Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya http://doi.org/10.21009/SPEKTRA
DOI: doi.org/10.21009/SPEKTRA.022.06
SIFAT MEKANIK BAHAN KOMPOSIT KAMPAS REM BERBAHAN DASAR SERBUK ARANG KULIT BUAH MAHONI
Herwidhi Tri Prabowo 1,a) , Sulhadi, Mahardika Prasetya Aji 2,b) , Teguh Darsono
1 Program Studi Magister Pendidikan Fisika Pascasarjana UNNES, Jl. Kelud Utara III, Semarang 50237
2 SMK NU Ma’arif 2 Kudus, Jl. Siliwangi Gg.1 No.99, Kudus 59382
Email: a) herwidhi13@gmail.com, b) mahardika190@gmail.com

## Abstrak
Kulit buah mahoni menjadi salah satu bahan yang belum termanfaatkan secara optimal dalam masyarakat. Jumlah kulit  buah  mahoni  yang  melimpah  akan  menimbulkan  permasalahan  baru  berupa  sampah.  Tingginya jumlah  kulit buah  mahoni  di  lingkungan  masyarakat  menuntut  cara  penanganan  alternatif  yang  kreatif  dan  inovatif  menjadi produk berdaya guna. Sebuah upaya yang dilakukan adalah pemanfaatan kulit buah mahoni sebagai bahan komposit organik  untuk  kampas  rem.  Pembuatan  bahan  komposit  dilakukan  dengan  mereduksi  kulit  buah  mahoni  hingga berbentuk  serbuk  karbon  yang  homogen  yaitu  dengan  mengasap  kulit  buah  mahoni  menjadi  arang  kemudian dilakukan  proses  pencampuran  sederhana  dengan  serbuk  tempurung  kelapa  dan  resin  poliester  sebagai  bahan perekatnya.  Kampas  rem  yang  dihasilkan  diuji  kekerasan  dan  ketahanan  aus  dengan  memvariasikan  persentase komposisi  serbuk  arang  kulit  buah  mahoni  terhadap  bahan  penyusun  lain.  Terdapat  lima  variasi  persentase komposisi  bahan  komposit  yang  dilakukan  pengujian.  Hasilnya  diperoleh  persentase  komposisi  paling  tepat  yaitu 60% arang kulit mahoni, 15% arang tempurung kelapa, dan 25% resin polyester yang memiliki nilai kekerasan dan massa keausan mendekati nilai Standar Nasional Indonesia (SNI).
Kata-kata kunci : kulit buah mahoni, bahan komposit, kampas rem, uji kekerasan, uji gesek.

## Abstract
Mahogany  bark  is  one  of  natural  material  which  not  used  optimally  in  society.  The  overabundance  of  mahogany bark appearing new problem of garbage which charges an alternative solution creatively and innovatively becomes a new efficient and effective product. An alternative solution of mahogany bark utilization is as organic composite material  of  disk brake.  The  making  of  organic  composite  material  of  brake  disk  firstly is  reducing  the  mahogany bark  becomes  a  homogeneous  carbon  powder.  The  mahogany  bark  was  smoked  being  of  carbon  and  mixed  with coconut shell and resin polyester as an adhesive. The  organic composite material was  produced, tested by Brinell Hardness  test  and  attrition  test  by  varied  of  composition  percentage.  There  are  five  kinds  of  composite  material composition had been tested. The result is obtainable of the most precise composition percentage 60% mahogany bark  carbon,  15%  coconut  shell  carbon,  and  25%  resin  polyester  which  has  brinell  hardness  number  and  attrition massa identically with Standar Nasional Indonesia (SNI).
Keywords : mahogany bark, composite material, disk brake, Brinell hardness test, attrition test

## PENDAHULUAN
Sampah  menjadi  salah  satu  permasalahan  bagi  kota-kota  urban  di  Indonesia  yang  belum terselesaikan  dengan  baik  hingga  kini.  Jumlah  dan  ragam  sampah  yang  sangat  banyak menjadi kendala  bagi  efektifnya  pengelolaan  sampah.  Berbagai  solusi  telah  diterapkan  dalam  penyelesaian permasalahan  sampah  seperti  konsep  daur  ulang  sampah  berupa  pembuatan  kompos,  biomassa, biodiesel,  dan  beragam  pembenahan  manejemen  sampah.  Dengan  berbagai  langkah  inovasi
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya http://doi.org/10.21009/SPEKTRA
pengolahan  sampah  yang  telah  dilakukan,  sampah  masih  saja  menjadi  permasalahan  yang  sangat kompleks dan berkelanjutan.
