46  

BAB IV 

PENGEMBANGAN MATERIAL PENYUSUN BLOK

REM KOMPOSIT

IV.1 Pemilihan Material Penyusun

Dari penelitian yang telah dilakukan sebelumnya, didapatkan kesimpulan

bahwa material penyusun dari rem komposit terdiri dari binder, filler,

reinforcement, friction modifier, dan abrasif. Komposisi material rem tersebut

terdiri dari material-material penyusun seperti logam, keramik, gelas, elastomer

dan polimer. Bahan-bahan penyusun tersebut memiliki fungsinya masing-masing

sesuai dengan jenisnya.

Pemilihan material penyusun dilakukan dengan memperhatikan

ketersediaannya di dalam negeri, selain itu juga harus bisa diproduksi di dalam

negeri dengan harga yang cukup murah. Hal lain yang perlu diperhatikan adalah

kecocokan (compatibility) suatu material penyusun dengan material yang lain

pada saat diproduksi. Dari pertimbangan-pertimbangan di atas, maka diusulkan

jenis-jenis material penyusun material rem komposit seperti pada tabel dibawah

ini:

Tabel 4. 1 Material penyusun rem komposit

No Komponen Fungsi Keterangan

1 Resin phenol Matrix/binder. Bahan pengikat bahan-bahan lain.

Dipilih dari jenis yang tahan temperatur tinggi (thermoset), sampai 2000C. Komposit akan memiliki ketahanan terhadap temperatur yang lebih tinggi, karena bahan-bahan lain.

2 NBR, Nitril Butadiene Rubber

sebagai bahan campuran material binder untuk meningkatkan fleksibilitas dan fracture toughness blok rem

Tersedia dipasaran dalam bentuk serbuk sehingga mudah dalam pencampurannya.

47  

komposit

3 Glass-fiber Reinforcement, meningkatkan kekuatan tekan/tarik dari komposit

Glass-fiber murah dan cukup kuat, dengan bentuk flakes (ukuran kecil), dapat tercampur merata pada komposit

4 Al203 Abrasive Alumina dipakai sebagai bahan friksi utama

5 Grafit Friction modifier Sebagai bahan pengontrol friksi dan meningkatkan ketahanan terhadap aus

6 Fe Filler Bahan-bahan filler akan memperbaiki penyebaran dan mengontrol persentase komposisi lain. Fe digunakan untuk menaikkan konduktifitas termal, tetapi akan meningkatkan koefisien gesek secara signifikan. Barium sulfat memiliki fungsi untuk memperbaiki ketahanan resin phenol terhadap temperatur tinggi, sedangkan Ca(OH)2 dipilih karena murah.

7 BaSO4 Filler

8 Ca(OH) 2 Filler

Tanaman kelapa adalah salah satu komoditi unggulan yang tersedia sangat

banyak di Indonesia. Tanaman kelapa hampir terdapat di seluruh pelosok

Indonesia mulai dari pulau Sumatra hingga Papua. Seperti yang telah diketahui,

tanaman kelapa memiliki kegunaan yang sangat banyak mulai dari akar, batang,

buah dan lain-lain. Pada penelitian ini, penulis memanfaatkan salah satu

keunggulan dari tanaman kelapa yang akan digunakan menjadi salah satu bahan

penyusun rem komposit.

Salah satu bagian dari tanaman kelapa sering dimanfaatkan adalah buahnya.

Di dalam buah kelapa tersebut, terdapat bermacam-macam bagian yang dapat

dimanfaatkan. Dua bagian dari buah kelapa yang dimanfaatkan sebagai bahan

modifikasi rem komposit adalah sabut kelapa dan arang dari tempurung kelapa.

