DIPA FT
PROPOSAL PENELITIAN / PKM DIPA FAKULTAS TEKNIK UNILA
PENGARUH UKURAN PARTIKEL TERHADAP
KETAHANAN AUS KOMPOSIT POLIMER BERPENGUAT ABU TERBANG UNTUK BAHAN KAMPAS REM
TIM PENGUSUL
Dr. Eng Shirley Savetlana, S.T, M.Met. NIDN 0002027402 Irza Sukmana, S.T., M.T., Ph.D NIDN 0001208700 Dr. Sugiyanto, MT NIDN 0011045701 Prof. Dr. Mohammad Badaruddin,M.T NIDN 0011127202
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS LAMPUNG
2021
IDENTITAS DAN URAIAN UMUM
1. Judul Proposal : Pengaruh ukuran partikel terhadap ketahanan aus komposit polimer berpenguat abu terbang untuk bahan kampas rem
Jenis Kegiatan : DIPA Penelitian DIPA PkM 2. Jenis Hibah : Penelitian
3. Tim Pengabdian
No. Nama Jabatan Bidang
Keahlian
Alokasi waktu (jam/minggu) 1. Dr. Eng.Shirley Savetlana,
M.Met
Ketua Teknik Mesin 20
2. Irza Sukmana, M.T., Ph.D Anggota 1 Teknik Mesin 10 3. Prof.Dr Sugiyanto Anggota 3 Teknik Mesin 10 4. Prof.Dr.M. Badaruddin Anggota 3 Teknik Mesin 10 4. Objek Pengabdian: Material maju, komposit serbuk
5. Masa Pelaksanaan
Mulai : bulan Mei tahun 2021 Berakhir : bulan Oktober tahun 2021 6. Usulan Biaya : Rp. 10.000.000,00
7. Lokasi Penelitian (lab/studio/lapangan) : Laboratorium komposit Unila 8. Kontribusi mendasar pada peer / bidang:
Bahan penyusun komposit terdiri dari matrik, binder, penguat dan pemodifikasi gesekan.
Pengaruh keseragaman partikel bahan penyusun komposit terhadap ketahanan aus komposit akan dapat diketahui dengan adanya penelitian ini.
9. Nama Prosiding/Jurnal Ilmiah/Seminar/Konferensi yang menjadi sasaran publikasi ilmiah sebagai luaran outcomes penelitian / PKM
Seminar dan prosiding nasional sinta.
ABSTRAK
Limbah abu terbang batubara sangat besar jumlahnya seperti yang terdapat di PTBA Tarahan Lampung. Limbah ini belum dimanfaatkan secara optimal, limbah ini juga dapat merusak lingkungan jika tidak segera diatasi. Disisi lain, kebutuhan material untuk transportasi di Indonesia terus meningkat, salah satunya material yang tahan aus seperti kampas rem. Berdasarkan latar belakang tersebut perlu dicari solusi yang dapat memberikan keuntungan ganda yaitu berkurangnya limbah dan didapatkannya suku cadang yang murah.
Kampas rem, pada umumnya terdiri dari bahan-bahan penyusun yang dikelompokan menjadi bahan penguat, bahan pengikat, bahan pengisi dan pemodifikasi gesekan. Bahan penguat kampas rem biasanya terbuat dari bahan keramik seperti alumina dan silika. Limbah abu terbang batubara antara lain mengandung kedua bahan keramik tersebut sehingga dengan demikian berpotensi untuk digunakan sebagai penguat pada kampas rem.
Penelitian awal oleh penulis meneliti potensi fly-ash Lampung. Abu terbang telah diuji kandungan senyawanya menggunakan EDS dan XRF. Hasil yang didapatkan menunjukan bahwa abu terbang mengandung banyak SiO2. Hal ini menunjukan bahwa abu terbang tersebut bersifat keras dan dapat digunakan untuk penguat pada komposit polymer. Penelitian berikutnya oleh penulis menunjukan ikatan yang cukup baik antara partikel abu terbang dan pengikat/matrik polimer. Kekuatan bending dan impak dari komposit abu terbang/polimery menunjukan nilai yang cukup tinggi.
Pada usulan ini akan dibuat komposit dengan ukuran fly-ash yang berbeda-beda.
Komposit untuk bahan kampas rem akan dibuat dengan mencampurkan bahan-bahan sesuai komposisinya. Selanjutnya campuran tersebut ditekan dengan mesin press sambil dipanaskan.
Sampel komposit selanjutnya diuji ketahanan aus. Hasil dari penelitian dapat dipublikasikan ke seminar nasional. Produk dari hasil penelitian ini diharapkan akan dapat digunakan sebagai bahan kampas rem di Indonesia sehingga mengurangi ketergantungan terhadap produk impor. Pengembangan dalam topik ini secara terus menerus juga diharapkan dapat menjadikan Universitas Lampung sebagai salah satu pusat penelitian komposit di Indonesia.
