Mixing Terhadap Kekerasan dan Keausan Pada Soda Lime Glass ...

Prosiding Seminar Nasional XI “Rekayasa Teknologi Industri dan Informasi 2016Sekolah Tinggi Teknologi Nasional Yogyakarta

345

Pengaruh Waktu Mixing Terhadap Kekerasan dan Keausan PadaCampuran Serbuk Soda Lime Glass dan Serbuk Piston Bekas Sebagai

Material Alternatif Kampas Rem Non Asbestos

Putri Nawangsari1 , Kaspul Anuar2

Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Riau1,2

Kampus Bina Widya, Jl. Subrantas Km 12,5, Simpang Baru, Tampan, [email protected]

AbstrakPenelitian mengenai material alternatif kampas rem sepeda motor banyak dikembangkan sebagaimaterial pengganti kampas rem asbestos karena kampas rem asbestos menghasilkan zat karsinogenyang berdampak negatif terhadap kesehatan. Penelitian ini memanfaatkan limbah soda lime glassyang berasal dari limbah kaca dan limbah piston bekas sebagai material alternatif pengganti kampasrem asbestos. Serbuk limbah soda lime glass sebagai penguat, serbuk limbah piston bekas sebagaipengisi (filler), dan phenolic resin sebagai pengikat (binder). Komposisi campuran serbuk soda limeglass, serbuk piston bekas, dan serbuk phenolic resin adalah 20% , 40%, dan 40% berdasarkan fraksivolume dengan memvariasikan waktu mixing, yaitu 30, 45, dan 60 menit. Proses kompaksi dilakukandengan metode hot compaction single acting pada tekanan 196 bar dan temperatur 150 oC untukmenghasilkan green body dimensi diamater 30 mm dan tebal 7 mm. Green body kemudian disinteringpada temperatur 150 oC selama 4 jam. Sampel selanjutnya dilakukan pengujian kekerasan dankeausan dan dibandingkan dengan nilai kekerasan dan keausan produk kampas rem komersial. Hasilpenelitian menunjukkan bahwa komposisi campuran dengan waktu mixing 30 menit menghasilkannilai kekerasan dan keausan yang mendekati produk kampas rem komersial yaitu sebesar 41,296HVN dan 8,279 x 10-12 m3/m.

Kata Kunci : soda lime glass, piston bekas, kampas rem non asbestos, mixing, kekerasan, keausan

1. PendahuluanKampas rem merupakan salah satu komponen

kendaraan bermotor yang terus dikembangkanteknologinya karena kualitas kampas rem sangatdipengaruhi oleh beberapa faktor seperti komposisimaterial, jenis material penyusunnya, dankekerasan. Pada awalnya kampas rem terbuat darimaterial asbestos berupa paduan material kuningandan serat logam yang disatukan menggunakanbinder, namun pada tahun 1994 ditemukan bahwakampas rem asbestos mengandung zat karsinogenyang dituding sebagai salah satu penyebab kankerparu-paru sehingga produksi kampas rem asbestosmulai perlahan dihentikan dan digantikan dengankampas rem non asbestos. Perkembanganmenggunakan material alternatif pengganti asbesmulai dikembangkan sehingga memunculkankarya inovasi terbaru yang telah diaplikasikan padamaterial gesek kampas rem.

Jenis kampas rem berdasarkan materialpembentuknya dibedakan menjadi 2 (dua) macam,yaitu kampas rem berbahan asbestos dan nonasbestos. Kampas rem non asbestos padaumumnya terdiri dari komposisi penguat serat,pengikat (binder), pengisi (filler), pelumas kering,aditif, dan serbuk logam. Material penyusuntersebut dicampur dalam berbagai komposisidengan menggunakan teknik pembuatan yangberbeda. Penguat serat akan meningkatkankekuatan mekanik untuk material gesekan,

