METODOLOGI PENELITIAN. Penelitian dilakukan di laboratorium material teknik, Jurusan Teknik Mesin,

Transkripsi

1 28 III. METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Tempat Penelitian Penelitian dilakukan di laboratorium material teknik, Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Lampung dan laboratorium uji material Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia Bahan Yang Digunakan Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah: 1. Phenolic resin Phenolic resin berfungsi sebagai matrik dalam komposit. Bahan ini berbentuk serbuk yang halus berwarna hitam. Phenolic resin digunakan sebagai bahan utama untuk membuat spesimen 2. Fly ash Fly ash berfungsi sebagai penguat atau pengisi dalam komposit. 3. Barium sulfat (BaSO4) Barium sulfat (BaS O4) dapat meningkatkan kerapatan massa dan dapat meningkatkan ketahanan pada temperatur tinggi serta dapat mengurangi tingkat keausan.

2 29 4. Grafit Grafit termasuk bahan friction modifier tingkat gesekan grafit dipengaruhi oleh kelembaban dan strukturnya. Penambahan grafit dapat meningkatkan ketahanan panas. Grafit tersusun atas lapisan hexagonal. 5. NBR (Nitrile Butadiene Rubber) NBR digunakan untuk mengurangi kekerasan. NBR dipilih menjadi bahan penyusun komposit, karena NBR memiliki ketahanan thermal yang baik dibandingkan jenis karet lainnya. 6. Serbuk besi (Fe) Serbuk ini ditambahkan sebagai material gesek agar dapat memperbaiki karakteristik thermal komposit. Serbuk besi memiliki konduktivitas thermal dan difusivitas thermal yang baik Alat yang digunakan Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Cetakan Berbentuk seperti balok untuk mencetak bahan sesuai dengan standar ASTM G seperti gambar 4.

3 30 Gambar 4. Cetakan 2. Thermo control. Alat ini digunakan untuk mengukur temperatur cetakan. Thermo control memiliki temperatur maksimal 600 o C. Seperti pada gambar 5 Gambar 5. Thermo control

4 31 3. Mixer. Digunakan untuk mencampur bahan komposit. Seperti pada gambar 6 Gambar 6. Mixer 4. Timbangan digital. Digunakan untuk menimbang bahan-bahan pembentuk komposit. Dengan skala 0,01 gram sampai 500 gram. Seperti pada gambar 7 Gambar 7. Timbangan digital 5. Furnace Digunakan untuk proses curing (perlakuan panas komposit). Dengan spesifikasi :

5 32 Mod L 64/14 Nr Jahr 2000 Max C 1400 Naberthem 400 V 3 N 50 Hz 16/16/28 A 13,0 KW Lilienthal (Germany). Gambar 8. Furnace 7. Dongkrak hidrolik. Dongkrak yang dipakai yaitu dongkrak dengan ukuran 5 ton, digunakan untuk menekan komposit agar lebih padat. 8. 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

6 33 dari material yang tergesek itulah yang dijadikan dasar penentuan tingkat keausan pada material. Gambar 9. Ogoshi high speed universal wear testing machine type OAT-U ` 9. Foto SEM spesimen Foto spesimen bertujuan untuk mengetahui daya ikat partikel dan matriks yang dapat mempengaruhi ketahanan aus. Selain itu, pengujian foto SEM ini dilakukan untuk mengetahui penyebab kegagalan pada komposit. Perbesaran yang a k a n digunakan pada foto SEM ini adalah perbesaran 250x, 1000x dan 2500x. Gambar 10. SEM (Scan Electron Microscope)

7 Alur proses penelitian Dibawah ini menunjukkan gambar diagram alur penelitian yang akan dilakukan yaitu sebagai berikut : Mulai Studi literatur Alat ukur, bahan, dan alat uji Pencampuran bahan pembuatan spesimen seperti : phenolic resin, fly ash, NBR, grafit, serbuk besi, Barium Sulfat (BaSO4) Pembuatan komposit Pengujian keausan dan uji SEM Pengumpulan data Pengolahan data Selesai Gambar 11. Diagram alir penelitian

8 Prosedur Penelitian Metode pelaksanaan penelitian yang dilakukan dibagi menjadi beberapa tahapan, yaitu: 1. Studi Literatur Studi literatur bertujuan untuk mengenali masalah yang ada dalam penelitian dan menyusun rencana untuk kerja penelitian yang dilakukan. Pada studi awal dilakukan langkah-langkah seperti pengenalan lapangan yang berhubungan dengan penelitian yang dilakukan serta mengambil data-data penelitian yang sudah ada sebagai pembanding terhadap hasil pengujian yang akan dianalisa. 2. Melakukan persiapan pemilihan serbuk Serbuk yang digunakan pada penelitian ini bermacam-macam. Langkahlangkah dalam persiapan serbuk ini sebagai berikut : a. Memilih serbuk yang akan digunakan. b. Menimbang serbuk yang akan digunakan. c. Mencampurkan serbuk menggunakan mixer. d. Setelah campuran serbuk merata siap dimasukkan kedalam cetakan. 3. Persiapan cetakan spesimen uji Cetakan spesimen uji dibuat dengan ukuran standar pengujian, bahan yang digunakan untuk cetakan ini adalah baja dengan kelas sedang. Cetakan ini disesuaikan dengan geometri spesimen uji keausan.

