Pembuatan dan Karakterisasi Kanvas Rem Berbasis Komposit Serat Rami dan Serat Buah Pinang Dengan Resin Epoxy Sebagai Perekat
1
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi yang berkembang saat ini mendorong
para peneliti untuk menciptakan dan mengembangkan suatu hal yang telah ada
maupun menciptakan suatu hal yang baru namun bermanfaat dan bernilai
ekonomis bagi masyarakat. Disamping itu telah banyak inovasi yang terjadi di
bidang teknologi material khususnya material komposit. Dimana material
komposit merupakan perpaduan antara dua atau lebih bahan yang memiliki sifat
yang berbeda baik sifat kimia maupun fisikanya dengan tujuan menghasilkan
sifat-sifat fisis, mekanik maupun listrik yang lebih baik daripada sifat masingmasing bahan penyusunnya akan tetapi tidak menghilangkan sifat utama bahan
dasarnya tersebut (Sriati, 2002). Material komposit mempunyai sifat renewable
atau terbarukan (berasal dari alam) sehingga mengurangi konsumsi bahan kimia
serta gangguan pencemaran lingkungan hidup.
Salah satu contoh jenis material komposit berdasarkan matriksnya yaitu
komposit matriks polimer (KMP) merupakan suatu material yang strukturnya
terdiri dari dua fasa yaitu filler (Reinforcement) berupa serat dan matriks berupa
resin. KMP menjadi salah satu material alternatif yang digunakan pada komponen
otomotif salah satunya yaitu kanvas rem. Dimana material KMP memiliki sifat
densitas yang rendah (bobotnya ringan), mudah dibentuk, memiliki kekuatan dan
ketangguhan tinggi, tidak mudah menyerap kelembaban (ketahanan korosi tinggi)
serta tidak mudah cepat mengalami gesekan (tahan aus).
Kanvas rem merupakan salah satu komponen yang terdapat dalam setiap
kendaraan yang berfungsi memperlambat dan menghentikan laju kendaraaan
khususnya kendaraan darat terutama saat melaju dengan kecepatan tinggi. Secara
konvensional kanvas rem cakram terbuat dari bahan asbestos dan unsur - unsur
tambahan lainnya seperti SiC, Mn atau Co. Akan tetapi bahan asbestos memiliki
kekurangan yaitu mudah mengalami aus yang diakibatkan karena adanya gaya
gesekan yang menghasilkan suatu panas pada saat proses pengereman sehingga
Universitas Sumatera Utara
2
menyebabkan bahan kanvas rem tersebut meleleh dan mengalami perubahan
bentuk (cepat mengalami susut/aus) dikarenakan titik leleh bahan kanvas rem
cakram tersebut yaitu 250oC. Selain itu, sifat bahan penyusun kanvas rem cakram
yaitu asbestos dapat menimbulkan penyakit kanker paru-paru dikarenakan
asbestos memiliki sifat karsinogeniki serta bahan tambahan seperti Co dan Mn
memiliki sifat toksik yang dapat mencemari lingkungan.
Pramuko (2012) melakukan suatu penelitian pembuatan kanvas rem dari
komposit berpenguat serat bambu, fiber glass, serbuk aluminium dengan pengikat
resin polyester dengan metode pencampuran mekanik. Hasil yang didapat dari
penelitian tersebut adalah variasi komposisi massa yang optimum yaitu 20% serat
bambu, 30% fiber glass, 30% aluminium dengan 20% resin polyester pada
kompaksi 2 ton menghasilkan nilai kekerasan sebesar 14,47 BHN dan nilai
keausan sebesar 0,0062 mm2/kg.