pengikat (binder) bertujuan untuk menjagaintegritas struktural kampas rem di bawahtekanan mekanis dan termal, pengisi (filler)bertujuan untuk meningkatkan kemampuanmanufaktur serta untuk mengurangi biaya,pelumas (abrasive) sebagai gesekan aditif untukmeningkatkan koefiesien gesekan danmenstabilkan koefisien gesekan pada temperaturtinggi (Rao dan Babji, 2015). Material abrasiveyang digunakan pada material gesek produkkomersial yaitu zirkonia, quartz, alumina,magnesia, silikon karbida, dan lainnya. Seleksidari material abrasive tergantung dari kekerasan,dan ketahanan aus (Kim dkk, 2011). Penelitianmengenai pengembangan material kampas remnon asbestos dalam 6 tahun terakhirmenunjukkan bahwa limbah atau residupertanian dapat dimanfaatkan sebagai materialalternatif pengganti pengisi, binder, abrasive,dan pengubah material gesek pada campuranmaterial kampas rem. Penelitian ini dilakukanantara lain oleh (Wahyudi, 2010) denganmemanfaatkan serbuk arang tempurung kelapasebagai penguat, serbuk aluminium sebagaipengisi, dan epoksi sebagai pengikat. Penelitian(Maleque dkk, 2012) memanfaatkan serat kelapasebagai penguat dari komposit Aluminiumdengan pengikat phenolic resin. (Deepika, 2013)memanfaatkan serbuk limbah PKS (Palm KernelShell) yang dipadukan dengan serbuk kuningan,

Prosiding Seminar Nasional XI “Rekayasa Teknologi Industri dan Informasi 2016Sekolah Tinggi Teknologi Nasional Yogyakarta

346

CaCO3, Sulfur, dan karbon dengan pengikat resinpolyester. (Rao dan Babji, 2015) mengkajibeberapa penelitian, dari hasil kajiannyamenunjukkan bahwa beberapa serat alam danlimbah pertanian seperti kulit pisang, kulit jerukcangkang kelapa sawit, cangkang coklat dapatdimanfaatkan sebagai material alternatif kampasrem untuk menggantikan pengisi (filler), bahangesekan, abrasive, penguat, dan binder.

Indonesia banyak sekali limbah organik dannon organik yang berpotensi menjadi materialalternatif kampas rem, misalnya soda lime glassdan limbah piston bekas. Limbah soda lime glassmemiliki potensi dan dipandang strategis sebagaimaterial komposit yang kuat dimana soda limeglass didominasi oleh penyusun silikon dioksida(SiO2) sekitar 72%, memiliki sifat unggul berupatitik lebur sekitar 1400 °C – 1600 °C, dan sifatmekanis yang kuat terutama kekerasannya(Masturi dkk, 2011). Kandungan Silikon dioksida(SiO2) pada limbah soda lime glass mempunyaipotensi sebagai material alternatif kampas rempengganti material organik yang ramah lingkungankarena sifatnya yang keras, stabil terhadap reaksikimia, dan tahan terhadap temperatur tinggi. Selainlimbah soda lime glass , limbah piston bekas jugadapat dimanfaatkan sebagai pengisi (filler) karenapaduan AlSi pada piston bekas memiliki sifattahan terhadap korosi, tahan terhadap abrasi,ringan, koefisien muai rendah, dan mempunyaikekuatan tinggi (Solechan, 2010).

Berdasarkan uraian di atas perlu adanyapenelitian dengan memanfaatkan serbuk limbahsoda lime glass dan serbuk limbah piston bekassebagai material alternatif kampas rem denganmenvariasikan waktu mixing. Penelitian inidilakukan dengan mempertimbangkan kandunganSiO2 yang tinggi pada soda lime glass yangberpotensi sebagai material abrasive, dan limbahpiston bekas mengingat kesamaan sifat dari pistondan kampas rem yaitu tahan aus, tahan korosi,tahan tekanan, dan mampu menghantarkan panas,serta ketersediaan limbah soda lime glass danlimbah piston bekas yang belum dimanfaatkansecara maksimal.

