jurnal1

7/18/2019 jurnal1

http://slidepdf.com/reader/full/jurnal1-56d3d2f741ce6 1/6

PRO SID ING 201 1© HASIL PENELITIAN FAKULTAS TEKNIK

Arsitektur Elektro Geologi Mesin Perkapalan Sipil

Volume 5 : Desember 2011 Group Teknik Mesin ISBN : 978-979-127255-0-6

TM13 - 1

ANALISA SIFAT MEKANIK POLIMER MATRIKS KOMPOSIT

BERPENGUAT FLY ASH BATUBARA

SEBAGAI BAHAN KAMPAS REM

Muhammad Syahid, Hairul Arsyad & Pratama

Jurusan Mesin Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin

Jl. Perintis Kemerdekaan Km. 10 Tamalanrea – Makassar, 90245

Telp/Fax: (0411) 588400

e-mail:[email protected]

Abstrak

Penelitian terhadap polimer matriks komposit sebagai bahan kampas rem pengganti

asbestos mulai dikembangkan. Bahan asbestos merupakan bahan yang berbahaya bagi

kesehatan dan berakibat buruk terhadap lingkungan. Limbah fly ash batu bara yang

dihasilkan dari industri memiliki fraksi berat alumina dan silika yang cukup tinggi sangat

memungkinkan digunakan sebagai partikel penguat polimer matriks kompositmenggantikan material keramik seperti MgO,Al 2O3. penelitian bertujuan untuk menganalisa

sifat mekanik polimer matriks komposit bahan kampas rem dengan memanfaatkan fly ash

batubara sebagai partikel penguat.

Keywords : Kampas Rem, Komposit, Fly Ash, Polimer

PENDAHULUAN

Penelitian terhadap material polimer matriks komposit sebagai material alternative pengganti asbestos mulai

dilakukan. Beberapa penelitian yang menunjukkan beberapa kampas rem dari material polimer matriks

komposit memiliki sifat-sifat mekanik yang memenuhi standar sebagai kanvas rem dan memiliki beberapa

keunggulan. keunggulan tersebut antara lain ramah lingkungan, mudah dipasang, tahan lama, memiliki tingkatkeausan yang mudah dimodifikasi, ketahanan terhadap korosi dan pengaruh zat kimia serta memiliki tingkat

kebisingan yang rendah.

Komposisi fly ash yang memilkiki fraksi berat alumina dan silika yang cukup tinggi sangat memungkinkan

digunakan sebagai partikel penguat polimer matriks komposit menggantikan material keramik seperti MgO,

Al2O3 dan lainnya. fly ash adalah sisa pembakaran bahan bakar padat terutama batubara. fly ash batubaramerupakan limbah yang dihasilkan dari industry yang menggunakan batu bara sebagai bahan bakar seperti pada

pembangkit listrik dan industri semen. Limbah fly ash batu bara ini belum banyak di manfaatkan bahkan bisa

berdampak buruk bagi lingkungan.

Berdasarkan Annual Book of ASTM Standar Volume 04.02 Standard Specification for Fly Ash and Raw or

Calcined Natural Pozzolans for Use as a Mineral Admixture in Porlland Cement Concrete, 1994 fly ash

mempunyai kandungan/unsur utama yaitu Silikon Dioksida (SiO2) + Aluminium Oksida (Al2O3) + Besi Oksida(Fe2O3) 50% - 70%, Sulfur Trioksida (SO3) 5%, Kalsium Oksida (CaO) 1% - 40%. Dari hasil pengukuran

komposisi tersebut, fly ash yang memilkiki fraksi berat alumina dan silika yang cukup tinggi sangat

memungkinkan digunakan sebagai bahan penguat Metal Matrix Composite (MMC) menggantikan material

keramik seperti Al2O3, SiC, dan lainnya.

