PENGARUH FRAKSI VOLUME, ORIENTASI, DAN JENIS ...lib.unnes.ac.id/37778/1/4211414037.pdfPengaruh...
Transcript of PENGARUH FRAKSI VOLUME, ORIENTASI, DAN JENIS ...lib.unnes.ac.id/37778/1/4211414037.pdfPengaruh...
PENGARUH FRAKSI VOLUME, ORIENTASI, DAN JENIS
SERAT ALAM TERHADAP SIFAT MEKANIS KOMPOSIT
KAMPAS REM
Skripsi
sebagai salah satu syarat
untuk memperoleh gelar Sarjana Sains
Program Studi Fisika
oleh
Gudel Astika
4211414037
HALAMAN JUDUL
JURUSAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG
2019
ii
PERSETUJUAN PEMBIMBING
iii
PERNYATAAN
iv
PENGESAHAN
v
MOTTO DAN PERSEMBAHAN
MOTTO
Sekecil Apapun Peluang Membawa Seribu Harapan dan
Tak Ada Alasan Tak Wujudkan Impian
PERSEMBAHAN
Bapak, Ibu, & Kakak
Fisika 2014
Sahabatku
vi
PRAKATA
Bismillahirrohmanirrohim
Syukur Alhamdulillah kepada Allah SWT atas berkat dan rahmat-Nya sehingga
penulis dapat menyelesaikan penulisan skripsi yang berjudul “Pengaruh Fraksi
Volume, Orientasi, dan Jenis Serat Alam terhadap Sifat Mekanis Komposit
Kampas Rem”. Penyusunan skripsi ini tidak lepas dari bantuan berbagai pihak
berupa saran, bimbingan, maupun petunjuk dan bantuan dalam bentuk lain, maka
penulis dengan penuh ketulusan hati menyampaikan terimakasih kepada:
1. Prof. Dr. Sudarmin, M.Si. selaku Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam Universitas Negeri Semarang.
2. Dr. Suharto Linuwih, M.Si. selaku Ketua Jurusan Fisika Fakultas Matematika
dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Negeri Semarang.
3. Dr. Mahardika Prasetya Aji M.Si. selaku Ketua Prodi Fisika Jurusan Fisika
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Negeri
Semarang.
4. Prof. Dr. Sutikno, S.T., M.T. selaku pembimbing utama yang telah memberikan
bimbingan, arahan, dan saran kepada penulis selama penyusunan skripsi.
5. Dr. Putut Marwoto, M.S. selaku pembimbing pendamping yang telah
memberikan bimbingan, arahan, dan saran kepada penulis selama penyusunan
skripsi.
6. Drs. Ngurah Made Darma Putra, Ph.D. selaku Kepala Laboratorium Fisika
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Negeri
Semarang.
vii
7. Bapak Roudlotul Muttaqin dan Ibu Natalia Erna S. selaku teknisi laboratorium
Fisika Universitas Negeri Semarang yang telah membantu selama proses
karakterisasi sampel skripsi.
8. Bapak, Ibu, dan keluarga yang telah memberikan dukungan, motivasi kepada
penulis serta memberikan kesempatan kepada penulis untuk menempuh jenjang
pendidikan ke Universitas.
9. Zakaria, Supi, Eva, Laras, dan Heru tim laboratorium fisika material komposit.
10. Teman-teman Fisika 2014 atas kebersamaan selama perkuliahan dan
penyusunan skripsi.
11. Teman-teman An-Nahl Kost yang banyak memberikan nasihat dan motivasi
mengenai pembelajaran hidup.
12. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu yang membantu
saya dalam penyelesaian skripsi ini.
Penulis menyadari dan meminta maaf apabila dalam penulisan skripsi ini masih
jauh dari sempurna karena kesempurnaan hanya milik Allah SWT. Semoga skripsi
ini dapat menambah pengetahuan dan manfaat bagi kita semua. Aamiin.
Semarang, 24 Januari 2019
Penulis
viii
ABSTRAK
Astika, Gudel. 2019. Pengaruh Fraksi dan Dimensi Serat Alam Terhadap Sifat
Mekanis Kampas Rem Komposit. Skripsi, Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan
Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Negeri Semarang. Pembimbing Utama Prof.
Dr. Sutikno, S.T., M.T. dan Pembimbing Pendamping Dr. Putut Marwoto, M.S.
Kata kunci: Kampas rem, Komposit, Serat daun nanas, Serat kulit buah pinang,
Serabut kelapa
Penelitian ini memfokuskan pada kajian pemanfaatan serat alam sebagai bahan
penguat kampas rem dan pengaruh terhadap sifat mekaniknya. Pembuatan kampas
rem dilakukan dengan menggunakan metode hot isostatic pressing. Sampel
disajikan dengan memvariasikan fraksi volume serat (2-10%) dan orientasi serat
acak, tegak lurus, dan 45°. Sifat-sifat mekanik yang diuji meliputi kekuatan tarik,
kekerasan, dan keausan bahan spesimen. Penggunaan serat alam yang semakin
kecil menghasilkan tingkat kekerasan yang tinggi dan menurunkan tingkat keausan
spesimen. Spesimen dengan orientasi serat 45° memiliki kekuatan tarik terbaik.
Hasil pengujian menunjukkan kekerasan tertinggi 68 HRB dimiliki spesimen fraksi
volume 2%, nilai keausan terendah 1,64 ×10-4 mm2/kg dimiliki spesimen dengan
fraksi volume 10% dan kekuatan tarik tertinggi 14,5 MPa ditemukan pada spesimen
dengan orientasi 45°.
ix
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ................................................................................................ i
PERSETUJUAN PEMBIMBING ........................................................................... ii
PERNYATAAN ..................................................................................................... iii
PENGESAHAN ..................................................................................................... iv
MOTTO DAN PERSEMBAHAN .......................................................................... v
PRAKATA ............................................................................................................. vi
ABSTRAK ........................................................................................................... viii
DAFTAR ISI .......................................................................................................... ix
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ xii
DAFTAR TABEL ................................................................................................ xiii
DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................ xiv
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang ........................................................................................... 1
1.2 Rumusan Masalah...................................................................................... 3
1.3 Batasan Masalah ........................................................................................ 4
1.4 Tujuan Penelitian ....................................................................................... 4
1.5 Manfaat Penelitian ..................................................................................... 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Bahan Komposit ........................................................................................ 5
2.2.1 Komposit Matrik Logam (Metal Matrix Composites) ........................ 6
2.2.2 Komposit Matrik Keramik (Ceramic Matrix Composites) ................. 7
2.2.3 Komposit Matrik Polimer (Polymer Matrix Composites) ................... 7
2.1 Klasifikasi Komposit Berdasarkan Penguatnya ........................................ 8
2.3.1 Komposit Partikel (Particulate Composite) ........................................ 8
x
2.3.2 Komposit Serat (Fiber Composite) ..................................................... 9
2.2 Kampas Rem............................................................................................ 11
2.3 Serat ......................................................................................................... 15
2.4 Serat Nanas .............................................................................................. 16
2.5 Serat Serabut Kelapa ............................................................................... 18
2.6 Serat Buah Pinang ................................................................................... 19
2.7 Pengujian Kuat Tarik ............................................................................... 20
2.8 Pengujian Kekerasan ............................................................................... 22
2.9 Pengujian Keausan .................................................................................. 23
BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Pelaksanaan Penelitian ............................................................................ 26
3.2 Alat dan Bahan ........................................................................................ 26
3.3 Desain Produk.......................................................................................... 27
3.4 Alur Penelitian ......................................................................................... 27
3.5 Prosedur Penelitian .................................................................................. 28
3.5.1 Penyiapan Bahan Kampas Rem ........................................................ 28
3.5.2 Pembuatan Serat Daun Nanas ........................................................... 30
3.5.3 Pembuatan Serat Serabut Kelapa dan Serat Kulit Pinang ................. 30
3.5.4 Pencetakan Kampas Rem .................................................................. 31
3.5.5 Pengujian Mekanik............................................................................ 31
3.5.6 Scanning Electron Microscopy (SEM) ............................................. 32
