Studi Eksperimental Dan Analisa Respon Mekanik Helmet Sepeda Dari Bahan Komposit Busa Polimer Diperkuat Serat Tkks Akibat Beban Impak Jatuh Bebas

Lampiran I

1. Hasil Data Uji Beban Impak Jatuh Bebas.

a. Beban pada sisi samping helmet spesimen A1. Force

(N)

Time (ms)

0 0

292 16 203 47

2. Hasil Data Uji Beban Impak Jatuh Bebas.

b. Beban pada sisi samping helmet spesimen A2. Force

(N)

Time (ms)

0 0

239 16 159 47

3. Hasil Data Uji Beban Impak Jatuh Bebas.

c. Beban pada sisi samping helmet spesimen A3. Force

(N)

Time (ms)

0 0

241 16 124 47

Grafik Gaya Vs Waktu

4. Hasil Data Uji Beban Impak Jatuh Bebas.

d. Beban pada sisi samping helmet spesimen A1, A2 dan A3.

A1 A2 A3

Force (N) Time (ms) Force (N) Time (ms) Force (N) Time (ms)

0 0 0 0 0 0

292 16 239 16 241 16

Lampiran II

1. Hasil Data Uji Beban Impak Jatuh Bebas.

a. Beban pada sisi belakang helmet spesimen B1. Forge

(N)

Time (ms)

0 0

239 31 248 46

2. Hasil Data Uji Beban Impak Jatuh Bebas.

b. Beban pada sisi belakang helmet spesimen B2. Force

(N)

Time (ms)

0 0

231 31

3. Hasil Data Uji Beban Impak Jatuh Bebas.

c. Beban pada sisi belakang helmet spesimen B3. Force

(N)

Time (ms)

0 0

248 31 233 47

4. Hasil Data Uji Beban Impak Jatuh Bebas.

d. Beban pada sisi belakang helmet spesimen B1, B2 dan B3.

B1 B2 B3

Force (N) Time (ms) Force (N) Time (ms) Force (N) Time (ms)

0 0 0 0 0 0

239 31 231 31 248 31

DAFTAR PUSTAKA

Chawla, K.K.( 1987).Composite materials, First Ed. Berlin. New York: Springer-VerlagInc.

Darnoko, P. Guritno, A. Sugiharto, Sugesty. 1995. Pembuatan Pulp dari Tandan Kosong Sawit dengan Penambahan Surfaktan. Jurnal Penelitian Kelapa Sawit 3(1) : 75-87

Hashim, J.(2003). PemerosesanBahan, Edisi Pertama, Johor Bahru: Cetak Ratu Sdn. Bhd.

Halliday and Resnick. (1991). FisikaJilid I. Jakarta:Erlangga.

Khurmi R.S. AN ISO 9001 : 2000 Company., A Text Book of Mechanical

Engineering, S. Chand & Company Ltd., Ram – Nagar, New Delhi –

110055.

Kwei Nam Law, et al.Morphological and Chemical Nature of Fibre Strands of

Oil Palm Empty Fruit Bunch (OPEFB). Bio Resorrces 2(3), 351-362.

2007.

Nuryanto, E. Pemanfaatan Tandan Kosong Kelapa Sawit Sebagai Sumber Bahan Kimia. Warta PPKS: 137-144. 2004.

Rahmad, K,S. 2011. Penggukuran Helmet Sepeda Motor yang Dikenai Beban Impak Jatuh Menggunakan Metode Jatuh Bebas, Tesis Master, USU

Zulfikar. Pembuatan dan Penyelidikan Perilaku Mekanik Material Polymeric Foam Diperkuat Serat TKKS Akibat Beban Statik dan Impak. Program Magister Teknik Mesin USU. 2010.

diakses tgl

20-11-2013 jam 14.20. WIB.

Diakses tgl 02-01-2014 jam 14.20. WIB.

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1. Waktu dan Tempat Penelitian 3.1.1. Waktu Penelitian

Waktu penelitian ini direncanakan selama lima bulan yang dimulai dari bulan september 2013 sampai dengan Januari 2014.

3.1.2. Tempat Penelitian

Penelitian ini dilaksanakan dalam beberapa tahapan, seperti diuraikan pada Tabel 3.1.

Tabel 3.1. Lokasi dan aktivitas penelitian

No. Kegiatan Lokasi Penelitian Keterangan

1. Pembuatan serat TKKS Pusat Riset Impak dan Keretakan, Dept. Teknik Mesin, FT-USU.

2. Pembuatan struktur

helmetsepeda bahan polymeric foam

diperkuat serat TKKS.

Pusat Riset Impak dan Keretakan, Dept. Teknik Mesin, FT-USU.

3. Uji impak jatuh bebas Pusat Riset Impak dan Keretakan, Dept. Teknik Mesin, FT-USU.

Menggunakan alat uji Jatuh Bebas.

3.2. Variabel Penelitian

Adapun Variabel terikat dan Variabel bebas dalam penelitian ini meliputi: 1. Variabel Terikat

a. Energi impak (Ei), Energi impak Eksperimental (Eie), Energi diserap (Es).

b. Tegangan yang dihasilkan (σ). 2. Variabel Bebas

a. Ketinggian pengujian (h). b. Luas area impak (A). c. Massa helmet (m).

3.3. Prosedur Penelitian

Sebelum masuk pada pengujian impak jatuh bebas, dilakukan proses pembuatan spesimen. Pada proses pembuatan spesimen, serat TKKS digunakan sebagai penguat pada material helmet sepeda, Polyester resin tak jenuh digunakan sebagi matriks, Natrium Bikarbonat dan Asam Asetat digunakan sebagai Blowing Agent, reaksi antara asam asetat dan Natrium Bikarbonat akan menghasilkan gelembung-gelembung gas pada campuran serat TKKS dengan Polyester resin. Katalis digunakan sebagai bahan untuk mempercepat proses reaksi pada material helmet yang telah di campurkan. Langkah pertama yang dilakukan adalah mencampurkan semua bahan kedalam sebuah wadah yang selanjutnya diaduk menggunakan mixer, untuk meratakan semua bahan yang telah dicampur. Selanjutnya, bahan yang sudah tercampur diberi uap dengan menggunakan Dryer dengan suhu 500C selama 5 menit dengan jarak 20 cm. Setelah dilakukan

untuk menghasilkan bentuk spesimen helmet sepeda. Proses pengerasan spesimen dilakukan dengan cara meletakkan spesimen pada suhu kamar dan dibiarkan selama 1,5 jam. Spesimen yang sudah keras dikeluarkan dari cetakan yang selanjutnya dikeringkan pada suhu kamar selama 3 hari. Setelah proses pengeringan selama hari, spesimen siap diuji menggunakan uji Impak Jatuh Bebas, Adapun bentuk spesimen uji impak jatuh bebas terlihat pada gambar 3.1.

Gambar 3.1. Spesimen Uji Impak Jatuh Bebas

3.4. Metode Penelitian 3.4.1. Persiapan TKKS

Limbah sisa hasil pengolahan dari pabrik kelapa sawit berbentuk padatan umumnya berbentuk tandan kosong, cangkang dan serat buah. Dari berbagai jenis komponen sisa olahan pabrik kelapa sawit yang dihasilkan, adalah TKKS merupakan komponen yang paling banyak dihasilkan, jika dibandingkan dengan sisa olahan yang lainnya. Serat tandan kosong kelapa sawit yang sudah disiapkan masih dalam berbentuk utuh seperti yang terlihat pada gambar 3.2.

Gambar 3.2. TKKS Dalam Bentuk Utuh

Selanjutnya, serat tandan kosong kelapa sawit dalam bentuk utuh dihancurkan untuk mempermudah proses perendaman. Proses perendaman dilakukan selama 24 jam, untuk menghilangkan sisa minyak dan lemak yang masih terkandung dalam serat seperti terlihat pada gambar 3.3.

Gambar 3.3. TKKS yang Sudah Dihancurkan

Selanjutnya air rendaman dibuang dan serat tandan kosong kelapa sawit dibilas dengan menggunakan air bersih dan dilanjutkan ke tahap selanjutnya yaitu perendaman dalam larutan NaOH seperti terlihat pada gambar 3.4.

Gambar 3.4. Pembuangan Air Rendaman

Selanjutnya dilakukan proses perendaman dengan larutan NaOH 1M selama 24 jam. Perendaman dengan larutan NaOH bertujuan untuk

menghilangkan sisa-sisa pengotor yang masih tersisa dari proses perendaman dengan air seperti terlihat pada gambar 3.5.

Gambar 3.5. Perendaman dengan Larutan Naoh 1m Selama 24 Jam

Langkah selanjutnya larutan NaOH pada proses perendaman dibuang dan serat TKKS hasil perendaman dibilas dengan air bersih untuk menghilangkan sisa larutan NaOH pembersihan serat dengan air seperti terlihat pada gambar 3.6.

Gambar 3.6. Pembersihan Serat Dengan Air Bersih

Serat yang sudah dibilas dengan air bersih dikeringkan selama 3 hari untuk mempermudah proses pengguntingan dan penggilingan serat, seperti yang terlihat pada gambar 3.7.

Gambar 3.7. Penjemuran Serat TKKS

Selanjutnya serat TKKS hasil pengeringan digunting ±1,5 cm untuk mempermudah proses penggilingan, proses pengguntingan seperti terlihat pada gambar 3.8.

Gambar 3.8. Pengguntingan Serat TKKS

Proses penggilingan dilakukan dengan menggunakan mesin penghalus serat dan motor listrik dengan Daya Keluaran: 1/0,75 HP/kW Putaran: 1450 rpm. Hasil penggilingan berupa serat halus yang selanjutnya akan digunakan sebagai bahan dasar pembuatan helmet sepeda, proses penggilingan serat TKKS seperti terlihat pada gambar 3.9.

Gambar 3.9. Proses Pengilingan Serat

Hasil penggilingan serat TKKS selanjutnya akan digunakan untuk bahan dasar proses pembuatan helmet sepeda, adapun serat halus yang akan digunakan untuk proses pembuatan helmet sepeda seperti terlihat pada gambar 3.10.

Gambar 3.10. Serat Halus TKKS

3.4.2. Uji Komposisi

Setelah beberapa kali mencoba mencetak helmet dengan komposisi yang berbeda–beda, didapat komposisi yang tepat untuk 1 helmet adalah 750gr resin polyester 157, asam asetat 44gr, serat Tandan Kosong Kelapa Sawit 44gr, natrium bikarbonat 66gr, dan katalis 22gr. Dengan Komposisi 80% resin , 5% asam asetat, 5% serat Tandan Kosong Kelapa Sawit, 7,5% natrium bikarbonat, 2,5% katalis. Total massa keseluruhan bahan adalah 926gr Adapun uji komposisi bahan seperti terlihat pada table 3.2.

Tabel 3.2. Uji Komposisi bahan Komposisi Resin BQTN 157 (gr) Serat TKKS (gr) Sodium Bicarbonat (gr) Asam Asetat (gr) Katalis MEKP (gr) Keterangan

A 80 5 15 - 5 Gagal

B 80 15 15 - 3 Gagal

C 80 5 15 - 1 Gagal

D 170 10 30 - 5 Gagal

E 170 10 10 10 5 Gagal

F 170 10 30 10 5 Gagal

G 170 10 30 20 5 Gagal

H 157 44 66 44 22 Berhasil

3.4.2.1. Komposisi material komposit busa polimer yang digunakan

Material yang dikembangkan pada penelitian ini yaitu komposit busa polimer diperkuat serat TKKS sebagai bahan teknik alternatif. Komposit ini menggunakan unsaturated polyester resin (BTN 157) sebagai matrik dan serat TKKS yang telah di-treatment, sebagai penguat. Untuk mendapatkan busa (foam),

sodium bikarbonat yang digunakan sebagai blowing agen direaksikan dengan

asam asetat serta diberi panas, setelah proses, diperoleh komposit busa polimer dengan densiti rendah.