Untuk mendapatkan kemampuan yang tinggi dari suatu komposit, maka pemilihan bahan matriks yang sesuai

sangat penting dan merupakan hal yang berpengaruh dari awal proses hingga menghasilkan suatu bahan

polimer dengan beberapa sistem seperti linier, bercabang, dan hubungan silang (cross linkes). Sistem ini

mewakili sifat/kemampuan sebagai penopang, pelindung serta pengikat. Selain itu matriks juga berfungsi untuk

melindungi serat dan memberikan alat distribusi beban yang mentransmisikan beban diantara serat tersebutdapat membentuk komposit dengan kekuatan dalam arah, juga menghasilkan permukaan antara yang lemah dan

untuk mengurangi kepekaan takik. Elemen penguat juga sangat menentukan sifat mekanik dari komposit karena

meneruskan beban yang didistribusikan oleh matriks.

7/18/2019 jurnal1


Analisa Sifat Mekanik Polimer… Muhammad Syahid, Hairul Arsyad & Pratama


ISBN : 978-979-127255-0-6 Group Teknik Mesin Volume 5 : Desember 2011

T M 1 3 - 2

Kampas rem merupakan komponen penting pada kendaraan bermotor . Untuk memenuhi syarat dan menjaga

keselamatan dalam mengemudikan kendaraan dan kompetisi di pasaran, bahan friksi membutuhkan performa

friksi yang baik dan biaya rendah. Akan tetapi, biasanya bahan mentah dengan performa friksi yang baik

mempunyai harga yang relatif tinggi. Untuk menghasilkan “brake lining ” yang baru dengan nilai yang cukup

pada koefisien gesek ( μ) dan kecepatan wear yang rendah, faktor biaya kedua bahan mentah dan proses

pembuatannya harus betul-betul dipertimbangkan. agar didapatkan suatu bahan dengan koefisien gesek tinggidan juga wear yang rendah.

Karakterisasi yang perlu dilakukan dalam pembuatan kampas rem sepeda motor adalah kekerasan dan keausan.

Kedua hal ini sangat penting karena saling berhubungan satu sama lain. Jika kampas rem sangat keras akan

mempengaruhi rotornya dan jika kampas rem cepat aus maka akan menambah pengeluaran. Oleh karena itu,

karakterisasi keduanya perlu dilakukan untuk mendapatkan hasil yang optimal. Selain kedua hal tersebut juga

perlu dilakukan karakterisasi pada struktur mikronya karena bisa diketahui efek komposisinya.Jika belumoptimal maka bisa merubah komposisi campurannya sehingga hasilnya bisa lebih optimal.

Untuk mendapatkan standar acuan tentang spesifikasi teknik kampas rem, maka nilai kekerasan, keausan,

bending dan sifat mekanik lainnya harus mendekati nilai standar keamanannya. Persyaratan teknik dari kampas

rem komposit adalah:

a. Untuk nilai kekerasan sesuai standar keamanan 68 – 105 (Rockwell R).

b. Ketahanan panas 360 derajat celcius, untuk pemakaian terus menerus sampai dengan 250 derajat celcius.

c. nilai keausan kampas rem adalah (5 x 10-4

- 5 x 10-3

mm2/kg)

d. koefisien gesek 0,14 – 0,27

e. Massa jenis kampas rem adalah 1,5 – 2,4 gr/cm3

f. Konduktivitas thermal 0,12 – 0,8 W.m.°Kg. Tekanan Spesifiknya adalah 0,17 – 0,98 joule/g.°C

h. Kekuatan geser 1300 – 3500 N/cm2

i. Kekuatan perpatahan 480 – 1500 N/cm2

METODE PENELITIAN

Pada penelitian ini bahan yang digunakan sebagai matriks adalah resin epoksi, sedang yang berfungsi sebagai

penguat adalah serbuk fly ash batubara dengan ukuran mesh 200 samapai 250. Perbandingan komposisi antaramatriks dan penguat menggunakan perbandingan volume. Komposisi fly ash adalah 40, 50,60 dan 70%

dengan balance resin epoksi. Proses pengeringan dilakukan dalam ruangan. Pengujian mekanik yang dilakukan

adalah uji kekerasan dengan rockwel type B , uji bending dengan three point bending dengan menggunakan

Material Testing Machine LR 10 K dan dan Uji keausan yang dilakukan langsung pada sepeda motor yang

dimodifikasi. Pemeriksaan patahan dilakukan dengan foto makro. Bentuk spesimen uji laju keausan dan skema

instalasinya dapat dilihat pada gambar 1 dan 2.