3.5.7 Energy Dispersive X-ray (EDX) ....................................................... 32
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Fabrikasi Kampas Rem ............................................................................ 34
4.2 Pengujian Mekanik .................................................................................. 36
4.2.1 Pengujian Kekerasan ......................................................................... 36
4.2.2 Pengujian Keausan ............................................................................ 40
4.2.3 Uji Tarik ............................................................................................ 43
4.3 Pengamatan struktur mikro ...................................................................... 47
4.4 Penentuan Komposisi .............................................................................. 50
xi
BAB V PENUTUP
5.1 Kesimpulan .............................................................................................. 53
5.2 Saran ........................................................................................................ 53
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 54
LAMPIRAN .......................................................................................................... 59
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Pembentukan Komposit ..................................................................... 6
Gambar 2.2 Klasifikasi Komposit Berdasarkan Matriks-nya (Gibson, 1984) ........ 7
Gambar 2.3 Komposit dengan Penguat Partikel ..................................................... 8
Gambar 2.4 Komposit sandwich (Allen, 1969) .................................................... 11
Gambar 2.5 Kampas Rem ..................................................................................... 12
Gambar 2.6 Gambar Gaya Tarik Terhadap Pertambahan Panjang
(Nurmaulita,2010) ............................................................................. 21
Gambar 2.7 Proses Pengujian Kekerasan Dengan Metode Rockwell Hardness ... 22
Gambar 2.8 Metode Keausan Ogoshi ................................................................... 25
Gambar 3.1 Desain Kampas Rem ......................................................................... 27
Gambar 3.2 Diagram Alir Penelitian .................................................................... 28
Gambar 3.3 Hasil pemisahan serat daun nanas ..................................................... 30
Gambar 3.4 Hasil pemisahan serat: (a) Serat daun nanas dan (b) Serabut kelapa 31
Gambar 3.5 Desain spesimen uji tarik ASTM E8 (mm) ....................................... 32
Gambar 3.6 Desain Uji Kekerasan Rockwell ASTM E10-01 (mm) ..................... 32
Gambar 4.1 Spesimen kamas rem komposit berpenguat (a) serat kulit buah
pinang, (b) serat daun nanas, dan (c) serabut kelapa. ........................ 35
Gambar 4.2 Spesimen uji tarik kamas rem komposit berpenguat (a) serat kulit
buah pinang, (b) serat daun nanas, dan (c) serabut kelapa. ............... 35
Gambar 4.3 Grafik perbandingan kekerasan Rockwell terhadap komposit kampas
rem berpenguat serat kulit pinang, serat daun nanas, dan serabut
kelapa. ................................................................................................ 38
Gambar 4.4 Grafik perbandingan keausan terhadap komposit kampas rem
berpenguat serat kulit pinang, serat daun nanas, dan serabut kelapa. 41
Gambar 4.5 Grafik hasil uji tarik spesimen kampas rem meliputi (a) Kekuatan
tarik, (b) Modulus elastisitas. ............................................................ 44
Gambar 4.6 Pengaruh serat terhadap kekuatan tarik pada orientasi (a) serat acak,
(b) tegak lurus, dan (c) 45°. ............................................................... 46
Gambar 4.7 Permukaan spesimen kampas rem berpenguat serat alam (a) serat
kulit buah pinang 3000x (b) serat daun nanas 3000x, (c) serabut
kalapa 410x. ....................................................................................... 48
Gambar 4.8 Pengujian EDX kampas rem berpenguat (a) serat kulit pinang, (b)
serat daun nanas (c) Serabut kelapa. .................................................. 51
xiii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.2 Klasifikasi Serat .................................................................................... 16
Tabel 2.3 Karakteristik Fisik Serat Daun Nanas ................................................... 17
Tabel 2.4 Komposisi kimia serat kelapa (Wildan, 2010) ...................................... 18
Tabel 2.5 Morfologi Serat Serabut Kelapa ........................................................... 19
Tabel 2.6 Komposisi Kimia Beberapa Serat Alam (Kumar et al, 2008) ............... 20
Tabel 3.1 Komposisi Kampas Rem ....................................................................... 29
Tabel 4.1 Persentase Unsur Kimia Bahan Komposit Kampas Rem ..................... 51
xiv
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Uji Kekerasan Rockwell .................................................................. 59
Lampiran 2. Uji Keausan ..................................................................................... 63
Lampiran 3. Uji kekuatan tarik ............................................................................ 68
Lampiran 4. Hasil pengujian Kekerasan Rockwell .............................................. 74
Lampiran 5. Hasil pengujian Keausan ................................................................. 77
Lampiran 6. Hasil pengujian kekuatan tarik ........................................................ 80
Lampiran 7. Dokumentasi Penelitian ................................................................... 83
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Peningkatan populasi kendaraan bermotor menyebabkan meningkatnya
konsumsi penggunaan komponen kendaraan tersebut. Salah satu komponen
kendaraan bermotor yang cepat habis yaitu kampas rem. Kampas rem merupakan
media yang digunakan untuk memperlambat laju suatu kendaraan (Multazam et al.,
2012). Saat kendaraan melaju dari kecepatan tinggi, kampas rem pada keadaan
tersebut mempunyai beban yang paling tinggi dibandingkan komponen yang lain
(Sasmito, 2012).
Kampas rem merupakan salah satu komposit polimer yang terbentuk atas
perpaduan berbagai bahan yang memiliki sifat fisik maupun kimia yang berbeda,
antara lain bahan pengikat, bahan serat dan bahan pengisi (Suhardiman et al., 2017).
Bahan serat biasanya digunakan sebagai penguat pada komponen kampas rem
untuk meningkatkan kinerja gesekan (Konada et al., 2017). Serat pada keadaan ini
memainkan peran penting dalam menahan tekanan selama pengereman pada
permukaan gesek dan mengatasi beberapa kekurangan dari matriks (resin) yang
lemah terhadap ketahanan panas (Satapathy et al., 2006).
Penggunaan serat sebagai penguat pada komposit kapas rem telah
berkembang luas dan bervariasi antara lain serat aramid, serat gelas, keramik,
kuningan dan serat alam (selulosa) (Ahmadijokani et al., 2018). Penggunaan serat
alam menjadi hal yang menarik bagi peneliti, insinyur, dan ilmuwan sebagai bahan
penguat alternatif pada pembuatan komposit polimer dengan menghasilkan sifat
2
mekanik yang baik antara lain meningkatkan koefisien gesek, ketahanan aus,
berbiaya murah, dan peningkatan kekakuan dan kekuatan (Ashok et al., 2018;
Satapathy et al., 2006; Baklouti et al., 2015). Kualitas yang khas pada serat alam,
seperti mudah melekat pada bahan gesek, modulus tinggi dan stabilitas termal yang
baik juga membuat serat alam menjadi subjek yang menarik untuk digunakan
sebagai penguat dalam berbagai jenis komposit (Fei et al., 2014).
Penggunaan serat sebagai penguat komposit kampas rem menjadi momentum
karena dapat meningkatkan sifat mekanik (Binoj et al., 2016). Keberadaan serat
yang mudah didapat dan jumlah yang melimpah menjadi alternatif penggunaan
serat alam pada ingredient kampas rem dimasa yang akan datang. Salah satu serat
alam yang dapat digunakan adalah serat serabut kelapa, serat nanas dan serat buah
pinang. Penggunaan serat ini sangatlah potensial di bidang kampas rem karena
selain ketersedian yang melimpah dan harganya cukup murah (Silva et al., 2006),
dan juga tidak mudah terabrasi (Lopattananon et al., 2006). Senthilkumar et al.
(2019) dengan menggunakan serat daun nanas pada komposit polimer dapat
meningkatkan kekuatan tarik 23-25% dan meningkatkan modulus eleatisitas 25-45
%. Ashok et al. (2018) menyatakan bahwa pada penggunaan serat kulit buah pinang
dapat meningkatkan kekuatan tarik 17-33 MPa. Hwang et al. (2016) menggunakan
sarabut kelapa pada pembuatan komposit dan dapat meningkatkan defleksi retak,
indeks ketangguhan dan kekuatan lentur. Kelebihan penggunaan serat kulit buah
pinang, serat nanas, dan serabut kelapa sebagai penguat komposit, berpotensi dapat
dijadikan sebagai bahan pada pembuatan kampas rem.
