Studi awal material komposit berpenguat serat bambu dengan matriks resin epoksi/ hardener sebagai material antipeluru
Harmiansyah 1 , Burmawi 2 , Risky Arman 2 , Rustam Efendi 3
1 Program Studi Teknik Biosistem, Jurusan Teknologi Produksi dan Industri, Institut Teknologi Sumatera Jl. Terusan Ryacudu, Lampung Selatan, Lampung, Indonesia, 35365
2 Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Bung Hatta Jl. Gajah Mada No. 19 Olo Nanggalo Padang, Sumatera Barat 25143 3 Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sulawesi Tenggara Jl. Kapten Piere Tendean No. 109 A, Baruga, Kendari, Sulawesi Tenggara, Indonesia, 93563
Email korespondensi: harmibm@gmail.com

## Abstrak
Material antipeluru digunakan sebagai material rompi antipeluru yang berfungsi melindungi tubuh manusia dari ancaman serangan fisik,  terutama serangan yang berasal dari senjata api.  Material antipeluru berfungsi mereduksi energi  kinetik  dari proyektil,  sehingga  tidak mengenai pengguna rompi antipeluru.  Material  utama dalam pembuatan material antipeluru adalah baja dengan massa jenis yang tinggi, sehingga bobot dari material antipeluru  tinggi  yang  menyebabkan  pengguna  tidak  dapat  bergerak  dengan  leluasa.  Komposit  merupakan material yang terdiri dari dua unsur atau lebih yang memiliki sifat mekanik yang baik serta densitas yang rendah, sehingga dapat dijadikan alternatif pengganti baja untuk material antipeluru. Material antipeluru yang digunakan berpenguat  serat  bambu  betung  dengan  matriks  campuran  resin  epoksi/hardener  dan  penambahan  butiran keramik 20, 25 dan 30 ml, material komposit dilakukan pengujian balistik yang menggunakan variasi parameter jarak tembak 2; 2,5; dan 3 m. Berdasarkan hasil uji balistik, semua variasi penambahan butiran keramik mampu mereduksi energi proyektil dengan kedalaman penetrasi < 1 mm, di mana energi kinetik dari proyektil sebesar 209,83 joule. Berdasarkan analisis foto makro jejak proyektil pada material antipeluru, retakan yang terjadi pada material antipeluru adalah retakan ulet karena terjadi penyebaran retakan ke area lain pada permukaan material antipeluru.
Kata kunci : serat bambu, material antipeluru, butiran keramik, komposit, resin epoksi/hardener.

## Abstract
Bulletproof material is used as a bulletproof vest material that functions to protect the human body from the threat of physical attack, especially attacks from firearms. Bulletproof material serves to reduce the kinetic energy of the projectile so it does not hit the bulletproof vest user. The main material in the manufacture of bulletproof material is steel with a high density so that the weight of the bulletproof material is high which causes the user to be unable to move freely. Composite is a material consisting of two or more elements that have good mechanical properties and low density so that it can be used as an alternative to steel for bulletproof materials. The bulletproof material used was reinforced with bamboo fiber with a matrix of epoxy resin/hardener mixture and the addition of 20, 25, and 30 ml ceramic granules, the composite material was tested for ballistics using a variation of the firing range parameter 2; 2.5; and 3 m. Based on the results of ballistic tests, all variations of the addition of ceramic granules were able to reduce the energy of the projectile with a penetration depth of < 1 mm where the kinetic energy of the projectile was 209.83 joule. Based on the macro photo analysis of projectile traces on the bulletproof material, the cracks that occur in the bulletproof material are ductile cracks due to the spread of the cracks to other areas on the surface of the bulletproof material.
Keywords: bamboo fiber, bullet-proof material, ceramic granules, composite, epoxy/hardener resin.

