Page 1
iii
STUDI SIFAT MEKANIS CHARPY IMPACT KAMPAS REM BERBASIS
HIBRID KOMPOSIT EPOXY / SERBUK BASALT/ ALUMINUM/ SERBUK
KULIT KERANG
Oleh : I Nyoman Gede Suma Wijaya
Dosen Pembimbing : I Dewa Gede Ary Subagia, ST.,MT.,Ph.D.
Dr. Wayan Nata Septiadi, ST.,MT.
ABSTRAK
Kampas rem merupakan salah satu komponen dalam sistem pengereman yang
secara langsung bersentuhan atau bergesekan dengan bagian yang berputar.
Teknologi komposit saat ini sudah mulai bergeser dengan memanfaatkan bahan-
bahan alami seperti serat alam, kayu alam, serbuk tempurung kelapa, serat basalt dan
limbah abu terbang sisa pembakaran dari batu bara. Penelitian yang diambil
menggunakan bahan hibrid komposit (HK) yang komposisinya divariasikan yaitu
material dari basalt dipadukan dengan material aluminium oxide, serbuk cangkang
kerang, dan phenolic resin. Material kampas rem hibrid komposit diproses melalui
proses sintering dengan penekanan 2 ton, temperatur 150ºC selama 30 menit. Tujuan
penelitian adalah untuk mengetahui karakteristik dan ketangguhan pembebanan
impak charpy pada material hibrid. Spesimen yang diuji impak mengacu pada
standar dari ASTM D6110–04.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa: (1) Pengaruh fraksi berat pada setiap
variasi komposit terhadap kekuatan impact pengurangan persentase basalt dan
penambahan persentase serbuk kerang, serta persentase konstan aluminium oxide
yang pada setiap komposisi menghasilkan nilai kekuatan yang bervariasi. Dimana
nilai kekuatan yang tinggi terjadi pada hibrid komposit variasi 2 (HK2) dengan nilai
0,000339547 J/mm2, ini disebabkan karena mempunyai ikatan antara metrik dan
basalt yang lebih kuat dan sempurna dibandingkan dengan hibrid komposit lainnya.
Untuk nilai hibrid komposit variasi 1 (HK1) adalah 0,000304851 J/mm², hibrid
komposit variasi 3 (HK3) adalah 0,000334516 J/mm², hibrid komposit variasi 4
(HK4) adalah 0,000325059 J/mm², hibrid komposit variasi 5 (HK5) adalah
0,0003327 J/mm². (2) Dari perbandingan antara kampas rem dipasaran dengan
kampas rem hibrid komposit maka didapat nilai kekuatannya berbeda pada hibrid
komposit variasi 2 (HK2) dengan kampas pembanding (KP) yang memiliki nilai
kekuatannya lebih besar yaitu, 0,000374867 J/mm².
Kata kunci : Kampas rem, Impact charpy, Hibrid komposit, Basalt, Aluminium,
Kerang
Page 2
iv
STUDY OF MECHANICAL CHARACTER CHARPY IMPACT THE BRAKE
BASED COMPOSITE HYBRID EPOXY / BASALT POWDER / ALUMINUM
/ SHELLS POWDER
Author : I Nyoman Gede Suma Wijaya
Guidance : I Dewa Gede Ary Subagia, ST.,MT.,Ph.D.
Dr. Wayan Nata Septiadi, ST.,MT.
ABSTRACT
Brake is one component in the braking system that directly touch or rubbed
by rotating parts. Composite technology already started to use natural materials such
as natural fibers, natural wood, coconut shell powder, basalt, and waste fly ash from
the combustion of coal. The research conducted using hybrid composite (HK)
material whose composition varied of basalt material combined with aluminum oxide
material, powder shells, and phenolic resin. Hybrid composite brake material
processed through the sintering process with emphasis 2 tons, the temperature of
150ºC for 30 minutes.The purpose of this research was to determine the
characteristics and toughness charpy impact loading on hybrid materials. Specimens
were tested for impact refers to standard of ASTM D6110 - 04.
