Jurnal Al Ulum LPPM Universitas Al Washliyah Medan Vol. 10 No. 2, Tahun 2022

## PENGEMBANGAN MATERIAL KOMPOSIT BERPENGUAT
SERAT ALAMI UNTUK APLIKASI BUMPER MOBIL

## JULIAN
Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Alwasliyah, Medan, Indonesia Jl. Sisingamangaraja Km 5.5 N0.10 Medan, Telp/fax : 061-7851881 Email :  boyjulian234@gmail.com

## ABSTRAK
Makin  banyaknya  produksi  kendaraan  berakibat  terhadap  kepadatan  lalu  lintas  jalan  dan  memberi peluang terjadinya benturan, hal ini perlu di atasi, dengan memilih Bumper yamg lebih kuat dalam hal ini  penelitian.  Tujuan  penelitian  adalah  untuk  mengembangkan  materal  komposite  berpenguat  serat alami  untuk  pembuatan  Bamper  Mobil.  Untuk  melaksanakan  penelitian  dilakukan  dengan  metode Experimen tujuannya untuk mengetahui keunggulan sifat campuran resin POLYESTER yakni dengan jalan pengujian sifat  – sifat mekanik  komposit dengan menggunakan alat uki Statik tekan dan Tarik serta  impact.  Hasil  Penelitian  menunjukkan  bahwa  kompesit  serat  arang    karbon  alami  mempunyai stastik  tekan  dan  Tarik  serta  yang  berada  pada  batas  –  batas  yang  ditentukan  serta  tahan  terhadap benturan, dan hasil pengujian impact dipeloleh kekuatan sebesar 67,14kj/M2, Sedangkan pada Standard SNI dipeloleh hanya 50Kj/ M2, dari hasil penelitian ini maka serat arang kerbon lebih baik dari standard SNI, dan dapat aplikasikan sebagai material komosit Bomper Mobil.
Kata Kunci : Komposit Serat Alami, Resin Polyester, Bumper Mobil.

## ABSTRACT
The increasing number of vehicle production results in road traffic density and provides opportunities for collisions, this needs to be overcome, by choosing a stronger bumper in this research. The aim of the research was to develop composite materials with natural fiber reinforcement for the manufacture of car bumpers. To carry out the research carried out by the Experimental method, the aim is to find out the superiority of the properties of the POLYESTER resin mixture, namely by testing the mechanical properties of the composite by using a compressive and tensile static uki tool and impact. The results showed that natural carbon charcoal composites had compressive and tensile statics and were within the specified limits and were resistant to impact, and the results of the impact test obtained a strength of 67.14kj/M2, while in Standard SNI only 50Kj/M2 was obtained. , from the results of this study, carbon fiber is better than the SNI standard, and can be applied as a car bomber composite material.
Keywords: Natural Fiber Composites, Polyester Resin, Car Bumpers.
Jurnal Al Ulum LPPM Universitas Al Washliyah Medan Vol. 10 No. 2, Tahun 2022

