Pembuatan dan Karakterisasi Kanvas Rem Berbasis Komposit Serat Rami dan Serat Buah Pinang Dengan Resin Epoxy Sebagai Perekat

6

BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Material Komposit
Material komposit adalah material yang terbuat dari perpaduan dua bahan
atau lebih yang tetap terpisah dan memiliki sifat-sifat yang berbeda satu sama
lainnya baik itu sifat kimia maupun fisikanya untuk menghasilkan material baru
yang unik dan unggul, dibandingkan dengan sifat material dasarnya sebelum
dikombinasikan serta tidak menghilangkan sifat dasar bahan penyusunya tersebut.
Dengan adanya perbedaan dari material penyusunnya maka komposit antar
material harus membentuk ikatan kovalen yang kuat, sehingga perlu adanya
penambahan wetting agent. Komposit berasal dalam kata kerja “to compose ” yang
berarti menyusun atau menggabung. Jadi secara sederhana bahan komposit berarti
bahan gabungan dari dua atau lebih bahan yang berlainan.
Material komposit terdiri dari dua penyusun utama yaitu matriks dan penguat
(reinforcement/filler ). Matriks merupakan komponen pembentuk dan pengikat
dalam komposit. Dasar atau matriks dari komposit bisa terdiri dari logam atau
alloy (komposit logam), polimer, karbon dan material keramik (komposit non
logam). Sifat-sifatnya akan menentukan kondisi operasi pembuatan komposit dan

karakteristik komposit, seperti temperatur operasi, fatigue strength, ketahanan
terhadap efek lingkungan, density, dan specific strength. Beberapa komposit
memiliki matriks gabungan yang terdiri dari dua atau lebih lapisan dengan
komposisi berbeda dan disusun selang-seling (Budi, 2011). Selain itu, matriks
memiliki fungsi antara lain :
-

Sebagai pelindung penguat dari lingkungan abrasif dan korosif.

-

Pemisah antar penguat dan juga mencegah timbulnya perambatan crack dari
satu penguat dengan penguat lainnya.

-

Pemberi ketangguhan,

kekuatan geser

dengan mentransmisikan dan

mendistribusikan ke penguat.
-

Sebagai penentu stabilitas bentuk dan ketahanan terhadap temperatur.

Universitas Sumatera Utara

7

-

Mengikat partikel penguat agar bisa menyatu dengan matriks melalui sifat
adhesi dan kohesi.
Untuk mencapai fungsi tersebut matriks yang digunakan memiliki ductility

(keuletan) yang tinggi, modulus elastisitas lebih rendah dari penguat serta
memiliki

ikatan

yang

bagus

antara

matriks

dan

penguat.

Penguat

(reinforcement/filler ) merupakan komponen lain yang terdistribusi merata dalam
matriks. penguat memegang peranan penting dalam menguatkan komposit.
Penguat harus memiliki nilai kekuatan/ strength, kekerasan/hardness, dan elastic
modulus yang besar. Sifat-sifat ini harus lebih besar daripada yang dimiliki

matriks. Sifat-sifat material komposit bisa juga dipengaruhi oleh bentuk, ukuran,
konsentrasi dan distribusi filler. Beberapa kegunakan penguat dalam penyusun
komposit antara lain :
-

Memperbaiki sifat dari matriks sehingga sifat material komposit lebih baik
dari sifat matriks.

-

Sebagai penguat atau penanggung beban utama pada komposit.

-

Untuk memberikan kekakuan, kekuatan, stabilitas panas, dan sifat struktur
lainnya dalam komposit.

-

Menyediakan penghantaran atau insulasi elektrik, tergantung pada jenis serat
atau serbuk yang digunakan.
Berdasarkan bahan matriks yang digunakan, maka komposit dapat

diklasifikasikan ke dalam tiga kelompok, yaitu :
a. Komposit matriks polimer (Polymer Matrix Composite)
Bahan ini merupakan bahan yang paling sering digunakan atau sering
disebut dengan polimer berpenguat serat (Fibre Rainforced Polymer of
Plastic). Komposit ini menggunakan suatu polimer berbasis resin sebagai

matriksnya dan jenis serat tertentu sebagai penguat, seperti : serat kaca, karbon
dan aramid (kevlar).
b. Komposit matriks logam (Metal Matrix Composite)
Berkembang pada

industri otomotif,

bahan

ini pada umumnya

menggunakan suatu logam seperti aluminium (Al) sebagai matrik dan
penguatnya dengan serat silikon carbida (SiC)
c. Komposit matriks keramik (Composite Matrix Ceramics)

