PENGARUH VARIASI TEMPERATUR KERJA PADA SIFAT KEAUSAN DAN KEKERASAN KAMPAS REM BERBAHAN SERABUT KELAPA 20% ALUMINA PHENOLIC RESIN Author : Steven Ferinata Sancoko Guidance : I Dewa Gede Ary Subagia,ST.,MT.,Ph.D I Made Astika,ST.,M.Erg.,MT ABSTRAK Pemilihan komposisi bahan dan pengolahan yang tepat untuk kampas rem sangat diperlukan agar proses pengereman dapat berjalan optimal. Salah satunya adalah dengan merekayasa proses pencetakan dan proses sintering. Pada penelitian ini komposisi yang digunakan adalah 40% serabut kelapa, 20% alumina, dan 40% phenolic resin. Kampas rem diproduksi dengan metode hot press dengan variasi temperatur kerja 100 o C, 150 o C, 200 o C. Tujuan dalam penelitian ini adalah mengamati sifak mekanis kampas rem dengan rekayasa termperatur kerja. Metode pengujian yang digunakan adalah berdasarkan ASTMG99-95a 2000. Hasil dari penelitian ini didapat nilai laju keausan dan koefisen gesek berturut-turut yaitu A adalah 0,000038 dan 0,189; B adalah 0,000025 dan 0,171; C adalah 0,000029 dan 0,165; X adalah 0,000082 dan 0,222. Dari hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa pengaruh temperatur hot press terhadap laju keausan kampas rem adalah terjadi penurunan nilai laju keasusan saat terjadi pengingkatan temperatur hot press dari A ke B. Namun saat peningkatan temperatur dari B ke C terjadi kenaikan kembali nilai laju keasusan meterial. Pengaruh temperatur hot press terhadap koefisien gesek kampas rem adalah semakin tinggi temperatur yang digunakan semakin kecil koefisien gesek material. Kata kunci : Kampas rem, kekerasan, keausan, hybrid komposit, hot press iii
EFFECT OF WORKING TEMPERATURE VARIATION ON PROPERTIES OF WEAR AND HARDNESS BREAK LINING COCONUT FIBER 20%ALUMINA PHENOLIC RESIN Author : Steven Ferinata Sancoko Guidance : I Dewa Gede Ary Subagia,ST.,MT.,Ph.D I Made Astika,ST.,M.Erg.,MT ABSTRACT Selection materia composition and processing with proper for brake lining is required for braking process can run optimal. One of them by engineered printing and sintering process. In this research, the composition material wich used are 40% coconut fiber,20% alumina, and 40% phenolic resin. Brake lining is produced by hot press method with working temperature variation 100 c, 150 c, 200 c. The purpose of this research to observed brake lining mechanical character with engineer working temperature. The test method used is based on ASTMG99-95a 2000. The result from this research is obtained wear rate value and coefficient of friction respectively are A : 0,000038 and 0,189 ; B : 0,000025 and 0,171; C : 0,000029 and 0,165 ; X : 0,000082 and 0,222. From the reseachr result can be concluded that the effect of hot press temperature to brake lining wear rate is decreasing of wear rate when binding of hot press temperature from A to B. However when temperature from B to C increase, wear rate is increase back. The influence hot press temperature to friction coefficient brake lining is more high temperature is used, more less of friction coefficient. Keywords: Brake lining, hardness, Wear, hybrid composite, hot press iv
KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat rahmat-nya penulis dapat menyelesaikan proposal skripsi yang berjudul Pengaruh Variasi Temperatur Kerja pada Sifat Keausan dan Kekerasan Kampas Rem Berbahan Serabut Kelapa 20% Alumina Phenolic Resin. Dalam Penulisan proposal skripsi ini penulis tidak sedikit mendapat bantuan dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan terima kasih yang sebesarbesarnya kepada : 1. Bapak Dr. Ir. I Ketut Gede Sugita, MT., selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Udayana. 2. Bapak I Dewa Gede Ary Subagia, ST., MT., Ph.D., selaku Dosen Pembimbing I dalam penulisan proposal ini. 3. Bapak I Made Astika, ST., M.erg., MT., selaku Dosen Pembimbing II dalam penulisan proposal ini. 4. Bapak Ainul Ghurri, ST, MT, PhD., selaku Dosen Pembimbing Akademik. 5. Semua tim penguji pada ujian skripsi ini. 6. Bapak/Ibu dosen serta staf pegawai Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Udayana. 7. Semua pihak dan kawan-kawan Jurusan Teknik Mesin yang telah membantu dalam penyelesaian proposal. Penulis menyadari bahwa skripsi ini tentu jauh dari kesempurnaan mengingat keterbatasan pengetahuan dan referensi yang penulis miliki. Oleh karena itu kritik dan saran yang sifatnya konstruktif sangat penulis harapkan dari berbagai pihak. Sekali lagi penulis mengucapkan banyak terima kasih dan penulis mohon maaf apabila ada kekurangan ataupun kesalahan dalam penulisan skripsi ini. Bukit Jimbaran, Juli 2017 Penulis v
DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL LEMBAR PENGESAHAN... i KATA PENGANTAR... iii DAFTAR ISI... iv DAFTAR GAMBAR... vi DAFTAR TABEL... viii BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Rumusan Masalah... 2 1.3 Batasan Masalah... 2 1.4 Tujuan Penelitian... 3 1.5 Manfaat Penelitian... 3 BAB II DASAR TEORI... 4 2.1 Kampas Rem... 4 2.1.1 Jenis Rem Serta Kampasnya... 4 2.1.2 Jenis Kampas Rem Menurut Klasifikasi Internasional... 8 2.2 Kampas Rem Asbestos... 9 2.3 Kampas Rem Non Asbestos... 9 2.4 Komposit... 10 2.4.1 Komposit Hybrid... 10 2.4.2 Klasifikasi Bahan Komposit... 11 2.4.3 Tipe Komposit Serat... 12 2.4.4 Teknik Pembuatan Komposit... 12 2.5 Karakteristik Serabut Kelapa... 13 2.5.1 Sifat Serabut Kelapa... 14 2.5.2 Asam Sitrat... 14 2.5.3 Sifat-sifat Asam Sitrat... 14 2.6 Aluminium Oksida (Alumina)... 15 vi
2.7 Phenolic Resin... 15 2.8 Proses Kompasi... 16 2.9 Analisis... 16 2.9.1 Scanning Electronic Microscope (SEM)... 16 2.9.2 Uji Keausan (Wear Test)... 18 2.9.3 Uji Kekerasan (Vickers)... 21 BAB III METODE PENELITIAN... 25 3.1 Metode Penelitian... 25 3.2 Diagram Alir Penelitian... 25 3.3 Variabel Penelitian... 26 3.3.1 Variabel Bebas... 26 3.3.2 Variabel Terikat... 26 3.3.3 Variabel Kontrol... 26 3.4 Bahan dan Alat Penelitian... 27 3.4.1 Bahan Penelitian... 27 3.4.2 Alat Penelitian... 28 3.5 Dimensi Spesimen Uji... 29 3.6 Proses Penguian Spesimen... 30 3.6.1 Uji Keausan (Wear TestI)... 30 3.6.2 Uji Kekerasan (Vickers Test)... 32 3.6.3 SEM (Scanning Electron Microscope)... 33 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN... 34 4.1 Hasil Pengamatan SEM... 34 4.1.1 Pengamatan Permukaan Setelah Uji Keausan dengan SEM... 35 4.1.2 Pengamatan Permukaan Spesimen Dengan Mikroskop... 36 4.2 Hasil Uji Keausan... 38 4.3 Hasil Uji Kekerasan (vickers)... 42 vii
BAB V PENUTUP... 44 5.1 Kesimpulan... 44 5.2 Saran... 44 DAFTAR PUSTAKA... 46 APPENDIX... 47 LAMPIRAN viii