The result of this research showed : (1) Effect of weight fraction in the
composite variation of the percentage reduction impact strength and the addition of
basalt powder percentage shells, as well as a constant percentage of aluminum oxide
which in each composition varying yield strength values. High strength values that
exist on hybrid composites variation 2 (HK2) is valued 0,000339547 J / mm2, for
having bond between metric and basalt stronger and more perfect than the other
hybrid composites. While is valued hybrid composites variation 1 (HK1)
0,000304851 J / mm²; hybrid composites variation 3 (HK3) is 0,000334516 J/mm² ;
hybrid composites variation 4 (HK4) is 0,000325059 J/mm²; hybrid composites
variation 5 (HK5) is 0,0003327 J/mm². (2) From a comparison between the brake
market with hybrid composite brake then strength different got values at hybrid
composites variation 2 (HK2) to brake the comparator (KP) having a value greater
strength is 0,000374867 J/mm².
Keywords: Brake, Impact charpy, Hybrid composite, Basalt, Aluminium, Shells
Page 3
vii
DAFTAR ISI
Halaman
LEMBAR PENGESAHAN .................................................................................... i
LEMBAR PERSETUJUAN ................................................................................... ii
ABSTRAK ............................................................................................................... iii
ABSTRACT ............................................................................................................. iv
KATA PENGANTAR ............................................................................................. v
DAFTAR ISI ......................................................................................................... vii
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................. x
DAFTAR TABEL ................................................................................................. xii
DAFTAR LAMPIRAN ......................................................................................... xiii
BAB I PENDAHULUAN ...................................................................................... 1
1.1 Latar Belakang .................................................................................. 1
1.2 Rumusan Masalah ............................................................................. 3
1.3 Batasan Masalah ............................................................................... 3
1.4 Tujuan Penelitian .............................................................................. 4
1.5 Manfaat Penelitian ............................................................................ 4
BAB II LANDASAN TEORI ............................................................................... 5
2.1 Kampas Rem ..................................................................................... 5
2.1.1 Mekanisme Sistem Pengereman ........................................... 7
2.2 Komposit ........................................................................................... 10
2.2.1 Matrik .................................................................................... 11
2.2.2 Sifat Matrik ........................................................................... 12
2.2.3 Penguat .................................................................................. 13
2.2.4 Polimer .................................................................................. 13
2.2.5 Pembagian Polimer Berdasarkan Strukturnya ...................... 14
2.3 Komposit Hibrid ............................................................................... 15
2.4 Material ............................................................................................. 15
2.4.1 Basalt .................................................................................... 15
2.4.2 Aluminium ............................................................................ 17
2.4.3 Serbuk Cangkang Kerang ..................................................... 17
2.4.4 Resin Epoksi (Epoxy) ............................................................ 17
2.5 Teknik Pembentukan Komposit ........................................................ 18
2.6 Sintering ............................................................................................. 19
Page 4
viii
2.7 Matematis (Perhitungan Fraksi Berat) .............................................. 19
2.8 Uji Impact ......................................................................................... 20