2. MetodePenelitian ini menggunakan metode dan

prosedur untuk melakukan tahapan-tahapanpenelitian, sehingga dicapai hasil penelitian yangoptimal. Penelitian ini merupakan penelitianeksperimental dan metode penelitian yangdigunakan adalah metode diskriptif denganmemaparkan secara jelas hasil eksperimen dilaboratorium terhadap sejumlah spesimen uji.

Penelitian ini digunakan untuk mengetahuipengaruh waktu mixing terhadap campuran serbuksoda lime glass dan serbuk limbah piston bekasuntuk mendapatkan nilai kekerasan dan keausanoptimum yang mendekati sifat mekanik (nilai

kekerasan dan keausan) kampas rem produkkomersial.

Material yang digunakan dalam penelitianadalah serbuk soda lime glass sebagai penguat,serbuk piston bekas dari Engine 4HG1 ISUZUNKR71 sebagai filler, dan serbuk phenolic resinsebagai pengikat (binder). Pembuatan serbuksoda lime glass dilakukan secara mekaniskemudian diayak untuk mendapakan ukuranserbuk 60 mesh (ASTM E-11-61), sedangkanserbuk piston bekas dilakukan dengan caradigerinda kemudian diayak untuk mendapatkanukuran serbuk 100 mesh (ASTM E-11-61).Serbuk Soda Lime Glass, serbuk piston bekas,dan phenolic resin ditimbang sesuai komposisimasing- masing berdasarkan fraksi volume.Komposisi serbuk material kampas rem dapatdilihat pada Tabel 1

Tabel 1: Komposisi Serbuk Material Kampas RemBahan % serbuk

Phenolic Resin 40%Serbuk Piston Bekas 40%

Serbuk Soda Lime Glass 20%

Komposisi serbuk yang sudah ditimbangkemudian dimixing dengan variasi waktu mixing30, 45, dan 60 menit pada putaran 45 rpm,setelah proses mixing selanjutnya komposisicampuran serbuk dikompaksi denganmenggunakan metode hot compaction singleacting pada tekanan awal 166 bar selama 2 menitkemudian ditekan lagi pada tekanan 196 bar padatemperatur 150 oC selama 5 menit untukmenghasilkan green body dengan dimensidiameter 30 mm tebal 7 mm. Green bodyselanjutnya disintering pada temperatur 150 oCselama 4 jam. Spesimen setelah proses sinteringkemudian dilakukan pengujian kekerasan denganmetode uji Kekerasan Vickers (ASTM E92-82)dan pengujian keausan dengan menggunakanmetode Pin On Disc yang mengacu pada standarpengujian ASTM D 3702-95. Hasil pengujiankekerasan dan keausan dari kampas remselanjutnya dibandingkan dengan nilai kekerasandan keausan dari kampas rem produk komersial.

3. Hasil dan PembahasanSpesimen yang dihasilkan dari penelitian

dengan komposisi serbuk soda lime glass (20%vol, serbuk piston 40% vol, dan phenolic resin40% vol dapat dilihat pada Gambar 1. Spesimendengan dimensi diameter 30 mm tebal 7 mmselanjutnya dilakukan pengujian kekerasan dankeausan. Setiap pengujian dilakukan sebanyaktiga kali, selanjutnya nilai tersebut dirata-ratakanuntuk mendapatkan nilai kekerasan dan nilaikeausannya.

Prosiding Seminar Nasional XI “Rekayasa Teknologi Industri dan Informasi 2016Sekolah Tinggi Teknologi Nasional Yogyakarta

347

Gambar 1. Produk yang dihasilkan dari proses metalurgiserbuk dengan pencampuran komposisiserbuk soda lime glass, piston bekas danphenolic resin

3.1 Pengaruh Variasi Waktu Mixing TerhadapNilai Kekerasan

Pengujian kekerasan dilakukan denganMetode Vickers pada pembebanan 15,625 kgfyang mengacu pada standar pengujian ASTM E92-82. Hasil Pengujian kekerasan dapat dilihatpada Gambar 2.