1 BAB 1. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Menurut data tahun 2015, di Indonesia pembangkit listrik menggunakan batubara sebanyak 70.330.247,25 ton [Sodikin, 2015]. Batubara menyisakan abu terbang (fly ash) dalam jumlah yang cukup tinggi, pada tahun 2019 sekitar 8.310.000 ton [https://www.dunia-energi.com/, 2016]. Sampai saat ini penelitian mengenai pemanfaatan abu terbang batubara sudah diusahakan penggunaaannya seperti pada bahan bangunan, genteng, campuran semen, campuran bahan bangunan, pengerasan jalan, komposit dan refractory [Ardha, 2006].
Fly ash mengandung bahan keramik seperti alumina, silica dan ferric oxide yang mempunyai sifat mekanik yaitu kekerasan dan ketahanan temperatur yang tinggi.
Komponen mesin yang memerlukan kekerasan yang tinggi antara lain kampas rem.
Kampas rem komersil yang digunakan dikendaraan pada umumnya dibentuk dari lebih dari 10 bahan diantaranya bahan penguat dari keramik [Cho, 2005].
Pertumbuhan kendaraan bermotor di Indonesia sangat pesat. Hal ini dikarenakan harganya yang lebih terjangkau dan praktis. Sukucadang kendaran bermotor yang penting antara lain kampas rem. Kampas rem motor untuk pemakaian di kota biasanya diganti setahun sekali dengan pengecekan setiap dua bulan. Tahun 2019 jumlah sepeda motor di Indonesia 133.617.012 [https://www.bps.go.id/indicator/17/57/1/jumlah-kendaraan- bermotor.html] dan terus naik setiap tahunnya. Melihat pemakaian sepeda motor yang hampir mencapai setengah dari populasi penduduk Indonesia maka dapat dibayangkan berapa banyak konsumsi kampas rem sepeda motor. Saat ini kampas rem belum banyak diproduksi sendiri. Hal ini menunjukan perlunya penelitian di bidang material untuk bahan kampas rem ini.
Teknologi komposit dapat digunakan untuk membuat dan mengembangkan kampas rem dari bahan komposit abu terbang batubara. Kampas rem berbahan komposit memiliki kelebihan antara lain ekonomis, tidak merusak rotor disk, pengereman tidak menimbulkan suara berisik dan aman untuk lingkungan. Pemanfaatan teknologi ini juga memberikan peluang untuk pemanfaatan limbah fly-ash menjadi bahan yang berguna yang sangat
2 dibutuhkan oleh pasar dalam hal ini pengguna kendaraan bermotor.
1.2 Perumusan Masalah
Abu terbang (fly-ash) memerlukan areal penyimpanan yang besar dan dapat mencemari lingkungan jika tidak segera dimanfaatkan. Limbah abu terbang batubara sangat besar jumlahnya dan belum dimanfaatkan secara optimal, limbah ini juga akan merusak lingkungan jika tidak segera diatasi.
Disisi lain, kebutuhan material untuk transportasi di Indonesia terus meningkat, salah satunya material yang tahan aus seperti kampas rem. Bahan untuk kampas rem masih diimpor dari luar negeri dengan harga yang mahal. Kampas rem pada sepeda motor membutuhkan koefisien gesek antara 0.3-0.5. Kampas rem harus di cek setiap 5000 miles dan harus diganti setiap 50.000 miles. Standar SAE J661 menetapkan 6 golongan koefisien gesek kampas rem dari koefisien gesek < 0.15 sampai dengan >0.50 [https://en.wikipedia.org/wiki/Brake_pad].
Dari sisi pengembangan komposit di Indonesia, penelitian tentang komposit kampas rem sudah dilakukan tapi komposit yang dibuat masih terdiri dari bahan pengikat dan bahan penguat saja padahal kampas rem komersil memerlukan bahan-bahan lain seperti pemodifikasi gesekan dan pengisi dan peningkatkan ketahanan panas kampas. Banyaknya bahan penyusun rem komposit memerlukan penelitian mengenai peranan masing-masing bahan tersebut terhadap kinerja bahan kampas rem khususnya sehubungan dengan laju keausan dan koefisien gesekan.