2.9 Spesimen Uji Impak .......................................................................... 24
BAB III METODE PENELITIAN ...................................................................... 25
3.1 Diagram Alir Penelitian .................................................................... 25
3.2 Kerangka Penelitian .......................................................................... 26
3.3 Variabel Penelitian ............................................................................ 26
3.3.1 Variabel Bebas ...................................................................... 26
3.3.2 Variabel Terikat .................................................................... 26
3.4 Bahan dan Peralatan Penelitian ......................................................... 26
3.4.1 Peralatan Penelitian ............................................................... 29
3.5 Penentuan Variasi Kampas Rem Hibrid Komposit .......................... 31
3.6 Skematik Alat Uji Impact Charpy .................................................... 32
3.7 Proses Pembuatan Spesimen Uji ....................................................... 33
3.7.1 Tahap Pencampuran Bahan Hibrid Komposit Kampas Rem 34
3.7.2 Proses Pencetakan (Sintering) .............................................. 35
3.7.3 Proses Pemotongan Spesimen Uji ........................................ 37
3.8 Dimensi Spesimen Uji ...................................................................... 38
3.9 Pelaksanaan Pengujian Hibrid Komposit ......................................... 38
3.9.1 Pengujian Impact .................................................................. 38
3.9.2 Scanning Electron Microscope (SEM) ................................. 39
3.9.3 Analisis Data ......................................................................... 40
3.10 Tempat Penelitian ............................................................................. 40
BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN ........................................... 41
4.1 Analisis Data ..................................................................................... 41
4.2 Perhitungan Persamaan Pengujian Impact ........................................ 41
4.3 Hasil Perhitungan Uji Impact ........................................................... 43
4.3.1 Pengamatan Ikatan antara Partikel pada Komposit
Menggunakan SEM .............................................................. 47
4.3.2 Hasil Foto EDS (Energy Dispersive Spectroscopy) Material
Basalt, Cangkang Kerang, dan Aluminium Oxide ................ 48
4.3.3 Pengamatan Ikatan Antara Partikel Pada Kampas
Asbes/ Pembanding (KP) Menggunakan SEM ...................... 52
4.3.4 Hasil Foto EDS Material Kampas Asbes / Pembanding ....... 53
BAB V SIMPULAN DAN SARAN ....................................................................... 54
5.1 Simpulan ........................................................................................... 54
5.2 Saran ................................................................................................. 55
Page 5
ix
DAFTAR PUSTAKA .............................................................................................. 56
LAMPIRAN ............................................................................................................ 61
Page 6
x
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Rem Tromol (drum break) ................................................................. 7
Gambar 2.2 Prinsip Kerja Leading Shoe .............................................................. 8
Gambar 2.3 Tipe Two – Leading Shoe ................................................................. 8
Gambar 2.4 Rem Cakram ..................................................................................... 9
Gambar 2.5 Fibrous Composites .......................................................................... 10
Gambar 2.6 Laminat Composites ......................................................................... 11
Gambar 2.7 Particulate Composites ..................................................................... 11
Gambar 2.8 Polimer Berdasarkan Susunan Rantai ............................................... 15
Gambar 2.9 Bahan Baku Basalt ............................................................................ 16
Gambar 2.10 Metode Pengujian Impak Izod .......................................................... 21
Gambar 2.11 Metode Pengujian Impak Charpy ..................................................... 21
