XXX-X-XXXX-XXXX-X/XX/$XX.00 ©20XX IEEE
Pemanfaatan Komposit Serat Sabut Kelapa Dalam Pembuatan Helm
Alliya Shifa R_121320019 Vidhawati_121320028 Aulia Azzahra_121320029 Della Simbolon_121320040 Ansen Malau_121320049
Teknik Fisika Institut Teknologi Sumatera.
Lampung, Indonesia
Abstrak-Saat ini, kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi mengalami transformasi signifikan di berbagai sektor, termasuk otomotif, arsitektur, dan industri, dengan fokus khusus pada pengembangan material komposit. Perkembangan ini berkaitan erat dengan peningkatan permintaan dan kelangkaan bahan alam. Industri otomotif saat ini masih dominan menggunakan logam sebagai bahan utama, yang memiliki keterbatasan dalam hal keberlanjutan. Oleh karena itu, mencari alternatif untuk menciptakan material otomotif yang ekonomis, berkualitas tinggi, dan dapat diterima oleh pasar menjadi semakin penting. Tujuan dari penelitian ini adalah mengevaluasi potensi komposit yang diperkuat serat sabut kelapa sebagai alternatif bahan untuk helm standar SNI yang lebih ramah lingkungan. Penelitian ini berfokus pada analisis ketangguhan impak dan kekuatan tarik dari komposit serat sabut kelapa. Standar pengujian impak mengacu pada ASTM D 265, sementara pengujian tarik mengikuti standar ASTM D 638-03. Hasil pengujian material komposit yang diperkuat serat sabut kelapa menunjukkan bahwa pada komposisi 40% serat dan 60% resin, nilai impak dan kekuatan tarik mencapai 30,240 J/mm² dan 72,88 MPa, secara signifikan lebih tinggi daripada kekuatan tarik bahan helm SNI yang hanya sebesar 33,93 MPa. Ini menunjukkan potensi kelayakan material komposit serat sabut kelapa sebagai bahan alternatif helm yang tidak hanya memenuhi standar keamanan, tetapi juga memiliki dampak lingkungan yang lebih positif.
Kata Kunci: Serat Kelapa, Komposit, Material.
pendahuluan
Komposit adalah jenis material yang terdiri dari gabungan dua atau lebih bahan sehingga menghasilkan suatu material dengan sifat mekanik dan karakteristik yang berbeda dari bahan pembentuknya. Sifat mekanik komposit umumnya lebih unggul dibanding logam, termasuk kekuatan jenis (modulus elastisitas) dan kekuatan jenis yang lebih tinggi daripada logam. Penggunaan komposit sangat umum dalam berbagai industri, seperti pada struktur badan pesawat terbang, pembuatan tali, helm, dan aplikasi lainnya.
Menurut Jacobs (2005), material komposit adalah suatu entitas kompleks yang terbentuk dari dua bahan atau lebih yang digabungkan secara bersamaan pada tingkat makroskopik, membentuk produk dengan desain yang bertujuan untuk menghasilkan kualitas dan sifat terbaik.
Penguat dalam komposit biasanya elastis dan memiliki kekuatan tarik yang baik, namun mungkin tidak cocok untuk digunakan pada suhu tinggi. Di sisi lain, matriks biasanya bersifat ulet, lunak, dan cenderung mengikat ketika mencapai
titik bekunya. Kedua bahan dengan sifat berbeda ini dikombinasikan untuk membentuk suatu material baru, yaitu komposit, yang memiliki sifat yang berbeda dari bahan penyusunnya. Dalam struktur komposit, terbentuklah zona antarmuka atau interphase di antara matriks dan penguat.
Interphase ini dapat timbul akibat interaksi kimia antara fase matriks dan fase penguat. Konsep ini memainkan peran penting dalam menentukan sifat dan kinerja keseluruhan dari material komposit.
Gambar 1 Fase-fase kalam komposit
Seiring dengan kemajuan teknologi yang terus berlangsung, komposit dapat dirancang secara khusus sesuai dengan karakteristik material yang diinginkan, sehingga mampu memberikan kekuatan, keringanan, dan kekakuan yang lebih baik. Dengan sejumlah keunggulan tersebut, penggunaan komposit semakin meluas dalam peralatan- peralatan berteknologi tinggi di sektor industri, transportasi, dan konstruksi bangunan. Karena komposit merupakan gabungan dari sistem resin dan serat penguat, maka sifat-sifat yang dimiliki oleh material komposit tersebut merupakan hasil kombinasi antara sifat-sifat dari sistem resin dan serat penguatnya.