3
Penelitian ini memfokuskan pada penggunaan serat kulit buah pinang, serat
daun nanas, dan serabut kelapa sebagai bahan penguat kampas rem yang sesuai
standar. Untuk mendapatkan komposisi ingredient kampas rem yang tepat,
dilakukan variasi volume serat sedangkan untuk mengetahui kekuatan tarik terbaik
dilakukan juga variasi orientasi serat kampas rem. Pengujian akan mengacu pada
standar pengujian di Indonesia yaitu ASTM E10-01 untuk uji kekerasan dengan
nilai kekerasan 68 − 105 mm2/kg, SNI 09-0143-1987 untuk uji keausan dengan
rentang keausan 5 x 10−4 − 5 x 10−3 mm2/kg, dan untuk uji kuat tarik dilakukan
menggunakan Tensile Testing Machine Servopulser (Sutikno et al., 2012).
Pengamatan struktur mikro permukaan gesek, ukuran serat, dan komposisi
spesimen dilakukan dengan karakteristik menggunakan Scaning Electron
Microcopy- Energy Dispersive X-ray (SEM-EDX).
1.2 Rumusan Masalah
Dari latar belakang di atas dapat dirumuskan suatu permasalahan yang dapat
dipecahkan pada proses pembuatan komposit untuk kampas rem serta melakukan
pengujian terhadap kampas rem berpenguat serat alam, yaitu:
1. Bagaimana pengaruh fraksi volume serat alam terhadap sifat mekanik
kampas rem komposit ?
2. Bagaimana pengaruh orientasi serat alam terhadap sifat mekanik kampas
rem komposit ?
3. Bagaimana pengaruh jenis serat alam terhadap sifat mekanik kampas rem
komposit ?
4
1.3 Batasan Masalah
Masalah yang dibahas pada penelitian ini dibatasi beberapa hal sebagai
berikut:
1. Serat alam yang digunakan adalah serat serabut kelapa, serat daun nanas,
dan serat buah pinang.
2. Pengujian yang dilakukan meliputi pengujian kekerasan, pengujian tingkat
keausan, dan pengujian kuat tarik.
3. Pengamatan struktur mikro menggunakan SEM-EDX.
1.4 Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini sebagai berikut:
1. Megetahui pengaruh orientasi serat terhadap karakteristik sifat mekanik
kampas rem.
2. Mengetahui pengaruh fraksi volume serat terhadap karakteristik sifat
mekanik kampas rem.
3. Mengetahui pengaruh jenis serat terhadap karakteristik sifat mekanik
kampas rem.
1.5 Manfaat Penelitian
1. Dapat mamanfaatkan daun nanas, serabut kelapa, dan kulit pinang sebagai
bahan pembuatan serat alam.
2. Menggunakan serat alam sebagai bahan alternatif yang ramah lingkungan.
3. Sebagai referensi pembuatan kampas rem untuk penelitian selanjutnya.
5
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Bahan Komposit
Bahan komposit (komposit) adalah suatu jenis bahan baru
hasil rekayasa yang terdiri dari dua atau lebih bahan dengan sifat masing-masing
bahan berbeda, baik itu sifat kimia maupun fisikanya. Bahan komposit memiliki
banyak keunggulan, di antaranya berat yang lebih ringan, kekuatan yang lebih
tinggi, tahan korosi dan memiliki biaya perakitan yang lebih murah. Salah satu
contoh bahan komposit adalah komposit serat karbon. Kekuatan tarik dari
komposit serat karbon lebih tinggi daripada semua paduan logam (William, 2003)
Menurut Matthews dkk. (1993) komposit adalah suatu material yang
terbentuk dari kombinasi dua atau lebih material melalui campuran yang tidak
homogen dengan sifat mekanik dari masing-masing material pembentuknya
berbeda. Dari campuran tersebut akan dihasilkan material komposit yang
mempunyai sifat mekanik dan karakteristik yang berbeda dari material
pembentuknya, sehingga kita leluasa merencanakan kekuatan material komposit
yang yang kita inginkan dengan jalan mengatur komposisi dari material
pembentuknya. Dengan kata lain komposit merupakan sejumlah sistem multi fasa
sifat dengan gabungan, yaitu gabungan antara matriks atau pengikat dengan
penguat (Saputra, 2016).
Bahan alam yang sering dimanfaatkan sebagai bahan komposit adalah karet
yang diperkuat, polimer yang terisi, campuran semen dan beton, paduan, media
berpori dan retak, komposit serat yang diratakan dan dicincang, agregat
6
polikristalin (logam) (Hazhin, 1983). Material komposit tersusun atas 2 (dua)
bagian yang berbeda yaitu matrik dan penguat. Matrik merupakan fasa utama dan
kontinu, berfungsi menahan fasa penguat dan meneruskan beban, sedangkan
penguat merupakan fasa kedua dan diskontinu yang dimasukkan kedalam matrik.
Gambar 2.1 Pembentukan Komposit
2.2 Klasifikasi Komposit Berdasarkan Matrik
Matriks merupakan komponen pembentuk dan pengikat dalam komposit.
Matriks pada komposit dapat berupa logam atau alloy (komposit logam), polimer,
karbon dan material keramik (komposit non logam). Sifat matrik akan menentukan
kondisi operasi pembuatan komposit dan karakteristik komposit. Beberapa
komposit memiliki matriks gabungan yang terdiri dari dua atau lebih lapisan dengan
komposisi berbeda dan disusun selang-seling (Gibson, 1984). Berdasarkan matriks
yang digunakan, komposit dapat dikelompokkan atas:
2.2.1 Komposit Matrik Logam (Metal Matrix Composites)
Metal Matrix composites (MMC) adalah salah satu jenis komposit yang
memiliki matrik logam. Material MMC mulai dikembangkan sejak tahun 1996.
Kelebihan MMC dibandingkan dengan Polymer Matrix Composites (PMC) adalah
transfer tegangan dan regangan yang baik, ketahanan terhadap temperatur tinggi,
7
tidak menyerap kelembaban, tidak mudah terbakar, kekuatan tekan dan geser yang
baik, serta ketahanan aus dan muai termal yang lebih baik.
2.2.2 Komposit Matrik Keramik (Ceramic Matrix Composites)
Ceramic matrix composite (CMC) merupakan material keramik berupa
gelas-keramik dan gelas-matriks yang mengandung fasa inklusi sekunder. Fasa
inklusi sekunder ini dapat berupa fiber, whisker, platelet atau partikulat. Dalam
sebuah komposit sempurna fasa-fasa inklusi ini akan berinteraksi secara bersamaan
dengan matriksnya sehingga membentuk material yang memiliki sifat-sifat yang
lebih baik dibandingkan dari material matriks atau material inklusinya sendiri.
2.2.3 Komposit Matrik Polimer (Polymer Matrix Composites)
Polymer Matrix Composite (PMC) atau yang sering disebut juga
dengan Fiber Reinforced Polymer (FRP) merupakan salah satu jenis material
komposit yang tersusun atas serat pendek atau serat kontinu yang digabung menjadi
satu oleh matriks polimer organik. Polimer merupakan senyawa organik berupa
rantai panjang berulang yang tersusun atas atom karbon, hidrogen, dan oksigen.
Beberapa penelitian menunjukkan kampas rem dari komposit ini memiliki sifat
mekanik yang baik, ramah lingkungan, tahan lama, memiliki tingkat keausan yang
mudah dimodifikasi, dan memiliki tingkat kebisingan yang rendah (Syahid, 2011).