Penelitian dari penulis sebelumnya telah menguji pengaruh dari komponen bahan- bahan penyusun kampas rem. Antara lain pengaruh ukuran fly-ash terhadap sifat mekanik komposit yaitu kekuatan impak dan kekuatan bending. Hasil dari penelitian ini memberikan rekomendasi ukuran fly-ash yang sesuai untuk dipakai sebagai penguat pada komposit. Selanjutnya penulis melakukan penelitian mengenai parameter fabrikasi komposit yaitu tekanan dan temperatur serta durasi pengepresan serbuk komposit. Hasil dari penelitian ini merekomendasikan parameter fabrikasi yang sesuai untuk mendapatkan
3 sifat mekanik komposit yaitu kekerasan dan ketahanan aus. Ketahanan aus dan kekerasan adalah sifat mekanik yang penting apabila komposit akan diaplikaskan untuk kampas rem.
Penelitian selanjutnya oleh penulis adalah meneliti ketahanan panas komposit dikarenakan pada saat pengereman temperatur bisa mencapai 350 C. Hasil yang didapatkan komposit mempunyai ketahanan panas diatas temperatur tersebut. Penelitian selanjutnya penulis meneliti tentang bagaimana meningktakan compactibility antar serbuk penyusun dengan menambahkan NBR serta meningkatkan ketahanan aus dengan penambahan graphite.
Dari penelitian-peelitian diatas, komposit masih diuji ketahanan ausnya pada satu beban dan kecepatan pengujian tetapi bagaimana kestabilan dari komposit tersebut apabila beban dan kecepatan naik belum diuji. Komponen untuk pemodifikasi gesekan yaitu carbon hitam akan ditambahkan untuk meningkatkan kestabilan komposit.
1.3 Tujuan Khusus
Kampas rem berbahan komposit polimer harus ketahanan aus yang tinggi. Keseragaman partikel pada bahan penyusun komposit dapat meningkatkan ketahanan aus pada komposit sehingga tujuan khusus dari penelitian ini adalah:
1. Membuat komposit untuk bahan kampas rem
2. Melihat pengaruh keseragaman ukuran partikel terhadap ketahanan aus komposit 2. Mengamati mekanisme kegagalan pada komposit dengan fhoto SEM
1.4 Urgensi (keutamaan) Penelitian
Teknologi komposit digunakan untuk menghasilkan material dengan kombinasi sifat- sifat material penyusunnya. Penggunaan abu terbang batubara dapat digunakan untuk bahan rem karena mengandung senyawa peyusun keramik.
Penggunaan abu terbang batubara akan dapat mengatasi masalah lingkungan sekaligus meningkatan nilai ekonomi limbah abu batubara. Pemanfaatan teknologi komposit yang tepat dan optimasi parameternya untuk mendapatkan rem berbahan abu terbang akan mengurangi ketergantungan terhadap bahan kampas rem impor.
4 BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Abu Terbang Batubara (Fly-ash)
Peningkatan jumlah PLTU berbahan bakar batubara di Indonesia menyebabkan meningkatnya jumlah limbah abu terbang batubara (fly-ash) setiap tahunnya. Limbah batubara di Indonesia mencapai angka 8.31 juta ton pada tahun 2019. Limbah abu terbang batubara terbagi dua yaitu fly-ash dan bottom ash. Bottom ash adalah limbah batubara dengan ukuran partikel yg besar dan kasar yang karena massa jenisnya, sisa pembakaran ini berkumpul dibagian bawah ruang bakar sementara fly-ash, terbang diatas ruang bakar dan ditangkap oleh magnetic collector. Biasanya rasio dari fly-ash terhadap bottom ash adalah 70:30 untuk wet bottom boiler dan 85:15 untuk dry bottom boiler.
Fly-ash membeku ketika terbang krn tekanan gas, hal ini menyebabkan fly-ash biasanya berbentuk bulat. Abu terbang (fly-ash) umumnya mengandung silica (SiO2) dan kalsium oksida (CaO). Senyawa terbanyak yang terkandung didalam fly-ash adalah silika.
Silika terbagi dua yaitu silica dengan struktur amorphous biasanya bulat dan halus. Silica dengan struktur kristal, tajam dan berbahaya. Fly-ash umumnya heterogen terdiri dari glassy particle dengan bermacam-macam kristal fasa seperti quartz, mullite dan iron oksida.
Abu terbang dari Pembangkit listrik Tarahan Lampung memiliki kandungan senyawa seperti SiO2 (61.55%), Al2O3 (22.31), Fe2O3, CaO, MgO, K2O, Na2O dan lain-lain.
Dengan relative density yaitu 1.3 gr/ml. Hal ini membuat abu terbang dapat menjadi sumber bahan keramik seperti silica (SiO2), alumina (Al2O3) dan ferric oxide (Fe2O3).
Banyaknya jumlah fly-ash ini menyebabkan diperlukannya lahan untuk penampungan.