Produksi  sampah  yang  sangat  tinggi  di  Indonesia  menuntut  cara  penanganan  alternatif  yang kreatif dan inovatif menjadi produk yang berdaya guna. Langkah ini penting dilakukan sebagai daya dukung untuk sistem pengelolaan sampah yang telah dilakukan. Pada umumnya, cara sederhana yang dilakukan  untuk  mereduksi  sampah  adalah  dengan  proses  pembakaran.  Proses  ini  berhenti  setelah sampah  terbakar  seluruhnya  dan  tidak  ada  pemanfaatan  lebih  lanjut  dari  hasil  proses  pembakaran tersebut.
Salah  satu  jenis  sampah  yang  keberadaannya  cukup  banyak  di  masyarakat  adalah  kulit  buah mahoni. Dinas Kehutanan Provinsi Jawa Tengah tahun 2014 menyebutkan bahwa mahoni menempati posisi kedua setelah kayu jati dalam daftar potensi kayu di Jawa Tengah. Mengingat potensi pohon mahoni yang begitu besar sebanding dengan produksi sampah kulit buah mahoni yang besar pula [1].
Kayu  mahoni  memiliki  keunikan  warna  dan  tekstur  yang  keras,  sehingga  memiliki  daya  tahan yang  tinggi  [2].  Sama  halnya  pada  kayu  pohonnya,  kulit  buah  mahoni  juga  memiliki    tekstur  yang kuat  dan  keras.  Kulit  buah  mahoni  termasuk  salah  satu  limbah  perkebunan  yang    belum termanfaatkan dengan baik namun memiliki potensi sebagai alternatif bahan komposit [3].
Bahan komposit adalah material yang terbuat dari dua bahan  atau  lebih  yang  tetap terpisah  dan berbeda dalam level makroskopik selagi membentuk komponen tunggal. Komposit terdiri dari suatu bahan utama (matriks) dan suatu jenis penguat yang ditambahkan untuk meningkatkan kekuatan dan kekakuan matriks [4]. Melimpahnya jumlah kulit buah mahoni di alam dinilai mampu dimanfaatkan sebagai salah satu bahan komposit dalam pembuatan kampas rem, tentunya  dikombinasikan dengan bahan-bahan  penguat  lainnya.  Selain  bertujuan  untuk  memanfaatkan  limbah  secara  inovatif, pemanfaatan  limbah  kulit  buah  mahoni  sebagai  bahan  komposit  kampas  rem  dapat  menghilangkan kandungan asbes pada kampas rem yang menimbulkan dampak negatif bagi kesehatan [5]. Campuran beberapa bahan dapat menghasilkan bahan komposit yang memiliki kualitas lebih baik, diantaranya silika.  Silika  memiliki  sifat  kekerasan  yang  cukup  tinggi  sehingga  meningkatkan  gaya  gesek  pada kampas rem [6].
Konsumsi kampas rem di pasaran yang tinggi mengakibatkan kebutuhan bahan komposit kampas rem  juga  tinggi.  Bahan  komposit  kampas  rem  yang  selama  ini  digunakan  di    dunia    industri merupakan  bahan-bahan  kimia  yang  terbatas  dan  berbahaya  bagi  lingkungan  dalam  dosis  tinggi, seperti  asbes  [7].  Pemanfaatan  bahan  alternatif  sangat  dianjurkan  mengingat  keterbatasan  sumber daya  di  alam  [8].  Penulis  melakukan  riset  sederhana  guna  mendapatkan  bahan  komposit  alternatif dalam  pembuatan  kampas  rem.  Riset  sederhana  dilakukan  dengan  menggunakan  arang  kulit  buah mahoni sebagai bahan komposit kampas rem.

## METODE PENELITIAN
Bahan  utama  penelitian  ini  adalah  arang  kulit  buah mahoni.  Kulit  buah  mahoni yang  digunakan adalah  kulit  buah  mahoni  yang  telah  masak  dan  terjatuh  dari  pohon.  Bahan  sampingan  sebagai campuran  arang  kulit  buah  mahoni  yaitu  arang  tempurung  kelapa  dan  resin  poliester.  Peralatan pendukung  meliputi  tungku  pembakaran  untuk  membuat  arang,  mortar  untuk  menghaluskan  arang, saringan untuk menyaring arang, dan alat press untuk mencetak sampel.
Penelitian  awal  dilakukan  dengan  membuat  arang  kulit  buah  mahoni  dan  tempurung  kelapa. Pembuatan  arang  dilakukan  didalam  tungku  untuk mendapatkan  kadar  oksigen  yang  rendah.  Arang hasil pembakaran dihaluskan dan disaring menggunakan alat saring dengan ukuran 40 mesh.