Gambar dibawah ini adalah serabut kelapa dan arang tempurung kelapa:

48  

Gambar 4. 1 Serabut kelapa (a), arang tempurung kelapa yang telah dihancurkan (b)

Aplikasi bahan alam diterapkan dengan memodifikasi komposisi bahan

friction modifier dan reinforcemet. Modifikasi friction modifier diterapkan dengan

menggunakan bahan grafit yang terbuat dari arang tempurung kelapa. Sedangkan

modifikasi reinforcement diterapkan dengan menggunakan bahan serabut kelapa.

Untuk mengetahui komposisi yang baik, maka dibuatlah variasi persentase

komposisi perbandingan penerapan bahan alam seperti yang ditunjukkan dalam

tabel di bawah ini:

Tabel 4. 2 Modifikasi komposisi bahan reinforcement

Kode Reinforce

Fiber Serabut

R1 100% 0%

R2 75% 25%

R3 50% 50%

R4 25% 75%

R5 0% 100%

 

 

 

 

 

 

a b 

49  

Tabel 4. 3 Modifikasi komposisi bahan friction modifier

Kode Reinforce

Grafit Arang tempurung

kelapa

FM1 100% 0%

FM2 75% 25%

FM3 50% 50%

FM4 25% 75%

FM5 0% 100%

IV.2 Pembuatan Spesimen

Dalam sub bab ini akan dibahas proses pembuatan spesimen mulai dari

tahap persiapan hingga tahap akhir yaitu proses curing. Spesimen dibuat dengan

spesifikasi bahan seperti yang telah dibahas sebelumnya. Bahan modifikasi

dimasukkan sesuai dengan jumlah komposisi yang telah diatur sesuai dengan

modifikasi yang dilakukan.

IV.1.1 Tahap Persiapan

Tahap persiapan dimulai dengan cara mengumpulkan bahan-bahan

penyusun pembuatan spesimen yang akan diproduksi. Tahap persiapan tersebut

adalah sebagai berikut:

1. Tahap persiapan bahan-bahan penyusun

Tahap pertama yang harus dilakukan adalah tahap persiapan bahan-bahan

penyusun rem komposit. Bahan-bahan penyusun rem komposit disiapkan sesuai

dengan spesifikasi bahan yang dibutuhkan. Bahan-bahan yang dipersiapkan

adalah:

a. Resin Phenol kuning

Phenol memiliki ketahanan panas yang baik. Selain itu, phenol dapat

meningkatkan kualitas kontak yang baik antara blok rem dengan roda kereta api.

Resin ini memiliki temperatur cair pada 900C dan temperatur polimerisasi pada

1500C

50  

Gambar 4. 2 Resin phenol kuning

b. Alumina (Al2O3)

Alumina termasuk dalam material abrasif. Material ini dipilih karena

tersedia cukup banyak di Indonesia. Alumina berfungsi untuk menimbulkan

gesekan yang digunakan untuk melakukan perlambatan kereta api. Di Indonesia,

alumina tersedia dalam bentuk serbuk warna putih.

Gambar 4. 3 Alumina (Al2O3)

c. Serbuk Besi (Fe)

Serbuk besi tersedia dalam bentuk serbuk berwarna hitam. Massa jenis besi

besar sehingga dengan kadar yang sama dengan komponen penyusun lainnya,

volume besi relatif lebih kecil. Serbuk besi ditambahkan pada rem komposit

sebagai material gesek agar dapat memperbaiki karakteristik termal blok rem

komposit. Serbuk besi memiliki konduktivitas termal dan difusivitas termal yang

paling baik.

51  

Gambar 4. 4 Serbuk Besi (Fe)

d. Fiber Glass

Di pasaran, fiber glass tersedia dalam bentuk mat dengan panjang fiber

berkisar 30 hingga 50 mm. Fiber glass (serat gelas) yang digunakan dalam

susunan rem komposit memiliki panjang kira-kira 1 mm. Untuk menghasilkan

serat dengan panjang tersebut, serat gelas dapat dihancurkan menjadi ukuran yang

lebih kecil. Serat gelas biasa digunakan untuk menaikkan kekuatan tarik dan

bending dari blok rem komposit. serat fiber relatif murah dan tersedia banyak di

Indonesia.

