PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI KANVAS REM BERBASIS KOMPOSIT SERAT RAMI DAN SERAT BUAH PINANG DENGAN RESIN EPOXY SEBAGAI PEREKAT SKRIPSI

Transkripsi

1 PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI KANVAS REM BERBASIS KOMPOSIT SERAT RAMI DAN SERAT BUAH PINANG DENGAN RESIN EPOXY SEBAGAI PEREKAT SKRIPSI Diajukan Oleh : BEWAMATI GEA DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2016

2 PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI KANVAS REM BERBASIS KOMPOSIT SERAT RAMI DAN SERAT BUAH PINANG DENGAN RESIN EPOXY SEBAGAI PEREKAT SKRIPSI Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains BEWAMATI GEA DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2016 ii

3 PERSETUJUAN Judul : Pembuatan Dan Karakterisasi Kanvas Rem Berbasis Komposit Serat Rami Dan Serat Buah Pinang Dengan Resin Epoxy Sebagai Perekat Kategori : Skripsi Nama : Bewamati Gea Nomor Induk Mahasiswa : Program Studi : Sarjana (S1) Fisika Departemen : Fisika Fakultas : Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Disetujui di Medan, 22 Juli 2016 Komisi Pembimbing : Pembimbing 2, Pembimbing 1, Drs. Syahrul Humaidi, M.Sc Dr. Kerista Sebayang, MS NIP NIP Disetujui Oleh Departemen Fisika FMIPA USU Ketua, Dr. Marhaposan Situmorang NIP iii

4 PERNYATAAN PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI KANVAS REM BERBASIS KOMPOSIT SERAT RAMI DAN SERAT BUAH PINANG DENGAN RESIN EPOXY SEBAGAI PEREKAT SKRIPSI Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil karya sendiri. Kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya. Medan, 22 Juli 2016 BEWAMATI GEA iv

5 PERHARGAAN Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Kuasa atas segala anugrah dan karunia-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir yang berjudul Pembuatan dan Karakterisasi Kanvas Rem Berbasis Komposit Serat Rami dan Serat Buah Pinang Dengan Resin Epoxy Sebagai Perekat. Tugas akhir ini disusun sebagai syarat akademis dalam menyelesaikan studi program sarjana (S1) Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Medan. Rasa hormat dan terimakasih penulis ucapkan kepada kedua orang tua tercinta penulis : Tuho aro Gea (ayah) dan Kanali Zalukhu (ibu) atas kasih sayang dan doa serta dukungan baik moral dan materi yang diberikan kepada penulis. Penulis juga mengucapkan terimakasih kepada saudara penulis : Pintalina Gea (kakak) dan Inisiatif Gea (kakak) atas doa dan dukungannya kepada penulis. Pada kesempatan ini penulis juga menyampaikan rasa terimakasih dan perhargaan yang setinggitingginya kepada Bapak Dr. Kerista Sebayang, MS dan Bapak Drs. Syahrul Humaidi, M.Sc selaku dosen pembimbing, disela-sela rutinitasnya namun tetap meluangkan waktu untuk memberikan petunjuk, dorongan, saran dan arahan selama penulis mengerjakan penelitian serta dalam pelaksanaan penelitian dan penulisan tugas akhir ini penulis banyak mendapatkan bimbingan dan pengarahan, saran, bantuan dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis dengan segala hormat dan kerendahan hati ingin mengucapkan terimakasih yang sebesarbesarnya kepada : 1. Bapak Dr. Kerista Sebayang, MS selaku dekat Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam,. 2. Bapak Dr. Marhaposan Situmorang selaku ketua jurusan Fisika S1. 3. Seluruh pegawai dan staff yang mengajar di Fisika S1. 4. Sahabat-sahabat penulis physic inside : Eka, Faisal, Layla, Aini, Tulus, Mentari, Antoni, Tere, Nasrul, Niar, Usi, Ikhwan, Citra, Frans, Riki, Maizal, Esna, Amin, Jekson, Sri, Rahel, Roulina, Baik, Lia, Edi, Emi, Ririn, Lamhot, Roni, Sarah, Desi, Juan, Baginda, Ronal, Rika, Mini, Jejen, v

6 Samuel, Wiharja, Anto, Mini, Sarah, Taoko, Pet, Riadi, Ita, Tiber, Ataran, Juli, Marisa,Gunawan, Desmar, Irman, dan Ricky D. 5. Suci Wulan Sari yang selalu memberikan dukungan dan semangat kepada penulis saat mengerjakan tugas akhir ini. 6. Alumni dan senior-senior Fisika USU serta adik-adik stambuk 2011, 2012, 2013, 2014 dan Keluarga besar Dobo dan anak komplek Perumahan Waikiki yang senantiasa menemani dan memberikan semangat. Semoga segala kebaikan yang pernah mereka berikan kepada penulis, Tuhan membalas dan memberikan rejeki kepada mereka. Penulis juga menyadari bahwa dalam tugas akhir ini masih banyak kekurangan. Oleh sebab itu, penulis memohon maaf apabila terdapat kesalahan baik sengaja maupun tidak sengaja. Penulis juga memohon maaf atas kekurangan dalam penulisan tugas akhir ini. Penulis berharap semoga skripsi ini dapat memberikan sumbangan pikiran kepada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam dan. Akhir kata penulis mengucapkan banyak terimakasih dan semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi kita semua. Medan, 22 Juli 2016 Penulis Bewamati Gea NIM vi