Dari material diatas dibuat dalam beberapa spesimen uji yang divariasikan ke dalam tiga komposisi seperti diperlihatkan pada tabel 3.3.

Tabel 3.3. Komposisi spesimen

Spesimen Resin (wt%)

Serat TKKS (wt%)

Blowing Agent

(wt%)

A B C

80 77.5

75

5 7.5

10

15 15 15

Seperti diperlihatkan pada gambar 3.11 dari hasil uji densitas diketahui bahwa peningkatan densitas berbanding lurus dengan penambahan massa serat TKKS.

Gambar 3.11. Perbandingan densitas

Harga Modulus elastisitas untuk masing-masing komposisi seperti diperlihatkan pada gambar 3.12 Dimana modulus elastisitas material berbanding terbalik dengan penambahan serat TKKS.

Selain Modulus elastisitas, diperoleh pula kekuatan tarik material seperti terlihat pada gambar 3.13.

Gambar 3.13. Perbandingan Kekuatan Tarik Antar Komposisi

Dari uji tekan statik diketahui bahwa penambahan serat berbanding terbalik terhadap kekuatan tekan material, seperti terlihat pada gambar 3.14.

Gambar 3.14. Perbandingan Kekuatan Tekan Antar Komposisi

Material yang akan digunakan ada material spesimen A. Karena lebih tingginya kekuatan tekan material yang diperoleh bila dibandingkan dengan kekuatan tariknya, mengindikasikan bahwa material ini memiliki sifat mekanik yang getas.

3.4.3. Proses Pembuatan Helmet Sepeda

Busa komposit helmet sepeda pada penelitian dari material polyester resin tak jenuh diperkuat dengan serat TKKS. Proses pembuatan spesimen uji dilakukan dengan langkah-langkah sebagai berikut:

1. Permukaan bagian dalam cetakan dilapisi allumunium foil dan dilumasi dengan pelumas seperti terlihat pada gambar 3.15.

Gambar 3.15. Melapisi cetakan dengan alluminium foil dan diberi mirror glaze 2. Semua bahan ditimbang sesuai dengan komposisi yang telah ditentukan

seperti terlihat pada gambar 3.16 yaitu 750gr resin polyester 157gr, asam asetat 44gr, serat Tandan Kosong Kelapa Sawit 44gr, natrium

bikarbonat 66gr, dan katalis 22gr.

3. Serat TKKS dan Asam Asetat dicampurkan kemudian diaduk selama 5 menit agar asam asetat terserap oleh serat TKKS untuk mempermudah reaksi pada proses selanjutnya seperti terlihat pada gambar 3.17.

Gambar 3.17. Pencampuran TKKS dan Cuka di aduk 5 menit

4. Natrium bikarbonat dicampurkan dengan polyester resin tak jenuh kemudian diaduk menggunakan mixer selama 5 menit agar bahan tercampur sempurna seperti terlihat pada gambar 3.18.

Gambar 3.18. Proses pencampuran resin dengan natrium bikarbonat

5. Masukkan katalis ke dalam campuran 4 seperti terlihat pada gambar 3.19 (polyester resin tak jenuh + Natrium Bikarbonat), untuk mempercepat proses reaksi.

Gambar 3.19. Pemberian Katalis

6. Campuran 5 (Polyester Resin Tak Jenuh + Natrium Bikarbonat + katalis) dipanaskan dengan menggunakan Haidrayer pada suhu 500C selama 5 menit dengan jarak 20 cm untuk mempercepat proses reaksi pada penyampuran dengan campuran 3 (serat TKKS + Asam Asetat). Seperti terlihat pada gambar 3.20.

Gambar 3.20. Pemberian panas dengan Hairdryer

7. Masukkan campuran 3 (serat TKKS + Asam Asetat) kedalam campuran 6 (Polyester Resin Tak Jenuh + Natrium Bikarbonat + katalis) yang sudah dipanaskan, kemudian aduk selama 5 menit menggunakan mixer agar semua campuran tercampur sempurna. Adapun proses pencampuran terlihat seperti gambar 3.21.

Gambar 3.21. Pencampuran serat yang telah menyerap cuka

8. Tuangkan campuran 7 kedalam cetakan yang sudah disipkan sebelumnya, kemudian masukkan penutup cetakan lalu berikan tekanan pada penutup. Seperti terlihat pada gambar 3.22 dan biarkan selama 1,5 jam pada suhu kamar sampai campuran mengeras.

(a) (b) (c)

Gambar 3.22. (a) Penuangan Campuran Ke Cetakan, (b) Pemberian Mold Cetakan, (c) Pemberian Mold Penekan Pada Cetakan

9. Bongkar campuran yang sudah mengeras dari cetakan dan biarkan selama 3 hari pada suhu kamar agar campuran mengering sempurna. Campuran yang sudah mengering siap dijadikan spesimen uji seperti terlihat pada gambar 3.23.

Gambar 3.23. Spesimen Uji yang Telah jadi

3.5. Pengujian Impak Jatuh Bebas

Pengujian impak jatuh bebas dimaksudkan untuk mendapatkan besarnya gaya impak dan tegangan maksimum yang dapat diterima spesimen struktur helmet sepeda diperkuat serat TKKS. Pada pengujian ini digunakan pengujian impak benda jatuh bebas dengan asumsi bahwa helmet sepeda menerima beban tekan dinamik. Ketinggian benda jatuh bebas (test rig).

3.5.1. Alat Uji Impak Jatuh Bebas

Pada penelitian ini digunakan beberapa peralatan yaitu alat uji impak jatuh bebas, dan alat pengukur energi dan gaya impak (Load cell). Gambar 3.24. menunjukkan perangkat alat uji impak jatuh bebas.

Alat pengukur energi dan gaya impak benda jatuh bebas (Loa cell) adalah sebuah sensor gaya yang bekerja menggunakan strain gage full bridge dengan tahanan SG 350Ω alat yang dapat merekam beban impak seperti yang terlihat pada Gambar 3.20. Kemampuan alat ini dapat menerima beban dan mengukur gaya impak hingga 30.000 kg, dan untuk penggunaan alat ini sudah mendapatkan sertifikat kalibrasi dari Komite Akreditasi Nasional untuk 20.000 kg.

3.5.2. Prosedur Pengujian

Prosedur pengujian pada penelitian ini dapat dijelaskan sebagai berikut: a. Hubungkan semua koneksi: loadcell, sensor posisi, kabel USB dan

power DAQ Labjack U3-LV.

b. Aktifkan software DAQ ForImpact Testing dari icon yang ada di

desktop

c. Persiapkan peralatan uji impak jatuh bebas dan pastikan bahwa load

cell dan dudukan load cell sudah terpasang dengan baik begitu juga

dengan anvil support dapat terlihat pada Gambar 3.25.

Gambar 3.25. Pemasangan load cell dan anvil support

d. Masukkan anvil pada anvil support sesuai dengan jenis yang kita inginkan berdasarkan kebutuhan pengujian pengambilan data.

e. Pasangkan spesimen helmet sepeda yang akan diuji di atas anvil seperti pada gambar 3.27.

f. Pasangkan Test rig pada dudukan lengan test rig. Posisi Test Rig pada alat uji dapat dilihat pada Gambar 3.26.

Gambar 3.26. Posisi test rig pada alat uji

Tentukan posisi jarak keinggian jatuh test rig yang ingin diuji 1m dan pastikan sensor proximity berfungsi aktif. Posisi jarak ketinggian dan

sensor proximity yang digunakan dalam penelitian ini dapat dilihat

pada Gambar 3.27.

Gambar 3.27. Posisi jarak ketinggian dan sensor proximity g. Tekan Buton START pada software DAQ For Impact Testing

h. Setelah menentukan jarak ketinggian dan memastikan bahwa sensor

proximity sudah berfungsi, maka test rig akan kita jatuhkan dengan

melepas tali penahan luncuran test rig.

i. Tekan Buton STOP setelah beberapa saat test rig menumbuk spesimen

helmet sepeda yang berada diatas anvil.

j. Tekan Buton SAVE untuk menyimpan data hasil uji ke dalam file berformat txt dan akan tersimpan dalam Drive C Folder DATA EXP (data experiment).

k. Lalu data hasil pengujian tersebut kita olah dengan menggunakan program software MS-Excel.

3.6.1. Diagram Alir Penelitian

Diagram alir merupakan sebuah diagram dengan simbol-simbol grafis yang menyatakan aliran yang disimbolkan dalam bentuk kotak, beserta urutannya dengan menghubungkan masing masing langkah tersebut menggunakan tanda panah. Diagram ini bisa memberi solusi selangkah demi selangkah untuk penyelesaian masalah yang ada di dalam proses atau algoritma tersebut. Untuk penelitian ini diagram alirnya dapat dilihat pada gambar 3.28.

Gambar 3.28. Diagram alir penelitian Selisih Data F

Penggujian < 50 N Data (F,A,m,h) Selesai Ya Tidak Studi Literatur

Persiapan Alat Dan Bahan • Alat

Mixer, Hairdryer, Timbangan Digital, Wadah Penakar, Wadah Pengaduk, Gunting, Plastisin, Aluminium Foil, Mirror Glaze, Komputer, Perangkat Lunak Excell, Pencacah Serat, Cetakan Helmet, A.U.impak Jatuh Bebas.

• Bahan

Resin, Serat TKKS, Cuka, Natrium Bikarbonat, Katalis.

Pencacahan Serat TKKS Gunting Dan Mesin

Pencacah Serat

Pembuatan Spesimen Helmet Komposisi :

•Resin 80% •Serat TKKS 5% •Natrium Bikarbonat 7,5% •Cuka 5%

•Katalis 2,5%

Pengujian Impak Jatuh Bebas 9 Spesimen Helmet

Pengolahan Data (σ,Ei,Eie,Es) Persiapan A.U.Impak Jatuh

Bebas •Loadsel •Sensor Posisi •Kabel USB •Power DAQ •Labjack U3-LV •Komputer

Menarik Kesimpulan Hasil (σ,Ei,Eie,Es

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Pendahuluan

Pada bab ini akan dibahas hasil pengujian helmet sepeda bahan polymeric

foam diperkuat serat TKKS dengan menggunakan impak jatuh bebas. Helmet

sepeda yang dijadikan objek penelitian mempunyai dimensi panjang 265 mm, lebar 215 mm, dan tinggi 162 mm dengan lingkar kepala 540 s.d 580 mm. Sedangkan massa dari helmet sepeda berkisar antara 660 s/d 720 gr.

Pembebanan pada pengujian impak jatuh bebas diberikan pada bagian samping dan belakang dari struktur helmet sepeda. Ini dikarenakan bagian tersebut merupakan bagian yang memiliki kemungkinan terbesar mengalami benturan pada saat pengendara mengalami kecelakan.

Pengujian impak jatuh bebas ini digolongkan pada pengujian impak kecepatan rendah. Alat uji impak jatuh bebas menggunakan sensor cahaya yang diletakkan dengan ketinggian 1 m didalam pengujian ini ketinggian helmet di uji adalah 1 m seperti terlihat pada gambar 4.1.

Ketinggian helmet sepeda yang diuji impak jatuh bebas dihitung dengan menggunakan rumus . Dengan asumsi bahwa kecepatan maksimum bersepeda diperkirakan sekitar 15 km/jam, maka tinggi maksimum uji impak jatuh bebas ialah 1 m.

Alat yang digunakan untuk mengukur beban impak jatuh bebas menggunakan load cell. Data yang diperoleh load cell berupa data analog kemudian diubah oleh DAQ menjadi data digital. Kemudian data digital ditampilkan dan direkam oleh komputer. Data yang ditampilkan adalah data pengukuran gaya impak dan waktu impak.