Abu terbang mengandung bahan berbahaya arsenic (43.4 ppm); barium (806 ppm);
beryllium (5 ppm); boron (311 ppm); cadmium (3.4 ppm); chromium (136 ppm);
chromium VI (90 ppm); cobalt (35.9 ppm); copper (112 ppm); fluorine (29 ppm); lead (56 ppm); manganese (250 ppm); nickel (77.6 ppm); selenium (7.7 ppm); strontium (775 ppm); thallium (9 ppm); vanadium (252 ppm); and zinc (178 ppm). Hal tersebut menyebabkan perlunya pemanfaatan fly-ash untuk mengurangi limbah fly-ash di lingkungan.
5 Fly-ash sampai saat ini sudah dimanfaatkan sebagai bahan portland semen, structure fill, penggumpal dan stabilisasi sampah, reklamasi tambang, stabilisasi tanah, bahan dasar jalan, partikel pengisi pada tembok. Sementara fly-ash juga banyak sedang diteliti sebagai geopolimer, genteng, cat, oengecoran logam dan sebagai pengisi pada produk kayu dan plastik.
Fly-ash juga banyak diteliti sebagai bahan penguat pada komposit. Penelitian tentang fly ash untuk komposit Metal Matrik Komposit (MMC) melakukan penambahan 35% abu terbang pada matrik aluminium. Kekuatan impak yang didapatkan adalah 0.12 J/mm.
Energi impak meningkat sampai 67% dari aluminium murni yang mempunyai energi impak 0.14 J/mm.
Spesifikasi fly-ash untuk penggunaan sebagai bahan beton terdapat pada standar ASTM C618-19 (Standard Specification for Coal Fly Ash and Raw or Calcined Natural Pozzolan for Use in Concrete). Partikel fly-ash halus dengan densitas 1.97-2.89 g/cc.
Berbentuk bulat dengan luas permukaan 4000-10.000 cm2/gr [Bahera et.al., 2010].
2.2 Bahan kampas Rem
Piringan rem atau disk brake terdiri dari disk berbahan besi cor yang berputar mengikuti roda, caliper diantara steering dan kampas rem. Ketika pedal rem diinjak, tekanan hidrolik menekan piston sehingga kampas dan disk brake bergesekan. Terjadi penahanan sehingga kendaraan menjadi lambat atau berhenti. Gesekan antara disk dan kampas yang melawan gerakan menimbulkan panas karena adanya konversi energi kinetik. Bahan rem harus mempunyai persyaratan keamanan, ketahanan dan dapat mengerem dengan halus, keausan rendah, tidak merusak permukaan drum dan menyerap getaran. Gambar 2.1 menunjukan komponen pengereman dan geometri kampas rem sepeda motor.
Kampas rem umumnya terdiri dari bahan-bahan yang dikelompokan menjadi empat macam kelompok bahan yaitu pengikat (binder), pengisi (filler), pemodifikasi gesekan (friction modifiers) dan penguat (reinforcement) [Dijokani et.al, 2019]. Beberapa peneliti lainnya menggolongkan juga menjadi fibre reinforcement, binder, friction modifiers, solid lubricant, abrasive, and filler [Erikson et.al., 2002]. Bahan kampas rem harus mempunyai gaya gesek yang stabil, kekuatan yang sesuai dan ketahanan aus yang baik.
6 2.1.1 Pengikat (Binder)
Untuk kampas rem komposit berbasis polimer, bahan pengikat yang paling sering digunakan adalah phenolic. Diantara polimer, phenolic mempunyai ketahanan temperatur, kekuatan yang tinggi dan compatible dengan bahan-bahan lain penyusun komposit [Satapathy 2002, Xu, 2003, Cho et.al., 2015].
2.1.2 Pengisi (Filler)
Bahan pengisi digunakan untuk mengurangi bahan yang lebih mahal dalam kampas rem komposit. Bahan pengisi juga ditambahkan untuk memperbaiki manufacturability. Filler ada yang organik seperti chasew dust and rubber dan inorganik yaitu barium sulphate (baryte), mica, vermiculite and calcium carbonate. Filler organik menurunkan kebisingan karena sifat viscoelasticnya sementara filler organik juga menurunkan kebisingan dan meningkatkan ketahanan temperatur komposit [Chan et.al., 2004 , Stephen,et.al., 2019].
Filler yang paling banyak digunakan adalah baryte. Penambahan 20 % baryte meningkatkan koefisien gesek kampas dan meningkatkan keausan tetapi penambahan baryte 40 % menurunkan koefisien gesek [Sogozu, 2016].