Universitas Sumatera Utara

8

Material komposit ini biasanya digunakan pada lingkungan bertemperatur
tinggi, bahan ini menggunakan keramik sebagai matrik dan diperkuat dengan
serat pendek atau serabut-serabut (whisker ) yang terbuat dari silikon karbida
atau boron nitrida.
Dari tiga bahan matriks yang digunakan ada beberapa kelebihan dan
kekurangan yang dirincikan dalam sebuah Tabel 2.1 : (Ikhwanuddin, 2015)
Tabel 2.1 Kelebihan dan kekurangan dari bahan komposit
Jenis Komposit
Komposit Matriks
Polimer (KMP)

-

Komposit Matriks
Logam (KML)

-

Komposit Matriks
Keramik (KMK)

-

Kelebihan
Bobot ringan
Ketangguhan baik
Fabrikasi dan pembentukan
yang mudah
Tahan terhadap gesekan
Biaya produksi yang murah
Temperatur

penggunaan
tinggi
Kekuatan dan kekakuan
yang baik
Konduktivitas listrik dan
panas yang baik
Tidak
menyerap
kelembaban
Temperatur penggunaan
sangat tinggi (>2000o C)
Densitas rendah
Elastik modulus besar
Ketangguhan hampir sama
dengan cast iron

-

Kekurangan
Temperatur

penggunaan
rendah
Sensitif terhadap
radiasi
dan
lingkungan
lembab
Bobot yang berat
Ketahanan korosi
yang buruk
Biaya
produksi
mahal

-

Kegetasan tinggi
Ketahanan
mekanikal dan
thermal shock

buruk
- Relatif mahal
- Sulit diproduksi
dalam jumlah
besar
Sedangkan berdasarkan jenis penguatnya, maka material komposit dapat

dijelaskan sebagai berikut :
a. Particulate composite, penguatnya berbentuk partikel
b. Fibre composite, penguatnya berbentuk serat
c. Structural composite, penguatnya berbentuk lapisan

Universitas Sumatera Utara

9

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

10

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

11

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

12

Tabel 2.2 Perbandingan sifat serat rami dengan beberapa jenis serat lain
Sifat

Rami

Flax

Kapas

Panjang(mm)

125,0

33,0

25,0

Diameter(µm)

35,0

19,0

15,0

Daya lentur(kg/mm2)

95,0

78,0

45,0

Kelembaban(%)

12,0

12,0

8,0

Kehalusan (denier)

6,0

1,0

3,2

Kekuatan(108 dyne/cm2)

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 (C6H10O5)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
elasticity/MOE), 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

13

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 (mg/m3)

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 (C8H13NO2), 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

14

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 oC. Pada
dasarnya resin adalah matriks, sehingga memiliki fungsi yang sama dengan
matriks yaitu sebagai perekat/pengikat 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
kg/m3. 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

15

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 5oC sampai dengan 150oC, 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

16

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 mengatur/menjaga 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

17

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

18

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

19

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 oC hal ini berarti bahwa rem asbestos akan blong (fading)
pada temperatur 250oC dan harganya juga lebih murah. Kanvas rem asbestos juga
tidak ramah lingkungan dan dapat menyebatkan penyakit kanker.
b. Kanvas Rem Non Asbestos
Kanvas rem yang terbuat dari bahan non asbestos biasanya terdiri dari 4 s/d 5
macam fiber di antaranya kevlar, steel fiber, rock wool, cellulose dan carbon fiber
yang memiliki serat panjang. Hal ini bertujuan agar efek licin tersebut dapat
teratasi. Rem non asbestos mempunyai keuntungan bertahan sampai suhu 360oC
sehingga cenderung stabil (tidak blong). Kanvas rem non-asbestos yang terbuat
dari material berkualitas seperti Kevlar/aramyd. Kevlar ini bahan yang digunakan
untuk baju anti peluru di mana Kevlar mampu menghambat laju putaran peluru
sampai berhenti, jadi pada dasarnya Kevlar itu menghentikan putaran peluru
bukan memantulkan peluru seperti baja. Inilah yang kadang kadang orang
berpendapat non-asbestos keras padahal tidak, terbukti putaran peluru bisa
dihentikan apalagi putaran rotor atau drum kendaraan bermotor, dapat
dibayangkan kalau baju peluru terbuat dari asbestos. Karena sifat tersebut maka
non-asbestos lebih mahal dan ramah lingkungan.