Gambar 2.12 Skema Pengujian Impak ................................................................... 22
Gambar 2.13 Ayunan Pendulum Dari Sisa Kedudukan ......................................... 23
Gambar 2.14 Spesimen Uji Impak Charpy ............................................................. 24
Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian .................................................................... 25
Gambar 3.2 Basalt Powder ................................................................................... 27
Gambar 3.3 Serbuk Cangkang Kerang ................................................................. 27
Gambar 3.4 Serbuk Aluminium Oxide ................................................................. 28
Gambar 3.5 Phenolic Resin .................................................................................. 28
Gambar 3.6 Alat Press Cetakan ............................................................................ 29
Gambar 3.7 Alat Uji Impak Charpy ..................................................................... 29
Gambar 3.8 Alat Uji SEM .................................................................................... 30
Gambar 3.9 Neraca Digital ................................................................................... 30
Gambar 3.10 Breaker Glass .................................................................................... 30
Gambar 3.11 Jangka Sorong dan penggaris ........................................................... 31
Gambar 3.12 Kamera Digital .................................................................................. 31
Gambar 3.13 Skematik Alat Uji Impak Charpy ..................................................... 32
Gambar 3.14 Skematik Kedudukan Spesimen Uji Pada Alat Uji .......................... 32
Gambar 3.15 Proses Penimbangan dan Pencampuran material-material
komposit sebelum akan dicetak ......................................................... 35
Gambar 3.16 Proses pencetakan komposit .............................................................. 36
Gambar 3.17 Proses pemotongan komposit sesuai ukuran uji impak ..................... 37
Gambar 3.18 Dimensi Spesimen ............................................................................. 38
Gambar 3.19 Proses pengujian spesimen ................................................................ 39
Gambar 3.20 Proses pengambilan foto SEM .......................................................... 40
Gambar 4.1 Diagram perbandingan kekuatan impact hibrid komposit ................ 46
Gambar 4.2 Nilai Energi yang diserap yang terjadi pada pengujian impak .......... 46
Gambar 4.3 Foto SEM ikatan antar partikel - partikel material pada hibrid
komposit HK2 ................................................................................... 47
Gambar 4.4 Foto EDS untuk Basalt ...................................................................... 48
Page 7
xi
Gambar 4.5 Grafik hasil EDS pada Basalt ............................................................ 49
Gambar 4.6 Foto EDS untuk Aluminium Oxide ................................................... 50
Gambar 4.7 Grafik EDS material Aluminium Oxide ............................................ 51
Gambar 4.8 Foto untuk EDS cangkang kerang ..................................................... 51
Gambar 4.9 Grafik EDS material cangkang kerang .............................................. 51
Gambar 4.10 Foto SEM pada kampas Asbes .......................................................... 52
Gambar 4.11 Foto EDS Kampas Asbes .................................................................. 53
Gambar 4.12 Grafik EDS kandungan unsur kimia pada asbes ............................... 53
Page 8
xii
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1 Sifat Fisik Serbuk Basalt ....................................................................... 16
Tabel 3.1 Variasi Paduan Hibrid Komposit .......................................................... 31
Tabel 3.2 Flow proses chart .................................................................................. 33
Tabel 4.1 Data Pengukuran Awal dan Hasil Pencatatan Data Uji HK .................. 42
Tabel 4.2 Data Pengukuran Awal dan Hasil pencatatan Data Uji kampas
pembanding / asbes ................................................................................ 43
Tabel 4.3 Perhitungan Kekuatan Impact Hibrid Komposit dan Kampas
Pembanding ............................................................................................ 44