## PENDAHULUAN
Bumper  adalah  salah  satu  struktur  yang penting  dalam  kendaraan  berpenumpang  dan didisain untuk menerima beban Impact, bomper merupakan  pelindung  luar  yang  dirancang sedemikian rupa untuk memungkinkan terjadinya  kontak  dan  mengalami  goncangan yangm  mungkin  terjadi  tanpa  menimbulkan kerusakan  yang  serius,    Bumper  dirancang untuk  menyerap  energi  tabrakan  saat  terjadi (Syahrial and Narris, 2006).
Pemanfaatan  komposit  alami  diyakini akan mengalami banyak peningkatan sehubungan dengan tuntutan pelestarian lingkungan  yang  semakin  tinggi.  Hal  ini didukung  oleh  kebijakan  pemerintah  ke  arah penggunaan  barang-barang  yang  berasal  dari sumberdaya  terbarukan  dan  biodegradable. Untuk  menghindari  semakin  merosotnya kualitas lingkungan akibat penggunaan material berbahan dasar minyak bumi, sekarang ini  banyak  dikembangkan  komposit  alami  di mana  beberapa  jenis  serat  alami  seperti  rami, bambu,  pisang,  kelapa  sawit,  dan  lain-lain. Bahan-bahan tersebut difungsikan sebagai serat penguat  komposit  menggantikan  serat  gelas. (Fajar, 2008).
Pemilihan  serat  alami  yang  digunakan dalam  komponen  otomotif,  terlebih  dahulu hendaklah mempertimbangkan aspek keamanan  dan  keselamatannya.  Terlepas  dari sifat mekanik dan sifat termal, daur ulang bahan harus dipertimbangkan dalam mengembangkan termoplastik serat alami untuk menyelamatkan lingkungan.  Untuk  penghematan  biaya  maka komposit  serat  kenaf  dipilih  sebagai  penguat (Abdurrahman and Marta, 2016).
Komposit  adalah  suatu  material  yang terbentuk  dari  kombinasi  dua  atau  lebih material sehingga dihasilkan material komposit yang mempunyai sifat mekanik dan karakteristik  yang  berbeda  dari  material pembentuknya. Komposit memiliki sifat mekanik  yang  lebih  bagus  dari  logam, kekakuan jenis (modulus Young) dan kekuatan jenisnya  lebih  tinggi  dari  logam.  Beberapa lamina  komposit  dapat  ditumpuk  dengan  arah
orientasi serat yang berbeda, gabungan lamina ini  disebut  sebagai  laminat.  Komposit  dapat disimpulkan  sebagai  dua  macam  atau  lebih material  yang  digabungkan  dalam  sekala makroskopis  (dapat  terlihat  langsung  oleh mata)  sehingga  menjadi  material  baru  yang lebih  berguna.  Komposit  terdiri  dari  2 bagian/struktur utama yaitu matriks (pengikat) dan filler (penguat). (Hasyim, 2003).
Biokomposit  dapat  didefinisikan  sebagai materil  komposit  yang  terdiri  dari  polimer alami  atau  biofiber  (serat  alami)  yang  dapat terdegradasi sebagai penguat dan polimer yang tidak  dapat  terdegradasi  atau  yang  dapat terdegradasi sebagai matriks. Material biokomposit  terbuat  dari  bahan  yang  dapat diperbaharui  sehingga  pembuatanya  dapat mengurangi  konsumsi  energi  dan  biaya produksi (Basuli and Verona, 2017).
Tujuan  penelitian  ini  adalah  untuk mengetahui  apakah  serat  arang  karbon  alami mempunyai statik tarik dan tekan yang baik dan kuat  terhadap  benturan  yang  tinggi  pada bumper  mobil.  Dan  juga  untuk  mengetahui apakah serat rumput ilalang alami mempunyai statik  tarik  dan  tekan  yang  baik  dan  kuat terhadap  benturan  yang  lebih  tinggi  pada bumper mobil

## METODE PENELITIAN
Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan metode eksperimen, yaitu melakukan  pengujian  terhadap  obyek  untuk menghasilkan  data  mentah  berupa  kekuatan mekanik biokomposit.
Bumper  adalah  salah  satu  struktur  yang penting  dalam  kendaraan  berpenumpang didisain untuk menerima beban impact, bumber merupakan  pelindung  luar  yang  dirancang sedemikian  rupa  untuk  memingkinkan  terjadi kontak  dan  mengalami  guncangan  yang mungkin terjadi tanpa menimbulkan kerusakan serius,  Bumber  dirancang  untuk  menyerap energy  yang  cukup  untuk  memenuhi  original equipment manufacture (OEMs) . Pada Gambar 1  terlihat  standar  regulasi  UNECE  iso  9002 WP-42  dan  Gambar  2  terlihat  model  bumper mobil.
Jurnal Al Ulum LPPM Universitas Al Washliyah Medan Vol. 10 No. 2, Tahun 2022