Pembuatan  bahan  komposit  kampas  rem  dilakukan  dengan  melakukan  variasi  komposisi  arang kulit buah mahoni, arang tempurung kelapa, dan resin poliester sebagai berikut:
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya http://doi.org/10.21009/SPEKTRA
TABEL 1 . Persentase Komposisi Bahan Komposit Kampas Rem Label Sampel Komposisi Arang kulit mahoni Arang tempurung kelapa Resin poliester 1 40% 35% 25% 2 45% 30% 25% 3 50% 25% 25% 4 55% 20% 25% 5 60% 15% 25%
Proses  pencetakan  sampel  dilakukan  guna  memadatkan  bahan  komposit.  Pencetakan  dilakukan menggunakan  alat  press  hidrolik  dengan  beban  sebesar  3  ton.  Sampel  dicetak  berbentuk  silinder dengan diameter sebesar 2,5 cm dan tinggi 7,5 cm.
Pengujian  dilakukan  guna  mengetahui  sifat  mekanik  sampel  yaitu  kekerasan  dan  keausan  bahan komposit. Uji kekerasan dilakukan dengan menggunakan metode Brinell . Sampel yang telah dicetak dilakukan  penghalusan  permukaan  dan  pemolesan  agar  diperoleh  permukaan  yang  rata  sehingga tekanan  yang  diberikan  oleh  alat  uji  dapat  terdistribusi  merata.  Sampel  diletakkan  secara  sentris terhadap alat uji dan dilakukan penekanan sampai sampel terlihat retak dan hancur. Tepat saat sampel terlihat retak dan hancur, dilakukan pembacaan dan pencatatan pada skala Brinell.
GAMBAR 1 . Alat Pengujian Kekerasan Brinell
Persamaan yang digunakan untuk menghitung kekerasan Brinell adalah sebagai berikut :
) ) ( ( 2 2 2 d D D D P BHN    
(1)
Dengan, BHN : Brinell Hardness Number, P : beban yang menekan (Kg), D : diameter penetrator (mm), d : diameter injakan penetrator (mm).
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya http://doi.org/10.21009/SPEKTRA
Pengujian gesek atau keausan dilakukan dengan mengukur massa bahan komposit yang tereduksi selama  proses  penggesekan.  Sampel  yang  telah  dicetak  dilakukan  pelubangan  pada  bagian  tengah sehingga dapat diletakkan dalam alat uji. Sampel diputar dengan kecepatan tertentu sehingga terjadi gesekan dan massa sampel akan tereduksi.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada  penelitian  ini  sampel  yang  digunakan  berjumlah  5  sampel  dengan  persentase  komposisi bahan  yang  berbeda-beda  pada  tiap  sampelnya,  ditunjukkan  pada  tabel  1.  Bahan  yang  digunakan untuk  membuat  sampel  antara  lain  arang  kulit  buah  mahoni,  arang  tempurung  kelapa,  dan  resin polyester.  Penggunaan  arang  tempurung  kelapa  dimaksudkan  untuk  menambah  tekstur  kasar  pada bahan komposit, sehingga tidak mudah terkikis. Berikut ini sampel bahan komposit yang dihasilkan dari proses karbonisasi dan proses pressing (kompaksi).