Tabel 4.4 Nilai rata – rata Kekuatan Imapact Hibrid Komposit dan Kampas
Pembanding ............................................................................................ 45
Tabel 4.5 Hasil EDS untuk kandungan unsur kimia dari Basalt ............................ 49
Tabel 4.6 Hasil EDS untuk kandungan unsur kimia dari Aluminium oxide ......... 50
Tabel 4.7 Hasil EDS untuk kandungan unsur kimia dari cangkang kerang ........... 51
Tabel 4.8 Hasil EDS untuk kandungan unsur kimia pada kampas asbes .............. 53
Page 9
xiii
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1. Lembar ASTM D 6110-04 ................................................................. 61
Lampiran 2. Surat Pernyataan ............................................................................... 77
Lampiran 3. SK Pembimbing Skripsi .................................................................... 78
Page 10
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Industri otomotif dalam negeri terus meningkat seiring dengan meningkatnya
permintaan masyarakat akan alat transportasi atau kendaraan. Kendaraan merupakan
salah satu media atau sarana transportasi bagi manusia dan barang. Dalam sistem
kendaraan, keamanan menjadi faktor terpenting yang perlu diperhatikan. Hal tersebut
karena akhir-akhir ini kecelakan yang terjadi diakibatkan sistem pengereman yang
tidak berfungsi dengan baik selain juga dipengaruhi oleh kalalaian pengendara atau
manusia. Menurut data kecelakaan bermotor akibat faktor rem blong, yaitu 59,03%
atau terdapat 10.566 kasus, yang artinya pada setiap hari terjadi 29 kasus kecelakaan
diakibatkan oleh rem (https://edorusyanto.wordpress.com). (Anonim, 2013)
Salah satu faktor kegagalan pada pengereman dikarenakan kehilangan
kemampuan bahan kampas rem terhadap proses pengereman. Oleh karena itu,
seiring dengan perkembangan kecepatan kendaraan bermotor yang juga harus
diimbangi dengan sistem dan kualitas rem yang tinggi. Sistem rem memiliki fungsi
untuk memperlambat atau mengurangi kecepatan, menghentikan kendaraan yang
sedang berjalan, dan menjaga kendaraan agar tetap berhenti atau diam (Sukamto,
2012). Kualitas kampas rem dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu komposisi
bahan, jenis bahan dan kekerasan. Kampas rem merupakan salah satu komponen
dalam sistem pengereman yang secara langsung bersentuhan atau bergesekan dengan
bagian yang berputar dalam hal ini adalah drum (sistem tromol) atau disk (sistem
cakram). Kemampuan kampas rem memiliki peranan penting yaitu untuk menyerap
besarnya energi kinetik pada saat pengereman. Masalah yang sering terjadi pada
kampas rem adalah keausan yang dimana kausan memliki arti sebagai rusaknya
permukaan padatan sebagai akibat gesekan terhadap beban kejut dengan pengereman
secara tiba-tiba (M Ikhbal Mursan et al., 2014).
Bahan dasar secara umum kampas rem adalah asbestos, karena memiliki
beberapa keunggulan seperti tahan terhadap temperatur tinggi yang mencapai 800o
Celsius (Sukamto, 2012), sedangkan kelemahan dalam kondisi basah bahan tersebut
akan mengalami efek licin seperti menggesekkan jari di atas kaca basah (licin/tidak
Page 11
2
pakem), karena rem dari bahan asbestos terbuat dari 60% material asbes atau fiber
sebagai serat utama pembuatan kampas rem, dan unsur tambahan lainnya seperti
Silicon Carbida (SiC), Mangan (Mn), Kobalt (Co), Resin, Friction Aditive, Filler
(Fuad Dwi Fitrianto et al., 2013). Kampas rem dari bahan asbestos yang merupakan
komponen yang menimbulkan sifat carcinogenic dan juga tidak ramah lingkungan
yang dapat terganggunya kesehatan manusia yang bisanya menyebabkan penyakit
kanker (Cherie J.W et al., 2000).
Dalam perkembangan teknologi saat ini sudah mulai mengarah pada konsep
back to nature. Teknologi komposit pun sudah mulai bergeser dengan memanfaatkan
bahan-bahan alami seperti serat alam, kayu alam, serbuk tempurung kelapa, serat
basalt dan limbah abu terbang sisa pembakaran dari batu bara (Puja, 2010). Sebagai
contoh, (Sutikno, 2008) dan (Kiswiranti D et al., 2009) mengaplikasikan serbuk
tempurung kelapa sebagai bahan gesek dimana kekerasan dan kekuatan tarik kampas
rem meningkat dengan kadar optimum sebesar 14.82% untuk kadar resin 15%,
holding time 6 jam dan temperatur oven 160 derajat Celsius dan mendapatkan
kekerasan 60-70 HRB. Para peneliti di Indonesia sudah sewajarnya merasa bangga
memanfaatkan potensi alam lokal sebagai bahan rekayasa seperti serat basalt. Basalt
merupakan serat alami hasil dari letusan gunung berapi yang memiliki ketahanan
panas hingga diatas 1500 oCelsius (Singha, 2012).