Gambar 1. a. Skema uji keausan b. spesimen dan uji keausan

a b

7/18/2019 jurnal1





TM13 - 3

HASIL DAN BAHASAN

Pengaruh Komposisi terhadap Kekerasan

Pada grafik terlihat bahwa komposisi fly ash dalam matriks memberikan pengaruh terhadap nilai kekerasan

polimer.

Untuk nilai kekerasan tertinggi yaitu 94 HRB diperoleh pada komposisi 60 % resin dan 40 % fly ash dan nilai

kekerasan terkecil 73.33 HRB pada komposisi 40 % resin dan 60 % fly ash. Hal ini menu njukkan adanya

komposisi tertentu yang menghasilkan kekuatan yang optimal sesuai dengan kaidah pencampuran dalam

komposit. Kekerasan yang tinggi diakibatkan oleh adanya partikel penguat pada matriks. Namun penambahan partikel yang berlebih akan menyebabkan kekerasan turun kembali karena ikatan antara partikel dengan matriks

menjadi berkurang setelah melewati batas optimum , distribusi partikel tidak merata dan terjadi void pada

spesimen yang mempengaruhi kekerasannya. Nilai kekerasan yang diperoleh pada keseluruhan sampel berada

dalam range standar kampas rem.

Gambar 2. Grafik pengaruh komposisi fly ash terhadap kekerasan

Pengaruh Komposisi terhadap Nilai Kelenturan

Penambahan komposisi fly ash terhadap resin memberikan nilai kelenturan meningkat sampai komposisi

tertentu dan kemudian turun kembali. Nilai kelenturan yang paling tinggi yaitu 52,79 N/mm2 diperoleh pada

komposisi 50% resin dan 50% fly ash . Hal ini menunjukkan bahwa penambahan partikel fly ash menyebabkan

kelenturan menjadi tinggi, namun kemudian turun akibat dari penambahan resin sampai 60% dan fly ash 40%

dengan nilai 35,07 N/mm2, untuk nilai kelenturan terendah terjadi pada komposisi 70% fly ash dan 30% resin,

hal ini terjadi akibat jumlah fly ash yang terlalu banyak menyebabkan kemampuan membasahi (wettability)

matrik s resin terhadap penguat fly ash rendah .Wettability yang kurang baik akan menyebabkan ikatan antara

matriks dan partikel pada daerah interface menjadi lemah bahkan memicu timbulnya void sehingga mengurangi

sifat lenturnya.

Gambar 3. Grafik pengaruh komposisi fly ash terhadap Kelenturan

7/18/2019 jurnal1





TM13 - 4

Pengaruh Komposisi terhadap Laju Keausan

Grafik laju keausan menjelaskan pengaruh komposisi terhadap laju keausan dimana bisa dilihat pada grafik

dibawah ini :

Gambar 4. Grafik pengaruh Komposisi terhadap laju keausan

Bahan yang memiliki kekerasan lebih tinggi secara umum memiliki ketahanan aus lebih tinggi (laju keausan

rendah) dan berbanding terbalik dengan kelenturan. Dari hasil pengujian keausan yang dilakukan juga

menunjukkan adanya korelasi tersebut. Laju keausan tertinggi pada komposisi 40% resin dan 60% fly ash

bernilai 2.27E-06 gr/mm2.detik dan nilai kelenturannya juga paling tinggi yaitu 44,19 N/mm2 dengan nilai

kekerasan terendah yaitu 73 HRB. Sedangkan laju keausan terendah pada komposisi 60% resin dan 40 fly ash

bernilai 2.02E-07 gr/mm2.detik dengan nilai kekerasan 94 HRB sedangkan nilai kelenturannya lebih rendah

yaitu 35,07 N/mm2. Nilai laju keausan pada komposisi diatas mendekati pada kampas rem asbes yang telah

dilakukan pengujian pula yaitu 1.27E-07 gr/mm2.detik. Untuk meningkatkan ketahanan keausan dibutuhkan

tambahan partikel penguat dengan wetability yang lebih tinggi misalnya MgO.