## 1. Pendahuluan
Komposit  merupakan  campuran  dari  dua  unsur material  atau  lebih  dengan  sifat  mekanik  yang berbeda,  kombinasi  dari  pencampuran  material bertujuan  untuk  mendapatkan  material  baru  yang memiliki sifat makro-mekanis yang lebih baik. Sifat mekanik  yang  ditingkatkan  dalam  pembuatan material  komposit  antara  lain  kekuatan,  kekakuan, ketahanan  aus,  ketahanan  korosi, fatigue  life , ketahanan thermal dan  densitas  rendah  [1].
Penggunaan  komposit  untuk  mendapatkan  sifat mekanik  yang  lebih  baik  dibandingkan  material penyusunnya  [2],  perkembangan  komposit  saat  ini begitu cepat dan semakin berpotensi menjadi material alternatif pengganti logam. Bahan komposit memiliki keunggulan  kuat,  ringan,  tahan  korosi  yang  baik, dengan  karakteristik  dan  kekuatan  mekanis  yang sangat tinggi [3].
Komposit yang terdiri dari unsur penguat serat alami bambu  memiliki  sifat  kuat  tarik  yang  baik  yaitu
sebesar  384  MPa  [4],  matriks  penyusun  yang memiliki  densitas  rendah  serta  sifat  mekanik  yang baik salah satunya adalah resin epoksi/ hardener [5, 6,
7],  penerapan  komposit  dengan  matriks  penyusun resin  epoksi/ hardener sebagai  material  antipeluru pada  pengujian  balistik  mampu  menahan  penetrasi balistik,  balistik  hanya  mampu  berpenetrasi  sampai kedalaman 2,53 mm [4]. Komposit dengan penyusun penguat  serat  bambu  bermatriks  epoksi  memiliki densitas  rendah  serta  biaya  yang  lebih  ekonomis sebagai penerapan material baju antipeluru [8].
Pengembangan baju antipeluru sudah dilakukan sejak lama,  baju  antipeluru  diperlukan  sebagai  pelindung tubuh  manusia  dari  ancaman  serangan  fisik  seperti serangan  senjata  api.  Fungsi  utama  dari  baju antipeluru adalah agar dapat menahan atau mereduksi laju  dari  proyektil  yang  ditembakkan  dengan kecepatan  tinggi  sampai  berhenti.  Selama  ini  baju tahan  peluru  dibuat  dari  bahan  dasar  baja  dengan tingkat  kekerasan  yang  tinggi  tetapi  baja  memiliki berat jenis yang besar, sehingga baju antipeluru yang terbuat  dari  baja  memiliki  berat  yang  tinggi menyebabkan mobilitas dari pemakai baju antipeluru menjadi  lambat  [5,  9].  Prinsip  kerja  baju  antipeluru adalah  mengurangi  energi  kinetik  secara  maksimal sampai  balistik  terhenti  sebelum  menembus  baju antipeluru  dan  mengenai  pengguna  baju  antipeluru, batas maksimal penekanan tidak boleh lebih dari 4,4 cm (44 mm) agar tidak membahayakan keselamatan jiwa  [10].  Saat  ini  tingkat  kriminalitas  yang  cukup tinggi, sehingga penggunaan rompi antipeluru ketika keluar  di  malam  hari  sangat  dibutuhkan  sebagai pengaman  diri  dari  berbagai  tindak  kejahatan,  salah satu  yang  sering  digunakan  oleh  pelaku  kriminal adalah  senjata  api.  Begitu  pun  bagi  aparat,  praktis dapat digunakan ketika melakukan  patroli di malam hari.
Tujuan  dari  kajian  ini  adalah  menganalisis kemampuan material komposit antipeluru berpenguat serat  bambu  betung  dengan  matriks  campuran epoksi/ hardener dan tanah liat/keramik.

## 2. Metode

## Alat dan Bahan
Alat  yang  digunakan  pada  kajian  ini  meliputi  gelas ukur, lumpang yang digunakan sebagai wadah untuk mengurangi  ukuran  butiran  tanah  liat/keramik, saringan  digunakan  untuk  menyaring  ukuran  tanah liat,  seragam,  pisau cutter ,  cetakan  terbuat  dari  plat kaca dengan dimensi panjang 200 mm, lebar 100 mm serta tinggi 10 mm. Alat uji balistik yang digunakan adalah  senapan  dengan  spesifikasi  kaliber  4.5 (0,177”), tenaga angin pompa, mekanisme bolt action (gerendel  tarik),  panjang  total  97,6  cm  (38,4”), panjang  laras  60,8  cm  (23,9”),  berat  3,2  kg  serta kecepatan maksimal 318 m/s.
Bahan  yang  digunakan  pada  kajian  ini  terdiri  dari matriks dan penguat, matriks yang digunakan adalah
resin  epoksi/ hardener dengan  perbandingan  1:1 kemudian  ditambahkan  dengan  tanah  liat/keramik yang  sudah  dihancurkan  masing-masing  dengan penambahan 20 ml, 25 ml dan 30 ml. Penguat yang digunakan  adalah  anyaman  bambu  dengan  jenis betung  yang  didapatkan  dari  daerah  Kurai  Taji, Padang  Pariaman,  dengan  kategori  umur  bambu kurang  lebih  3-5  tahun.  Diagram  alir  dapat  dilihat pada Gambar 1.
Gambar 1. Diagram alir.

