Serat alam yang digunakan meliputi serat daun nanas Ananas Comosus L, dan resin
yang digunakan jenis phenol formaldehida. Adapun dimensi bumper mobil yang akan
didesain adalah, panjang 169.4 cm, lebar 10 cm, dan tinggi 16.4 cm. Penelitian
terbatas pada simulasi static test dan drop test pada
desain bemper mobil terbuat dari bahan komposit berpenguat serat daun nanas dengan
menggunakan software Solidworks 2014.
Untuk mengetahui kemampuan maksimal dari bemper mobil yang menggunakan bahan
komposit serat alam dengan melalui proses simulasi stress analysis dengan software
Solidworks 2014 dan juga untuk mengetahui pendistribusian beban yang terjadi pada
bemper mobil serta memprediksi letak critical point
pada desain
bemper tersebut.
Mengembangkan alternatif
bahan yang
ringan, murah dan ramah lingkungan pada umumnya dan pengembangan penggunaan
serat alam serat daun nanas untuk keperluan otomotif pada khususnya.
2. KAJIAN LITERATUR DAN
PEGEMBANGAN HIPOTESIS
Penelitian ini merupakan pengembangan penelitian sebelumnya Arbintarso, 2015
dengan judul “Tinjauan Komposit Diperkuat Serat Alam Sebagai Bahan Alternatif Untuk
Bodi Mobil Urban Concept” dimana dibandingkan komposit dengan berbagai jenis
serat alam yaitu serat daun nanas, serat rosela dan serat sabut kelapa. Serat daun nanas
mempunyai sifat mekanis yang paling baik dari ketiga jenis serat tersebut.
Pengembangan yang dilakukan pada penelitian
ini adalah
pertama untuk
menganalisa kegagalan yang terjadi pada komposit berpenguat serat daun nanas jika
dipergunakan sebagai bemper mobil. Kedua untuk mengembangkan simulasi pembebanan
terhadap
bemper mobil dengan bahan komposit berpenguat serat daun nanas
sehingga dapat
diketahui titik-titik
kritikalnya. Komposit adalah suatu jenis bahan
tunggal yang tersusun dari minimal dua unsur yang menghasilkan sifat yang berbeda
terhadap sifat-sifat unsur penyusunnya. Pada umumnya
komposit terdiri dari matrik
sebagai bahan utama dan suatu jenis penguatan reinforcement yang ditambahkan
untuk meningkatkan kekuatan dan kekakuan matrik. Bila unsur penguat berupa serat
fibre maka komposit tersebut dinamakan Komposit Diperkuat Serat. Komposit jenis ini
dibagi menjadi 3 kelompok besar yaitu Carbon Fiber Reinforced Composite CFRC,
Glass Fiber Reinforced Composite GFRC dan Natural Fiber Reinforced Composite
NFRC.
Dalam hal ini matrik yang digunakan adalah dari jenis polimer atau sering disebut
dengan resin. Resin yang sering digunakan adalah dari jenis termoset yang dibentuk dari
reaksi kimia dimana resin dan pengeras atau resin dengan katalis dicampur dan kemudian
terjadi reaksi kimia yang searah non- reversibble membentuk produk yang keras.
Sekali direaksikan, termoset tidak akan menjadi cairan kembali jika dipanaskan.
Jika sistem resin dikombinasikan dengan serat penguat akan diperoleh sifat-sifat yang
jauh lebih baik dari pada sifat resin maupun sifat serat secara terpisah. Matrik resin
menyebarkan beban yang diterima kedalam setiap individu serat dan juga melindungi
serat dari kerusakan karena abrasi dan benturan, sedangkan serat akan meningkatkan
kekuatan dan kekakuan matrik. Penggunaan sistem resin diperkuat serat memudahkan
pencetakan bentuk-bentuk yang rumit, juga mempunyai ketahanan terhadap lingkungan
korosif dengan berat jenis yang rendah, sehingga komposit diperkuat serat lebih
unggul terhadap logam dalam banyak aplikasi teknik.
Secara garis besar ada 3 macam jenis komposit
berdasarkan penguat
yang digunakannya Kaw, 1997, yaitu:
Fibrous Composites Komposit Serat merupakan jenis komposit yang hanya terdiri
dari satu laminat atau satu lapisan yang menggunakan penguat berupa serat. Serat ini
bisa disusun secara acak maupun dengan orientasi tertentu bahkan bisa juga dalam
bentuk yang lebih kompleks seperti anyaman.
Laminated Composites Komposit La- minat, merupakan jenis komposit yang terdiri
dari dua lapis atau lebih yang digabung
menjadi satu dan setiap lapisnya memiliki karakteristik sifat sendiri.
Particulate Composites Komposit Parti- kel, merupakan komposit yang menggunakan
partikelserbuk sebagai
penguatnya dan
terdistribusi secara merata dalam matriksnya Kekuatan komposit tidak tergantung dari
interaksi mikroskopik antar molekul seperti yang biasa terjadi pada material lain.
Kekuatan komposit terdiri dari serat, dan posisi serat dalam komposit itu sendiri apabila
posisi serat dalam matrik hanya satu arah saja sesuai dengan arah serat. Akan tetapi
komposit yang berkualitas tinggi adalah yang bisa melayani gaya dari segala arah, untuk
memenuhi kebutuhan ini hendaknya serat diusahakan
mengarah kesegala
arah. Komposit tentu dipengaruhi oleh jenis serat
dan panjangnya serat dan arah serat, dimana serat-serat itu diorientasikan paralel kepada
arah pengujian untuk menunjukkan sifat mekanis terbaik.