Kanvas rem akan semakin keras seiring waktu akibat adanya gesekan dan
penekanan. Hal ini disebabkan karena benda uji mengalami perubahan temperatur
akibat dari gesekan disertai penekanan antara kanvas rem dengan tromol yang
menimbulkan panas diikuti pendinginan oleh udara. Akibat dari itu panas tersebut
yang akan merubah susunan partikel menjadi lebih padat.

Gambar 2.5 Kanvas Rem Cakram

Universitas Sumatera Utara

20

Sifat-sifat material gesek blok rem komposit, baik sifat mekanik dan fisik
material akan mempengaruhi kemampuan kanvas rem menerima beban ketika
pengereman

terjadi.

Kondisi

operasi

pengereman

akan

mempengaruhi

pembebanan mekanik pada kanvas rem. Rancangan dari backing plate kanvas rem
komposit juga akan mempengaruhi kemampuan kanvas rem komposit menerima
beban (Sunardi, 2015).
Kanvas rem yang mengalami kenaikan temperatur akibat gesekan yang terjadi
dengan disk atau drum selama pengereman. Panas harus dibuang agar temperatur
tidak naik sampai melebihi batas karena akan menyebabkan rem tidak bekerja
karena permukaan kanvas menjadi licin atau yang disebut fading. Panas tersebut
bisa mengalir atau bepindah apabila ada perbedaan suhu antara kedua permukaan
benda atau suatu benda terdapat yang gradien suhu maka akan terjadi perpindahan
energi dari bagian bersuhu tinggi ke bagian bersuhu rendah. Proses perpindaha
panas pada kanvas rem yaitu :
a. Konduksi adalah proses dimana panas mengalir dari daerah yang bersuhu
lebih tinggi ke daerah yang bersuhu lebih rendah di dalam suatu medium
(padat, cair, gas) atau antara medium-medium yang berlainan yang
bersinggungan secara langsung. Jika molekul bergerak dari daerah bersuhu
tinggi ke daerah bersuhu rendah maka molekul mengangkut energi kinetik dan
menyerahkan energinya pada waktu bertumbukan dengan molekul yang
energinya lebih rendah. Angka konduktivitas termal menunjukkan seberapa
cepat kalor mengalir dalam bahan. Konduktivitas termal gas tergantung suhu.
b. Konveksi adalah proses transport energi dengan kerja gabungan dari konduksi
panas, penyimpanan energi dan gerakan

mencampur. Konveksi sangat

penting sebagai mekanisme perpindahan energi antara permukaan benda
padat, cair, dan gas. Perpindahan kalor tanpa ada sumber gerakan fluida
disebut konveksi alamiah (bebas), jika fluida digerakkan disebut konveksi
paksa.
c. Radiasi adalah proses dengan mana panas mengalir dari benda yang bersuhu
tinggi ke benda yang bersuhu rendah bila benda-benda itu terpisah di dalam
ruang, bahkan bila terdapat ruang hampa diantara benda-benda tersebut. Istilah
radiasi biasa dipakai dalam gelombang elektromagnetik (Masrat, 2015).

Universitas Sumatera Utara

21

Besarnya energi yang diubah menjadi panas karena berhubungan dengan
bahan gesek yang dipakai. Pemanasan yang berlebihan bukan hanya akan merusak
bahan lapisan rem, akan tetapi juga akan menurunkan daya gesek kanvas rem itu
sendiri. Panas tergantung pada sejumlah faktor lainnya, misalnya bahan kanvas
rem, tekanan, kecepatan, dan suhu sekitar. Gabungan banyak faktor tersebut
menyebabkan metode perhitungan panas kanvas rem tidak menyeluruh, akan
tetapi dipakai sebagai perkiraan terhadap laju perambatan panas untuk
perbandingan penyerapan panas suatu produk kanvas rem satu dengan yang
lainnya, sehingga dapat mengetahui kanvas rem dengan kualitas penyerapan panas
yang baik.
Kendaraan terdiri dari

ribuan komponen, disamping itu kendaraan

menggunakan banyak sekali bahan-bahan baik metal maupun nonmetal. Sangatlah
tepat jika kendaraan dikatakan merupakan produk yang padat teknologi, padat
komponen, padat bahan, dan juga penuh resiko yaitu kecelakaan. Jenis kanvas
rem menurut klasifikasi International : (Purboputro, 2012)
a. OEM (Original Equipment Manufactured) OEM adalah jenis kanvas rem

yang sudah terpasang pada saat membeli motor baru, dimana untuk produsen
Honda, Suzuki, dan Kawasaki dikeluarkan oleh pabrikan rem Nissin,
sedangkan untuk Yamaha dikeluarkan oleh Akebono.
b. OES (Original Equipment Sparepart) OES adalah jenis kanvas rem yang

digunakan sebagai pengganti kanvas rem OEM dimana kanvas rem ini dibuat
oleh pabrikan OEM sehingga mempunyai kode formula yang sama, proses
yang sama, kualitas yang sama dan bahan yang sama dengan kanvas rem
OEM.
c. AM (After Market)