## Anyaman Bambu
Proses anyaman bambu dimulai dengan memisahkan serat  bambu  dengan  kulit  bagian  luar  bambu, kemudian bambu dibelah menggunakan pisau cutter menjadi  dimensi  kurang  lebih  1  mm/serat.  Serat bambu  dengan  ukuran  1  mm  direbus  menggunakan akuades  kurang  lebih  1  jam  yang  bertujuan menghilangkan  getah  yang  terdapat  pada  bambu, setelah itu bambu dianyam dengam dimensi panjang 200 mm dan lebar 100 mm.

## Pembuatan Material Komposit
Pembuatan material komposit antipeluru mempersiapkan  cetakan  plat  kaca,  kemudian mencampurkan resin epoksi dengan hardener dengan perbandingan  1:1,  sebelum  matriks  resin  epoksi dimasukkan  ke  dalam  cetakan  terlebih  dahulu memasukkan butiran tanah liat/keramik sebanyak 20 ml  sebagai  lapisan  pertama  dari  material  komposit, setelah itu memasukkan sebagian resin epoksi/ hardener .  Anyaman  bambu  dimasukkan  ke
dalam cetakan dan letakkan di tengah-tengah lapisan komposit,  kemudian  memasukkan  sisa  dari  bagian resin  epoksi/ hardener hingga  cetakan  terisi  dengan sempurna. Lakukan hal yang sama sebanyak dua kali, variasi  volume  tanah  liat  yang  dimasukkan  pada pembuatan komposit kedua adalah 25 ml dan 30 ml untuk komposit terakhir.

## Prosedur Pengujian Balistik
Pengujian  balistik  dilakukan  dengan  menggunakan parameter jarak tembak, jarak tembak yang digunakan pada pengujian ini adalah 2 m, 2,5 m dan 3 m. setiap spesimen  akan  dilakukan  uji  balistik  dengan perlakukan  jarak,  sehingga  terdapat  3  jejak  balistik pada  setiap  spesimen.  Jejak  balistik  akan  dianalisis dari segi kedalaman dan area jejaknya.

## Perhitungan Energi Kinetik
Persamaan yang digunakan dalam menghitung energi kinetik proyektil adalah Persamaan 1 berikut.
𝐸𝐾 = 𝑚𝑣
(1)
EK = Energi Kinetik (Joule) m = Massa (kg) v = Kecepatan (m/s)

## 3. Hasil dan Pembahasan

## Komposit Antipeluru
Berdasarkan  data  dimensi  pada  Tabel  1,  dapat dihitung  berat  jenis  material  komposit  antipeluru, massa  jenis  komposit  antipeluru  spesimen  1  adalah 1,3035  gr/cm 3 ,  1,285  gr/cm 3 untuk  spesimen  2  dan 1,3135 gr/cm 3 untuk massa jenis spesimen 3, sehingga didapatkan  rata-rata  massa  jenis  untuk  ketiga spesimen adalah 1,3006 gr/cm 3 . Penambahan keramik pada  material  komposit  antipeluru  mengakibatkan meningkatnya  massa  jenis,  maka  didapatkan penambahan  30  ml  keramik  memiliki  nilai  massa jenis atau nilai kerapatan terbaik karena ikatan yang terbentuk antara serat bambu dengan campuran matrik epoksi/ hardener dan keramik terbentuk dengan baik.
Tabel 1. Dimensi komposit antipeluru.
Spesimen Berat (gram) Panjang (cm) Lebar (cm) Tinggi (cm) Spesimen 1 260,7 20 10 1 Spesimen 2 257 20 10 1 Spesimen 3 262,7 20 10 1