Gambar 2 patahan spesimen uji
Serat alam berasal dari berbagai jenis bahan, baik dari tumbuhan maupun hewan. Serat ini diperoleh dari tanaman seperti sisalana, rami, sabut kelapa, kapuk, dan lainnya,
sementara serat dari hewan dapat berasal dari kepompong ulat, domba, biri-biri, dan lain sebagainya. Salah satu serat alam yang dapat digunakan sebagai bahan pembuatan komposit adalah serat sabut kelapa. Serat sabut kelapa diambil dari pohon kelapa, yang merupakan salah satu tanaman dengan komoditas penting di Indonesia, berkontribusi sekitar 3,8 juta ton atau setara dengan 15 miliar butir kelapa. Seiring dengan peningkatan produksi kelapa, limbah padat dari buah kelapa juga meningkat. Kulit buah kelapa telah lama dimanfaatkan sebagai komoditas ekspor dengan mengolah serabut kelapa (coconut fiber).
Gambar 3 Sabut Kelapa
Sabut kelapa adalah limbah padat dari industri minyak kelapa dan juga limbah dari makanan yang bersumber dari kelapa, yang banyak dikonsumsi oleh masyarakat di Indonesia. Hampir semua negara produsen kelapa terbesar telah lama menggunakan kulit buah kelapa sebagai komoditas ekspor dengan memproses sabut kelapa (coconut fiber) dan menyuplai kebutuhan dunia sekitar 75,7 ribu ton. Agar sabut kelapa memiliki nilai tambah lebih daripada sekadar dibuang atau digunakan sebagai pengganti kayu bakar, sabut kelapa dimanfaatkan dalam pembuatan bubur kertas (pulp) sebagai bahan baku untuk pembuatan kertas
Karakterisasi Komposit
Karakteristik Fiber sabut kelapa
Fiber sabut kelapa adalah serat yang berasal dari sabut kelapa (Cocos nucifera L.) dan memiliki beberapa karakteristik yang membuatnya cocok untuk berbagai
aplikasi, seperti dalam bidang kedokteran gigi, insulasi, dan media filtrasi. Berikut adalah beberapa
karakteristik fiber sabut kelapa:
• Modulus elastisitas: Serat sabut kelapa memiliki modulus elastisitas yang cukup rendah, sehingga memiliki sifat yang sangat lentur dan paling ulet
• Kuat, ringan, dan tahan: Serat sabut kelapa memiliki sifat kuat, ringan, dan tahan panas, tahan air garam, tahan cuaca, dan murah
• Daya serap air: Komposit yang mengandung sabut kelapa memiliki daya serap air yang tinggi, mencapai 60%
• Kerapatan: Kerapatan komposit yang mengandung sabut kelapa meningkat hingga 516 kg/m³ dengan daya serap air 50,93% dari berat komposit
• Insulasi: Serat sabut kelapa memiliki sifat insulasi panas yang baik
• Penggunaan: Serat sabut kelapa digunakan sebagai bahan filler komposit di bidang kedokteran gigi, insulasi, dan media filtrasi, seperti dalam aplikasi Deep-bed filtration Meskipun fiber sabut kelapa memiliki beberapa karakteristik yang positif, pengujian karakteristik papan serat dari serat sabut kelapa dan plastik polipropilena daur ulang menunjukkan bahwa pengaruh lama pengempaan dan susunan serat sabut kelapa terhadap karakteristik papan serat. Oleh karena itu, teknologi pemrosesan serat dan pengujian karakteristik papan serat sangat penting untuk menentukan struktur dan sifat papan serat
Karakteristik Resin polyester
Resin poliester atau resin unsaturated polyester (UPR) adalah jenis resin yang digunakan dalam berbagai aplikasi, termasuk dalam produksi komposit dan benda plastik.