2.1.3 Bahan penguat (reinforcement)
Bahan penguat pada kampas rem meningkatkan sifat-sifat mekanik seperti ketahanan aus dan kekerasan serat meningkatkan ketahanan temperatur kampas rem. Bahan penguat pada rem antara lain logam, keramik, gelas serat acrylic [I. Mutlu, 2006] dan serbuk logam seperti besi [Hee, 2005, Yun, 2010]. Hee et.al meneliti kampas rem yang salah satu komponen penguatnya menggunakan abu terbang sehingga bisa mengurangi porsi penguat logam. Abu terbang dapat digunakan pada kampas rem apabila digabungkan dengan bahan tambahan lainnya [K.W. Hee, 2005]. Shirley et.al menggunakan fly-ash sebagai bahan penguat pada komposit berbasis phenolic.
Graphite ditambahkan sebagai pemodifikasi gesekan sementara NBR ditambahkan untuk meningkatkan compatibility antar komponen penyusun komposit. Komposit yang dihasilkan menunjukan ketahanan aus yang cukup baik. [Shirley et.al, 2015].
7 2.1.4 Pelumas padat (Solid lubricant)
Pelumas padat sangat penting karena selama pengereman temperatur eningkat dikarenakan adanya gaya geser pada bahan kampas sehingg dapat menurunkan koefisien gesek dan meningkatkan laju keausan. Pelumas padat yang sering digunakan yaitu graphite, metal sulphide dan SbS3. Pelumas membentuk lapisan diantara kontak 2 permukaan sehingg dapat mengurangi keausan yang berlebihan.
Pelumas padat dipengaruhi oleh temperature, tekanan, kecepatan dan kondisi lingkungan [Martinez et.al., 2016]. Graphite digunakan sebagai penyerap panas dan bunyi. Long graphite mengurangi panas dan bunyi lebih baik dibandingkan flake graphite [El-Tayeb, 2009]. Penambahan Sb2S3 didalam kampas rem berbahan graphite meningkatkan kestabilan pelumas padat [Min Hyung Cho, 2006].
2.1.5 Pemodifikasi gesekan (friction modifier)
Pemodifikasi gesekan seperti material abrasif meningkatkan gesekan dan keausan brake disc. Abrasive material seperti alumina, carbon black, silicon carbide, zircon, quartz and magnesia [Shirley et.al., 2015, Jang, 2004]. Brake lining material SiC mempunyai koefision gesek yang tinggi tetapi menyebabkan kebisingan dan getaran pada brake pad yang menyebabkan keausan yang berlebihan pada brake disk. Bahan friction modifier yang lain yaitu magnesia mempunyai ketahanan retak yang rendah sehingg amudah untuk pecah menjadi partikel yang lebih kecil sehingga menurunkan koefisien gesek. Sementara zirqon dan quarzt memiliki koefisien gesek diantara silicon carbide dan magnesia [Kim et.el, 2011]. Partikel zircon yang kasar menunjukan stabilitas gesek yang excellent dengan keausan yang rendah tetapi partikel zircon yang kasar ini menyebabkan keausan yang berlebihan pada brake disk. Sementara partikel zircon yang halus membentuk lapisan gesek tipis transient. Lapisan ini menyebabkan stabilitas gesek yang rendah [12]. Uraian diatas menunjukan ukuran dan bentuk dari partikel mempengaruhi sifat gesekan friction modifier Carbon black digunakan juga sebagai pemodifikasi gesekan tetapi belum ada penelitian mengenai pengaruh struktur carbon black terhadap sifat-sifat gesek kampas rem komposit.
8 2.3 Fokus penelitian
Komposit dengan penguat fly-ash akan dibuat dalam penelitian ini. Komposit fly-ash ini akan menggunakan karbon hitam sebagai friction modifier. Pemilihan carbon black karena bahan ini murah dan renewable. Ada beberapa penelitian carbon black sebagai friction modifier pada kampas rem tetapi dari penelitian-penelitian tersebut belum ada penelitian mengenai pengaruh struktur carbon black terhadap koefisien dan kestabilan gesek kampas komposit. Carbon black yang akan digunakan berbeda strukturnya menurut serinya. Seri carbon black yang akan digunakan yaitu N220, N330 dan N550.
Gambar 2.1 Kampas rem motor (http://www.motorcycle-central.com) 2.4 Studi pendahuluan yang telah dilaksanakan dan hasil yang dicapai:
Studi pendahuluan yang berhubungan langsung dengan topik yang diajukan dalam proposal ini:
1. Penelitian oleh Shirley Savetlana pada tahun 2013-2014 mengenai laju keausan kampas rem berbahan komposit pada lokomotif kereta api seri CC205 di PT Kereta Api Indonesia SubDrive III.2 DIPO Tanjung Karang, Bandar Lampung. Lokomotif yang mengangkut batubara dari PTBA Sumatera
9 Selatan ke Tarahan Lampung. Hasil yang didapat menunjukan bahwa keausan yang terjadi pada kampas rem adalah keausan adhesive dan nilai laju keausan hampir sama antara roda yang berbeda posisi.
