## UJI PENETRASI SPESIMEN PADA SUNGKUP HELM BERBAHAN BIOKOMPOSIT SEBAGAI BAHAN ALTERNATIF PENGGANTI HELM
Boy Rollastin 1
1 Jurusan Teknik Mesin - Politeknik Manufaktur Negeri Bangka Belitung Kawasan Industri Airkantung Sungailiat-Bangka, 33211 Telp.0717-93586, Fax.0717-93585, b.rollastin@gmail.com

## Abstract
The correct function of helmets is to protect motorcycle riders from  head injuries during accident and head collision.  Most of helmets existing in markets are produced by helmet factories. The price of used  materials  is  quite  high  because  those  materials  are  still  imported  from  overseas.  It  causes  the increasing of helmet production cost and the helmet prices in the market become quite expensive. This research aims to find how a biocomposite material (85 % PP, 10 % husk of rice and 5 % MAPP) can be used as  an  alternative  replacement  material  for  helmet  lid  preparation  on  the  condition  of  passing  the  SNI standar test, namely the penetration test. The testing process is carried out by using the test tools referring to SNI 181-2007. The  results of penetration test with thickness of 4 mm showed that the speciment can not be penetrated by indenter in accordance with the requirements of SNI 1811-2007. So that the testing can be used as a reference for alternative materials to make a standard helmet lid.
Keywords : Biocomposite, lid model, finite element software, SNI 181-2007

## Abstrak
Fungsi helm yang benar adalah sebagai pelindung untuk keselamatan pengendara sepeda motor dari cedera kepala saat terjadi kecelakaan dan mengalami benturan kepala. Kebanyakan helm yang ada dipasaran  buatan  dari  pabrik  yang  sudah  berstandar,  mulai  dari  penggunaan  material  pembuatan sungkup helm hingga proses pengujian pada helm itu sendiri. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui bagaimana suatu material biokomposit (85% PP, 10% sekam padi dan 5% MAPP) dapat dijadikan sebagai material pengganti alternatif pembutan sungkup helm dengan syarat lulus pengujian yang ber-standar SNI yaitu uji penentrasi. Proses pengujian dilakukan dengan mengunakan alat uji yang mengacu pada SNI 181-2007. Hasil pengujian UJI penetrasi dengan ketebalan 4 mm tidak tertembus oleh indentor. sesuai dengan  syarat  SNI  1811-2007.  Sehingga  pengujian    bisa  dijadikan  acuan  untuk  material  alternatif pembuatan sungkup helm yang berstandar.
Kata kunci : Biokomposit, Spesimen, uji penentrasi, SNI 181-2007