## Hasil Uji Balistik
Hasil pengujian balistik dapat dilihat pada Gambar 2, 3 dan 4. Pengujian dilakukan dengan parameter jarak tembak yaitu 2 m, 2,5 m dan 3 m.
Gambar 2. Pengaruh variasi volume terhadap kedalaman pada jarak uji 2 m.
Gambar 3. Pengaruh variasi volume terhadap kedalaman pada jarak uji 2,5 m.
Gambar 4. Pengaruh variasi volume terhadap kedalaman pada jarak uji 3 m.
Berdasarkan standar NIJ 01.01.06, penetrasi balistik senjata  yang terjadi pada rompi antipeluru tidak boleh melebihi  dari ketebalan  material  antipeluru  [3],  dari Gambar  2,  3,  dan  4  dapat  diketahui  bahwa  balistik senjata  yang  digunakan  pada  pengujian  balistik dengan  variasi  jarak  uji  yang  berbeda  tidak  mampu menembus  material  komposit  antipeluru,  balistik hanya mampu penetrasi sedalam < 1 mm. Gambar 4 menunjukkan  kedalaman  penetrasi  balistik  untuk penambahan keramik 30 ml yaitu 0,04 mm, fenomena ini  terjadi  karena  permukaan  area  yang  terkena balistik  banyak  terdapat void (kekosongan)  pada
permukaan  biokomposit  hal  ini  dapat  dilihat  pada Gambar 13 bagian (a).

## Analisis Foto Makro
Analisis  foto  makro  merupakan  pengamatan berdasarkan  hasil  foto  makro  yang  tampak  secara penglihatan  manusia.  Pada  kajian  ini,  material komposit  antipeluru  yang  terbentuk  berdasarkan Gambar 5, 6 dan 7 masih banyak void (kekosongan) yang  terbentuk,  hal  ini  dapat  dilihat  dari  lingkaran merah pada foto makro yang menandakan void yang terbentuk  pada  permukaan  biokomposit. Void yang terjadi  pada  matriks  memiliki  dampak  yang siginifikan  terhadap  kemampuan  komposit  karena pada  bagian  tersebut fiber tidak  didukung  oleh matriks,  sedangkan fiber selalu  akan  mentransfer tegangan ke matriks. Hal seperti ini menjadi penyebab munculnya crack , sehingga komposit akan gagal lebih awal [11].
Spesimen 1
(a)
(b)
Gambar 5 . a) Jejak proyektil pada spesimen, dan b) bentuk proyektil setelah mengenai spesimen pada jarak 2 m.
(a) (b)
Gambar 6 . a) Jejak proyektil pada spesimen, dan b) bentuk proyektil setelah mengenai spesimen pada jarak 2,5 m.
(a) (b)
Gambar 7 . a) Jejak proyektil pada spesimen, dan b) bentuk proyektil setelah mengenai spesimen pada jarak 3 m.
Berdasarkan  hasil  uji  balistik  untuk  penambahan keramik 20 ml dapat dilihat pada Gambar 2, 3 dan 4, untuk  parameter  jarak  tembak  tidak  terlalu
berpengaruh kepada spesimen, hal ini dapat dianalisis berdasarkan jejak tembak pada spesimen untuk ketiga jarak tembak memiliki hasil sama, di mana kedalaman penetrasi  balistik  <  0,1  mm  dan  terhenti  pada lampisan matriks epoksi/ hardener dengan keramik.
Pada Gambar 5, 6 dan 7 dapat dilihat untuk spesimen 1 yaitu variasi penambahan tanah liat/keramik sebesar 20 ml mampu mereduksi balistik dengan jarak tembak yang  bervariasi,  pada  bagian  B  bentuk  proyektil setelah  mengenai  komposit  material  antipeluru terdeformasi  serta  menjadi  beberapa  bagian,  matrik epoksi/ hardener dengan keramik memiliki permukaan yang keras, sehingga balistik dari senapan tidak  mampu  penetrasi  lebih  dalam  menuju  lapisan anyaman bambu betung, hal ini sejalan dengan kajian yang  dilakukan  oleh  Ashari  bahwa  resin  epoksi mampu mereduksi penetrasi balistik [1].

