PENGARUH BLACK CARBON DAN SULFUR TERHADAP KOEFISIEN GRIP BAHAN BAN DENGAN BATIKAN SILANG PADA KONDISI LINTASAN BETON KERING DAN BASAH
PUBLIKASI ILMIAH
Diajukan Untuk Memenuhi Tugas Dan Syarat- Syarat Guna Memperoleh Gelar Sarjana S1 Teknik Mesin Fakultas Teknik
Oleh :
WILDAN FERI IRAWAN D200090019
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2016 i
ii
iii
iv
PENGARUH BLACK CARBON DAN SULFUR TERHADAP KOEFISIEN GRIP BAHAN BAN DENGAN BATIKAN SILANG PADA KONDISI LINTASAN BETON KERING DAN BASAH
Abstrak Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh black carbon dan sulfur terhadap nilai koefisien grip bahan ban batikan silang pada lintasan beton basah dan kering. Ban bekerja dengan memanfaatkan gaya gesek antara permukaan ban dengan permukaan jalan gaya gesek ini disebut juga sebagi grip. Grip dapat ditingkatkan dengan cara memperbaiki koefisien gesek antara ban dengan jalan, karena jalan merupakan besaran konstan yang tidak bisa dirubah maka untuk memperbaiki koefisien geseknya dengan cara memperbaiki kwalitas kompon ban. Bahan pembuat kompon ban yang digunakan berupa karet alam RSS dan karet sintetis SBR dicampur dengan black carbon, sulfur, white oil, Zno, stearic acid, parafin wax, MBTS, resin kumaron. Bahan-bahan tersebut dicampur menggunakan mesin roll mixing, hasil dari pencampuran berupa lembaran kompon. Kompon dipres dengan suhu 1300c selama 30 menit untuk mencapai kematang proses ini disebut juga vulkanisasi, hasil dari prosesini berupa spesimen uji. Pengujian tarik menggunakan rubber testing equipment dengan standar SNI. Pengujian kekerasan menggunakan shore hardness tester dengan standar SNI. Pengujian koefisien grip dengan beban 16,2 kg menggunakan alatuji dengan prinsip persamaan daya diketahui, penambahan black carbon dan sulfur berpengaruh terhadap koefisien grip. Semakin banyak pemberian black carbon dan sulfur koefisien grip ban menurun. Kata Kunci : Koefisien Grip, Kompon, Black Carbon, Sulfur.
Abstracts This study aims to determine the effect of black carbon and sulfur to the coefficient of grip the tire material parttern concrete cross on the track wet and dry. Tired works by utilizing the frictional force between the surface of the tire with the road surface friction force is also called as a grip. Grip can be enhanced by improving the coefficient of friction between the tire to the road, because the road is a constant magnitude that can not be changed then to fix the coefficient friction by improving the quality of tire compound. Material for the tire compound used in the form of natural rubber and synthetic rubber SBR RSS mixed with carbon black, sulfur, white oil, ZnO, stearic acid, paraffin wax, MBTS, coumarone resin. The materials are mixed using mixing roll machine, the result of mixing a sheet of compound. Compound pressed to 1300C temperature for 30 minutes to reach kematang This process is also called vulcanization, the results of the test specimen prosesini form. Tensile test using a rubber testing equipment with ISO standards. Hardness testing using a shore hardness tester with ISO standards. Testing the coefficient of grip with a load of 16.2 kg using tool with the principle of equality of power is known, the addition of black carbon and sulfur influence coefficient of grip. Increasingly the provision of black carbon and sulfur tire grip coefficient decreases. Keywords: Grip coefficient , Compound, Black carbon, sulfur
1. PENDAHULUAN Bagian terpenting pada kendaraan adalah ban. Ban merupakan bagian mobil yang bergesekan dengan aspal atau jalan dan bekerja memanfaatkan gaya gesek permukaan ban dengan permukaan jalan. Gaya gesek ini disebut dengan istilah koefisien grip, adapun faktor yang mempengaruhi koefisien gripban yaitu, gaya vertical dari ban terhadap aspal, koefisien gesek antara permukaan yang saling bersinggungan, batikan ban, jenis karet, karakter jalan atau jenis jalan beberapa hal tersebut mempengaruhi grip ban (Hidayat.L, 2014).