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Konstruksi Rem Tromol... 5 Gambar 2.2 Komponen Rem Tromol... 5 Gambar 2.3 Singgle leading shoe... 6 Gambar 2.4 Double Leading Shoe... 7 Gambar 2.5 Rem Cakram... 8 Gambar 2.6 Kampas Rem Asbestos dan Kampas Rem Non Asbestos... 10 Gambar 2.7 Serabut Kelapa... 13 Gambar 2.8 Foto Micro Serabut Kelapa... 14 Gambar 2.9 Perbandingan Hasil Uji SEM... 17 Gambar 2.10 Keausan Metode Adhesive... 18 Gambar 2.11 Keausan Metode Abrasive... 19 Gambar 2.12 Keausan Metode Oksidasi... 19 Gambar 2.13 Keausan Metode Erosi... 20 Gambar 2.14 Gaya Gesek... 21 Gambar 2.15 Uji Vickers... 23 Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian... 25 Gambar 3.2 SerabutKelapa... 27 Gambar 3.3 Serbuk Alumina... 27 Gambar 3.4 Phenolic Resin... 28 Gambar 3.5 Mesin Uji Vickers... 28 Gambar 3.6 Mesin Uji Keausan... 28 Gambar 3.7 Mesin Hot Press... 29 Gambar 3.8 Alat Uji SEM... 29 Gambar 3.9 Spesimen Vickers dan keausan... 29 Gambar 3.10 Free body Diagram Alat Gesek... 30 Gambar 3.11 Pengukuran Tapak Uji Vickers Dengan Image-J... 32 Gambar 4.1 Hasil SEM spesimen B pada Pembesaran 50x dan 100x... 34 Gambar 4.2 Hasil SEM spesimen B pada Pembesaran 50x dan 100x... 35 Gambar 4.3 Hasil Foto Mikro Pada Pembearan 5x... 36 Gambar 4.4 Diagram Karakteristik Proses Keausan Spesimen... 38 ix
Gambar 4.5 Grafik Laju Keausan... 40 Gambar 4.6 Grafik Koefisien Gesek... 41 Gambar 4.7 Grafik Rata-rata VHN... 43 x
DAFTAR TABEL Tabel 4.1 Nilai Rata-rata Laju Keausan dan Koefisien Gesek... 39 Tabel 4.2 Hasil Rata-rata VHN Spesimen... 42 xi
1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Perkembangan industri otomotif ini meliputi komponen-komponen sepeda motor dengan berbagai macam produk dan merek sehingga menyebabkan persaingan antar produsen, baik dalam persaingan harga, mutu dan kualitas produk. Rem merupakan komponen yang sangat vital untuk keselamatan pengendara terutama pada komponen kampas rem. Karena rem merupakan suatu peranti untuk memperlambat atau menghentikan gerakan roda. Maka dari itu konsumen harus lebih teliti dalam memilih komponen terutama kampas rem kendaraan sehingga tidak dirugikan dari segi ekonomi ataupun keselamatan. Berdasarkan proses pembuatannya, kampas rem sepeda motor termasuk pada particulate composit. Komposit jenis ini memiliki bahan penguat partikel yang tersebar merata dalam matriks yang berfungsi sebagai pengikat, sehingga menghasilkan bentuk solid yang baik. Melalui proses penekanan sekaligus pemanasan pada saat pencetakan (sintering) akan dihasilkan kekuatan, kekerasan yang semakin meningkat. Pemanasan dilakukan pada temperatur berkisar antara 150 350 o C yang menyebabkan material mengalami perubahan struktur yang semakin rapat sehingga akan diperoleh bentuk solid yang baik dan matriks pengikat yang kuat (Prasetyo, 2010). Bahan gesek yang sekarang ada di pasaran dapat dikelompokkan menjadi bahan gesek asbes, bahan gesek non asbes dan bahan gesek semi logam. Sebagian besar produsen kampas rem memilih menggunakan bahan asbes sebagai bahan baku karena memiliki keunggulan tahan terhadap temperatur tinggi, tidak banyak menimbulkan suara saat gesekan, serta memiliki daya serap air yang rendah (Silvarao, et.al, 2009). Namun bahan gesek asbes telah terbukti menyebabkan penyakit kanker pada para pekerja di Industri dan konsumennya (Louis, 2004) dan debu yang diturunkan dari serat para-aramid dapat menyebabkan kerusakan paruparu (Cherie et al., 2000). Oleh karena itu, bahan gesek dari bahan organic dan semi logam perlu dikembangkan.