Berikut adalah beberapa karakteristik resin polyester:
• Jenis: Resin poliester tidak jenuh (unsaturated polyester) dan memerlukan pengerasan (curing) untuk mengubah dari fase cair menjadi fase padat
• Sifat: Resin poliester memiliki sifat yang tahan korosi, lebih terang, dan ketahanan panas daripada resin poliester jenuh (saturated polyester)
• Penggunaan: Resin poliester digunakan dalam berbagai aplikasi, seperti dalam produksi fiberglass, kapal, dan benda plastik lainnya
• Pembuatan: Resin poliester dapat dibuat dengan mengkombinasikan asam fumaric, maleic anhydride, dan glycol
• Komposit: Resin poliester sering digunakan sebagai matriks komposit, di mana serat (misalnya serat karbon) dicampurkan dengan
resin untuk meningkatkan daya dan sifat material
• Permukaan akhir: Resin poliester memerlukan permukaan akhir untuk menyutupkan sifat lengket dan bekas Oleh karena itu, resin poliester sering digunakan dalam produksi fiberglass, di mana permukaan akhir dicampurkan dengan serat karbon untuk menghasilkan material yang kuat dan tahan lama Resin poliester memiliki berbagai karakteristik yang membuatnya cocok untuk berbagai aplikasi dalam industri dan konstruksi. Namun, perlu diingat bahwa resin poliester memerlukan waktu dan tenaga yang lebih banyak daripada resin epoxy untuk menghilangkan sifat lengket dan bekas
Metode Serat Sintetis Sabut kelapa Pada Pembuatan Helm
Pada penelitian ini menggunakan Biokomposit serat alami yaitu serat sabut kelapa dengan matrik resin polyester. Sampel tersebut dibuat dengan komposisi fraksi volume yaitu (20:80)%, (30:70)%, dan (40:60)%.Pencetakan komposit dilakukan secara manual dengan metode hand lay up.
Terdapat dua penelitian yaitu eksperimen dan kontrol.eksperimen adalah yang mengalami penambahan volume serat. Sedangkan kontrol yaitu spesimen helm SNI.Pengujian impak bertujuan untuk mengukur berapa energi yang dapat diserap suatu material sampai material tersebut patah.Pengujian impak adalah pengujian ketahanan terhadap beban kejut. Terdapat dua metode pengujian impak yang umum, yaitu Metode Charpy dan Metode Izod. Metode Charpy melibatkan pengukuran ketinggian pendulum setelah terjadi tumbukan, dan masih banyak digunakan, terutama pada pengujian logam. Pengujian impak dilakukan untuk mengetahui ketangguhan suatu material dan merupakan pengujian dengan menggunakan pembebanan yang cepat (rapid loading), berbeda dengan pengujian mekanik lainnya yang menggunakan beban statik. Proses penyerapan energi yang besar dari energi kinetik suatu beban yang menumbuk akan diubah dalam berbagai respon pada material seperti deformasi, efek histeresis, gesekan, dan efek inersia.
besar energi dan harga impak yang diserap dapat dinyatakan dengan persamaan yang di dapat yaitu :
Ꜫ = Regangan (%)
lo = Panjang mula-mula spesimen sebelum pembebanan (mm)
Δl = Pertambahan panjang (m)
………
Dimana :
E = Modulus elastisitas (N/mm²) Ơ = Tegangan (N/mm²)
Ꜫ = Regangan (m/m) E = m.g.R (cos β - cos α) Dimana :
E = Energi serap (J)
m = Berat pendulum (kg) g = Percepatan gravitasi (m/s²) R = Panjang lengan (m)
α = Sudut pendulum sebelum diayunkan
β = Sudut ayunan pendulum setelah mematahkan spesimen
H₁ = E / Ao Dimana :
H₁ = Harga impak (J/mm²) E = Energi serap (J)
Ao = Luas penampang (mm²)
pada pengujian tarik kita dapat mengetahui perubahan suatu material terhadap gaya tarikan dan juga pertambahan panjang pada material tersebut.Kekuatan tarik dapat diukur dengan mengetahui beban maksimum (Fmaks) untuk digunakan memutuskan spesimen dengan luas mula-mula
Dimana :
Ơ = Tegangan (N / mm²)
Fmaks = Beban yang diberikan arah tegak lurus terhadap penampang spesimen (N)
Ao = Luas penampang mula-mula spesimen sebelum diberikan pembebanan (mm²)
Hasil dari Helm yang dibuat
Hasil dari penggunaan komposit serat sabut kelapa untuk helm menunjukkan beberapa temuan penting. Sebuah penelitian mencatat bahwa spesimen komposit dengan 6.6%
serat sabut kelapa memiliki rata-rata kekuatan tarik 2.594 kgf/mm, sementara spesimen dengan 13.3% serat sabut kelapa memiliki rata-rata kekuatan tarik 3.065 kgf/mm, dan spesimen dengan 20% serat sabut kelapa memiliki rata-rata kekuatan tarik 3.9 kgf/mm. Penelitian lain menunjukkan bahwa komposit serat sabut kelapa dapat digunakan untuk membuat helm yang memenuhi standar SNI (Standar Nasional Indonesia) dan mampu mengurangi benturan energi kejut.