Pada penelitian lainnya Syahid (2011) menggunakan material komposit fly ash
Batubara dengan resin epoksi sebagai bahan kanvas rem. Hasil yang diperoleh
yaitu pada komposisi optimum yaitu 40% fly ash dan 60% resin epoksi yaitu /mm2
dan keausan sebesar 2,02 x 10-7 gr/mm2
Dalam penelitian ini, dibuat suatu komposit matriks polimer dari bahan baku
serat rami dan serat pinang dengan perekat resin epoksi sebagai kanvas rem
menggunakan teknik konvensional cetak dan tekan. Kelayakan serat rami sebagai
filler (penguat) dikarenakan serat rami memiliki kerapatan massa yang tinggi
sebesar 1,50 gram/cm3 sehingga memiliki kekuatan yang tinggi yaitu 91
dyne/cm2, nilai modulus elastisitas 44-90 GPa. Selain itu serat rami memiliki
diameter yang kecil yaitu 35 µm dan mengandung lignin sebesar 0,6–0,7%wt
yang dapat mengurangi gaya gesekan dan transfer panas yang merata dan serat
rami sangat murah dan ramah lingkungan. Serat buah pinang adalah bagian keras
berserat meliputi endosperma yang memiliki 30-45% selulosa sebagai unsur
penting kekuatan serat. Sedangkan resin epoksi sebagai matriks dikarenakan resin
epoksi memiliki densitas 1150 kg/m3, nilai kekuatan tarik 65-79 MPa dan
modulus elastisitas 3100 MPa sehingga dapat meningkatkan kekuatan komposit
sebagai aplikasi kanvas rem.
Universitas Sumatera Utara
3
Sehingga campuran tersebut diharapkan dapat menghasilkan suatu komposit
sebagai kanvas rem cakram yang memiliki sifat fisis, mekanik dan termal yang
baik sesuai dengan standar SAEJ661 serta tahan lama. Uji karakterisasi untuk
komposit yang diperkuat serat rami dengan matriks resin epoksi meliputi : sifat
fisis (densitas, porositas dan daya serap air), sifat mekanik (kekerasan dan
ketahanan gesek) dan sifat termal (Differential Thermal Analyzer). Diharapkan
nantinya kanvas rem ini memiliki keunggulan dari kanvas yang sudah beredar di
pasaran, dengan harganya lebih murah, praktis, ramah lingkungan serta dapat
menciptakan lapangan kerja yang baru.
1.2 Rumusan Masalah
Dalam penelitian ini menyajikan beberapa perumusan masalah yang akan
diselesaikan antara lain:
1. Apakah pemanfaatan serat rami dan serat buah pinang dapat digunakan
sebagai bahan baku pembuatan kanvas rem.
2. Bagaimana proses pembuatan kanvas rem yang dibuat dari serat rami dan serat
buah pinang dengan perekat resin epoksi menggunakan teknik konvensional
cetak dan tekan sudah memenuhi standar sesuai dengan standar pengujian
kanvas rem (SAEJ661).
3. Bagaimana formulasi komposisi serat rami, serat buah pinang dan resin epoksi
sebagai kanvas rem sehingga memiliki kualitas yang sangat baik dan tahan
lama?
4. Bagaimana sifat-sifat fisis, mekanik dan sifat thermal dari komposit yang
diperkuat oleh serat rami dan serat buah pinang dengan perekat resin epoksi?
1.3 Batasan Masalah
Untuk mendapatkan suatu hasil penelitian dari permasalahan yang ditentukan,
maka perlu ada pembatasan masalah penelitian :
1. Komposit yang diperkuat serat rami, serat buah pinang dan perekat resin
epoksi dibentuk dengan menggunakan teknik cetak dan tekan.
2. Campuran pada proses pembuatan kanvas rem ini divariasikan serat rami.
serat buah pinang, karbon aktif serta perekat resin epoksi dengan variasi
Universitas Sumatera Utara
4
komposisi
50:10:10:30,
55:10:10:25,
60:10:10:20,
65:10:10:15
dan
70:10:10:10 dengan massa total campuran 100 gr
3. Ukuran serat rami dan serat buah pinang sebagai bahan penguat yaitu ukuran
acak maksimal 0,5 cm.
4. Proses kompaksi untuk komposit diperkuat serat rami dan serat buah pinang
dengan perekat resin epoksi dilakukan dengan tekanan 7 ton ditahan selama 10
menit.
5. Pengujian untuk komposit diperkuat serat rami dan serat buah pinang dengan
perekat resin epoksi meliputi : sifat fisis (densitas, porositas dan daya serap
air), sifat mekanik (kekerasan dan ketahanan gesek) dan sifat thermal dengan
DTA (Differential Thermal Analyzer) sesuai dengan standar SAE (Society of
Automotive Engineers) J661
6. Kanvas rem yang dibuat adalah jenis kanvas rem cakram.
7. Analisis kualitas sampel kanvas rem dilakukan sesudah proses pencampuran
serat rami dan serat buah pinang dengan perekat resin epoksi.
