## KARAKTERISASI KEAUSAN KOMPOSIT CANGKANG KEMIRI DAN TEMPURUNG KELAPA SEBAGAI BAHAN PEMBUATAN KAMPAS REM

## ( BRAKE PAD )
Juan Randy Simamora 1) Chandra Kurniawan 2)
Jurusan Ilmu Fisika, Universitas Quality Berastagi 1)2) Email : juan.muora@gmail.com

## ABSTRAK
Telah  dilakukan  penelitian  tentang  pemanfaatan  cangkang  kemiri    dan  tempurung  kelapa sebagai material komposit dalam pembuatan kampas rem. Desain formulasi bahan komposit gesekan  dilakukan  berdasarkan  empat  kelas  bahan  gesekan  yaitu  pengisi,  pengikat,  serat penguat  dan  pengubah  properti  dengan  persentase  tetap  berdasarkan  berat.  Perbandingan komposisi Serbuk cangkang kemiri dan tempurung kelapa untuk masing-masing sampel S-01 (35  :  25) wt.-%, S-02  (30  :  20) wt.-%,  dan S-03  (25  :  15) wt.-%.  Dari  hasil  analisa  data diperoleh nilai pengujian daya serap air untuk masing-masing sampel S-01 (0.00706 %), S-02 (0.000496  %),  S-03  (0.00584  %).  Uji  Keausan  terendah  terdapat  pada  sampel  S-03  sebesar 3.67  x  10 -5 g/mm 2 .s  .  Hasil  Uji  SEM-EDS  menunjukkan distribusi  partikel  pada  bahan gesekan  yang  berbeda  untuk  masing-masing  sampel  dan  menunjukkan  bahwa  karbon  hadir dalam  jumlah  yang  kurang  lebih  sama  dalam  semua  formulasi.  Dominansi  kehadiran  logam pada  kampas  rem  meliputi  :  besi  (Fe),  magnesium  (Mg),  karbon  (C),  dan  aluminium  (Al), silikon (Si), kalium (K).
Kata Kunci :  kampas rem, cangkang kemiri, tempurung kelapa, komposit

