Analisis Eksperimental Komposit Pada Pelindung Dada Pengendara Sepeda Motor

DAFTAR PUSTAKA

[1] Chawla,A., Mukherjee,S., Mohan, D.,Bose, Bose,D.,Rawat,P. 2001. FE Simulations of Motorcycle – Car Frontal Crashes, Validaton and

Observations. Indian Institute of Technology.

http://tripp.iitd.ernet.in/publications/paper/biomech/18ESV-FEsimul.pdf diakses tgl 03-10-2013 jam 11:00 WIB

[2] Chawla, K.K. 1987. Composite materials, First Ed.Berlin: Springer-Verlag New York Inc.

[3] Glass Fibre Reinforced Product for Industrial Applications. Amitech Industrial.http://www.amiantit.com/media/pdf/brochures/Glass_Fibre_Re inforced_Products/ files/Glass_Fibre_Reinforced_Products.pdf diakses tgl 14-05-2014 jam 15:15

[4] http://www.highvelocitygear.com/ diakses tgl 13-05-2014 jam 13:10 WIB

[5] http://www.satra.co.uk/spotlight/article_view.php?id=190 diakses tgl 14-05-2014 jam 14:30 WIB

[6] Lawrence, 1994.Ilmu dan Teknologi Bahan.Jakarta: Penerbit Erlangga. [7] Material Data Book.2003. Cambridge University Engineering

Departement. http://www-mdp.eng.cam.ac.uk/web/library/enginfo/ cueddatabooks/materials.pdf diakses tgl 14-05-2014 jam 15:10

[8] Robert, M. 2007. Impact and Drop Testing with ICP Force Sensors. PCB Piezotronics, Inc., Depew, New York.

http://www.sandv.com/downloads/0702metz.pdf diakses tanggal 26 Juni 2014 jam 16:34 WIB

[9] Simanjuntak, Rahmat Kartolo. Pengukuran Helmet Sepeda Motor Yang Dikenai Beban Impak Menggunakan Metode Jatuh Bebas. Repository USU. 21 Maret 2012.

http://repository.usu.ac.id/handle/123456789/31946diakses tgl 30-10-2013 jam 13:24 WIB

[10] Spesifikasi produk Chest Protector LEATT PRO LITE. http://www.leatt-brace.com/product_uploads/ce_certificates/CHEST%20PROTECTOR% 20LEATT%205.5%20PRO%20LITE.pdf diakses tgl 13-05-2014 jam 13:00 WIB

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Pendahuluan

Bab ini berisikan metode yang digunakan untuk menyelesaikan permasalahan pada skripsi ini. Penelitian ini terdiri dari beberapa tahapan yaitu: Melakukan pembuatan spesimen jatuh bebasdengan menggunakan bahan Busa EVA, Serat Kacadan Polyester Resin Tak Jenuh.

3.2 Tempat dan Waktu Penelitian

Penelitian ini dilaksanakan sejak tanggal pengesahan usulan oleh pengelola program studi sampai dinyatakan selesai yang direncanakan berlangsung selama ± 3 bulan.Tempat pelaksanaan penelitian adalah di Pusat Riset Impak dan Keretakan Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

3.3 Bahan dan Alat Penelitian 3.3.1 Bahan

Bahan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain adalah :

a. Busa EVA

Ethylene Vinil Asetat (juga dikenal sebagai EVA) adalah kopolimer etilena dan vinil asetat. Persentase berat vinil asetat biasanya bervariasi dari 10% sampai 40%, dengan sisanya menjadi etilena.Pada Gambar 3.1 dapat terlihat bentuk busa EVA yang digunakan dalam penelitian ini.

Gambar 3.1 Busa EVA

b. PolyesterResin Tak JenuhBQTN 157

Polyester Resin Tak Jenuh BQTN 157 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. Pada Gambar 3.2 dapat terlihat resin yang digunakan dalam penelitian ini.

Gambar 3.2 Resin

c. Serat Kaca

Serat Kaca (Bahasa Inggris: fiberglass) atau sering diterjemahkan menjadi serat gelas adalah kaca cair yang ditarik menjadi serat tipis dengan garis tengah sekitar 0,005 mm - 0,01 mm. Jenis serat kaca yang digunakan berupa Chop

Strain Mat (CSM). Pada Gambar 3.3 dapat terlihat potongan serat kaca yang akan kami gunakan dalam penelitian ini.

Gambar 3.3 Serat Kaca

d. Katalis MEKP (Methyl Ethyl Ketone Peroxide)

Katalis merupakan material kimia yang digunakan untuk mempercepat reaksi polimerisasi struktur komposit pada kondisi suhu kamar dan tekanan atmosfir.Pemberian katalis dapat berfungsi untuk mengatur waktu pembentukan gelembung blowing agent, sehingga tidak mengembang secara berlebihan, atau terlalu cepat mengeras yang dapat mengakibatkan terhambatnya pembentukan gelembung.Pada Gambar 3.4 dapat terlihat katalis yang kami gunakan dalam penelitian ini.

e. Gelas Plastik

Gelas Plastik yang digunakan berfungsi untuk menakar jumlah resin dan katalis yng akan digunakan dalam spesimen. Pada Gambar 3.5 dapat terlihat gelas plastik yang kami gunakan dalam penelitian ini.

Gambar 3.5 Gelas Plastik

f. Glazing Wax

Wax digunakan untuk melapisi cetakan kaca agar lebih mudah melepaskan produk dari cetakan. Pada Gambar 3.6 dapat terlihat wax yang kami gunakan dalam penelitian ini.

Gambar 3.6 Glazing Wax

Alat yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut :

1. Jangka Sorong

Jangka sorong digunakan untuk mengukur dimensi spesimen. Pada Gambar 3.7 dapat terlihat jangka sorong yang kami gunakan dalam penelitian ini.

Gambar 3.7 Jangka Sorong

2. Timbangan Digital

Digunakan untuk memperolehmassa dari serat dan bahan-bahan lain. Pada Gambar 3.8 dapat terlihat timbangan digital yang kami gunakan dalam penelitian ini.

Gambar 3.8 Timbangan Digital

Cetakan kaca digunakan untuk membentuk campuran bahan agar sesuai untuk ukuran pengujian.Pada Gambar 3.9 dapat terlihat cetakan kaca yang kami gunakan dalam penelitian ini.

Gambar 3.9 Cetakan Kaca

4. Lempengan Kaca

Lempengan Kaca digunakan untuk menutupi cetakan kaca agar menekan spesimen dan melindungi spesimen dari kotoran ketika dalam masa pengeringan. Pada Gambar 3.10 dapat terlihat lempengan kaca yang kami gunakan untuk menutup cetakan kaca pada penelitian ini.

Gambar 3.10 Lempengan Kaca

5. Beban

Beban ditaruh diatas lempengan kaca agar menekan spesimen sehingga ikatan yang terjadi pada spesimen lebih padat dan permukaannya merata. Pada

Gambar 3.11 dapat terlihat beban yang diletakkan diatas cetakan kaca pada penelitian ini.

Gambar 3.11 Beban

6. Alat Uji Impak Jatuh Bebas

Alat uji yang dipergunakan dalam penelitian ini ialah alat uji impak jatuh bebas yang berfungsi untuk mengukur gaya impak yang terjadi. Pada Gambar 3.12 dapat terlihat alat uji impak jatuh bebas yang digunakan pada penelitian ini. Pada alat uji spesimen diletakkan pada posisi atas agar dapat diatur ketinggiannya. Setelah dijatuhkan alat uji ini akan memeriksa gaya impak yang terjadi akibat proses tumbukan spesimen dan anvil.

Spesimen yang dibuat pada penelitian ini ada 4 material, yaitu Polyester Polymer, Glass Fibre Reinforced Polymer, Polyester Polymer Sandwich EVA Foam dan Glass Fibre Reinforced Polymer Sandwich EVA Foam. Komposisidari tiap material dapat terlihat pada tabel 3.1 berikut:

Tabel 3.1 Komposisi Spesimen

Pada proses pembuatannya spesimennya dilakukan dengan cara hand

layout pada cetakan kaca persegi dengan ukuran 330 mm ×330 mm dengan tebal

10 mm. Pembuatan dimulai dengan menyiapkan bahan dan alat yang dibutuhkan. Nama

Material

Nama Spesimen

Komposisi (% massa) Jenis Material Resin Katalis Fibreglass BusaEVA

Polyester Polymer

Resin 1 97,5 2,5 - -

Resin 2 97,5 2,5 - - Polimer

Resin 3 97,5 2,5 - -

Glass Fibre Reinforced

Polymer (GFRP)

Fiber 1 77,6 2 20,4 -

Komposit Serat

Fiber 2 77,6 2 20,4 -

Fiber 3 77,6 2 20,4 -

Polyester Polymer Sandwich EVA foam

EVA Resin 1 90 2,2 8,8 -

Komposit Sandwich

EVA Resin 2 90 2,2 8,8 -

EVA Resin 3 90 2,2 8,8 -

GFRP Sandwich EVA foam

EVA Fiber 1 72,4 1,9 19 6,7 Komposit Sandwich EVA Fiber 2 72,4 1,9 19 6,7

Setelah tersedia proses pembuatan dimulai dengan menyiapkan bahan-bahannya. Busa EVA dan Serat Kaca dipotong dengan ukuran 330 mm × 330 mm.

Kemudian timbang gelas plastik agar diketahui beratnya. Setelah itu dituangkan katalis dan resin BQTN 157 kedalam gelas plastik. Bahan-bahan campuran ditimbang agar diperoleh berat yang sesuai untuk spesimen. Pada Gambar 3.13 dapat terlihat hasil campuran resin dan katalis yang akan digunakan.

Gambar 3.13 Campuran Resin dan Katalis

Sebelum bahan-bahan dituangkan kedalam cetakan kaca dioleskan glazing wax kepermukaan cetakannya untuk mempermudah melepaskan spesimen yang telah kering.Setelah glazing wax dioleskan dengan rata resin dan katalis diaduk sampai merata untuk mempercepat pengeringan.Campuran yang telah diaduk dituang kedalam cetakan hingga merata.Setelah campuran rata, bagian atas cetakan ditutup dengan lempengan kaca agar bagian atasnya merata dan diberi pemberat agar diperoleh tekanan. Pada Gambar 3.14 dapat terlihat proses penuangannya untuk membuat material spesimen Polyester Polymer sebagai dasar bahan komposit lainnya.

Gambar 3.14 Penuangan Campuran Resin dan Katalis

Untuk spesimen GlassFibre Reinforced Polymer setelah cetakan dituang ke dalam cetakan ditaruh lapisan serat kaca satu persatu sambil diratakan.Setelah 5 lapisan serat kaca ditaruh dan campuran rata, cetakan ditutup dengan lempengan kaca dan diberi beban pemberat.Pada Gambar 3.15 terlihat proses peletakan lapisan serat kaca pada cetakan

Gambar 3.15 Peletakan Lapisan Serat Kaca

Untuk spesimen PolyesterPolymer sandwich EVA foam setelah campuran resin dan katalis yang didalam cetakan kaca mengental ditaruh lembaran Busa EVA diatasnya agar bisa menyatu. Setelah Busa EVA ditaruh lempengan kaca dan bebanuntuk memberikan tekanan pada Busa EVA agar ikatan antara resin dan Busa EVA rata. Pada Gambar 3.16 dapat terlihat penutupan cetakan dengan lempengan kaca.

Gambar 3.16 Proses Penutupan Spesimen EVA Resin

Untuk spesimen Glass Fibre Reinforced Polymer sandwich EVA foam campuran Resin dan Katalis dituang kedalam cetakan diletakkan lapisan serat kaca hingga merata sebanyak 5 lapisan. Setelah itu ditaruh lapisan busa EVA diatasnya lalu diberi lempengan kaca dan beban. Pada Gambar 3.17 dapat terlihat beban diletakkan diatas cetakan kaca yang sudah tertutupi lempengan kaca.