Melihat hasil dari inovasi yang telah dilakukan dan potensi yang dimiliki
maka dalam penelitian ini menggunakan bahan endapan gunung berapi yang disebut
dengan Basalt. Basalt yang memiliki ketahanan terhadap korosi, rendahnya
peyerapan air, dan tahan terhadap perlakuan zat kimia dan tidak beracun (V. Fiore et
al., 2011). Berdasarkan analisis laboratorium kandungan Basalt terdiri dari unsur –
unsur kimia berupa: SiO, Al2O3, Fe2O3, MgO, CaO, Na2O, K2O, TiO2, P2O5, MnO,
dan Cr2O3 (Singha, 2012). Kemudian serbuk kulit kerang merupakan serbuk yang
dihasilkan dari pembakaran kulit kerang yang dihaluskan dan berdasarkan analisis
laboratorium menunjukkan kandungan kimia berupa: CaO, MgO, SiO2, Al2O3 dan
Fe2O (Siregar, 2009). Sedangkan Aluminium (Al) merupakan logam ringan yang
mempunyai ketahan korosi yang baik dan mudah dibentuk (Zuliana Sari Rahmawati
dan T.Sofyan, 2010). Pembentukan komposit dengan penguat Serbuk Basalt, Kulit
Kerang, dan Aluminium dilakukan dengan metode hibridisasi pada pengikat tunggal
Page 12
3
yaitu epoxy. Dalam pembentukan bahan uji dilakukan dengan proses sintering
dengan kontrol temperatur 150oC yang akan menghasilkan kekuatan dan kekerasan
serta gaya gesek yang semakin meningkat.
Bertitik balik dari uraian diatas maka dalam penelitian yang diambil
menggunakan bahan hibrid komposit yang komposisinya divariasikan yaitu material
dari serbuk basalt di padukan dengan material aluminium dan serbuk cangkang
kerang yang diperkuat epoxy. Dengan tujuan penelitian adalah untuk mengetahui
karakteristik dan ketangguhan pembebanan impak charpy pada material hibrid.
Spesimen yang diuji impak mengacu pada standar dari ASTM D6110 – 04. Analisis
karakteristik patahan permukaan menggunakan uji SEM.
1.2 Rumusan Masalah
Adapun beberapa permasalahan yang dilakukan dalam penelitian ini adalah
sebagai berikut :
1. Bagaimana karakteristik patahan hibrid komposit dengan komposisi antara
Serbuk Basalt / Aluminium/ Cangkang Kerang terhadap pembebanan impak
charpy.
2. Bagaimana ketangguhan hibrid komposit dengan komposisi antara Serbuk
Basalt / Aluminium/ Cangkang Kerang terhadap pembebanan impak charpy.
1.3 Batasan Masalah
Agar dalam penelitian ini memperoleh hasil yang maksimal dan lebih terarah
maka perlu ada batasan permasalahan. Adapun batasan-batasan permasalahan dalam
melakukan penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Jenis komposit yang dijadikan sebagai bahan penelitian adalah hibrid
komposit yaitu dari material Basalt Serbuk (grain size 200 mesh) dengan
paduan serbuk Aluminium dan cankang kerang yang diperkuar epoxy.
2. Peneliti difokuskan pada disain komposisi dan karakteristik dari material
hibrid komposit sebagai material kampas rem.
3. Pengujian dibatasi dengan pengujian sifat mekanis dengan uji Impak dan
analisis SEM (scanning electron microscope).
Page 13
4
1.4 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah:
1. Untuk mengetahui karakteristik patahan hibrid komposit dengan komposisi
antara Serbuk Basalt / Aluminium/ Kulit Kerang terhadap pembebanan impak
charpy.
2. Untuk mengetahui ketangguhan hibrid komposit dengan komposisi antara
Serbuk Basalt / Aluminium/ Kulit Kerang terhadap pembebanan impak
charpy.
1.5 Manfaat Penelitian
Adapun manfaat dari penelitian ini adalah:
1. Peneliti
Dapat menjadikan sebagai ide suatu teknologi yang dapat di terapkan dan
dikembangkan bagi Mahasiswa.
2. Akademik
Memberikan informasi yang nyata mengenai pemanfaatan material alami
sebagai bahan kampas rem.
3. Pasar atau Industri
Diharapakan dapat meberikan rekomendasi kepada industry mengenai
material hibridisasi yang menggunakan material serbuk Basalt, Aluminium,
serbuk Kulit Kerang, dan Epoxy sebagai bahan penguat.