III. METODOLOGI PENELITIAN
A. Tempat Penelitian Penelitian dilakukan dilaboratorium Material Teknik Mesin Universitas Lampung dan laboratorium uji material kampus baru Universitas Indonesia Depok. B. Alat dan Bahan yang digunakan 1. Alat yang digunakan untuk penelitian yaitu sebagai berikut : a. Cetakan berbentuk seperti balok untuk mencetak bahan dengan ukuran dimensi yang sudah ditentukaan.
Bagian atas
Pembuka spesimen
Bagian tengah
Bagian bawah
Gambar 18. Cetakan
38
b. Thermo controler Thermo controler dan heater ini digunakan untuk mengatur suhu temperatur pada cetakan spesimen. Thermo controller dan heater ini dapat memanaskan elemen pemanas hingga temperatur 600o C.
Thermo controler
heater
Gambar 19. Thermo controler dan heater c. Furnace Digunakan untuk proses curing (perlakuan panas komposit) dimana material komposit dipanaskan dengan temperatur dan waktu tertentu.
Gambar 20. Furnace
39
d. Mixer Mixer digunakan sebagai pencampuran bahan-bahan seperti phenolik, fly ash, serbuk besi, dan bahan lainya, untuk mendapatkan komposisi yang seragam.
Gambar 21. mixer
e. Dongkrak hidrolik Untuk mempresskan komposit didalam cetakan agar spesimen menjadi padat.
Gambar 22. Dongkrak hidrolik
40
f. Timbangan digital Sebagai alat untuk menimbang berat fly ash, NBR(Nitrile butadine rubber), phenolic, carbon black, serbuk besi, dan grafit, sebelum melakukan pencampuran/mixing pada pembuatan komposit.
Gambar 23. Timbangan digital
g. Mesin uji ketahanan aus (Ogoshi high speed universal wear testing machine) Fungsi ogoshi high speed universal wear testing machine type OAT-U adalah untuk menentukan laju keausan suatu material dimana benda uji memperoleh beban gesek dari disk yang berputar (revolving disc). Pembebanan. ini akan menghasilkan kontak yang pada akhirnya akan mengambil sebagian material pada benda uji. Besarnya jejak permukaan dari material yang tergesek itulah yang dijadikan dasar penentuan tingkat keausan pada material.
41
` Gambar 24. Ogoshi high speed universal wear testing machine type OAT-U
2. Bahan yang digunakan untuk penelitian sebagai berikut :
a. Phenolik resin Sebagai matrik pada komposit, bahan ini berupa serbuk berwarna hitam yang memiliki ketahanan panas yang baik. Phenolik digunakan sebagai bahan utama untuk membuat spesimen. Resin ini mampu tahan pada temperatur tinggi (thermoset), sampai 2000C.
Gambar 25. Phenolic resin
42
b. Fly ash (abu terbang batu bara) Sebagai penguat pada bahan komposit dan juga sebagai bahan utama yang digunakan untuk membuat spesimen .
Gambar 26. Fly ash
c. Grafit Grafit termasuk bahan friction modifier tingkat gesekan grafit dipengaruhi oleh kelembaban dan strukturnya. Penambahan grafit dapat meningkatkan ketahanan aus serta dapat mempengaruhi koefisien gesek.
Gambar 27. Grafit
43
d. NBR (Nitril Butadiene Rubber) NBR digunakan untuk mengurangi kekerasan. NBR dipilih menjadi bahan penyusun komposit, karna NBR memiliki ketahanan thermal yang baik dibandingkan jenis karet lainnya.
Gambar 28. NBR (Nitril Butadiene Rubber)
e. Barium sulfat (BaSo4) Barium sulfat (BaSo4) dapat meningkatkan kerapatan massa dan dapat meningkatkan ketahanan pada temperatur tinggi serta dapat mengurangi tingkat keausan. Di indonesia, barium sulfat dalam bentuk serbuk berwarna putih.
Gambar 29. BaSo4(Barium Sulfat)
44
f. Serbuk besi Serbuk besi yang berwarna hitam dengan massa jenis besi besar sehingga dengan kadar yang sama dengan komponen penyusun 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.
Gambar 30. Serbuk besi C. Prosedur Penelitian Prosedur pada pengambilan data dalam penelitian ini menjadi beberapa tahapan yaitu sebagai berikut : 1. Study literature Pada proses penelitian yang dilakukan yaitu dengan pengumpulan data awal. Pada study awal dilakukan langkah-langkah seperti survey lapangan yaang berhubungan dengan penelitian yang dilakukan serta mengambil data-data penelitian yang sudah ada sebagai pembanding terhadap hasil pengujian yang akan dianalisa.
45
2. Melakukan persiapan pemilihan serbuk Serbuk yang digunakan pada penelitian ini memiliki bermacam-macam. Langkah-langkah dalam persiapan serbuk ini sebagai berikut : a. Pemilihan serbuk yang digunakan. b. Serbuk yang digunakan menurut kebutuhan yang diinginkan. c. Campurkan serbuk menggunakan mixer agar setiap campuran serbuk merata. d. Setelah merata serbuk siap dimasukkan kedalam cetakan.
3. Proses pencampuran komposit Pada proses pembuatan komposit memiliki langkah-langkah yang dilakukan sebagai berikut : a. Persiapan serbuk-serbuk yang sudah dicampurkan (mixing) kemudian dilakukan proses pembuatan sesuai bentuk pada cetakan.
1. Persiapan matriks Pencampuran untuk pembuatan spesimen uji keausan, 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%.