Gambar 3.17 Pemberian Beban Pada Pembuatan Spesimen EVA Fiber

Setelah spesimen dibiarkan selama 1-2 hari lempengan kaca dibuka, dan spesimen dilepaskan dari cetakan.Spesimen yang dibuat pada tiap jenismaterial dibuat sebanyak 3spesimen.Spesimen yang dibuat, dipersiapkan untuk dilakukan pengujian jatuh bebas. Pada Gambar 3.18 dapat terlihat proses pelepasan lempengan kaca dari cetakan agar spesimen dapat dilepas dari cetakan kaca.

.

Gambar 3.18 Proses Pelepasan Spesimen dari Cetakan

3.5 Cara Pelaksanaan Penelitian

Pengujian impak jatuh bebas dimaksudkan untuk mendapatkan besarnya gaya impak dan tegangan maksimum yang dapat diterima spesimen pelindung dada. Pada pengujian ini digunakan pengujian impak benda jatuh bebas dengan asumsi bahwa pelindung dada pengendara sepeda motor menerima beban tekan dinamik. Pada Gambar 3.19 dapat terlihat spesimen yang akan digunakan dalam penelitian.

Gambar 3.19 Spesimen Pelindung dada

Pada penelitian ini digunakan beberapa peralatan yaitu alat uji impak jatuh bebas, dan alat pengukur energi dan gaya impak (Load cell).Gambar 3.20dibawah menunjukkan perangkat alat uji impak jatuh bebas.

Gambar 3.20 Perangkat Alat Uji Impak Jatuh Bebas[8]

Alat pengukur energi dan gaya impak benda jatuh bebas (loadcell) 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.

c. Persiapkan peralatan uji jatuh bebas dan pastikan bahwa load cell dan dudukan

load cell sudah terpasang dengan baik begitu juga dengan anvil support seperti

yang terlihat pada Gambar 3.21.

Gambar 3.21. 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 Test rig pada dudukan lengan test rig seperti pada Gambar 3.22.

Gambar 3.22. Posisi test rig pada alat uji

f. Setelah Test rig dipasang masukkan spesimen uji dengan sterofoam sebagai pengganti tubuh manusia agar dapat dilihat pengaruh tumbukan pada spesimen terhadap tubuh manusiayang dilindungi oleh pelindung dada seperti yang terlihat pada Gambar 3.23.

Gambar 3.23 Peletakkan Sterofoam ke Test Rig

Tentukan posisi jarak keinggian jatuh test rig yang ingin diuji 3m dan pastikan sensorproximity berfungsi aktif.

g. Tekan buttonSTARTpada softwareDAQ For Impact Testing

h. Setelah menentukan jarak ketinggian dan memastikan bahwa sensor proximity sudah berfungsi, maka test rigakan kita jatuhkan dengan melepas tali penahan luncuran test rig.

i. Tekan buttonSTOP setelah beberapa saat test rig menumbuk spesimen yang berada diatas anvil.

j. Tekan buttonSAVE untuk menyimpan data hasil uji ke dalam file berformat .txt dan akan tersimpan dalam Drive C Folder DATAEXP(data experiment).

k. Lalu data hasil pengujian tersebut kita olah dengan menggunakan program

Adapun langkah-langkah dari pelaksanaan penelitian ini dapat dilihat pada diagram alir penelitian pada Gambar 3.24 dibawah ini :

3.6 Variabel Penelitian

Sesuai dengan tujuan penelitian, variabel ini menjadi fokus perhatian yang perlu dikondisikan untuk pengolahan data guna mendapatkan suatu hasil yang mendekati sempurna.

Adapun variabel yang diamati dalam penelitian ini adalah : a. Varibel Bebas

1. Komposisi campuran(%massa) antara serat kaca, busa EVA, katalis dan resin yang dibutuhkan dalam pembuatan pelindung dada.

2. Besar gaya impak maksimum (F) pada material pelindung dada pengendara sepeda motor terhadap beban impak jatuh bebas yang diberikan.

b. Variabel Terikat

1. Ketinggian jatuh spesimen pada pengujian impak jatuh bebas. 2. Area pembebanan gaya impak.

BAB IV PEMBAHASAN

4.1 Pendahuluan

Pada bab ini akandibahas tentang hasil dari eksperimen impakjatuh bebas spesimen pelindung dadapengendarasepedamotor. Spesimen penelitian mempunyai dimensi panjang 330 mm, lebar 330 mm dan tebal 10 mm. Sedangkan massa dari spesimen berkisar antara596 s/d 778 gr.

Pembebanan pada pengujian impak jatuh bebas diberikan pada bagian depanspesimenpelindung dadapengendara sepeda motor. Ini dikarenakan bagian tersebut merupakan bagian yang memiliki kemungkinan terbesar mengalami benturan.

Data hasil simulasi akan dibandingkan dengan hasil pengujian impak jatuh bebas. Pengujian impak jatuh bebas ini digolongkan pada pengujian impak kecepatan rendah.Alat uji impak jatuh bebas menggunakan sensor cahaya yang diletakkan dengan ketinggian 3 m. Ketinggianspesimen pelindung dada pengendara sepeda motor yang diuji impak jatuh bebas dihitung dengan menggunakan rumus ℎ = √v

.�. Dengan asumsi bahwa kecepatan maksimum ketika

pengendara sepeda motor terjatuh mencapai tanah diperkirakan sekitar 7,672 m/s, maka tinggi maksimum uji impak jatuh bebas ialah 3 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.

4.2 Data hasil pengujian impak jatuh bebas secara eksperimental

4.2.1 PengujianSpesimenPolyester Polymer

Pada pengujian ini digunakan spesimen polyester polymer dengan komposisi massa berupa resin 97,5% dan katalis 2,5% sebanyak 3 spesimen, yaitu spesimen Resin 1, Resin 2 dan Resin 3. Pengujian impak jatuh bebas terhadap sisi depanspesimen pada ketinggian 3 mdiperoleh data-data sebagaimanaditunjukkan pada Tabel 4.1 untuk hasil pengujian spesimen resin 1, Tabel 4.2 untuk hasil pengujian spesimen resin 2 dan Tabel 4.3 untuk hasil pengujian spesimen resin 3.

Tabel 4.1 Hasil Pengujian Spesimen Resin 1 Resin 1

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

0 0 0

31 54.05 530.2305 47 54.95 539.0595 62 38.74 380.0394 94 27.03 265.1643

Pada Tabel 4.1 dapat dilihat hasil pengujian untuk spesimen resin 1 didapat data gaya yang terjadi selama 94 ms setelah tumbukan pada anvil terjadi. Gaya maksimum yang terbaca oleh load cell ada pada waktu 47 ms setelah tumbukan terjadi dengan besar gaya 54,95 kgf. Data pengujian ditampilkan dalam bentuk grafik agar bisa dianalisa lebih baik. Hasil data pengujian dalam bentuk grafik dapat dilihat pada Gambar 4.1.

Gambar 4.1 Grafik Uji Impak Jatuh Bebas Spesimen Resin 1

Pada Gambar 4.1 menunjukkan hasil gaya impak spesimen resin 1 terhadap waktu pada pengujian gaya impak dengan alat uji jatuh bebas.Selama 47 ms gaya impak maksimum sebesar 54,95 kgf naik kepuncak dan kemudian menurun seiring berjalannya waktu.

Tabel 4.2 Hasil Pengujian Spesimen Resin 2 Resin 2

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

0 0 0

16 63.96 627.4476 31 55.86 547.9866 62 38.74 380.0394 78 22.52 220.9212

Pada Tabel 4.2 dapat dilihat hasil pengujian untuk spesimen resin 2 didapat data gaya yang terjadi selama 78 ms setelah tumbukan pada anvil terjadi. Gaya maksimum yang terbaca oleh load cell ada pada waktu 16 ms setelah tumbukan terjadi dengan besar gaya 63,96 kgf. Data pengujian ditampilkan dalam

Resin 1 0 10 20 30 40 50 60

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Time (ms) Fo rc e (k gf )

bentuk grafik agar bisa dianalisa lebih baik. Hasil data pengujian dalam bentuk grafik dapat dilihat pada Gambar 4.2.

Gambar 4.2 Grafik Uji Impak Jatuh Bebas Spesimen Resin 2

Pada Gambar 4.2 menunjukkan hasil gaya impak spesimen resin 2 terhadap waktu pada pengujian gaya impak dengan alat uji jatuh bebas.Selama 16 ms gaya impak maksimum sebesar 63,96 kgf naik kepuncak dan kemudian menurun seiring berjalannya waktu.

Tabel 4.3 Hasil Pengujian Spesimen Resin 3 Resin 3

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

0 0 0

46 56.76 556.8156 62 52.25 512.5725 93 22.52 220.9212 109 20.72 203.2632

Resin 2 0 10 20 30 40 50 60 70

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Time (ms) Fo rc e ( k gf )

Pada Tabel 4.2 dapat dilihat hasil pengujian untuk spesimen resin 2 didapat data gaya yang terjadi selama 109 ms setelah tumbukan pada anvil terjadi. Gaya maksimum yang terbaca oleh load cell ada pada waktu 46 ms setelah tumbukan terjadi dengan besar gaya 56,76 kgf. Data pengujian ditampilkan dalam bentuk grafik agar bisa dianalisa lebih baik. Hasil data pengujian dalam bentuk grafik dapat dilihat pada Gambar 4.3.

Gambar 4.3 Grafik Uji Impak Jatuh Bebas Spesimen Resin 3

Pada Gambar 4.3 menunjukkan hasil gaya impak spesimen resin 3 terhadap waktu pada pengujian gaya impak dengan alat uji jatuh bebas.Selama 46 ms gaya impak maksimum sebesar 56,72 kgf naik kepuncak dan kemudian menurun seiring berjalannya waktu.

Setelah diperoleh data gaya impak yang terjadi akibat jatuh bebas pada ketinggian 3 m dilakukan perhitungan tegangan yang terjadi. Hasil perhitungan tegangan yang terjadi pada spesimen resin 1, resin 2 dan resin 3 dapat terlihat pada tabel 4.4 berikut:

Resin 3 0 10 20 30 40 50 60 70

0 20 40 60 80 100 120

Time (ms) Fo rc e ( k gf )

Tabel: 4.4Perhitungan Tegangan yang terjadi pada SpesimenResin

Spesimen

Luas Daerah Impak A

(m2)

Gaya Maksimum

F(N)

Tegangan σ (Mpa) Resin 1 0,04906 539,05 0,011 Resin 2 0,04906 627,45 0,012 Resin 3 0,04906 556,81 0,011

Gambar 4.4 Bentuk Spesimen Setelah Uji Jatuh Bebas

Pada Gambar 4.4spesimen resin polymer yang telah diuji pecah menjadi beberapa kepingan. Ini membuktikan bahwa jenis material ini tidak kuat menerima beban impak. Dan dapat dilihat pada sterofoam yang diletakkan diatas spesimen pada test rig ada pola tumbukan.

4.2.2 PengujianSpesimenPolyester Polymer Sandwich EVA foam

Pada pengujian ini digunakan spesimen polyester polymer sandwich EVA foam dengan komposisi massa berupa resin 90%, busa EVA 8,8% dan katalis 2,2% sebanyak 3 spesimen, yaitu spesimen EVA Resin 1, EVA Resin 2 dan EVA Resin 3. Pengujian impak jatuh bebas terhadap sisi depanspesimenada ketinggian 3 m diperoleh data-data sebagaimana ditunjukkan pada Tabel 4.5 untuk hasil

pengujian spesimen EVA resin 1, Tabel 4.6 untuk hasil pengujian spesimen EVA resin 2 dan Tabel 4.7 untuk hasil pengujian spesimen EVA resin 3.

