SKRIPSI
KARAKTERISTIK MATERIAL KAMPAS REM BERBASIS HYBRID KOMPOSIT MENGGUNAKAN METODE VICKERS
Oleh : TUT RISKYADA DHARYANTA NIM : 1104305057
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA 2016
i
ii
1
Kekerasan dan Struktur Mikro Hibrid Komposit Phenolik Resin Berpenguat Partikel Basalt/Aluminum Oxide/Kulit Kerang pada Bahan Kampas Rem Oleh Dosen Pembimbing
: Tut Riskyada Dharyanta : I Ketut Adi Atmika, ST,.MT : I Made Dwi Budiana Penindra, M,.MT
ABSTRAK Kampas rem sebagai salah satu komponen keselamatan aktif pada kendaraan bermotor telah dipelajari dengan seksama. Asbestos adalah bahan utama pembentuk kampas rem selain bahan paduan lainnya yang berdampak negatif terhadap kesehatan dan lingkungan. Penelitian sifat kekerasan dan struktur mikro bahan kampas rem berbasis hibrid komposit telah dipelajari. Tujuan dari penelitian adalah untuk mencari alternatif bahan kampas rem yang memiliki sifat mekanis dan struktur yang baik serta bersifat ramah lingkungan juga murah. Hibrid komposit dibuat berdasarkan variasi berat dari penguat partikel yaitu basalt, alumunium oxide dan bubuk kerang kemudian diikat menggunakan polimer matrik phenolic resin (PR-51510i). Komposisi penguat dan polimer matrik adalah 60%:40%. Material kampas rem hibrid komposit diproduksi melalui proses sintering dengan penekanan sebesar 2000 kg selama 30 menit pada temperatur tetap sebesar 150°C. Hibrid komposit dibuat sebanyak lima variasi yang masing-masing diuji kekerasan menggunakan Vickers test sesuai standart ASTM E-384. Pengujian kekerasan dilakukan pada pembebanan tetap sebesar 4kg untuk 3 titik dan diulang sebanyak 5 kali untuk masing masing variasi. Hasil pengujian menunjukkan untuk rata-rata kekerasan VHN untuk sampel HK1, HK2, HK3 masing masing adalah sebesar 24.18, 25.11, 26.34, dan rata-rata kekerasan HVN untuk sample HK4 dan HK5 masing-masing sebesar 27,21 dan 28,83. Rata-rata kekerasan Hibrid komposit menunjukkan kekerasan yang lebih keras dibandingkan dengan nilai HVN kampas rem berbahan penguat asbes yaitu 24.75. Nilai-nilai tersebut sangat ditentukan oleh sifat mikrostruktur bahan dimana terjadi ikatan yang sangat kuat antara polimer matrik dan penguat. Penelitian dapat disimpulkan bahwa komposisi partikel penguat dengan polimer matrik memiliki ikatan yang sanagat baik sehingga meningkatkan kekerasan bahan. Juga semakin besar nilai kandungan basalt pada komposit menunjukkan peningkatan kekerasan yang signifikan, dan bahan menjadi bersifat ramah lingkungan. Kata Kunci : Hibrid Komposit, Kekerasan, Vickers Hardness Number, Basalt, Sintering
2
Hardness and Micro Hybrid Composite Structure Phenolic Resin Particle Mixture of Basalt / Aluminum Oxide / Shells on the Brake Lining Material Oleh Dosen Pembimbing
: Tut Riskyada Dharyanta : I Ketut Adi Atmika, ST,.MT : I Made Dwi Budiana Penindra, M,.MT
ABSTRACT Brake as one component of active safety in motor vehicles has been studied carefully. Asbestos is the main material forming the brake lining material in addition to other alloys which have a negative impact on health and the environment. Research hardness nature and the brake lining material microstructure-based hybrid composites have been studied. The purpose of the research is to find alternative materials of brake that has mechanical properties and structure as well as environmentally friendly too cheap. Hybrid composites are made based on variations in the weight of reinforcing particles that basalt, aluminum oxide and powdered shells then fastened using a polymer matrix phenolic resin (PR-51510i). Amplifiers and matrix polymer composition is 60%: 40%. Hybrid composite brake material produced through sintering process with an emphasis of 2,000 kg for 30 minutes at a constant temperature of 150 ° C. Hybrid composites made five variations each tested using a Vickers hardness test according to standard ASTM E-384. Hardness