2. Persiapan bahan penguat (Reinforcement) Bahan penguat yang digunakan adalah fly ash batu bara PLTU Tarahan. Fly ash mengandung bahan seperti: silikat (SiO2), alumina(Al2O3), dan besi oksida(Fe2O3), sisanya adalah karbon,
46
kalsium, magnesium, dan belerang. Fly ash ini memiliki bentuk serbuk berwarna abu-abu. Komposisi fly ash yang digunakan yaitu sebanyak 5%, 10%, dan 15%.
3. Persiapan bahan pengisi (Filler) Bahan pengisi yang digunakan dalam pembuatan komposit ini adalah serbuk besi (Fe), dan barium sulfat (BaSO4). Serbuk besi (Fe) digunakan untuk menaikkan konduktifitas thermal, dan akan meningkatkan koefisien gesek. Barium sulfat (BaSo4) memiliki fungsi
memperbaiki
ketahanan
matriks
pnenolic
terhadap
temperatur tinggi. Komposisi serbuk besi (Fe) yang digunakan yaitu sebanyak 5%, dan barium sulfat (BaSO4) sebanyak 10%.
4. Persiapan bahan pengikat (Binder) 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%, 10%, 5%.
5. Persiapan bahan Friction modifier Friction modifier berfungsi untuk memodifikasi atau mengatur koefisien gesek. Bahan yang digunakan sebagai Friction modifier adalah grafit. Grafit dapat meningkatkan ketahanan aus serta mempengaruhi koefisien gesek. Komposisi grafit yang digunakan sebanyak 5%.
47
Dibawah ini merupakan tabel data bahan penyusun komposit dan variasi komposisi yaitu: Tabel 3. Komposisi bahan penyusun komposit Variasi komposisi komposit (%) Bahan penyusun komposit
A
B
C
Phenolic resin
60%
60%
60%
Fly ash
5%
10%
15%
NBR (Nitrile Butadiene Rubber)
15%
10%
5%
BaSO4 (Barium sulfat)
10%
10%
10%
Grafit
5%
5%
5%
Serbuk besi (Fe)
5%
5%
5%
48
4. Pembuatan spesimen uji Setelah menyiapkan bahan penyusun komposit yang berupa phenolic resin, fly ash, NBR, BaSO4 (Barium sulfat), grafit, serbuk besi (Fe) dengan komposisi yang sudah sesuai, selanjutnya mencampur komposisi (mixing) dengan lama waktu pencampuran 20 menit. Sehingga mendapatkan campuran yang homogen. Selanjutnya adalah memasukkan bahan bahan yang telah tercampur kedalam cetakan yang telah diberi oli untuk mempermudah
mengeluarkan
komposit
dari
cetakan.
Kemudian
memanaskan komposit dengan temperatur 250o C dan ditekan dengan tekanan 5 ton selama 30 menit. Setelah proses penekanan selesai selanjutnya adalah proses curing pada proses ini spesimen komposit dipanaskan dengan menggunakan Furnace selama 4 jam dengan temperatur 150o C. Selanjutnya mengamplas spesimen agar permukaan yang akan diuji kekerasan memiliki permukaan yang rata dan halus, selanjutnya memberi label (Kode spesimen).
Tabel 4. Jumlah spesimen pengujian ketahanan aus sebagai berikut :
Pengujian
Jumlah spesimen komposit
Variasi A
Variasi B
Variasi C
6
6
6
Ketahanan aus
49
Tabel 5. data hasil pengujian yang diinginkan :
Kode Sampel
lebar (b) [mm]
Tebal cincin (B) [mm]
(d) [mm]
Beba n (P) [Kg]
Jrk lcr (x) [m]
Kecepatan [m/s]
Spesifik abrasi [mm³/mm]
Na151 Nb152 Na153 Nb154 Na155 Nb156 Na101 Nb102 Na103 Nb104 Na105 Nb106 Na51 Nb52 Na53 Nb54 Na55 Nb56
a. Pengujian cetakan ketahanan aus sesuai dengan standar ASTM G 99 95 yaitu sebagai berikut :
Pengujian keausan dapat dilakukan dengan berbagai macam metode dan teknik, yang semuanya bertujuan untuk mensimulasikan kondisi keausan aktual. Salah satunya adalah dengan metode Ogoshi dimana
50
benda uji memperoleh beban gesek dari disk yang berputar (revolving disc). Pembebanan gesek ini akan menghasilkan kontak antar permukaan yang berulang-ulang yang pada akhirnya akan mengambil sebagian material pada permukaan benda uji. Besarnya jejak permukaan dari material tergesek itulah yang dijadikan dasar penentuan tingkat keausan pada material. Semakin besar dan dalam jejak keausan maka semakin tinggi volume material yang terlepas dari benda uji. Ilustrasi skematis dari kontak permukaan antara revolving disc dan benda uji. (Novianto, 2013)
Gambar 31. Ilustrasi pengujian keausan(Callister, 2007) Keterangan : P : Beban
h : Kedalaman bekas injakan
r : jari- jari revolving disk
b : Lebar bekas injakan
B : Tebal revolving disk
ω : Kecepatan putar
51
Rumus uji keausan yaitu sebagai berikut : ………………………………...…………………..…(1)
Dimana: B = lebar piringan pengaus (mm) b = lebar keausan pada benda uji (mm) r = jari-jari piringan pengaus (mm) W = harga keausan spesifik (mm3/mm) x = jarak luncur (m)
52
D. Alur proses Penelitian Dibawah ini menunjukkan gambar diagram alur penelitian yang akan dilakukan yaitu sebagai berikut :
MULAI
Study literatur
Alat ukur, bahan, dan alat uji
Pencampuran bahan pembuatan spesimen seperti : phenolic, fly ash, NBR, carbon black, grafit, serbuk besi, BaSo4
Pembuatan komposit
Pengujian keausan dan pengujian makro
Pengumpulan data
Pengolahan data
Selesai Gambar 32. Diagram alir penelitian