Permukaan Patahan

Dari komposisi resin dan fly ash tanpa dapat dilihat Terlihat bahwa spesimen ini memiliki kepadatan yang

cukup baik, meskipun dibeberapa bagian terdapat pori-pori. Terutama pada pada komposisi 30 % resin dan 70%

fly ash ini diakibatkan jumlah fly ash yang banyak dari komposisi yang lain, sehingga resin tidak dapat

membasahi seluruh bagian pada pada saat pengadukan pencampuran sehinggga muncul void yang lebih banyak.

Adanya void pada komposit menyebabkan nilai kelenturan yang rendah.

Gambar 5. Permukaan Patahan: a). Komposisi 40 % resin 60 % fly ash

b). Komposisi 30 % resin 70 fly ashc). Komposisi resin 50% dan 50% fly ashd). Komposisi 60% resin dan 40% fly ash

7/18/2019 jurnal1





T M 1 3 - 5

SIMPULAN

1. Sifat mekanik komposit bahan kampas rem dengan variasi komposisi fly ash batubara dan resin terhadap

tingkat kekerasan tertinggi pada komposisi 60% resin dan 40% fly ash yaitu 94 HRB, laju keausan terendah

pada komposisi 60% resin dan 40% fly ash adalah 2.02E-07 gr/mm2.detik sedangkan tingkat kelenturan

paling baik pada komposisi 50% resin dan 50% fly ash nilainya 52,79 N/mm2.2. Nilai kekerasan yang diperoleh diatas standar kampas rem, demikian juga nilai keausan yang diperoleh

melebihi standar kampas rem.

3. Permukaan patahan menunjukkan adanya void pada komposisi fly ash yang tinggi.

DAFTAR PUSTAKA

1. Callister,Jr William D,(2004) Material Sciences and Engineering an introduction, Jhon Wiley &Sons ,Inc.

sixth edition.

2. Ismariny,(2007) Analisa Pengaruh Penambahan Filler Anorganik Dan Zat Tambahan Pada Polipaduan

Polipropilena Untuk Material Otomotif, Akta Kimindo Vol. 2

3. Radiman L. Cyntia, Kimia Polimer, Penerbit ITB

4.

Kiswiranti, Desi. 2009. Pemanfaatan Serbuk Tempurung KelapaSebagai Alternatif Serat Penguat BahanFriksi Nonasbes pada Pembuatan Kampas Rem Sepeda Motor. Skripsi Teknik Fisika Universitas NegeriSemarang, Semarang.

5. Mallawa, Cesarandie. 2010. Pengaruh Komposisi dan Diameter Serbuk Tempurung Kelapa Material

Komposit Bahan Kampas Rem. Skripsi Teknik Mesin Universitas Hasanuddin, Makassar.

6. Saptono Rahmat, (2008), Pengetahuan Bahan.

7. Subowo S. Wiwik,(1996), Uji dan Karakterisasi Material Polimer, Prosiding Pemaparan Hasil Litbang

Ilmu Pengetahuan Teknik.8. www.stopcobrake.com/en/file/en.pdf/SAEJ661

9. http://adenholics.blogspot.com/2008/03/komposite.html

10. http://repository.ui.ac.id/contents/koleksi/11/d30f518393aad96931b1cd883b76a9194eb22313.pdf

http://www.stopcobrake.com/en/file/en.pdf/SAEJ661


http://adenholics.blogspot.com/2008/03/komposite.html


http://repository.ui.ac.id/contents/koleksi/11/d30f518393aad96931b1cd883b76a9194eb22313.pdf





7/18/2019 jurnal1





TM13 - 6

jurnal1

Documents