Gambar 2. Kekerasan terhadap variasi waktu mixing

Berdasarkan grafik hubungan variasiwaktu mixing terhadap kekerasan terlihat bahwanilai kekerasan produk kampas rem meningkatseiring dengan lamanya waktu mixing. Nilaikekerasan tertinggi terjadi pada waktu mixing 60menit sebesar 43,38 HVN sedangkan nilaikekerasan yang mendekati produk komersialterjadi pada waktu mixing 30 menit sebesar 41,296HVN. Peningkatan kekerasan tersebut diakibatkanoleh distribusi campuran yang homogen antarpartikel serbuk. (German, 1994) menyatakanbahwa kehomogenan distribusi antar partikeldipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu lamanyawaktu pencampuran, kecepatan pencampuran,ukuran partikel, dan jenis material. Kehomogenancampuran sangat berpengaruh pada proseskompaksi karena gaya tekan yang diberikan padasaat kompaksi akan terdistribusi secara meratasehingga kualitas ikatan permukaan antar partikelsemakin baik sehingga meningkatkan densitas dansifat mekanis. (Olakanmi, 2012) menyatakanbahwa homogenitas campuran serbuk aluminiumjuga akan meningkat seiring dengan lamanyawaktu mixing. Lama waktu mixing akanmenurunkan aglomerasi dimana aglomerasi

tersebut akan menghambat terjadinya ikatanantar partikel.

Hal yang sama juga dinyatakan padapenelitian (Hildayati dkk, 2009) bahwapeningkatan sifat mekanis disebabkan distribusiserbuk penguat yang merata sehinggamemungkinkan terjadinya kontak permukaanantara penguat dan matriks menjadi besar.Besarnya kontak permukaan tersebutmengakibatkan kuatnya ikatan antara matriksdan penguat sehingga akan meningkatkandensitas.

3.2 Pengaruh Variasi Waktu MixingTerhadap Keausan

Pengujian keausan dilakukan untukmengetahui ketahanan terhadap keausan produkspesimen uji kampas rem. Besar nilai keausanmenentukan ketahanan aus dari material.Semakin kecil nilai keausan maka semakin besarketahanan aus tersebut, sebaliknya semakin besarnilai keausan maka semakin rendah ketahananaus suatu material.

Pengujian keusan pada penelitian inimenggunakan metode Pin On Disc yangmengacu pada standar pengujian ASTM D 3702-95. Massa beban yang diberikan sebesar 3,6 kg,kecepatan putaran disc 800 rpm, serta jaraklintasan yang ditempuh 1000 m. Grafikpengujian keausan dapat dilihat pada Gambar 3.

Gambar 3 Keausan terhadap variasi waktu mixing

Berdasarkan grafik hubungan waktu mixingterhadap keausan terlihat bahwa nilai keausanproduk kampas rem semakin menurun seiringdengan lamanya waktu mixing. Nilai keausantertinggi diperoleh pada waktu mixing 30 menityaitu 8,2792 x 10-12 m3/m dan nilai keausanterendah pada waktu mixing 60 menit yaitu6,7688 x 10-12 m3/m sedangkan nilai keausanpada kampas rem produk komersial sebesar10,8189 x 10-12 m3/m.