Pengujian impak jatuh bebas terhadap helmet sepeda dilakukan untuk mendapatkan respon helmet sepeda terhadap pembebanan impak jatuh bebas. Pembebanan impak jatuh bebas ini termasuk dalam pembebanan tekan dinamis. Pada pengujian impak jatuh bebas ini dilakukan 1 variasi ketinggian impaktor.

4.2.1. Hasil Pengujian Impak Jatuh Bebas

Pada penelitian ini helmet sepeda berbahan polymeric foam diperkuat serat TKKS akibat beban impak jatuh bebas dilakukan dengan pengujian pada material polymeric foam, pada penelitian ini penujian yang dilakukan pada dua titik yaitu Samping dan belakang yang sering dialami saat pengendara sepeda terjatuh seperti terlihat pada gambar 4.2.

(a) (b)

4.3. Hasil Penggujian Impak Jatuh Bebas Pada Titik Samping Dengan Ketingian 1 meter.

Pengujian impak jatuh bebas terhadap helmet sepeda pada ketinggian 1 meter diperoleh data bahwa besar gaya adalah rata-rata 257,33 N. Dengan demikian untuk menghitung besar tegangan yang terjadi pada helmet sepeda pada area impak didasarkan persamaan tegangan yaitu gaya dibagi dengan luas area impak. Luas area impak diperoleh pada saat helmet sepeda pertama sekali menyentuh permukaan anvil datar dari alat uji impak.

Pengukuran luas area impak dapat dilakukan dengan cara manual untuk menghitung luas area impak hasil yang diperoleh didapatlah 250 mm2. Sehingga besar tegangan yang terjadi adalah 1,029 MPa. Tegangan yang terjadi ini menyebabkan deformasi plastis pada helmet sepeda dengan bekas pecah karena material getas.

Grafik gabungan hasil uji impak pada ketinggian 1 meter pada titik samping memperlihatkan bahwa semua besar gaya adalah berbeda, namun waktu impak dan rambatan gelombang yang teredam sama, pada sampel 1 diperlihatkan waktu impak adalah 16 ms, pada sampel 2 adalah 16 ms, pada sampel 3 adalah 16 ms, Sehingga rerata waktu impak adalah 16 ms.

Impuls yang terjadi akibat impak adalah perkalian antara gaya dan waktu. Pada ketinggian pengujian helmet sepeda 1 meter, maka diperoleh impuls rerata adalah 4117,28 N.s. Kondisi penekanan yang dialami spesimen struktur helmet sepeda dan respon yang ditimbulkan seperti yang di ilustrasikan pada sampel 1, 2 dan 3 menjelaskan kondisi awal pembebanan sampai timbul gejala pecah.

Pengujian impak jatuh bebaspada material A1 helmet sepeda titik pembebanan pada sisi samping dengan ketinggian 1 meter didapat gaya dan waktu, gaya impak yang didapat sebesar 292 N dan waktu impak didapat 16 ms. Seperti yang terlihat pada gambar 4.3.

Gambar 4.3. Grafik hasil pengujian impak pada titik samping ketinggian 1 m spesimen uji 1.

Pengujian impak jatuh bebas pada material A2 helmet sepeda, titik pembebanan pada sisi samping dengan ketinggian 1 meter didapat gaya dan waktu, gaya impak yang didapat sebesar 239 N dan waktu impak didapat 16 ms. Seperti yang terlihat pada gambar 4.4.

Gambar 4.4. Grafik hasil pengujian impak pada titik samping ketinggian 1 m spesimen uji 2.

Pengujian impak jatuh bebas pada material A3 helmet sepeda, titik pembebanan pada sisi samping dengan ketinggian 1 meter didapat gaya dan waktu, gaya impak yang didapat sebesar 241 N dan waktu impak didapat 16 ms. Seperti yang terlihat pada gambar 4.5.

Gambar 4.5. Grafik hasil pengujian impak pada titik samping ketinggian 1 m spesimen uji 3

Sedangkan Gambar 4.6 menunjukkan grafik gabungan gaya impak vs waktu impak ketinggian 1 meter.

Gambar 4.6. Grafik gabungan gaya impak vs waktu impak ketinggian 1 meter. Grafik

Energi impak yang terjadi berdasarkan eksperimental adalah gaya yang terukur dikalikan dengan ketinggian helmet sepeda yaitu pada sampel (1) 292 Joule, pada sampel (2) 239 Joule, Pada sampel (3) 241 Joule jadi rata-rata energi impak adalah 257,33 Joule. Energi impak teoritikal yaitu perkalian massa dengan percepatan grafitasi dan ketinggian yaitu 53,66 Joule. Dan energi yang diserap oleh helmet sepeda adalah selisih energi yang terukur (diteruskan) dikurangi dengan energi teoritikal pada sampel (1) 238,34 Joule, pada sampel (2) 185,34 Joule dan pada sampel (3) 187,34 Joule Jadi rata-rata energi yang diserap adalah 203,67 Joule. Data kedua sampel tersebut dituliskan dalam Table 4.1.

Tabel 4.1 Hasil pengujian titik samping helmet sepeda dengan impak jatuh bebas pada ketinggian 1 m.

No. Sample

Luas area impak A (mm2)

Gaya Pengujian F (N) Tegangan yang terjadi σ (MPa) Keterangan

1 250 292 1,168 Pecah

2 3 250 250 239 241 0,956 0,964 Pecah Pecah

Rata-rata 250 257,33 1,029

No. Sample Ting gi h (m) Massa helmet + test rig (kg) Energi Impak Ei = m.g.h

(Joule)

Energi Impak Eksperimental

Eie = F.h (Joule)

Energi yang diserap

(Joule) Es=Eie-Ei

1 1 5,47 53,66 292 238,34

2 3 1 1 5,47 5,47 53,66 53,66 239 241 185,34 187,34

4.4. Hasil Penggujian Impak Jatuh Bebas Pada Titik Belakang Dengan Ketingian 1 meter.

Pengujian pada titik belakang impak jatuh bebas dengan ketinggian 1 meter, didapat grafik gabungan diperlihatkan sampel 1, 2 dan 3 dimana hasil uji impak pada ketinggian 1 m pada titik belakang memperlihatkan bahwa besar gaya adalah berbeda, sedangkan waktu impak dan rambatan gelombang yang teredam adalah sama. Pada sampel 1 gaya dan waktu impak adalah 239 N dan 31 ms, pada sampel 2 adalah 231 N dan 31 ms dan sampel 3 adalah 248 N dan 31 ms. Sehingga rerata gaya dan waktu impak adalah 239,33 N dan 31 ms.

Dari hasil pengujian impak jatuh bebas terhadap helmet sepeda diperoleh data bahwa besar gaya adalah rerata 239,33 N. Sehingga besar tegangan rerata yang terjadi adalah 0,684 MPa. Sampel 1, 2 dan 3 menunjukkan grafik hasil pengujian impak pada ketinggian 1 m.

Pengujian impak jatuh bebas pada material B1 helmet sepeda titik pembebanan pada sisi belakang dengan ketinggian 1 meter didapat gaya dan waktu, gaya impak yang didapat sebesar 239 N dan waktu impak didapat 31 ms. Seperti yang terlihat pada gambar 4.7.

Gambar 4.7. Grafik hasil pengujian impak pada titik belakang ketinggian 1 m spesimen uji 1.

Pengujian impak jatuh bebas pada material B2 helmet sepeda titik pembebanan pada sisi belakang dengan ketinggian 1 meter didapat gaya dan waktu, gaya impak yang didapat sebesar 231 N dan waktu impak didapat 31 ms. Seperti yang terlihat pada gambar 4.8.

Gambar 4.8. Grafik hasil pengujian impak pada titik belakang ketinggian 1 m spesimen uji 2.

Pengujian impak jatuh bebas pada material B3 helmet sepeda titik pembebanan pada sisi belakang dengan ketinggian 1 meter didapat gaya dan waktu, gaya impak yang didapat sebesar 248 N dan waktu impak didapat 31 ms. Seperti yang terlihat pada gambar 4.9.

Gambar 4.9. Grafik hasil pengujian impak pada titik belakang ketinggian 1 m spesimen uji 3.

Grafik gabungan hasil uji impak pada ketinggian 1 meter pada titik belakang memperlihatkan bahwa semua besar gaya adalah berbeda, namun waktu impak dan rambatan gelombang yang teredam sama seperti terlihat pada gambar 4.10.

Gambar 4.10. Grafik gabungan gaya vs waktu impak ketinggian 1 meter. Impuls yang terjadi akibat impak adalah perkalian antara gaya dan waktu. Pada ketinggian pengujian helmet sepeda 1 meter diperoleh impuls rerata adalah 7419,23 N.s.

Energi impak yang terjadi berdasarkan eksperimental adalah gaya yang terukur dikalikan dengan ketinggian helmet sepeda pada sampel (1) 239 Joule, pada sampe (2) 231 Joule dan pada sampel (3) 248 Joule jadi rata-rata energi impak adalah 239,33 Joule. Energi impak teoritikal yaitu perkalian massa dengan percepatan grafitasi dan ketinggian yaitu 54,74 Joule. Dan energi yang diserap oleh helmet sepeda adalah selisih energi yang terukur (diteruskan) dikurangi dengan energi teoritikal yaitu pada sampel (1) 184,26 Joule, pada sampel (2) 176,26 Joule dan pada sampel (3) 193,26 Joule jadi rata-rata energi yang diserap adalah 184,59 Joule. Data ketiga sampel tersebut dituliskan dalam Table 4.2.

Tabel 4.2. Hasil pengujian titik belakang helmet sepeda dengan impak jatuh bebas pada ketinggian 1 m

No. Sample

Luas area impak A (mm2)

Gaya Pengujian F (N) Tegangan yang terjadi σ (MPa) Keterang an

1 350 239 0,683 Pecah

2 350 231 0,682 Pecah

3 350 248 0,688 Pecah

Rata-rata 350 239,33 0,684

No. Sample Tinggi h (meter) Massa helmet + test rig (kg) Energi Impak Eie = m.g.h

(Joule)

Energi Impak Eksperimenta

l Et = F.h (Joule) Energi yang diserap Es=Et-Eie (Joule)

1 1 5,581 54,74 239 184,26

2 1 5,581 54,74 231 176,26

3 1 5,581 54,74 248 193,26

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1.Kesimpulan

Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan maka didapatkesimpulan dari hasil penelitian ini, yaitu:

1. Hasil analisa terhadap uji impak beban jatuh bebas pada helmet diketahui bahwa besar energi impak rata-rata yang mampu diserap helmet akibat beban pada sisi samping adalah 203,67 Joule, sedangkan energi impak rata-rata yang mampu diserap helmet akibat pembebanan pada sisi belakang adalah 184,59 Joule, besarnya energi impak terdapat pada sisi samping helmet sepada dikarenakan luas area impak pada sisi samping lebih kecil daripada sisi belakang helmet.

2. Berdasarkan hasil perhitungan besar tegangan impak pada sisi samping sebesar 1,029 Mpa dan sisi belakang sebesar 0,684 Mpa, perbedaan besarnya tegangan tersebut dikarenakan luas area impak pada sisi samping

5.2.Saran

Untuk kajian yang lebih mendalam tentang respon helmet sepeda bahan komposit polymeric foam diperkuat serat TKKS, penulis mempunyai beberapa saran yaitu:

1. Berdasarkan serangkaian hasil pengujian didapat bahwa bahan komposit busa polymer diperkuat serat TKKS masih memiliki kekurangan yaitu bahan ini lebih berat dan lebih rapuh. Oleh karena itu untuk penelitian lebih lanjut sangat disarankan untuk mengatasi masalah tersebut.