## GAMBAR 3 . Bahan Komposit yang Dihasilkan dengan Variasi Persentase Komposisi
Peneliti  membuat  sampel  bahan  komposit  berbentuk  silinder  dengan  ukuran  tingginya  2  kali diameter  sesuai  dengan  benda  uji  yang  diperkenankan  oleh  alat  uji  kekerasan brinell .  Tiap  sampel memiliki  struktur  permukaan  yang  berbeda  sebagai  akibat  dari  perbedaan  persentase  komposisi bahan yang digunakan. Pada sampel 1 memiliki tekstur lebih kesat dikarenakan persentase komposisi arang  tempurung  kelapa  yang  digunakan  paling  banyak  dibandingkan  sampel  lain.  Tekstur  arang tempurung  kelapa  yang  kesat  dijadikan  sebagai  bahan  pendukung  agar  bahan  komposit  yang dihasilkan  tidak  mudah  terkikis  dan  lebih  kesat.  Pada  sampel  5  memiliki  tekstur  lebih  halus dikarenakan  persentase  komposisi  arang  tempurung  kelapa  yang  digunakan  paling  sedikit dibandingkan sampel-sampel lain
Pengujian kekerasan sampel menggunakan metode brinell disajikan dalam GAMBAR 4 berikut
GAMBAR 4 . Grafik Nilai Kekerasan Brinell pada Bahan Komposit Kampas Rem
Hasil  pengujian  kekerasan  Brinell  pada  sampel  menunjukkan  bahwa  sampel  1  memiliki  nilai kekerasan  Brinell  tertinggi  dibandingkan  keempat  sampel  lainnya.  Nilai  kekerasan  Brinell  ini dipengaruhi  oleh  persentase  komposisi  arang  dan  resin  yang  digunakan.  Sampel  1  memiliki persentase  komposisi  resin  paling  banyak  diantara  4  sampel  lainnya,  sehingga  memiliki  nilai kekerasan paling tinggi. Uji kekerasan Brinell yang dilakukan untuk mengestimasi tingkat kekuatan
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya http://doi.org/10.21009/SPEKTRA
maksimum  bahan  komposit  dapat  menahan  beban  yang  diterimanya.  Estimasi  dilakukan  dengan mengukur beban yang mampu ditahan oleh permukaan sampel bahan komposit.
Grafik  pada  GAMBAR  4  menunjukkan  terjadinya  penurunan.  Bahan  komposit  pada  sampel  5 dengan  komposisi  60%  arang  kulit  buah  mahoni,  15%  arang  tempurung  kelapa,  dan  25%  resin polyester memiliki nilai kekerasan terendah yaitu 66.36 kg/mm 2 . Nilai kekerasan Brinell ini identik dengan nilai kekerasan pada kampas rem pasaran yang memenuhi Standar Nasional Indonesia yaitu 63.49  kg/mm 2 [9].  Nilai  kekerasan  yang  dihasilkan  dipengaruhi  oleh  faktor  persentase  komposisi bahan komposit.
Pengujian  kedua  yang  dilakukan  terhadap  sampel  bahan  komposit  adalah  uji  keausan  atau  uji gesek.  Uji  keausan  dilakukan  untuk  mengetahui  besar  penyusutan  material  komposit.  Pengukuran dilakukan  dengan  mengukur  massa  bahan  komposit  yang  hilang  setelah  melalui  proses  gesekan. Hasil pengujian keausan disajikan dalam GAMBAR 5 berikut.
GAMBAR 5 . Grafik Massa Keausan pada Bahan Komposit Kampas Rem
Hasil  pengujian  keausan  pada  sampel  menunjukkan  bahwa  sampel  1  memiliki  massa  keausan terendah  dibandingkan  keempat  sampel  lainnya.  Massa  keausan  ini  dipengaruhi  oleh  persentase komposisi  arang  dan  resin  yang  digunakan.  Sampel  1  memiliki  persentase  komposisi  resin  paling banyak diantara 4 sampel lainnya, sehingga memiliki massa keausan paling rendah. Uji keausan yang dilakukan  untuk  mengestimasi  jumlah  massa  sampel  yang  hilang  selama  mengalami  gesekan. Estimasi dilakukan dengan menghitung massa sampel yang tergradasi setelah mengalami gesekan.
Grafik  pada  GAMBAR  5  tersebut  menunjukkan  hasil  yang  cukup  signifikan,  grafik  mengalami peningkatan. Bahan komposit yang terdiri dari 60% arang kulit buah mahoni, 15% arang tempurung kelapa, dan 25% resin polyester memiliki massa keausan tertinggi yaitu sebesar 0.0039 mm 3 . Hal ini diakibatkan  komposisi  utama  bahan  komposit  berupa  serbuk  arang  kulit  buah  mahoni  yang  mudah terkikis.  Nilai  massa  keausan  yang  diperoleh  identik  dengan  bahan  komposit  kampas  rem  yang beredar  di  pasaran  sesuai  Standar  Nasional  Indonesia  yaitu  sebesar  0.004  mm 3 .  Besarnya  massa keausan ini dipengaruhi oleh faktor persentase komposisi bahan komposit. Kekuatan bahan komposit partikel rem, sangat dipengaruhi oleh besar partikel, bahan matriks, dan proses pembuatannya [10].