9 36 4. Persiapan pencampuran bahan a. Persiapan matriks Pencampuran untuk pembuatan spesimen uji keausan, matriks yang digunakan adalah resin phenolic. Resin phenolic ini digunakan karena tahan terhadap temperatur tinggi. Jumlah matriks yang digunakan sebanyak 60%. b. Persiapan bahan penguat (Reinforcement) Bahan penguat yang digunakan adalah fly ash batubara PLTU Tarahan. Fly ash mengandung bahan seperti: silikat (SiO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ) dan besi oksida (Fe 2 O 3 ) sisanya adalah karbon, magnesium, dan belerang. Fly ash yang digunakan yaitu sebanyak 5%. c. Persiapan bahan pengisi (Filler) Bahan pengisi yang digunakan dalam pembuatan komposit ini adalah barium sulfat (BaSO 4). Barium sulfat (BaS O4) memiliki fungsi memperbaiki ketahanan matriks phenolic. Tahan terhadap temperatur tinggi. Jumlah barium sulfat (BaSO4) sebanyak 10%. d. 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. Jumlah NBR yang digunakan sebanyak 5%. e. Persiapan bahan Friction modifier Bahan yang digunakan sebagai Friction modifier adalah grafit dan serbuk besi (Fe). Grafit dapat meningkatkan ketahanan aus serta

10 37 mempengaruhi koefisien gesek dan serbuk besi digunakan untuk menaikkan konduktifitas thermal, dan akan meningkatkan koefisien gesek. Jumlah grafit dan serbuk besi yang digunakan sebanyak 5%, 10% dan 15%. Tabel 3. Komposisi bahan penyusun komposit Bahan penyusun komposit Variasi komposisi komposit (%) A B C Phenolic resin 60% 60% 60% Fly ash 5% 5% 5% NBR (Nitrile Butadiene Rubber) 5% 5% 5% BaSO4 (Barium sulfat) 10% 10% 10% Grafit 15% 10% 5% Serbuk besi (Fe) 5% 10% 15% 5. Pembuatan spesimen uji Setelah menyiapkan bahan penyusun komposit berupa phenolic resin, fly ash, NBR, BaSO4 (Barium sulfat), grafit dan serbuk besi (Fe) dengan komposisi yang sudah sesuai, selanjutnya mencampur bahanbahan komposit tersebut (mixing) dengan waktu pencampuran 20 menit. Sehingga mendapatkan campuran yang homogen. Selanjutnya adalah memasukkan bahan-bahan yang telah tercampur kedalam cetakan.

11 38 6. Pencetakan spesimen dengan metode hot press Memanaskan komposit dengan temperatur 250 o C dan ditekan dengan menggunakan dongkrak selama 40 menit. Setelah proses penekanan selesai selanjutnya adalah proses curing pada proses ini spesimen komposit dipanaskan kembali dengan menggunakan furnace selama 4 jam dengan temperatur 150 o C. Jumlah spesimen pada setiap variasi pengujian ketahanan aus adalah 5, setiap spesimen akan di ambil data ketahanan aus dan rata-rata pada setiap variasi spesimen. Terdapat 3 variasi dalam penelitian ini berdasarkan komposisi bahan yaitu: Spesimen G51-G55 : Spesimen dengan perbandingan grafit 15% dan serbuk besi 5% Spesimen G101-G105 : Spesimen dengan perbandingan grafit 10% dan serbuk besi 10% Spesimen G151-G155 : Spesimen dengan perbandingan grafit 5% dan serbuk besi 15% 3.6. Prosedur pengujian dan analisa a. Pengujian cetakan ketahanan aus sesuai dengan standar ASTM G 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

12 39 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). a. P e n g G Gambar 12. Ilustrasi uji keausan metode Ogoshi (Callister,2003) Keterangan : P : Beban r : Jari- jari revolving disk B : Tebal revolving disk h : Kedalaman bekas injakan b : Lebar bekas injakan ω : Kecepatan putar

13 40 Rumus uji keausan yaitu sebagai berikut : =... (1) =......(2) Dimana: Ws = Abrasi (mm 3 ) B r b x V = Tebal revolving disc (mm) = Jari-jari revolving disc (mm) = Lebar celah material yang terabrasi (mm) = Jarak luncur [setting pada mesin uji (mm)] = Spesifik abrasi (mm 3 /m) Laju keausan dinyatakan dengan jumlah kehilangan atau pengurangan Material (massa, volume atau ketebalan) tiap satuan panjang luncuran atau satuan waktu (Callister,2003).