Tabel 4.5 Hasil Pengujian Spesimen EVA Resin 1 EVA Resin 1

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

0 0 0

16 68.47 671.6907 31 56.76 556.8156 63 36.94 362.3814 78 35.14 344.7234

Pada Tabel 4.5 dapat dilihat hasil pengujian untuk spesimen EVA resin 1 didapat data gaya yang terjadi selama 78 ms setelah tumbukan pada anvil terjadi. Gaya maksimum yang terbaca oleh load cell ada pada waktu 16 ms setelah tumbukan terjadi dengan besar gaya 68,47 kgf. Data pengujian ditampilkan dalam bentuk grafik agar bisa dianalisa lebih baik. Hasil data pengujian dalam bentuk grafik dapat dilihat pada Gambar 4.5.

Gambar 4.5 Grafik Uji Impak Jatuh Bebas spesimen EVA Resin 1 EVA Resin 1

0 10 20 30 40 50 60 70 80

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Time (ms) Fo rc e ( k gf )

Pada Gambar 4.5 menunjukkan hasil gaya impak spesimen EVA resin 1 terhadap waktu pada pengujian gaya impak dengan alat uji jatuh bebas.Selama 16 ms gaya impak maksimum sebesar 68,47 kgf naik kepuncak dan kemudian menurun seiring berjalannya waktu.

Tabel 4.6 Hasil Pengujian Spesimen EVA Resin 2

EVA Resin 2

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

0 0 0

16 33.33 326.9673 47 64.86 636.2766 62 50.45 494.9145 78 27.93 273.9933

Pada Tabel 4.6 dapat dilihat hasil pengujian untuk spesimen EVA resin 2 didapat data gaya yang terjadi selama 78 ms setelah tumbukan pada anvil terjadi. Gaya maksimum yang terbaca oleh load cell ada pada waktu 16 ms setelah tumbukan terjadi dengan besar gaya 64,86 kgf. Data pengujian ditampilkan dalam bentuk grafik agar bisa dianalisa lebih baik. Hasil data pengujian dalam bentuk grafik dapat dilihat pada Gambar 4.6.

EVA Resin 2

0 10 20 30 40 50 60 70

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Time (ms) Fo rc e (k gf )

Pada Gambar 4.6 menunjukkan hasil gaya impak spesimen EVA resin 2 terhadap waktu pada pengujian gaya impak dengan alat uji jatuh bebas.Selama 47 ms gaya impak maksimum sebesar 64,86 kgf naik kepuncak dan kemudian menurun seiring berjalannya waktu.

Tabel 4.7 Hasil Pengujian Spesimen EVA Resin 3

EVA Resin 3

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

0 0 0

31 75.68 742.4208 47 72.97 715.8357 62 42.34 415.3554 94 33.33 326.9673

Pada Tabel 4.7 dapat dilihat hasil pengujian untuk spesimen EVA resin 3 didapat data gaya yang terjadi selama 94 ms setelah tumbukan pada anvil terjadi. Gaya maksimum yang terbaca oleh load cell ada pada waktu 31 ms setelah tumbukan terjadi dengan besar gaya 64,86 kgf. Data pengujian ditampilkan dalam bentuk grafik agar bisa dianalisa lebih baik. Hasil data pengujian dalam bentuk grafik dapat dilihat pada Gambar 4.7.

Gambar 4.7 Grafik Uji Impak Jatuh Bebas Spesimen EVA Resin 3

EVA Resin 3

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Time (ms) Fo rc e (k gf )

Pada Gambar 4.7 menunjukkan hasil gaya impak spesimen EVA resin 3 terhadap waktu pada pengujian gaya impak dengan alat uji jatuh bebas.Selama 31 ms gaya impak maksimum sebesar 64,86 kgf naik kepuncak dan kemudian menurun seiring berjalannya waktu.

Setelah diperoleh data gaya impak yang terjadi akibat jatuh bebas pada

ketinggian 3 m dilakukan perhitungan tegangan yang terjadi. Hasil perhitungan

tegangan yang terjadi pada spesimen dapat terlihat pada tabel 4.8 berikut:

Tabel: 4.8Perhitungan Tegangan yang terjadi pada spesimen EVA Resin

Spesimen

Luas Daerah Impak A

(m2)

Gaya Maksimum

F(N)

Tegangan σ (Mpa) Resin 1 0,04906 671,69 0,013 Resin 2 0,04906 636,27 0,013 Resin 3 0,04906 742,42 0,015

Gambar 4.8 Bentuk Spesimen Setelah Uji Jatuh Bebas

Pada Gambar 4.8 retakan terjadi pada spesimen setelah dijatuhkan dari ketinggian 3m bertabrakan dengan impak anvil berdiameter 25 cm.Dari hasil pengujian ini diketahui bahwa walaupun lapisan resin polymer tidak kuat menahan beban impak yang terjadi tetapi ikatan pada busa EVA membantu lapisan retak tersebut tetap menjadi satu kesatuan.

4.2.3 PengujianSpesimenGlass Fibre Reinforced Polymer Sandwich EVA Foam

Pada pengujian ini digunakan spesimen glass fibre reinforced polymer sandwich EVA foam dengan komposisi massa berupa resin 72,4%, busa EVA 6,7%, serat kaca 19% dan katalis 1,9% sebanyak 3 spesimen, yaitu spesimen EVA Fiber 1, EVA Fiber 2 dan EVA Fiber 3. Pengujian impak jatuh bebas terhadap sisi spesimenpada ketinggian 3 m diperoleh data-data sebagaimana ditunjukkan pada Tabel 4.9 untuk hasil pengujian spesimen EVA fiber 1, Tabel 4.10 untuk hasil pengujian spesimen EVA fiber 2 dan Tabel 4.11 untuk hasil pengujian spesimen EVA fiber 3.

Tabel 4.9 Hasil Pengujian Spesimen EVA Fiber1 EVA Fiber 1

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

0 0 0

31 68.47 671.6907 46 60.36 592.1316 78 36.04 353.5524 93 36.94 362.3814

Pada Tabel 4.9 dapat dilihat hasil pengujian untuk spesimen EVA fiber 1 didapat data gaya yang terjadi selama 93 ms setelah tumbukan pada anvil terjadi. Gaya maksimum yang terbaca oleh load cell ada pada waktu 31 ms setelah tumbukan terjadi dengan besar gaya 68,47 kgf. Data pengujian ditampilkan dalam bentuk grafik agar bisa dianalisa lebih baik. Hasil data pengujian dalam bentuk grafik dapat dilihat pada Gambar 4.9.

Gambar 4.9 Grafik Uji Impak Jatuh Bebas Spesimen EVA Fiber 1

Pada Gambar 4.9 menunjukkan hasil gaya impak spesimen EVA Fiber 1 terhadap waktu pada pengujian gaya impak dengan alat uji jatuh bebas.Selama 31 ms gaya impak maksimum sebesar 68,47 kgf naik kepuncak dan kemudian menurun seiring berjalannya waktu.

Tabel 4.10 Hasil Pengujian Spesimen EVA Fiber 2 EVA Fiber 2

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

0 0 0

15 72.45 710.7345 31 60.36 592.1316 62 55.64 545.8284 78 40.83 400.5423

Pada Tabel 4.10 dapat dilihat hasil pengujian untuk spesimen EVA fiber 2 didapat data gaya yang terjadi selama 78 ms setelah tumbukan pada anvil terjadi. Gaya maksimum yang terbaca oleh load cell ada pada waktu 15 ms setelah

EVA Fiber 1

0 10 20 30 40 50 60 70 80

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Time (ms) Fo rc e ( k gf )

bentuk grafik agar bisa dianalisa lebih baik. Hasil data pengujian dalam bentuk grafik dapat dilihat pada Gambar 4.10.

Gambar 4.10Grafik Uji Impak Jatuh Bebas Spesimen EVA Fiber 2

Pada Gambar 4.10 menunjukkan hasil gaya impak spesimen EVA Fiber 2 terhadap waktu pada pengujian gaya impak dengan alat uji jatuh bebas.Selama 15 ms gaya impak maksimum sebesar 72,45 kgf naik kepuncak dan kemudian menurun seiring berjalannya waktu.

Tabel 4.11 Hasil Pengujian Spesimen EVA Fiber 3 EVA Fiber 3

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

0 0 0

15 73.87 724.6647 47 55.86 547.9866 62 41.44 406.5264 78 26.13 256.3353

EVA Fiber 2

0 10 20 30 40 50 60 70 80

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Time (ms) Fo rc e ( k gf )

Pada Tabel 4.11 dapat dilihat hasil pengujian untuk spesimen EVA fiber 3 didapat data gaya yang terjadi selama 78 ms setelah tumbukan pada anvil terjadi. Gaya maksimum yang terbaca oleh load cell ada pada waktu 15 ms setelah tumbukan terjadi dengan besar gaya 73,487 kgf. Data pengujian ditampilkan dalam bentuk grafik agar bisa dianalisa lebih baik. Hasil data pengujian dalam bentuk grafik dapat dilihat pada Gambar 4.11.

Gambar 4.11Grafik Uji Impak Jatuh Bebas Spesimen EVA Fiber3

Pada Gambar 4.11 menunjukkan hasil gaya impak spesimen EVA Fiber 3 terhadap waktu pada pengujian gaya impak dengan alat uji jatuh bebas.Selama 15 ms gaya impak maksimum sebesar 73,87 kgf naik kepuncak dan kemudian menurun seiring berjalannya waktu.

Setelah diperoleh data gaya impak yang terjadi akibat jatuh bebas pada ketinggian 3 m dilakukan perhitungan tegangan yang terjadi. Hasil perhitungan tegangan yang terjadi pada spesimen dapat terlihat pada tabel 4.12 berikut:

EVA Fiber 3

0 10 20 30 40 50 60 70 80

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Time (ms)

Fo

rc

e

(k

gf

Tabel: 4.12 Perhitungan Tegangan yang terjadi pada Spesimen EVA Fiber

Spesimen

Luas Daerah Impak A

(m2)

Gaya Maksimum

F(N)

Tegangan σ (Mpa) Resin 1 0,04906 769,79 0,015 Resin 2 0,04906 710,73 0,014 Resin 3 0,04906 724,66 0,014

Gambar 4.12 Bentuk Spesimen Setelah Uji Jatuh Bebas

Pada Gambar 4.12 spesimen setelah uji jatuh bebas tidak dapat dilihat ada bekas terjadi tumbukan dan perubahan dari bentuk semula. Ini membuktikan bahwa bahan jenis ini mampu menahan tegangan sebesar 0,015 MPa.

4.2.3 PengujianSpesimenGlass Fibre Reinforced Polymer

Pada pengujian ini digunakan spesimen glass fibre reinforced polymer dengan komposisi massa berupa resin 77,6%, serat kaca 20,4% dan katalis 2% sebanyak 3 spesimen, yaitu spesimen Fiber 1, Fiber 2 dan Fiber 3. Pengujian impak jatuh bebas terhadap sisi depanspesimenpada ketinggian 3 meter diperoleh data-data sebagaimana ditunjukkan pada Tabel 4.13 untuk hasil pengujian spesimen fiber 1, Tabel 4.14 untuk hasil pengujian spesimen fiber 2 dan Tabel 4.15 untuk hasil pengujian spesimen fiber 3.