1
Batikan diperlukan untuk meningkatkan gaya gesek antara ban dan lintasan atau daya cengkram disebut juga koefisien grip ban. Jika tidak ada batikan atau polos gaya gesek lebih rendah ban akan mudah slip. Karena itu, di indonesia beriklim tropis atau hujan dan panas, di perlu ban yang mampu berada pada kondisi tersebut. Kompon karet adalah campuran karet mentah dengan bahan-bahan kimia yang belum divulkanisasi. Proses pembuatan kompon adalah pencampuran antara karet mentah dengan bahan kimia karet (bahan adiktif). Karet untuk kompon terdiri dari dua jenis, yaitu: (1) Karet alam adalah sumber karet yang berasal dari getah pohon karet (lateks), (2) Karet sintetis adalah karet yang berasal dari hasil samping pengolahan minyak bumi yang kemudian melalui reaksi polimerisasi menjadi suatu material baru yang sifatnya mendekati sifat karet alam. Bahan kimia yang digunakan untuk meningkatkan sifat fisis karet dalam pembuatan kompon adalah bahan antidegrandan, filler (bahan pengisi), anti oksidan, bahan pelunak dan bahan kimia lainnya. Ban kendaraan terbuat dari karet karena sifatnya yang lentur dan elastis. Kontruksi jalan merupakan salah satu yang mempengaruhi koefisien grip ban. Hal ini disebabkan, permukaan ban mengalami kontak langsung dengan jalan sehingga terjadi gaya gesek antara ban dan jalan. Di indonesia sudah mulai banyak menggunakan jalan semen daripada lintasan aspal dikarenakan ketahanan lintasan semen lebih lama dibandingkan lintasan aspal dan perawatannya lebih mudah. Tekstur lintasan aspal lebih lunak dibandingkan lintasan semen. Jika kendaraan melalui lintasan semen koefisien grip lebih rendah dibandingkan melalui lintasan aspal sehingga tingkat keausan ban lebih rendan. Berdasarkan latar belakang tersebut maka dilakukan analisis pengaruh black carbon dan sulfurterhadap koefisien grip bahan ban dengan batikan silang pada lintasan semen kondisi kering dan basah. 2. METODE 2.1 Bahan-bahan penelitian RSS (Rubber Smoke Sheet), SBR (Styrena Butadiena Rubber), Black carbon, Sulfur (belerang), White oill, SA (stearic acid ), Parafin wax, MBTS (MerkaptoBenzo Thiazol difluida),Resin cumaron, ZnO (zinc acid ), Silicon oil. 2.2 Alat yang digunakan Two Roll Mixing(Alat untuk membuat compon), Vulcanizing press (Alat untuk vulkanisasi compon), Rheo meter, Timbangan digital, Cetakan (mold) batikan silang, Infrared thermometer,
2
Digital tachometer, Clamp meter, Vernier caliper, Gelas ukur, Alat Uji Kekerasan Shore A, Alat uji tarik, Alat uji koefisien grip. 2.3 Pembuatan bahan Pada tahap ini diawali dengan menimbang semua bahan-bahan sesuai dengan komposisi yang sudah ditentukan. Semua bahan yang sudah ditimbang di campur menggunakan mesin tworoll mixing. Hasil dari pengolahan berupa kompon. Kompon di letak kan diruangan AC selama semalam, hal ini dilakukan karena masih ada reaksi kimia setelah pengolahan. Tahap ini dilakukan di CV. Trinity Rajawali Universal ( Surabaya ). Vulkanisasi adalah pengolahan kompon menjadi spesimen ban sebelum proses ini dilakukan kompon terlebih dahulu dirheometer. Rheometer bertujuan untuk mengetahui tingkat kematangan kompon. Kompon yang sudah siap dipotong disesuaikan dengan mold, tahap berikutnya mold yang sudah di isi kompon di pres dengan suhu 1300. Pada tahapan kali ini dilakukan di CV. Trinity Rajawali Universal (Surabaya). 