Selain hal diatas kekuatan dari komposit sangat
ditentukan dari
fraksi volume
penyusunnya, yaitu jumlah masing-masing volume matrik dan serat, yang dirumuskan
Gibson, 1994:
�
�
= �
�
��
�
+ �
�
��
�
............. 1 �
�
+ �
�
+ �
�
= 1.................. 2 Sedang compact density ditentukan
dengan persamaan rule of mixture: �
�
= �
�
��
�
+ �
�
��
�
............. 3 Dimana :
c
= Tegangan tarik komposit
m
= Tegangan tarik matrik
m
= Fraksi volume matrik
c
= Berat jenis komposit
m
= Berat jenis matrik
f
= Berat jenis fiber
f
= Tegangan tarik serat
f
= Fraksi volume serat
v
= Fraksi volume voids rongga Salah satu faktor penting yang menen-
tukan karakteristik dari komposit adalah perbandingan
matrik dan penguatserat.
Perbandingan ini dapat ditunjukkan dalam bentuk fraksi volume serat V
f
atau fraksi berat serat W
f
. Namun, formulasi kekuatan komposit lebih banyak menggunakan fraksi
volume serat. Menurut Roe dan Ansel 1985, fraksi volume serat dapat dihitung dengan
menggunakan persamaan berikut:
�
�
=
[�
�
−
��−�� ��
] �
�
................. 4
Jika selama proses pembuatan komposit diketahui massa komposit M
C
, serat M
f
dan matrik M
m
, serta berat serat dan matrik, maka fraksi volume dan fraksi massa serat
dapat dihitung dengan persamaan Kaw 1997.
Serat alam utamanya terdiri dari: selulosa cellulose, hemiselulosa hemicellulose,
pektin pectin dan liknin lignin. Prosentase dari masing masing pembentuk serat alam
tersebut bervariasi tergantung dari jenis seratnya. Variasi tersebut dipengaruhi oleh
kondisi
pertumbuhan dan
panenannya. Selulosa adalah suatu semikristal polisakarid
polysaccharide dan merupakan komponen utama dalam serat alam Westman, dkk.
2010. Serat alam yang berasal bukan dari kayu didominasi jenis ilalang 30, bambu
10, kelapa 7, rami 6 dan jerami 6 Youngquist, dkk. 1994.
Tanaman nanas Ananas comosus selain menghasilkan buah nanas juga menghasilkan
serat yang berasal dari daunnya. Serat daun nanas telah banyak digunakan sebagai bahan
baku tekstil dan mempunyai kekuatan tarik dua kali lebih tinggi dibandingkan serat kaca
Mujiyono dan Didik, 2009. Serat daun nanas adalah salah satu jenis serat alam yang
berasal dari tumbuhan yang diperoleh dari daun tanaman nanas. Bentuk daun nanas
menyerupai
pedang yang
meruncing diujungnya dengan warna hijau kehitaman
dan pada tepi daun terdapat duri yang tajam. Tergantung
dari spesies atau varietas
tanaman, panjang daun nanas berkisar antara 55 sampai 75 cm dengan lebar 3,1 sampai 5,3
cm dan tebal daun antara 0,18 sampai 0,27 cm Daulay, dkk. 2014. Daulay, dkk. 2014
menyimpulkan bahwa serat daun nanas sebagai penguat komposit meningkat secara
signifikan, dimana kekuatan bentur maksimal diperoleh pada variasi ukuran partikel 100
mesh pada rasio matriks dan pengisi 9010 yaitu sebesar 12,3425 KJm2 ~120 MPam
berada di atas kekuatan lentur epoksi murni yaitu sebesar 9,5061 KJm2.
Bemper merupakan bagian paling ujung depan dan ujung belakang dari sebuah mobil
yang di desain khusus untuk mengurangi dampak kerusakan pada bagian-bagian mobil
saat terjadi
tabrakan serta melindungi pengendaranya. Bemper depan dan belakang
menjadi sebuah bagian standar pada semua mobil semenjak tahun 1925. Desain bemper
yang akan dipakai dalam simulasi ini dengan dimensi panjang 169.4 cm, lebar 10 cm, dan
tinggi 16.4 cm, seperti terlihat pada Gambar 1.
Gambar 1. Desain 3D Bemper. Menurut
Huston 1987 Gaya F merupakan tarikan atau dorongan. Efek atau
konsekuensi dari gaya tersebut tergantung pada seberapa keras atau seberapa besar
tarikan atau
dorongannya, arah
dari tarikandorongan tadi, dan letak posisi gaya
tersebut bekerja. Ketiga efek tadi bisa juga disebut
dengan “karakteristik”
yang mendefinisikan
sebuah gaya.
Dengan karakterik-karakteristik tersebut, gaya bisa
disajikan dengan bentuk vektor. Gaya
benturan yang akan diberikan ke bumper nantinya diletakkan di sisi kanan kiri
bumper serta bagian depan bumper, arah gaya benturan berbentuk anak panah seperti pada
Gambar 2 dan Gambar 3.
Gambar 2. Letak Gaya Benturan Pada Bagian Depan Bumper.
Gambar 3. Letak Gaya Benturan Pada Bagian Sisi Kiri Bumper
3. METODE PENELITIAN