2. Shirley Savetlana telah melakukan penelitian mengenai pengaruh ukuran abu terbang terhadap kekuatan bending dan impak komposit fly ash dengan matrik epoxy. Dari penelitian ini didapatkan kekuatan bending dan impak tinggi pada abu terbang dengan ukuran partikel yang kecil. Hasil foto SEM menunjukan ikatan yang cukup baik antara partikel abu terbang dan matrik epoxy.
3. Shirley Savetlana dkk tahun 2014 telah melakukan penelitian mengenai pengaruh NBR pada kampas rem komposit bermatrik phenolic dan mendapatkan komposit dengan keausan dan kekerasan yang cukup baik.
Adapun publikasi penulis dalam bidang komposit berpenguat abu batubara/kampas rem antara lain:
Tahun 2013: sebagai penulis kedua makalah di jurnal nasional "Jurnal Ilmiah Teknik Mesin (FEMA)", Vol. 1, No.4, Oktober (2013), pp 53-56, Teknik Mesin Universitas Lampung , berjudul "Pengaruh Ukuran Butir Serbuk Fly Ash Terhadap Kekuatan Impact Bahan Komposit Bermatriks Epoxy"
Tahun 2013: sebagai penulis kedua makalah di jurnal nasional "Jurnal Ilmiah Teknik Mesin (FEMA)", Vol. 1, No.4, Oktober (2013), pp 49-52, Teknik Mesin Universitas Lampung , berjudul "Pengaruh ukuran fly-ash pada kekuatan bending komposit resin epoxy"
Tahun 2015: sebagai penulis pertama di journal International (Q3) Material Science Forum (MSF), Volume 827 hal 371-374, 2015. Berjudul: “The Effect of Graphite and NBR on the Hardness of Fly-Ash/Phenolic Composite for Brake Lining Application”.
Tahun 2019: sebagai penulis pertama pada poster di seminar internasional Innovation in Polymer Science and Technology (IPST). Dengan judul: “The effect of fly-
10 ash on wear resistance and thermal property of composite based phenolic for brake lining application”.
Tahun 2019: sebagai penulis pertama pada poster di seminar internasional Innovation in Polymer Science and Technology (IPST). Dengan judul: “The effect of manufacture parameter, particle size and reinforcement materials on mechanical properties of fly-ash/phenolic composite for brake lining application”.
Tahun 2020: sebagai penulis pertama di Journal International ‘Composite theory and practice’ (terindeks di scimago (SJR) dengan judul: “Fly ash/Phenolic Composite for Brake Pad Application: Fabrication, Materials and Thermal Property” (status accepted).
2.5 Peta Jalan Penelitian:
A. Sejak tahun 2013 sampai dengan sekarang, peneliti telah melakukan penelitian dan publikasi dalam desain komposit untuk bahan kampas rem yang tidak hanya terdiri dari pengikat dan penguat tetapi memiliki kandungan pengisi dan pemodifikasi gesekan seperti kampas rem komersil. Sifat-sifat mekanik komposit abu terbang yang diuji yaitu kekerasan, ketahanan aus dan ketahanan panas. Pengamatan morphology dilakukan dengan menggunakan SEM.
B. Pada penelitian yang di usulkan ini, akan dibuat bahan kampas rem untuk kampas rem motor yang terbuat dari desain bahan komposit yang didapat pada penelitian- penelitian sebelumnya. Kestabilan sifat-sifat mekanik yaitu nilai koefisien gesek dan ketahanan aus pada beban dan kecepatan pengereman yang bervariasi akan diuji dan dibandingkan dengan kampas rem kendraan roda dua komersil.
11 Gambar 2.2 Road Map penelitian penulis
dalam bidang komposit fly-ash
2019, The effect of manufacture parameter, particle size and reinforcement materials on mechanical properties of fly- ash/phenolic composite for brake lining application (Publikasi: poster di seminar internasional Innovation in Polymer Science and Technology (IPST))
2019, The effect of fly-ash on wear
resistance and thermal property of composite based phenolic for brake lining application (Publikasi:
poster di seminar internasional Innovation in Polymer Science and Technology (IPST)) 2013,
Pengaruh ukuran fly ash pada kekuatan bending komposit resin epoxy (Publikasi:
Jurnal Ilmiah Teknik Mesin vol 1 No 4)
2015, The effect of graphite and NBR on the hardness of fly-
ash/phenolic composite for brake lining application.
(Publikasi: J.