## 1. PENDAHULUAN
Helm  merupakan  perlengkapan  kendaraan  bermotor  berbentuk  topi  yang  melindungi  kepala apabila  terjadi  benturan.  Beberapa  bagian  helm  diantaranya  tempurung,  lapisan  pelindung,  pelindung muka, tali pengaman dll seperti terlihat pada gambar 1. Salah satu bagian paling penting adalah bagian sungkup  sebagai  pelindung  utama  kepala  ketika  terjadi  benturan.  Sungkup helm  terbuat  dari  material yang  kuat  dan  bukan  logam,  tidak  mudah  berubah  bentuk  dan  tahan  terhadap  pengaruh  bahan pembersih. Selain itu helm harus lolos uji impact dan uji penetrasi. Uji impact yaitu pengujian helm dengan cara helm dijatuhkan dengan kecepatan maksimal 6.5 m/s dan tidak terdapat kerusakan sedangkan Uji penetrasi yaitu pengujian dengan menggunakan alat pemberat berbentuk kerucut berbahan logam yang dikeraskan kemudian dijatuhkan dari ketinggian maksimal 1.6 m dan helm tidak terjadi kerusakan.
1. Sungkup
2. Lapisan pelindung
3. Tali pemegang
4. Lapisan kenyamanan
5. pelindung telinga
6. kaitan kaca
7. Jaring helm
8. Rim
Gambar 1. Jenis konstruksi helm terbuka (open face) standar SNI
Berbagai  pengujian  Helm  telah  dilakukan  beberapa  peneliti,  Diantranya  :  pengujian  terhadap kualitas dan kekuatan helm dengan beberapa aspek yang berbeda, antara lain: uji standard keparahan rusak  helm  yang  memungkinkan  merusak  lapisan  kulit  kepala  lewat  penetrasi  [1],  dengan  melakukan pengujian tentang kekuatan dan ketahanan helm industri terhadap beban transversal. Dalam penelitian secara  umum,  Penelitian  helm  industry  juga  diuji  dengan  melakukan  simulasi  pada  komputer  dengan menggunakan pendekatan elemen hingga [2]. Namun ada juga penelitian yang meneliti tentang perilaku yang  terjadi  pada  helm  akibat  benda  jatuh  dan  ketinggian  40  meter  [3].  Sedangkan  untuk  pengujian tentang kekuatan dan ketahanan helm industri terhadap beban dilakukan pengujian terhadap kekuatan dan  ketahanan  helm  dengan  impak  terpusat  dan  penetrasi  [4].  Dari  penenlitian-penelitian  yang  telah dilakukan,  hasilnya  memberikan  gambaran  bagaimana  kondisi  helm  setelah  terkena  beban  dan  dapat mengilustrasikan kondisi jika helm dipakai saat terjadi kecelakaan lalu lintas.

## 1.1 Uji penetrasi
Uji  penetrasi  adalah  salah  satu  pengujian  yang  harus  dilakukan,  karena  menjadi  salah  satu disyaratkan agar produk dinyatakan lulus dan bersetandar. Dengan tujuan agar dapat melindungi keselamatan  pengendara  roda  dua  terutama  pada  bagian  kepala  saat  terjadi  kecelakaan  di  jalan raya. Pengujian bertujuan untuk mengetahui sifat mekanis dari material yang digunakanpengujian ini  menggunakan  alat  pemberat  berbentuk  kerucut  berbahan  logam  yang  dikeraskan  kemudian dijatuhkan dari ketinggian maksimal 1,6 m, dan helm tidak terjadi kerusakan.  Pemukul tidak boleh terjadi kontak (tembus) dengan blok uji pada setiap titik paling atas helm hingga kebatas perputaran helm pada blok uji.

## 1.2 Prinsip
Paku pemukul diajtuhkan ke arah bagian atas dari helm. Jika paku pemukul menembus kepala bagian dalam, maka helm dinyatakan tidak sesuai.

## 1.3 Peralatan
Balok  uji  setengah  lingkaran  yang  terbuat  dan  kayu  keras  dengan  logam  lunak  dimasukkan  pada puncak  sumbu  pusat  yang  dipasang  pada  suatu  landasan  keras.  Tali  pengikat  disediakan  untuk mengamankan  helm.  Pada  posisi  paku  pemukul  dipasang,  posisi  di  bawahnya  sedemikian  rupa sehingga  paku  pemukul  dapat  dijatuhkan  dengan  sedikit  gesekan  pada  jatuhan  tertentu  ke  atas pusat  logam  lunak  seperti  terlihat  pada  gamabr  2.5  di  bawah  in.  Paku  pemukul  yang  digunakan memiliki spesifikasi sebagai berikut:
 Berat 3,0 𝑘𝑔 −0 + 45 gram.
 Sudut titik radius kepala pemukul 60˚ ± 0,5°;
 Jari-jari bagian titik kepala pemukul 0,5 mm ± 0,1 mm;
 Tinggi minimum kerucut 40 mm;
 Kekerasan 50 - 45 rockwell – C

