Ikatan Antar Muka Kanvas Rem Asbestos

Adapun ilustrasi dari komposit berdasarkan penguatnya dapat dilihat pada Gambar 2.1 : Ilustrasi komposit berdasarkan penguatnya Komposit isotropik adalah komposit yang penguatnya memberikan penguatan yang sama untuk berbagai arah baik dalam arah transversal maupun longitudinal sehingga segala pengaruh tegangan atau regangan dari luar akan mempunyai nilai kekuatan yang sama. Sebaliknya komposit anisotropik adalah komposit yang penguatnya memberikan penguatan tidak sama terhadap arah yang berbeda, sehingga segala pengaruh tegangan atau regangan dari luar akan mempunyai nilai kekuatan yang tidak sama baik arah transversal maupun longitudinal. Syarat terbentuknya komposit: adanya ikatan permukaan antara matriks dan filler. Ikatan antar permukaan ini terjadi karena adanya gaya adhesi dan kohesi Dalam material komposit gaya adhesi-kohesi terjadi melalui 3 cara utama : a. Interlocking antar permukaan → ikatan yang terjadi karena kekasaran bentuk permukaan partikel. b. Gaya elektrostatis → ikatan yang terjadi karena adanya gaya tarik-menarik antara atom yang bermuatan ion. c. Gaya vanderwalls → ikatan yang terjadi karena adanya pengutupan antar partikel. Kualitas ikatan antara matriks dan filler dipengaruhi oleh beberapa variabel antara lain: ukuran partikel, rapat jenis bahan yang digunakan, fraksi volume material, komposisi material, bentuk partikel, kecepatan dan waktu pencampuran, penekanan kompaksi, pemanasan sintering.

2.2 Ikatan Antar Muka

Ikatan antar muka merupakan ikatan yang terbentuk antara dua fasa yang berbeda. Dimana antarmuka memiliki fungsi sebagai media transfer beban dari matriks ke penguat. Ikatan antar muka mempengaruhi kekuatan, kekakuan, Universitas Sumatera Utara ketahanan mulur dan degredasi akibat lingkungan pada komposit. Ada beberapa ikatan yang terjadi pada antarmuka komposit : a. Mechanical bonding Ikatan mekanik paling efektif ketika ketika gaya dikenakan searah dengan permukaan. Ikatan ini dipengaruhi oleh kekasaran permukaan dimana semakin besar interlocking yang terjadi pada kedua permukaan. Sehingga kekuatan geser lebih berpengaruh daripada kekuatan tarik. b. Electrostatic bonding Ikatan ini terjadi ketika permukaan matriks dan penguat memiliki muatan yang berbeda dimana yang satu positif dan yang satu negatif. Ikatan elektrostatik akan efektif apabila jarak keduanya pendek dan bergantung pada kerapatan muatan. c. Chemical bonding Ikatan kimia terbentuk antara gugus kimia pada permukaan penguat dan gugus harmonik pada matriks. d. Interdiffusion bonding Ikatan yang terjadi pada dua permukaan polimer, dimana molekul polimer yang satu akan terdifusi pada jaringan molekul permukaan lainnya Syahid, 2011

2.3 Material Penyusun Komposit

Pada penelitian ini, jenis matriksnya berupa resin epoksi dan penguatnya berupa serat rami dan serat buah pinang.