## ABSTRACT
The  research  has  been  conducted  on  the  use  of  candlenut  shells  and  coconut  shells  as composite  materials  in  the  manufacture  of  brake  pads.  The  design  of  friction  composite formulations is carried out based on four classes of friction material namely fillers, binders, reinforcing  fibers  and  property  modifiers  with  a  fixed  percentage  based  on  weight. Comparison of the composition of Candlenut shell powder and coconut shell for each sample S-01 (35: 25) wt .-%, S-02 (30: 20) wt .-%, and S-03 (25: 15) wt. -%. From the results of data analysis,  the  values  of  water  absorption  for  each  sample  were  S-01  (0.00706%),  S-02 (0.000496%), S-03 (0.00584%). The lowest wear test was found in the S-03 sample of 3.67 x 10-5  g  /  mm2.s.  The  SEM-EDS  test  results  show  the  distribution  of  particles  in  different friction  materials  for  each  sample  and  show  that  carbon  is  present  in  approximately  equal amounts  in  all  formulations.  The  predominance  of  the  presence  of  metals  in  brake  linings includes: iron (Fe), magnesium (Mg), carbon (C), and aluminum (Al), silicon (Si), potassium (K)
Keywords :  brake pad, candlenut shell, coconut shell, composite
Pendahuluan
Pencemaran lingkungan menjadi perhatian  yang  serius  karena  memiliki
dampak langsung terhadap kesehatan manusia dan kelestarian lingkungan. Penggunaan
produk  industri  automotif  yang  mudah  aus
dan  melepaskan  partikel  ke  atmosfer  harus dibuat  dengan  bahan  yang  tidak  beracun  dan ramah  lingkungan.  Menurut  hasil  penelitian kesehatan,  pemakaian  kampas  rem  yang umumnya terbuat dari material asbestos dapat menghasilkan  debu  yang  jika  terhirup  oleh manusia  menyebabkan  kanker  paru-paru  dan otak  [3][4][12]  .  Data  Badan  Pusat  Statistik menunjukkan  bahwa  pengguna  sepeda  motor di  Indonesia  mencapai  105  juta,  pada  tahun 2016  dan diperkirakan  akan  meningkat  setiap tahunnya.  Berdasarkan  data  tersebut  dapat diperkirakan tingkat  penggunaan  kampas  rem dengan  material  asbestos  dalam  jangka panjang  yang  tentu  akan  berdampak  besar bagi kesehatan.
Permasalahan  lain  tentang  lingkungan khususnya limbah organik juga menjadi pusat perhatian.  Pembuangan  cangkang  kemiri  dan tempurung  kelapa  di  pinggir  jalan,  sungai, hingga perkebunan dapat menimbulkan permasalahan baru di pada lingkungan sekitar seperti sampah yang menumpuk dan merusak pemandangan. Berdasarkan hal tersebut diperlukan  solusi  penanganan  limbah  organik dengan  memanfaatkan  potensi  cangkang kemiri  dan  tempurung  kelapa,  sekaligus meningkatkan nilai ekonomis limbah tersebut. Ketersediaan  kedua  limbah  organik ini  cukup banyak, sehingga dapat dimanfaatkan sebagai bahan  pengisi  komposit  dalam  pembuatan kampas rem non asbestos.
Seiring  perkembangan  inovasi  dan teknologi yang cukup pesat, penelitian tentang pemanfaatan  bahan organik  sebagai  komposit kampas rem sudah dikaji dan  dilakukan oleh beberapa  peneliti.  Ufoama  P.A.  (2017), mengembangkan  kampas  rem  menggunakan komposit  berbahan  tempurung  kelapa,  biji palem, dan cangkang mete. Hasil Uji keausan 0.025  mm/min  -  0.06  mm/min  menunjukkan peningkatan  kekuatan  ikat  dari  kampas  rem 25-27  Kg/cm2.    Rajmohan  B.  (2017) mengembangkan  kampas  rem  menggunakan
komposit  berbahan  tempurung  kelapa,  tebu, dan  cangkang  siput.  Hasil  uji  keausan  3,55  x 10-6  mg/m  –  4,13  x  10-6  mg/m  sedikit  lebih rendah dibandingkan asbestos.
Dalam  penelitian  ini  akan  dilakukan penelitian pembuatan kampas rem menggunakan komposit bahan dasar cangkang  kemiri  dan  tempurung  kelapa. Pemanfaatan  potensi  alam  seperti  pasir  besi (serbuk  logam)  juga  akan  digunakan  sebagai bahan pengisi komposit.

## Metode

## Material
Bahan  yang  digunakan  untuk  produksi kampas rem dipilih dengan hati-hati termasuk serbuk pengisi cangkang kemiri dan tempurung  kelapa,  resin  poliuretan  sebagai bahan pengikat, karbon sebagai penguat serat, pasir  besi  (aluminium,  tembaga  dan  seng) digunakan  sebagai  bahan  abrasif.  Faktor- faktor  penting  yang  dipertimbangkan  dalam memilih  bahan-bahan  ini  termasuk  koefisien gesekan  yang  tinggi,  tingkat  keausan  yang rendah,  pembuangan  panas  yang  baik  sambil mempertahankan kekuatan mekanik, kemampuan  untuk  mengeringkan,  dan  daya serap air.