Gambar 4. 5 Fiber Glass

e. Barium Sulfat (BaS04)

Barium sulfat (BaS04) dapat meningkatkan kerapatan massa blok rem kereta

api. Selain itu, barium sulfat dipilih karena ketahanannya terhadap pada

temperatur tinggi serta dapat mengurangi tingkat keausan blok rem komposit. Di

Indonesia, barium sulfat tersedia dalam bentuk serbuk berwarna putih.

52  

Gambar 4. 6 Barium sulfat

f. Grafit

Grafit merupakan material yang murah dan banyak digunakan di Indonesia.

Grafit termasuk dalam friction modifier. Tingkat gesekan dari grafit dipengaruhi

oleh kelembaban dan strukturnya. Grafit dapat terbakar pada suhu di atas 700 OC.

Penambahan grafit meningkatkan ketahanan aus serta dapat mempengaruhi

koefisien gesek blok rem komposit. Kelemahandari penggunaan grafit antara lain

mengurangi koefisien adesif dan dapat meningkatkan kemungkinan karat pada rel

Gambar 4. 7 Grafit

g. NBR (Nitril Butadiene Rubber)

NBR berfungsi untuk mengurangi kekerasan rem komposit serta untuk

meningkatkan kualitas kontak antara blok rem dengan permukaan roda. Kontak

yang kurang baik antara permukaan roda dengan blok rem komposit akan

menyebabkan hot spot dan crack. NBR dipilih menjadi salah satu bahan penyusun

rem komposit karena NBR memiliki ketahanan termal yang baik dibandingkan

jenis karet yang lain. NBR tersedia dalam bentuk serbuk seperti pada gambar di

bawah ini:

53  

Gambar 4. 8 Nitril Butadiene Rubber

h. Kalsium Hidroksida (Ca(OH)2)

Kalsium hidroksida digunakan sebagai material penyusun rem komposit

karena material ini dapat mengurangi kemungkinan terjadinya korosi akibat

penggunaan serbuk besi sebagai material abrasif. Di Indonesia, kalsium

hidroksida lebih dikenal dengan nama batu kapur.

Gambar 4. 9 Kalsium Hidroksida

2. Tahap screening

Bahan yang telah disebutkan sebelumnya kemudian dihaluskan melalui

proses penghancuran. Hasil dari proses poenghancuran tersebut kemudian diayak

(screening). Hasil pengayakan ini akan menghasilkan bahan dengan butiran halus

sehingga apabila dicampur satu sama lain akan menghasilkan campuran yang

homogen.

54  

Gambar 4. 10 Proses pengayakan (screening)

3. Tahap scaling

Scaling merupakan tahap penentuan kadar komposisi masing-masing

komponen penyusun rem komposit. Kadar komposisi ditentukan dengan

menggunakan timbangan karena penentuan persentase komposisi menggunakan

basis masa. Pada tahap ini, masing-masing bahan telah ditentukan jumlahnya yang

kemudian akan diproses selanjutnya.

Gambar 4. 11 Proses penentuan kadar bahan dengan timbangan (a), Bahan-

bahan yang telah diskalakan (b)

4. Tahap mixing

Setelah pengaturan komposisi material komposit, keseluruhan bahan

penyusun dicampur hingga merata. Pencampuran bahan-bahan tersebut dilakukan

dengan menggunakan mixer karena pada pembuatan spesimen tersebut masih

untuk skala kecil. Proses mixing dapat dilihat pada gambar di bawah ini:

a b 

55  

Gambar 4. 12 Proses pencampuran (mixing)

5. Tahap weighting

Pada proses ini, bahan-bahan penyusun spesimen rem komposit yang telah

dicampur sebelumnya kemudian memasuki proses weighting. Weighting adalah

proses pembagian bahan spesimen dengan menggunakan timbangan. Bahan-bahan

tersebut dibagi untuk setiap satu spesimen. Setelah proses ini, bahan-bahan

spesimen siap untuk proses produksi selanjutnya.