Gambar 2.2 Klasifikasi Komposit Berdasarkan Matriks-nya (Gibson, 1984)
KOMPOSIT
Komposit Matrik Logam (MMC)
Komposit Matrik Keramik (CMC)
Komposit Matrik Polimer (PMC)
8
2.1 Klasifikasi Komposit Berdasarkan Penguatnya
Penguat (filler) merupakan komponen yang terdistribusi merata dalam
matriks. Filler memegang peranan penting dalam menguatkan komposit sehingga
disebut penguat atau reinforcing material. Filler harus memiliki nilai kekuatan
(strength), kekerasan (hardness), dan elastic modulus yang besar. Sifat-sifat filler
ini harus lebih besar daripada yang dimiliki matriks agar dapat mendistribusikan
gaya dengan baik. Bentuk, ukuran, konsentrasi dan distribusi oleh filler juga dapat
mempengaruhi sifat-sifat dari material komposit (Putu et al., 2009). Berdasarkan
penguat yang digunakan terdapat 2 jenis komposit yang berbeda yaitu komposit
partikel dan komposit serat.
2.3.1 Komposit Partikel (Particulate Composite)
Komposit pertikel merupakan komposit yang terbentuk oleh partikel atau
serbuk sebagai penguat yang terdistribusi secara merata didalam matriks. Material
partikel yang digunakan sebagai bahan penguat dapat berasal dari satu jenis atau
lebih material. Partikel ini disisipkan kedalam bahan penguat atau matrik untuk
mendapatkan sifat mekanik yang baik sesuai kebutuhan. Komposit partikel
memiliki keuntungan meningkatkan kekuatan, menambahkan ketahanan
temperatur tahan terhadap oksidasi (Sumarauw, 2017).
Gambar 2.3 Komposit dengan Penguat Partikel
9
2.3.2 Komposit Serat (Fiber Composite)
Komposit serat adalah komposit yang terdiri atas serat dan matrik di
dalamnya. Serat merupakan salah satu komponen yang penting karena menentukan
pada proses tranfer energi. Untuk mendapatkan sifat mekanik yang baik, serat yang
digunakan harus memiliki kekuatan dan keuletan yang lebih baik dibandingkan
dengan matrik. Serat yang digunakan dapat berupa serat sintetis dan juga serat
organik. Penyusunan serat dan tipe serat pada jenis komposit ini juga dapat
mempengaruhi sifat mekaniknya. Terdapat beberapa klasifikasi komposit serat
berdasarkan jenis serat yang digunakan antara lain:
a. Serat Kontinu
Komposit serat kontinu mempunyai serat yang lurus dan memanjang serta
membentuk lapisan diantara matriksnya. Penggunaan serat kontinu ini lebih sering
digunakan karena serat panjang akan lebih saling terhubung sehingga terbentuk
komposit dengan kekuatan dan kekakuan yang baik. Kelemahan pada menggunaan
serat kontinu adalah kekuatan antar lapiasan-lapisan menjadi lemah.
b. Serat Diskontinu
Komposit serat diskontinu adalah komposit dengan penggunaan serat
pendek diantara matriknya. Pada pembuatan komposit serat diskontinu ini biasanya
panjang serat yang digunakan adalah dengan panjang maksimal 10 cm. Berdasarkan
orintasi serat diskontinu dibagi menjadi tiga macam yaitu aligned discontinuous
fibre, off axis aligned continuous fibre, dan randomly oriented continuous fibre.
10
c. Komposit Struktural (Structural Composite)
Komposit struktural merupakan suatu penyusunan bahan komposit agar
didapatkan suatu susunan bahan yang mempunyai sifat mekanik komposit paling
optimal. Komposit struktural dibentuk oleh penguat-penguat yang memiliki bentuk
lembaran-lembaran. Berdasarkan struktur komposit dapat dibagi menjadi dua yaitu
struktur laminate dan struktur sandwich.
d. Struktur Laminate
Komposit laminate merupakan komposit yang terdiri dari lapisan-lapisan atau
lamina yang tersusun dua atau lebih lapisan dengan susunan arah orientasi yang
berbeda-beda setiap lapisannya. Penyusunan pada lapisan ini bisa searah atau
melintang terhadap orientasi lapisan lainnya. Pelapisan ini bertujuan untuk
mendapatkan sifat-sifat material yang baru seperti sifat termal, kekakuan, kekuatan,
dan kelenturan.
e. Struktur Sandwich
Komposit sandwich tersusun atas 3 lapisan material yaitu skin (kulit)
terletak pada luar kedua sisi dan core (inti) ditengah-tengah. Skin berfungsi untuk
menahan beban aksial dan transversal sedangkan core berfungsi untuk
mendistribusikan beban aksial dan transversal menjadi beban geser. Pada komposit
tipe ini inti terbuat dari material dengan densitas dan berat yang lebih ringan
daripada bagian skin yang harus kuat dan kaku. Komposit sandwich dibuat dengan
tujuan untuk mendapatkan kekuatan dan kekakuan yang tinggi dangan berat yang
lebih ringan (Putra, 2017).
11
Gambar 2.4 Komposit sandwich (Allen, 1969)
2.2 Kampas Rem
Kampas rem adalah salah satu media pada kendaraan bermotor yang
berfungsi untuk memperlambat laju kendaraan bermotor (Maltazam et al., 2012).
Komponen kendaraan khususnya kampas rem merupakan komponen yang sangat
penting, kerena terkait dengan keamanan bagi pengendara terutama dalam hal
kecelakaan lalu lintas. Untuk mendapatkan pengereman yang maksimal maka
dibutuhkan kempas rem dengan kualitas pengereman yang baik. Selain itu peran
pemerintah juga sangat penting dalam hal regulasi penerbitan Standar Nasional
Indonesia (SNI) kualitas kampas rem yang baik. Standar Nasional Indonesia (SNI)
kampas rem telah diatur sejak tahun 1987 yang tercantum dalam SNI 09-0143-1987
untuk kampas rem roda 2 dan SNI 09-2779-1992 untuk kampas rem kendaraan
bermotor roda 4.
Berdasarkan konstruksinya, rem dibagi menjadi dua yaitu rem tromol dan
rem cakram. Rem tromol biasanya diaplikasikan pada rem roda belakang pada
kendaraan, sedangkan pada rem depan hampir seluruh kendaraan bermotor telah
memakai rem cakram. Rem cakram terdiri dari tiga komponen utama yaitu kaliper,
kampas dan piringan. Prinsip kerja rem cakram secara umum sama dengan rem
tromol yaitu menggunakan bahan friksi pada sepatu rem untuk mengurangi atau
menghentikan laju kendaraan. Rem ini bekerja dengan menjepit cakram yang
12
dihubungkan dengan roda kendaraan, serta untuk menjepit cakram digunakan
bahan friksi atau kampas rem dalam bentuk sepatu rem dengan mekanismenya
diatur oleh kaliper rem. Untuk menggerakkan atau mengatur mekanisme kaliper
rem biasanya menggunakan gaya mekanik, hidrolik, pneumatik atau elektronik
yang melawan gaya dari kedua sisi cakram. Bahan friksi menyebabkan piringan
cakram dan roda yang dihubungkan melambat dan berhenti. Rem mengubah energi
kinetik menjadi energi panas, serta membuat bahan friksi menjadi panas, peristiwa
tersebut membuat rem menjadi tidak efektif atau tidak pakem, oleh karena itu perlu
adanaya pengembangan tentang kampas rem atau bahan friksi (Ming et al., 2016).
Getaran pada sistem rem dapat terjadi karena ketidakrataan permukaan
piringan rem dan faktor gesekan antara kampas dan piringan rem, yang
mengakibatkan kampas rem bertumbuk dan berguncangan. Pada akhirnya kampas
rem bergetar pada kaliper dan menyebabkan kaliper ikut bergetar (Yunfeng et al.,
2017). Getaran yang timbul akibat gesekan kampas rem dengan piringan rem akan
sangat mengganggu kenyamanan berkendara, dan dapat menyebabkan kinerja dari
sistem pengereman kurang maksimal. Oleh karena itu, bahan kampas rem
memegang peranan yang sangat penting dalam fenomena getaran yang terjadi
dalam sistem rem cakram.