## Preparasi Komposit
Desain  formulasi  bahan  komposit gesekan  dilakukan  berdasarkan  empat  kelas bahan  gesekan  yaitu  pengisi,  pengikat,  serat penguat  dan  pengubah  properti  dengan persentase  tetap  berdasarkan  berat.  Berbagai komposisi  pembentuk  komposit  ditunjukkan pada Tabel 1. Cangkang kemiri dan cangkang kelapa  dipilih  karena  keseragaman  dalam kualitas  dan  komposisi  kimia  dan  sifat  yang lebih  baik  dalam  hal  penyerapan  air  dan ketahanan aus.
Tabel 1. Komposisi Sampel Kampas Rem No Sampel Komposisi (wt.-%) Cangkang kemiri Tempurung kelapa Pasir Besi Fiber serat nanas Resin poliuretan karbon 1  S-01 35 25 5 5 25 5
2  S-02 30 20 10 5 25 5 3  S-03 25 15 15 10 25 10 Cangkang kemiri dan tempurung kelapa dibuat  menjadi  bentuk  powder  (bubuk) dengan  memecahnya  menjadi  potongan- potongan kecil dan bubuk halus menggunakan mesin  penggilingan  (Gambar  1)  dan  disaring menggunakan kertas saring ukuran 200 mesh.
Gambar  1. Mesin  Penggiling  Cangkang Kemiri dan Tempurung Kelapa
Mesin  penggilingan  yang  digunakan untuk  menghancurkan  bahan  baku  komposit dengan ukuran grid yang berbeda seperti yang diinginkan  seperti  yang  ditunjukkan  pada gambar  1.  Banyaknya  powder  cangkang kemiri,  tempurung  kelapa,  pasir  besi,  dan carbon  yang dibutuhkan diukur menggunakan neraca  digital.  Bahan  -  bahan  tersebut dicampur  dengan  manual  selama  90  menit dengan  bantuan  menggunakan  mortar  sampai campuran  homogen  terbentuk.  Setelah  itu campuran ini dicampur dengan resin poliuretan  selama  15  menit  menggunakan magnetic  stirrer  dengan  kecepatan  tinggi. Kemudian  dicampur  dengan  serat  daun nanas yang  telah  dipotong  menjadi  ukuran  2  cm. Campuran  komposit  di  atas  dituangkan  ke dalam mold plat logam yang sudah disediakan (Gambar 2).
Gambar 2. Desain Mould Kampas Rem
Cetakan  kampas  rem  seperti  yang ditunjukkan  pada  gambar  2.  Kemudian didiamkan selama 30 menit dimana gel mulai terbentuk    (permukaan  sampel  pada  cetakan yang  panas  tersebut  menunjukkan  bahwa terjadi  reaksi  eksotermik).  Pada  kondisi  ini diberikan  tekanan  15  kN  /  m2  menggunakan mesin  press  hidrolik  dan  dibiarkan  selama  4 jam  setelah  sampel  memenuhi  bagian  mould dan  disintering  pada  suhu  100 ℃ selama  10 menit. Kemudian sampel dikarakterisasi untuk berbagai sifat fisik dan mekanik.
Gambar 3. Sample Komposit Kampas Rem
Hasil dan Pembahasan

## Daya Serap Air
Material komposit gesekan mempengaruhi  kinerja  pengereman  saat
menyerap air, perlu untuk menguji penyerapan  air  untuk  menentukan  ketahanan kampas  rem  terhadap  air.  Tes  penyerapan  air dilakukan  sesuai  dengan  ASTM  570-98. Spesimen dipotong menjadi 30 mm × 30 mm × 10 mm dan dilakukan penimbangan. Sampel disimpan  dalam  air  selama  24  jam  di  bawah suhu  kamar.  Persentase  air  yang  diserap dihitung dari rumus berikut :
% water absorption  = 𝑤0−𝑤1 𝑤1 (1)
dimana,
w 0 =  massa sampel sebelum
direndam di dalam air, w 1 =    massa  sampel  setelah  direndam di dalam air Setelah direndam, komposit dikeluarkan  dan  dibersihkan  dari  kelembaban permukaannya. Kemudian ditimbang lagi, dan perbedaan  massa  saat  sesudah  dan  sebelum menyerap  air  dan  menghitung  persentase penyerapan.  Tabel  2  menunjukkan  persentase penyerapan air untuk berbagai variasi sampel.
Tabel 2. Persentase Penyerapan Air dalam Sampel
No Sample Massa  kondisi basah (gr) Massa kondisi kering (gr) Massa air yang terserap %  daya  serap air 1 S-01 9.84 9.91 0.07 0.00706 2 S-02 10.04 10.09 0.05 0.00496 3 S-03 10.21 10.27 0.06 0.00584 Uji Keausan Uji keausan digunakan untuk menghitung hilangnya material dari permukaan  benda  padat  sebagai  akibat dari gerakan mekanis.  Keausan umumnya analog  dengan  hilangnya  material  karena interaksi  mekanis  dari  dua  permukaan yang  bergerak  meluncur  dan  saling bergesekan.  Hal  ini  merupakan  fenomena normal  yang  terjadi  jika  dua  benda permukaan  saling  bergesekan,  maka  akan timbul  keausan  atau  pergerakan  materi yang terjadi antara dua benda  yang saling bergesekan.  Tingkat  keausan  dihitung dengan rumus:
𝑁 = 𝑤 0 −𝑤 1 𝐴 .𝑡 (2)
Dimana ,
N   =  Nilai laju keausan (g/ mm 2 . sekon) w 0 =  berat awal benda uji (g) w 1 =  berat akhir benda uji (g) A   =  luas daerah kontak (mm 2 ) t     =  waktu kontak (s)
Gesekan  tipe  pin-on-disc  digunakan untuk  mengevaluasi  karakteristik  keausan komposit  dalam  kondisi  sliding  kering  pada suhu kamar. Spesimen itu dipegang diam dan disk diputar sementara gaya normal diterapkan  melalui  mekanisme  tuas  selama 120  detik.  Permukaan  disk  dibersihkan dengan  etanol  sebelum  dimulainya  percobaan baru.  Data  uji  keausan  kampas  rem  untuk keadaan kering ditunjukkan pada tabel 4. Dari tabel  tersebut,  diperoleh  tingkat  keausan tertinggi pada sampel S-01 dengan komposisi kemiri  dan  tempurung  kelapa  (35  wt  .-%,  25 wt .- %).
Tabel 4. Hasil Uji Tingkat Aus untuk sampel No Sample w0 (g) w1 (g) time (s) A (mm2)  N (g/mm2.s) 1 S-01 62.24 62.01 120 36.27 5.28 x 10 -5 2 S-02 62.96 62.75 120 36.27 4.82 x 10 -5 3 S-03 64.57 64.41 120 36.27 3.67 x 10 -5