testing was done on a fixed load of 4kg for 3 points and as many repeated 5 times for each variation. The results show for the average hardness VHN to sample HK1, HK2, HK3 respectively amounted to 24.18, 25.11, 26.34, and the average hardness HVN for sample HK4 and HK5 respectively by 27.21 and 28.83. The average hardness hybrid composite shows the hardness harder than the value HVN brake booster made from asbestos is 24.75. Those values are largely determined by the nature of the microstructure of the material where there is a very strong bond between the polymer matrix and reinforcement. It can be concluded that the composition of the particles with a polymer matrix amplifier has such a deep bond so well that increases the hardness of materials. Also the greater the value the content of basalt composite showed a significant increase in violence, and become environmentally friendly materials. Keywords : Hybrid Composite, Hardness, Vickers Hardness Number, Basalt, Sintering
3
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kehadiran Tuhan Yang Maha Esa karena atas berkat dan rahmad-Nya maka penulis dapat menyelesaikan Skripsi ini dengan judul “Karakteristik
Kekerasan
Kampas
Rem
berbasis
Hybrid
Komposit
menggunakan Metode Vickers.“. Skripsi ini merupakan salah satu syarat yang harus diselesaikan oleh mahasiswa untuk bisa menyelesaikan studi dan memperoleh gelar Sarjana Teknik di Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Udayana. Dalam penulisan Skripsi ini penulis banyak mendapatkan bantuan serta bimbingan dari beberapa pihak, maka melalui kesempatan ini penulis menghaturkan terima kasih kepada : 1.
Bapak Dr. Ir. I Ketut Gede Sugita, MT. selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Udayana.
2.
Bapak I Made Widyarta, ST. M.Eng. Sc. Ph.D, Selaku Dosen Pembimbing Akademik.
3.
Bapak Dosen Pembimbing Skripsi serta Bapak Penguji Skripsi
4.
Kepada Bapak dan Ibu serta seluruh keluarga besar yang selalu mendukung dan memberikan motivasi.
5.
Kepada rekan – rekan dan semua pihak di Jurusan Teknik Mesin, yang telah banyak membantu selama proses penulisan Skripsi ini.
Dengan segala kerendahan hati, penulis menyadari Skripsi ini jauh dari kesempurnaan, maka dari itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun dari berbagai pihak untuk dapat lebih menyempurnakan Skripsi ini. Penulis mohon maaf apabila ada kekurangan atau kesalahan dalam penulisan Skripsi ini.
Bukit Jimbaran, 14 Februari 2016
Penulis
4
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL LEMBAR PENGESAHAN ................................................................................... i i LEMBAR PERSETUJUAN .................................................................................. ii ii ABSTRAK………………………………………………………………………….iii ABSTRACT………………………………………………………………………. iv KATA PENGANTAR........................................................................................... v DAFTAR ISI ......................................................................................................... viiv DAFTAR GAMBAR ............................................................................................. viii v DAFTAR TABEL ................................................................................................. xvi BAB I PENDAHULUAN...................................................................................... 1.1 Latar Belakang… ............................................................................. 1.2 Rumusan Masalah ............................................................................ 1.3 Batasan Masalah ............................................................................... 1.4 Tujuan Penelitian ............................................................................. 1.5 Manfaat Penelitian ...........................................................................