2. Pengujian kekuatan bahanpada penelitian ini menggunakan uji beban impak jatuh bebas, tetapi alat yang telah tersedia di Pusat Riset Impak dan Keretakan FT-USU kurang akurat. Dengan demikian fenomena impak yang terjadi pada material ini kurang lengkap dan kurang akurat digambarkan dari dua arah pembebanan yang berbeda (longitudinal dan vertikal). Oleh karena itu modifikasi grip sangat disarankan untuk penelitian lebih lanjut.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Alat transportasi Sepeda.

Perkembangan dunia transportasi sepeda di dunia ini sangat pesat sepeda adalah mencakup transportasi darat. Sebelum ada transportasi mobil, sepeda motor dan lain-lain. Sepeda telah digunakan sebagai alat transportasi, meskipun sepeda motor atau mobil berkembang pesat. Namun, karena sepeda motor dan mobil masih relatif mahal maka masyarakat di negara berkembang masih menggunakan sepeda sebagai alat transportasi. Meskipun menggunakan sepeda, resiko kecelakaan lebih sedikit dibandingkan kendaraan yang lainnya. Akan tetapi resiko kecelakaan masih tetap ada maka dari itu di perlukan sebuah alat pelindung dalam bersepeda khususnya di bagian kepala. Seperti kita ketahui kepala adalah bagian terpenting dari tubuh manusia, karena saraf yang terdapat di kepala mengatur semua gerak tubuh manusia. Melihat hal tersebut penciptaan alat pelindung kepala atau biasa kita sebut helmet, harus menjadi perhatian utama. Dari situlah peneliti berinisiatif untuk mendesain helmet yang ringan dan kuat serta tahan tehadap tekanan. Untuk menghasilkan helmet sepeda yang berkualitas itu perlu dilakukan penelitian dan pengembangan secara terus menerus terhadap desain helmet sepeda.

2.1.1. Desain Helmet Sepeda

Dalam merancang sebuah helmet banyak hal yang harus dipertimbangkan. mulai dari kekuatan dan ketahanan material dan tahan terhadap impak pada saat pengendara mengalami kecelakaan. Semua itu menjadi hal yang wajib untuk

diperhitungkan dalam merancang helmet. Lebih spesifik tentang pembuatan

helmet sepeda, beberapa faktor yang sangat berpengaruh ialah jenis material, dan

merujuk pada fungsi helmet itu sendiri serta tampilan helmet yang dapat menarik perhatian konsumen yang akan menggunakannya.

Maka dari itu helmet seperti ini harus dibuat semenarik mungkin bagi para penggunanya. Agar para calon konsumen dapat tertarik untuk memakainya. Beberapa aspek yang menjadi perhatian kami dalam merancang helmet kendaraan ini antara lain:

1. Aspek Reduksi Bobot

Aspek reduksi bobot adalah hal yang sangat rasional bila helmet dengan bobot yang ringan akan memudahkan bagi pemakai bila dibandingkan dengan

helmet yang mempunyai bobot yang berat.

2. Aspek kekuatan dan ketahanan

Aspek kekuatan dan ketahanan adalah respon material helmet terhadap beban impak / benturan. Beban impak sering didefinisikan sebagai beban yang bekerja pada struktur dalam waktu yang sangat singkat, umumnya kurang dari 1 detik, bahkan hanya selama beberapa milidetik. Beberapa contoh beban impak adalah beban tekanan, akibat tabrakan, dan atau benturan pada helmet pada saat terjadi tabrakan. Umumnya dengan alasan keamanan, struktur tersebut harus direncanakan terhadap beban impak yang mungkin terjadi.

Inti mekanisme perlindungan helmet adalah penyerapa yang diterima ke seluruh bagian helmet. Oleh karenanya meski terdapat berbagai bentuk helmet bentuk da menyerap

lain sebab ukuran yang lebih besar juga meningkatka Adapun konstruksi helmet secara garis besar terdiri atas:

a. Lapisan luar yang keras (hard outer shell)

Didesain untuk dapat pecah jika mengalami benturan untuk mengurangi dampak tekanan sebelum sampai ke kepala. Lapisan ini biasanya terbuat dari bahan plastic, fiberglass, polycarbonate dan lain-lain.

b. Lapisan dalam yang tebal (inside shell or liner)

Di sebelah dalam dari lapisan luar adalah lapisan yang sama pentingnya untuk dampak pelapis penyangga. Biasanya dibuat dari bahan polystyrene (styrofoam). Lapisan tebal ini memberikan bantalan yang berfungsi menahan goncangan sewaktu helmet terbentur benda keras sementara kepala masih bergerak.

c. Lapisan dalam yang lunak (comfort padding)

Merupakan bagian dalam yang terdiri dari bahan lunak dan kain untuk menempatkan kepala secara pas dan tepat pada rongga helmet.

d. Tali Pengikat

Bagian penting lainnya dalam helmet adalah tali pengikat helmet. Helmet tidak akan berfungsi dengan baik kalau tidak dilengkapi atau tidak mengikatkan tali pengikatnya komponen Helmet Sepeda dapat dilihat pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1. Komponen Helmet Sepeda hardouter

shell

Tali pengika

insideshellorli ner comfort padding

2.1.2. Standarisasi Helmet Sepeda

Helmet yang digunakan oleh masyarakat di negara maju pada umumnya

sudah mempunyai standard tertentu sesuai dengan peraturan yang ditetapkan oleh pemerintahnya. Diantara standar-standar helmet sepeda yang dikenal luas dan banyak menjadi referensi antara lain Australia Standard (EN 397. AS/NZS 1801.SS98), European EN helmet standard (EN 1078.1990) dan lain-lain.

Untuk masing-masing standar memiliki klasifikasi yang berbeda berdasarkan kegunaan dan material yang digunakan. ANSI mengelompokkan dalam dua tipe:

1. Helmet yang digunakan untuk melindungi kepala dari benda yang jatuh

bebas dari ketinggian tertentu umumnya digunakan oleh pekerja konstruksi.

2. Helmet yang digunakan untuk melindungi kepala dari benda yang jatuh

bebas juga dari benda yang datang dari arah lateral baik dari arah depan, samping dan belakang umumnya digunakan oleh petugas pemadam kebakaran.

2.2. Komposit

Komposit adalah penggabungan dari bahan yang dipilih berdasarkan kombinasi sifat fisik masing-masing material penyusun untuk menghasilkan material baru dengan sifat yang baru dan unik dibandingkan sifat material dasar, sebelum dicampur dan terjadi ikatan permukaan antara masing-masing material penyusunnya.

Material komposit terdiri dari dua bagian utama yaitu matriks, dan penguat (reinforcement). Pada desain struktur dilakukan pemilihan matriks dan penguat,

hal ini dilakukan untuk memastikan kemampuan material sesuai dengan produk yang akan dihasilkan gabungan makroskopis fasa-fasa pembentuk komposit sperti terlihat pada gambar 2.2.

Gambar 2.2. Gabungan makroskopis fasa-fasa pembentuk komposit Keterangan Gambar:

a. Matriks berfungsi sebagai penyokong, pengikat fasa, penguat. b. Penguat/serat merupakan unsur penguat kepada matriks.

c. Komposit merupakan gabungan, campuran dua atau lebih bahan bahan yang terpisah.

Penggabungan dua material atau lebih dapat di bedakan menjadi makro komposit dan mikro komposit. Sifat penggabungan makro adalah dapat dibedakan secara langsung dengan cara melihat, penggabungannya secara fisis dan mekanis, penggabungannya dapat dipisahkan secara fisis ataupun secara mekanis seperti, Kevlar, Glass Fiber Reinforced Plastic (GFRP ).

Dari penjelasan di atas dapat kita ketahui bahwa material komposit dibuat dengan penggabungan secara makro. Karena material komposit merupakan material gabungan secara makro, maka material komposit dapat didefinisikan sebagai suatu sistem material yang tersusun dari campuran / kombinasi dua atau lebih unsur–unsur utama yang secara makro berbeda di dalam bentuk atau komposisi material dan pada dasarnya tidak dapat dipisahkan.

Keunggulan komposit dapat dilihat dari sifat-sifat bahan pembentuknya serta ciri-ciri komposit itu sendiri, antara lain:

a. Bahan ringan, kuat dan kaku.

b. Struktur mampu berubah mengikuti perubahan keadaan sekitarnya.

c. Unggul atas sifat-sifat bahan teknik yang diperlukan, kekuatan yang tinggi, keras, ringan serta tahan terhadap impak.

Dalam desain struktur pada penelitian ini, jenis matriks yang akan digunakan adalah Polyester resin BTN 157 dan penguat serat TKKS. Matriks ini tergolong jenis polimer thermoset yang memiliki sifat dapat mengeras pada suhu kamar dengan penambahan katalis tanpa pemberian tekanan ketika proses pembentukannya. Skema struktur komposit diperlihatkan pada gambar 2.3.

Gambar 2.3. Klasifikasi bahan komposit Komposit berdasarkan jenis penguatnya dapat dijelaskan: 1. Komposit Partikel (Particle Reinforced )

Merupakan komposit yang diperkuat partikel, penguat dalam satu atau lebih partikel yang tersebar diikat oleh matriks yang berbeda fasa. Komposit

Composite

Structurral ParticleReinforced Fiber Reinforced

LargeParticle

DispersionStrengthened

ContinuousAligned

Discontinuousshort

Laminates

SandwichPanels

partikel diperkuat oleh logam, polymer, keramik. Komposit partikel terdiri dari partikel besar dan partikel kecil. Partikel Besar (Large Particle), merupakan hubungan antar matriks dan partikel merupakan suatu rangkaian kesatuan yang memiliki sifat-sifat bahan fasa partikel lebih keras dan lebih kaku dari pada fasa matriks. Sebagai contoh bahan campuran semen dan kerikil. Partikel Kecil (Dispersion Strengthened), hubungan antar matriks dan partikel bukan merupakan suatu rangkaian kesatuan yang memiliki sifat lebih kuat dan kaku dibandingkan komposit partikel besar seperti kekuatan alloy nikel.

2. Komposit Serat (Fiber Reinforced)

Komposit serat merupakan komposit yang diperkuat serat fasa penguat berbentuk serat dalam diikat oleh matriks, diameter 0,01 – 0,1 µm. Ukuran serat sangat menentukan bahan komposit menerima gaya-gaya luar. Semakin panjang ukuran serat maka semakin efisien dalam menerima gaya searah serat. Panjang serat berfungsi untuk menghilangkan kemungkinan retak sepanjang batas pertemuan serat dengan matriks selain itu juga berfungsi mencegah cacat permukaan. Jenis-jenis komposit serat antara lain adalah Continuous Fiber

Composite, Chopped Fiber Composite, Woven Fiber Composite, Hybrid Composite.

3. Komposit/Struktur Laminat

Komposit yang terdiri dari dua bahan yang berlainan (laminat), terdiri atas susunan fasa penguat dan matriks dalam bentuk laminat bisa dalam arah searah, dan tegak lurus atau arah tidak beraturan tergantung pada keperluan terhadap beban. Arah serat tentunya akan mempengaruhi kekuatan dan kemampuan serat menahan beban pada suatu komposit.

2.2.1. Material Komposit Penyusun Struktur Helmet sepeda

Material yang dikembangkan pada penelitian ini yaitu komposit busa polimer diperkuat serat TKKS sebagai bahan teknik alternatif. Untuk mendapatkan struktur komposit yang kuat, serat TKKS dicampur dengan resin

thermoset. Material penyusun lainnya adalah blowing agent untuk menghasilkan foam sehingga berat struktur tersebut menjadi lebih ringan, katalis yang berfungsi

mengeraskan resin, serta larutan pembersih serat dan pelumas.