Jenis ini adalah kanvas rem yang beredar di pasaran, dengan kualitas yang
beragam. Ada yang mempunyai kualitas lebih rendah dari OEM, dan ada
yang lebih tinggi kualitasnya dari OEM.
d. Genuine

Genuine hanya untuk membedakan antara asli dan palsu tidaknya produk

tersebut

Universitas Sumatera Utara

22

Bahan friksi tersusun atas tiga komponen yaitu sebagai bahan penguat,
bahan pengikat serta bahan pengisi. Serat rami dapat dijadikan sebagai alternatif,
sebagai serat penguat bahan friksi non asbes pada pembuatan kanvas rem
sepeda motor karena memiliki sifat kekerasan yang bagus serta memilik sifat
nilai kalor bakar yang tinggi dan mudah didapatkan (Simon, 2013).
Sifat mekanik menyatakan kemampuan suatu bahan (seperti bahan baku yang
terbuat dari serat rami dengan pengikat resin epoksi) untuk menerima
beban/gaya/energi tanpa menimbulkan kerusakan pada bahan/komponen tersebut.
Untuk mendapatkan standar acuan tentang spesifikasi teknik kanvas rem maka
nilai kekerasan, keausan, dan panas (termal) dan sifat mekanik lainnya harus
mendekati nilai standar keamanannya.
Adapun persyaratan teknik dari kanvas rem komposit sesuai dengan SAE
(Society of Automotive Engineers) J661, ditunjukkan pada Tabel 2.6 (Morshed,
2004)
Tabel 2.6 SAE (Society of Automotive Engineers) J661
Jenis Uji

Satuan

Nilai

Kekerasan

HRB (N/mm)

68- 105

Keausan

mm2/kg

5 x 10-4 – 5 x 10-3

Kekuatan perpatahan

N/cm2

480 – 1500

Ketahanan panas

℃

250 – 360

Massa jenis

gr/cm

1,5 – 2,4

Tekanan Spesifiknya

Joule/g . oC

0,17 - 0,98

3

Untuk mengetahui keunggulan kanvas rem yang terbuat dari serat rami
dengan pengikat resin epoksi sebagai bahan kanvas rem komposit perlu dilakukan
beberapa pengujian. Pengujian ini kelak akan mengetahui kelebihan ataupun
kekurangan dari kanvas rem yang terbuat dari serat rami dengan perekat resin
epoksi.
2.5 Karakterisasi Komposit Matriks Polimer
2.5.1 Karakterisasi Sifat Fisis
a. Densitas
Densitas merupakan pengukuran massa suatu benda per unit volume. Semakin
tinggi densitas (massa jenis) suatu benda, maka semakin besar pula massa setiap

Universitas Sumatera Utara

23

volumenya. Dimana pengujian densitas dengan ASTM C 134-95 untuk geometri
material yang berbentuk seperti silinder, kubus atau balok dapat dihitung dengan
persamaan : (Rosita, 2013)
(2.1)

=

Dengan ρ : densitas (gram/cm3), Mk: massa sampel (gram) dan V: volume
sampel (cm3).
b. Porositas
Porositas merupakan jumlah pori-pori yang terdapat pada material, dimana
pori-pori tersebut terbentuk karena adanya pengosongan atom-atom atau cacat
kristal. Porositas sangat dipengaruhi oleh bentuk dan distribusinya. Porositas
dalam % yang menghubungkan antar volume pori terbuka terhadap volume
benda keseluruhan. Berdasarkan ASTM C 20-92 persamaan untuk menghitung
porositas suatu material yaitu : (Pratama, 2011)

�

−

% =

�

� 100%

(2.2)

Dengan mk = massa kering sampel setelah dibakar (gr), mb = massa basah
sampel setelah direndam selama 1 x 24 jam (gr), Vt = volume sampel setelah
dibakar dan ρ = massa jenis air (1 gr/cm3)
c. Daya Serap Air
Daya serap air merupakan kemampuan suatu material dalam menyerap air.
Semakin besar air yang diserapnya maka semakin banyak pori-pori yang terdapat
dalam material tersebut. Prosedur pengujian daya serap air ini mengacu pada
ASTM C-20-00-2005. Pengujian ini bertujuan untuk menentukan besarnya
persentase air yang terserap oleh sampel yang direndam dengan perendaman
selama 24 jam.:

�

=

−

� 100%

(2.3)

Dengan DSA : Daya serap air (%), mk: massa sampel uji sebelum perendaman
(gr), mb : massa sampel uji sesudah perendaman (gr).