IV.1.2 Proses produksi spesimen

Setelah bahan-bahan penyusun dipersiapkan, kemudian proses selanjutnya

adalah pembuatan spesimen. Proses pembuatan spesimen secara umum adalah

dengan memberikan tekanan pada bahan-bahan di dalam cetakan dengan

parameter-parameter tertentu sehingga didapatkan spesimen dengan spesifikasi

tertentu. Proses pembuatan secara detil dapat dilihat sebagai berikut:

1. Pemanasan dies

Pertama, dies yang telah dipersiapkan dipanaskan dengan menggunakan

heater listrik hingga temperatur yang diinginkan. Untuk mengetahui temperatur

yang terjadi pada dies, maka digunakan termometer dengan menggunakan sensor

infra red. Dengan menggunakan termometer ini, temperatur bagian dalam dies

dapat diketahui dengan mudah dan hasil yang didapatkan cukup akurat.

Berikut ini adalah gambar dari proses pemanasan dan pengukuran

temperatur pada saat proses produksi spesimen rem komposit:

56  

Gambar 4. 13 Proses pemanasan dies (a), proses pengukuran temperatur (b)

2. Proses pemasukan bahan

Setelah dies memenuhi spesifikasi temperatur yang dibutuhkan, proses

selanjutnya adalah pemasukan campuran bahan-bahan ke dalam dies.

Gambar 4. 14 Proses pemasukan bahan-bahan

3. Proses pengaplikasian tekanan

Setelah bahan-bahan tersebut dimasukkan ke dalam dies, kemudian tekanan

diaplikasikan pada dies agar bahan-bahan tersebut mengalami beban penekanan.

Tekanan dilakukan dengan menggunakan dongkrak hidraulik. Tekanan dapat

diatur sesuai dengan spesifikasi tekanan yang dibutuhkan.

a b 

57  

Gambar 4. 15 Proses pemberian tekanan (a), alat ukur tekanan (b)

4. Proses curing

Setelah bahan-bahan dipanaskan dan dicetak sesuai dengan spesifikasi yang

diinginkan, kemudian spesimen tersebut memasuki proses curing. Proses curing

adalah salah satu heat treatment dimana spesimen dipanaskan dengan temperatur

dan jangka waktu tertentu sehingga spesimen mengalami perubahan sebagian sifat

material.

Gambar 4. 16 Spesimen yang telah tercetak dikeluarkan dari dies (a), Spesimen

dimasukkan dalam oven (b)

Tahap pencetakan merupakan salah satu tahapan terpenting. Pada tahap ini, campuran bahan penyusun komposit akan diproses menjadi satu kesatuan material komposit. Proses pencetakan yang digunakan adalah Hot Pressing.

IV.1.3 Tahap Pemberian Kode Spesimen

Parameter produksi tetap didapatkan dari penelitian sebelumnya yang

membahas penentuan proses produksi yang menghasilkan spesimen rem komposit

paling optimum. Penelitian tersebut membandingkan beberapa parameter proses

a b 

a b 

58  

produksi spesimen terhadap kekuatan mekanik dari spesimen. Dari penelitian

tersebut, kemudian didapatkan parameter proses produksi yang optimum dengan

kode spesimen 243. Parameter tetap pada saat proses produksi spesimen 243 dapat

dilihat dibawah ini:

1. Beban penekanan : 25 MPa 2. Temperatur penekanan : 180 oC 3. Waktu penekanan : 40 menit 4. Temperatur curing : 150 oC Setelah proses produksi tersebut, dihasilkan spesimen dengan spesifikasi

sebagai berikut:

Tabel 4. 4 Kode spesimen dan spesifikasi proses pembuatan modifikasi reinforcement