Tabel 4.13 Hasil Pengujian Fiber 1 Fiber 1

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

0 0 0

16 71.17 698.1777 47 67.57 662.8617 63 35.14 344.7234 78 24.32 238.5792

Pada Tabel 4.13 dapat dilihat hasil pengujian untuk spesimen fiber 1 didapat data gaya yang terjadi selama 78 ms setelah tumbukan pada anvil terjadi. Gaya maksimum yang terbaca oleh load cell ada pada waktu 16 ms setelah tumbukan terjadi dengan besar gaya 71,17 kgf. Data pengujian ditampilkan dalam bentuk grafik agar bisa dianalisa lebih baik. Hasil data pengujian dalam bentuk grafik dapat dilihat pada Gambar 4.13.

Gambar 4.13 Grafik Uji Impak Jatuh Bebas Spesimen Fiber 1

Pada Gambar 4.13 menunjukkan hasil gaya impak spesimen Fiber 1 terhadap waktu pada pengujian gaya impak dengan alat uji jatuh bebas.Selama 16

Fiber 1 0 10 20 30 40 50 60 70 80

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Time (ms) Fo rc e ( k gf )

ms gaya impak maksimum sebesar 71,17 kgf naik kepuncak dan kemudian menurun seiring berjalannya waktu.

Tabel 4.14Hasil Pengujian Fiber 2 Fiber 2

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

0 0 0

15 56.76 556.8156 31 50.45 494.9145 62 36.94 362.3814 78 21.62 212.0922

Pada Tabel 4.14 dapat dilihat hasil pengujian untuk spesimen fiber 2 didapat data gaya yang terjadi selama 78 ms setelah tumbukan pada anvil terjadi. Gaya maksimum yang terbaca oleh load cell ada pada waktu 15 ms setelah tumbukan terjadi dengan besar gaya 56, 76 kgf. Data pengujian ditampilkan dalam bentuk grafik agar bisa dianalisa lebih baik. Hasil data pengujian dalam bentuk grafik dapat dilihat pada Gambar 4.14.

Gambar 4.14Grafik Uji Impak Jatuh Bebas Spesimen Fiber 2 Fiber 2 0 10 20 30 40 50 60 70

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Time (ms) Fo rc e ( k gf )

Pada Gambar 4.14 menunjukkan hasil gaya impak spesimen Fiber 2 terhadap waktu pada pengujian gaya impak dengan alat uji jatuh bebas.Selama 15 ms gaya impak maksimum sebesar 56,76 kgf naik kepuncak dan kemudian menurun seiring berjalannya waktu.

Tabel 4.15 Hasil Pengujian Fiber 3 Fiber 3

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

0 0 0

16 56.76 556.8156 47 46.85 459.5985 63 43.24 424.1844

Pada Tabel 4.15 dapat dilihat hasil pengujian untuk spesimen fiber 3 didapat data gaya yang terjadi selama 63 ms setelah tumbukan pada anvil terjadi. Gaya maksimum yang terbaca oleh load cell ada pada waktu 16 ms setelah tumbukan terjadi dengan besar gaya 56, 76 kgf. Data pengujian ditampilkan dalam bentuk grafik agar bisa dianalisa lebih baik. Hasil data pengujian dalam bentuk grafik dapat dilihat pada Gambar 4.15.

Gambar 4.15 Grafik Uji Impak Jatuh Bebas Spesimen Fiber 3 Fiber 3 0 10 20 30 40 50 60 70

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Time (ms) Fo rc e ( k gf )

Pada Gambar 4.15 menunjukkan hasil gaya impak spesimen Fiber 3 terhadap waktu pada pengujian gaya impak dengan alat uji jatuh bebas.Selama 16 ms gaya impak maksimum sebesar 56,76 kgf naik kepuncak dan kemudian menurun seiring berjalannya waktu.

Tabel 4.16Perhitungan Tegangan yang terjadi pada spesimen Fiber

Spesimen

Luas Daerah Impak A

(m2)

Gaya Maksimum

F(N)

Tegangan σ (Mpa) Resin 1 0,04906 698,17 0,014 Resin 2 0,04906 556,81 0,011 Resin 3 0,04906 556,81 0,011

Gambar 4.16 Bentuk Spesimen Setelah Uji Jatuh Bebas

Tidak terjadi retakan pada spesimen ini yang menandakan spesimen ini mampu menahan beban impak yang terjadi. Bahan ini dapat menahan tegangan sebesar 0,014 MPa tanpa perubahan bentuk.

4.3 Data Simulasi Software

Pengujian eksperimental tidak cukup untuk mengetahui kejadian impak yang terjadi secara spesimen secara menyeluruh, untuk itu digunakan simulasi software menganalisa secara lebih seksama. Setelah pengujian impak jatuh bebas telah diperoleh bahwa jenis komposit yang tidak ada perubahan fisik ketika

menghantam anvil adalah spesimen yang bersatu dengan Glass Fibre Reinforced Polymer (GFRP). Untuk itu simulasi yang dilakukan adalah pada material Glass Fibre Reinforced Polymer Karena Busa EVA digunakan sebagai lapisan pengikat ketika material terjadi perubahan fisik serta penambahan daya tahan material terhadap gaya gunting. Data dibawah ini merupakan hasil simulasi dari Analisis Komputasi Komposit pada Pelindung Dada Pengendara Sepeda Motor yang dilakukan oleh Gunawan Hartono.

Input Data Pada Software ANSYS 14.0: Modulus Elastisitas : 12 GPa

Densitas : 1500 kg/m3

Poisson Ratio : 0.34

Gambar 4.17 Simulasi Impak pada spesimen GFRP pada waktu 16 ms

Pada Gambar 4.17 ditunjukkan tegangan yang terjadi pada spesimen berupa14952 Pa. Kejadian yang disimulasikan pada gambar 4.17 merupakan

ketika waktu 16 ms karena waktu terjadi Gaya puncak yang terdeteksi ketika pengujian adalah pada waktu 16 ms.

Data simulasi tersebut di bandingkan dengan data eksperimen untuk sebagai validasi data yang akan digunakan sebagai basis penentuan data.

% 82 , 4 % 100 * 14952

14231 14952

%Galat   

Setelah dilakukan perhitungan diperoleh galat antara pengujian eksperimental dengan simulasi computer berupa 4,82%. Untuk itu data ini akan digunakan sebagai acuan atas gaya yang terjadi pada spesimen.

Gambar 4.18 Tegangan maksimum yang terjadi pada spesimen

Pada Gambar 4.18 ditunjukkan bahwa tegangan maksimum yang terjadi pada waktu 1 ms dengan nilai 595550 Pa. Dari tegangan tersebut dapat diperoleh bahwa Gaya Impak maksimum yang diterima spesimen adalah 29,18 kN.

Dari nilai tersebut kita akan mendapat tegangan rata-rata pada spesimen adalah 305251 Pa yang berarti menyimpan gaya sebesar 14,95 kN. Kemudian

hasil tersebut dibandingkan dengan produk pelindung dada yang dijual di pasaran yaitu LEATT 5.50 yang terbuat dari bahan High Density Poly Ethylenedengan modulus elastisitas 0,8 Gpa dan densitas 970 kg/m3. Perbandingan data antara spesimen dan pelindung dada LEATT dapat dilihat pada Tabel 4.22 berikut:

Tabel 4.17Pembandingan Transmisi Gaya Transmisi Gaya

Impak

Standar EN 1621-3

LEATT 5.50

PRO LITE Spesimen

Rata-Rata(kN) < 20 12.1 14.95

Maksimum (kN) < 35 22.7 29.18

4.4 Desain Pelindung Dada

Dengan hasil pembandingan sifat material komposit sandwichyang telah diuji dan disimulasikan material komposit yang akan digunakan pada desain pelindung dada adalah material Glass Fibre Reinforced Polymer Sandwich EVA Foamyang disatukan dengan material busa EVA yang berbentuk jaket.

Pada Gambar 4.19 dapat dilihat desain tersebut dapat dilipat vertikal dan horizontal agar mudah disimpan. Pada pemasangan pelindung dada, kepala pemakai dimasukkan ke dalam lubang yang terdapat ditengah dan akan terlipat menyesuaikan badan. Bagian sisi bawah akan berfungsi sebagai sisi pengikat variabel agar dapat diatur keketatannya. Bagian dada dilindungi dengan material GFRP yang bersifat tangguh agar dapat menerima gaya impak yang terjadi ketika terjadi kecelakaan. Bagian dada dibuat miring pada sisi atas agar tidak mengganggu pergerakan tangan. Bagian lainnya dibuat dari Busa EVA yang elastis agar mudah untuk dilipat atau disimpan.

Gambar 4.20 Pelindung Dada

Pada Gambar 4.20 dapat terlihat hasil jadi dari pelindung dada yang telah digunakan. Pelindung dada tersebut terletak di bagian dada agar dapat mendispersikan gaya yang akan terjadi akibat tumbukan sehingga mengurangi tegangan yang terjadi pada dada pemakainya.

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan

Setelah seluruh penelitian dilaksanakan serta menganalisa seluruh hasil, maka didapat kesimpulan sebagai berikut:

1. a. Dari hasil pengujian jatuh bebas pada material PolyesterPolymer diketahui bahwa material ini tidak mampu menerima gaya impaksebesar 627,45 N dan tegangan sebesar 0,012 MPa sehingga tidak cocok digunakan sebagai material pelindung dada.

b. Dari hasil pengujian jatuh bebas pada material PolyesterPolymer Sandwich EVA Foam diketahui bahwa material ini masih berbentuk utuh ketika menerima gaya impaksebesar 742,42 N dan tegangan sebesar 0,015 MPa tetapi terjadi keretakan pada spesimen sehingga terdapat risiko material yang retak tersebut dapat menusuk pemakainya.

c. Dari hasil pengujian jatuh bebas pada material Glass Fibre Reinforced Polymer diketahui bahwa material ini masih berbentuk utuh ketika menerima gaya impak sebesar 698,17 Ndan tegangan sebesar 0,014 MPa tetapi untuk menyatukan bahan ini ke busa EVA dapat menyebabkan penyusutan dan pemadatan pada rompi busa EVA.

d. Dari hasil pengujian jatuh bebas pada materialGlass Fibre Reinforced Polymer Sandwich EVA Foam diketahui bahwa material ini tidak terjadi perubahan bentuk ketika menerima gaya impak sebesar 769,79 N dan tegangan sebesar 0,015 MPa. Bagian bawah plat komposit ini terdiri dari busa EVA sehingga mudah disatukan dengan rompi busa EVA.

2. Perbandingan data eksperimental dengan komputasi memiliki galat sebesar 4,82%

3. Dari hasil uji eksperimental dan komputasididesain produk ini dengan spesifikasi Glass Fibre Reinforced Polymer Sandwich EVA Foam dengann kemampuan menahan gaya impak sebesar 769,79 N. Bentuk plat komposit dibuat trapesium agar memudahkan gerakan lengan pemakainya yang posisi penyatuannya terletak di bagian tulang rusuk.Pelindung dada juga dapat di atur ukurannya karena menggunakan perekat velcro.

5.2 Saran

Saran yang bisa penulis berikan bila penelitian ini ingin dikembangkan dikemudian hari antara lain:

1. Hindari penggunaan katalis berlebihan karena penggunaan katalis sangat mempengaruhi hasil akhir karena jika terlalu banyak katalis maka pengerasan resin cair tidak terjadi secara merata sehingga menciptakan keretakan pada spesimen yang dibuat.

2. Bersihkan cetakan dengan baik sebelum memberikan lapisan glazing wax agar tidak ada kotoran yang tercampur dengan campuran komposit.