2 Sejalan dengan isu ramah lingkungan, Serbuk tempurung kelapa dapat dimanfaatkan. sebagai alternatif serat penguat bahan gesek karena tempurung kelapa tersebut memiliki karakteristik fisik dan mekanik yang baik yaitu kekerasan dan kerapatannya tinggi, serta serapan airnya rendah (Morshed, 2004). Hal ini disebabkan karena serbuk tempurung kelapa mempunyai tingkat kekerasan (50 s/d 80 kgf.mm-2) dan keausan (5 x 10-4 s/d 5 x 10-3 mm2/kg) yang mendekati nilai standarnya (Desi Kiswiranti, 2007). Berdasarkan latar belakang diatas penulis bermaksud untuk membuat bahan kampas rem alternative non-asbes yang memiliki karakteristik kekerasan dan keausan yang lebih baik dengan memvariasikan temperatur hot press dengan tujuan untuk menambahkan kepadatan kampas rem, sehingga kampas rem akan memiliki kualitas yang baik dan tidak mudah rusak. 1.2 Rumusan Masalah 1. Bagaimanakah kekerasan dan keausan bahan kampas rem yang terbuat dari serbuk batok kelapa, serbuk alumina, dan pengikat Phenolic resin? 2. Bagaimanakah pengaruh variasi temperature Hot Press terhadap kekerasan dan keausan bahan kampas rem yang terbuat dari serbuk batok kelapa, serbuk alumina, dan pengikat phenolic resin? 3. Bagaimanakah penetrasi kekerasan kampas rem dengan bahan serbuk batok kelapa, serbuk alumina dan phenolic resin? 1.3 Batasan Masalah Untuk mengetahui dan memberikan gambaran mengenai masalah-masalah apa saja yang akan dibahas pada penelitian ini. Maka perlu diberikan batas pembahasan yang nantinya akan terfokus pada masalah. Adapun batasannya adalah sebagai berikut: 1. Komposisi pencampuran adalah 40 % serbuk batok kelapa 20% serbuk alumina dan 40% Phenolic resin. 2. Hot press dengan tekanan 3 Ton dan holding time 30 menit. 3. Pengujian mekanik menggunakan uji kekerasan Vickers dan Uji keausan (wear Test).
3 4. Ukuran dimesin serbuk yang digunakan adalah mesh 100 5. Temperatur ruang saat pengujian T = 28 o C 1.4 Tujuan Penelitian Adapun tujuan dari yang ingin dicapai pada penelitian ini adalah : 1. Mengetahui pengaruh variasi temperature saat proses Hot press terhadap nilai kekerasan dan keausan bahan kampas rem. 2. Mengetahui sifat mekanis material kampas rem berbahan baku serbuk batok kelapa dan alumina terhadap uji kekerasan (Vickers) dan Uji keausan (Wear Test). 3. Mengetahui penetrasi kekerasan dari kampas rem berbahan baku serbuk batok kelapa dan alumina. 1.5 Manfaat Penelitian Dari hasil pengujian ini diharapkan dapat memberikan beberapa manfaat antara lain : 1. Menghasilkan informasi ilmiah dalam pengujian keausan dan kekerasan pada komposit kampas rem dengan penguat serbuk tempurung kelapa. 2. Sebagai pengembangan ilmu pengetahuan dan teknologi khususnya bidang material komposit. 3. Sebagai referensi untuk peneliti peneliti selanjutnya guna mengembangkan kualitas bahan kampas rem sehingga dapat digunakan sebagai inovasi dalam pembuatan kampas rem. 4. Menghasilkan material alternatif pada pembuatan kampas rem yang ramah lingkungan dengan menggunakan metode kompaksi.