PENGEMBANGAN KAMPAS REM SEPEDA MOTOR DARI KOMPOSIT SERAT BAMBU, FIBER GLASS, SERBUK ALUMINIUM DENGAN PENGIKAT RESIN POLYESTER TERHADAP KETAHANAN AUS DAN KARAKTERISTIK PENGEREMANNYA Pramuko Ilmu Purboputro 1 1 Jurusan Teknik Mesin, Universitas Muhammadiyah Surakarta ABSTRAK Kampas rem merupakan salah satu komponen sepedamotor yang berfungsi untuk memperlambat atau menghentikan laju sepeda motor secara nyaman. Sehingga peneliti ingin memahami dan membuat sampel kampas rem sepeda motor dengan menggunakan bahan komposit yang ramah lingkungan dengan beberapa variasi komposisi bahan untuk mengetahui tingkat keausan dan nilai kekerasan kampas rem tersebut. Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah serat bambu, fiber glass, serbuk aluminium, resin polyester dengan katalis sebagai pengikatnya. Pembuatan kampas rem ini diperoleh dengan cara dipress/dikompaksi dan 2000kg dengan waktu tahan penekanan selama 10 menit, dilanjutkan dioven selama 30 menit dengan temperature 205 0 C,yang disesuaikan dengan suhu sintering matriksnya. Pengujian yang dilakukan meliputi uji keausan Ogoshi dan uji kekerasan Brinell, serta pengamatan struktur mikronya. Bahan kampas rem pada penelitian ini di uji keausan dan uji kekerasan, dengan variasisi kandungan bahan yang disajiakn pada diagram alir pengujian. Karakterisasi bahab dari hasil pengujian kemudian dibandingkan dengan karakteristik bahan kampas yang ada di pasaran, dan apabila memenuhi persyaratan, maka akan dibuat bahan rem dengan kandungan tersebut sebagai produk kampas rem dalam bentuk sesungguhnya. Kata kunci: Komposit bahan kampas rem, Serat Bambu, Fiber Glass, Serbuk Aluminium, Keausan, Kekerasan PENDAHULUAN Keausan tidak merata pada kampas rem, bisa diakibatkan tekanan yang kurang seragam, akibat pemasangan yang kurang tepat, misalnya terlalu kencang pada pinnya, sehingga pin bukan berfungsi sebagai pin, tetapi sepagai titik putar yang mati (Gustav Niemann, 1981). Kekuatan bahan komposit partikel rem, sangat dipengaruhi besar partikel,bahan matriknya dan proses pembuatannya. Kekuatan komposit partikel diperoleh maksimal pada ukuran 0,01 sampai 0,1 mm dan kekuatan surface bonding, pengepresan, dan sintering ( Calister, 2005). Keausan tidak merata bisa diakibatkan tekanan yang kurang seragam, akibat pemasangan yang kurang tepat, misalnya terlalu kencang pada pinnya, sehingga pin bukan berfungsi sebagai pin, tetapi sebagai titik putar yang mati, dan adanya kontribusi ketahanan aus dan kekerasan bahan rem. Kekuatan bahan komposit partikel rem, sangat dipengaruhi besar partikel,bahan matriknya dan proses pembuatannya. Kekuatan komposit partikel diperoleh maksimal pada ukuran 0,01 sampai 0,1 mm dan kekuatan surface bonding, pengepresan, dan sintering ( Calister, 2005). Proses tersebut sangat jarang dipaparkan para produsen kampas rem, sehingga perlu adanya penelitian tentang : bahan dan proses yang standar secara ilmiah agar kampas rem bisa mudah dibuat di negara kita, sehingga sangat perlu pengembangan penelitian bahan kampas rem ini secara terus menerus. Penelitian ini bertujuan untuk: 1) mengembangkan hasil penelitian keausan bahan kampas rem, dengan menggunakan variasi komposisi dari serat bambu, fiber glass, serbuk aluminium (Al),dengan matriks polyester, 2) meneliti karakteristik pengeremannya, dengan uji dynamometer, sehingga diperoleh parameter penegereman, daya serap pengereman, jarak penegereman, koefisien gesek kampas rem. Pada variasi pengujian koefisien gesek, pada keadaan kering (udara) dan keadaan basah (air dan oli) Keutamaan penelitian: 1) melakukan penelitian terapan yang hasilnya diharapkan secara jangka panjang di negara Indonesia agar tidak ketergantungan lagi dengan komponen mesin dari luar terutama kampas rem, dan sekaligus memanfaatkan daur ulang dan potensi alam yang ada di lingkungan sekitar kita serta lebih aman bagi kesehatan, 2) mendukung komponen Tornas ( Motor Nasional ) atau Mobnas (Mobil Nasional) dalam hal pengembangan kampas rem kendaraan. A-367