3. Hindari peletakan cetakan berisi campuran komposit dari sinar cahaya matahari.

4. Hindari terlalu lama meletakkan lapisan Busa EVA ke cetakan karena dapat menyebabkan lapisan tersebut tidak menyatu secara menyeluruh dengan lapisan komposit.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Model Pelindung Dada

Banyak pengendara bermotor yang tidak menghiraukan keamanan berkendara dikarenakan ketidaknyamanan peralatan keamanan sehingga menyebabkan cedera yang parah ketika terjadi kecelakaan.Peralatan keamanan yang wajib dipakai di Indonesia adalah helm yang melindungi kepala pengendara bermotor padahal banyak lagi peralatan keamanan yang dibutuhkan.Salah satu alat keamanan yang dibutuhkan adalah pelindung dadayang berfungsi untuk melindungi bagian tubuh pengendara. Selain sebagai penghalang angin ketika berkendara dengan sepeda motor pelindung dada juga dapat melindungi bagian tubuh pengendara ketika terjadi kecelakaan. Pelindung dadayang biasanya dipasarkan menggunakan bahan kain dan busa mold sehingga ketika terkena tumbukan dengan benda keras atau tajam tetap dapat menimbulkan cedera pada tubuh pengendara.

Pada Gambar 2.1 ditunjukkan gambar dari pelindung dada yang dijual dipasaran dari LEATT Corporation. Pada desain produk ini pelindung dadadikonstruksi dengan lapisan multilayer, kerangka luar dijahit pada bagian dalam serta lapisan ditutupi dengan kain yang disambung dengan lapisan busa dan dilengkapi dengan bahan pengisi perforated. Standarisasi untuk produk ini sesuai EN(Europeen de Normalisation) 1621-3 dapat terlihat pada Tabel 2.1.

Tabel 2.1 Data Pengujian EN 1621-3 untuk Chest Protector LEATT [2]

Gaya Impak Transmisi Syarat EN 1621-3 Pelindung Dada LEATT

Mean kN < 20 12,1

Max kN < 35 22,7

Selain produk dari LEATT Corporation terdapat juga pelindung dada yang dibuat oleh Velocity Gear, LLC. Pada Produk ini perusahaan velocity gear juga menggunakan standarisasi EN 1621. Produk dari Velocity Gear telah diverikasi dengan bukti pengujian dan sertifikasi standar EN 1621-2 yang berupa "Pelat belakang dapat menyerap hingga 90% dari energi dari 50KN dampak yang melebihi persyaratan tes EN 1621-2 untuk sepeda motor perlindungan Belakang".

Pada Gambar 2.3 ditunjukkan salah satu desain produk dari Velocity Gear yang bernama Velorta.Produk ini didesain agar dapat mengartikulasikan tulang belakang untuk kemampuan manuver yang tinggi dan kenyamanan ergonomis.Kerangka luar dibuat dengan sistem cetakan injeksi.Serta dilengkapi dengan sistem sabuk ginjal Velcro, berlubang untuk pengaturan suhu yang lebih baik.Ditenun dengan bahan Perforated Lycra untuk fleksibilitas, kenyamanan dan daya tahan lebih.

Spesifikasi teknis dari produk Velocity Gear adalah prEN 1621-2 pada pelindung belakang. Energi dampak yang diserap sama seperti pelindung tungkai yaitu 50 joule, tetapi kekuatan transmisi lebih rendah daripada untuk pelindung lengan dengan gaya impak 18 kN untuk Produk Level 1 dan 9 kN untuk kinerja yang lebih tinggi pada Produk Level 2.

2.2 Komposit

Komposit terdiri dari dua atau lebih komponen yang berbeda yang membentuk suatu kesatuan. Termasuk dalam kelompok ini: bahan yang diberi lapisan, bahan yang diperkuat dan kombinasi lain yang memanfaatkan sifat khusus beberapa bahan yang ada.

Biasanya sifat bahan yang menyatu dalam komposit dapat dievaluasi dan diuji secara terpisah. Hal ini mengarah ke penyusunan kaidah campuran sehingga sifat komposit dapat dihitung berdasarkan sifat komponennya.

Ada dua hal yang perlu diperhatikan pada komposit yang diperkuat agar dapat membentuk produk yang efektif, yaitu:

a. Komponen penguat harus memiliki modulus elastisitas yang lebih tinggi daripada komponen matriksnya.

b. Harus ada ikatan permukaan yang kuat antara komponen penguat dan matriks.

Bila peningkatan kekuatan menjadi tujuan utama, komponen penguat harus mempunyai aspek rasio yang besar, yaitu rasio panjang/diameter harus tinggi, sehingga beban diteruskan melintasi titik perpatahan potensial.Jadi, batang baja ditanamkan dalam konstruksi beton. Demikian pula, serat gelas dikombinassikan dengan resin, menghasilkan plastik yang diperkuat serat (RFP ).

Jelas bahwa bahan penguat merupakan komponen yang lebih kuat dan memikul beban.Selain itu bahan penguat harus memiliki modulus elastisitas yang lebih tinggi.Di samping itu, ikatan antara matriks dan bahan penguat sangat kritis, karena biasanya beban diteruskan dari matriks ke serat atau batang.

Agar bahan penguat dapat memikul beban, penguat harus memiliki modulus Young yang lebih tinggi daripada matriks.Modulus elastisitas plastik yang diperkuat serat, EFRP dapat dihitung dari fraksi volume rata-rata bila semua

serat sejajar dengan arah beban.

Tegangan geser setara juga timbul pada permukaan antara serat penguat dan matriks plastik di sekitar nya.Pada hal ini tegangan geser ditahan oleh ikatan kimia.Tegangan geser antarpermukaan penting diperhatikan bila serat tidak kontinu.Bila serat putus, tegangan secara otomatis mencapai nol pada ujung serat, dan beban dialihkan ke matriks. Transfer berlangsung melalui tegangan geser pada permukaan antara. Tegangan geser pada ujung serat sangat tinggi, dan

matriks yang lebih lemah harus memikul beban lebih ini.Oleh karena itu, serat yang panjang dan kontinu sangat baik untuk komposit yang harus menanggung beban.Serat halus dalam jumlah banyak lebih baik daripada serat kasar dalam jumlah kecil, karena semakin halus serat semakin luas permukaan antara yang dapat menanggung beban geser dan semakin kecil kemungkinan bahwa serat menyebabkan kecacatan pada matriks.Akhirnya, matriks yang ulet lebih mudah menyesuaikan diri dengan konsentrasi tegangan pada ujung serat dibandingkan dengan matriks rapuh.

Karena komposit polimer ringan, bahan ini menarik perhatian ahli desain.Meskipun komposit memiliki kekuatan tarik Su yang lebih rendah daripada

logam, rasio kekuatan/kerapatan, Su /ρ, tinggi.Namun, fungsi penguat pada beban

tarik dan beban tekan berbeda.Pada kompresi, rasio modulus elastisitas/kerapatan,

E/ρ, merupakan criteria desain yang lebih baik.

Skema struktur komposit diperlihatkan pada Gambar 2.3 sebagai berikut :

Komposit

Komposit Partikulat

Partikel Besar

Dispersi

Komposit Serat

Berlanjut

Tidak Berlanjut

Komposit Struktur

Lapisan

Komposit berdasakan jenis penguatnya dapat dijelaskan sebagai berikut :

a. Komposit Partikulat(Particulate composite) adalah komposit dengan material penguatnya berbentuk partikel.

b. Komposit Serat (Fibre composite) adalah komposit dengan material penguatnya berbentuk serat.

c. Komposit Struktur (Structural composite)/ struktur Laminat adalah komposit yang terdiri dari dua bahan yang berlainan (laminat).

Matrik dalam komposit berfungsi sebagai bahan mengikat serat menjadi sebuah unit struktur, melindungi dari perusakan eksternal, meneruskan atau memindahkan beban eksternal pada bidang geser antara serat dan matrik, sehingga matrik dan serat saling berhubungan.

Pembuatan komposit serat membutuhkan ikatan permukaan yang kuat antaraseratdan matrik.Selain itu matrik juga harus mempunyai kecocokan secara kimia agar reaksi yang tidak diinginkan tidak terjadi pada permukaan kontak antara keduanya. Untuk memilih matrik harus diperhatikan sifat-sifatnya antara lain seperti tahan terhadap panas, tahan cuaca yang buruk dan tahan terhadap goncangan yang biasanya menjadi pertimbangan dalam pemilihan material matrik.Bahan Polimer yang sering digunakan sebagai material matrik dalam komposit ada dua macam yaitu thermoplastikdantermoset.Termoplastikadalah jenis plastik yang dapat didaur ulang, yaitu jika dipanaskan lagi memiliki sifat plastis sehingga dapat dicetak lagi. Sebaliknya termoset jika dipanaskan akan langsung mengeras dan menjadi arang, sehingga tidak dapat didaur ulang.

2.2.1 Resin

Resin dalam penggunaan yang paling spesifik dari istilah adalah sekresi hidrokarbon banyak tanaman, terutama jenis konifera pohon. Resin yang dinilai untuk sifat kimia dan menggunakan terkait, seperti produksi pernis, perekat dan

glazing agent makanan. Mereka juga dihargai sebagai sumber penting bahan baku

untuk sintesis organik, dan sebagai konstituen dari dupa dan parfum. Resin tanaman memiliki sejarah yang sangat panjang yang didokumentasikan di Yunani kuno oleh Theophrastus, di Roma kuno oleh Pliny the Elder, dan terutama dalam resin yang dikenal sebagai kemenyan dan mur, dihargai di Mesir kuno. Zat ini yang sangat berharga, dan diperlukan sebagai dupa dalam beberapa ritual keagamaan. Amber adalah resin fosil keras dari pohon-pohon tua.

Resincasting adalah metode pengecoran plastik di mana cetakan diisi

dengan resin sintetik cair, yang kemudian mengeras.Hal ini terutama digunakan untuk produksi skala kecil seperti prototipe industri dan kedokteran gigi.Hal ini dapat dilakukan oleh penggemar amatir dengan investasi awal kecil, dan digunakan dalam produksi tertagih mainan, model dan tokoh, serta produksi perhiasan skala kecil. Resin sintetis untuk proses tersebut adalah monomer untuk membuat polimer thermosetting plastik. Selama proses pengaturan, monomer berpolimerisasi cair ke dalam polimer, sehingga mengeras menjadi solid.

Umumnya resin termoseting digunakan yang berpolimerisasi dengan mencampur dengan bahan pengawet (katalis polimerisasi) pada suhu kamar dan tekanan normal. Resin yang ditunjuk oleh analogi dengan resin tanaman, tetapi

digunakan meliputi resin polystyrene, resin poliuretan, resin epoxy, polyester resin tak jenuh, resin akrilik dan resin silikon.

Resin Epoxy memiliki viskositas rendah dari resin poliuretan dan resin poliester menyusut tajam sementara menyembuhkan.Resin akrilik, khususnya jenis metil metakrilat resin sintetis , memproduksi kaca akrilik, yang tidak segelas tetapi polimer plastik yang transparan , dan sangat sulit. Sangat cocok untuk embedding objek (seperti, misalnya piala akrilik), untuk tujuan tampilan. Styrene monomer adalah cairan yang mirip pada suhu kamar, yang juga akan polimerisasi ke dalam plastik polistiren seperti gelas bening, dengan penambahan katalis yang cocok.

Sebuah cetakan fleksibel dapat terbuat dari lateks karet , suhu kamar divulkanisir karet silikon atau bahan lain yang serupa dengan biaya yang relatif rendah, tetapi hanya dapat digunakan untuk sejumlah coran .

Metode yang paling sederhana adalah tuang graviti di mana resin dituangkan ke dalam cetakan dan menarik ke dalam semua bagian oleh gravitasi.Bila dua bagianresin dicampur, gelembung udara cenderung terjadi di dalam cairan,hal tersebut dapat dihilangkan dalam ruang vakum. Tuang juga bisa dilakukan di ruang vakum (bila menggunakan cetakan terbuka) baik untuk mengekstrak gelembung ini, atau dalam panci tekanan, untuk mengurangi ukurannya ke titik di mana mgelembung tidak terlihat. Tekanan dan/atau gaya sentrifugal dapat digunakan untuk membantu mendorong cairan resin ke dalam semua bagian dari cetakan.Cetakan juga dapat bergetar untuk mengusir gelembung.