2.4 Pengujian 2.4.1Pengujian tarik. ( SNI. 0778-2009 butir 6.2.1 ) Tahap ini bertujuan mengetahui kekuatan masing-masing kompon terhadap kekuatan tarik, pengujian dilakukan di BKKP (Yogyakarta). 2.4.2 Pengujian kekerasan Shore A ( SNI. 0778-2009, 6.2.2 ) Pengujian dilakukan untuk mengetahui nilai kekerasan tiap kompon. 2.4.3 Pengujian koefisien grip Langkah pertama, Dua spesimen direkatkan dengan lem dan dibentuk bulat menyerupai roda, pasang spesisem pada puli alat uji. Alat ukur yang digunakan: vernier caliper, tachometer manual, tachometer infrared, clammeter, thermometer infrared, timbangan digital dan stopwatch. Nyalakan alat ujia langkah berikutnya hitung daya dengan clamp mater, putaran puli (rpm puli) di ukur mengunakan tacho meter dengan cara mendekatakan tachometerinfrared pada poros spesimen yang berputar dan tachometer akan menunjukkan kecepatan putarannya, putaran lintasan beton di ukur dengan menggunakan cara yang sama. 2.4.4 Pengujian keausan Pertama kali yangdilakukan adalah menimbang spesimen lebih dahulu. Kemudian nyalakan alat uji dan pasang spesimen pada puli. Mengukur suhu awal spesimen dan suhu lintasan menggunakan thermometer. Pengujian dilakukan selama 30 menit dengan beban 16,2 kg selama 30
3
menit dilakukan pengukuran suhu pada spesimen dan lintasan untuk mengetahui kenaikan suhu yang terjadi. Spesimen di timbang lagi untuk mengetahui berat setelah melalui pengujian selama 30 menit. Pengujian menggunnakan 4 jenis kompon 3 kompon dengan variasi black carbon dan sulfur ditambah 1 kompon pasaran. 2.4.5 Analisa Pada tahap ini penulismenganalisa hasil dari penelitian yang telah dilakukan. Semua data hasil pengujian dikumpulkan dan disusun secara rapi agar mudah dibaca dan dipahami. Dari hasil data beberapa pengujian dianalisa pegaruh setiap pengujian satu dengan pengujian yang lain.
0.715 0.71 0.705 0.7 0.695 0.69 0.685 0.68 0.675
0.709
0.713 0.707
0.705
kompon kompon 2 kompon 2 kompon 3 pasaran
Koefisien grip basah (φ)
Koefisien grip kering (φ)
3 HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1 Hasil Pengujian Koefisien Grip 0.715 0.71 0.705 0.7 0.695 0.69 0.685 0.68 0.675
0.708
0.710 0.701 0.689
kompon kompon 2 kompon 2 kompon 3 pasaran
Jenis kompon
Jenis kompon
Gambar 3.1 Grafik Koefisien grip bahan ban batikan silang pada lintasan beton kering dan basah. Dari data pengujian menunjukkan, kompon 1 dengan campuran black carbon 50 phr dan sulfur 3 phr pada kondisi lintasan kering memiliki koefisien grip paling tinggi 0,713 pada kondisi lintasan basah 0,710 mampu melebihi koefisien grip kompon pasaran pada kondisi lintasan kerig sebesar 0,709 pada kondisi lintasan basah 0,708 dan koefisien grip paling rendah kompon 3 pada kondisi lintasan kering sebesar 0,705 dan pada lintasan basah 0,689. Dari data tersebut dapat disimpulkan semakin banyak pemberian black carbon dan sulfur koefisien grip ban menurun. Ban berbahan karet lunak ditujukan untuk mencapai grip atau daya cengkram tertinggi artinya semakin lunak bahan yang digunakan maka semakin tinggi cengkram yang dihasilkan (Bikeart, Tedy. 2013). Koefisien grip ban pada lintasan beton kering lebih tinggi dari pada lintasan basah hal ini disebabkan air pada lintasan, air menbuat ban tidak menapak pada lintasa secara sempurna. 3.2 Hasil Pengujian Kekerasan Rata-Rata Pada tabel dibawah ini yang berisi hasil dari pengujian kekerasan Shore A dengan standar metode uji SNI. 0778-2009, butir 6.2.2 pengujian di lakukan di Balai Besar Kulit Karet dan Plastik (BBKKP) Yogyakarta