2.3.1 Serat Rami

Tanaman rami adalah tanaman tahunan berumpun yang menghasilkan serat dari kulit kayunya. Tanaman yang diduga berasal dari Cina ini secara botanis dikenal dengan nama Boehmeria nivea L. Di Jawa Barat dikenal dengan nama haramay, sedangkan di Minangkabau dikenal dengan romin. Di Sumatera Barat disebut kelu dan di Sulawesi dikenal gambe. Dalam perdagangan internasional tanaman ini dikenal dengan sebutan ramie. Adapun sistematika botani tanaman rami dan gambar pohon rami Gambar 2.2 adalah sebagai berikut : Universitas Sumatera Utara Divisi : Magnoliophyta Kelas : Magnoliosida Subkelas : Hammamelidae Ordo : Urticales Famili : Urticaceae Genus : Boehmeria Spesies : Boehmeria nivea Gambar 2.2 Bentuk Daun Tanaman Rami Tanaman rami Boehmeria nivea, L. Gaud merupakan salah satu tanaman penghasil serat alam yang dapat menjadi sumber bahan baku produk tekstil seperti halnya kapas karena memiliki kemiripan dengan kapas, bedanya kapas merupakan serat pendek sedangkan rami adalah serat panjang. Dibanding dengan kapas, serat rami lebih kuat, mudah menyerap keringat dan tidak mudah kena bakteri atau jamur. Selain diambil serat dari kulit batangnya, semua bagian tanaman rami dapat dimanfaatkan. Akar tanaman rhizome dapat digunakan sebagai bahan tanaman bibit untuk pengembangan rami, daunnya dapat sebagai pakan ternak, sedangkan kulit batang dan kayunya dapat digunakan untuk bahan baku pulp maupun kompos. Rafiuddin, 2014 Bentuk serat rami terdiri dari membujur dan melintang, jika membujur bentuk memanjang seperti silinder dengan permukaan bergaris – garis dan berkerut-kerut membentuk benjolan-benjolan kecil dan jika melintang bentuk lonjong memanjang dengan dinding sel yang tebal dan lumen yang pipih. Selain itu, kualitas serat rami adalah yang terbaik dari serat lainnya. Berikut ini tabel karakteristik dari serat rami : Universitas Sumatera Utara Tabel 2.2 Perbandingan sifat serat rami dengan beberapa jenis serat lain Sifat Rami Flax Kapas Panjangmm 125,0 33,0 25,0 Diameterµm 35,0 19,0 15,0 Daya lenturkgmm 2 95,0 78,0 45,0 Kelembaban 12,0 12,0 8,0 Kehalusan denier 6,0 1,0 3,2 Kekuatan10 8 dynecm 2 91,0 88,0 29,0 Daya mulur 3,7 3,3 6,9 Rami merupakan serat tumbuh-tumbuhan jenis Boehmeria Nivea. Selulosa mempunyai rumus C 6 H 10 O 5 n , dimana “n” merupakan derajat polimerisasinya dan sebagian besar serat rami 68,6 - 76,2 terdiri dari selulosa. Analisa Frenderberg, Haworth dan Braun dalam buku Tekstil Fiber menunjukkkan bahwa selulosa dibentuk oleh cincin glukosa, sehingga dapat disebutkan bahwa struktur serat selulosa merupakan kesatuan dari anhydro glukosa yang dihubungkan satu dengan yang lainnya oleh jembatan oksigen pada kedudukan 1 – 4 Gambar 2.3 : Bentuk Serat Rami yang Kering Kekuatan serat sangat dipengaruhi oleh ukuran diameter serat, kadar selulosa, dan kadar lignin. Semakin besar diameter serat, maka semakin rendah nilai kekuatan tarik tensile strength dan modulus elastisitas modulus of elasticityMOE, demikian pula sebaliknya. Tingginya kadar selulosa dan rendahnya kadar lignin rami juga turut meningkatkan kekuatan serat rami. Analisa kimia memperlihatkan bahwa selulosa merupakan komponen utama dari serat rami. Komposisi kimia serat rami dapat dilihat pada Tabel 2.3 berikut : Universitas Sumatera Utara Tabel 2.3 Sifat fisik dan kimia serat rami Karakteristik Nilai Selulosa berat 68,6 – 76,2 Lignin berat 0,6 – 0,7 Hemiselulosa berat 13,1 – 16,7 Pektin berat 1,9 Lilin berat 0,3 Sudut mikrofibril o 7,5 Kadar air berat 8,0 Kerapatan mgm 3 1,5

2.3.2 Serat Buah Pinang

Pinang umumnya ditanam di pekarangan, di taman-taman atau dibudidayakan, kadang dapat ditemukan tumbuh liar di tepi sungai dan tempattempat lain, dapat tumbuh pada ketinggian 1-1.400 meter di atas permukaan laut. Biji buah berwarna kecoklatan sampai coklat kemerahan, agak berlekuk-lekuk dengan warna yang lebih muda. Pada bidang irisan biji tampak perisperm berwarna coklat tua dengan lipatan tidak beraturan menembus endosperm yang berwarna agak keputihan. Adapun sistematika botani tanaman pinang adalah sebagai berikut : Kingdom : Plantae Divisi : Spermatophyta Kelas : Monokotil Ordo : Arecales Famili : Arecaceae Genus : Areca Spesies : Areca catechu L. Kandungan yang terdapat pada pinang antara lain, biji buah pinang mengandung alkaloid, seperti arekolin C8H 13 NO 2 , arekolidin, arekain, guvakolin, guvasin dan isoguvasin, tanin, flavan, senyawa fenolik, asam galat, getah, lignin. Daun pinang mengandung minyak atsiri. Serat sabut pinang sebagian besar terdiri dari selulosa dengan berbagai proporsi yang berbeda-beda Universitas Sumatera Utara kandungan selulosa sekitar 35 - 50, hemiselulosa 35 - 64,8, lignin 13 - 26, pektin dan protopektin.

