Analisis Eksperimental Komposit Pada Pelindung Dada Pengendara Sepeda Motor
1
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.
Gambar 2.1 Chest Protector LEATT 5.5 PRO LITE [2]
Universitas Sumatera Utara
2
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".
Gambar 2.2Motorcycle/Motocross Body Armor VELORTA [3]
Universitas Sumatera Utara
3
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:
Universitas Sumatera Utara
4
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
Universitas Sumatera Utara
5
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
Komposit Serat
Komposit
Struktur
Partikel Besar
Berlanjut
Lapisan
Dispersi
Tidak Berlanjut
Tumpuk
Gambar 2.3Skema Struktur Komposit [4]
Universitas Sumatera Utara
6
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
antaraserat dan 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 thermoplastik dantermoset.Termoplastik adalah
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.
Universitas Sumatera Utara
7
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
monomer sintetis untuk membuat plastik polimer. Yang disebut resin sintetis yang
Universitas Sumatera Utara
8
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.
Universitas Sumatera Utara
9
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 (glassreinforced 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.
Universitas Sumatera Utara
10
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.
Universitas Sumatera Utara
11
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 stresretak, 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
Universitas Sumatera Utara
12
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
Universitas Sumatera Utara
13
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 ratarata 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.
Universitas Sumatera Utara
14
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
Universitas Sumatera Utara
15
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
Untuk produk yang akan mel1indungi bagian dada.
Universitas Sumatera Utara
16
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
Polyester Polymer
Busa EVA
GFRP
Densitas
(kg/m3)
1004-1400
945-955
1350-1500
Modulus Elastisitas
(GPa)
2,07-4,41
0,01-0,04
6-12
Universitas Sumatera Utara
17
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.
Perpindahan adalah perubahan kedudukan.Hal ini merupakan besaran
vektor mencakup jarak dan arah.Kecepatan adalah laju perubahan kedudukan
Universitas Sumatera Utara
18
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
2
diukur dalam meter per detik kwadrat [m/s ]. 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:
∆�
∆�
=� →� =� +� →� =� +
Penggantian (v0+ at) untuk v didalam persamaan :
=� +
∆�
∆�
..................(2-2)
� ...........................................(2-3)
Penggatian (v – v0)/a untuk t didalam persamaan:
2
� =�
+ 2� ........................................(2-4)
Bila Vo = 0 ,maka : v = 0 + 2as dan bila a = g dan s = H maka:
� = √2�ℎ..................................................(2-5)
Universitas Sumatera Utara
19
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,
Universitas Sumatera Utara
20
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 ratarata 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:
F
Wnet
d
d
Wnet
..................................(2-10)
F
Dimana:
d = jarak pantul setelah impak
F = gaya impak
Universitas Sumatera Utara
21
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:
a
2 gh
dv vinitial v final
2
.............(2-11)
dt
t pulse
t pulse
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:
F ma 2m
2 gh
t pulse
.......................................(2-12)
Dimana:
F = gaya impak
m = massa benda
Universitas Sumatera Utara
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.
Gambar 2.1 Chest Protector LEATT 5.5 PRO LITE [2]
Universitas Sumatera Utara
2
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".
Gambar 2.2Motorcycle/Motocross Body Armor VELORTA [3]
Universitas Sumatera Utara
3
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:
Universitas Sumatera Utara
4
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
Universitas Sumatera Utara
5
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
Komposit Serat
Komposit
Struktur
Partikel Besar
Berlanjut
Lapisan
Dispersi
Tidak Berlanjut
Tumpuk
Gambar 2.3Skema Struktur Komposit [4]
Universitas Sumatera Utara
6
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
antaraserat dan 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 thermoplastik dantermoset.Termoplastik adalah
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.
Universitas Sumatera Utara
7
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
monomer sintetis untuk membuat plastik polimer. Yang disebut resin sintetis yang
Universitas Sumatera Utara
8
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.
Universitas Sumatera Utara
9
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 (glassreinforced 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.
Universitas Sumatera Utara
10
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.
Universitas Sumatera Utara
11
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 stresretak, 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
Universitas Sumatera Utara
12
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
Universitas Sumatera Utara
13
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 ratarata 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.
Universitas Sumatera Utara
14
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
Universitas Sumatera Utara
15
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
Untuk produk yang akan mel1indungi bagian dada.
Universitas Sumatera Utara
16
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
Polyester Polymer
Busa EVA
GFRP
Densitas
(kg/m3)
1004-1400
945-955
1350-1500
Modulus Elastisitas
(GPa)
2,07-4,41
0,01-0,04
6-12
Universitas Sumatera Utara
17
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.
Perpindahan adalah perubahan kedudukan.Hal ini merupakan besaran
vektor mencakup jarak dan arah.Kecepatan adalah laju perubahan kedudukan
Universitas Sumatera Utara
18
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
2
diukur dalam meter per detik kwadrat [m/s ]. 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:
∆�
∆�
=� →� =� +� →� =� +
Penggantian (v0+ at) untuk v didalam persamaan :
=� +
∆�
∆�
..................(2-2)
� ...........................................(2-3)
Penggatian (v – v0)/a untuk t didalam persamaan:
2
� =�
+ 2� ........................................(2-4)
Bila Vo = 0 ,maka : v = 0 + 2as dan bila a = g dan s = H maka:
� = √2�ℎ..................................................(2-5)
Universitas Sumatera Utara
19
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,
Universitas Sumatera Utara
20
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 ratarata 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:
F
Wnet
d
d
Wnet
..................................(2-10)
F
Dimana:
d = jarak pantul setelah impak
F = gaya impak
Universitas Sumatera Utara
21
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:
a
2 gh
dv vinitial v final
2
.............(2-11)
dt
t pulse
t pulse
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:
F ma 2m
2 gh
t pulse
.......................................(2-12)
Dimana:
F = gaya impak
m = massa benda
Universitas Sumatera Utara