4
Nilai kekerasan (g)
80 67.33
70
70.33
65.67
74.33
60 50
Kompon 3 black carbon 60phr, sulfur 4phr Kompon 2 black carbon 55phr, sulfur 3,5phr
40 30
Kompon 1 black carbon 50 phr, sulfur 4phr
20 10 0 Kompon pasaran
Kompon 1
Kompon 2
Kompon 3
Kompon pasaran
Jenis kompon
Gambar 3.2 Hubungan antara jenis kompon terhadap nilai kekerasan Kompon 3 dengan campuran black carbon 60 phr dan sulfur 4 phr mempenyai nilai kekerasan palingtinggi sebesar 74,33 dan kompon yang memiliki kekerasan paling rendah adalah kompon 1 dengan campuran black carbon 50 phr dan sulfur 3 phr sebesar 65,67. Dari data tersebut dapat disimpulkan bahwa semakin banyak penambahan black carbon dan sulfur kekerasan kompon meningkat. black carbon merupakan bahan pengisi aktif atau penguat yang mampu menambah kekerasan pada barang yang dihasilkan (Amelia, Mila. 2008). 3.3 Pengujian Tarik Hasil pengujian tarik dengan menggunakan standar pengujian SNI. 0778-2009, Butir 6.2.1 yang dilaksanakan di Balai Besar Kulit Karet dan Plasti (BBKKP) Yogyakarta mendapatkan hasil pada tabel dibawah ini :
Nilai tegangan tarik (Kg/cm2)
250 200
232.75
237.23
201.5
194.77
150 100 50 0 Kompon Pasaran
Kompon 1
Kompon 2
Kompon 3
Kompon 3 (Black carbon 60phr, sulfur 4phr) Kompon 2 (Black carbon 55phr, sulfur 3,5phr) Kompon 1 (black carbon 50 phr, sulfur 3 phr) Kompon pasaran
Jenis Kompon
Gambar3.3 Hubungan antara jenis kompon terhadap uji tarik kekuatan tarik paling tinggi kompon 1 dengan campuran black carbon 50 phr , sulfur 3 phr dan kompon 3 black carbon 60 phr, sulfur 4 phr adalah kompon yang kekuatan tariknya rendah. Dari data tersebut dapat disimpulkan penambahan black carbon dan sulfur mengurangi kekuatan tarik kompon. Filler dengan jumlah lebih tinggi kekuatan tarik menurun, perilaku ini dapat berhubungan dengan kemungkinanan kecenderungan untuk membentuk penggumpalan filler. (S, Maged.2003)
5
0.900 0.800 0.700 0.600 0.500 0.400 0.300 0.200 0.100 0.000
0.710
0.773
Kompon 3 (Black carbon 60phr, sulfur 4phr)
0.68 0.523
Kompon 2 (Black carbon 55phr, sulfur 3,5phr)
Kompon Kompon Kompon Kompon Pasaran 1 2 3 Jenis Kompon
Nilai keausan rata-rata (g/30 menit)
Nilai keausan rata-rata (g/30 menit)
3.4 Pengujian Keausan Di bawah ini adalah hasil dari pengujian keausan, pengujian keausan dengan cara menghitung selisih berat awal dan berat setelah dilakukan pengujian selama 30 menit dengan beban 16,2 kg. Data yang diperoleh 0.250
0,237 0,203 0,17
0.200
0.147
0.150 0.100 0.050 0.000 Kompon Kompon Kompon Kompon Pasaran 1 2 3 Jenis Kompon
Kompon 3 (Black carbon 60phr, sulfur 4phr) Kompon 2 (Black carbon 55phr, sulfur 3,5phr)
Gambar 3.4 Uji keausan rata-rata lintasan beton kerin dan basah Dari data diatas pada pengujian keausan lintasan beton kering kompon 1 dengan campuran 50 phr black carbon dan 3 phr sulfur memiliki tingkat keausan paling tinggi 0,710 gram dan yang memiliki tingkat keausan paling rendah kompon 3 dengan campuran 60 phr dan 4 phr sulfur sebesar 0,523 gram. Pada kondisi lintasan basah tingkat keausan kompon pasaran = 0,203 gram kompon 1 = 0,237 gram kompon 2 = 0,270 gram dan kompon 3 = 0,147 gram. Tingkat keausan kompon padan kondisi lintasan beton basah lebih rendah dibandingkan kompon pada kondisi lintasan beton kering. Dari data tersebut dapat disimpulkan semakin banyak penambahan black carbon dan sulfur tingkat keausannya semakin rendah karna kompon menjadi semakin keras.