11 11 23 23 34 34
BAB II LANDASAN TEORI ............................................................................... 4 5 2.1. Asbestos ........................................................................................... 4 5 2.1.1. Bahan Gesek.............................................................................. 5 2.2. Kampas Rem ..................................................................................... 5 2.2.1. Jenis Rem Serta Kampasnya…………………………………. 6 2.2.2. Jenis Kampas Rem menurut Klasifikasi Internasional…….. 12 2.3. Kampas Rem Asbestos ..................................................................... 12 12 2.4. Kampas Rem non Asbestos .............................................................. 13 12. 2.5. Komposit .......................................................................................... 13 2.5.1. Komposit Hybrid .................................................................. 14 2.5.2. Klasifikasi Bahan Komposit ................................................ 14 2.5.3. Tipe Komposit Serat ............................................................ 16 2.5.4. Metode Pembuatan Komposit .............................................. 17 2.6. Karakteristik Batu Basalt ................................................................. 18 2.6.1. Tipe Basalt…………………………………………………. 19 2.6.2. Komposisi Kimiawi Basalt………………………………… 19 2.6.3. Ciri-ciri Basalt…………………………………………….. 20 2.6.4. Pembentukan Basalt………………………………………. 20 2.6.5. Kegunaan Basalt .................................................................. 20 2.7. Aluminium Oxide ............................................................................ 20 2.8. Kerang .............................................................................................. 21 2.8.1. Kandungan Cangkang Kerang ............................................ 22 2.9. Resin ................................................................................................ 23
5
2.10. Proses Sintering ............................................................................... 23 2.11. Persyaratan Teknik Kampas Rem ................................................... 24 2.12. Uji Kekerasan (Vickers Hardness Test)………...………………… 24 2.12.1. Cara atau Metode Pengujian Vickers .................................. 25 2.12.2. Rumus Perhitungan Pengujian Metode Vickers…………… 26 2.12.3. Kelebihan dan Kekurangan dari Pengujian Vickers……… 26 2.13. ASTM E-384 (American Standart Testing Material) Vickers Metods.....................................................................................27 2.14. Spesimen Uji……………………………………………………….. 27 BAB III METODOLOGI PENELITIAN ........................................................... 3.1. Kerangka Penelitian ......................................................................... 3.2. Diagram Alir Penelitian ................................................................... 3.3. Variabel Penelitian ........................................................................... 3.3.1. Variabel Bebas ...................................................................... 3.3.2. Variabel Terikat .................................................................... 3.3.3. Variabel Terkontol ................................................................ 3.4. Bahan Penelitian............................................................................... 3.4.1. Basalt (Batuan Gunung Berapi) ............................................ 3.4.2. Cangkang Kerang .................................................................. 3.4.3. Aluminium Oxide………………………………………….. 3.4.4. Phenolic Resin ...................................................................... 3.5. Penentuan Variasi Kampas Rem Hibrid Komposit .......................... 3.6. Proses Pembuatan Spesimen Uji (Kampas Rem) ............................. 3.6.1. Dimensi Spesimen Uji.......................................................... 3.7. Cara Pengambilan Data Pengujian ................................................... 3.7.1. Analisa Scanning Electron Microscope ...............................
14 28 14 28 15 28 16 29 16 29 29 29 22 29 30 31 32 32 22 33 33 40 40 40
BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN ........................................... 42 4.1. Analisis Data .................................................................................... 42 4.2. Hasil Pengamatan SEM ................................................................... 42 4.2.1. Hasil Foto EDS Material Cangkang Kerang ....................... 43 4.2.2. Pengamatan Ikatan antar Partikel pada Kampas X yang mengandung Asbes menggunakan SEM ............................. 46 4.2.3 Hasil Foto EDS Material Kampas X.................................... 47 4.3. Hasil Uji Vickers .............................................................................. 48 4.3.1. Model perhitungan VHN (Vickers Hardness Number) ....... 48 BAB V PENUTUP ................................................................................................ 51 5.1. Kesimpulan ...................................................................................... 51 5.2. Saran ................................................................................................ 51 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
6
DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1. Serat Asbes......................................................................................... 1 Gambar 2.1. Rem Blok Tunggal.............................................................................. 7 Gambar 2.2. Rem Blok Ganda....................................................................................8 Gambar 2.3. Rem Drum........................................................................................... 8 Gambar 2.4. Sepatu Rem......................................................................................... 9 9 Gambar 2.5. Tipe Leading dan Trailing......................................................................... 10 Gambar 2.6. Prinsip Kerja Leading Shoe...................................................................... 10 Gambar 2.7. Tipe Two – Leading Shoe......................................................................... Gambar 2.8. Rem Cakram ...................................................................................... 11 13 Gambar 2.9. (a) Kampas Rem Asbestos (b) Kampas Rem Non Asbestos.................... 15 Gambar 2.10. Klasifikasi Bahan Komposit................................................................... Gambar 2.11. Tipe Discontinuous Fiber.................................................................. 16 Gambar 2.12. Tipe Komposit Serat.......................................................................... 17 19 Gambar 2.13. Lahar Gunung Berapi sebelum menjadi Basalt....................................... Gambar 2.14. Basalt Rock........................................................................................ 19 Gambar 2.15. Basalt Powder……............................................................................. 19 Gambar 2.16. Aluminium Oxide…………................................................................. 21 22 Gambar 2.17. Cangkang Kerang................................................................................... Gambar 2.18. Uji Vickers…...................................................................................... 27 Gambar 2.19. Spesimen Uji………………………………………………………. 28 29 Gambar 3.1. Diagram Alir Penelitian............................................................................ 32 Gambar 3.2. Basalt Powder.......................................................................................... 32 Gambar 3.3. Serbuk Cangkang Kerang.......................................................................... 33 Gambar 3.4. Aluminium Oxide...................................................................................... Gambar 3.5. Phenolic Resin..................................................................................... 33 Gambar 3.6. (a) Proses Penimbangan Bahan Penelitian, (b) Penimbangan Basalt Powder, (c) Penimbangan Bubuk Cangkang Kerang, (d) Penimbangan Aluminium Oxide, (e) Penimbangan Phenolic Resin, (f) Proses Mixer, (g) Hasil Campuran Masing-masing komposisi............................................................................................. 36 Gambar 3.7. (a) Proses Pembersihan Cetakan, (b) Pemberian Wax pada Tatakan Cetakan, (c) Penuangan Bubuk campuran Spesimen ke dalam Cetakan yang Panasnya mencapai 150 derajat Celcius, (d) Meratakan Permukaan sebelum dilakukan Pressure, (e) Proses Penekanan (Pressure) dengan beban mencapai 2 ton, (f) Perataan Permukaan sebelum dilakukan Penekanan 37 (g) Hasil Cetakan Salah Satu Komposisi ............................................... Gambar 3.8. (a) Pemotongan, (b) Hasil Potongan ….............................................. 38 Gambar 3.9. (a) Proses Pemolesan, (b) Spesimen Siap Diuji Tekan....................... 39 Gambar 3.10. (a) Proses Pengujian, (b) Proses Pencatatan Data Uji, (c) 3 Titik Setelah Pengujian, (d) Besar Beban Pengujian................................... 40 Gambar 3.11. (a) Ukuran Sampel per Komposisi secara Gambar, (b) Pengukuran Panjang Sampel, (c) Pengukuran Lebar Sampel................................ 41 Gambar 3.12. (a) Proses Coating, (b) Proses SEM................................................... 42
7
Gambar 4.1. Foto SEM ikatan antar Partikel material pada HK5 dengan pembesaran 500x………………………………………………………………………........... 42 Gambar 4.2. Pembesaran 100x Material serbuk Kerang………………………………43 Gambar 4.3. Pembesaran 2000x Material Aluminium Oxide……………………………..43 Gambar 4.4. Foto untuk EDS Kandungan Cangkang Kerang………………………....44 Gambar 4.5. Grafik EDS Material Cangkang Kerang…………………………….….. 44 Gambar 4.6. Foto EDS untuk Aluminium Oxide……………………………………. 45 Gambar 4.7. Grafik EDS Material Alumnium Oxide.................................................... 45 Gambar 4.8. Foto SEM pada kampas asbes,(a) Foto perbesaran 500x, (b) Foto perbesaran 1500x, (c) Foto Perbsaran 2000x…………………………….46 Gambar 4.9. Foto EDS Kampas X……………………………………………………..47 Gambar 4.10. Grafik EDS Kampas X………………………………………………….47 Gambar 4.11. Pengukuran tapak Uji Vickers dengan alat Microscope………………… 48 Gambar 4.12. Diagram rata-rata VHN (Vickers Hardness Number) kampas komposit dan kampas X………………….…………………………… 50
8
DAFTAR TABEL Tabel 2.1. Persentase Berat Kandungan Unsur Kimia pada Basal.......................... 19 Tabel 2.2. Faktor Pengujian Sintering...................................................................... 24 Tabel 3.1. Bahan Kampas Penelitian…………….....................................................29 33 Tabel 3.2. Variasi Paduan Hibrid Komposit Kampas Rem........................................... Tabel 3.3. Proses Pembuatan Spesimen Uji.............................................................. 33 Tabel 4.1. Hasil EDS untuk Kandungan unsur Kimia Cangkang Kerang………….44 45 Tabel 4.2. Hasil EDS untuk Kandungan unsur Kimia Aluminium Oxide……………. Tabel 4.3. Hasil EDS untuk Kandungan unsur Kimia pada kampas X……………. 47 Tabel 4.4. Tabel Hasil rata-rata VHN (Vickers Hardness Number) dari masingmasing Komposisi dan perbandingan dengan nilai Kekerasan dari kampas rem X……………………………………………………………49