## Gambar 2. Komponen Uji Penetrasi

## 2. METODE PENELITIAN
Tahapan penelitian dilakukan sesuai dengan diagram alir penelitian. Dimana pada penelitian ini akan dilakuakan langkah-langkah berdasarkan seperti yang dijelasakan pada gambar 2 dengan tahapan– tahapan  sebagai berikut :
Gambar 3. Diagram alir pengujian penetrasi spesimen

## Pembuatan Spesimen Uji Penetrasi Dengan Cara Injeksi
Untuk mengevaluasi kekuatan terhadap penetrasi, dibuat spesimen dari material biokoposit dan PP. Hal  ini  dimaksudkan  untuk  membandingkan  material  biokomposit  dengan  material  PP.  Pembuatan Spesimen tebal 3,5 mm; 4 mm dan 5 mm dilakukan dengan cara sistem injeksi.
(a)                                                                                      (b) Gambar 4. Spesimen Pengujian Penetrasi  (a) Material biokomposit tebal 3,5 mm () Material PP tebal 3,5 mm

## 2.2 Pengujian Spesimen Penetrasi  Material Biokomposit dan PP
Pada  eksperimen  ini  dilakukan  pengujian  dengan  dua  jenis  material  yang  berbeda,  yaitu  material Biokomposit  sebagai  bahan  dalam  penelitian,  dan    material  Polypropylene  (PP)  sebagai  material pembanding standar yang banyak digunakan dalam pembuatan helm di pasaran.

## 2.3 Prosedur Pengujian
Langkah –Langkah Pengujian yang dilakukan pada penelitian :
1.  Memasang  indentor  (paku pemukul) pada bushing dan menguncinya, serta mengatur ketinggian indentor.
2.  Memasang  spesimen  pada  clam,  dan  mengunci  dengan  cara  memutar    poros  pengencang, sehingga spesimen benar-benar terikat dan tidak bergerak saat pengujian.
3.  Tarik pengunci indentor, indentor akan jatuh bebas ke bawah dan mengenai spesimen, sehingga melukai atau  menembus spesimen.
4.  Naikan kembali indentor pada posisinya ke atas,  kemudian   buka pengunci spesimen.
5.  Periksa dan ukur hasil pengujian penetrasi tersebut, lalu  input  data pada tabel pengujian.
6.  Untuk mengulangi pengujian, lakukan cara yang sama seperti diatas.

## 3.   HASIL DAN PEMBAHASAN
Spesimen pada pengujian ini berasal dari dua material yang berbeda, yaitu  material biokomposit dan  material  PP  sebagai  bahan  untuk  pembanding.  Sebagai  acuanya  dari  penelitian  terdahulu  yaitu dengan hasil uji tarik sebesar 30,77 Mpa. Pada eksperimen ini dilakukan 3 kali pengujian dengan ketebalan yang berbeda, dan masing-masing pengujian dan pengukuran tersebut dilakukan percoban sebanyak 3 kali. Setelah dilakukan pengujian pada spesimen, maka dilakukan dengan pengukuran diameter penetrasi dan  mencari  kedalaman  penetrasi.  Cara  yang  dilakukan    dengan  cara    mengukur  diameter  hasil  uji penetrasi dan mengukur serta menghitung kedalaman hasil uji penetrasi dengan rumus :
ℎ 2 = 𝑑/2 tan(𝛼/2) .
Dimana :
Vol penetrasi
= Volume luka saat penetrasi
h2 = Kedalaman luka penetrasi atau tingi kerucut ɸ d = Diameter luka hasil penetrasi
Gambar 5. Hasil Penetrasi

## Pemeriksaan Hasil  Pengujian Spesimen
Adapun alat  uji penetrasi  dan  hasil pengujian spesimen yang sudah dilakukan seperti terlihat pada gambar 6 dibawah ini.