1. Serat TKKS (Tandan Kosong Kelapa Sawit)

Limbah berbentuk padat dari pabrik kelapa sawit umumnya berbentuk tandan kosong, cangkang dan serat buah. Dari berbagai jenis komponen limbah pabrik kelapa sawit yang dihasilkan, tandan kosong kelapa sawit (TKKS) merupakan komponen yang paling banyak.

Secara umum pengelolaan limbah terdiri dari dua aspek yaitu penanganan limbah dan pemanfaatan limbah. Penanganan limbah untuk mengurangi daya cemar dan pemanfaatan limbah untuk mendapatkan nilai tambah.

Beberapa penelitian yang sudah dilakukan untuk memanfaatkan tandan kosong kelapa sawit adalah sebagai bahan baku pembuatan pulp (Darnoko dkk, 1995), Penelitian menunjukkan bahwa kandungan seratnya cukup tinggi sehingga tandan kosong kelapa sawit dapat digunakan sebagai bahan pengisi polimer, seperti bahan pengisi jenis kayu dan turunan selulosa, karena harganya murah, ringan dan dapat diperbaharui.

Tandan kosong kelapa sawit (TKKS) banyak mengandung serat disamping zat-zat lainnya. Bagian dari tandan yang banyak mengandung serat atau selulosa adalah bagian pangkal dan ujungnya yang runcing dan keras. Secara umum sifat

fisik dan morfologi serat tandan kosong kelapa sawit (TKKS) diperlihatkan pada tabel 2.1.

Tabel 2.1. Sifat Fisik dan Morfologi Tandan Kosong Kelapa Sawit

Parameter

Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) Bagian Pangkal Bagian Ujung

Panjang Serat (mm) 1,20 0,76

Diameter Serat (μm) 15,00 114,34

Tebal dinding (μm) 3,49 3,68

Kadar serat (%) 72,67 62,47

Kadar non serat (%) 27,33 37,53

Sumber: Darnoko, dkk, 1995

Sementara komposisi dan sifat kimia dari Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) seperti diperlihatkan pada table 2.2.

Tabel 2.2. Komposisi dan Sifat Kimia Tandan Kosong Kelapa Sawit

Komponen Kimia Komposisi ( % )

Lignin 22,23

Ekstraktif 6,37

Pentosan 26,69

Selulosa 37,76

Holoselulosa 68,88

Abu 6,59

Kelarutan dalam: 1% NaOH 29,96

Air Dingin 13,89

Air Panas 16,17

2. Polyester Resin BQTN 157-EX

Polyester resin BQTN 157-EX merupakan material polimer kondensat

yang dibentuk berdasarkan reaksi antara kelompok polyol, yang merupakan organik gabungan dengan alkohol multiple atau gugus fungsi hidroksi, dan

polycarboxylic yang mengandung ikatan ganda. Tipikal jenis polyol yang

digunakan adalah glycol, seperti ethylene glycol. Sementara asam polycarboxylic yang digunakan adalah asam phthalic dan asam maleic adapun jenis polyester resin yang digunakan dalam penelitian ini dapat dilihat pada gambar 2.4.

Gambar 2.4. Polyester Resin BTN 157-EX

Poliester resin adalah jenis polimer thermoset yang memiliki struktur rantai karbon yang panjang. Matriks jenis ini memiliki sifat dapat mengeras pada suhu kamar dengan penambahan katalis tanpa pemberian tekanan ketika proses pembentukannya. Struktur material yang dihasilkan berbentuk crosslink dengan keunggulan pada daya tahan yang lebih baik terhadap jenis pembebanan statik dan impak. Hal ini disebabkan molekul yang dimiliki material ini ialah dalam bentuk rantai molekul raksasa atom-atom karbon yang saling berhubungan satu dengan lainnya. Dengan demikian struktur molekulnya menghasilkan efek peredaman yang cukup baik terhadap beban yang diberikan data mekanik material matriks diperlihatkan pada Tabel 2.3.

Tabel 2.3. Karakteristik mekanik polyeter resin BTN 157-EX

3. Blowing Agent

Blowing agent adalah agen busa untuk menciptakan gelembung udara

dalam struktur komposit jenis blowing agent yang digunakan pada penelitian ini ialah:

1. Asam Asetat

Asam asetat, asam etanoat atau asam cuka adal

Asam cuka memiliki rumus empiris C2H4O2. Rumus ini seringkali ditulis dalam bentuk CH3-COOH, CH3COOH, atau CH3CO2H. Asam asetat murni (disebut

be

Asam asetat merupakan salah sat setelah

+ dan CH3COO-. Asam

asetat merupakan

asetat, da industri makanan, asam asetat digunakan sebagai pengatur tangga, asam asetat encer juga sering digunakan sebagai setahun, kebutuhan dunia akan asam asetat mencapai 6,5 juta juta ton per tahun diperoleh dari hasil pada tabel 2.4.

Tabel 2.4. Informasi Umum Senyawa Asam Asetat Informasi

Asam etanoat Asam asetat

Nama alternatif

Asam metana karboksilat Asetil hidroksida (AcOH) Hidrogen asetat (HAc) Asam cuka

CH3COOH

60.05 g/mol

1.049 g cm

−3_{, cairan} 1.266 g cm−3

16.5 °C (289.6 ± 0.5 K) (61.6 °

118.1 °C (391.2 ± 0.6 K) (244.5 °

Penampilan Cairan tak berwarna atau kristal

a) 4.76 pada 25 °C

Asam asetat merupakan nama trivial atau nama dagang dari senyawa ini, dan merupakan nama yang paling dianjurkan ole kat asam etanoat. Asam asetat glasial merupakan nama trivial yang merujuk pada asam asetat yang tidak bercampur air. Disebut demikian karena asam asetat bebas air membent

bagi asam asetat adalah AcOH atau HOAc dimana Ac berarti gugus asetil, CH3−C(=O)−. Pada konteks asam-basa, asam asetat juga sering disingkat HAc, meskipun banyak yang menganggap singkatan ini tidak benar. Ac juga tidak boleh di salah artikan dengan lambang unsur

a. Sifat-sifat kimia

Atom −COOH) dalam

+

memberikan sifat asam. Asam asetat adalah asam lem pKa = 4.8. Basa konjugasinya adala3COO−). Sebuah larutan 1.0 asam asetat (kira-kira sama dengan konsentrasi pada cuka rumah).

Struktur asetat berpasangan membent

Dimer juga dapat dideteksi pada

larutan encer di dalam pelarut tak berikatan hidrogen, dan kadang-kadang pada cairan asam asetat murni. Dimer dirusak dengan adanya pelarut berikatan hidrogen (misalnya kJ/mol, entropi disosiasi sekitar 154–157 J mol–1 K–1. Sifat dimerisasi ini juga dimiliki oleh asam karboksilat sederhana lainnya.

Asam asetat pekat bersifa penuh hati-hati. Asam asetat dapat menyebabkan luka bakar, kerusaka permanen, serta iritasi pada tidak terlihat hingga beberapa jam setelah kontak. Sarung tangan melindungi dari asam asetat, sehingga dalam menangani senyawa ini perlu

digunakan sarung tangan berbaha terbakar di suhu ruang melebihi 39 °C (102 °F), dan dapat membentuk campuran yang mudah meledak di udar

Asam asetat cair adalah pelarut protik hidrofilik (polar), mirip seper dan

sehingga ia bisa melarutkan bai

maupun senyawa non-polar seperti minyak dan lainnya seperti air bercampur dari asam asetat ini membuatnya digunakan secara luas dalam industri kimia.

b. Reaksi-reaksi kimia

Asam asetat bersifat logam asetat). Logam asetat juga dapat diperoleh dengan reaksi asam asetat dengan suat dengan baik dalam air. Salah satu pengecualian adala reaksi pembentukan garam asetat:

3COOH→ (CH3COO)2 Mg (aq) +

membentuk lapisa itu, biasanya asam asetat diangkut dengan tangki-tangki alluminium.

Asam asetat mengalami

menghasilkan garam asetat bila bereaksi denga etanoat bila bereaksi dengan logam, dan menghasilkan logam etanoat, air dan karbondioksida bila bereaksi dengan garam karbonat atau bikarbonat. Reaksi organik yang paling terkenal dari asam asetat adalah pembentukan reduksi, pembentuka kondensasi dua molekul asam asetat melalui reaks 440 °C, asam asetat terurai menjadi air.

2. Natrium Bikarbonat

Natrium bikarbonat adal3. Dalam

penyebutannya kerap disingkat menjadi bicnat. Senyawa ini termasuk kelompok

Senyawa ini disebut juga baking soda (soda kue), Sodium bikarbonat,

natrium hidrogen karbonat, dan lain-lain. Senyawa ini merupaka

sering terdapat dalam bentuk serbuk. Natrium bikarbonat Senyawa ini digunakan dalam

membent

Tabel 2.5. Informasi Umum Natrium Bikarbonat IUPAC

Sodium hydrogen carbonate

Baking soda, bicarbonate of soda bicarbonate, sodium hydrogen carbonate

Identifiers VZ0950000

a. Reaksi Kimia

NaHCO3 yang pertama disiapkan oleh proses Solvay, merupakan reaksi kalsium karbonat, natrium klorida, amonia, dan karbon dioksida dalam air. Ini diproduksi pada skala sekitar 100.000 ton / tahun (data 2001).

NaHCO3 dapat diperoleh dengan reaksi antara karbon dioksida dengan larutan natrium hidroksida. Reaksi awal menghasilkan natrium karbonat:

Lebih lanjut penambahan karbon dioksida menghasilkan natrium bikarbonat, yang pada konsentrasi cukup tinggi akan mengendap larutan:

Na2CO3 + CO2 + H2O→2 NaHCO b. Unsur-Unsur

Karbonat dan bikarbonat adalah senyawa yang melimpah dan sangat berguna serta terkenal. Kebanyakan karbonat hanya sedikit larut dalam air. Misalnya CaCO3, BaCO3, MgCO3 dan PbCO3. Banyak bikarbonat hanya stabil dalam larutan air. Seperti Ca (HCO3)2, Mg (HCO3). Semua logam IA kecuali Litium membentuk karbonat yang larut, dimana yang paling murah dan berguna adalah NaHCO3 (Soda kue), Na2CO3 (Soda abu). Karbon Disulfida (CS2) CS2 adalah cairan yang mudah terbakar dan dapat dipakai sebagai bahan pembuat CCl4, dengan reaksi: CS2 + 3Cl2 → CCl4 +S2Cl2 Hidrogen Sianida (HCN) HCN adalah senyawa gas bersifat racun, tetapi penting dalam industri seperti industri plastik.Senyawa HCN dapat dibuat secara komersil melalui reaksi: NH3 +CH4 → HCN + 3H2

Natrium bikarbonat dapat digunakan sebagai pencuci untuk menghapus apapun yang berasam.

Reaksi dari sodium bikarbonat da karbonat, yang mudah terurai menjadi karbon dioksida dan air.

NaHCO3 + HCl → NaCl + H2CO3 H2CO3→ H2O + CO

Reaksi dari sodium bikarbonat da

NaHCO3 2O + CO2 (g)

NaHCO3 → Na2CO3 + H2O c. Termal Dekomposisi

Di atas 60°C, maka secara bertahap akan terurai menjadi da

2NaHCO32O + CO2

Kebanyakan bicarbonat ini mengala Pemanasan mengubah soda menjadi oksida (sekitar 1000°C).

Na2CO32

Hasil reaksi penguraian NaHCO3 digunakan sebagai d. Karakteristik

Berikut ini adalah karakteristik sodium bikarbonat. 1. Memiliki titik lebur yang tinggi.