Universitas Sumatera Utara

24

2.5.2 Karakterisasi Sifat Mekanik
a. Kekerasan
Kekerasan adalah ketahanan material terhadap deformasi plastik yang
diakibatkan tekanan atau goresan. Cara pengukuran kekerasan yang dilakukan
adalah pengujian Hardness Brinell .

Gambar 2.6 Metode Pengujian Kekerasan Brinell
Pengujian kekerasan menggunakan metode Brinell dimana metode ini
menggunakan indentor yang bentuknya berupa bola. Indentor berfungsi sebagai
pembuat jejak pada logam (sampel) dengan pembebanan tertentu, nilai kekerasan
diperoleh setelah diameter jejak diukur Pengujian ini mengacu ASTM E 1001dengan metode Brinell dengan persamaan :

=

2
�(�− �2 −

(2.4)

2)

Dengan HB (Hardness Brinell) : kekerasan suatu material (N/mm), D :
diameter bola (mm), d : impression diameter diagonal rata-rata jejak bujur sangkar
(mm) dan F : beban yang diberikan (N).
b. Ketahanan Gesek (Aus)
Aus adalah susut karena tergosok. Keausan umumnya didefenisikan sebagai
kehilangan material secara progresif akibat adanya gesekan (friksi) antar
permukaan padatan atau pemindahan sejumlah material dari suatu permukaan
sebagai suatu hasil pergerakan relatif antara permukaan lainnya.
Keausan yang terjadi pada setiap sistem mekanisme sangat sulit diprediksi
secara teori atau perumusan, tetapi karena disebabkan oleh faktor-faktor
yangterjadi dilapangan (saat material tersebut digunakan).
Pengujian keausan dapat dilakukan dengan berbagai macam cara/metode yang
semuanya bertujuan untuk mensimulasikan laju keausan yang aktual. Pengujian

Universitas Sumatera Utara

25

laju keausan dapat dinyatakan dengan pembandingan jumlah kehilangan spesimen
tiap satuan luas bidang kontak dan waktu pengausan (Sukamto, 2012), yaitu dapat
dituliskan secara matematis pada Persamaan 2.6 :

=

0−

1

(2.5)

Dengan N : nilai laju keausan (kg/detik m2), Wo: berat awal benda uji (kg), W1
: berat akhir benda uji (kg), t : waktu pengausan (detik) dan A : luas pengausan
(m2)
2.5.3 Karakterisasi Sifat Thermal
a. DTA (Differential Thermal Analyzer)
Uji termal dilakukan untuk mengetahui ekspansi panas, uji muai dan uap
panas. Menurut International Conferenderation for Thermal Analisys, bahwa
analisis termal adalah metode untuk menganalisis suatu bahan apabila diberikan
perlakuan temperatur. Prinsip dari Differential Thermal Analyzer (DTA)
adalah mengukur perubahan temperatur (T) antara temperatur sampel dengan
temperatur acuan/pembanding (referensi) dan sebagai bahan acuan/pembanding
(referensi) adalah material yang stabil (inert) terhadap perubahan temperatur
dan lingkungan atmosfer (Sukanto, 2013).
Prinsip dasar dari Thermal Analyzer atau DTA adalah apabila dua buah
krusibel dimasukkan kedalam tungku DTA secara bersamaan, krusibel yang berisi
Sampel ditempatkan disebelah kiri dan krusibel Referensi/acuan (pembanding)
disebelah kanan, kemudian kedua krusibel tersebut dipanaskan dengan aliran
panas yang sama besar.