Selain itu, hasil pengujian material komposit yang diperkuat dengan serat sabut kelapa menunjukkan bahwa komposit ini layak menjadi bahan alternatif dalam aplikasi helm. Dengan demikian, penggunaan komposit serat sabut kelapa dalam helm menunjukkan potensi untuk menciptakan helm yang memenuhi standar keselamatan sambil memanfaatkan bahan ramah lingkungan.
Kesimpulan
Pada komposit serat sabut kelapa ini dapat kita lihat bahwa nilai ketangguhan material yang terbaik terdapat pada komposisi (40:60)%. Hasil dari penggunaan komposit serat sabut kelapa untuk helm menunjukkan beberapa temuan penting. Penelitian lain menunjukkan bahwa komposit serat sabut kelapa dapat digunakan untuk membuat helm yang memenuhi standar SNI (Standar Nasional Indonesia) dan mampu mengurangi benturan energi kejut. Selain itu, hasil pengujian material komposit yang diperkuat dengan serat
sabut kelapa menunjukkan bahwa komposit ini layak menjadi bahan alternatif dalam aplikasi helm. Dengan demikian, penggunaan komposit serat sabut kelapa dalam helm menunjukkan potensi untuk menciptakan helm yang memenuhi standar keselamatan sambil memanfaatkan bahan ramah lingkungan.Dilihat dari kekuatan tarik dan impak bahwa komposit yang diperkuat serat sabut kelapa layak menjadi material alternatif dalam pembuatan bahan konstruksi helm.
a.This is a table footnote.
REFERENCES
[1] D. Arya Widnyana. 2018. “Tensile Properties of coconut Coir single fiber with alkali treatment and reinforcement effect on unsaturated polyester polymer.”
[2] Lumintang, R. C., Soenoko, R., dan Wahyudi, S. (2011). Komposit Hibrid Polyester Berpenguat Serbuk Batang dan Serat Sabut Kelapa.
Rekayasa Mesin, 2(2), 145- 153.
[3] Mukhammad, A. F. H., dan Setyoko, B. (2014). Studi Kelayakan Mekanik Komposit Serat Rami AcakPolyester Sebagai Bahan Helm Standar Sni. TRAKSI, 14(2), 1- 14.
[4] Chandramohan, D., dan Bharanichandar, J. (2013). Natural Fiber Reinforced Polymer Composites for Automobile Accessories.
American Journal of Environmental Sciences, 9(6), 494-504.
[5] Bagus Try Mulyo, Heri Yudiono. "Analisi Kekuatan Impak Pada Komposit Serat Daun Nanas Untuk Bahan Dasar Pembuatan Helm SNI." (Jurnal Kompetensi Teknik ) 10, no. 2 (2018).
[6] CHAIRY, AHMAD. "PEMANFAATAN LIMBAH SERAT SABUT KELAPA DAN SERBUK CANGKAANG KELAPA SAWIT UNTUK PEMBUATAN HELM PROYEK ." 2022.
[7] I Made Astika, I Putu Lokantara, dan I Made Gatot Karohika. "Sifat Mekanis Komposit Polyester Dengan Serat penguat Serat Sabut Kelapa." (Jurusan Teknik Mesin) n.d
[8] M. Firki Judilla, Burmawi. "Analisa Sifat Mekanik Komposit Serat Sabut Kelapa Dengan Susunan Lurus Untuk Aplikasi Bahan Kontruksi Helm." 2018.
[9] Paskawati, Yessica A., et al. "Pemanfaatan Sabut Kelapa Sebagai Bahan Baku Pembuatan Kertas komposit Alternatif." Widya Teknik, Vol.9, no. 1, 2010, pp.12-21, doi :10.333508/wt.v9i1.1293.
[10] Sucipto, Dharma (2016) Kajian Potensi Serat Sabut Kelapa dan Serat Sintesis dalam Perancangan Produk Helm Lipat. Sarjana thesis, Universitas Brawijaya
