PEMBUATAN DAN ANALISA SIFAT MEKANIK KOMPOSIT DENGAN PENGUAT ABU ( FLY ASH ) CANGKANG SAWIT UNTUK BAHAN KAMPAS REM SEPEDA MOTOR SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik BERTO P. SIMANJORANG 100421009 PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014 1
2
3
4
5
KATA PENGANTAR Puji syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan kesehatan dan kesempatan kepada penulis, sehingga dapat menyelesaikan tugas skripsi ini. Adapun judul skripsi ini adalah Pembuatan Dan Analisa Sifat Mekanik Komposit Dengan Penguat Abu Terbang (fly ash) Cangkang Sawit Untuk Bahan Kampas Rem Sepeda Motor ini di maksudkan untuk memenuhi persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan tingkat strata satu (S1) pada Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik (USU). Dalam penysunan skripsi ini penulis sudah banyak mendapat bimbingan, dukungan maupun bantuan dalam bentuk apapun dari berbagai pihak. Untuk itu pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1. Bapak Dr.Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri, selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik 2. Bapak Ir. Syahrul Abda, M.Sc, selaku dosen pembimbing yang telah memberikan bimbingan dalam menyusun skripsi ini. 3. Bapak Ir. Tugiman, MT selaku kordinator skripsi 4. Bapak Jimmi G. Simanjuntak, ST selaku kepala Laboratorium Pengujian Mekanik dan Material Teknik Baristand Industri Medan (Balai Riset dan Standarisasi Industri Medan) yang mengijinkan saya untuk bekerja sama melakukan penelitian di laboratorium tersebut 5. Bapak Bisrul Hapis Tambunan, ST, MT selaku Kepala Laboratorium dan Workshop Teknik Mesin Universitas Negeri Medan, yang telah memberikan kesempatan unutuk melakukan pengujian di Laboratorium tersebut. 6. Kedua orangtua saya yang telah banyak memberikan dukungan baik materi maupun doa 7. Seluruh staf dan pegawai yang ada di jurusan Teknik Mesin yang telah banyak membantu dalam pengurusan administrasi untuk penyusunan skripsi ini. 8. Rekan-rekan mahasiswa yang telah banyak membantu dan memberi masukan untuk penyusunan skripsi ini. i
Penulis menyadari masih banyak kekurangan dalam penyusunan skripsi ini, baik karena keterbatasan ilmu dan juga pengalaman. Karena itu, penulis mengharapkan saran yang bersifat membangun, untuk kesempurnaan penyusunan skripsi ini. Semoga skripsi ini dapat memberikan manfaat bagi para pembaca. Medan, Desember 2013 Penulis, Berto P. Simanjorang ii
ABSTRAK Kampas rem sepeda motor merupakan salah satu elemen yang penting pada sepeda motor, dimana kampas rem ini sangat mempengaruhi sistem pengereman pada sepeda motor. Rem sepeda motor berfungsi untuk menghentikan/mengurangi laju kendaraan. Partikel yang berasal dari bahan asbes, apabila terhirup oleh manusia tidak dapat di degradasi oleh tubuh dan mengendap pada paru-paru dapat mengganggu kesehatan. Bahan komposit menjadi bahan alternatif dari limbah sawit yaitu abu cangkang sawit (fly ash). Pembuatan komposit bahan kampas rem ini dengan menggunakan metoda hand lay out yang terdiri dari abu cangkang sawit sebagai penguat (filler), di campur dengan resin BQTN-157 berfungsi sebagai matriks dan juga katalis Methyl Ethyl Ketone Peroksida berfungsi mempercepat proses pengerasan. Metode eksperimen di lakukan dengan pengujian mekanik yaitu, uji kekerasan, kelenturan dan keausan. Hasil uji kekerasan spesimen D1-4 komposisi 40% resin, 60% fly ash memiliki tingkat kekerasan yang tertinggi dengan nilai 138 HV. Hasil uji lentur spesimen C1-3 dengan komposisi 50% resin, 50% fly ash tegangan yang terbaik yaitu 65,37 N/mm 2. Laju keausan terbaik spesimen D1-4, yaitu 0,89x10-5 gram/mm.detik, dengan komposisi 40% resin, 60% fly ash. Kesimpulan nya hasil pengujian kekerasan dengan laju keausan sepadan, dimana spesimen yang paling keras, laju keausannya paling rendah. Kata kunci : Abu Cangkang Sawit, Komposit, Uji Kekerasan, Uji Lentur dan Uji Laju Keausan. iii