2. Merupakan senyawa ionik dengan ikatan kuat.

3. Dalam bentuk leburan atau larutan dapat menghantarkan listrik.

4. Sifat larutannya dapat berupa asam, basa, atau netral, Sifat ini tergantung dari jenis asam/basa kuat pembentuknya.

3. Reaksi Baking Soda Dan Asam Asetat

Campuran soda kue dengan cuka menghasilkan gelembung-gelembung gas. Gelembung-gelembung gas tersebut adalah gas karbondioksida. Campuran cuka dengan soda kue dapat dirumuskan sebagai berikut:

NaHCO3 (s) + CH3COOH (aq) → CH3COONa (aq) + CO2 (g) + H2O (l). Cuka merupakan asam sedangkan soda kue merupakan basa. Setelah kedua larutan ini dicampur, pH nya menjadi netral.

Hasil dari reaksi cuka dengan soda kue menghasilkan gas karbondioksida yang dapat mendorong gas oksigen diatasnya sehingga lama kelamaan gelembung yang tadinya kecil akan berubah menjadi lebih besar.

Reaksi yang terjadi antara cuka dengan soda kue ini merupakan reaksi endoterm, karena setelah cuka dan soda kue dicampurkan ke dalam botol, permukaan botol terasa dingin. Ini karena terjadi perpindahan panas atau kalor dari lingkungan ke sistem sehingga suhu lingkungan berkurang dan menyebabkan suhu pada permukaan botol terasa dingin.

Persamaan reaksi (Chemical Equation)

NaHCO₃ (s) + CH₃COOH (aq) → CH₃COONA (s) + H₂O (l) + CO₂ NaHCO₃ = Ar :Na =23 . H = 1. C = 12. O = 16, Mr = 46.03.

4. Katalis MEKP (Methyl Ethyl Keton Peroksida)

Katalis adalah suatu zat yang mempercepat suhu tertentu, tanpa mengalami perubahan atau terpakai oleh reaksi itu sendiri. Suatu katalis berperan dalam reaksi tapi bukan sebagai pereaksi ataupun produk.

Katalis memungkinkan reaksi berlangsung lebih cepat atau memungkinkan reaksi pada suhu lebih rendah akibat perubahan yang dipicunya terhadap pereaksi. Katalis menyediakan suatu jalur pilihan denga yang lebih rendah. Katalis mengurangi energi yang dibutuhkan untuk berlangsungnya reaksi.

Katalis dapat dibedakan ke dalam dua golongan utama, katalis homogen dan katalis heterogen. Katalis heterogen adalah katalis yang ada dalam fase berbeda dengan pereaksi dalam reaksi yang di katalisi isinya, sedangkan katalis homogen berada dalam fase yang sama. Satu contoh sederhana untuk katalisis

heterogen yaitu bahwa katalis menyediakan suatu permukaan di mana pereaksi-pereaksi (at menjadi lemah sedemikian sehingga memadai terbentuknya produk baru. katan atara produk dan katalis lebih lemah, sehingga akhirnya terlepas.

Katalis homogen umumnya bereaksi dengan satu atau lebih pereaksi untuk membentuk suatu perantara kimia yang selanjutnya bereaksi membentuk produk akhir reaksi, dalam suatu proses yang memulihkan katalisnya. Berikut ini merupakan skema umum reaksi katalitik, di mana C melambangkan katalisnya.

A + C → AC (1) B + AC → AB + C (2)

Meskipun katalis (C) termakan oleh reaksi 1, namun selanjutnya dihasilkan kembali oleh reaksi 2, sehingga untuk reaksi keseluruhannya menjadi.

A + B + C → AB + C

Katalis tidak termakan atau pun tercipt Penggunaan istilah "katalis" dalam konteks budaya yang lebih luas, secara bisa di analogikan dengan konteks ini.

Beberapa katalis ternama yang pernah dikembangkan di antaranya Reaksi katalitik yang paling dikenal iala

yang menggunakanyang dapat

menghancurkan produk samping knalpot yang paling bandel dibuat dari

2.3. Peralatan

Alat yang digunakan dalam pembuatan spesimen untuk pengujian dapat dilihat pada tabel 2.6.

Tabel 2.6. Peralatan yang digunakan pada penelitian

Nama Jenis Material Keterangan/Fungsi

Model helmet Polymer Model Awal

Cetakan Polimer Fiberglass Pencetak Helmet

Mixer Bor Tanggan Pengaduk

Timbangan Digital Mettler Toledo Penimbang Bahan Wadah Penakar Gelas plastik PE Penakar Bahan

Wadah Pencampur Timba plastik PE Wadah Penyampur Bahan Pelumas Cetakan Mirror Glaze Melumasi cetakan

Lilin Tanah Menutupi rongga cetakan

Penghalus Serat Motor Listrik Daya Keluaran: 1 / 0,75 HP/kW Putaran: 1450 rpm

Alat uji Impak Instrumen pengujian impak

Personal Computer Mengolah data dan melakukan

simulasi komputer

2.3.1. Uji Impak Jatuh Bebas

Selama ini helmet industri diuji menggunakan standar teknik jatuh bebas. Menggunakan alat uji impak jatuh bebas, helmet yang akah diuji ditempatkan di atas sebuah head form dan dihantam dengan striker dan ketinggian tertentu dengan cara jatuh bebas. Pengujian standard ini bertujuan untuk melihat sejauh mana kemampuan helmet dalam menyerap energi impak (impact energy test), Selain itu uji standar juga bertujuan meneliti kepatahan rusak helmet (penetration

test) yang memungkinkan merusak lapisan cangkang helmet seperti yang terlihat

Gambar 2.5. Alat uji impak jatuh bebas

2.3.2. Gerak Jatuh Bebas

Benda jatuh tanpa kecepatan awal (vo = nol). Semakin ke bawah gerak benda semakin cepat. Percepatan yang dialami oleh setiap benda jatuh bebas selalu sama, yakni sama dengan percepatan gravitasi bumi (a = g) (besar g = 9,8 ms-2 dan sering dibulatkan menjadi 10 ms-2).

Jika benda jatuh ke bumi dari ketinggian tertentu relatif lebih kecil dibandingkan dengan jari-jari bumi, maka benda mengalami pertambahan kecepatan dengan harga yang sama setiap detik. Hal ini berarti bahwa percepatan ke bawah benda bertambah dengan harga yang sama dan jika sebuah benda tersebut ditembakkan keatas kecepatannya berkurang dengan harga yang sama setiap detik dengan perlambatan kebawahnya seragam.

Menurut Khurmi R.S, untuk menentukan kecepatan benda jatuh bebas setiap detik akan diperoleh pendekatan seperti yang terlihat pada tebel 2.7.

Keterangan gambar: 1. Framebase 2. Supporttable 3. Loadcell 4. Teflonbase 5. Bottombase 6. Ball endpenetrator 7. Anvilsupport 8. Anvil 9. Helmet 10. Test rig 11. Pipa peluncur

Tabel 2.7. Waktu dan kecepatan benda jatuh Waktu t

(s) 0 1 2 3 4 5

Kecepatan

v (m/s) 0 9,8 19,6 29,4 39,2 49

Dari data Tabel 2.7 dapat digambarkan sebuah grafik hubungan antara kecepatan dan waktu yang juga merupakan sebuah persamaan garis lurus seperti pada Gambar 2.6 Jadi percepatan seragam dapat diperoleh dengan persamaan (2.1).       = − = − = s m t v v

v 9,8

5 0 49

0

... (2.1)

Gambar 2.6. Grafik hubungan v – t

Jika hambatan udara diabaikan maka gerak benda jatuh bebas tersebut dapat dihitung dengan percepatan seragam melintas melalui sebuah garis lurus, sehingga percepatan diganti dengan percepatan gravitasi g. Untuk gerakan ke bawah nilai percepatan identik dengan nilai positif dari gravitasi (+ g; yang berarti percepatan), dan untuk gerakan ke atas nilai percepatan identik dengan nilai positif dari gravitasi (-g; yang berarti perlambatan).

2.3.3. Gerak Lurus

Perpindahan adalah sebuah perubahan kedudukan ini merupakan besaran vektor yang memiliki jarak dan arah. Percepatan dapat didefinisikan sebagai laju perubahan kedudukan terhadap waktu. Ini juga merupakan besaran vektor yang memiliki jarak, arah, dan waktu.

Percepatan seragam yang dimiliki partikel yang bergerak dengan kecepatan konstan pada lintasan lurus atau dimiliki partikel yang melintasi perpindahan yang sama dalam selang waktu yang sama berturut-turut walaupun kecilnya perubahan waktu. Satuan perpindahan dapat diukur dengan meter (m), dan kecepatan dapat diukur dalam meter /detik (ms-2), sedangkan percepatan diukur dalam meter/detik kuadrat (ms-2) Persamaan gerak lurus percepatan seragam dapat dijelaskan pada Gambar 2.7.

t

v

s

=

.

_{... (2.2)}

Gambar 2.7. Diagram kecepatan – waktu

Perpindahan digambarkan dengan luas daerah dibawah grafik kecepatan – waktu. a t v = ∆ ∆ _; t v v v ∆ ∆ +

= 0 ; v=v0+at _{... (2.3)}

Dengan mensubstitusikan

(

v₀ +at

)

kedalam persamaan s

(

v v

)

.t

2 1

0 +

= maka diperoleh jarak perpindahan sebesar

(

2

)

0.t 1₂.at v

mensubstitusi waktu

a v v

t= − 0 _{kedalam persamaan}

(

)

t v v s . 2 1 0 +

= , diperoleh

rumus kecepatan v2 = vo2 + 2as. Jika vo = 0, maka v2 = 2.as, sehingga persamaan menjadi:

as

V = 2 ... (2.4) Untuk kasus jatuh bebas maka a = g dan s = h, sehingga besarnya kecepatan diperoleh dengan persamaan (2.5).

h g

V = 2 . ... (2.5) Dimana:

v = kecepatan benda jatuh bebas, (m/s). g = gaya grafitasi, (m/s2).

h = ketinggian jatuh benda, ( m).

2.3.4. Momentum dan Impuls

Momentum dan Impuls adalah sebagai satu kesatuan karena momentum dan Impuls dua besaran yang setara. Dua besaran dikatakan setara seperti momentum dan Impuls bila memiliki satuan Sistem Internasional (SI) sama atau juga dimensi sama seperti terlihat pada gambar 2.8.

Sebuah benda bergerak dikatakan mempunyai momentum yang dinyatakan dengan hasil kali massa dengan kecepatan benda tersebut. Hal ini dapat dinyatakan dengan persamaan (2.6).

v m

M = . _{... (2.6)} Dimana:

M = momentum, (kg.m/s). m = massa, (kg).

v = kecepatan, (ms-2).

Impuls sebuah gaya konstan adalah hasil kali gaya dengan selang waktu

yang diperlukan, ini dapat dinyatakan dalam persamaan (2.7).

t F

I = . ... (2.7)

Dimana:

I = implus F = gaya (N) t = waktu (s)

2.3.5. Gaya dan Energi Impak

Gaya impak dapat diperoleh dengan mensubstitusi persamaan (2.6) dengan persamaan (2.7), sehingga besar nilai gaya dapat dinyatakan dengan persamaan (2.8).

t v m

F = . ... (2.8) Energi didefinisikan sebagai kemampuan untuk melakukan usaha/kerja. Hukum kekekalan energi menjelaskan bahwa energi tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan. Salah satu bentuk energi mekanik adalah energi kinetik dan energi potensial. Energi kinetik (E ) adalah energi yang dimiliki oleh benda berdasarkan

gerakan benda. Nilai energi kinetik dapat dihitung dari pergerakan awal benda dari kecepatan awal (vo) ke kecepatan perubahan benda (v1), yang ditentukan dengan persamaan (2.9).

2 . 2 1 v m

E_k = ... (2.9) Dimana:

Ek = energi kinetik (joule). m = massa benda (kg). v = kecepatan benda (m/s).