Internasional Materials Science Forum 827, 371-374) Internasional) 2013,
Pengaruh ukuran butir serbuk fly ash
terhadap kekuatan impact bahan komposit bermatriks epoxy (Publikasi:
Jurnal Ilmiah Teknik Mesin vol 1 No 4)
Penelitian dan publikasi awal tentang kemungkinan penggunaan serbuk abu terbang
(fly-ash) sebagai penguat pada matrik polimer
Penelitian dan publikasi tentang pengaruh penguat abu terbang (fly-ash), komponen bahan-bahan lain, parameter pabrikasi pada sifat-sifat mekanik dan ketahanan panas komposit polimer/fly-ash
2020, Fly ash/Phenolic Composite for Brake Pad Application:
Fabrication, Materials and Thermal Property Journal International
‘Composite theory and practice’
(terindeks di scimago (SJR) status Accepted
Thn 2013-2015 Thn 2016-2020
Thn 2021-2025 Thn 2021
Padan penelitian tahun 2021 akan diinvestigasi pengaruh keseragaman butir bahan penyusun komposit terhadap ketahanan aus komposit.
12 BAB 3. METODE PENELITIAN
Lokasi penelitian
Lokasi Penelitian adalah sebagai berikut: untuk pembuatan komposit dilakukan di Laboratorium Komposit Fakultas Teknik Unila. untuk penggunaan furnace dan ball mill dilakukan di Laboratorium Terpadu Unila. Pengujian TGA dan pengamatan dengan SEM di Laboratorium Terpadu Unila. Sementara itu untuk pengujian keausan dilakukan di Laboratorium Material Universitas Indonesia.
Alat dan bahan
Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah saringan dengan ukuran kerapatan tertentu, cetakan logam, timbangan digital, ball mill, mesin press, furnace, SEM, alat uji aus (ogoshi) tipe OAT-U.
Bahan yang digunakan adalah phenolic, fly-ash, grafit, barium sulfat dan serat karbon.
Metode pembuatan spesimen komposit 1. Pencampuran bahan
Bahan-bahan disaring untuk mendapatkan ukuran yang sama. Selanjutnya bahn-bahan tersebut ditimbang menurut komposisinya. Bahan-bahan lalu dicampurkan dengan memasukan kedalam alat ball mill serta dilakukan pencampuran selama 20 menit.
2. Penekanan
Selanjutnya campuran dimasukan ke cetakan dan dipress dengan tekanan 60 MPa selama 15 menit. Selanjutnya bahan yang telah dipress dapat kita sebut sebagai komposit.
3. Curing
Pada proses curing, komposit dipanaskan dalam furnace pada temperatur 150 C selama 4 jam.
4. Pemotongan spesimen
Selanjutnya komposit yang telah di curing dipotong agar ukurannya sesuai dengan ukuran
13 spesimen pengujian keausan.
Secara keseluruhan metode penelitian komposit untuk kampas rem kendaraan bermotor ditunjukan pada diagram fishbone di gambar 3.1.
Gambar 3.1 Diagram fishbone metode penelitian kampas rem motor
Pencetakan Proses
Pencampuran
sintering Penyaringan Peralatan
Ball Mill
Hot press Furnace Meshing
Metode penelitian Komposit fly-ash
Parameter fabrikasi (hasil studi sebelumnya)
Temperature
Tekanan Laju pemanasan&pendinginan
Pengujian fisik dan mekanik Pengujian kekerasan dan keausan
Pengamatan dengan SEM dan EDS
Materials Matrik Keramik:Phenolic
Binder&Pelumas:grafit& NBR
Penguat: Fly ash & karbon.
hitam
14 Tabel 3.1 Rencana kerja dan indikator keberhasilan.
No Rencana Kegiatan Tugas peneliti Indikator Keberhasilan 1 Desain Rem dari bahan
komposit abu terbang yang didapatkan dari penelitian sebelumnya dengan
mengacu pada rem komersil kendaraan roda 2
Ketua peneliti Komposisi bahan komposit dan parameter fabrikasi
2 Pembuatan kampas yang terdiri dari penguat abu terbang, friction modifier, filler dan binder phenolic resin.
Ketua dan anggota peneliti
Kampas rem komposit selesai difabrikasi
3 Pengujian porositas dan densitas
Anggota peneliti Nilai porositas dan densitas komposit 4 Pengujian kekerasan Anggota peneliti Nilai kekerasan
komposit
5 Pengujian keausan ketua peneliti Nilai keausan komposit 6 Pengamatan morphology
komposit dengan SEM
Ketua peneliti interface yang baik antar komponen penyusun komposit
7 Penempatan kampas rem pada rangka rem kendaraan roda dua.
Ketua peneliti Geometri dan bentuk produk sama dengan kampas rem komersial 8 Analisa hasil pengujian Ketua peneliti Sifat-sifat material sama
atau lebih baik dari kampas rem rujukan.