## Perhitungan Design Product Bumper
Pada pembuatan design bumber digunakan persamaan sebagai berikut :
m = pV
Dimana : m  = Ukuran dari berat bumber (Kg) p   = Densitas dari material bumber V  = Isi dari material yang digunakan (mm2).
Jenis  serat alami yang akan dipergunakan dalam  penelitian  ini  diperlihatkan  pada. Gambar 3, sementara aplikasi pemakaian bahan komposit  ini  dipergnakan  untuk  permbuatan bamper mobil diperlihatkan pada Gambar 4, 5, 6, 7.

## Material Bumper.
Material pembuatan terdiri dari serat arang karbon  alami  dicampur  dengan  resin  dan handress  dan  sebelum  pembuatan  bember mobil  dibuat  telah  dilakukan  pengujian  telah dilakukan pengujian specimen dengan uji statik tekan / tarik dan uji impact.

## Serat Arang karbon.
Serat  arang  karbon  yang  digunakan berjenis  arang  dalam  bentuk  serbuk  dibuat dengan  cara  dijemur  sampai  kering  lalu ditumbuk.

## Pengolahan Data.
Observasi data diambil dari setiap seratnya di  uji  static  tarik  /  tekan  dan  impact  dengan menggunkan alat Shimadzu servopulser berkapasitas 100 kN dengan jenis SC-DE laju pengujian 0,1 mm/ detik.
Jumlah  specimen  yang  akan  di  uji  dalam penelitian  ini  direncanakan  sebanyak  tiga specimen untuk tiap – tiap variasi serat. Analisa statistik  dipergunakan  untuk  menentukan rentang ukuran data yang diizinkan untuk data – data  hasil pengujian berdasarkan  penelitian ini  dapat  dijelaskan  secara  sederhana  oleh diagram  proses  alur  penelitian  pada  Gambar 8,9, 10.
Jurnal Al Ulum LPPM Universitas Al Washliyah Medan Vol. 10 No. 2, Tahun 2022