Energi potensial (Ep) adalah energi yang dimiliki oleh benda berdasarkan kedudukan (ketinggian). Besarnya energi potensial dapat dihitung dengan persamaan (2.10).

H g m

E_p = . . ... (2.10) Dimana:

Ep = energi potensial (joule). m = massa benda (kg).

g = gaya gravitasi benda (m/s2). H = kedudukan/ketinggian benda (m).

2.3.6. Tegangan

Apabila sebuah batang atau plat dibebani sebuah gaya maka akan terjadi gaya reaksi yang sama dengan yang arah berlawanan. Gaya tersebut akan diterima sama rata oleh setiap molekul pada bidang penampang batang tersebut. Jadi tegangan adalah suatu ukuran intensitas pembebanan yang dinyatakan oleh gaya dan dibagi oleh luas di tempat gaya tersebut bekerja. Tegangan ada bermacam-macam sesuai dengan pembebanan yang diberikan. Komponen tegangan pada

sudut yang tegak lurus pada bidang ditempat bekerjanya gaya disebut tegangan langsung. Pada pembebanan tarik akan terjadi tegangan tarik maka pada beban tekan akan terjadi tegangan tekan. Biasanya dinyatakan dalam bentuk persentasi atau tidak dengan persentasi. Besarnya tegangan menunjukkan apakah bahan tersebut mampu menahan perubahan bentuk sebelum patah. Makin besar tegangan suatu bahan maka bahan itu mudah dibentuk Maka, rumus tegangan dapat dilihat pada persamaan (2.11).

... (2.11) Dimana:

σ = Tegangan (N/m2) F = gaya (Newton)

Ao = luas penampang awal (m2) 2.3.7. Regangan

Regangan adalah suatu bentuk tanpa dimensi untuk menyatakan perubahan bentuk. Biasanya dinyatakan dalam bentuk persentasi atau tidak dengan persentasi. Besarnya regangan menunjukkan apakah bahan tersebut mampu menahan perubahan bentuk sebelum patah. Makin besar regangan suatu bahan maka bahan itu mudah dibentuk Maka, rumus regangan dapat dilihat pada persamaan (2.12).

ε = ... (2.12) Dimana:

ε = Regangan

L0 = panjang mula-mula (mm)

BAB I PENDAHULUAN

1.1.1. Latar Belakang

Pengunaan polimer dan komposit dewasa ini semakin meningkat di segala bidang. Komposit berpenguat serat alam banyak diaplikasikan pada alat-alat material yang mempunyai dua perpaduan sifat dasar, yaitu kuat dan ringan. Serat yang berbeda akan menghasilkan kualitas bahan yang berbeda. Untuk proses pembuatan helmet sepeda, desain serta kualitas harus di perhatikan. Karena,

helmet sepeda harus mampu melindungi kepala pengendara dari benturan (impak).

Oleh karena itu, bahan pembuatan helmet sepeda haruslah berasal dari bahan berkualitas tinggi. Biasanya helmet sepeda yang berkualitas harganya mahal. Hal ini dikarenakan bahan baku dan teknologi yang digunakan untuk membuat helmet sepeda juga mahal.

Bahan baku yang biasa digunakan untuk pembuatan helmet sepeda adalah

plastic,rubber, fiberglass, polycarbonate,kevlar, maupun serat karbon. Teknologi

pembuatannya menggunakan teknik cetak suntik (injection molding) dan

thermoforming. Bahan dan cara pembuatan diatas membutuhkan biaya yang

sangat mahal. Hal inilah yang melatar belakangi peneliti ingin mendesain dan membuat helmet sepeda berbahan komposit busa polimer dengan bahan penguat serat tandan kosong kelapa sawit (TKKS) dengan metode cetak tuang.

Diantara serat alam tersebut ialah serat dari tandan kosong kelapa sawit (TKKS) yang telah diteliti di Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara sejak tahun 2009. Serat TKKS merupakan serat alam yang diolah dari tandan kosong kelapa sawit sisa dari proses produksi crude palm oil.

Berdasarkan penelitian-penelitian sebelumnya serat alam dari tandan kosong kelapa sawit (TKKS) diperkirakan cukup ekonomis dan dikembangkan menjadi material alternatif bagi industri helmet. Pengembangan material ini sebagai material penguat komposit dengan matriks berasal dari material-material polimer baru masih jarang ditemukan. Penulis tertarik untuk meneliti respon material komposit yang berpenguat serat TKKS apabila dibuat dalam bentuk

helmet sepeda.

1.2. Rumusan Masalah

Rumusan masalah yang diangkat dalam penelitian ini adalah bagaimana teknologi pembentukan material polymeric foam diperkuat serat alam TKKS secara tepat, sehingga sifat mekanik ketangguhan impak dan tegangan patah dapat diperoleh.

Benturan yang terjadi pada kepala dapat menimbulkan cedera pada jaringan kulit, tulang maupun struktur dikepala dan otak. Resiko benturan akibat kecelakaan tersebut diatas dapat diminimalisir dengan penggunaan helmet. Beberapa standard dan aturan hukum telah mewajibkan semua pengendara kendaraan menggunakan helmet sebagai alat pelindung bagi pengendara.

Pada umumnya beban impak yang dialami pada helmet sepeda terjadi pada sisi samping dan belakang. Untuk mengetahui besarnya tegangan dan regangan tersebut perlu dilakukan pengujian impak jatuh bebas.

1.3. Tujuan Penelitian 1.3.1. Tujuan Umum

Tujuan umum penelitian ini untuk menganalisa struktur helmet sepeda dari bahan polymeric foam diperkuat dengan serat TKKS.

1.3.2. Tujuan Kusus

Tujuan khusus penelitian ini adalah:

1. Untuk mengetahui besar energi impak pada helmet sepeda.

2. Untuk mengetahui tegangan impak helmet sepeda dari bahan polymeric

foam yang diperkuat dengan serat tandan kosong kelapa sawit (TKKS). 1.4. Batasan Masalah

Masalah yang muncul dapat diselesaikan dengan baik dan penelitian ini mencapai tujuan yang diinginkan, maka diperlukan batasan masalah yang meliputi antara lain :

1. Material yang digunakan polymeric foam yang diperkuat dengan serat TKKS.

2. Pengujian yang dilakukan adalah uji impak jatuh bebas dan titik pembebanan impak pada sisi samping dan belakang helmet sepeda.

1.5. Manfaat Penelitian

1.5.1. Pengembangan Akademis

1. Bagi peneliti dapat menambah pengetahuan, wawasan dan pengalaman tentang material komposit polymeric foam yang diperkuat serat TKKS. 2. Bagi akademik, penelitian ini dapat digunakan sebagai referensi tambahan

1.5.2. Pengembangan Industri

Sebagai pertimbangan bagi pihak industri untuk menjadikan material

polymeric foam yang diperkuat dengan serat TKKS sebagai bahan baku

pembuatan helmet yang ramah lingkungan, murah dan tahan terhadap beban impak.

1.6. Sistematika Penulisan

Pada penelitian ini akan berisikan: BAB 1. PENDAHULUAN

Bab ini membahas latar belakang, perumusan masalah, tujuan penelitian, batasan masalah, manfaat penelitian dan sistematika penulisan.

BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA

Bab ini membahas literatur dan referensi yang diperlukan berkenaan dengan masalah yang dikaji dalam penelitian mengenai uji tekan, uji brazilian, dan uji impak jatuh bebas.

BAB 3. METODOLOGI PENELITIAN

Bab ini berisi urutan dan cara yang dilakukan. Dimulai dari alat, bahan, dan proses yang dilaksanakan.

BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN

Bab ini menampilkan data-data yang diperoleh dari penelitian dan hasil pengujian berupa tabel-tabel maupun grafik hasil pengujian.

BAB 5. KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini yaitu penutup, berisi tentang kesimpulan dan saran dari semua hasil analisa pengamatan serta perhitungan.

6. DAFTAR PUSTAKA

Daftar pustaka berisikan literatur yang digunakandalam penelitian dan penyusunan laporan ini.

Abstrak

Tujuan penelitian ini adalah untuk mendapatkan tegangan, regangan danenergi impak yang mampu diserap oleh helmet sepeda dari bahan polimerik foam busa komposit. Pengujian impak jatuh bebas dilakukan dengan menggunakan alat uji jatuh bebas multiguna. Helmet yang diuji diletakkan pada tes rig yang dapat diatur ketinggian jatuhnya. Perhitungan waktu impak, maka pada alat uji dilengkapi dengan 8 buah sensor proximity jenis induktif. Helmet akan jatuh dan menabrak dudukan alas uji yang disebut dengan anvil. Gaya yang dihasilkan akan diukur dengan menggunakan alat sensor pengukuran beban yang disebut dengan load cell yang diletakkan di bawah anvil. Data akan dipindahkan dari load cell ke suatu sistem data akusisi yang berfungsi untuk merubah sinyal analog ke bentuk sinyal digital.Data akan disimpan pada PC sebagai gaya (N) dan waktu (t).Hasil uji impak dengan cara eksperimental untuk helmet bahan polimerik foam busa komposit diperkuat serat TKKS, uji impak pada sisi samping dengan ketinggian impaktor 1 m diperoleh besar gaya rata-rata 275,33 N. Dan Sisi belakang 239,33 N. dan besar tegangan rata-rata yang terjadi pada sisi samping adalah 1,029Mpa. Pada sisi belakang adalah 0,684Mpa. Tegangan yang terjadi ini menyebabkan helmet sepeda pecah yang berarti telah mencapai dan melewati titik break point.

ABSTRACT

This research is for identified the stress, strain and energy impact than can be absorbed by the polymeric foam bike helm. The free-fall impact test is tested by using multifunction free-fall tester. The Helm is placed in the test rig which height can be adjusted. To identify the impact time that occur in the test, tester is using 8 inductive proximity sensors. Helm will fall and crash the anvil. The force exerted will be measured by the load cell that under the anvil. The analog signal data will be transferred from the load cell to the data acquisition system to be converted as the digital signal. The data will be stored in a PC as a table of Force (N) and time (s). The experimental test result for the impact that occur on the oil palm empty bunch fiber reinforced polymeric foam bike helm at the impact Test height of 1m is 275,33N for the impact on the side and 239,33 N for the impact on the back. The average stress that occur on the side is 1,029 MPa and on the back is 0,684 MPa. This stress that occur in helm is a factor that make the bike helm crush which is mean it already reach or passed the ultimate point.

STUDI EKSPERIMENTAL DAN ANALISA RESPON MEKANIK HELMET SEPEDA DARI BAHAN KOMPOSIT BUSA POLIMER DIPERKUAT

SERAT TKKS AKIBAT BEBAN IMPAK JATUH BEBAS

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

SUKARDI 090401004

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

M E D A N

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Allah SWT, Tuhan semesta alam. Tiada daya dan kekuatan selain dari-Nya. Shalawat dan salam kepada Rasulullah Muhammad SAW. Alhamdulillah, atas izin-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.

Skripsi ini adalah salah satu syarat untuk dapat lulus menjadi Sarjana Teknik di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul skripsi yang dipilih diambil dari mata kuliah Proses Produksi Non-Logam, yaitu “STUDI EKSPERIMENTAL DAN ANALISA RESPON

MEKANIK HELMET SEPEDA DARI BAHAN KOMPOSIT BUSA POLIMER DIPERKUAT SERAT TKKS AKIBAT BEBAN IMPAK JATUH BEBAS”.

Dalam penulisan skripsi ini, penulis banyak mendapatkan bantuan, motivasi, pengetahuan, dan lain-lain dalam penyelesaian skripsi ini. Penulis telah berupaya dengan segala kemampuan pembahasan dan penyajian, baik dengan disiplin ilmu yang diperoleh dari perkuliahan, menggunakan literatur, serta bimbingan dan arahan dari Bapak Prof.Dr.Ir. Bustami Syam, MSME sebagai Dosen Pembimbing.