## 3.3. Karakterisasi SEM – EDS
Morfologi komposit dilakukan dengan pemindaian  mikroskop  elektron  (SEM)  dan analisis unsur menggunakan Energy Dispersive  Spectroscopy  (EDS)  JEOL  merek JSM-6390A  dengan  Analisis  resolusi  sistem: 61  eV,  Geometri  ED:  Elevasi  =  350, Tegangan percepatan: 20 kV. Hasil pengujian SEM dengan masing-masing sampel ditunjukkan pada Gambar 3.
a b
c
Gambar 3.  Hasil pengujian SEM – EDS dengan variasi sampel (a) S-01 (b) S-02 (c) S-03
Dari hasil  tersebut,  dapat dilihat distribusi  partikel  pada  bahan  gesekan yang  berbeda  untuk  masing-masing sampel. Hasil komposisi unsur berdasarkan  analisis  EDS  menunjukkan bahwa  karbon  hadir  dalam  jumlah  yang kurang  lebih  sama  dalam  semua formulasi. Persentase oksida yang tinggi ditemukan  pada  sampel  S-01,  dimana dapat  melemahkan  ikatan  antar  atom dan  mengurangi  kekuatannya.  S-03 mengandung  jumlah  oksida  paling sedikit.  Dominansi  kehadiran  logam pada  kampas  rem  meliputi  :  besi  (Fe), magnesium  (Mg),  karbon  (C),  dan aluminium (Al), silikon (Si), kalium (K). Salah  satu  kelebihan  penggunaan  serat daun  nanas  adalah  tidak  dapat  diserang oleh karat dan meningkatkan fungsionalitasnya sebagai serat penguat.

## 4. Kesimpulan
Dari  hasil  pengujian  dan  analisa data  pengujian  absorpsi  dan  keausan komposit  kampas  rem  dengan  berbagai variasi  komposisi,  maka  hasil  rata-rata terbaik pengujian daya serap air terdapat pada  sampel  S-03  dengan  komposisi cangkang  kemiri  dan  tempurung  kelapa (25  :  15  )  wt.-%,d  engan  nilai  0.00584 %.  Dan  nilai  rata-rata  terbaik  pengujian keausan terdapat pada sampel S-03 (25 : 15  )  wt.-%,  dengan  nilai  3.67  x  10 -5 g/mm2.s. dilihat distribusi partikel pada bahan  gesekan  yang  berbeda  untuk masing-masing
sampel dengan
persentase oksida yang tinggi ditemukan pada  sampel  S-01,  dimana  dapat melemahkan  ikatan  antar  atom  dan mengurangi
kekuatannya.
S-03
mengandung  jumlah  oksida  paling sedikit.  Dominansi  kehadiran  logam pada  kampas  rem  meliputi  :  besi  (Fe), magnesium  (Mg),  karbon  (C),  dan aluminium (Al), silikon (Si), kalium (K).