No KODE Komposisi

Bahan

Penekanan Waktu Curing Beban Temp Waktu

(ton) (°C) (menit) (menit)

1 R1-243-1

R1

10 180 40

30

2 R1-243-2 60

3 R1-243-3 120

4 R2-243-1

R2

30

5 R2-243-2 60

6 R2-243-3 120

7 R3-243-1

R3

30

8 R3-243-2 60

9 R3-243-3 120

10 R4-243-1

R4

30

11 R4-243-2 60

12 R4-243-3 120

13 R5-243-1

R5

30

14 R5-243-2 60

15 R5-243-3 120

59  

Tabel 4. 5 Kode spesimen dan spesifikasi proses pembuatan modifikasi friction modifier

No KODE Komposisi

Bahan

Penekanan Waktu Curing Beban Temp Waktu

(ton) (°C) (menit) (menit)

1 FM1-243-1

R1

10 180 40

30

2 FM1-243-2 60

3 FM1-243-3 120

4 FM2-243-1

R2

30

5 FM2-243-2 60

6 FM2-243-3 120

7 FM3-243-1

R3

30

8 FM3-243-2 60

9 FM3-243-3 120

10 FM4-243-1

R4

30

11 FM4-243-2 60

12 FM4-243-3 120

13 FM5-243-1

R5

30

14 FM5-243-2 60

15 FM5-243-3 120

Gambar dibawah ini menunjukkan spesimen yang telah dibuat dengan

proses produksi seperti yang telah dijelaskan sebelumnya:

Gambar 4. 17 Spesimen material komposit perbedaan spesifikasi

proses pembuatan

60  

IV.3 Pengujian Spesimen

Pengujian yang dilakukan pada spesimen rem komposit adalah uji tekan, uji

bending dan uji gesek. Berikut ini adalah sedikit penjelasan dan hasil dari masing-

masing pengujian tersebut:

IV.3.1 Pengujian Bending

Pengujian bending dilakukan untuk mengetahui kekuatan tarik material

terhadap pembebanan bending atau lebih dikenal dengan istilah cross breaking

strength. Pengujian dilakukan dengan memberikan gaya pada bagian tengan

spesimen dengan tumpuan diam pada kedua ujung spesimen. Gaya ini akan

memberikan beban bending pada spesimen. Pengujian ini dinamakan three point

bending.

Gambar 4. 18 Prinsip pengujian three point bending[9]

Berikut ini hasil pengujian bending yang telah dilakukan:

61  

Tabel 4. 6 Hasil pengujian bending modifikasi reinforcement

KODE  Komposisi Bahan Kekuatan Bending 

(MPa) R1‐243‐1 

R1 10.56 

R1‐243‐2  6.65 R1‐243‐3  10.33 R2‐243‐1 

R2 10.01 

R2‐243‐2  10.37 R2‐243‐3  10.32 R3‐243‐1 

R3 25.19 

R3‐243‐2  23.12 R3‐243‐3  20.87 R4‐243‐1 

R4 24.07 

R4‐243‐2  21.15 R4‐243‐3  23.67 R5‐243‐1 

R5 

14.28 

R5‐243‐2  19.64 

R5‐243‐3  23.43 

Tabel 4. 7 Hasil pengujian bending modifikasi friction modifier

KODE  Komposisi Bahan Kekuatan Bending 

(MPa) FM1‐243‐1 

FM1 22.52 

FM1‐243‐2  13.05 FM1‐243‐3  15.16 FM2‐243‐1 

FM2 11.11 

FM2‐243‐2  11.17 FM2‐243‐3  13.94 FM3‐243‐1 

FM3 9.89 

FM3‐243‐2  15.33 FM3‐243‐3  13.58 FM4‐243‐1 

FM4 7.97 

FM4‐243‐2  5.65 FM4‐243‐3  10.10 FM5‐243‐1 

FM5 

9.70 

FM5‐243‐2  7.51 

FM5‐243‐3  11.39 

62  

Gambar 4. 19 Keadaan spesimen setelah dilakukan pengujian bending

IV.3.2 Pengujian Tekan

Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui kekuatan tekan spesimen akibat

pembebanan tekan. Spesimen rem komposit diberi beban penekanan hingga

spesimen pecah. Kekuatan tekan diambil dari kekuatan maksimal spesimen pada

saat pembebanan tekan.