Gambar 2.5 Kampas Rem
13
Di Indonesia sejak tahun 1987 kampas rem sudah dibuat untuk kendaraan
bermotor yang sesuai dengan Standar Nasional Indonesia (SNI). Ada beberapa
parameter dan spesifikasi dalam pembuatan kampas rem yang dapat diperbaiki dan
ditinjau sesuai perkembangannya. Dalam perkembangannya proses pembuatan
kampas rem harus mengacu pada standar Internasional yang telah diterapkan di
negara maju agar mampu menopang pada produksi teknologi otomotif khususnya
pada kampas rem yang sesuai dengan perkembangan di zaman modern saat ini.
Gesekan (friction) merupakan faktor utama dalam pengereman. Oleh karena
itu komponen yang dibuat untuk sistem rem harus tahan terhadap gesekan dan tidak
menghasilkan panas yang dapat menyebabkan bahan tersebut meleleh atau berubah
bentuk. Bahan-bahan yang tahan terhadap gesekan tersebut biasanya merupakan
gabungan dari beberapa bahan yang disatukan dengan melakukan perlakuan
tertentu. Sejumlah bahan tersebut antara lain tembaga, kuningan, timah, grafit,
karbon, kevlar, resin, fiber dan bahan-bahan adiktif (Talib et al., 2014).
Bahan friksi komponen penyusun kampas rem terdiri dari serat, bahan
pengisi dan bahan pengikat. Serat berfungsi untuk meningkatkan koefisien gesek
dan kekuatan mekanik bahan. Ada dua jenis serat yang biasa digunakan yaitu serat
buatan dan alami. Contoh serat buatan yang digunakan adalah serat nilon dan serat
gelas, serta serat alami biasanya menggunakan serat serabut kelapa, bambu, rami,
dan jut. Penggunaan bahan pengisi berupa mineral tambang juga dilakukan karena
bersifat fire resistant sehingga tahan terhadap panas atau memiliki koefisien
perpindahan panas yang lebih kecil seperti Cu, Cu-Zn, Al, dan Zn.
14
Bahan pengisi terdiri dari bahan pengisi organik dan anorganik. Bahan
pengisi organik misalnya C.N.S.L (Cashew Nut Shell Liquid), dust dan remah karet.
Bahan pengisi anorganik misalnya BaSO, Cu-Zn, Al, dan Zn. Untuk memodifikasi
tingkat gesek dan membersihkan permukaan rotor juga ditambahkan bahan abrasif
seperti Al2O3, MgO, Fe3O, SiC, dan Al3SiO4. Selain sebagai pembersih
permukaan, bahan abrasif dapat juga berfungsi untuk menstabilkan koefisien gesek.
Bahan terakhir pada komponen kampas rem adalah bahan pengikat. Bahan pengikat
berfungsi untuk mengikat berbagai bahan diantaranya filler dan serat. Bahan
pengikat dapat membentuk sebuah matriks pada suhu yang relatif stabil. Bahan
pengikat terdiri dari berbagai jenis resin diantaranya phenolic, epoxy, polyester dan
rubber. Resin tersebut berfungsi untuk mengikat berbagai zat penyusun di dalam
bahan friksi (Kiswiranti et al., 2009).
Pada aplikasi sistem pengereman, bahan kampas rem dibuat secara khusus
dengan memenuhi standar keamanan, ketahanan, serta pada kendaraan mampu
mengerem dengan halus. Kampas rem juga harus mempunyai koefisien gesek yang
tinggi, keausan kecil, memiliki karakter kuat, dan dapat meredam getaran saat
terjadi pengereman. Sifat mekanik pada kendaraan menyatakan kemampuan suatu
bahan yang mampu untuk menerima beban gaya tanpa menimbulkan kerusakan
pada komponen tersebut. Oleh sebab itu, diperlukan standar acuan tentang
spesifikasi teknik kampas rem yang mempunyai nilai kekerasan, keausan, bending
dan sifat mekanik lainnya serta harus memiliki nilai yang sesuai mendekati pada
nilai standar keamanan pada kampas rem berikut:
15
a. memiliki nilai kekerasan sesuai standar keamanan sebesar 68 − 105
(Rockwell).
b. memiliki ketahanan panas 600℃, sedangkan pada pemakaian secara terus
menerus maka ketahanan panas mencapai 1200℃.
c. memiliki nilai keausan kampas rem antara (5 x 10−4 − 5 x 10−3 mm2/kg)
mm2/kg).
d. memiliki koefisien gesek 0,14 – 0,27.
e. memiliki massa jenis kampas rem sebesar 1.5 – 2.4 gr/cm3.
f. kemiliki konduktifitas thermal antara 0.12 − 0.8 W.m. °K.
g. memiliki tekanan spesifik sekitar 0.17 – 0.98 joule/g °C.
h. memiliki kekuatan geser sebesar 1300 – 3500 N/cm3.
i. memiliki kekuatan perpatahan sebesar 480 – 1500 N/cm3.
2.3 Serat
Serat adalah suatu jenis bahan berupa potongan komponen yang membentuk
jaringan memanjang yang utuh. Serat dikelompokkan menjadi serat alami (polimer
alami) dan serat sintetis (polimer sintetis). Bahan Serat alami diperoleh dari
tumbuhan, hewan, dan mineral. Contoh serat alami adalah dari selulosa tumbuhan
yaitu dari kapas, kapuk, dan rami. Untuk serat hewan berupa serat protein yang
dapat diperoleh dari rambut domba, benang jala yang dihasilkan oleh laba-laba, dan
kempongpong ulat sutera, sedangkan serat mineral umumnya dibuat dari mineral
asbestos.
Pada industri tekstil bahan dari serat alam mempunyai sifat yang hampir
sama yaitu kuat, padat, mudah kusut. Serat sintetis merupakan serat yang dibuat
16
oleh manusia, bahan dasarnya tidak tersedia secara langsung dari alam. Contoh dari
serat sintetis adalah rayon, polyester, dakron, dan nilon. Tabel 2.1 meperlihatkan
spesifikasi serat yang biasa digunakan dalam bidang industri.
Tabel 2.1 Klasifikasi Serat
Serat Buatan
Serat regenerasi Selulosa (rayon)
Serat semi sintetik Selulosa
Serat protein
Serat sintetik
Poliamid (Nilon 6, Nilon 66)
Polivinili alkohol (Vinilon)
Polivinilidin klorida (Vinilidin)
Polivinil klorida (PVC)
Poliester
Poliakrilonitril (Akril)
Polietilen (PE)
Polipropilen
Serat anorganik Serat gelas
Serat Karbon
Serat Alam
Serat tumbuhan Kapas, Flaks, Rami, Jut
Serat hewan Wol, Sutra
Serat mineral Asbes
2.4 Serat Nanas
Nanas atau Ananas Cosmosus adalah sejenis tumbuhan tropis yang berasal
dari Brazil, Bolivia, dan Paraguay. Tumbuhan ini termasuk dalam familia nanas-
nanasan (Famili Bromeliaceae). Di Indonesia nanas telah banyak dibudidayakan
terutama di pulau Jawa dan Sumatra antara lain terdapat di daerah Subang,
Majalengka, Purwakarta, Purbalingga, Bengkulu, Lampung dan Palembanga yang
merupakan salah satu sumber daya alam yang potensial (Astuti, 2012). Daun nanas
17
terdiri atas lapisan-lapisam penyusun yaitu lapisan atas, lapisan bawah, dan
dibagian tengah terdapat serat-serat penguat yang saling terikat oleh zat perekat.
Struktur daun nanas tidak mempunyai tulang daun, sehingga adanya serat-serat
dalam daun nanas tersebut akan memperkuat daun nanas saat pertumbuhannya.
Serat nanas didapatkan dari daun nanas yang telah dipisahkan dari
selulosanya. Daun nanas berbentuk memanjang yang meruncing dibagian ujung
dan terdapat duri disepanjang tepi daunnya. Panjang daun nanas berkisar antara 55-
75 cm, lebar berkisar 3,1-5,3 cm dengan ketebalan antara 0,18 hingga 0,27 cm.
Karakteristik serat nanas sangat bergantung pada jenis dan lokasi tumbuhnya. Daun
nanas dengan intensitas penyinaran yang sedikit akan menghasilkan serat yang
halus, kuat, dan mirip sutera (Kirby, 1963). Tabel 2.2 spesifikasi fisik serat nanas
(Doraiswarmy, 1993).