ABSTRACT Motorcycle brake pads is one of the important elements on a motorcycle, which greatly affects the brake system on a motorcycle braking. Motorcycle brake function to stop / reduce vehicle speed. Particles from asbestos material, when inhaled by humans can not be degraded by the body and settles in the lungs can interfere with health. Composite materials into alternative materials of waste oil palm shell is ash ( fly ash ). Manufacture of composite material brake lining is composed of gray palm shell as an amplifier ( filler ), mixed with resin BQTN - 157 also serves as a matrix and Ethyl Ketone Peroxide Methyl catalyst function accelerates the hardening process. The experimental method is done with mechanical testing, hardness testing, flexibility and wear. Results of hardness test specimen D1-4 resin composition of 40 %, 60 % fly ash had the highest levels of violence with the value 138 HV. The results of the bending test specimen C1-3 with the composition of 50 % resin, 50 % fly ash is the best voltage is 65.37 N/mm2. The best wear rate of specimens D1-4, which is 0.89 x10-5 g / mm.detik, with a composition of 40 % resin, 60 % fly ash. Her conclusion hardness test results commensurate with the wear rate, where the most violent.. Keywords : Ash palm shell oil, Composite, Hardness Test, Test and Test Bending The wear rate. iv
DAFTAR ISI KATA PENGANTAR... i ABSTRAK... iii ABSTRAC... iv DAFTAR ISI... v DAFTAR TABEL... viii DAFTAR GAMBAR... ix DAFTAR NOTASI... xi BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Perumusan Masalah... 2 1.3 Tujuan Penelitian... 2 1.4... B atasan Masalah... 2 1.5 Manfaat Penelitian... 3 1.6 Metodologi... 4 1.7 Sietematika Penulisan... 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 6 2.1... Pengertian Bahan Komposit... 6 2.2... A bu Terbang (fly ash) Cangkang Sawit... 9 2.3... P olyester Resin Tak Jenuh... 10 2.4... K atalis MEKPO (Methyl Ethyl Ketone Peroksida)... 11 v
2.5... K ampas Rem... 11 2.6... K omposisi Kampas Rem... 12 2.7... M aterial Komposit Untuk Kampas Rem... 13 2.8... M ekanisme Kerja Pengereman Sepeda Motor... 13 2.9 Sifat Mekanik Kampas Rem... 16 2.10 Pengujian Sifat Mekanik... 18 2.10.1 Pengujian Kekerasan... 18 2.10.2 Pengujian Lentur... 28 2.10.3 Pengujian Keausan... 29 BAB III METODOLOGI PENELITIAN... 31 3.1... M etoda... 31 3.2... W aktu dan Tempat... 31 3.3 Alat dan Bahan... 31 3.3.1 Alat... 31 3.3.2 Bahan... 36 3.4 Prosedur Penelitian... 38 3.4.1 Penyiapan Bahan Baku... 38 3.4.2 Variabel Penelitian... 39 3.5 Pengujian Sifat Mekanik... 39 3.5.1 Pengujian Kekerasan... 40 3.5.2 Pengujian Lentur... 41 3.5.3 Pengujian Keausan... 42 3.6 Diagram Alir Penelitian... 44 vi
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN... 46 4.1 Hasil... 46 4.1.1 Hasil Pengujian Kekerasan... 46 4.1.2 Hasil Pengujian Lentur... 47 4.1.3 Hasil Pengujian Laju Keausan... 49 4.2... P embahasan... 50 4.2.1 Pembahasan Pengujian Kekerasan... 50 4.2.2 Pembahasan Pengujian Lentur... 51 4.2.3 Pembahasan Pengujian Laju Keausan... 55 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... 58 5.1 Kesimpulan... 58 5.2 Saran... 58 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN vii