## 5. Ucapan Terima Kasih
Peneliti  mengucapkan  terimakasih  atas pendanaan  penelitian  Dosen  Pemula kepada    DRPM  kementrian  Riset  dan Teknologi dengan nomor kontrak
T/49/L1.3.1/PT.01.03/2019 .

## Daftar Pustaka
1. Automotive brake friction materials.  Wear,  (2004);  256:  406- 414. 2. B.  H.  TAmbunan.  (2014),  A
Preliminary  Study  on  Use  of Candlenut  Shell  as  a  Renewable Source  of  Energy,  Min  Indonesia,
Journal  of  Ocean,  Mechanical  and Aerospace, Vol 9
3. Darlington  E.  et  all.  (2015), Production  of  Eco-Friendly  Brake Pad  Using  Raw  Materials  Sourced Locally  In  Nsukka,  International Journal  of  Energy  Technology  nad Policy, 5(11) : 47 - 54
4. F.N.  Onyeneke  et  all.  (2014), Production of Motor Vehicle Brake Pad Using Local Materials (Perriwinkle  and  Coconut  Shell), The International Journal of Engineering  And  Sciences  (IJES), Vol. 03, Issue 09. 5. Frandi  B,  et  all.,  (2014),  Kaji Pembuatan  Kampas  Rem  Sepeda Motor  Bahan  Komposit  dengan Filler  Palm  Slag,  Jom  Fteknik Volume I No.2 6. Gbadeyan,  (2017),  Low  Friction Hybrid Nanocomposite Material for
Brake Pad Application
7. Ganguly  A.,  (2008)  George  R.
Asbestos  free  friction  composition for brake linings. Bull. Mater. Sci.,; 31(1): 19-22.
8. Kryachek  V.M.  (2004),  Friction composites:  traditions  and  new solutions  (review).II-  Composite materials.  Powder  Metallurgy  and Metal Ceramics; 44(1-2): 5-16.
9. Lemen  R.A.  (2004),  Asbestos  in Brakes:  Exposure  and  Risk  of Disease,  American  Journal  of Industrial  Medicine  ;  45(3):  229- 237
10. Liu  Y.,  Fan  Z.,  Ma  H.,  Tan  Y.,
Qiao,    J.,  (2006),    Application  of nano  powdered  rubber  in  friction materials. Wear,; 261: 225-229.
11. Nidhi,  Bijwe  J.,  Majumdar  N.
(2006),    Influence  of  amount  and modification  of  resin  on  fade  and
recovery  behavior  of  non-asbestos organic  (NAO)  friction  materials. Tribology Letters ; 23(3): 215-222. 12. Rajmohan  B.  (2017),  Predict  The trobological  Properties  on  brake pad using coconout shell/ sugarcane/ sic powder hybrid composites, International Journal of Engineering and Innovative Technology (IJEIT), Vol : 7 , Issue : 3 13. Shiv Pal Singh, (2015), Analysis of Brake-Pad Friction Material Formulation,  International  Journal of  Advanced  Engineering Research and Science (IJAERS), Vil. 2, Issue 8 14. Suhardiman, (2017), Analisa Keausan Kampas Rem Non Asbestos  Terbuat  dari  Komposit Polimer Serbuk Padi dan Tempurung  Kelapa,  Jurnal  Inovtek Polbeng, Vol. 07 No.2 15. Sutikno,  et  all.,  (2009),  Pembuatan Bahan Gesek Kampas Rem Menggunakan  Serbuk  Tempurung Kelapa Sebagai Pemodifikasi Gesek, FMIPA, UNNES 16. Ufuoma  P.A.  et  all.  (2017),  The Development of  Vehicle Brake Pad
Using  Local  Materials  -  (Palm Kernel,  Coconut  And  Cashew Shells  As  Base  Materials),  IOSR Journal of Engineering (IOSRJEN), Vol. 07, Issue 06.