2.3.3 Resin Epoksi

Epoksi adalah suatu kopolimer, terbentuk dari dua bahan kimia yang berbeda. Ini disebut sebagai resin dan pengeras. Resin ini terdiri dari monomer atau polimer rantai pendek dengan kelompok epoksida di kedua ujung. Epoksi resin paling umum yang dihasilkan dari reaksi antara epiklorohidrin dan bisphenol-A, meskipun yang terakhir mungkin akan digantikan dengan bahan kimia yang serupa. Pengeras terdiri dari monomer polyamine, misalnya Triethylenetetramine Teta. Ketika senyawa ini dicampur bersama, kelompok amina bereaksi dengan kelompok epoksida untuk membentuk ikatan kovalen.Setiap kelompok NH dapat bereaksi dengan kelompok epoksida, sehingga polimer yang dihasilkan sangat silang, dan dengan demikian kaku dan kuat. Epoksi resin adalah termasuk kelompok plastik thermosetting yaitu tidak meleleh lagi jika dipanaskan dikarenakan material resin berbentuk cairan atau dapat berbentuk padatan, dan akan meleleh pada suhu diatas 200 o C. Pada dasarnya resin adalah matriks, sehingga memiliki fungsi yang sama dengan matriks yaitu sebagai perekatpengikat dan pelindung. Komposit bahan kanvas rem yang akan diteliti adalah komposit yang berpengikat resin epoksi, resin ini berfungsi untuk mengikat berbagai zat penyusun di dalam bahan tersebut. Epoksi memiliki modulus young 3100 MPa, kekuatan tarik 65-79 MPa dan densitas 1150 kgm 3 . Pengerasannya terjadi karena reaksi polimerisasi, bukan pembekuan. Oleh karena itu epoksi resin tidak mudah di-recycle. Contoh yang mudah didapat pasaran adalah plastic-steel epoxy. Banyak dijual di bengkel, toko material, maupun supermarket. Sifat perekat - ikatan yang luar biasa dari resin epoksi pertama kali diakui oleh Preiswerk dan Gams pada tahun 1944 . Pada saat itu perekat epoksi resin diakui sebagai perekat pertama yang menampilkan sebuah fungsi kimia serbaguna dan susutnya sangat rendah. Epoksi dapat diandalkan dengan kohesi yang sangat baik, integritas struktural , dan adhesi yang luar biasa untuk semua jenis substrat Akhmad,2014. Selain itu, kata epoksi berasal dari grup kimia yang terdiri dari atom oksigen yang diikat dengan dua atom karbon yang sudah diikat dengan cara tertentu. Universitas Sumatera Utara Bentuk epoksi yang paling sederhana adalah struktur cincin dengan tiga anggota yang disebut “alpha–epoksi” atau “1.2–epoksi”. Struktur kimia yang ideal merupakan karakteristik dari molekul epoksi yang paling mudah diidentifikasikan dengan pewarnaan amber atau coklat epoksi resin memiliki baberapa kegunaan. Baik resin dalam bentuk cair dan agen curing memiliki viskositas rendah sehingga mudah diproses. Epoksi resin mudah dan cepat dicuring pada temperatur mulai dari 5 o C sampai dengan 150 o C, bergantung dengan pemakaian agen curing. Salah satu sifat epoksi yang paling penting adalah kecilnya penyusutan bentuk selama curing untuk mengurangi tegangan dalam. Kekuatan penyerapan yang tinggi dan sifat mekanik yang tinggi juga meningkatkan sifat isolator listrik, dan ketahanan kimia yang baik. Epoksi biasanya digunakan sebagai bahan pengikat adhsives, campuran caulking, campuran pengecoran, sealant, pernis dan cat, juga resin laminasi yang diaplikasikan dalam beberapa industri. Epoksi resin dibentuk dari rangkaian panjang struktur molekul mirip vinylester dengan titik reaktif pada kedua sisi. Akan tetapi, pada epoksi resin titik reaktif ini bukannya terdiri dari grup ester melainkan terdiri dari grup epoksi. Ketiadaan grup ester berarti resin epoksi memiliki ketahanan yang baik terhadap air. Molekul epoksi juga menyimpan dua grup cincin pada titik tengahnya yang dapat menyerap baik tekanan maupun temperatur lebih baik dibandingkan grup linier sehingga epoksi resin memiliki ketangguhan, kekakuan, dan ketahanan terhadap panas yang sangat baik. Gambar berikut manunjukkan suatu struktur kimia ideal dari epoksi resin : Gambar 2.4 Struktur Ikatan Kimia Resin Epoksi 2.3.4 Karbon Aktif Karbon aktif merupakan senyawa amorf yang dihasilkan dari bahan-bahan yang mengandung karbon atau arang yang diperlakukan secara khusus untuk mendapatkan daya adsorpsi yang tinggi. Karbon aktif dapat mengadsorpsi gas dan senyawa-senyawa kimia tertentu atau sifat adsorpsinya selektif, tergantung pada besar atau volume pori-pori dan luas permukaan. Daya serap karbon aktif sangat Universitas Sumatera Utara besar, yaitu 25- 1000 terhadap berat karbon aktif. Karbon aktif dapat dibagi menjadi dua tipe, yaitu: 1. Karbon aktif sebagai pemucat, biasanya berbentuk powder yang halus, digunakan dalam fase cair dan berfungsi untuk memindahkan zat-zat pengganggu. 2. Karbon aktif sebagai penyerap uap, biasanya berbentuk granular atau pelet yang sangat keras, umumnya digunakan pada fase gas, berfungsi untuk pengembalian pelarut, katalis, dan pemurnian gas. Sifat adsorpsi karbon aktif sangat tergantung pada porositas permukaannya, namun dibidang industri, karakterisasi karbon aktif lebih difokuskan pada sifat adsorpsi dari pada struktur porinya. Bentuk pori bervariasi yaitu berupa: silinder, empat persegi panjang, dan bentuk lain yang tidak teratur Ferdina, 2010.