Irfan, Pramuko IP, Ngafwan (2009), melakukan penelitian tentang kampas rem gesek dengan memberikan waktu sintering pada tekanan kompaksi sebesar 10 menit. Keausan suatu bahan komposit semakin besar atau semakin mudah aus dapat dipengaruhi oleh besarnya waktu yang diberikan pada proses kompaksi. Bila waktu penekanannya semakin besar maka tingkat keausan pun juga semakin besar. Masmui (2003), Berdasarkan prosiding seminar teknologi untuk negeri menyatakan bahwa karakteristik dengan tingkat keausan rendah dan Brinell Hardness Number (BHN) tinggi diperoleh dengan memberikan tekanan pembentukan relatif lebih rendah dibanding spesimen lainnya. Imam, Pramuko I.P (2009), melakukan penelitian tentang kampas rem gesek dengan memberikan peningkatan sintering. Dengan semakin tinggi suhu sintering berpengaruh pada tingkat keausan. Jika semakn tinggi suhu sinteringnya maka menyebabkan nilai keausan meningkat. Maka keausan semakin tinggi. Peningkatan suhu sintering juga berpengaruh pada kekerasan kampas. Semakin tinggi suhu sinteringnya maka nilai kekerasannya akan semakin menurun. Nanang (2005), Bahan komposit sebenarnya banyak sekali terdapat di alam, karena bahan komposit bisa terdiri dari organik dan anorganik seperti bambu, kayu, daun, dan sebagainya. Secara tidak sadar sebenarnya kita telah mengenal berbagai jenis komposit. Seseorang memperkuat tanah liat dengan jerami, merupakan komposit yang sudah lama dikenal. Keausan pada kampas rem berbanding lurus dengan tekanan operasional dan kecepatannya: Aus Kampas berbanding lurus dengan p.v p = tekanan permukaan v = kecepatan operasional gesekan, v = ω. R ω = kecepatan sudut roda R = jari-jari roda Gambar 1. Kecepatan operasional gesekan Berikut adalah tabel harga-harga koefisien gesek beberapa bahan kampas rem. Group I Friction Pairing Grey cast iron, cast steel or steel with: Phenolic Plastic Cotton-plastic Asbestos-plastic Pressed Asbestos-plastic Pressed Metal fibre-buna Graphit carboon-steel Tabel 1. Karakteristik bahan bahan kampas rem Coeficient of Fricion dry 0,25 0,4-0,65 0,3-0,5 0,2-0,35 0,4-0,65 0,25 wet 0,1-0,15 0,1-0,2 0,1-0,2 0,1-0,15 0,1-0,2 0,05-0,1 Operational temperature ( o C) 100-150 100-150 200-300 250-500 250-300 300-550 Operational Pressure (kgf/cm 2 ) 0,5-7 0,5-12 0,5-20 0,5-80 0,5-80 0,2-20 Bahan-bahan Pembentukan Komposit : Serat Bambu Kandungan air pada batang bambu setelah dipotong antara 50%-99%. Berat Jenis : 0,9 kgf/dm 3,Fiber Glass,Aluminium (Al),Matriks (Polyester) dengan Katalisnya. A-368
METODE Gambar 2. Skema Diagram Alir Penelitian. Dengan menggunakan variasi komposisi dari serat bambu, fiber glass, serbuk aluminium (Al),dengan matriks polyester, dengan hasil terbaik kekerasan dan keausan pada komposisi komposisi sebesar 20 % serat bambu + 30 % fiber glass + 30 % aluminium (Al) + 20 % polyester, utuk dijadikan prototype kamaps rem sepeda motor. Alat ini untuk menguji torsi dan gaya yang mampu diserap rem, dengan penggerak motor listrik, dengan mengukur : daya listrik, dari tegangandan arus yang terukur. Bila putaran bisa diukur dengan tachometer, maka torsi serap rem dapat dihitung. Dengan mengukur diameter drum, maka gaya gesek dapar diperoleh, selanjutnya bila tekanan bisa diukur,maka kofisien gesek rem dapat diperoleh, baik dalam kondisi kering dan kondisi basah. Dengan percobaan seperti tabel berikut. A-369