## Spesimen 2
Berdasarkan Gambar 8, 9 dan 10, untuk penambahan keramik  25  ml  penetrasi  balistik  terhadap  material komposit  tidak  menyebabkan  keretakan  yang menjalar  ke  area  lain,  dapat  dilihat  pada  kotak  di dalam gambar, keretakan yang terjadi hanya pada area yang terkena proyektil sehingga jenis keretakan yang terjadi  pada  hasil  pengujian  balistik  adalah kemungkinan retakan ulet.
(a) (b) Gambar 8 . a) Jejak proyektil pada spesimen, dan b)
bentuk proyektil setelah mengenai spesimen pada jarak 2 m.
(a) (b)
Gambar 9 . a) Jejak proyektil pada spesimen, dan b) bentuk proyektil setelah mengenai spesimen pada jarak 2,5 m.
(a) (b)
Gambar 10. a) Jejak proyektil pada spesimen, dan b) bentuk proyektil setelah mengenai spesimen pada jarak 3 m.

## Spesimen 3
Berdasarkan  hasil  uji  balistik  pada  penambahan keramik 30 ml, dapat dilihat pada Gambar 11, 12 dan 13, jejak proyektil pada material komposit memiliki keretakan  ulet  karena  keretakan  hanya  terjadi  pada area  permukaan  komposit  yang  terkena  proyektil, rambatan  retakan  tidak  terjadi  pada  ketiga  jarak pengujian  yang  dilakukan,  hal  ini  menggambarkan bahwa  material  penyusun  komposit  mampu mereduksi  energi  kinetik  dengan  maksimal.  Area retakan dapat dilihat pada kotak pada Gambar 11, 12 dan 13 serta rekatan memiliki pola terpusat, sehingga dapat  diprediksi  kemungkinan  retakan  yang  terjadi adalah retakan ulet.
(a) (b)
Gambar 11. a) Jejak proyektil pada spesimen, dan b) bentuk proyektil setelah mengenai spesimen pada jarak 2
m.
(a) (b)
Gambar 12. a) Jejak proyektil pada spesimen, dan b)
bentuk proyektil setelah mengenai spesimen pada jarak 2,5 m.
(a) (b) Gambar 13. a) Jejak proyektil pada spesimen, dan b) bentuk proyektil setelah mengenai spesimen pada jarak 3
m.

## Energi Kinetik
Energi yang bekerja pada pengujian balistik terhadap material  komposit  antipeluru  adalah  energi  kinetik, nilai  energi  kinetik  didapatkan  berdasarkan perhitungan yaitu dengan nilai 209,83 Joule, dengan hasil uji balistik untuk semua penambahan keramik 20 ml, 25 ml dan 30 ml mampu mereduksi energi kinetik sebesar  209,83  joule  dengan  kedalaman  penetrasi balistik  <  1  mm,  hal  ini  sesuai  dengan  standar  NIJ 01.01.06,  di  mana  kedalaman  dari  penetrasi  balistik tidak  boleh  lebih  dari  ketebalan  material  komposit antipeluru  atau  tembus,  sehingga  dapat  balistik mengenai  bagian  tubuh  dari  pengguna  rompi antipeluru.

## 4. Kesimpulan
Komposit antipeluru berpenguat serat bambu betung dengan  matriks  epoksi/ hardener dengan  campuran penambahan  keramik  20,  25  dan  30  ml,  material komposit  mampu  mereduksi  balistik  yang  memiliki energi  kinetik  sebesar  209,83  Joule  dengan kedalaman penetrasi balistik < 1 mm, hasil pengujian balistik sudah memenuhi standar NIJ 01.01.06 perihal kedalaman  penetrasi  balistik  terhadap  material komposit,  tetapi  komposit  yang  dihasilkan  masih terdapat void - void udara. Jenis keretakan yang terjadi pada seluruh sampel adalah retakan ulet tanpa adanya rambatan  retakan  ke  area  lain  pada  permukaan material  komposit.  Saran  pada  kajian  selanjutnya adalah  melakukan  analisis  sifat  mekanis  terhadap komposit  antipeluru  agar  dapat  mengetahui  nilai karakteristik  dari  material  komposit  antipeluru. Melakukan  uji  balistik  menggunakan  spesifikasi senjata  yang  lebih  tinggi,  karena  pada  uji  balistik kajian  ini  dampak  pengujian  kurang  terlihat  besar karena  jejak  proyektil  yang  terdapat  pada  material komposit memiliki kedalaman < 0,1 mm.
Kajian  ini  perlu  dikembangkan  dari  pengujian  yang dilakukan  seperti  pengujian  porositas,  uji  mekanik dan uji SEM untuk menganalisis secara menyeluruh kemampuan  biokomposit  terhadap  uji  balistik  serta ikatan yang terjadi antara matriks dengan penguat.