1.4 Tujuan Penelitian
Dalam penelitian ini memiliki tujuan, yaitu :
1. Untuk membuat kanvas rem dengan bahan baku serat rami dan serat buah
pinang dengan perekat resin epoksi yang mempunyai nilai yang berbeda dari
kanvas rem yang ada dipasaran.
2. Untuk mengetahui pengaruh komposisi terhadap sifat fisis, mekanik dan
thermal dari komposit yang diperkuat oleh serat rami dan serat buah pinang
dengan perekat resin epoksi.
3. Untuk mengetahui apakah kanvas rem yang terbuat dari antara serat rami dan
serat buah pinang dengan perekat resin epoksi sudah memenuhi standar
SAEJ661.
Universitas Sumatera Utara
5
1.5 Manfaat Penelitian
Hasil penelitian ini nantinya diharapkan memberikan manfaat bagi masyarakat:
1. Mengembangkan ilmu pengetahuan dan teknologi mengenai kanvas rem yang
memiliki sifat tahan lama, stabil terhadap korosi dan tahan terhadap gesekan
yang pada akhirnya mampu mendukung dunia industri.
2. Sebagai
bahan
masukan
kepada
pemerintah
untuk
mengolah
dan
memanfaatkan serat rami sebagai bahan kanvas rem yang bernilai ekonomis,
terjangkau dan ramah lingkungan.
1.6 Sistematika Peulisan
Sistematika penulisan masing-masing bab sebagai berikut :
Bab I
Pendahuluan
Bab ini mencakup latar belakang penelitian, batasan masalah yang
akan diteliti, tujuan penelitian, manfaat penelitian, dan sistematika
penulisan
BAB II
Tinjauan Pustaka
Bab ini membahas tentang landasan teori yang menjadi acuan
untuk proses pengambilan data, analisa, serta pembahasan
Bab III
Metode Penelitian
Bab ini membahas tentang peralatan dan bahan penelitian, tempat
penelitian, diagram alir penelitian dan prosedur penelitian
Bab IV`
Hasil Dan Pembahasan
Bab ini membahas tentang data hasil penelitian dan analisa yang
diperoleh dari penelitian
Bab V
Kesimpulan Dan Saran
Bab ini berisikan tentang kesimpulan yang diperoleh dari
penelitian dan memberikan saran untuk penelitian lebih lanjut.
Universitas Sumatera Utara
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi yang berkembang saat ini mendorong
para peneliti untuk menciptakan dan mengembangkan suatu hal yang telah ada
maupun menciptakan suatu hal yang baru namun bermanfaat dan bernilai
ekonomis bagi masyarakat. Disamping itu telah banyak inovasi yang terjadi di
bidang teknologi material khususnya material komposit. Dimana material
komposit merupakan perpaduan antara dua atau lebih bahan yang memiliki sifat
yang berbeda baik sifat kimia maupun fisikanya dengan tujuan menghasilkan
sifat-sifat fisis, mekanik maupun listrik yang lebih baik daripada sifat masingmasing bahan penyusunnya akan tetapi tidak menghilangkan sifat utama bahan
dasarnya tersebut (Sriati, 2002). Material komposit mempunyai sifat renewable
atau terbarukan (berasal dari alam) sehingga mengurangi konsumsi bahan kimia
serta gangguan pencemaran lingkungan hidup.
Salah satu contoh jenis material komposit berdasarkan matriksnya yaitu
komposit matriks polimer (KMP) merupakan suatu material yang strukturnya
terdiri dari dua fasa yaitu filler (Reinforcement) berupa serat dan matriks berupa
resin. KMP menjadi salah satu material alternatif yang digunakan pada komponen
otomotif salah satunya yaitu kanvas rem. Dimana material KMP memiliki sifat
densitas yang rendah (bobotnya ringan), mudah dibentuk, memiliki kekuatan dan
ketangguhan tinggi, tidak mudah menyerap kelembaban (ketahanan korosi tinggi)
serta tidak mudah cepat mengalami gesekan (tahan aus).