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Karakteristik Mekanik Polyester Resin Tak Jenuh... 12 Tabel 2.2 Rockwell Hardness Scales... 20 Tabel 2.3 Konversi Kekerasan... 22 Tabel 3.1 Diameter Mesh... 32 Tabel 3.2 Variasi Komposisi Antar Sampel... 37 Tabel 4.1 Hasil Pengujian Kekerasan... 38 Tabel 4.2 Hasil Pengujian Lentur... 44 Tabel 4.3 Hasil Pengujian Laju Keausan... 44 Tabel 4.4 Hasil Tegangan Lentur. 49 viii
DAFTAR GAMBAR Gambar. 2.1 Diagram komposit berdasarkan bahan penyusunnya... 6 Gambar. 2.2 Klasifikasi/Skema Struktur Komposit (Callister, 1994)... 7 Gambar. 2.3 Gabungan Makroskopik Fasa-fasa Pembentuk Komposit... 8 Gambar. 2.4 Mekanisme Penyetelan Sepatu Rem... 15 Gambar. 2.5 Bagian-Bagian Kampas Rem... 17 Gambar. 2.6 Pengujian Brinell (Callister, 2001)... 21 Gambar. 2.7 Prinsip Kerja Metode Kekerasan Rockwell... 21 Gambar. 2.8 Pengujian Vickers (Callister, 2001)... 24 Gambar. 2.9 Bentuk Identor Knoop (Callister, 2001)... 24 Gambar. 2.10 Metode Three Point Bending... 25 Gambar.2.11 Keausan Metode Adhesive... 26 Gambar. 2.12 Keausan Metode Abrashive... 27 Gambar. 2.13 Mekanisme Keausan Lelah... 28 Gambar. 2.14 Mekanisme Keausan Oksidasi... 29 Gambar. 2.15 Skematis Keausan Erosi... 29 ix
Gambar. 2.16 Pengujian Pin on Disk... 20 Gambar. 3.1 Tabung Ukur/Gelas Ukur... 31 Gambar. 3.2 Timbangan Digital... 32 Gambar. 3.3 Mesh no 25... 32 Gambar. 3.4 Jangka Sorong... 33 Gambar. 3.5 Cetakan Untuk Uji Lentur... 33 Gambar. 3.6 Cetakan Untuk Uji Kekerasan... 33 Gambar. 3.7 Cetakan Untuk Uji Keausan... 33 Gambar. 3.8 Alat Uji Kekerasan Micro Hardnes Vikers... 34 Gambar. 3.9 Alat Uji Lentur Universal Testing Machine Kapaitas 5 Ton... 35 Gambar. 3.10 Alat Uji Keausan Tipe Pin On Disk... 36 Gambar. 3.11 Abu Terbang Fly Ash Cangkang Sawit... 36 Gambar. 3.12 Resin Unsaturated Polyester BQTN-157... 37 Gambar. 3.13 Methil Ethil Ketone Peroiksida MEKPO... 37 Gambar. 3.14 WAX... 38 Gambar. 3.15 Spesimen Uji Kekerasan Standart ASTM E-10... 40 Gambar. 3.16 Pengujian Kekerasan Dengan Micro Hardnes Vikers... 40 Gambar. 3.17 Spesimen Uji Lentur ASTM D790-03... 41 Gambar. 3.18 Pengujian Lentur Dengan Metode Three Point Bending... 42 Gambar 3.19 Spesimen Uji Keausan Standar ASTM G99-04... 43 Gambar. 3.20 Pengujian Keausan Dengan Metode Pin On Disk... 43 Gambar. 3.21 Diagram Alir Penelitian... 44 Gambar. 4.1 Grafik Pengujian Kekerasan... 52 Gambar. 4.2 Spesimen Uji Kekerasan Sebelum Dan Sesudah Pengujian... 52 Gambar. 4.3 Grafik Pengujian Lentur... 54 Gambar. 4.4 Spesimen Pengujian Lentur Sebelum dan Sesudah Pengujian... 55 Gambar. 4.5 Grafik Laju Keausan... 56 Gambar. 4.6 Spesimen Uji Keausan Sebelum dan Sesudah Pengujian... 57 Gambar. 4.7 Kampas Rem Sepeda Motor Berbahan Komposit Fly ash Cangkang Sawit... 57 x
DAFTAR NOTASI SIMBOL KETERANGAN SATUAN A Luas penampang mm 2 A Luas bidang kontak pengausan mm 2 b Lebar spesimen mm d Tebal spesimen mm D Diameter bola mm F Beban Kgf F Gaya N F0 Beban minor Kgf F1 Beban mayor Kgf xi
HB Hardness Brinell Kgf/mm 2 HR Hardness Rockwell Kgf/mm 2 HV Hardness Vickerss Kgf/mm 2 L Panjang spesimen mm L Jarak penampang mm L0 Panjang awal spesimen mm P Tekanan N P Beban yang di gunakan Kg S Tegangan Lentur N/mm 2 t Waktu/lama pengausan Detik W Laju Keausan Gram/mm 2.detik W0 Berat awal spesimen Gram W1 Berat akhir spesimen Gram θ Sudut antara permukaan intan yang berlawanan 136 0 xii
xiii