7 PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI KANVAS REM BERBASIS KOMPOSIT SERAT RAMI DAN SERAT BUAH PINANG DENGAN RESIN EPOXY SEBAGAI PEREKAT ABSTRAK Telah dibuat kanvas rem dari campuran bahan baku : serat rami, serat buah pinang, karbon aktif sebagai filler dan resin epoksi sebagai matriks melalui teknik konvensional cetak dan tekan dengan variasi komposisi serat rami : serat buah pinang : karbon aktif : resin epoksi 50% : 10% : 10% : 30%, 55% : 10% : 10% : 25%, 60% : 10% : 10% : 20%, 65% : 10% : 10% : 15% dan 70% : 10% : 10% : 10%. Pembuatan sampel dilakukan dua tahap. Tahap pertama serat dipotong dengan ukuran acak ±0,5 cm kemudian serat tersebut dicampur dengan resin epoksi sampai homogen selama 5 menit dengan metode pencampuran kering. Tahap kedua serat yang telah tercampur homogen dicetak dengan tekanan 7 ton ditahan selama 10 menit. Masing-masing sampel yang telah siap dikarakterisasi yang meliputi : sifat fisis (densitas, porositas dan daya serap air), sifat mekanik (kekerasan dan kekuatan gesek/aus) dan sifat thermal titik leleh dengan DTA (Differential Thermal Analysis). Hasil karakterisasi menunjukkan bahwa serat rami : serat buah pinang : karbon aktif : resin epoksi yang optimum yaitu 50% : 10% : 10% : 30% memiliki nilai densitas tertinggi sebesar 2,348 x 10 3 kg/m 3, nilai porositas 0,75%, nilai daya serap air 0,26%, nilai kekerasan 100,252 x 10 3 N/m, laju keausan 9,259 x 10-3 kg/m 2.det dan titik leleh sebesar 410 o C. Hasil dari komposit serat rami dan serat buah pinang dapat diaplikasikan sebagai kanvas rem pada rem cakram pengganti kanvas rem konvensional. Kata Kunci : Kanvas Rem, Resin Epoksi, Serat Hybrid vii

8 FABRICATION AND CHARACTERIZATION OF BRAKE PADS BASED ON RAMIE FIBERS AND ARECA FIBERS REINFORCED EPOXY RESIN COMPOSITE ABSTRACT The brake pads have been done by using mixture of material : ramie fibers, areca fiber, activated carbon as filler and epoxy resin as matrix through a dry compression moulding technique with variation of composition ramie fibers : areca fibers : activated carbon : epoxy resin 50% : 10% : 10% : 30%, 55% : 10% : 10% : 25%, 60% : 10% : 10% : 20%, 65% : 10% : 10% : 15% and 70% : 10% : 10% : 10%. The sample fabrication was done in two step. The first step, fibers cutted by random of size ±0,5 cm. Then, fibers is mixed with epoxy resin until homogenous about 5 minutes with dry mixing method. Second step, the fibers was homogenized then it moulded with pressure 7 ton with holding time about 10 minutes. The moulded sampel were characterized such as : physical properties (density, porosity and water absorption), mechanical properties (hardness strength and wear rate) and thermal properties melting point by DTA (Differential Thermal Analysis). The characterization result show that the optimum composition of ramie fibers : areca fibers : activated carbon : epoxy resin was 50% : 10% : 10% : 30%, had the highest density 2,348 x 10 3 kg/m 3, porosity 0,75%, water absorption 0,26%, hardness strength 100,252 x 10 3 N/m, wear rate 9,259 x 10-3 kg/m 2. sec and melting point 410 o C. The result of ramie fibers and areca fibers composite can applied as replacement brake pads in market. Keywords: Brake Pads, Epoxy Resin, Hybrid Fibers. viii

9 DAFTAR ISI Persetujuan Pernyataan Kata Pengantar Abstrak Abstract Daftar Isi Daftar Tabel Daftar Gambar Daftar Lampiran Halaman iii iv v vii viii ix xi xii xiii BAB 1. Pendahuluan Latar Belakang Rumuan Masalah Batasan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian Sistematika Penulisan 5 BAB 2. Tinjauan Pustaka Material Komposit Ikatan Antar Muka Material Penyusun Komposit Serat Rami Serat Buah Pinang Resin Epoksi Karbon Aktif Aplikasi KMP (Komposit Matriks Polimer) Rem Rem Cakram Kampas Rem Cakram Karakterisasi Komposit Matriks Polimer Karakterisasi Sifat Fisis Karakterisasi Sifat Mekanik Karakterisasi Sifat Thermal 25 BAB 3. Metode Penelitian Tempat Dan Waktu Penelitian Tempat Penelitian Waktu Penelitian Peralatan dan Bahan Peralatan Bahan 29 ix