Penurunan nilai keausan diakibatkan olehcampuran serbuk yang homogen dan terdistribusimerata antar partikel serbuk. Kehomogenancampuran serbuk sangat berpengaruh padaproses kompaksi karena gaya tekan yang

Prosiding Seminar Nasional XI “Rekayasa Teknologi Industri dan Informasi 2016Sekolah Tinggi Teknologi Nasional Yogyakarta

348

diberikan pada saat proses kompaksi akanterdistribusi secara merata sehingga kualitas ikatanantar permukaan partikel semakin baik sehinggameningkatkan densitas dan sifat mekanis (German,1994). (Hildayati dkk, 2009) juga menyatakanbahwa peningkatan sifat mekanis disebabkandistribusi serbuk penguat yang merata sehinggamemungkinkan terjadinya kontak permukaanantara penguat dan matriks menjadi besar.Besarnya kontak permukaan tersebutmengakibatkan kuatnya ikatan antara matriks danpenguat sehingga meningkatkan densitas. Nilaikeausan pada penelitian ini juga menunjukkanberbanding terbalik dengan kekerasan. Keausanyang lebih besar akan terjadi pada material yangkekerasannya lebih rendah (Hasry dan Kaelani,2014)

4. SimpulanSimpulan yang dapat ditarik dari penelitian ini

adalah semakin lama waktu mixing akanmeningkatkan nilai kekerasan dan menurunkannilai keausan kampas rem. Sifat mekanik(kekerasan dan keausan) kampas rem optimumyang mendekati produk komersial terjadi padawaktu mixing 30 menit dengan nilai kekerasansebesar 41,296 HVN dan nilai keausan sebesar8,2795 x 10-12 m3/m.

Ucapan Terima KasihPenulis mengucapkan terimakasih kepadaLembaga Penelitian dan Pengabdian Masyarakat(LPPM) Universitas Riau atas bantuan dana dalammenyelesaikan penelitian ini.

Daftar PustakaDeepika, K., Bhaskar, C., and Ramana., (2013).

Fabrication and Performance Evaluation of aComposite Material for Wear ResistanceApplication. International Journal ofEngineering Science and InnovativeTechnology (IJESIT), Vol 2, pp 66-71

German, R.M., (1994). Powder Metallurgy Science2nd Edition. Metal Powder IndustriesFederation, Princenton, New Jersey.

Hildayati, dkk, (2009). Sintesis dan KarakterisasiBahan Komposit Karet Alam Silika. SeminarPascasarjana IX-ITS.

Hasry dan Kaelani, Y.,(2014). Studi EksperimentalKeausan Permukaan Material Akibat AdanyaMulti-Directional Contact Friction. JurnalTeknik Pomits, vol 1, No 1.

Kim et all., (2011). Friction and Vibration ofAutomotive Brake Pads Containing DifferentAbrasive Particles. Wear, Elsevier, pp 1194-1202.

Maleque, M.A., (2012). New Natural FibreReinforces Aluminium Composite forAutomotive Brake Pad. International Journal

of Mechanical and Materials Engineering(IJMME). Vol 7, No 2, pp 166-170.

Masturi, Abdullah. M, dan Khairurrij, (2011).High Compressive Strenght of Home Wasteand Polyvinyl Acetat CompositesContaining Silica Nanoparticle Filler. JMatae Cycles Waste Manag 13: 225-231.

Olakanmi, E.,O.,(2012). Effect of Mixing Timeon The Bed Density, and Microstructure ofSelective Laser Sintered (sls) AluminiumPowders. Journal of Material Rearch, vol15, No 2.

Rao U., and Babji, (2015). Review Journal onAlternate Materials for Asbestos BrakePads and Its Characterization. InternationalJournal of Engineering and Technology(IJET), vol 2, pp 556-562.

Solechan, (2010). Studi Pembuatan MaterialPiston Menggunakan Limbah Piston Bekasdan ADC 12 yang diperkuat dengan InsertST 60 dan Besi Cor. Jurnal RETII 4. Vol 4,No 1, hal 213-219.

Wahyudi, T., (2010). Pembuatan dan PengujianSifat Fisis dan Mekanis Kampas Remdengan Bahan Dasar Serbuk Al, ArangTempurung Kelapa dengan Matriks Epoxy.Surakarta: Laporan Tugas Akhir FakultasTeknik Mesin Universitas MuhammadiyahSurakarta.