Kanvas rem merupakan salah satu komponen yang terdapat dalam setiap
kendaraan yang berfungsi memperlambat dan menghentikan laju kendaraaan
khususnya kendaraan darat terutama saat melaju dengan kecepatan tinggi. Secara
konvensional kanvas rem cakram terbuat dari bahan asbestos dan unsur - unsur
tambahan lainnya seperti SiC, Mn atau Co. Akan tetapi bahan asbestos memiliki
kekurangan yaitu mudah mengalami aus yang diakibatkan karena adanya gaya
gesekan yang menghasilkan suatu panas pada saat proses pengereman sehingga
Universitas Sumatera Utara
2
menyebabkan bahan kanvas rem tersebut meleleh dan mengalami perubahan
bentuk (cepat mengalami susut/aus) dikarenakan titik leleh bahan kanvas rem
cakram tersebut yaitu 250oC. Selain itu, sifat bahan penyusun kanvas rem cakram
yaitu asbestos dapat menimbulkan penyakit kanker paru-paru dikarenakan
asbestos memiliki sifat karsinogeniki serta bahan tambahan seperti Co dan Mn
memiliki sifat toksik yang dapat mencemari lingkungan.
Pramuko (2012) melakukan suatu penelitian pembuatan kanvas rem dari
komposit berpenguat serat bambu, fiber glass, serbuk aluminium dengan pengikat
resin polyester dengan metode pencampuran mekanik. Hasil yang didapat dari
penelitian tersebut adalah variasi komposisi massa yang optimum yaitu 20% serat
bambu, 30% fiber glass, 30% aluminium dengan 20% resin polyester pada
kompaksi 2 ton menghasilkan nilai kekerasan sebesar 14,47 BHN dan nilai
keausan sebesar 0,0062 mm2/kg.
Pada penelitian lainnya Syahid (2011) menggunakan material komposit fly ash
Batubara dengan resin epoksi sebagai bahan kanvas rem. Hasil yang diperoleh
yaitu pada komposisi optimum yaitu 40% fly ash dan 60% resin epoksi yaitu /mm2
dan keausan sebesar 2,02 x 10-7 gr/mm2
Dalam penelitian ini, dibuat suatu komposit matriks polimer dari bahan baku
serat rami dan serat pinang dengan perekat resin epoksi sebagai kanvas rem
menggunakan teknik konvensional cetak dan tekan. Kelayakan serat rami sebagai
filler (penguat) dikarenakan serat rami memiliki kerapatan massa yang tinggi
sebesar 1,50 gram/cm3 sehingga memiliki kekuatan yang tinggi yaitu 91
dyne/cm2, nilai modulus elastisitas 44-90 GPa. Selain itu serat rami memiliki
diameter yang kecil yaitu 35 µm dan mengandung lignin sebesar 0,6–0,7%wt
yang dapat mengurangi gaya gesekan dan transfer panas yang merata dan serat
rami sangat murah dan ramah lingkungan. Serat buah pinang adalah bagian keras
berserat meliputi endosperma yang memiliki 30-45% selulosa sebagai unsur
penting kekuatan serat. Sedangkan resin epoksi sebagai matriks dikarenakan resin
epoksi memiliki densitas 1150 kg/m3, nilai kekuatan tarik 65-79 MPa dan
modulus elastisitas 3100 MPa sehingga dapat meningkatkan kekuatan komposit
sebagai aplikasi kanvas rem.
Universitas Sumatera Utara
3
Sehingga campuran tersebut diharapkan dapat menghasilkan suatu komposit
sebagai kanvas rem cakram yang memiliki sifat fisis, mekanik dan termal yang
baik sesuai dengan standar SAEJ661 serta tahan lama. Uji karakterisasi untuk
komposit yang diperkuat serat rami dengan matriks resin epoksi meliputi : sifat
fisis (densitas, porositas dan daya serap air), sifat mekanik (kekerasan dan
ketahanan gesek) dan sifat termal (Differential Thermal Analyzer). Diharapkan
nantinya kanvas rem ini memiliki keunggulan dari kanvas yang sudah beredar di
pasaran, dengan harganya lebih murah, praktis, ramah lingkungan serta dapat
menciptakan lapangan kerja yang baru.
1.2 Rumusan Masalah
Dalam penelitian ini menyajikan beberapa perumusan masalah yang akan
diselesaikan antara lain:
1. Apakah pemanfaatan serat rami dan serat buah pinang dapat digunakan
sebagai bahan baku pembuatan kanvas rem.
2. Bagaimana proses pembuatan kanvas rem yang dibuat dari serat rami dan serat
buah pinang dengan perekat resin epoksi menggunakan teknik konvensional
cetak dan tekan sudah memenuhi standar sesuai dengan standar pengujian
kanvas rem (SAEJ661).