## Ucapan Terima Kasih
Ucapan  terima  kasih  kepada  beasiswa  bidikmisi Kementrian  Pendidikan,  Kebudayaan,  Riset  dan Teknologi.

## Daftar Pustaka
[1] Ashari  W.  Aplikasi  Kemampuan  Rompi Antipeluru  Terbuat  Dari  Epoxy–HGM–Carbon Fiber Dalam Menahan Back Face Signature Dan Energi  Impact  Akibat  Proyektil  [Skripsi].
Surabaya: Institut Teknologi
Sepuluh
Nopember; 2017.
[2] Pulungan  MA,  Sutikno  S.  Pengaruh  Ketebalan Terhadap Daya Serap Energi Impak pada Rompi Antipeluru  yang  Terbuat  dari  Komposit  Hgm- Epoxy  Dan  Serat  Karbon.  Jurnal  Inotera.
2017;2(2):81-4.
[3] Basharudin  A.  Analisa  Patahan  Komposit Polyester  Berpenguat  Serat  Karbon,  Agave, Rami Dengan Metode SEM Dan XRD [Skripsi].
Malang:  Institut  Teknologi  Nasional  Malang; 2019.
[4] Refiadi  G, Bayu N, Judawisastra H,  Mardiyati, editors. Karakterisasi Serat Bambu Petung Untuk Bahan Komposit Hijau Polimer Epoksi. Seminar Nasional  Jurusan  Pendidikan  Teknik  Mesin;
2017.
[5] Andaru  AA.  Pengaruh  Komposisi  Epoksi Terhadap Sifat Mekanik dan Sifat Termal Pada Komposit  Serat  Kaca/Vinyl  Ester/Epoksi Sebagai  Kandidat  Material  Antipeluru  (Body Armor)  [Skripsi].  Surabaya:  Institut  Teknologi Sepuluh Nopember; 2017.
[6] Gultom AWJ. Analisis Komposit Epoxy-HGM- Serat  Sisal  Woven  Sebagai  Bahan  Alternatif Rompi  Antipeluru  [Skripsi].  Surabaya:  Institut Teknologi Sepuluh November; 2019.
[7] Wiradhana  I.  Studi  Karakteristik  Komposit Balistik  Berbahan  Filler  Serat  Rami  Dan  Serat Abaka Dengan Matriks Resin Epoksi [Skripsi]. Malang: Universitas Brawijaya; 2018.
[8] Cruz RBd, Lima Junior EP, Monteiro SN, Louro LHL.  Giant  bamboo  fiber  reinforced  epoxy composite  in  multilayered  ballistic  armor. Materials Research. 2015;18:70-5.
[9] Übeyli  M,  Yıldırım  RO,  Ögel  B.  On  the comparison of the ballistic performance of steel and  laminated  composite  armors.  Materials  & Design. 2007;28(4):1257-62.
[10] Egres  Jr  R,  Halbach  C,  Decker  M,  Wetzel  E, Wagner  N,  editors.  Stab  performance  of  shear thickening  fluid  (STF)–fabric  composites  for body  armor  applications.  Proceedings  of SAMPE 2005: New Horizons for Materials and Processing  Technologies;  2005  1-5  May  2005; Long Beach, CA.
[11] Purwanto  EH.  Sifat  fisis  dan  mekanis  fraksi volume  5%,  10%,  15%,  20%,  25%  core  arang bambu  apus  pada  komposit  sandwich  dengan cara  tuang  [Skripsi].  Surakarta:  Universitas Muhammadiyah Surakarta; 2009.