Setiap unit memerlukan beberapa jumlahtenaga kerja, membuat biaya akhir per unit yang diproduksi cukup tinggi. Hal ini berbeda dengan injection

molding di mana biaya awal membuat cetakan logam yang lebih tinggi, tapi

cetakan dapat digunakan untuk menghasilkan produk dengan jumlah yang jauh lebih banyak, sehingga biaya lebih rendah per unitnya.

2.2.2 Serat Kaca

Kaca serat (Bahasa Inggris: fiberglass) atau sering diterjemahkan menjadi serat gelas adalah kaca cair yang ditarik menjadi serat tipis dengan garis tengah sekitar 0,005 mm - 0,01 mm. Serat ini dapat dipintal menjadi benang atau ditenun menjadi kain, yang kemudian diresapi dengan resin sehingga menjadi bahan yang kuat dan tahan korosi untuk digunakan sebagai badan mobil dan bangunan kapal. Dia juga digunakan sebagai agen penguat untuk banyak produk plastik; material komposit yang dihasilkan dikenal sebagai plastik diperkuat-gelas (

glass-reinforced plastic, GRP) atau epoxy diperkuat glass-fiber (GRE), disebut

"fiberglass" dalam penggunaan umumnya.

Pembuat gelas dalam sejarahnya telah mencoba banyak eksperimen dengan gelas giber, tetapi produksi masal dari fiberglass hanya dimungkinkan setelah majunya mesin.Pada 1893, Edward Drummond Libbey memajang sebuah pakaian di World Columbian Exposition menggunakan fibreglass dengan diameter dan tekstur fiber sutra. Yang sekarang ini dikenal sebagai "fiberglass", diciptakan pada 1938 oleh Russell Games Slayter dari Owens-Corning sebagai sebuah material yang digunakan sebagai insulasi. Dia dipasarkan dibawah merk dagang Fiberglass (sic), lihat juga merk dagang yang menjadi generik.

Serat kaca komposit merupakan sebuah senyawa yang mirip dengan kaca dikomposisikan sedemikian rupa sehingga menghasilkan lembaran – lembaran kaca tipis yang kemudian di urai menjadi sebuah benang – benang halus.

Spesifikasi serat kaca komposit :

• Mempunyai berat yang sangat ringan .

• Bersifat kaku.

• Cukup kuat dalam menahan gaya vertikal.

• Mempunyai bentuk yang ramping, sehingga memudahkan dalam pengemasan

dan distribusinya.

• Tidak mengandung racun, karena tidak menggunakan cairan kimia yang

berbahaya.

Serat – serat kaca tersebut kemudian dijahitkan ke dalam gabus sebagai dasar penempatannya kemudian diperkuat dengan menambahkan lapisan plastic di kedua sisi – sisi luarnya. Dalam menjahitkan benang – benang kaca tersebut digunakan sebuah mesin khusus dan di jahit menyilang agar semua daerah gabus tertutupi kemudian digunakan senyawa polimer plastic

Bahan ini dapat dikatakan hemat energy karena tidak memerlukan tenaga ekstra.Selain itu, pemasangannya pun di lapangan cukup mudah dan mempunyai ketahanan yang cukup kuat.Bahan ini cukup ramah lingkungan karena pembuatanya yang terkomputerisasi, bersih dan tidak menimbulkan limbah.

2.2.3 BusaEVA

Ethylene vinil asetat (juga dikenal sebagai EVA) adalah kopolimer etilena dan vinil asetat. Persentase berat vinil asetat biasanya bervariasi dari 10% sampai 40%, dengan sisanya menjadi etilena.

Ini adalah polimer yang mendekati bahan elastomer dalam kelembutan dan fleksibilitas, namun dapat diolah seperti termoplastik lainnya. Materi yang memiliki kejelasan baik dan gloss, ketangguhan suhu rendah, ketahanan stres-retak, sifat bukti air perekat panas meleleh, dan ketahanan terhadap radiasi Ultra Violet.

Busa EVA merupakan sejenis polyurethane. Polyurethane adalah polimer terdiri dari rantai unit organik bergabung dengan rantai karbamat(urethane). Sementara sebagian poliuretan thermosetting polimer yang tidak mencair ketika dipanaskan, poliuretan termoplastik juga tersedia.

Polimer poliuretan dibentuk dengan mereaksikan isosianat dengan poliol. Kedua isosianat dan poliol digunakan untuk membuat poliuretan mengandung rata-rata dua atau lebih kelompok fungsional per molekul.

Produk poliuretan sering hanya disebut " urethanes " , tapi tidak harus bingung dengan etil karbamat, yang juga disebut urethane . Poliuretan tidak mengandung atau diproduksi dari etil karbamat.

Poliuretan digunakan dalam pembuatan fleksibel , tinggi ketahanan busa tempat duduk; kaku panel insulasi busa , segel busa mikroseluler dan gasket , roda elastomer tahan lama dan ban (seperti roller coaster dan roda eskalator ) , bushing

suspensi otomotif, senyawa pot listrik ; tinggi perekat kinerja, pelapis permukaan dan sealant permukaan, serat sintetis (misalnya, Spandex), mendasari karpet, bagian keras - plastik ( misalnya, untuk instrumen elektronik), selang dan roda skateboard .

Sifat poliuretan yang sangat dipengaruhi oleh jenis isosianat dan poliol digunakan untuk membuatnya. Panjang, segmen fleksibel, disumbangkan oleh poliol, memberikan polimer lembut, elastis. Jumlah tinggi silang memberikan polimer sulit atau kaku. Rantai panjang dan silang rendah memberikan polimer yang sangat elastis, rantai pendek dengan banyak ikatan silang menghasilkan polimer keras saat rantai panjang dan silang antara memberikan polimer berguna untuk membuat busa. Crosslinking dalam poliuretan berarti polimer terdiri dari jaringan tiga dimensi dan berat molekul sangat tinggi. Dalam beberapa hal sepotong poliuretan dapat dianggap sebagai satu molekul raksasa. Salah satu konsekuensi dari ini adalah bahwa poliuretan khas tidak melunak atau mencair ketikadipanaskan. Pilihan yang tersedia untuk isosianat dan poliol,selain aditif lain dan kondisi pengolahan memungkinkan poliuretan memiliki rentang yang sangat luas sifat yang membuat mereka seperti polimer banyak digunakan.Isosianat adalah bahan yang sangat reaktif. Hal ini membuat mereka berguna dalam membuat polimer tetapi juga membutuhkan perawatan khusus dalam penanganan dan penggunaan.

Isosianat aromatik, diphenylmethane diisosianat atau toluena diisosianat lebih reaktif daripada isosianat alifatik , seperti diisosianat heksametilena atau isoforon diisosianat. Sebagian besar isosianat adalah difunctional, yaitu mereka memiliki tepat dua kelompok isosianat per molekul. Sebuah pengecualian penting

untuk ini adalah polimer diphenylmethane diisosianat , yang merupakan campuran molekul dengan dua,tiga, dan empat atau lebih gugus isosianat. Dalam kasus seperti ini materi memiliki fungsi rata-rata lebih dari dua, biasanya Isosianat dengan fungsionalitas yang lebih besar dari dua bertindak sebagai situs silang sebagaimana disebutkan dalam paragraf sebelumnya.

Poliol adalah polimer yang dengan kemampuannya sendiri memiliki rata-rata dua atau lebih gugus hidroksil per molekulnya. Polieter poliol kebanyakan dibuat dengan polimerisasi etilen oksida dan propilen oksida. Poliester poliol dibuat mirip dengan polimer poliester.Poliol digunakan untuk membuat poliuretan tidak " murni" senyawa karena mereka sering campuran molekul yang sama dengan berat molekul yang berbeda dan campuran molekul yang mengandung perbedaan jumlah gugus hidroksil. Meskipun mereka menjadi campuran kompleks, poliol kelas industri memiliki komposisi mereka cukup terkontrol dengan baik untuk menghasilkan poliuretan memiliki sifat yang konsisten . Seperti disebutkan sebelumnya, itu adalah panjang rantai poliol dan fungsionalitas yang berkontribusi banyak untuk properti dari polimer akhir.

Poliol digunakan untuk membuat poliuretan kaku memiliki berat molekul dalam ratusan , sedangkan yang digunakan untuk membuat poliuretan yang fleksibel memiliki berat molekul hingga sepuluh ribu atau lebih .

Jika terdapat air dalam campuran reaksi (sering ditambahkan sengaja untuk membuat busa), isosianat bereaksi dengan air untuk membentuk hubungan urea dan gas karbon dioksida dan polimer yang dihasilkan mengandung urethane baik dan hubungan urea. Reaksi ini disebut sebagai blowing reaction dan dikatalisis oleh amina tersier seperti bis-(2-dimetilaminoetil)eter.

Reaksi ketiga, sangat penting dalam membuat isolasi busa kaku adalah reaksi trimerisasi isosianat, yang dikatalisis oleh kalium oktoat, misalnya.

Salah satu atribut yang paling diinginkan dari poliuretan adalah kemampuan mereka untuk berubah menjadi busa. Membuat busa membutuhkan pembentukan gas pada saat yang sama dengan polimerisasi uretan (pembentukan gel) terjadi.

Surfactants digunakan dalam busa poliuretan untuk mengemulsi

komponen cair, mengatur ukuran sel, dan menstabilkan struktur sel untuk mencegah keruntuhan dan cacat permukaan. Surfactants busa kaku dirancang untuk menghasilkan sel-sel yang sangat halus dan isi sel tertutup sangat tinggi.

Surfactants busa fleksibel yang dirancang untuk menstabilkan massa reaksi

sementara pada saat yang sama memaksimalkan konten sel terbuka untuk mencegah busa dari menyusut .

Busa bahkan lebih kaku dapat dibuat dengan menggunakan katalis trimerisasi khusus yang menciptakan struktur siklik dalam matriks busa, memberikan lebih keras, struktur yang lebih stabil termal, ditunjuk sebagai busa polyisocyanurate. Sifat semacam ini yang diinginkan dalam produk busa kaku digunakan di sektor konstruksi .

Kontrol yang cermat dari sifat viskoelastik - dengan memodifikasi katalis dan poliol digunakan - dapat menyebabkan busa memori, yang jauh lebih lembut pada suhu kulit dibandingkan pada suhu kamar.

Busa dapat berupa " sel tertutup ", di mana sebagian besar gelembung asli atau sel tetap utuh, atau " sel terbuka ", dimana gelembung telah rusak tapi tepi gelembung cukup kaku untuk mempertahankan bentuknya. Busa sel terbuka

terasa lembut dan memungkinkan udara mengalir melalui sehingga mereka nyaman bila digunakan dalam bantal kursi atau kasur. Ditutup sel busa kaku digunakan sebagai isolasi termal, misalnya dalam lemari es.

2.3 Stimulasi Sifat dan Data Validasi 2.3.1 Standar keamanan EN 1621

Beberapa pakaian yang digunakan oleh pengendara bermotor jatuh pada category fashiondan tidak menyediakan fungsi perlindungan. Tetapi pakaian sepeda motor yang berada pada pasar Eropa memberikan fungsi perlindungan bagi penggunanya dari kecelakaan di awasi oleh Europa Directive.

Sekarang Eropa memimpin dalam mengatur standar keamanan untuk pakaian pelindung untuk pengendara sepeda motor. Terdapat komite teknis yang bekerja dalam naungan European standards body CEN (Comite Europeen de Normalisation). [5]

Pada perlindungan dari impak, standar Eropa yang digunakan adalah EN 1621. Standar ini terbagi atas beberapa bagian yang dikategorikan dari jenis bagian yang akan dilindungi.