Tabel 2. Variasi Tekanan, Kecepatan, Kondisi pada percobaan pada alat dinamometer. Bahan Kamp 1 2 3 Tekanan (Kg/Cm 2 ) Kecepatan (Rpm) Kondisi 10 1000 KERING-BASAH 15 1500 KERING-BASAH 20 2000 KERING-BASAH 15 1500 KERING-BASAH 20 2000 KERING-BASAH 25 2500 KERING-BASAH 20 2000 KERING-BASAH 25 2500 KERING-BASAH 30 3000 KERING-BASAH PEMBAHASAN Kekerasan 2P BHN (1) 2 2 πd D D d Dimana BHN = Brinell Hardness Number, P = Gaya Tekan (15.625 kg), D = Penetrator diameter (2.5 mm), d = diameter injakan (mm 2 ) Gambar.3. Harga Kekerasan Variasi Kampas Rem. Pengujian Keausan Dengan Pengausan Oghosi Wear Test Gambar 4. Grafik Hasil Pengujian Keausan Oghosi Untuk berbagai Media Pembasahan Pengereman A-370
Pengujian Keausan Dengan Wipro Test Gambar 5. Perbandingan Harga Keausan Wipro Untuk Berbagai Media Pembasahan Pengujian Daya Pengereman P = V x I (2) dimana P = Daya listrik yang dibutuhkan (watt), V = Tegangan(volt), I = Arus Listrik (ampere) Gambar 6. Perbandingan daya listrik yang dibutuhkan saat pengereman pada kondisi berbagai media pengereman Pengujian Temperatur Kampas kopling setelah Terjadi Pengereman. Gambar 7. Perbandingan temperatur saat pengereman pada kondisi berbagai media pengereman Pengujian waktu Pengereman Gambar 8. Waktu Pengereman Pada Berbagai Kondisi Pembasahan A-371
Pengujian Koefisien Gesek 0,4 0,28 0,16 0,02 Gambar 9. Harga Koefisien Gesek Pada Berbagai kondisi Pengereman KESIMPULAN 1. Untuk Pengujian Kekerasan, maka bahan kampas rem dengan komposisi Variasi 1 adalah paling keras, dengan harga kekerasan sebesar 14,47 BHN yang lebih keras dibanding produk di pasaran dengan harga kekerasan 13,7 BHN 2. Untuk Pengujian Keausan Ogoshi pada kondisi kering, maka bahan kampas rem dengan Variasi 2, mempunyai nilai keausan yang paling rendah yaitu sebesar 0.00041mm 2 /kg, yang sedikit lebih besar dari produk di pasaran dengan keausan sebesar 0.00014 mm 2 /kg. Untuk Pengujian Keausan Ogoshi Kondisi basah dengan air, diperoleh bahwa, bahan kampas rem dengan Variasi 1 paling rendah keausannya yaitu sebesar 0,0062 mm 2 /kg, namun masih lebih tinggi sedikit dari bahan kampas rem pasaran yaitu sebesar 0,0032 mm 2 /kg Pengujian Keausan Ogoshi Kondisi basah dengan oli, diperoleh bahwa, bahan kampas rem dengan Variasi 2 paling rendah keausannya yaitu sebesar 0,0003 mm 2 /kg, namun masih lebih tinggi sedikit dari bahan kampas rem pasaran yaitu sebesar 0,00014 mm 2 /kg 3. Untuk Pengujian Keausan Wipro pada kondisi kering, maka bahan kampas rem dengan Variasi 3, mempunyai nilai keausan yang paling rendah yaitu sebesar 0.00014mm 2 /kg, yang sama dari produk di pasaran dengan keausan sebesar 0.00014 mm 2 /kg. Untuk Pengujian Keausan Wipro Kondisi basah dengan air, diperoleh bahwa, bahan kampas rem dengan Variasi 2 dan 3 paling rendah keausannya yaitu sebesar 0,0014 mm 2 /kg, namun masih lebih tinggi sedikit dari bahan kampas rem pasaran yaitu sebesar 0,0007 mm 2 /kg 4. Pengujian Keausan Wipro Kondisi basah dengan oli, diperoleh bahwa, bahan kampas rem dengan Variasi 3 paling rendah keausannya yaitu sebesar 0,0011 mm 2 /kg, namun masih lebih tinggi sedikit dari bahan kampas rem pasaran yaitu sebesar 0,00014 