2.4 Aplikasi KMP Komposit Matriks Polimer

2.4.1 Rem

Rem adalah sebuah peralatan dengan memakai tahanan gesek buatan yang diterapkan pada sebuah mesin berputar agar gerakan mesin berhenti. Rem menyerap energi kinetik dari bagian yang bergerak. Energi yang diserap oleh rem berubah dalam bentuk panas. Panas ini akan menghilang dalam lingkungan udara supaya pemanasan yang hebat dari rem tidak terjadi. Desain atau kapasitas dari sebuah rem tergantung pada faktor-faktor berikut ini : 1. Tekanan antara permukaan rem. 2. Koefisien gesek antara permukaan rem. 3. Kecepatan keliling dari teromol rem. 4. Luas proyeksi permukaan gesek. 5. Kemampuan rem untuk menghilangkan panas terhadap energi yang diserap. Perbedaan fungsi utama antara sebuah clutch kopling tak tetap dan sebuah rem adalah bahwa clutch digunakan untuk mengaturmenjaga penggerak dan yang digerakan secara bersama-sama, sedangkan rem digunakan untuk menghentikan sebuah gerakan atau mengatur putaran. Material yang digunakan untuk lapisan rem harus mempunyai cirri-ciri sebagai berikut : a. Mempunyai koefisien gesek yang tinggi. Universitas Sumatera Utara b. Mempunyai laju keausan yang rendah. c. Mempunyai tahanan panas yang tinggi. d. Mempunyai kapasitas disipasi panas yang tinggi. e. Mempunyai koefisien ekspansi termal yang rendah. f. Mempunyai kekuatan mekanik yang mencukupi. g. Tidak dipengaruhi oleh moisture embun dan oil minyak. Pada setiap kendaraan bermotor kemampuan system pengereman menjadi sesuatu yang sangat penting karena dapat mempengaruhi keselamatan kendaraan tersebut. Semakin tinggi kemampuan kendaraan tersebut untuk melaju maka diperlukan sistem pengereman yang lebih handal dan optimal untuk menghentikan atau memperlambat laju kendaraan tersebut. Untuk mencapainya, diperlukan perbaikan – perbaikan dalam system pengereman. Sistem rem yang baik adalah sistem rem yang apabila dilakukan pengereman baik dalam kondisi apapun pengemudi tetap dapat mengendalikan arah dari laju pengereman Hamdi, 2013.