3. Bagaimana formulasi komposisi serat rami, serat buah pinang dan resin epoksi
sebagai kanvas rem sehingga memiliki kualitas yang sangat baik dan tahan
lama?
4. Bagaimana sifat-sifat fisis, mekanik dan sifat thermal dari komposit yang
diperkuat oleh serat rami dan serat buah pinang dengan perekat resin epoksi?
1.3 Batasan Masalah
Untuk mendapatkan suatu hasil penelitian dari permasalahan yang ditentukan,
maka perlu ada pembatasan masalah penelitian :
1. Komposit yang diperkuat serat rami, serat buah pinang dan perekat resin
epoksi dibentuk dengan menggunakan teknik cetak dan tekan.
2. Campuran pada proses pembuatan kanvas rem ini divariasikan serat rami.
serat buah pinang, karbon aktif serta perekat resin epoksi dengan variasi
Universitas Sumatera Utara
4
komposisi
50:10:10:30,
55:10:10:25,
60:10:10:20,
65:10:10:15
dan
70:10:10:10 dengan massa total campuran 100 gr
3. Ukuran serat rami dan serat buah pinang sebagai bahan penguat yaitu ukuran
acak maksimal 0,5 cm.
4. Proses kompaksi untuk komposit diperkuat serat rami dan serat buah pinang
dengan perekat resin epoksi dilakukan dengan tekanan 7 ton ditahan selama 10
menit.
5. Pengujian untuk komposit diperkuat serat rami dan serat buah pinang dengan
perekat resin epoksi meliputi : sifat fisis (densitas, porositas dan daya serap
air), sifat mekanik (kekerasan dan ketahanan gesek) dan sifat thermal dengan
DTA (Differential Thermal Analyzer) sesuai dengan standar SAE (Society of
Automotive Engineers) J661
6. Kanvas rem yang dibuat adalah jenis kanvas rem cakram.
7. Analisis kualitas sampel kanvas rem dilakukan sesudah proses pencampuran
serat rami dan serat buah pinang dengan perekat resin epoksi.
1.4 Tujuan Penelitian
Dalam penelitian ini memiliki tujuan, yaitu :
1. Untuk membuat kanvas rem dengan bahan baku serat rami dan serat buah
pinang dengan perekat resin epoksi yang mempunyai nilai yang berbeda dari
kanvas rem yang ada dipasaran.
2. Untuk mengetahui pengaruh komposisi terhadap sifat fisis, mekanik dan
thermal dari komposit yang diperkuat oleh serat rami dan serat buah pinang
dengan perekat resin epoksi.
3. Untuk mengetahui apakah kanvas rem yang terbuat dari antara serat rami dan
serat buah pinang dengan perekat resin epoksi sudah memenuhi standar
SAEJ661.
Universitas Sumatera Utara
5
1.5 Manfaat Penelitian
Hasil penelitian ini nantinya diharapkan memberikan manfaat bagi masyarakat:
1. Mengembangkan ilmu pengetahuan dan teknologi mengenai kanvas rem yang
memiliki sifat tahan lama, stabil terhadap korosi dan tahan terhadap gesekan
yang pada akhirnya mampu mendukung dunia industri.
2. Sebagai
bahan
masukan
kepada
pemerintah
untuk
mengolah
dan
memanfaatkan serat rami sebagai bahan kanvas rem yang bernilai ekonomis,
terjangkau dan ramah lingkungan.
1.6 Sistematika Peulisan
Sistematika penulisan masing-masing bab sebagai berikut :
Bab I
Pendahuluan
Bab ini mencakup latar belakang penelitian, batasan masalah yang
akan diteliti, tujuan penelitian, manfaat penelitian, dan sistematika
penulisan
BAB II
Tinjauan Pustaka
Bab ini membahas tentang landasan teori yang menjadi acuan
untuk proses pengambilan data, analisa, serta pembahasan
Bab III
Metode Penelitian
Bab ini membahas tentang peralatan dan bahan penelitian, tempat
penelitian, diagram alir penelitian dan prosedur penelitian
Bab IV`
Hasil Dan Pembahasan
Bab ini membahas tentang data hasil penelitian dan analisa yang
diperoleh dari penelitian
Bab V
Kesimpulan Dan Saran
Bab ini berisikan tentang kesimpulan yang diperoleh dari
penelitian dan memberikan saran untuk penelitian lebih lanjut.
Universitas Sumatera Utara