## Proses Pembuatan Specimen
Cara  pembuatan  sample  composit  antara composit polimer serat alami arang karbon Dan compositer  polimer  /  serat  rumput  ilalang  dan composit  polimer  serat  alami  batang  pisang dengan  metode.  Hand  lay  up  caranya  adalah sebagai berikut :
1. Serat  arang  karbon  alami  ditimbang dengan  jumlah  sesuai  dengan  fraksi volumenya terhadap cetakan dan densitas nya.
2. Matriks  juga  ditimbang  sesuai  dengan jumlah  fraksi  volume  terhadap  cetakan dan densitasnya, Serat alami dan matrik yang  sudah  selesai  dengan  takaran dicampur  kedalam  wadah  gelas  lalu diaduk sehingga merata dengan menggunakan pengaduk
3. Katalis  dan  hardenes  ditambahkan dengan  perbandingan  sesuai  dengan fraksi volumenya.
4. Diaduk secara perlahan – lahan sehingga rata selama 4 menit
5. Kemudia  tuangkan  campuran  bahan tersebut  kedalam  cetakan  yang  sudah disiapkan  dan  telah  dibentuk  sesuai dengan standart ASTM 638.
6. Ratakan  permukaan  campuran  pada cetakan.
7. Kemudian tunggu sampai kering selama 30 jam
8. Sampel  specimen  yang  telah  kering dilepaskan dari cetakan kemudian
9. Dihaluskan  pada  bagian  –  bagian permukaan komposit dengan diamplas
10. Kemudian  specimen  komposit  yang telah  dihaluskan  lalu  diukur  sesuai dengan geometri awalnya sebagai specimen  uji  dilaboratorium  uji  Tarik dan tekan cetakan specimen terbuat dari pipa  paralon  dengan  diameter  2.5  inchi dengan alas plat besi sebagai pembentuk dan  didalam  pipa  paralon  tersebut  di lapisi  dengan  kertas  timah,  di  bentuk sedemikian  rupa  sehingga  specimen hasil cetakannya dapat memenuhi standart  ASTM  638  D  (test  method  for tensile properties of plastic).
Alat yang dibutuhkan adalah :
(1).   Alat cetakan yang terbuat dari pipa paralon
(2).  Roller  yang  digunakan  untuk  meratakan dan  memadatkan  cetakan  composite  agar tidak  ada  udara  yang  tersisa  dicampur composit
(3)  kaus  yang  digunakan  untuk.  mengambil campuran resin dan hardner.
Bahan  yang  diperlukan  adalah  berbagai jenis (serat batang pisang, serat rumput ilalang dan serat arang karbon alami) resin, katalis dan hardner  dengan  perbandingan  resin  :  hardner 2 : 1.
Kemudian  dibuat  material  composit dengan  menggunakan  roller,  selanjutnya dilakukan  pencetakan  specimen  pengujian Tarik mempu kelenturan sesuai dengan ASTM D – 638 dan D1621, alat yang digunakan untuk menguji  sample  adalah  jenis  SHIMADZU survopulser, hasil pengujian mesin ini diperoleh hubungan antara gaya tarik terhadap pertambahan  panjang  yang  langsung  tertera pada grafik dan hasil dapat langsung ditransfer ke Excel.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil  pengujian  statik  tekan  dengan menggunakan  peralatan  uji  untuk  serat  batang pisang,  serat  arang  karbon,  dan  serat  rumput ilalang yang dilakukan pengujian tarik dengan varisi antara serat alami dan resin untuk dengan 3  (tiga)  kali  pengujian  pada  masing  –  masing serat alami dapat diamati pada Tabel 1.
Tabel 1. Kekuatan Tarik untuk Masing-masing Serat Alami.
Pada  Gambar  1  terlihat  kekuatan  luluh tekan  untuk  masing-masing  serat  ditunjukkan dimana  tegangan  tekan  untuk  arang  karbon
Jurnal Al Ulum LPPM Universitas Al Washliyah Medan Vol. 10 No. 2, Tahun 2022
30% dan resin 70% akan lebih tinggi tegangan tekannya dari arang karbon 10% dan resin 90%, untuk  rumput  ilalang  dengan  resin  70% mempunyai tegangan tekan dari rumput ilalang 20/80% dan pada rumput ilalang 10/90, batang pisang  30%  dan  resin  70%  mempunyai tegangan tekan lebih tinggi dari batang pisang 10% resin 90% dan 20/80%.
Tabel 2. Kekuatan Tekan untuk Masing-masing Serat alami.
Pada  Tabel  2    terlihat  bahwa  masing- masing  serat  alami  yang  dilakukan  pengujian tekan dengan variasi antara serat alami dengan 3  (tiga)  kali  pengujian  pada  masing-masing serat  alami,  ternyata  serat  arang  karbon  yang paling  kuat  untuk  digunakan  sebagai  material bahan baku bumper mobil.
Pada  Gambar  2  terlihat  kekuatan  luluh tekan  untuk  masing-masing  serat  ditunjukkan dimana  tegangan  tekan  untuk  arang  karbon 30% dan resin 70% akan lebih tinggi tegangan tekannya dari arang karbon 10% dan resin 90%. Untuk  rumput  ilalang    dengan  resin  70% mempunyai tegangan tekan dari rumput ilalang 20/80%  dan  pada  rumput  ilalang  10/90%, batang pisang 30% dan resin 70% mempunyai tegangan tekan lebih tinggi dari batang pisang 10% resin 90% dan 20/80%
Data  hasil  pengujian  statik  tarik  ketiga serat alami dapat dilihat pada Tabel 3 dibawah ini.
Tabel  3.  Hasil  Pengujian  Statik  Tarik  Ketiga Serat Alami
Kategori dan hasil pengujian tekan ketiga serat alami dapat dilihat pada Tabel 4 dan hasil pengujian benturan dapat dilihat pada Tabel 5. Tabel  4.  Hasil  pengujian  Statik  Tekan  Ketiga Serat Alami.
Tabel 5. Hasil pengujian Benturan (Impact).
Pada  Tabel  5  terlihat  hasil  pengujian benturan (Impact) dari  3  (Tiga)  serat  alami. Perbedaan  kekuatan  impact  disebabkan  oleh perbedaan  campuran  antara  serat  alami  dan resin. Dan struktur susunan serat pada masing – masing spesimennya.
Berdasarkan  data  hasil  penelitian  dibuat gambaran hasil uji statik tekan untuk spesimen serat  batang  pisang  pada  masing  –  masing
Jurnal Al Ulum LPPM Universitas Al Washliyah Medan Vol. 10 No. 2, Tahun 2022
variasi komposisi : (a) 10/90% (b)20/80% dan (c)30/70% seperti pada Gambar 3. a.b dan c.
Gambar 3.  Grafik Hasil Uji Static Tekan Untuk Ketiga Jenis Serat Alami Keterangan : (a),(b) dan (c) Serat Batang Pisang (d),(e) dan (f) Serat Arang Karbon (g),(h) dan (i) Serat Rumput Ilalang