mm 2 /kg Pengujian harga temperature setelah terjadi pengereman pada kondisi kering. Hasil yang didapat adalah, temperature yang paling rendah adalah pada bahan kamapas rem Variasi 1,2 dan 3 masingmasing adaalah 111 o C, 103 o C, 117 o C masih dibawah temperature produk pasaran 170 o C. Paling rendah adalah pada variasi 2. Pengujian harga temperature setelah terjadi pengereman pada kondisi pembasahan air. Hasil yang didapat adalah, temperature yang paling rendah adalah pada bahan kamapas rem Variasi 1,2 dan 3 masing-masing adaalah 76 o C, 63 o C, 90 o C masih dibawah temperature produk pasaran 179 o C. Paling rendah adalah pada variasi 2. Pengujian harga temperature setelah terjadi pengereman pada kondisi pembasahan oli. Hasil yang didapat adalah, temperature yang paling rendah adalah pada bahan kamapas rem Variasi 1,2 dan 3 masing-masing adaalah 51 o C, 62 o C, 56 o C masih dibawah temperature produk pasaran 74 o C. Paling rendah adalah pada variasi 1. A-372
5. Pada Pengujian Waktu Pengereman, menghasilkan, pada kondisi kering, waktu pengeremn terkecil adalah pada variasi 2, dengan harga 0,26 detik yang masih lebih lama disbanding produk pasaran yang berharga 0,17 detik. Untuk kondisi basah air, waktu terkecil ada pada variasi bahan kampas rem 1,2 dan 3 berharga 0,27 detik, 0,28 detik dan 0,26 detik lebih kecil dari produk pasaran 0,31 detik. Untuk pembasahan oli didapat variasi 2 terkecil dengan 0,36 detik, yang lebih kecil dari produk pasaran yang sebesar 0,41 detik. 6. Dari pengujian Koefisien Gesek didapat: Pada kondisi kering: harga terbesar pada variasi 1 dengan harga 0,27, masih lebih kecil dari produk pasaran yaitu 0,37. Pada kondisi basah air: harga terbesar pada variasi 3 dengan harga 0,27, masih lebih kecil dari produk pasaran yaitu 0,35. Pada kondisi basah oli: harga terbesar pada variasi 2 dengan harga 0,23, masih lebih kecil dari produk pasaran yaitu 0,23. Saran: Dari Kesimpulan dapat direkomendasikan bahwa bahan kampas rem dengan variasi 1 atau 2 dapat dijadikan alternative bahan kampas rem yang mendekati karakteristik di pasaran. DAFTAR PUSTAKA ASM Handbook, 1990. Friction Lubrication And Wear Technology. ASM International Volume 18, USA. Blau J. Peter, Compositions, Functions, and Testing of Friction Brake Materials and Their Additives, U.S. DEPARTMENT OF ENERGY, August 2001. F. Thumler, 1993. Powder Metalurgy. Institute Of Material, London. German, R.M., 1984. Powder Metallurgy Science. Metal Powder Industries Federation. Princeton, New Jersey. Imam Setiyanto, Pramuko, 2009. Pengaruh Variasi Temperatur Sintering Terhadap Ketahanan Aus Bahan Rem Gesek Sepatu. Laporan Tugas Akhir Fakultas Teknik Mesin UMS, Agustus 2009, Surakarta. Irfan, Pramuko, 2009, Pengaruh Variasi Tekanan Kompaksi Terhadap Ketahanan Kampas Rem Gesek Sepatu. Laporan Tugas Akhir Fakultas Teknik Mesin UMS, Agustus 2009, Surakarta. Kalpakjian, S., Schmid, Steven R., 2003, Manufacturing Processes for Engineering Materials, Fourth Edition, Illinois Institute of Technology, Chicago. Niemantsverdriet J. W. Chorkendorff, 2000. Concepts Of Modern Catalysis and Kinetics, Denmark and Netherlands Ogoshi High Speed Universal Wear Testing Machine ( Type OAT- U). Instruction Manual. Tokyo Testing Machine MFG. Co.,ltd. Japan. http://en.wikipedia.org/wiki/polyester_resin http://en.wikipedia.org/wiki/aluminium._ http://google, Hasil Seminar Teknologi BPPT,2003 http://en.prosiding Seminar Teknologi Untuk Negri, Masmui,2003 http://komposit alam, Nanang 2005 A-373