Kenaikan Suhu (0C)
4.5 Hasil Pengujian Kenaikan Suhu Dibawah ini adalah data dari penelitian kenaikan suhu ban dan suhu lintasan yang di lakukan pada pengujian koefisien koefisien grip. 10 8
9.2
9 6.5
8.9 6.9
8.8 6.3 5.1
6 4
Spesimen
lintasan
2 0 kompon pasaran
kompon 1 kompon 2 (BC:50, S:3) (BC:55, S:3,5) Jenis kompon
kompon 3 (BC:60, S:4)
Gambar 3.5 Kenaikan suhu pada kondisi lintasan kering ( BC = blackcarbon, S = sulfur )
6
Kenaikan Suhu (0C)
2 1.5 1
1.8
1.7 1.1 0.7
0.6
0.5
Spesimen
0.8 0.2
0.4
0 kompon pasaran
lintasan
kompon 1 kompon 2 kompon 3 (BC:50, S:3) (BC:55, S:3,5) (BC60, S:4) Jenis Kompon
Gambar 4.6 Kenaikan suhu pada kondisi lintasan basah ( BC = black carbon, S = sulfur ) Dari gambar 4.5 dan 4.6 diketahui bahwa pada kondisi lintasan beton kering kompon 1 dengan campuran black carbon 50 phr dan sulfur 3 phr kenaikan suhunya paling tinggi sebesar 9,2 0C suhu lintasan 6,9 0 pada kondisi lintasan basah kenaikan suhu spesimen hanya 1,1 0C dan lintasan 1,8 0C. Kompon 3 kenaikan suhunya paling rendah dengan campuran black carbon 60 phr dan sulfur 4 phr pada lintasan beton kering hanya 8,8 0C suhu lintasan 5,1 0C saat kondisi lintasan basah kenaikan suhu 0,2 0C dan suhu lintasan 0,4 0C. Dari data tersebut dapat di ketahui bahwa pada kondisi lintasan beton basah kenaikan suhu lebih rendah dibandingkan pada kondisi lintasan beton kering hal ini di akibatkan adanya air pada lintasan, suhu air yang rendah mampu mengurangi tingkat kenaikan suhu. Semakin banyak penambahan black carbon dan sulfur kenaikan suhunya lebih tinggi. 5. PENUTUP 5.1 Kesimpulan Dari hasil penelitian yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa: 1. Semakin banyak pemberian black carbon dan sulfur pada pembuatan kompon menyebabkan koefisien grip menurun. 2. Pada pengujian kekerasan dan pengujian tarik semakin banyak black carbon dan sulfur kompon akan semakin keras dan kekuatan tariknya menurun, sedangkan kompon yang diberi sedikit black carbon dan sulfur kekrasan nya rendah dan tegangan tariknya tinggi. 3. Kompon dengan komposisi black carbon dan sufur sedikit tingkat keausannya lebih tinggi sedangkan kompon dengan dengan komposisi black carbon dan sulfur lebih banyak keausan nya rendah. 4. Koefisien grip bahan ban batikan silang pada kondisi lintasan kering lebih tinggi dibandingkan kondisi lintasan basah. 5.2 Saran Setelah melakukan penelitian ada beberapa saran untuk teman-teman yang mau melakukan pengembangan tetang penelitian ini, yaitu: 1. Dalam melakukan penelitian selanjutnya variasi yang digunakan bukan hanya blcak carbon dan sulfur tapi RSS (karet alam) dan SBR (karet sintetis) juga di variasi. Karena, RSS merupakan
7