Tabel 2.2 Karakteristik Fisik Serat Daun Nanas
Jenis Nanas
Karakteristik
Panjang Lebar Ketebalan
(cm) (cm) (cm)
Assam Local 75 4,7 0,21
Cayenalisa 55 4,0 0,21
Kallara Local 56 3,3 0,22
Kew 73 5,2 0,25
Mauritius 55 5,3 0,18
Pulimath Local 68 3,4 0,27
Smooth Cayenne 58 4,7 0,21
Valera Moranda 65 3,9 0,23
18
2.5 Serat Serabut Kelapa
Serat kelapa adalah material berserat penyusun bagian lapisan tengah
(mesocarp) yang tebal pada buah kelapa (Cocos nucifera). Buah kelapa
mengandung sekitar 65% berat kernel (bagian tempurung, daging buah dan air) dan
35% berat serabut kelapa (husk). Serabut kelapa terdiri 70% pith (serbuk serabut
kelapa) dan 30% coir fiber (serat kelapa) tiap basis berat keringnya. Serat kelapa
dibagi menjadi 2 jenis serat yaitu serat berwarna putih dan serat berwarna coklat.
Serat kelapa yang berwarna putih diperoleh dari buah kelapa yang belum matang,
sedangkan serat kelapa berwarna coklat diperoleh dari buah kelapa yang telah
matang. Untuk dapat memperoleh serat ini, serabut kelapa perlu direndam dalam
air hingga lapisan perekatnya hilang. Tabel 2.3 merupakan komposisi kimia serat
kelapa.
Tabel 2.3 Komposisi kimia serat kelapa (Wildan, 2010)
Komposisi Jumlah (% berat kering)
Selulosa 35,6
Hemiselulosa 15,4
Pektin 5,1
Lignin 32,7
Zat ekstraktif 3,0
Pada dasarnya, serat kelapa yang diperoleh dari serabut kelapa dapat
diaplikasikan menjadi produk-produk yang lebih berkualitas. Sebab dengan
pemanfaatan limbah serabut kelapa semakin banyak. Selain lingkungan menjadi
bersih, nilai ekonominya juga semakin meningkat (Wildan, 2010). Serat kelapa
yang telah dimodifikasi dapat dibuat bahan kerajinan, bahan pengisi karpet, tikar
19
dan permadani serta bahan baku tali. Selain itu, struktur morfologi serat kelapa juga
dapat digunakan untuk membuat reinforced fiber, sebuah komposit yang kuat.dan
elastis.
Tabel 2.4 Morfologi Serat Serabut Kelapa
Parameter Hasil Uji
Satuan Komposisi (%)
Panjang Serat Minimal 0,37 µm
Panjang Serat Maksimal 2,49 µm
Panjang Serat Rata-rata 1,20 µm
Diameter Luar 23,23 µm
Diameter Dalam 13,26 µm
Tebal Dinding 4,99 µm
Bilangan Runkel (2 x W/l) 0,75 µm
Kelangsingan (LD) x 1000 55,53 µm
Kekakuan 0,21 µm
Kelenturan 0,57 µm
2.6 Serat Buah Pinang
Sabut dari buah pinang adalah bagian berserat keras yang menutupi bagian
endosperm yang komposisinya 30 - 45% dari total volume buah. Serat kulit pinang
sebagian besar terdiri dari hemiselulosa dan bahan bukan selulosa. Serat buah
pinang mengandung 13% sampai 24,6% senyawa lignin, 35% sampai 64,8%
hemiselulosa, sebanyak 4,4% abu, dan sisanya sebanyak 8% sampai 25%
kandungan air. Serat kulit pinang berdampingan dengan lapisan dalam yang
merupakan kelompok sel yang mengalami lignifikasi secara tidak teratur yang
disebut serat keras dan lapisan-lapisan tengah yang mengandung serat lembut.
20
Kandungan yang terdapat pada pinang antara lain, biji buah pinang
mengandung alkaloid, seperti arekolin (C8H13NO2), arekolidin, arekain,
guvakolin, guvasin, isoguvasin, tanin, flavan, senyawa fenolik, asam galat, getah,
lignin, sedangkan pada bagian daun pinang mengandung minyak atsiri. Tabel 2.5
menunjukkan perbandingan komposisi serat kulit buah pinang dengan beberapa
serat-serat alam meliputi kandungan Lignin, Selulosa, dan Hemiselulosa.
Tabel 2.5 Komposisi Kimia Beberapa Serat Alam (Kumar et al, 2008)
Serat Lignin Selulosa Hemiselulosa
(%) (%) (%)
Pinang 13 – 24,6 - 35 – 64,8
Tongkol Jagung 10 – 13 38 – 42 21 – 23
Serabut Kelapa 40 – 45 32 – 43 0,15 – 0,25
Sisal 10 – 14 66 – 72 12
Pisang 5 63 – 64 19
2.7 Pengujian Kuat Tarik
Uji tarik adalah salah satu uji stress-strain mekanik yang bertujuan untuk
mengetahui kekuatan bahan terhadap gaya tarik. Uji tarik dapat digunakan untuk
mengetahui bagaimana bahan tersebut bereaksi terhadap tenaga tarikan dan
mengetahui sejauh mana material bertambah panjang. Spesimen akan ditarik
sampai putus sehingga didapatkan profil tarikan yang lengkap. Gambar 2.6
menunjukan proses perubahan panjang terhadap gaya tarikan.
21
Gambar 2.6 Gambar Gaya Tarik Terhadap Pertambahan Panjang
(Nurmaulita,2010)
Gambar 2.6 mempresentasikan kemampuan maksimum bahan dalam
menahan beban. Kemampuan ini umumnya disebut Ultimate Tensile Strength
(UTS). Pada tahap awal pengujian tarik, hubungan antara beban atau gaya yang
diberikan berbanding lurus dengan perubahan panjang bahan tersebut. Pada
pengujian uji tarik ini, pengujian akan dilakukan hingga sampel uji putus, pada saat
yang sama teramati pertambahan panjang yang dialami sampel uji. Kekuatan tarik
akan diukur dari besarnya beban maksimum (F maks) yang digunakan untuk
memutuskan/mematahkan spesimen. Umumnya kekuatan tarik polimer lebih
rendah dari baja 70 kgf/mm2. Hasil pengujian adalah grafik beban versus
perpanjangan (elongasi) (Nurmaulita, 2010).
𝐸𝑛𝑔𝑖𝑛𝑒𝑟𝑖𝑛𝑔 𝑆𝑡𝑟𝑒𝑠𝑠 (𝜎):
𝜎 =𝐹𝑚𝑎𝑥
𝐴0 ....................................................... (1)
𝐹𝑚𝑎𝑥 = Beban terhadap penampang spesimen (N)
𝐴0 = Luas penampang spesimen (m2)
𝜎 = Enginering Stress (Nm2)
22
𝐸𝑛𝑔𝑖𝑛𝑒𝑟𝑖𝑛𝑔 𝑆𝑡𝑟𝑎𝑖𝑛 (𝜀):
𝜀 =𝑙0−𝑙1
𝑙0=
𝛥𝑙
𝑙0 ................................................ (2)
𝜀 = Enginering Strain
𝑙0 = Panjang mula-mula spesimen (mm)
𝛥𝑙 = Pertambahan panjang (mm)
Hubungan antara Stress dan Strain dirumuskan:
𝐸 =𝜎
𝜀 ........................................................... (3)
𝐸 = Modulus Elastisitas atau Modulus Young (Nm-2)
𝜎 = Enginering Stress (Nm2)
𝜀 = Enginering Strain
2.8 Pengujian Kekerasan
Pada pengujian kekerasan menurut Rockwell, kekerasan bahan ditentukan
dari perlawanan terhadap pengubah bentuk dengan jejak pembekasan. Bekas yang
terjadi disebabkan oleh benda yang lebih keras dari pada bahan yang akan diuji.
