuk mengalami penekanan kompaksi untuk proses pemanasan.
28
4) Theoritical density didefinisikan sebagai berat jenis sesungguhnya dari material serbuk ketika material serbuk ditekan hingga menghasilkan serbuk tanpa pori.
d. 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 mampu alir serbuk adalah bentuk serbuk, berat jenis serbuk, distribusi ukuran partikel, dan kelembaban serbuk.
e. 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. f. 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
29
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 akan terakumulasi diatas serbuk yang densitasnya lebih tinggi sehingga terjadi segregasi.
E. Kampas rem Kampas rem merupakan salah satu komponen yang penting pada lokomotif pada saat berjalan maupun berhenti.Pada tahun 1897, mulai digunakan rem jenis tromol (brake lining) pada kendaraan. Jenis rem ini diciptakan Herber Food dari perusahaan Ferodo Ltd. Kampas yang digunakan menggunakan bahan campuran sabut dengan kain katun (cotton belting). Selanjutnya sekitar 1908, bahan asbestos mulai digunakan. Asbestos merupakan paduan kuningan dan serat metal yang disatukan menggunakan binder (bahan pengikat) namun belum dicetak. Hingga tahun 1920, kampas rem mulai dicetak dengan serat metal dengan ukuran lebih pendek, logam kuningan yang lebih halus serta tambahan bahan organik.
Pada tahun 1994 ditemukan kalau asbestos mengandung zat Karsinogen yang dituding sebagai salah satu zat penyebab kanker paru-paru. Dan efek itu baru terasa setelah 10-15 tahun. Sejak itu, produksinya pun mulai perlahan dihentikan. Sebagai gantinya adalah penggunaan brass, copper fiber dan
30
aramid pulp. Kampas rem non-asbestos ini terbagi 2, yakni low steel yang masih mengandung besi meski sedikit dan non-steel yang tidak menggunakan besi. Namun ada 2 kelemahannya, kotoran dari pengikisan kampas berwarna hitam dapat mengotori pelek dan harganya pun lebih mahal dari kampas rem asbestos. Namun kini beberapa produsen telah meninggalkan penggunaan asbestos. Bahan baku kampas rem asbestos: asbestos 40 s/d 60 %, resin 12 s/d 15%, BaSO4 14 s/d 15%, sisanya karet ban bekas, tembaga sisa kerajinan, frict dust. Bahan baku kampas rem non asbestos: aramyd/ kevlar/ twaron, rockwool, fiberglass, potasiumtitanate, carbonfiber, graphite, celullose, vemiculate, steelfiber, BaSO4, resin, Nitrile butadine rubber. ( Ari Tristianto Wibowo, 2010)
F. Keausan Keausan dapat didefinisikan sebagai terlepasnya material atau atom dari permukaan material akibat dari derformasi plastis dan aksi mekanik. Keausan dapat
menyebabkan
mengakibatkan
perubahan
ukuran
dan
bentuk kualitas
benda
kerja
material
sehingga
akan
akan
mengalami
penurunan.masalah besar yang diakibatkan dari keausan adalah komponen yang mengalami keausan harus terus menerus diperbaiki atau diganti.keausan diklasifikasikan menjadi beberapa bagian yaitu keasuan adhesive,keausan abrasive,keausan erosi,keausan kavitasi,keausan fretting,dan keausan akibat gesekan. (Amrudin,1995)
31
Jenis-jenis keausan adalah sebagai berikut:
a) Keausan Adhesive Terjadi akibat dua permukaan saling bergesekan dengan tekanan tertentu. Mekanisme keausan adhesive ini terjadi karena adanya gaya tarik menarik antar logam. Karena disebabkan oleh adanya pergerakan relatif maka akan terjadi perpatahan pada daerah yang lemah dan dengan adanya gesekan selanjutnya menyebabkan bagian yang menempel pada permukaan yang lebih keras akan terpotong-potong oleh puncak-puncak kekerasan di sekitarnya, sehingga akan meninggalkan serpihan yang disebut dengan keausan. Serpihan ini dapat mempunyai kekerasan yang lebih besar dari logam induknya. Serpihan ini menyebabkan keausan adhesive yang terjadi pada logam induknya.
Gambar 13. Proses terjadinya keausan adhesive b) Keausan Abrasive Keausan abrasive adalah keausan yang terjadi akibat terjebaknya partikel keras diantara dua permukaan. Keausan ini biasanya terjadi pada alat berat, hammer, scrapper, dan crusher. Mekanisme keausan abrasive yaitu permukaan yang kasar bergerak diantara permukaan
32
yang lunak. Pada keausan abrasive mengakibatkan adanya material yang pindah dari permukaan logam sehingga akan timbul celah. Keausan abrasive mempunyai beberapa bentuk diantaranya :
1) Abrasive pahat Keausan ini terjadi ketika adanya permukaan material yang kasar.
