Apakah Serat Karbon Layak untuk Rotor Rem Cakram? Uji Coba Samuel.

Rotor cakram serat karbon sering menimbulkan keraguan. Reputasi material ini dalam membuang panas yang buruk memang beralasan dalam dunia rem pelek, sehingga wajar jika muncul pertanyaan apakah material tersebut layak digunakan di dekat permukaan pengereman. Samuel menguji TC-160 melalui pengujian sertifikasi pihak ketiga untuk menjawabnya berdasarkan data.

Argumen Rem Pelek Karbon, dan Mengapa Itu Tidak Berlaku pada Rotor Cakram

Gambar 1: Sumber: dandyhorse.cc, gambar jalur rem pelek karbon yang mengalami kegagalan.

Kritik tersebut kurang lebih seperti ini: serat karbon merupakan penghantar panas yang buruk sehingga, saat pengereman berkelanjutan, pelek karbon gagal membuang panas. Akibatnya, suhu pelek meningkat dan berpotensi menyebabkan kegagalan pelek atau bahkan ledakan ban.

Komposit serat karbon terdiri dari 2 material: filamen serat karbon dan resin epoksi untuk menyatukan semuanya.

Biasanya, ketahanan panas filamen serat karbon itu sendiri bukan masalahnya, melainkan resin epoksi, khususnya suhu transisi kaca (Tg).

Saat resin mencapai Tg, resin melunak dan struktur kehilangan integritasnya.

Banyak produsen pelek menggunakan resin Tg tinggi dengan rating 200-230°C di atas kertas, tetapi melewati tahap penting post-cure selama produksi. Tanpa post-curing yang tepat (biasanya 90-120 menit pada suhu tinggi), resin tidak pernah mencapai Tg sesuai ratingnya, dan kegagalan dapat terjadi pada suhu serendah 100°C.

Post-curing bertentangan dengan target efisiensi produksi. Proses ini memakan waktu, membatasi output harian, dan menambah biaya.

Banyak merek pelek dari Tiongkok daratan mengiklankan output tinggi dan harga rendah. Dalam banyak kasus, alasannya adalah tahap post-curing dilewati sepenuhnya. Tanpanya, pelek dengan ketahanan suhu tinggi tidak dapat diproduksi. Ini merupakan alasan lain industri beralih dari rem pelek ke rem cakram, karena upaya mengoptimalkan aerodinamika wheelset berarti mengorbankan keselamatan pengereman.

Gambar 2: Samuel Rotor Aero dengan sirip karbon.

Namun, pada rem cakram, beban panas pada struktur karbon berubah sepenuhnya. Permukaan pengereman merupakan material terpisah, biasanya baja tahan karat atau baja+aluminium+baja, seperti yang digunakan Shimano. Karbon pada roda tidak lagi berada dalam jalur termal.

Jadi, pertanyaannya sekarang adalah: bagaimana performa rotor bersirip serat karbon saat menerima beban termal?

Namun sebelumnya, mari kita bahas perbedaan rotor bersirip serat karbon TC-160.

Apa yang Membedakan TC-160?

TC-160 menggunakan resin kelas kedirgantaraan, lengkap dengan post-curing, sehingga sirip karbon dapat mempertahankan integritas struktural hingga 350°C.

Sebagai perbandingan, paduan aluminium hanya memiliki rentang pengoperasian aman sekitar 110-120°C.

Dipadukan dengan susunan serat karbon bermodulus menengah hingga tinggi, rotor ini secara struktural lebih kaku daripada rotor aluminium yang setara, sehingga mengurangi risiko rotor melengkung akibat panas dan menyebabkan gesekan rem.

Proses post-cure berlangsung selama 8-9 jam per batch. Komponen didinginkan secara alami di dalam oven untuk mencegah tegangan internal akibat perubahan suhu yang cepat, sehingga output terbatas pada satu siklus oven per hari dan hanya dua hingga tiga siklus per minggu.

Anda dapat memahami mengapa banyak perusahaan tergoda untuk melewati proses post-curing agar dapat memenuhi permintaan. Namun, Samuel tidak mengambil jalan pintas dan memilih melakukan proses dengan cara yang benar, dengan mengorbankan kapasitas produksinya.

Hal lain yang belum diketahui banyak orang adalah serat karbon memiliki frekuensi getaran alami yang lebih tinggi dibandingkan logam. Artinya, TC-160 secara alami lebih kecil kemungkinannya mengalami decitan rem akibat gesekan saat pengereman dibandingkan rotor biasa dengan sirip aluminium.

Bagaimana Perbandingan TC-160 dengan Shimano?

Samuel melakukan pengujian menggunakan kamera pencitraan termal. Warna yang ditampilkan menunjukkan suhu relatif, bukan suhu absolut.