2.4.2 Rem Cakram Disc Brake

Rem cakram terdiri dari piringan yang dibuat dari metal, piringan metal ini akan dijepit oleh kanvas rem brake pad yang didorong oleh sebuah torak yang ada didalam silinder roda. Untuk menjepit piringan ini diperlukan tenaga yang cukup kuat. untuk memenuhi kebutuhan tenaga ini, pada rem cakram dilengkapi dengan sistem hidrolik, agar dapat menghasilkan tenaga yang cukup kuat. Sistem hidroulik terdiri dari master silinder, silinder roda, reservoir untuk tempat oli rem dan komponen penunjang lainnya. Secara singkat sistem kerja rem ini adalah sebagai berikut. Ketika handle rem ditarik, bubungan yang terdapat pada handle rem depan akan menekan torak yang terdapat di dalam master silinder. Torak ini akan mendorong oli rem kearah saluran oli, yang selanjutnya masuk kedalam ruangan pada silinder roda. Pada bagian torak sebelah luar dipasang kanvas yang disebut brake pad, brake pad ini akan menjepit piringan metal sengan memanfaatkan gaya tekanan torak kearah luar yang diakibatkan oleh tekanan oli rem tadi Mustofa, 2010. Jadi keunggulan sistem hidrolik adalah dengan hanya membuang sedikit tenaga untuk menekan torak yang ada didalam master silinder, akan didapat Universitas Sumatera Utara tekanan yang cukup besar pada bagian silinder roda. Ketika proses pengereman roda telah selesai, berarti torak pada master silinder akan mundur kembali dengan bantuan pegas yang terdapat didalam master silinder, akibatnya ruangan didalam master silinder akan melebar dan oli yang tadi ditekan pada silinder roda akan mengalir kembali kedalam master silinder. Untuk menyeimbangi pembebanan pada rem cakram, blok rem diletakkan di antara kedua sisi cakram dan untuk mendinginkan cakram yang panas akibat gesekan saat pengereman, dibuat lubang-lubang kecil pada cakram dimana udara sebagai pendingin dapat mengalir melalui lubang tersebut Maleque, 2012. 2.4.2.1 Kanvas Rem Cakram Kanvas 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 tinggi dan juga wear yang rendah. Kanvas rem memiliki fungsi untuk memperlambat dan menghentikan putaran poros, mengendalikan poros dan untuk keselamatan pengendara sendiri. Kanvas rem yang terlalu keras menyebabkan umur drum atau cakram menjadi pendek, sedangkan jika terlalu lunak maka umur kanvas rem akan pendek. Temperatur kanvas rem akan naik akibat gesekan yang terjadi selama pengereman. Waktu pengereman menentukan temperatur yang timbul pada kanvas rem. Kanvas rem terbagi atas 2 berdasarkan komposisi struktur bahan kanvas rem: Wardana, 2012

a. Kanvas Rem Asbestos

Kanvas rem dari bahan asbestos hanya memiliki 1 jenis fiber yaitu asbes yang merupakan komponen yang menimbulkan karsinogenik. Hal ini bertujuan agar membuat kanvas menjadi awet, tetapi ada kerugian yang ditimbulkan antara lain kelemahan dalam kondisi basah. Karena asbestos hanya terdiri dari 1 jenis fiber, Universitas Sumatera Utara ketika kondisi basah bahan tersebut akan mengalami efek licin seperti menggesekkan jari di atas kaca basah licin tidak pakem, juga dapat membuat piringan menjadi cepat abis, rem kurang pakem, asbestos hanya bisa bertahan sampai dengan suhu 200 o C hal ini berarti bahwa rem asbestos akan blong fading pada temperatur 250 o C dan harganya juga lebih murah. Kanvas rem asbestos juga tidak ramah lingkungan dan dapat menyebatkan penyakit kanker.

b. Kanvas Rem Non Asbestos