Gambar 4. 20 Prinsip pengujian tekan[9]

Berikut ini adalah hasil dari pengujian tekan terhadap spesimen:

63  

Tabel 4. 8 Hasil pengujian tekan modifikasi reinforcement

KODE Komposisi Bahan 

Kekuatan Tekan (MPa) 

R1‐243‐1 R1 

23.41 R1‐243‐2  15.38 R1‐243‐3  22.66 R2‐243‐1 

R2 17.79 

R2‐243‐2  23.81 R2‐243‐3  24.57 R3‐243‐1 

R3 37.92 

R3‐243‐2  47.38 R3‐243‐3  38.66 R4‐243‐1 

R4 38.86 

R4‐243‐2  37.29 R4‐243‐3  47.32 R5‐243‐1 

R5 

41.59 

R5‐243‐2  41.64 

R5‐243‐3  54.30 

Tabel 4. 9 Hasil pengujian tekan modifikasi friction modifier

KODE  Komposisi Bahan Kekuatan Tekan 

(MPa) FM1‐243‐1 

FM1 39.57 

FM1‐243‐2  35.45 FM1‐243‐3  37.94 FM2‐243‐1 

FM2 29.23 

FM2‐243‐2  29.56 FM2‐243‐3  17.68 FM3‐243‐1 

FM3 21.69 

FM3‐243‐2  41.07 FM3‐243‐3  36.32 FM4‐243‐1 

FM4 31.22 

FM4‐243‐2  40.59 FM4‐243‐3  41.75 FM5‐243‐1 

FM5 

9.69 

FM5‐243‐2  22.07 

FM5‐243‐3  27.51 

64  

Gambar 4. 21 Keadaan spesimen setelah dilakukan pengujian tekan

 

IV.3.3 Pengujian Gesek

Pengujian gesek dilakukan untuk mengetahui keofisien gesek kinetik

material. Pengujian dilakukan dengan memberikan gaya normal tertentu pada

spesimen ke piringan putar. Kemudian gaya gesek yang didapatkan di hitung

untuk menentukan koefisien gesek kinetik.

Gambar 4. 22 Prinsip pengujian gesek[17]

Berikut ini hasil pengujian gesek terhadap spesimen:

65  

Tabel 4. 10 Hasil pengujian gesek modifikasi reinforcement

KODE Komposisi Bahan μ 

R1-243-1 R1

0.33 R1-243-2 0.31 R1-243-3 0.36 R2-243-1

R2 0.29 

R2-243-2 0.30 R2-243-3 0.34 R3-243-1

R3 0.35 

R3-243-2 0.31 R3-243-3 0.31 R4-243-1

R4 0.32 

R4-243-2 0.33 R4-243-3 0.34 R5-243-1

R5 0.29 

R5-243-2 0.32 

R5-243-3 0.32 

Tabel 4. 11 Hasil pengujian gesek modifikasi friction modifier

KODE Komposisi Bahan μ 

FM1-243-1 FM1

0.34 FM1-243-2 0.35 FM1-243-3 0.32 FM2-243-1

FM2 0.30 

FM2-243-2 0.29 FM2-243-3 0.33 FM3-243-1

FM3 0.30 

FM3-243-2 0.32 FM3-243-3 0.32 FM4-243-1

FM4 0.33 

FM4-243-2 0.28 FM4-243-3 0.27 FM5-243-1

FM5 0.30 

FM5-243-2 0.33 

FM5-243-3 0.32 

66  

Gambar 4. 23 Spesimen uji gesek