Kategori standar perlindungan Impak EN 1621 adalah sebagai berikut: 1. EN 1621-1:2012

Untuk produk yang digunakan pada bagian sambungan badan. 2. EN 1621-2:2003

Untuk produk yang akan melindungi bagian belakang badan. 3. EN1621-3:2012

4. EN1621-42013

Untuk produk yang akan melindungi bagian perut.

Pada penentuan standarnya pengujian yang dilakukan untuk EN 1621 adalah merupakan uji impak yang anvil penghantamnya disesuaikan dengan bentuk produk.

Penentuan Level Proteksi EN 1621 adalah sebagai berikut

1. Level 1: Rata-rata puncak Gaya Impak dibawah 30 kN dan tidak ada nilai yang diatas 45 kN

2. Level 2: Rata-rata puncak Gaya Impak dibawah 20 kN dan tidak ada

nilai yang diatas 35 kN

2.3.2 Data dan Sifat Bahan Polimer

Campuran Resin dengan beberapa material lain akan menyebabkan perubahan sifat dari tiap benda tersebut tergantung dengan sifat material yang akan ditambahkan pada campuran kompositnya.

Pada Penelitian ini material yang digunakan adalah Polymer Polyester, Busa EVA dan GFRP (Glass Fibre Reinforced Polymer) yang digabung dengan sistem sandwich. Pada tabel 2.2 dapat terlihat sifat mekanis dari material tersebut.

Tabel 2.2 Sifat Material Komposit [6][7] Nama

Material

Densitas (kg/m3₎

Modulus Elastisitas (GPa) Polyester Polymer 1004-1400 2,07-4,41

Busa EVA 945-955 0,01-0,04

2.4. Pengujian Komposit 2.4.1 Uji Impak Jatuh Bebas

Uji standard yang kita kenal saat ini diadopsi dari: SNI (Standar Nasional Indonesia) 09-1811-1998 9 (Indonesia); JIS (Japanese Industrial Standard) T 8131-1977 (Jepang); ANSI (American National Standards Institute) Z 89.1-1997 (Amerika), dimana menggunakan test rig jatuh bebas yang dalam penelitian ini akan digunakan alat uji impak jatuh bebas.

2.4.2Gerak Jatuh Bebas

Sebuah benda jatuh bebas dari keadaan mula berhenti mengalami pertambahan kecepatan selama benda tersebut jatuh. Jika benda jatuh ke bumi dari ketinggian tertentu relatif 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 berkurang dengan harga yang sama jika sebuah benda ditembakkan ke atas kecepatannya berkurang dengan harga yang sama setiap detik dan perlambatan ke atasnya seragam.

Jika tahanan udara diabaikan gerakan benda jatuh bebas dapat dihitung dengan percepatan seragam melintas sebuah garis lurus, asalkan percepatan diganti dengan percepatan gravitasi g, yaitu:

1. Untuk gerakan ke bawah a = + g (percepatan) 2. Untuk gerakan ke atas a = - g (perlambatan)

Percepatan gravitasi g dapat dipandang sebagai sebuah vektor dengan arah menuju ke pusat bumi dengan demikian tegak ke bawah.

terhadap waktu.Hal ini juga merupakan besaran vektor mencakup jarak, arah dan waktu.

Kecepatan seragam memiliki partikel yang bergerak dengan kecepatan konstan pada lintasan lurus atau dimiliki partikel yang melintasi perpindahan yang sama dalam selang waktu yang sama berturut-turut tidak perduli betapa kecilnya selang waktu. Sedangkan percepatan seragam dimiliki partikel yang mengalami perubahan kecepatan yang sama dalam selang waktu yang sama berturut-turut tidak perduli betapa kecilnya selang waktu. Satuan: Perpindahan diukur dalam meter [m]; kecepatan diukur dalam meter per detik [m/s]: percepatan percepatan diukur dalam meter per detik kwadrat [m/s2]. Persamaan gerakan lurus percepatan seragam.

Katakan V₀kecepatan awal, v kecepatan akhir, �akselerasi, t waktu dan s perpindahan kecepatan pertengahan = perpindahan/waktu

½ (v ₀+ v) = s/t

s = ½ (v ₀ + v) t...(2-1) Perpindahan digambarkan dengan luas daerah di bawah grafik kecepatan waktu:

∆�

∆� = � → � = � + � → � = � + ∆�

∆� ...(2-2)

Penggantian (v0+ at) untuk v didalam persamaan :

= � + � ...(2-3)

Penggatian (v – v0)/a untuk t didalam persamaan:

� = � + 2� ...(2-4) Bila Vo = 0 ,maka : v2= 0 + 2as dan bila a = g dan s = H maka:

Percepatan sebuah benda jatuh bebas tergantung pada jarak (tinggi) benda kerja dari pusat bumi.Bagaimanapun, ketika sebuah benda cukup padat jatuh dengan kecepatan sedang, boleh dianggap benda mengalami percepatan gravitasi seragam. Untuk maksud umum para ilmuan mengambil harga percepatan gravitasi g = 9,81 [m/s2_].

2.4.3 Hukum Gerakan

Hukum gerakan pertama:”Jika resultan gaya yang bekerja pada benda

sama dengan nol, maka benda yang mula - mula diam akan tetap diam dan benda yang mula - mula bergerak akan tetap bergerak lurus beraturan”.

Hukum gerakan kedua: ”Percepatan yang ditimbulkan oleh gaya yang

bekerja pada benda berbanding lurus dengan besar gayanya dan berbanding

terbalik dengan massa benda”.

secara sistematis dituliskan dengan: Gaya = massa × akselerasi

� = ��...(2-6) Hukum gerakan ketiga:”Jika benda pertama mengerjakan gaya terhadap benda kedua, maka benda kedua pun akan mengerjakan gaya terhadap benda

pertama yang besarnya sama tetapi arahnya berlawanan”.

Selama pengujianimpak, kita perlu tahuenergi kinetik yang terjadiuntuk memvalidasikriteria desain.Rentang pengukuranyang diharapkanuntukkekuatan sensordapat diperkirakandengan perhitungan. Hal ini didasarkan padaprinsipkerjaenergi, di manarata-ratakekuatandampakkalijarak tempuhsama denganperubahan energikinetik. Aplikasi spesifikdarihukum kekekalanenergi,

yang menyatakanbahwaenergi potensial(PE) sebelum peristiwaharus sama denganenergi kinetik(KE) setelah peristiwa.

PE=KE...(2-7)

Untuk uji jatuh bebas sederhana rumus kekekalan energi yang digunakan adalah: ��ℎ = �� ...(2-8)

Dimana:

m = massa benda h = ketinggian jatuh

g = akselerasi akibat gravitasi v = kecepatan ketika tabrakan

Menurut Robert (2007) hubungan antara gaya dengan jarak dengan menggunakan prinsip kekekalan energi kita dapat menghitung gaya impak teori yang terjadi. Usaha net yang terjadi selama impak sama dengan gaya impak rata-rata dikalikan dengan jarak yang dilalui setelah impak.

Wnet= 1/2 mvfinal2 - 1/2 mvinitial2...(2-9)

Pada aplikasi jatuh bebas, Wnet= 1/2 mvfinal2 karena kecepatan awalnya

adalah nol. Jadi untuk dapat menghitung jarak pantul setelah impak digunakan rumus:

d Wnet

F 

F Wnet

d  ...(2-10)

Dimana:

Wnet = Usaha net yang terjadi selama impak

Cara lain untuk mencari gaya impak yang terjadi adalah dengan menghubungkan antara gaya dengan waktu. Untuk cara ini digunakan hukum Newton kedua yaitu F=ma dimana a merupakan deselerasi yang terjadi untuk menghentikan gerakan spesimen. Rumus untuk menghitung � yang terjadi adalah:

pulse pulse final initial

t

gh

t

v

v

dt

dv

a









2

2

...(2-11)

Dimana :

�= deselerasi akibat impak

v= kecepatan

tpulse = waktu impak

g = akselerasi akibat gravitasi h = ketinggian jatuh

Setelah diperoleh deselerasi yang terjadi dapat diperoleh gaya impak berupa:

pulse t

gh m ma

F  2 2 ...(2-12)

Dimana:

F = gaya impak

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Pelindung dada merupakan alat pengaman berkendara yang berfungsi untuk menghindari melindungi bagian tubuh pengendara bila terjadi kecelakaan. Pelindung dada komposit ini selain dapat berfungsi menghalangi badan pengendara dari angin juga dirancang untuk menahan gesekan dan tumbukan yang terjadi ketika kecelakaan.

Pelindung dadaini dibuat dari bahan resin, serat kaca dan EVA foam (busa EVA). Bahan-bahan ini dipilih karena mudah diperoleh di pasar dan mudah diproses serta ekonomis. Perpaduan resin dan serat kaca memiliki sifat keras yang dapat menahan gesekan yang terjadi ketika kecelakaan sepeda motor terjadi. Tetapi apabila di campur dengan resin dan serat kaca, pelindung dada ini akan bersifat kaku dan tidak dapat menahan efek gaya gunting. Untuk itu pada perancangan pelindung dada ini digunakan bahan tambahan berupa busa EVA agar lebih dapat menahan gaya gunting yang terjadi.

Tujuan dibuat pelindung dada ini adalah untuk melindungi pengendara sepeda motor ketika terjadi kecelakaan terutama untuk melindungi daerah dada pengendara. Dan ketika terjadi kecelakaan biasanya bagian dada kurang terlindung padahal bahaya yang timbul akibat benturan di dada berbahaya.Di dada terdapat banyak organ penting seperti paru-paru dan jantung yang perlu dilindungi. Yang lebih berbahaya lagi bila ulu hati terkena benturan. Untuk itu pelindung dada ini dirancang untuk menghalangi dua kejadian tersebut.

Gambar 1.1 Tabrakan dari samping [1]

Gambar 1.2 Tabrakan dari depan [1]

Gambar 1.1 dan 1.2 menunjukkan simulasi fenomena tabrakan antara pengendara sepeda motor dan mobil. Pada tabrakan ini bagian dada merupakan bagian yang dominan terkena benturan yang merupakan tujuan utama perlindungan pelindung dadayang kami rancang.

Gambar 1.3 menunjukkan bahwa ketika mengenai samping mobil, pengendara sepeda motor akan kehilangan keseimbangan dan bagian dada menghantam stang sepeda motor. Hal ini Menyebabkan beban di paru-paru dan dapat mengakibatkan gangguan pernapasan.

Untuk menghalangi atau mengurangi dampak yang terjadi pada 3 kasus yang disebutkan sebelumnya, pelindung dada kami rancang untuk member perlindungan penuh terhadap bagian dada pengendara bermotor.

1.2 Tujuan Penelitian

Tujuan dilakukan penelitian skripsi ini adalah:

1. Untuk mengetahui gaya impak maksimum dan tegangan maksimum yang dapat diterima material komposit terhadap uji jatuh bebas.

2. Membandingkan hasil tegangan yang terjadi pada uji eksperimental jatuh bebas dengan simulasi ANSYS 14.0.

3. Mendesain dan membuat pelindung dada.

1.3 Batasan Masalah

Dalam penelitian ini, penulis membatasi masalah pada:

1. Menentukan campuran bahan-bahan yang digunakan pada material komposit. 2. Menentukan dan menguji sifat material komposit yang sesuai dengan beban

impak pada standarisasi.

1.4 Manfaat Penulisan

Manfaat penulisan skripsi ini adalah:

1. Menghasilkan rekomendasi campuran bahan untuk pembuatan material. 2. Sebagai wacana dalam proses produksi bahan komposit.