## Persentase campurannya.
Semakin  meningkatkan  serat  terhadap komposit,  maka  semakin  meningkat  pula kekuatan  komposit  tersebut.  Hal  disebabkan oleh  peningkatan  kekuatan  komposit,  dengan meningkatnya  fraksi  volume  penguat  sesuai dengan mekanis penguatan kompositnya Arang Karbon (d,f dan g ), tidak patah jika diuji pada 10/90% dengan tekanan rata-rata sebesar 22,65 Mpa,  20/80%  kuat  tekan  sebesar  25,43  Mpa, dan  serat  arang  karbon  pada  30/70  %  dengan kuat tekan sebesar 27,28 Mpa, untuk serat arang karbon dengan campuran 10/90% dengan kuat tekannya  sebesar  18,30  Mpa,  sedangkan  serat arang  karbon  pada  campuran  20/80%  kuat tekannya 30/70% kuat tekannya sebesar 26,13 Mpa.
Perbedaan  statik  tekan  yang  terjadi  pada serat  orang  karbon  terhadap  masing-masing kekuatan tekan terjadi perbedaan fraksi volume campuran  serat  alami  dengan  resin,  semakin meningkatnya pula kekuatan komposit tersebut.
Hal  serupa  terjadi  pada  rumput  ilalang kandungan 10/90%, 20/80% dan 30/70% akan patah jika dengan kekuatan tekan sebesar 15,38 Mpa.  Untuk  serat  rumput  ilalang  pada campuran  10/90%  kuat  tekannya  sebesar  4,37 Mpa  dan  untuk  campuran  20/80%  kuat  tekan sebesar  5,49  Mpa  sedangkan  untuk  campuran
30/70% mempunyai kuat tekannya sebesar 6,42 Mpa.
Hasil  paling  baik  dalam  pengujian penelitian  ini  adalah  serat  arang  karbon  alami dengan  kekuatan  impactnnya  sebesar  67,14 Kj/M 2 ,  Sedangkan  pada  ukuran  standard  SNI diperoleh kekuatan impactnya hanya 50 Kj/m 2 , maka  dari  hasil  uji  impact  tersebut  diperoleh perbedaan  yang  berbeda  dan  ternyata  serat arang  karbon  lebih  baik  dari  material  standar SNI,  maka  sudah  selayaknya  material  serat arang  karbon  diaplikasikan  sebagai  material altenatif untuk pembuatan bumper mobil.
Peningkatan  kekuatan  komposit,  disertai dengan  meningkatnya  fraksi  volume  penguat sesuai dengan mekanis peningkatan kompositnya.
Serat arang karbon bisa digunakan sebagai bahan  material  untuk  pembuatan  bumper, karena  mempunyai  kekuatan  yang  ideal  sebab semakin  ditingkatkan  fraksi  volumenya,  maka semakin meningkatnya sifat mekanis penguatan kompositnya.
Parameter  yang  mempengaruhi  impact adalah  bentuk,  jenis  material  (  bahan  ) ketebalan strukturnya.

