Simulasi Pembebanan Impak Pada Helmet Sepeda Material Komposit Busa Polimer Diperkuat Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit.

  BAB II TINJAUAN PUSTAKA

  2.1. Pendahuluan Helmet adalah alat yang digunakan sebagai pengaman bagian vital manusia yaitu kepala dari benturan yang berbahaya. Helmet yang digunakan oleh pengguna idesain berbeda dari helm sepeda motor karena kecepatan sepeda hanya sekitar 15 km/jam.

  Walaupun di Indonesia belum diwajibkan untuk menggunakan helm sepeda tetapi sudah banyak digunakan oleh masyarakat dalam kegiatan bersepeda santai di hari libur, tetapi padahelm sudah diwajibkan. Helmet sepeda dapat dilihat pada gambar 2.1 berikut.

Gambar 2.1. Helmet sepeda yang digunakan atlet Inti mekanisme perlindungan Helm adalah penyerapan energi momentum yang diterima ke seluruh bagian helm. Oleh karenanya mes bentuk helm bentuk dan struktur nya mempertimbangkan kemampuannya menyerap energi tabrakan. Ukuran dan beratnya juga merupakan pertimbangan lain sebab ukuran yang lebih besar juga meningkatkan risiko terhadap pengguna. Adapun konstruksi helmet secara garis besar terdiri atas: 1.

  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.

  2. 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.

  3. 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.

  Bagian penting lainnya dalam helm ada tali pengikat helm. Helm tidak akan berfungsi dengan baik kalau tidak dilengkapi atau tidak mengikatkan tali pengikatnya. Komponen Helmet Sepeda dapat dilihat pada Gambar 2.2.

  outer shell Inside shell Comfort padding Tali pengikat

Gambar 2.2. Komponen Helmet Sepeda

  2.1.1. 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, sedangkan.

  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 Busa Polimer 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 dilalilkan untuk memastikan kemampuan material sesuai dengan produk yang akan dihasilkan.

  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 lebih secara fisis dan mekanis, penggabungannya dapat dipisahkan secara fisis ataupun secara mekanis, contoh : 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 dan 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 yaitu kekuatan yang tinggi, keras, ringan serta tahan terhadap impak

  Dalam desain struktur pada penelitian ini, jenis matriks yang akan digunakan adalah Polyester resin tak jenuh 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. Karakteristik mekanik polyester resin tak jenuh dapat dilihat pada table 2.1.

Tabel 2.1. Karakteristik mekanik polyester resin tak jenuh

  Berdasarkan penelitian sebelumnya [Nuryanto,E] diketahui bahwa parameter tipikal tandan kosong kelapa sawit per kg dapat dilihat pada table 2.2.

Tabel 2.2. Tipikal tandan kosong kelapa sawit per kg

  No. Kandungan Persentase (%)

  1 Uap Air 5,40

  2 Protein 3,00

  3 Serat 35,00

  4 Minyak 3,00

  5 Kelarutan Air 16,20

  6 Kelarutan Unsur Alkali 1% 29,30

  7 Debu 5,00

  8 K 1,71

  9 Ca 0,14

  10 Mg 0,12

  11 P 0,06

  12 Mn, Zn, Cu, Fe 1,07

  Total 100 Sumber : Nuryanto,E.2004

  2.2.1. Material Komposit Skema struktur komposit dapat dilihat pada gambar 2.3 dibawah ini.

Gambar 2.3. Klasifikasi bahan komposit

  Komposit berdasakan jenis penguatnya terbagi menjadi 3, yaitu: 1.

  Particle Reinforced /Particulate composite adalah komposit dengan material penguatnya berbentuk partikel.

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

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

  2.3. Komposisi material 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 (UPR) sebagai matrik dan serat TKKS yang telah di-treatment, sebagai penguat. Untuk mendapatkan busa (foam), sodium bikarbonat yang digunakan sebagai blowing agent direaksikan dengan asam asetat serta diberi panas, setelah proses curing 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 2.3.

Tabel 2.3. Komposisi spesimen

  Spesimen Resin Serat Blowing (wt%) TKKS

  Agent

  (wt%) (wt%) A

  80

  5

  15 B

  77.5

  7.5

  15 C

  75

  10

  15 Seperti diperlihatkan pada gambar 2.4 dari hasil uji densitas diketahui bahwa peningkatan densitas berbanding lurus dengan penambahan massa serat TKKS.

Gambar 2.4. Perbandingan densitas Harga Modulus elastisitas untuk masing-masing komposisi seperti diperlihatkan pada gambar 2.5. Dimana modulus elastisitas material berbanding terbalik dengan penambahan serat TKKS.

Gambar 2.5. Perbandingan Modulus Elastisitas Antar Komposisi

  Selain Modulus elastisitas, diperoleh pula kekuatan tarik material seperti diperlihatkan pada gambar 2.6.

Gambar 2.6. Perbandingan Kekuatan Tarik Antar Komposisi Dari uji tekan statik diketahui bahwa penambahan serat berbanding terbalik terhadap kekuatan tekan material, seperti diperlihatkan pada gambar 2.7.

Gambar 2.7. 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.

  2.4. Impak Jatuh Bebas Selama ini helm industri diuji menggunakan standar teknik jatuh bebas.

  Menggunakart alat ini, helm 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 helm dalam menyerap energi impak (impact energy test), Selain itu uji standar juga bertujuan meneliti kepatahan rusak helm (penetration test) yang memungkinkan merusak lapisan cangkang helm. Alat uji impak yang digunakan diperlihatkan pada gambar 2.8.

Gambar 2.8. Alat uji impak jatuh bebas

  Keterangan gambar:

  1. Frame base

  2. Support table

  3. Load cell

  4. Teflon base

  5. Bottom base

  6. Ball end penetrator

  7. Anvil support

  8. Anvil

  9. Helmet

  10. Test rig

  11. Pipa peluncur

  2.4.1. Benda Jatuh Bebas Sebuah benda jatuh bebas dari keadaan semula berhenti mengalami pertambahan kecepatan selama benda tersebut jatuh. 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 setiap detik akan diperoleh harga pendekatan seperti terlihat pada Tabel 2.4.

Tabel 2.4. Waktu dan kecepatan benda jatuh

  Waktu t (s)

  1

  2

  3

  4

  5 Kecepatan v (m/s) 9,8 19,6 29,4 39,2

  49 Dari data Tabel 2.4 dapat digambarkan sebuah grafik hubungan antara kecepatan dan waktu yang juga merupakan sebuah persamaan garis lurus seperti pada Gambar 2.9. Jadi percepatan seragam dapat diperoleh dengan persamaan (2.1).

  v − v

49 − m

  9 ,

  8 ....................................(2.1) v = = =

    t 5 s

   