1.5 Sistematika Penulisan

Skripsi ini disusun atas beberapa bab dengan garis besar tiap bab sebagai berikut: BAB I PENDAHULUAN

Pada bab ini membahas latar belakang penulisan skripsi, tujuan penulisan, batasan masalah dan manfaat penulisan skripsi.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Pada bab ini membahas teori-teori yang dapat mendukung dan menjadi pedoman dalam penyusunan skripsi.

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

Pada bab ini membahas tentang alat dan bahan yang digunakan dan tahapan-tahapan yang dilakukan dalam penelitian.

BAB IV HASIL PENGUJIAN DAN ANALISA

Pada bab ini membahas tentang data yang didapat dari pengujian alat dan perhitungan hasilnya.

BAB V KESIMPULAN

Pada bab ini berisikan tentang kesimpulan dari skripsi yang telah selesai dikerjakan dan saran-saran yang diperlukan untuk memperbaiki hasil penelitian selanjutnya.

DAFTAR PUSTAKA

Daftar pustaka berisikan literatur-literatur yang digunakan untuk menyusun laporan ini.

LAMPIRAN

Lampiran berisikan data dari hasil penelitian yang didapatkan dan gambar selama proses pengerjaan alat.

ABSTRAK

Tujuan penelitian ini adalah untuk mendapatkan tegangan dangayayang terjadipadapelindung dada pengendara sepeda motor yang terbuat dari bahan komposit. Pengujian impak jatuh bebas dilakukan dengan menggunakan alat uji jatuh bebas multiguna. Spesimen yang diuji diletakkan pada test rig yang dapat diatur ketinggian jatuhnya. Perhitungan waktu impak pada alat uji dilengkapi dengan 8 buah sensor proximity jenis induktif. Spesimen akan jatuh dan menabrak 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 (F) dan waktu (t).Hasil uji impak dengan cara eksperimental untuk spesimen pelindung dada dari material GFRP pada ketinggian impaktor 3 m diperoleh transmisi gaya impak 698,17 kgf dan tegangan 0,14 MPa. Setelah hasil eksperimental dibandingkan dengan komputasi maka diperoleh transmisi gaya impakrata-rata 14,95kN dan transmisi gaya impakmaksimum adalah 29,18 kN. Transmisi gaya yang terjadi tidak melebihi dengan standarisasi perlindungan Eropa EN 1621-2 yaitu transmisi gaya impak rata-rata 20kN dan transmisi gaya impakmaksimum 35 kN.

ABSTRACT

The goal of this research is to identify the stress and force thatoccur in the motorbikebody protector which created using composite material. Free-fall drop test is done using Multifunctional Free-fall impact test tools. Specimen placed to the test rig which has adjustable drop height. The fall time of test is calculated using 8 inductive proximity sensors. It will fall and crashed the anvil. Impact force that occurs by the drop is measured using a load cell that placed under the anvil. Measurement data will transfer to analog device that changed the analog signal into a digital signal. Result data is saved in the PC as a table of force (F) and time (t). Experimental test data for the body protector specimens using GFRP at the impactor height 3 m is 698.17 kgf and stress 0.014 MPa. After the result compared with the computational result the mean transmission impact force is 14.95 kN and the maximum transmission impact force is 29.18 kN. Thus the transmission force that occur is not pass the European de Normalization (EN 1621-2) which for average impact force transmitted is 20kN and maximum impact force transmitted is 35 kN.

ANALISIS EKSPERIMENTAL KOMPOSIT PADA

PELINDUNG DADA PENGENDARA SEPEDA MOTOR

IRVIN NIM. 090401067

TUGAS AKHIR YANG DIAJUKAN UNTUK MEMENUHI SALAH SATU SYARAT MEMPEROLEH

GELAR SARJANA TEKNIK

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

2014

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ... i

ABSTRAK ... iii

ABSTRACT ... iv

DAFTAR ISI ... v

DAFTAR GAMBAR ... vii

DAFTAR TABEL ... x

DAFTAR NOTASI ... xi

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang... 1

1.2 Tujuan penelitian ... 3

1.3 Batasan masalah ... 3

1.4 Manfaat Penulisan ... 4

1.5 Sistematika Penulisan ... 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 6

2.1 Model Pelindung Dada ... 6

2.2 Komposit ... 8

2.2.1 Resin ... 12

2.2.2 Serat Kaca ... 14

2.2.3 Busa EVA ... 16

2.3 Stimulasi Sifat dan Data Validasi ... 20

2.3.1 Standar keamanan EN1621 ... 20

2.3.2 Data dan Sifat Bahan Polimer ... 21

2.4 Pengujian Komposit ... 22

2.4.1 Uji Impak Jatuh Bebas ... 22

2.4.2 Gerak Jatuh Bebas ... 22

2.4.3 Hukum Gerakan ... 24

BAB III METODOLOGI PENELITIAN... 27

vi

3.2 Tempat dan Waktu Penelitian ... 27

3.3 Bahan dan Alat penelitian ... 27

3.3.1 Bahan ... 27

3.3.2 Alat ... 30

3.4 Pembuatan Spesimen ... 33

3.5 Cara Pelaksanaan Penelitian ... 38

3.5.1 Alat Uji Impak jatuh Bebas ... 38

3.5.2 Prosedur Pengujian ... 39

3.6 Variabel Penelitian ... 42

BAB IV PEMBAHASAN ... 43

4.1 Pendahuluan ... 43

4.2 Data Hasil Pengujian Impak Jatuh Bebas Secara Eksperimental ... 44

4.2.1 Pengujian Spesimen Polyester Polymer ... 44

4.2.2 Pengujian Spesimen Polyester Polymer Sandwich EVA Foam ... 48

4.2.3 Pengujian Spesimen Glass Fibre Reinforced Polymer Sandwich EVA Foam ... 53

4.2.4 Pengujian Spesimen Glass Fibre Reinforced Polymer ... 57

4.3 Data Simulasi Software ... 61

4.4 Desain Pelindung Dada ... 64

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 65

5.1 Kesimpulan ... 66

5.2 Saran ... 67

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Tabrakan dari samping ... 2

Gambar 1.2 Tabrakan dari depan ... 2

Gambar 1.3 Tabrakan yang terjadi akibat mengenai samping mobil... 2

Gambar 2.1 Chest Protector LEATT 5.5 PRO LITE ... 6

Gambar 2.2 motorcycle/motorcross body armorVELORTA ... 7

Gambar 2.3Skema Struktur Komposit ... 10

Gambar 3.1 Busa EVA ... 28

Gambar 3.2 Resin ... 28

Gambar 3.3 Serat Kaca ... 29

Gambar 3.4 Katalis... 29

Gambar 3.5 Gelas Plastik ... 30

Gambar 3.6 Glazing Wax ... 30

Gambar 3.7 Jangka sorong ... 31

Gambar 3.8 Timbangan digital ... 31

Gambar 3.9 Cetakan Kaca... 32

Gambar 3.10 Lempengan Kaca ... 32

Gambar 3.11 Beban ... 33

Gambar 3.12 Alat Uji Impak Jatuh Bebas ... 33

Gambar 3.13 Campuran Resin dan Katalis ... 35

viii

Gambar 3.15 Peletakan Lapisan Serat Kaca ... 36

Gambar 3.16 Proses penutupan spesimen EVA Resin... 36

Gambar 3.17 Pemberian beban pada pembuatan spesimen EVA Fiber ... 39

Gambar 3.18 Proses Pelepasan Spesimen dari Cetakan... 37

Gambar 3.19 Spesimen Pelindung Dada ... 38

Gambar 3.20 Perangkat Alat Uji Impak Jatuh Bebas ... 38

Gambar 3.21 Pemasangan load cell dan anvil support ... 39

Gambar 3.22 Posisi test rig pada alat uji ... 40

Gambar 3.23 Peletakan Sterofoam ke test rig ... 40

Gambar 3.24 Diagram Alir Penelitian ... 41

Gambar 4.1 Grafik Uji Impak Jatuh Bebas Spesimen Resin 1 ... 45

Gambar 4.2 Grafik Uji Impak Jatuh Bebas Spesimen Resin 2 ... 46

Gambar 4.3 Grafik Uji Impak Jatuh Bebas Spesimen Resin 3 ... 47

Gambar 4.4 Bentuk Spesimen Setelah Uji Jatuh Bebas ... 48

Gambar 4.5 Grafik Uji Impak Jatuh Bebas Spesimen EVA Resin 1 ... 49

Gambar 4.6 Grafik Uji Impak Jatuh Bebas Spesimen EVA Resin 2 ... 50

Gambar 4.7 Grafik Uji Impak Jatuh Bebas Spesimen EVA Resin 3 ... 51

Gambar 4.8 Bentuk Spesimen Setelah Uji Jatuh Bebas ... 52

Gambar 4.9Grafik Uji Impak Jatuh Bebas Spesimen EVA Fiber 1 ... 54

Gambar 4.10 Grafik Uji Impak Jatuh Bebas Spesimen EVA Fiber 2 ... 55

Gambar 4.11 Grafik Uji Impak Jatuh Bebas Spesimen EVA Fiber 3 ... 56

Gambar 4.12 Bentuk Spesimen Setelah Uji Jatuh Bebas ... 57

Gambar 4.13 Grafik Uji Impak Jatuh Bebas Spesimen Fiber 1 ... 58

Gambar 4.14 Grafik Uji Impak Jatuh Bebas Spesimen Fiber 2 ... 59

Gambar 4.15 Grafik Uji Impak Jatuh Bebas Spesimen Fiber 3 ... 60

Gambar 4.17 Simulasi Impak yang terjadi pada spesimen GFRP pada waktu 16 ms ... 62

Gambar 4.18 Tegangan maksimum yang terjadi pada spesimen ... 63

Gambar 4.19 Desain Pelindung Dada ... 64

Gambar 4.20Pelindung Dada ... 65

DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Data Pengujian EN 1621-3 untuk Chest Protector LEATT ... 7

Tabel 2.2 Sifat Material Komposit ... 21

Tabel 3.1Komposisi Spesimen ... 34

Tabel 4.1 Hasil Pengujian Spesimen Resin 1 ... 44

Tabel 4.2 Hasil Pengujian Spesimen Resin 2 ... 45

Tabel 4.3 Hasil Pengujian Spesimen Resin 3 ... 46

Tabel 4.4 Hasil perhitungan Tegangan yang terjadi pada Spesimen Resin ... 48

Tabel 4.5 Hasil Pengujian Spesimen EVA Resin 1 ... 49

Tabel 4.6 Hasil Pengujian Spesimen EVA Resin 2 ... 50

Tabel 4.7 Hasil Pengujian Spesimen EVA Resin 3 ... 51

Tabel 4.8 Hasil perhitungan Tegangan yang terjadi pada Spesimen EVA Resin ... 52

Tabel 4.9 Hasil Pengujian Spesimen EVA Fiber1 ... 53

Tabel 4.10 Hasil Pengujian Spesimen EVA Fiber2 ... 54

Tabel 4.11 Hasil Pengujian Spesimen EVA Fiber3 ... 55

Tabel 4.12 Hasil perhitungan Tegangan yang terjadi pada Spesimen EVA Fiber ... 57

Tabel 4.13 Hasil Pengujian Spesimen Fiber1 ... 58

Tabel 4.14 Hasil Pengujian Spesimen Fiber2 ... 59

Tabel 4.15Hasil Pengujian Spesimen Fiber3 ... 60

Tabel 4.16 Hasil perhitungan Tegangan yang terjadi pada Spesimen Fiber ... 61

x

DAFTAR NOTASI

Simbol Keterangan Satuan

σ Tegangan MPa

Ao Luas penampang m2

F Gaya N

v Kecepatan m/s

t Waktu Pembebanan ms

P Beban kgf

D Diameter m

 Densitas Kg/m3