Gambar 2.7. Krusibel DTA

Universitas Sumatera Utara

26

Dengan S merupakan krusibel yang berisi sampel (kg), R merupakan krusibel
referensi/pembanding (kg) dan Vadalah aliran panas
Besarnya perbedaan penyerapan panas yang terjadi disebabkan oleh perbedaan
temperatur yang menyebabkan terjadinya suatu reaksi endotermik. Apabila
temperatur Sampel (TS) lebih besar dari temperatur pembanding (TR) maka yang
terjadi adalah reaksi eksotermik tetapi apabila temperatur Sampel (TS) lebih kecil
dari pada temperatur pembanding (TR) maka reaksi perubahan yang terjadi adalah
reaksi endotermik.
Hal tersebut dapat dijelaskan bahwa terjadinya reaksi eksotermik disebabkan
oleh suatu bahan mengalami perubahan fisika atau kimia dengan mengeluarkan
sejumlah panas yang mengakibatkan kenaikan (TS) lebih besar dari (TR).
Sedangkan terjadinya reaksi endotermik disebabkan oleh terjadinya perubahan
fisika atau kimia yang dialami oleh suatu bahan dengan menyerap sejumlah panas
yang mengakibatkan (TS) lebih kecil dari (TR).
Agar kemampuan dalam mengukur stabil penggunaan alat DTA 50 harus
memperhatikan faktor-faktor lingkungan berikut ini : temperatur tinggi dan
kelembaban tinggi,

perubahan temperatur yang besar terkait dengan air-

conditioner (AC), getaran keras, cahaya matahari langsung dan angin yang besar,

lingkungan yang berdebu, dekat dengan sumber gangguan listrik, tegangan listrik
yang tidak stabil.

Gambar 2.8 Interprestasi Kurva DTA
Hasil dari pemanasan atau pendinginan DTA ditampilkan dalam bentuk
differential thermogram atau kurva DTA dimana sumbu y sebagai sinyal DTA

dalam mikrovolt dan sumbu x sebagai temperatur ( 0C). Interpretasi dari kurva
DTA ditunjukan pada Gambar 2.8 dimana terdapat garis lurus, puncak dan lembah
(Afandi, 2004). Garis lurus terjadi bila tidak ada apapun yang terjadi pada

Universitas Sumatera Utara

27

material sampel dan material referensi sehingga tidak ada perbedaan temperatur
antara sampel dan material referensi karena panas akan melewati kedua material
dengan kecepatan sama dan kenaikan temperatur juga sama. Bila terjadi reaksi
endotermis pada sampel yang menyerap sejumlah energi (panas) tertentu maka
temperatur pada material sampel akan tetap. Sementara pada material referensi
tidak ada reaksi yang membuat temperaturnya naik secara kontinyu. Perbedaan
sinyal antara termokopel kedua material menjadi negatif sehingga kurva DTA
turun. Ketika reaksi endotermis sempurna temperatur material sampel akan naik
dengan cepat mengejar ketinggalan dari material referensi yang menyebabkan
perbedaannya nol dan kembali ke keadaan setimbang. Reaksi ini akan
menciptakan lembah pada kurva DTA.
Bila terjadi reaksi eksotermis pada sampel yang melepaskan sejumlah energi
maka temperatur sampel akan naik dengan cepat. Sementara tidak ada reaksi pada
material referensi yang menyebabkan temperaturnya naik secara kontinyu tetapi
tidak secepat material sampel. Perbedaan sinyal antara termokopel kedua material
menjadi positif dan kurva DTA naik. Ketika reaksi sempurna, temperatur material
referensi naik dengan cepat yang menyebabkan perbedaan temperaturnya kembali
nol dan kurva DTA berada pada kesetimbangan. Reaksi ini menimbulkan puncak
pada kurva DTA. Panas yang diperoleh dari kurva DTA merupakan beda panas
yang mengalir ke atau dari sampel, QS, dengan panas yang mengalir ke atau dari
material referensi, Qr . Dengan demikian diperoleh:

∆

−

=

(2.6)

Untuk reaksi endoterm yang menyerap energi, maka ∆Q < 0 (negatif). Dan
untuk reaksi eksoterm yang menghasilkan energi, maka ∆Q > 0 (positif). Oleh
karena itu perubahan entalpi pemadatan dapat diperoleh dari ∆Hsol = -∆Q. dimana
untuk reaksi endoterm ∆Hsol > 0 (positif) dan untuk reaksi eksoterm ∆Hsol < 0
(negatif) dan perubahan entropi reaksi dapat diperoleh dengan persamaan berikut:

∆

=∆

−

∆

(2.7)

Dengan ∆G = 0 pada keadaan kesetimbangan (pada T transformasi), sehingga :

∆

=

∆

(2.8)

Dengan T adalah temperatur pemadatan (oC).

Universitas Sumatera Utara