## (a) (b)
Gambar 6.  Pengukuran diameter uji penetrasi
Pada proses uji penetrasi, apabila indentor yang dijatuhkan dengan bebas menembus spesimen dengan  hasil  diasumsikan  seperti  gambar  7  a),  maka  dianggap  gagal  (tidak  lulus  uji).  Namun  apabila indentor tersebut  tidak menembus spesimen, maka  dinyatakan lulus uji seperti yang di tunjukan pada gambar 7 b) dibawah ini.
Gambar 7. a) Spesimen gagal pengujian, b) Spesimen lulus pengujian

## Hasil uji penetrasi Material Biokomposit
Untuk menetukan gagal atau tidak hasil pemeriksaan spesimen dari uji penetrasi yang telah dilakukan dapat dilihat seperti yang terlihat pada tabel di bawah ini :
Tabel 1. Uji Penetrasi pada Spesimen Material Biokomposit tebal 3,5 mm
Kegiatan Tebal Ø Penetrasi Kedalaman Penetrasi Jarak Sisa Ket (mm) (mm) (mm) Percobaan ke1 3,5 4,5 3,897 -0,397 Gagal Percobaan ke 2 3,5 4,6 3,984 -0,484 Gagal Percobaan ke 3 3,5 4,5 3,897 -0,397 Gagal RATA - RATA 3,926 -0,426 Gagal Tabel 2. Uji Penetrasi pada Spesimen Material Biokomposit tebal 4 mm Kegiatan Tebal Ø Penetrasi Kedalaman Penetrasi Jarak Sisa Ket (mm) (mm) (mm) Percobaan ke1 4 4,55 3,940 0,060 Lulus Percobaan ke 2 4 4,5 3,897 0,103 Lulus
Percobaan ke 3 4 4,5 3,897 0,103 Lulus RATA - RATA 3,912 0,088 Lulus Tabel 3. Uji Penetrasi pada Spesimen Material Biokomposit tebal 5 mm Kegiatan Tebal Ø Penetrasi Kedalaman Penetrasi Jarak Sisa Ket (mm) (mm) (mm) Percobaan ke1 5 4,5 3,897 1,103 Lulus Percobaan ke 2 5 4,4 3,811 1,189 Lulus Percobaan ke 3 5 4,5 3,897 1,103 Lulus RATA - RATA 3,868 1,132 Lulus

## Hasil uji penetrasi Material PP
Hasil pengujian yang dilakukan dengan mengunakan material PP yang telah dilakukan ditunjukan seperti yang terlihat pada tabel di bawah ini :
Tabel 4. Uji Penetrasi pada Spesimen Material PP tebal 3,5 mm Kegiatan Tebal Ø Penetrasi Kedalaman Penetrasi Jarak Sisa Ket (mm) (mm) (mm) Percobaan ke1 3,5 4,5 3,897 -0,397 Gagal Percobaan ke 2 3,5 4,55 3,940 -0,440 Gagal Percobaan ke 3 3,5 4,5 3,897 -0,397 Gagal RATA - RATA 3,912 -0,412 Gagal Tabel 5. Uji Penetrasi pada Spesimen Material PP tebal 4 mm Kegiatan Tebal Ø Penetrasi Kedalaman Penetrasi Jarak Sisa Ket (mm) (mm) (mm) Percobaan ke1 4 4,5 3,897 0,103 Lulus Percobaan ke 2 4 4,5 3,897 0,103 Lulus Percobaan ke 3 4 4,5 3,897 0,103 Lulus RATA - RATA 3,897 0,103 Lulus Tabel 6. Uji Penetrasi pada Spesimen Material PP tebal 5 mm Kegiatan Tebal Ø Penetrasi Kedalaman Penetrasi Jarak Sisa Ket (mm) (mm) (mm) Percobaan ke1 5 4,4 3,811 1,189 Lulus Percobaan ke 2 5 4,4 3,811 1,189 Lulus Percobaan ke 3 5 4,5 3,897 1,103 Lulus RATA - RATA 3,839 1,161 Lulus
Sebagai data pembanding hasil pengujian penetrasi dan pengukuran antara material biokomposit dan material pp dengan ketebalan spesimen yaitu 3,5 mm; 4 mm dan 5 mm ditampilkan pada tabel 7 dibawah ini.