10 3.3 Variabel Penelitian Prosedur Penelitian Tahapan Penelitian 31 BAB 4. Hasil dan Pembahasan Material Komposit Matriks Polimer Sebagai Kanvas Rem Karakteristik Sifat Fisis Kanvas Rem Densitas (Massa Jenis) Porositas Daya Serap Air Karakteristik Sifat Mekanik Kekerasan Kekuatan Gesek (Laju Keausan) Karakteristik Sifat Thermal DTA (Differential Thermal Analysis) 38 BAB 5. Kesimpulan dan Saran Kesimpulan Saran 41 Daftar Pustaka 42 Lampiran 45 Lampiran A (Contoh Perhitungan) 45 Lampiran B (Tabel Perhitungan) 48 Lampiran C (Gambar Dokumentasi Penelitian) 53 x

11 DAFTAR TABEL Nomor Judul Halaman Tabel 2.1 Kelebihan Dan Kekurangan Dari Bahan Komposit Perbandingan Sifat Serat Rami Dengan Berbagai Jenis Serat Lainnya Sifat Fisik Dan Kimia Serat Rami SAE (Society of Automotive Engineering) J Presentase Komposit yang Diperkuat Serat Rami dan serat buah pinang dengan perekat resin epoksi sebagai aplikasi kanvas rem 29 B.1 Data Hasil Pengukuran Densitas Kanvas Rem dengan resin epoksi sebagai perekat 48 B.2 Data Hasil Pengukuran Porositas Kanvas Rem dengan resin epoksi sebagai perekat 49 B.3 Data Hasil Pengukuran Daya Serap Air Kanvas Rem dengan resin epoksi sebagai perekat 50 B.4 Data Hasil Pengukuran Kekerasan Kanvas Rem dengan resin epoksi sebagai perekat 51 B.5 Data Hasil Pengukuran Laju Keausan Kanvas Rem dengan resin epoksi sebagai perekat 52 xi

12 DAFTAR GAMBAR Nomor Judul Halaman Gambar 2.1 Ilustrasi Komposit Berdasarkan Penguatnya Bentuk Daun Rami Bentuk Serat Rami yang Kering Struktur Ikatan Kimia Resin Epoksi Kanvas Rem Cakram Metode Pengujian Kekerasan Brinell Krusibel DTA Interprestasi Kurva DTA Diagram Alir Penelitian Grafik Hubungan Densitas Dengan Variasi Komposisi Pada Material Kanvas Rem Grafik Hubungan Porositas Dengan Variasi Komposisi Pada Material Kanvas Rem Grafik Hubungan Daya Serap Air Dengan Variasi Komposisi Pada Material Kanvas Rem Grafik Hubungan Kekerasan Dengan Variasi Komposisi Pada Material Kanvas Rem Grafik Hubungan Laju Keausan Dengan Variasi Komposisi Pada Material Kanvas Rem Grafik DTA Kanvas Rem Pada Komposisi Serat Rami, Serat Pinang, Karbon Aktif dan Resin Epoksi 50 : 10 : 10 : Grafik DTA Kanvas Rem Pada Komposisi Serat Rami, Serat Pinang, Karbon Aktif dan Resin Epoksi 60 : 10 : 10 : Grafik DTA Kanvas Rem Pada Komposisi Serat Rami, Serat Pinang, Karbon Aktif dan Resin Epoksi 70 : 10 : 10 : xii

13 DAFTAR LAMPIRAN Nomor Judul Halaman Tabel A.1 Perhitungan Sifat Fisis (Densitas, Porositas dan Daya Serap Air) Material Kanvas Rem Berbasis Serat Rami dan Serat Buah Pinang dengan Resin Epoksi Sebagai Perekat 45 A.2 Perhitungan Sifat Mekanik (Kekerasan dan Laju Keausan) Material Kanvas Rem Berbasis Serat Rami dan Serat Buah Pinang Dengan Resin Epoksi Sebagai Perekat 46 B.1 Data Hasil Pengukuran Densitas Kanvas Rem dengan resin epoksi sebagai perekat 48 B.2 Data Hasil Pengukuran Porositas Kanvas Rem dengan resin epoksi sebagai perekat 49 B.3 Data Hasil Pengukuran Daya Serap Air Kanvas Rem dengan resin epoksi sebagai perekat 50 B.4 Data Hasil Pengukuran Kekerasan Kanvas Rem dengan resin epoksi sebagai perekat 51 B.5 Data Hasil Pengukuran Laju Keausan Kanvas Rem dengan resin epoksi sebagai perekat 52 xiii