Untuk mendapatkan suhu absolut, parameter harus disesuaikan dengan emisivitas setiap material agar suhu sebenarnya di setiap lokasi dapat diperoleh. Oleh karena itu, blok warna yang ada saat ini hanya digunakan untuk identifikasi visual.

Rotor dua bagian dengan desain sirip aluminium (Shimano Dura-Ace sebagai referensi) menghantarkan panas dengan baik dan secara efisien menarik panas menjauh dari jalur pengereman baja tahan karat.

Gambar 3: Pencitraan termal rotor Dura-Ace

Gambar 3 memang menunjukkan konduktivitas termal yang tinggi. Panas ditarik dari jalur pengereman menuju sirip aluminium, seperti terlihat dari sorotan merah.

Gambar 4: Pencitraan termal rotor TC-160.

Sirip karbon TC-160 memang memiliki konduktivitas termal yang lebih rendah dibandingkan rotor Dura-Ace, tetapi:

1. Keling baja tahan karat pada sambungan antara sirip karbon dan jalur pengereman berfungsi sebagai penghalang termal, sehingga membatasi perpindahan panas ke struktur karbon.
2. Komposit karbon itu sendiri memiliki konduktivitas termal rendah dan ketahanan panas tinggi.

Singkatnya, sirip aluminium memiliki konduktivitas termal yang baik, tetapi kurang kaku dibandingkan serat karbon.

TC-160 tidak membuang panas seefisien itu, tetapi desain strukturalnya dibuat dengan mengutamakan ketahanan panas, bukan konduksi panas. Hal ini mengurangi risiko rotor melengkung dengan mempertahankan kekakuan yang sangat baik pada sirip.

Bagaimana Performa Sirip Karbon Saat Menerima Beban Termal?

Gambar 5: Data suhu yang dikumpulkan setelah turunan curam 15% dan pengereman berat.

Gambar 6: Data suhu yang dikumpulkan 10 detik setelah turunan 15%.

Gambar 5 menunjukkan suhu tinggi pada jalur pengereman baja tahan karat, sementara area di sekitarnya tetap dingin, seperti terlihat pada zona biru muda/hijau muda setelah pengereman berat di turunan 15%.

Gambar 6 menunjukkan bahwa suhu jalur pengereman baja tahan karat berangsur-angsur menurun. Sementara itu, panas pada rusuk baja tahan karat perlahan berpindah ke titik keling dan menyebar ke bagian atas sirip serat karbon.

Hal ini menunjukkan bahwa panas tinggi dari pelat gesek baja tahan karat secara bertahap menyebar melalui rusuk menuju titik keling. Oleh karena itu, area hangat kehijauan terlihat di sekitar titik keling.

Meskipun resin merupakan media penyimpan panas, nilai konduktivitas termal aksial (k) serat karbon masih sangat tinggi, sehingga bercak warna tetap terlihat di area tempat serat karbon menarik panas.

Validasi Pihak Ketiga: Laporan Pengujian CHC

Samuel menyerahkan TC-160 untuk pengujian independen melalui CHC (Cycling and Health Tech Industry R&D Center), lembaga pengujian Taiwan dengan akreditasi TAF (Taiwan Accreditation Foundation). Akreditasi TAF berarti hasil pengujian tersebut diakui secara internasional.

Laporan CHC mengonfirmasi bahwa TC-160 memenuhi tolok ukur performa termal untuk rotor rem cakram.

Dalam pengujian dunia nyata menggunakan mesin uji, permukaan pengereman baja tahan karat melampaui 600°C, sementara bagian sirip karbon hanya mencapai sedikit di atas 100°C dalam kondisi yang sama, jauh di bawah batas 350°C.

Dalam kondisi nyata, sepeda road tidak dapat menghasilkan suhu gesekan rem cakram yang melebihi 600°C, sehingga ketangguhan rotor ini tervalidasi.

Varian Aero

Versi TC-160/140 Aero menggunakan profil sirip yang dimodifikasi untuk meminimalkan gangguan aliran udara tangensial aksial. Konsekuensinya adalah sensitivitas terhadap angin silang yang sedikit meningkat dibandingkan TC-160 standar. Produk ini cocok untuk sepeda road aero khusus dan setup triathlon yang memang mengutamakan kompromi tersebut.

Ringkasan

Rotor cakram karbon bukan rem pelek karbon. Rotor cakram karbon tidak rentan terhadap kegagalan rem pelek karbon karena perbedaan rekayasanya.

Post-curing komposit serat karbon yang tepat sangat penting dan meningkatkan ketangguhan rotor ini. Dalam kondisi dunia nyata, kegagalan rotor TC-160 akibat epoksi yang melunak praktis tidak mungkin terjadi, sehingga rotor ini dapat lulus sertifikasi CHC yang diakreditasi oleh Taiwan Accreditation Foundation.