bahan utama. Bahan utama yang saya gunakan sangat mahal jika di produksi harga jualnya lebih mahal dari harga produk pasaran yang sudah ada saat ini. 2. Memberikan variasi rpm pada saat pengujian koefisien grip ban agar tau kemampuan grip ban pada rpm tinggi dan rendah. 3. Lintasan yang digunakan dibuat berbeda tidak hanya bulat tapi lintasan lurus supaya spesimen dapat diketahui kemampuannya pada lintasan lurus. 4. Untuk Pengujian keausan dilakukan dengang variasi pembebanan supaya tau berapa besar tingkat keausannya pada tiap beban. DAFTAR PUSTAKAN Amelia, M. 2008. “Pengaruh swelling Indeks Compoun Terhadap Tegangan Tarik (green Modulus 300%) Pada Proses Benang Karet Count 37 NS 40 PT.Industri Karet Nusantara Medan”. Karya ilmiah,FMIPA, Universitas Sumatra Utara, Medan. Bikeart, T. 2013. “Tipe kompon ban Motor”. https://majalahbikaert.word press.com/2013/02/02/tipe-kompon-ban-motor/ Daroyni, R. 2008. Formula One Technology. Diakses dari: http://f1-technology. blogspot.com Hendarto, R. 2014. “Pengaruh Komposisi Kompon Ban Terhadap Koefisien Grip Pada Lintasan Semen”. Skipsi surakarta: Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Surakarta. Hidayat, L. 2015. “Pengaruh Komposisi Kompon Ban Dengan Batikan Lurus Terhadap Koefisien Grip Ban Pada Lintasan Asal Basah Dan Kering”. Skripsi surakarta: Fakultas Teknik, Universitas muhammadiyan Surakarta. Kelingensmith,W.H. 1982. “The Effects of Processing Aids in Rubber Campounds, An Educational Symposium on Rubber Compounding”. Rubber Division ACS : Chicago Meged ,S and Fredns. 2003 “.Cure Charecteristics and Physicomechanical Propertiese of Calcium Carbonete Reinforcement Rubber Composites”. Cairo University at Beni-Suef,Egypt. Nijasure, A,M. 1997 . “Vulcanization of Rubber”. ICI Indrs R & T Centre : india. Riyadhi, A. 2008. “Vulkanisasi karet”. Di akses tanggal 5 setember 2015 jam 20.00 dari: http://www.chem-is-try.org/artikel kimia/kimia material/vulkanisasi karet. Setiyawan, H. 2014.”Pengaruh Komposisi Kompon Ban Pada Koefisien Grip Dengan Lintasan Aspal”. Skripsi surakarta : Fakultas teknik Universitas Muhammadiyah surakatar. Steen Der Van, R. 2007. “Tyre Road Friction Modlling”. Eindhoven: Eindhoven University Of Technology Stolk Ir. Jack, C Kros.1994. “Elemen Kontruksi Bangunan Mesin”. Elemen Mesin, Erlangga, Jakarta. VMI. 2013. Lat100 Tire Tread Compond Testing. http://www.vmi-group.com/tire/products/tireand-compound-testing/lat100-tire-tread-compound-testing/ diakses pada 17 Desember 2015. Wikipedia. 2015. Sejarah Perkembangan Pembuatan Ban. Diakse Dari: https://id.wikipedia.org/wiki/ban Zuhra, F, C. 2006. “Karet”. Karya ilmiah: Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sumatra Utara.
8