## Tabel 7. Pembanding  Data Uji Penetrasi
Percobaan Ketebalan Biokomposit Polypropylene (PP) ke (mm) Ø Penetrasi (mm) Kedalaman penetrasi (mm) Ø Penetrasi (mm) Kedalaman penetrasi (mm) 1 3,5 4,5 3,897 4,5 3,897 2 4 4,6 3,984 4,55 3,940 3 5 4,5 3,897 4,5 3,897 1 3,5 4,55 3,940 4,55 3,940 2 4 4,5 3,897 4,5 3,897 3 5 4,5 3,897 4,5 3,897 1 3,5 4,4 3,897 4,4 0,314 2 4 4,4 3,811 4,4 0,314 3 5 4,5 3,897 4,5 0,321
Dari  hasil  uji  tabel  diatas,    spesimen  tebal  3,5  mm  mengunakan  material  biokomposit  dan material PP, semua percobaan tidak lulus uji (gagal). Dikarenakan hasil dari uji penetrasi indentor (paku pemukul)  menembus  spesimen  pengujian.  Berbeda  dengan  pengujian  dengan  tebal  4  mm  dan  5  mm dinyatakan lulus uji, karena hasil dari pengukuran uji penetrasi ini indentor tidak menembus dari material spesimen tersebut. Hal ini buktikan dengan adanya sisa tebal saat pengujian penetrasi. Spesimen material biokomposit tebal  4 mm dan 5 mm masing-masing sebesar 0,09 mm dan 1,14 mm. Sedangkan material PP  dengan  tebal  4  mm  dan  5  mm  masing-masing  sebesar  0,15  mm  dan  1,17  mm.  Sehingga  dapat disimpulkan bahwa material biokomposit dapat dipakai sebagai material alternatif pengganti PP untuk sungkup Helm dengan ketebalan 4 mm.

## 4.  SIMPULAN
Dari hasil uji penetrasi yang telah dilakukan bahawa pengujian uji penetrasi pada spesimen yang terdiri dari dua material yang berbeda  dengan spesifikasi yang sama hasilnya tidak jauh berbeda, dimana spesimen  dari  bahan  biokomposit  dan  PP  dengan  tebal  material  4  mm  dan  5mm  dinyatakan  lulus  uji penetrasi dikarenakan tidak tertembus indentor saat pengujian. Mempertimbangkan dari sisi harga, dan kekuatan  yang  hampir  sama  (mendekati)  dengan  material  PP,  maka  material  biokomposit  ini  layak direkomendasikan untuk menjadi material alternatif terbarukan pembuatan sungkup helm.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]. Standar Nasional Indonesia, Helm Pengendara Kendaraan Bermotor Roda Dua (SNI 1811-2007 ).
[2] Srikanth Pilla, Handbook of Bioplastics and Biocomposites Engineering Applications, USA: Scrivener Publishing, 2011.
[3].  Nayan,  A,.  Bustami  syam,  “Penyelidikan  Mekanik  Helmet  Industri  Akibat  Beban  Kecepatan  Tinggi” Prosiding Seminar Material Dan Struktur (MASTRUCT), Medan, 2004.
[4].   McKeown, James, DOT Complince Testing, Friction Zone, 15-21, 2002.
[5]. Chia-  Yuan  Chang,  “Devolopment  Of  a  coupled  Impact  Model  to  Study  of  Motorcycle      Helmet Protecting Effect”, National Chung cheng  University, Chiayi, Taiwan, Republic of China, 2000.
[6].  Mutawafiqin  R.,  “Studi  Eksperimental  Variasi  Komposisi  Pelet  Biokomposit  (Polypropylene,  Sekam Padi  dan  Maleic  Anhydride  PP)  Terhadap  Sifat  Thermal  &  Struktur  Permukaan  Sebagai  Material Alternatif Produk Helm Standar”, Surabaya, 2016.