Pada pengukuran kekerasan menurut Rockwell benda penekan yang digunakan
adalah suatu peluru baja yang disepuh keras atau suatu kerucut intan dengan ukuran
yang ditetapkan. Proses pengukuran kekerasan dengan metode Rockwell dapat
dilihat pada Gambar 2.7.
Gambar 2.7 Proses Pengujian Kekerasan Dengan Metode Rockwell Hardness
23
Pada pengujian kekerasan menurut Rockwell pengujian dilakukan dengan
beban awal sebesar 10 kg, setelah itu beban ditingkatkan menjadi 150 kg hingga
tercapai kedalaman tertentu. Sebagai ukuran, kedalaman pembenaman sebagai t
dalam mm (Haryadi, 2006).
Kekerasan Rockwell di rumuskan:
HRC = 100 −𝑡
0,002
Adapun keuntungan dari pengukuran menggunakan kekerasan menurut
Rockwell sebagai berikut:
a. Dengan kerucut intan dapat diukur kekerasan baja yang disepuh keras.
b. Dengan bekas tekan yang kecil benda kerja rusak lebih sedikit.
c. Penentuan kekerasan berlangsung cepat, oleh karena penekanan benda dan
pengukuran pembesaran dalamnya bekas tekan adalah satu pelaksanaan.
Sedangkan kerugian dalam pengukuran kekerasan menurut Rockwell adalah
sebagai berikut:
a. Dengan bekas tekan yang kecil maka kekerasan rata-rata tidak dapat
ditentukan untuk bahan yang tidak homogen.
b. Dengan pembesaran dalamnya bekas tekan yang kecil terdapat kemungkinan
mendapat kesalahan pengukuran yang besar.
2.9 Pengujian Keausan
Keausan merupakan proses kehilangan material secara progresif atau
pemindahan sejumlah material dari suatu permukaan akibat pergerakan relatif
antara permukaan spesimen dengan permukaan uji. Keausan telah menjadi
perhatian praktis sejak lama, tetapi hingga beberapa saat lamanya masih belum
24
mendapatkan penjelasan ilmiah yang besar sebagaimana pada mekanisme
kerusakan akibat pembebanan tarik, impak, puntir atau fatigue. Hal ini disebabkan
masih lebih mudah untuk mengganti komponen (part) suatu sistem dibandingkan
melakukan desain komponen dengan ketahanan/umur pakai (life) yang lama. Saat
ini, prinsip penggantian dengan mudah seperti itu tidak dapat diberlakukan lebih
lanjut karena pertimbangan biaya (cost).
Pembahasan mekanisme keausan pada material berhubungan erat dengan
gesekan (friction) dan pelumasan (lubrication). Kajian mengenai ketiga subjek ini
yang dikenal dengan ilmu Tribologi. Keausan bukan merupakan sifat dasar
material, melainkan respon material terhadap sistem luar (kontak permukaan).
Material apapun dapat mengalami keausan disebabkan mekanisme yang beragam
(Kenneth G, 1999).
2.3.3 Prinsip uji keausan
Pengujian keausan dapat dilakukan dengan beberapa macam metode dan
teknik yang bertujuan untuk mensimulasikan kondisi keausan aktual. Salah satu
yang digunakan adalah metode Ogoshi dengan benda uji memperoleh beban gesek
dari cincin yang berputar (revolving disc). Pembebanan gesek ini akan
menghasilkan kontak antar permukaan yang berulang-ulang yang pada akhirnya
akan mengambil sebagian material pada permukaan benda uji. Besarnya jejak
permukaan dari material tergesek yang dijadikan dasar penentuan tingkat keausan
pada material. Semakin besar dan dalam jejak keausan, maka semakin tinggi
volume material yang terkelupas dari benda uji. Ilustrasi skematis dari kontak
permukaan antara revolving disc dan benda uji ditunjukkan pada Gambar 2.8.
25
Gambar 2.8 Metode Keausan Ogoshi
Keunggulan mengguanakan metode keausan ogoshi dari alat ini diantaranya
sebagai berikut:
1. Lama waktu abrasi dapat ditentukan dan daya tahan aus permukaan benda uji
dengan berbagai variasi bahan dapat dengan mudah terdeteksi.
2. Pengujian dilakukan dengan mudah dan cepat.
3. Benda uji tidak harus berukuran besar.
4. Perubahan tekanan, kecepatan dan jarak penggosok dapat dibuat dengan
mudah dengan jarak yang lebih lebar.
5. Berbagai macam bahan-bahan industri (karbon, baja, harden steel, cast steel,
super-hard alloys, tembaga, kuningan, synthetic resins, dan nilon) dapat diuji.
53
BAB V
PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Hasil penelitian pembuatan komposit kampas rem dengan penguat serat alam
(serat kulit buah pinang, serat daun nanas, dan serabut kelapa), pada pengujian
mekanik dengan memvariasikan fraksi volume serat alam, bahwa semakin sedikit
penggunaan fraksi serat alam menghasilkan kekerasan yang tinggi dan menurunkan
tingkat keausan spesimen. Hasil terbaik pada pengujian ini terdapat pada spesimen
kampas rem berpenguat serabut kelapa dengan fraksi volume 10% karena sesuai
standar spesifikasi kekerasan dan keausan kampas rem. Pada pengujian uji tarik
menunjukkan spesimen dengan orientasi 45° menghasilkan kekuatan tarik yang
tertinggi diikuti spesimen dengan orientasi tegak lurus dan tak terorientasi (acak).
5.2 Saran
Berdasarkan penelitian di atas sebelum diimplementasikan pada sepeda
motor, masih harus dilakukan beberapa pengujian agar didapatkan hasil yang
maksimal salah satunya uji keausan pada kondisi basah dan kondisi berminyak.
54
DAFTAR PUSTAKA
Ahmadijokani, F., A. Shojaei, M. Arjmand, Y. Alayi, Ning. (2018). Effect of Short
Carbon Fiber on Thermal, Mechanical and Tribological Behavior of
Phenolic-based Brake Friction Materials. Composites Part B, 1-27.
Allen, H. (1969). Analisis and design of structural sandwich Panels. Pergamon
press.
Ashok, B., Srinivasa, C.V., Basavaraj, B. . (2018). A review on the mechanical
properties of areca fiber reinforced composites. Science and Technology of
Materials, 1-11.
Astuti, N. J. (2012). Pembuatan Dan Karakterisasi Genteng Polimer Menggunakan
Aspal Dan Polypropilen Dengan Variasi Komposisi Dan Serat Nanas
Terorientasi. Tesis. Medan: Universitas Sumatera Utara.
Baklouti, M., A.L. Cristol, Y. Desplanques, R. Elleuch. (2015). Impact of the glass
fibers addition on tribological behavior and braking. Wear, 1557-1567.
Binoj, J. S., Raj, R. E., Sreenivasan, V. S., Thusnavis, G. R. (2016). Morphological,
Physical, Mechanical, Chemical and Thermal Characterization of
Sustainable Indian Areca Fruit Husk Fibers (Areca Catechu L.) as Potential
Alternate for Hazardous Synthetic Fibers. Journal of Bionic Engineering
13, 156-165.
Elmadagli M., T. Perry,& A. T. Alpas. (2007). A Parametric Study of The
Relationship Between Microstructure. Elsevier Wear 262, 79-92.
Fei, J., H-K Wang, J-F Huang, X-R Zeng, W. Luo . (2014 ). Effects of Carbon Fiber
Length On The Tribological Properties. Tribology International, 179–186.
Gapsari, F., P. H. Setyarini. (2010). Pengaruh Fraksi Volume Terhadap Kekuatan
Tarik dan Lentur Komposit Resin Berpenguat Serbuk Kayu. Jurnal
Rekayasa Mesin Vol. 1 No. 2, 59-64.
55
Gibson, R. F. (1984). Principle of Composite Material Mechanics. New York: Mc
Graw Hill International Book Company.
Gurunath, P.V., J. Bijwe. (2007). Friction and Wear Studies On Brake-Pad
Materials Based On Newly Developed Resin. Wear 263, 1212-1219.
Haryadi, G. (2006). Pengaruh Suhu Tempering Terhadap Kekerasan, Kekuatan, dan
struktur Mikro. ROTASI Vol. 8, 22-29.