## Gambar 4. Grafik Kecepatan Pendulum
Dalam  Ganbar  4  menunjukkan  nilai kecepatan  parameter  bentuk  adalah  –  1085,01 mm/s  (untuk  ketebalan  4  mm  sesuai  dengan standard  UNECE  Regulation  42),  pengujian dilakukan  pada  komposit  serat  arang  karbon alami  dengan  kecepatan  kendaraan  v=  4  +  - 0,25  dengan  ketebalan  bumper  4  mm,  maka respon  terhadap  impact  sebesar  68.  14  Kj/m 2 , pengujian dilakukan menurut standard UNECE Regulation 42 uji pendulum dengan kecepatan rendah  yang  mana  bumper  tidak  boleh  berada dalam  kondisi  plastis  dalam  penelitian  ini
Jurnal Al Ulum LPPM Universitas Al Washliyah Medan Vol. 10 No. 2, Tahun 2022
adalah  uji  pendulum  pada  bumper  dengan kecepatan    rendah  dengan  uji  tumbukan memanjang (Longitudinal Impact Test).

## KESIMPULAN
1. Serat  arang  karbon  alami  mempunyai statik tarik dan statik tekan yang baik dan kuat  terhadap  benturan  untuk  semua campuran 10/90% dan 30/70%.
2. Serat  rumput  ilalang  mempunyai  statik tarik dan tekan kurang baik juga terhadap kurang  baik  juga  terhadap  benturan  pada bumpe  mobil,  serat  rumput  ilalang  akan patah jika diuji pada tekanan sebesar 15,38
Mpa dengan campuran 30/70%
3. Serat  batang  pisang  yang  mempunyai statik tarik dan tekan  kurang baik dan juga terhadap benturan bumper mobil.
4. Serat arang karbon mempunyai kuat tarik dan  kuat  tekan  serta  benturan  lebih  baik dibandingkan dengan serat rumput ilalang dan  serat  batang  pisang  untuk  bumper mobil.
5. Yang dapat diaplikasikan sebagai material bumper  adalah  serat  arang  karbon  alami tahan  terhadap  kekuatan  impact  sebesar 67,14 kj/m2.
6. Sudah  bisa  diusulkan  untuk  menjadi  hak paten  ke  departemen  terkait  berdasarkan hasil penelitian ini.

## DAFTAR PUSTAKA
Abdurahman  And  Marta  A,  2016.  Kalia Expremental  tensile  properties  komposi tekester berpenguat serat kerbon searah, hasil  manfaat  facture  sebagai  material stueture  L  su.Ssn  lembaga  penerbangan dan autariksa Nasional.
Basuli  &  Verona  L,  2017.  Manfaat  serat  sisa (Agavo)  Sisa  lana  dan  bamboo  (Bambu Sadeal)  untuk  memenuhi  Kebutuhan masyarakat modern II (2) PP 123 – 134
Bhat  .  and  goel  A.,  2017.  Carbon  Fiber production  properties  anf  potensional use material svience research india 14 (1) PP 52-57
Edward,  B.M.,  1981.  Integrated  Product  and Process  Design  and  Development,  New York : Cambridge University Press
Fajar SN, 2008.Optimasi kekuatan bending dan impact composite berpenguat serat rami ber matrik Polyester