Gambar 14. Keausan Abrasif pahat, berupa kepingan kecil bubutan
2) Abrasive tekanan tinggi Keausan ini terjadi secara tiba-tiba ketika adanya dua permukaan yang sejenis bergerak untuk menghancurkan material padat.
Gambar 15. Keausan Abrasive tekanan tinggi
33
3) Abrasive tekanan rendah Tekanan ini terjadi terutama disebabkan adanya material abrasive yang muncul bebas di atas permukaan material yang mempunyai ketahanan abrasive yang lebih rendah. Keausan ini terjadi karena adanya kondisi yang terkikis yang disebabkan oleh material abrasive terhadap material yang kurang abrasive. Untuk mencapai ketahanan abrasive yang tinggi diperlukan logam yang mempunyai ketahanan yang tinggi.
Gambar 16. Keausan Abrasive tekanan rendah
c) Keausan Erosi Keausan erosi adalah keausan yang terjadi akibat gesekan logam dengan cairan yang mengalir, terutama cairan yang mengandung partikel yang keras. Keausan erosi juga dapat terjadi akibat partikel cair yang terdapat dalam gas yang bergerak cepat. Keausan erosi biasanya terjadi pada pipapipa pengalir minyak, pipa-pipa keluar dari turbin uap dan lain sebagainya.
34
d) Keausan Kavitasi Keausan kavitasi adalah keausan yang disebabkan oleh cairan yang mengandung uap pada tekanan rendah. Dimana pergerakan suatu bagian dalam cairan akan terjadi perbedaan tekanan, sehingga gelembunggelembung udara akan pecah dan akan terjadi tekanan yang menyebabkan permukaan logam terluka atau tergores. Keausan kavitasi biasanya terjadi pada pompa hidrolik, propeller, dan turbin.
e) Keausan Fretting Terjadi akibat kombinasi dari gesekan dan getaran. Kerusakan akan dipercepat dengan adanya partikel yang terlepas dari permukaan yang terperangkap diantara kedua permukaan tersebut, sehingga keausan yang terjadi juga disebabkan oleh keausan abrasive. (Sularso, 1997)
f) Keausan karena gesekan Keausan yang disebabkan oleh gesekan merupakan hasil dari suatu gesekan yang meluncur, dapat juga secara berputar dari suatu permukaan logam dari permukaan logam yang lain dan kontak luncuran yang terusmenerus sampai permukaan mencapai titik dimana bagian elemen harus diganti.
1. Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Keausan: Berikut adalah beberapa faktor yang mempengaruhi keausan: a) Bahan perantara (butir debu, butir pasir, pecahan beling, kandungan asam, udara, suhu). b) Pergerakan (kecepatan, getaran).
35
c) Faktor Dalam. Faktor dalam merupakan faktor yang dimiliki oleh material atau bahan itu sendiri : komposisi kimia, sifat mekanis atau struktur mikro. d) Faktor luar. Faktor yang menyebabkan keausan karena faktor luar dari dalam. Contohnya, kecepatan, beban yang diterima, kekerasan, permukaan awal, kondisi lingkungan seperti temperatur, pelumasan dan lainlain. (Amrudin, 1995)
2. Laju keausan kampas rem Pengujian keausan dapat dilakukan dengan berbagaimacam metode dan teknik, yang semuanya bertujuan untuk mensimulasikan kondisi keausan aktual. Salah satunya adalah dengan pengujian laju keausan. Pengujian laju keausan dinyatakan dengan jumlah kehilangan/ pengurangan spesimen tiap satuan luas bidang kontak dan lama pengausan. (Viktor Malau dan Adhika widyaparaga, 2008) G. Scanning Electrone Microscope (SEM) Scanning Electron Microscope (SEM) merupakan ssebuah alat yang digunakan untuk mengamati serbuk didalam matriks bersama dengan beberapa sifat ikatan antara matriks dengan serbuk penguatnya. Cara untuk mendapatkan struktur mikro dengan membaca berkas electron, didalam SEM berkas electron berupa noda kecil yang umumnya 1µm pada permukaan spesimen yang diteliti berulang kali.
36
Permukaan spesimen diambil gambarnya dan dari gambar ini dianalisa keadaan atau kerusakan spesimen. Pentingnya SEM adalah memberikan gambaran nyata dari bagian kecil spesimen, yang artinya kita bisa menganalisa besar serbuk. Prinsip kerja dari SEM adalah sebagai berikut : a. Sebuah pistol elektron memproduksi sinar electron dan dipercepat dengan anoda. b. Lensa magnetik memfokuskan elektron menuju ke sampel. c. Sinar elektron yang terfokus memindai (scan) keseluruhan sampel dengan diarahkan oleh koil pemindai. d. Ketika elektron mengenai sampel, maka sampel tersebut akan mengeluarkan electron baru yang akan diterima oleh detektor dan dikirim kemonitor (CRT).
Gambar 17. Skema mikroskop elektron (http://www.bacteriaworld.com/what-is-SEM.htm)