Pengujian kekerasan dan keausan pada sampel memberikan hasil bahwa sampel 5 dengan komposisi  60%  arang  kulit  buah  mahoni,  15%  arang  tempurung  kelapa,  dan  25%  resin polyester  memiliki  keidentikan  dengan  standar  kampas  rem  yang  telah  beredar  di  pasaran dan  sesuai  standar  SNI.  Kampas  rem  yang  sesuai  dengan  standar  SNI  memiliki  kekerasan yang  cukup,  tidak  dalam  kondisi  keras  maupun  lunak.  Kondisi  kampas  rem  yang  terlalu keras  ataupun  terlalu  lunak  akan  mengakibatkan  permasalahan  pada  proses  pengereman, sehingga  dibutuhkan  tingkat  kekerasan  yang  terstandarisasi  sebesar  63.49  kg/mm 2 .  Hal  ini juga berlaku pada tingkat keausan yang dimiliki oleh kampas rem. Tingkat keausan kampas rem  mempengaruhi  daya  cengkeram  saat  dilakukan  proses  pengereman.  Kampas  rem  yang baik memiliki tingkat keausan yang cenderung tinggi. Pada tingkat keausan yang cenderung tinggi,  kampas  rem  mampu  melakukan  proses  pengereman  dengan  baik.  Sebaliknya  jika
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya http://doi.org/10.21009/SPEKTRA
kampas rem dalam kondisi tingkat keausan rendah, maka daya cengkeram saat pengereman akan rendah dan pengereman tidak berjalan dengan baik.

## SIMPULAN
Variasi  persentase  komposisi  berpengaruh  pada karakteristik  bahan  komposit  kampas  rem.  Nilai kekerasan  meningkat  seiring  dengan  bertambahnya  komposisi  arang  tempurung  kelapa  pada  bahan komposit, sedangkan massa keausan menurun. Diperoleh persentase komposisi bahan komposit yang sesuai dengan Standar Nasional Indonesia yaitu 60% arang kulit buah mahoni, 15% arang tempurung kelapa, dan 25% resin polyester.

## UCAPAN TERIMAKASIH
Terimakasih kepada keluarga besar Pascasarjana Pendidikan Fisika Universitas Negeri Semarang yang telah memberikan sumbangsih dalam bentuk motivasi, bimbingan, dan ide pemikiran.

## REFERENSI
[1] F.  Lucyana.  “Pemanfaatan  Briket  Kulit  Buah  Mahoni  sebagai  Sumber  Energi Alternatif”. Skripsi. Fakultas MIPA. Universitas Gajah Mada. Yogyakarta. 2014.
[2] S.  H.  Brown.  Mahagony:  Swietenia  mahagoni,  Horticulture  Agent  Bronwyn  Mason, Master Gardener Lee Country Extension, Fort Myers. Florida. 2012.
[3] S.  Salamah.  Pembuatan  Karbon  Aktif  dari  Kulit  Buah  Mahoni  dengan  Perlakuan Perendaman dalam Larutan KOH. Diseminarkan pada Seminar Nasional Teknoin. 2008.
[4] Pratama,  “Analisa  Sifat  Mekanik  Komposit  Bahan  Kampas  Rem  dengan  Penguat  Fly Ash Batubara”. Skripsi. Fakultas Teknik. Universitas Hasanuddin, Makassar. 2011.
[5] T. Singh et.al. “Influence of Wollastonite Shape and Amount on Tribo-Performance of Non-Asbestos  Organic  Brake  Friction  Composites”.  International  Journal  on  The Science and Technology of Friction Lubrication and Wear, Vol. 6(11). 2017.
[6] A. I. Olabisi. “Development and Assessment of Composite Brake Pad Using Pulverized Cocoa Beans Shells Filler”. International Journal of Materials Science and Applications, Vol.5(2): 66-78. 2016.
[7] T.  Singh,  A.  Patnaik.  “Assessment  of  Braking  Performance  of  Lapinus-Wollastonite Fibre  Reinforced  Friction  Composite  Materials”.  Journal  of  King  Saud  University- Engineering Sciences, Vol. 29(1): 183-190. 2015.
[8] A. K. Telang et.al. “Alternate Materials in Automobile Brake Disc Applications With Emphasis on Al-Composites”. Journal of Engineering Research and Studies, Vol. 1(1): 35-46. 2010.
[9] R. W. Asmoro. “Pengaruh Prosentase Serbuk Arang Batok Kelapa Bermatrik Polyester pada  Komposit  Bahan  Kampas  Rem  Sepeda  Motor”.  Skripsi.  Fakultas  Teknik. Universitas Muhammadiyah Surakarta. Surakarta. 2012.
[10] P.  I.  Purboputro.  “Pengembangan  Ketahanan  Keausan  pada  Bahan  Kampas  Rem Sepeda  Motor  dari  Komposit  Bonggol  Jagung”.  Jurnal  Media  Mesin,  15:  1411-4348. 2014.