Pada kesempatan ini, penulis tidak lupa menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:

1. Kedua orang tua tercinta, Ayahanda Hasan dan Ibunda Siti Aminah, adik-adik tersayang (Sri Bani dan Hilmiyanti Maryanti) atas doa, kasih sayang, pengorbanan, tanggung jawab yang selalu menyertai penulis, dan memberikan penulis semangat yang luar biasa sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.

2. Bapak Prof.Dr.Ir.Bustami Syam, MSME sebagai Dosen Pembimbing Skripsi yang banyak memberi arahan, bimbingan, motivasi, nasehat, dan pelajaran yang sangat berharga selama proses penyelesaian Skripsi ini.

3. Bapak Dr.-Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri dan Ir.Syahril Gultom, MT selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik USU. Bapak Ir.Tugiman, MT selaku Koordinator Skripsi.

4. Seluruh Staf Pengajar DTM FT USU yang telah memberikan bekal pengetahuan kepada penulis hingga akhir studi selesai, dan seluruh pegawai administrasi DTM FT USU, juga kepada staf Fakultas Teknik.

5. Teman satu tim (Pradipta Sigit S) yang telah memberikan kesempatan kepada penulis untuk bergabung dalam penyelesaian tugas sarjana ini.

6. Teman-teman seperjuangan Teknik Mesin stambuk 2009, yang banyak memberi motivasi kepada penulis dalam menyusun skripsi ini.

7. Abang, adik-adik dan keluarga besar penulis yang banyak memberi dukungan kepada penulis untuk menyelesaikan kuliah dan hingga tugas skripsi ini selesai.

Semoga skripsi ini bermanfaat bagi kita semua dan dapat digunakan sebagai pengembangan ilmu yang didapat selama dibangku kuliah. Apabila terdapat kesalahan dalam penyusunan serta bahasa yang tidak tepat dalam skripsi ini sebagai manusia yang tak luput dari kesalahan penulis mengharapkan masukan dan kritikan yang bersifat membangun dalam penyempurnaan skripsi ini. Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih, semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi seluruh kalangan yang membacanya. Amin Ya Rabbal Alamin.

Medan, 20 Februari 2014 Penulis,

Sukardi

Abstrak

Tujuan penelitian ini adalah untuk mendapatkan tegangan, regangan danenergi impak yang mampu diserap oleh helmet sepeda dari bahan polimerik foam busa komposit. Pengujian impak jatuh bebas dilakukan dengan menggunakan alat uji jatuh bebas multiguna. Helmet yang diuji diletakkan pada tes rig yang dapat diatur ketinggian jatuhnya. Perhitungan waktu impak, maka pada alat uji dilengkapi dengan 8 buah sensor proximity jenis induktif. Helmet akan jatuh dan menabrak dudukan alas uji yang disebut dengan anvil. Gaya yang dihasilkan akan diukur dengan menggunakan alat sensor pengukuran beban yang disebut dengan load cell yang diletakkan di bawah anvil. Data akan dipindahkan dari load cell ke suatu sistem data akusisi yang berfungsi untuk merubah sinyal analog ke bentuk sinyal digital.Data akan disimpan pada PC sebagai gaya (N) dan waktu (t).Hasil uji impak dengan cara eksperimental untuk helmet bahan polimerik foam busa komposit diperkuat serat TKKS, uji impak pada sisi samping dengan ketinggian impaktor 1 m diperoleh besar gaya rata-rata 275,33 N. Dan Sisi belakang 239,33 N. dan besar tegangan rata-rata yang terjadi pada sisi samping adalah 1,029Mpa. Pada sisi belakang adalah 0,684Mpa. Tegangan yang terjadi ini menyebabkan helmet sepeda pecah yang berarti telah mencapai dan melewati titik break point.

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ... i

ABSTRAK ... iii

ABSTRACT ... iv

DAFTAR ISI ... v

DAFTAR GAMBAR ... vii

DAFTAR TABEL ... ix

DAFTAR NOTASI ... x

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1. Latar Belakang ... 1

1.2. Rumusan Masalah ... 2

1.3. Tujuan Penelitian ... 3

1.3.1. Tujuan Umum ... 3

1.3.2. Tujuan Kusus ... 3

1.4. Batasan Masalah... 3

1.5. Manfaat Penelitian ... 3

1.5.1. Pengembangan Akademis ... 3

1.5.2. Pengembangan Industri ... 4

1.6. Sistematika Penulisan ... 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 6

2.1. Alat Transportasi Sepeda ... 6

2.1.1. Desain Helmet Sepeda ... 6

2.1.2. Standarisasi Helmet Sepeda ... 9

2.2. Komposit ... 9

2.2.1. Matrial Komposit Penyusun Struktur Helmet Sepeda ... 13

2.3. Peralatan ... 26

2.4. Uji Impak Jatuh Bebas ... 26

2.4.1. Gerak jatuh Bebas ... 27

2.4.2. Gerak Lurus ... 29

2.4.3. Momentum Dan Impuls ... 30

vi

2.4.5. Tegangan ... 32

2.4.6. Regangan ... 33

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 34

3.1. Waktu dan Tempat Penelitian ... 34

3.1.1. Waktu Penelitian ... 34

3.1.2. Tempat Penelitian ... 34

3.2. Variabel Penelitian ... 35

3.3. Prosedur Penelitian... 35

3.4. Metode Penelitian... 36

3.4.1. Persiapan TKKS ... 36

3.4.2. Uji Komposisi ... 40

3.4.2.1. Komposisi material komposit busa polimer yang digunakan... 41

3.4.3. Proses Pembuatan HelmetSepeda ... 44

3.5. Pengujian Impak Jatuh Benas ... 48

3.5.1. Alat Uji Impak Jatuh Bebas ... 48

3.5.2. Prosedur Pengujian ... 49

3.6. Diagram Alir Penelitian ... 51

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 53

4.1. Pendahuluan ... 53

4.2. Hasil Pengujian Impak Jatuh Bebas ... 54

4.3. Hasil Penggujian Impak Jatuh Bebas Pada Titik Samping Dengan Ketingian 1 meter ... 55

4.4. Hasil Penggujian Impak Jatuh Bebas Pada Titik Belakang Dengan Ketingian 1 meter ... 60

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 64

5.1. Kesimpulan ... 64

5.2. Saran ... 65

DAFTAR PUSTAKA ... xi

LAMPIRAN I ... xiii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Komponen Helmet Sepeda ... 8

Gambar 2.2. Gabungan makroskopis fasa-fasa pembentuk komposit ... 10

Gambar 2.3. Klasifikasi bahan komposit ... 11

Gambar 2.4. PolyesterResin BTN 157-EX ... 15

Gambar 2.5. Alat uji impak jatuh bebas ... 27

Gambar 2.6. Grafik hubungan v – t... 28

Gambar 2.7. Diagram kecepatan – waktu ... 29

Gambar 2.8. Hubungan Momentum dan Impuls ... 30

Gambar 3.1. Spesimen Uji Impak Jatuh Bebas ... 36

Gambar 3.2. TKKS Dalam Bentuk Utuh ... 37

Gambar 3.3. TKKS yang Sudah Dihancurkan ... 37

Gambar 3.4. Pembuangan Air Rendaman ... 37

Gambar 3.5. DirendamDenganLarutanNaoh 1m Selama 24 Jam ... 38

Gambar 3.6. Pembersihan Serat Dengan Air Bersih ... 38

Gambar 3.7. Proses Penjemuran ... 39

Gambar 3.8. pengguntungan Serat ... 39

Gambar 3.9. Proses Pengilingan Serat ... 40

Gambar 3.10. Serat Halus TKKS ... 40

Gambar 3.11. Perbandingan densitas ... 42

Gambar 3.12. Perbandingan Modulus Elastisitas Antar Komposisi ... 42

Gambar 3.13. Perbandingan Kekuatan Tarik Antar Komposisi ... 43

Gambar 3.14. Perbandingan Kekuatan Tekan Antar Komposisi ... 43

Gambar 3.15. Melapisi cetakan dengan aluminumfoil dan diberi mirrorglaze ... 44

Gambar 3.16. Bahan/Komposisi Yang Telah Ditimbang ... 44

Gambar 3.17. Pencampuran TKKS dan Cuka di aduk 5 menit ... 45

Gambar 3.18. Proses pencampuran resin dengan natrium bikarbonat ... 45

Gambar 3.19. Pemberian Katalis ... 46

Gambar 3.20. Pemberian panas dengan dryer ... 46

Gambar 3.21. Pencampuran serat yang telah menyerap cuka ... 47 Gambar 3.22. (a) Penuangan Campuran Ke Cetakan, (b) Pemberian

viii

MoldCetakan, (c) Pemberian Mold Penekan Pada Cetakan ... 47

Gambar 3.23. Helmetsepeda Telah Jadi ... 48

Gambar 3.24. Perangkat Alat Uji Impak Jatuh Bebas ... 48

Gambar 3.25. Pemasangan loadcell dan anvilsupport ... 49

Gambar 3.26. Posisi testrig pada alat uji ... 50

Gambar 3.27. Posisi jarak ketinggian dan sensor proximity ... 50

Gambar 3.28. Diagram alir penelitian ... 52

Gambar 4.1. Posisi anvil, helmetsepeda dan testrig ... 53

Gambar 4.2. (a) Sisi Samping, (b) Sisi Belakang ... 54

Gambar 4.3. Grafik hasil pengujian impak pada titik samping ketinggian 1 m spesimen uji 1 ... 56

Gambar 4.4. Grafik hasil pengujian impak pada titik samping ketinggian 1 m spesimen uji 2 ... 57

Gambar 4.5. Grafik hasil pengujian impak pada titik samping ketinggian 1 m spesimen uji 3 ... 58

Gambar 4.6. Grafik gabungan gaya vs waktuimpak ketinggian 1 meter ... 58

Gambar 4.7. Grafik hasil pengujian impak pada titik belakang ketinggian 1 m spesimen uji 1 ... 60

Gambar 4.8. Grafik hasil pengujian impak pada titik belakang ketinggian 1 m spesimen uji 2 ... 61

Gambar 4.9. Grafik hasil pengujian impak pada titik belakang ketinggian 1 m spesimen uji 3 ... 61

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Sifat Fisik dan Morfologi Tandan Kosong Kelapa Sawit ... 14

Tabel 2.2. Komposisi dan Sifat Kimia Tandan Kosong Kelapa Sawit ... 14

Tabel 2.3. Karakteristik mekanik polyeter resin BTN 157-EX ... 16

Tabel 2.4. Informasi Umum Senyawa Asam Asetat ... 17

Tabel 2.5. Informasi Umum Natrium Bikarbonat ... 21

Tabel 2.6. Peralatan yang digunakan pada penelitian ... 26

Tabel 2.7. Waktu dan kecepatan benda jatuh ... 28

Tabel 3.1. Lokasi dan aktivitas penelitian ... 34

Tabel 3.2. Uji Komposisi bahan ... 41

Tabel 3.3. Komposisi spesimen ... 42

Tabel 4.1. Hasil pengujian titik samping helmet sepeda dengan impak jatuh bebas pada ketinggian 1 m... 59

Tabel 4.2. Hasil pengujian titik belakang helmet sepeda dengan impak jatuh bebas pada ketinggian 1 m... 63

x

DAFTAR NOTASI

Simbol Keterangan Satuan

σ Tegangan MPa

Ao Luas penampang mm2

F Gaya Newton

ε Regangan MPa

P Beban kgf

D Diameter mm

d Diameter lekukan mm

ρ Densitas g/cm3

σf Tegangan patah MPa

T Tebal mm

W Lebar mm

E Modulus Young GPa