Hazhin, Z. (1983). Analysis of Composite Materials. Journal of Applied Mechanics
Vol. 50, 481-505.
Hidayat, P. (2008). Teknologi Pemanfaatan Serat Daun Nanas Sebagai Alternatif
Bahan Baku Tekstil . Teknoin Vol 13 No.2, 31-35.
Hristov, V. N., S. T. Vasileva, M. Krumova, R. Lach,& G. H. Michler. (2004).
Deformation Mechanisms and Mechanical Properties of Modified
Polypropylene/Wood Fiber Composites. Polymer Composite Vol. 25 No. 5,
521-526.
Hwang, C. L., Tran, V. A. J., Hong, W., Hsieh, Y. C. . (2016). Effects of Short
Coconut Fiber On The Mechanical Properties, Plastic Cracking Behavior,
and Impact Resistance of Cementitious Composites. Construction and
Building Materials, 984-992.
Kenneth, G. & K. Michael. (1999). Engineering Materials. New Jersey: Upper
River.
Kirby. (1963). Vegetable Fibre. London: Leonard Hill.
Konada, N.K., K. Suman. (2017). Review of brake friction materials for future
development. Journal of Mechanical and Mechanics Engineering, 1-2.
Kumar, G. C. (2008, Juni). A Study of Short Areca Fiber Reinforced PF
Composites. Proceedings of the World Congress on Engineering Vol.2.
Kumar, M. A. (2010). Frictional Coefficient, Hardness, Impact Strength, and
Chemical Resistance of Reinforced Sisal Glass Fiber Epoxy Hybrid
56
Composites. Journal of COMPOSITE MATERIALS Vol. 44 No. 26, 3195-
3202.
Lopattananon, N., K. Panawarangkul, K. Sahakaro,& B. Ellis. (2006). Performance
of Pineapple Leaf Fiber–Natural Rubber Composites. The Effect of Fiber
Surface Treatments. Journal of Applied Polymer Science, 102, 1974 –1984.
Ma, L. S. Low, & Song. (2002). Comparison of Rockwell B Hardness (HRB) Tests
Using Steel and Tungsten Carbide Ball Indenters. VDI BERICHTE 1685,
467-472.
Maleque, M. A., A. Atiqah, R.J. Talib,& H. Zahurin1. (2012). New Natural Fibre
Reinforced Aluminium Composite For Automotive Brake Pad.
International Journal of Mechanical and Materials Engineering (IJMME)
Vol. 7 No.2, 166-170.
Manurung, P. (2011). Difraktogram Sinar-x dan Mikrostruktur Timah Dioksida.
Jurnal ILMU DASAR, 12 (1), 91 - 96.
Medi, A., D. W. Karmiadji. (2010). Pengaruh Kompaksi dan Kandungan Grafit
Terhadap Karakteristik Mekanis Bantalan Luncur Connecting Rod. Forum
Teknik Vol. 33 No.2, 125-130.
Multazam, A., A. Zainuri, & Sujita. (2012). Analisa Pengaruh Variasi Merek
Kampas Rem Tromol dan Kecepatan Sepeda Motor Honda Supra X125
Terhadap Keausan Kampas Rem. Dinamika Teknik Mesin, 2 (2), 100-107.
Nurmaulita. (2010). Pengaruh Orientasi Serat Sabut Kelapa Dengan Resin Poliester
Terhadap Karakteristik Papan Lembaran. Tesis. medan: Universitas
Sumatera Utara.
Pembuatan Bahan Gesek Kampas Rem Menggunakan Serbuk Tempurung Kelapa
Sebagai Pemodifikasi Gesek. (2010). Jurnal Sains dan Teknologi
(Sainteknol), 95-100.
57
Purboputro, P. I., R., Kusuma . (2014). Pengaruh Komposisi Serat Kelapa Terhadap
Kekerasan, Keausan Dan Koefisien Gesek Bahan Kopling Clutch
Kendaraan Pada Kondisi Kering Dan Pembasahan Oli. Jurnal Teknologi,
106-111.
Putra, D. R., H. Sosiati,& C. Budiantoro. (2017). Karakterisasi Sifat-Sifat Tarik
Komposit Laminat Hibrida Kenaf/E-Glass Yang Difabrikasi Dengan
Matriks Polypropylene. Jurnal Material dan Proses Manufaktur Vol.1 No.1,
41-45.
Rahman, S. & M. Toifur. (2016). Rancangan Eksperimen Analisis Struktur Mikro
Sampel dengan Prinsip XRD Menggunakan Metode Kristal Berputar.
JRKPF UAD,3 (1), 5-9.
Saputra, W. E. (2016). Pengaruh Fraksi Volume Serat Terhadap Ketangguhan
Impact Komposit Berpenguat Serat Kulit Batang Waru (Hibiscus Tiliaceus)
– Resin Epoxy. Skripsi. Bandar Lampung: Bandar.
Sasmito, D. P. (2012). Perbandingan Kampas Rem Non Asbes Berserat Fiberglass
Dengan Variasi Tembaga 2 Gram, 4 Gram 6 Gram Dengan Kampas Rem.
Skripsi. Surakarta: Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Satapathy, B. K., J. Bijwe. (2006). Composite friction materials based on organic
fibres: Sensitivity of friction and wear to operating variables. Composites:
Part A 37, 1557–1567.
Senthilkumar, K., Saba, N., Chandrasekar, M., Jawaid, M., Rajini, N., Alothman,
O. Y. . (2019). Evaluation of Mechanical and Free Vibration Properties of
The Pineapple. Construction and Building Materials, 423-431.
Setyawati, D. (2003). Komposit Serbuk Kayu Plastik Daur Ulang. Teknologi
Alternatif Pemanfaatan Limbah Kayu dan Plastikor: Institut Pertanian
Bogor.
58
Silva, E. C. N. & M. C. Walters. (2006). Modeling Bamboo As a Functionally
Graded Material. Lessons For The Analysis of Affordable Materials. J
Mater Sci, 41, 6991-7004.
Suhardiman & M. Syaputra. (2017). Analisa Keausan Kampas Rem Non Asbes
terbuat Dari Komposit Polimer Serbuk Padi Dan Tempurung Kelapa 7 (2).
Jurnal Inovtek Polbeng, 210-214.
Sumarauw, H. F. (2017). Sifat Mekanis Material Komposit Berpenguat Partikel
Cangkang Kepiting Dengan Menggunakan Variasi Fraksi Volume Partikel
10%, 20%, dan 30%. Skripsi. Yogyakarta: Universitas Santa Dharma.
Sutikno, M. , P. Marwoto, S. Rustad. (2010). The mechanical properties of
carbonized coconut char. Elsevier Carbon 48, 3616-3620.
Sutikno, S. E. Sukiswo,& S.S Dany. (2012). Sifat Mekanik Bahan Gesek Rem
Komposit Diperkuat Serat Bambu. Jurnal Pendidikan Fisika Indonesia, 8,
83-89.
Syahid, M., H. Arsyad,& Pratama. (2011). Analisa Sifat Mekanik Polimer Matriks
Komposit Berpenguat Fly Ash Batubara Sebagai Bahan Kampas Rem.
Prosiding Hasil Penelitian Fakultas Teknik Vol. 5 (pp. 1-6). Makasar:
Universitas Hasanuddin.
Takamizawa, T., A. Imai, R. Sugimura, A. Tsujimoto, R. Ishii, M. Kawazu, T.
Saito,& M. Miyazaki. (2018). Interrelation Among The Handling,
Mechanical, and Wear Properties Of The Newly Developed. Journal of the
Mechanical Behavior of Biomedical Materials, 1-32.
William, J. C. (2003). Progress in Structural Materials for Aerospace Systems (edisi
ke-51st). Acta Materialia, 5775–5799.
Zainuri, M., E. S. Siradj, D. Priadi, A. Zulfia,& Darminto. (2008). Pengaruh
Pelapisan Permukaan Partikel SiC Dengan Oksida Metal Terhadap Modulus
Elastisitas Komposit Al/SiC. Makara Sains Vol. 12 No.2, 126-133.