9 Penulisan makalah untuk diseminarkan di seminar internasional dan
mendaftarkan paten sederhana
Ketua dan anggota peneliti
Artikel accepted di jurnal international terindeks scopus, paten terdaftar melalui sentra HAKI LPPM Unila.
10 Pembuatan laporan Ketua dan anggota peneliti
Laporan sudah di upload
15 BAB 4. BIAYA DAN JADWAL PENELITIAN
4.1 Ringkasan Anggaran Biaya
No Komponen Biaya yang diusulkan
(Rp)
1 Pengadaan alat dan bahan 9,065,000.00
2 Biaya perjalanan penelitian 600,000.00
3 Alat tulis kantor dan bahan habis pakai 135,000.00
4 Laporan/Diseminasi/Publikasi 200,000.00
Jumlah 10,000,000.00
4.2 Jadwal Penelitian
No Jenis Kegiatan Bulan
1 2 3 4 5 6
1 Literature review dan desain komposit
2 Persiapan alat dan bahan 3 Pembuatan Komposit
4 Pengujian mekanik kampas rem 1. Persiapan spesimen
2. uji aus
5 Pengamatan dgn SEM dan Analisa hasil pengujian 6 Analisa hasil pengujian 7 Penulisan laporan
16 DAFTAR PUSTAKA
Ardha N, Pemanfaatan abu terbang PLTU Suralaya untuk Castabel refractory, 2006, Litbang pengolahan mineral
Sodikin M S, Edi P, Statistik Listrik 2011-2015, Badan Pusat Statistik Indonesia.
Bahera, R.K., Characterisation of fly-ash for their effective management and utilization, nasional institute of technology, Rourkela, Orissa, 2010.
Damayanti R., Abu batubara dan pemanfaatannya; tinjauan teknis karakteristik secara kimia dan toksikologinya, Jurnal Teknologi mineral dan batubara, 2018, 14 (3), 213-233.
Chan D., Stachowiak G, Review of automotive brake friction materials. J Automobil Eng.
2004, 218, 953-966.
Cho K.H., Jang H., Hong Y.S., Kim S., Basch R.H., Fash J.W., The size effect of zircon particles on the friction characteristics of brake lining materials, Wear 2008, 264, 291-297.
Dijokani FA., Alaei Y., Shojaei A., Arjmand M., Nin Y., Frictional behaviour of resin- based brake composites: Effect of carbon fibre, Wear 2019, 420-421, 108-115.
El-Tayeb N.S.M., Liew K.W., Dry and wet tribo test with 4 non-commercial of brake pad, Wear 2009, 266, 275–287.
Eriksson M., Bergman F., Jacobson S., On the nature of tribological contact in automotive brakes, Wear 2002, 252, 26–36.
Eriksoon M., Bergman F., Jacobson S., Influence of Disc Topography on Generation of Brake Squeal. Wear 1999, 232, 163-167.
Hee K.W., Filip P., Performance of ceramic enhanced phenolic matrix brake lining materials for automotive brake linings. Wear 2005, 259, 1088-1096.
Jang H., Ko K., The effect of metal fibers on the friction performance of automotive brake friction materials, Wear 2004, 256, 404-414.
Kim.S.S., Hwang H.J., Shin M.W., Jang H., Friction and vibration of automotive brake pads containing different abrasive particles, Wear 2011, 271, 1194– 1202.
Martinez A.M., Martinez E.J., Towards a better understanding of thereaction between metal powders and the solid lubricant Sb2S3 in a low metallic brakepad at high temperature, Wear 2016, 348, 27–42.
17 Satapathy B.K., Bijwe J., Analysis of simultaneous influence of operating variables on
abrasive wear of phenolic composites, Wear 2002, 253, 787–794.
Shirley S., Gusri A.I., The Effect of Graphite and NBR on the Hardness of Fly ash/Phenolic Composite for Brake Lining Application, Mater Sci Forum 2015, 827, 371-374.
Stephen J.T., Oladokun T.O., Adebayo A., Adeyemi G.J. and Abere J.O., Effect of Particle Size on Mechanical Properties and Wear Behaviour of Brake Lining Produced from Waste Material: Sawdust, Journal of Current Engineering and Technology, 1, 1-8.
Sugozu B., Daghan B., Effect of BaSO4 on Tribological Properties of Brake Friction Materials, International Journal of Innovative Research in Science and Technology 2016, 5, 30-35.
Yun R., Filip P., Lu Y.. Performance and evaluation of eco-friendly brake friction materials. Tribol Int 2010, 43, 2010-2019.
Xu Y.M., Mellor B.G., A comparative study of the wear resistance of thermoplastic and thermoset, Wear 2003, 255, 722–733.
https://www.dunia-energi.com/7010-2/
