## STUDI KELAYAKAN MEKANIK KOMPOSIT SERAT RAMI ACAK-POLYESTER SEBAGAI BAHAN HELM STANDAR SNI
Alaya Fadllu Hadi Mukhammad 1 dan Bambang Setyoko 2

## Abstrak
Helm  SNI  pada  umumnya  terbuat  dari  polimer  polypropelene.  Peningkatan kepedulian  masyarakat terhadap isu lingkungan ditambah biaya produksi yang lebih rendah  dibandingkan  komposit  yang  diperkuat  dengan  serat  sintetis  menyebabkan biokomposit  yang  diperkuat  serat  alam  (natural  fiber)  menjadi  perhatian  utama sebagai  material  baru  yang  ramah  lingkungan(biodegradable).  Penelitian  ini bertujuan mengetahui kelayakan biokomposit UPRs yang diperkuat serat rami acak sebagai  bahan  alterntif  helm  SNI  yang  lebih  ramah  terhadap  lingkungan. Biokomposit dibuat menggunakan metode hand lay up dan mesin cetak tekandengan variasi fraksi volume 0%, 30%, 45%, dan 60%. Sebagai pembanding (control) bahan helm  SNI  juga  dilakukan  pengujian.  Selanjutnya  material-material  tersebut  diuji tarik  dan  impak.  Hasil  pengujian  menunjukkan  penambahan  serat  rami  acak  pada biokomposit  UPRs  memberikan  dampak  positif  yaitu  memperkuat  kekuatan  tarik dan  kekuatan  impak.  Hasil  pengujian  menunjukkan  kekuatan  tarik  dan  impak tertinggi  diperoleh  pada  Biokomposit  UPRs  yang  diperkuat serat  rami  acak dengan vf≈60%  yaitu  sebesar  48,41  MPa  dan  42,55  kJ/m 2 jauh  lebih  tinggi  dibandingkan kekuatantarik  bahan  helm  SNI  yang  hanya  sebesar  33,93  MPa.  Biokomposit  UPRs yang diperkuat serat rami acak layak menjadi material alternative dalam pembuatan helm SNI jika ditinjau dari kekuatan tarik dan impak.
Kata Kunci: Helm SNI, Uji Tarik, Uji Impak.

## PENDAHULUAN
Undang-Undang  Republik  Indonesia  Nomor  14  Tahun  1992  pasal  23  mewajibkan pengendara  sepeda  motor  dan  penumpangsepeda  motor  serta  kendaraan  lain  yang
1 Program Studi Diploma Teknik Mesin Universitas Diponegoro Semarang
2 Program Studi Diploma Teknik Mesin Universitas Diponegoro Semarang
tidakmemakai  rumah-rumah  untuk  memakai  helm.  Undang-Undang  Republik  Indonesia Nomor22  Tahun  2009  pasal  57  menetapkan  bahwa  perlengkapan  kendaraan  bermotor  bagi sepedamotor  adalah  helmet  Standar  NasionalIndonesia  (SNI)  (Gambar  1).  Helm  pelindung adalah  bagian  dari  perlengkapan  kendaraan  bermotor berbentuk  topi  pelindung  kepala  yang berfungsi  melindungi  kepala  pemakainya  apabila  terjadi  benturan  ( SNI,  2007 )  Helm berfungsi  untuk  melindungi  kepala  pengendara  dari  benturan  serius  saat  terjadi  kecelakaan. Selain itu helm juga dapat berfungsi untuk melindungi wajah dan mata dari debu, pasir dan objek  lainnya.  Selain  memilih  helm  yang  telah  lulus  standar  keselamatan  berkendara,  para pengendara  juga  harus  bijak  dalam  menentukan  helm  yang  baik.  Karena  jika  helm  tidak nyaman dipakai, justru akan mengganggu konsentrasi ketika berkendara dan menjadi masalah bagi pemakainya ( Simanjutak, 2010 ).
Helm  SNI  pada  umumnya  terbuat  dari  polimer  polypropelene.  Peningkatan kepedulian  masyarakat terhadap isu lingkungan ditambah biaya produksi yang lebih rendah dibandingkan komposit yang diperkuat dengan serat sintetis menyebabkan biokomposit yang diperkuat  serat  alam  (natural  fiber)  menjadi  perhatian  utama  sebagai  material  baru  yang ramah  lingkungan(biodegradable)  ( Low  dkk,  2008 ).  Pohon  rami  saat  ini  sudah  berhasil dibudidayakan oleh koperasi pondok pesantren Darussalam, Garut, Jawa barat seluas hampir 300 hektar. Pemanfaatan utama serat rami pada saat ini masih terbatas untuk membuat kain, tas  dan  tikar  (Musaddad,  2007),  sedangkan  pemanfaatan  untuk  material  stuktural  belum dikembangkan. Hasil penelitian tentang serat rami oleh Munawar dkk (2007) menunjukkan kekuatan  tarik  yang  relatif  tinggi  849  MPa,  sedangkan  hasil  pengujian Diharjo  (2006) menunjukkan  komposit  polyester  yang  diperkuat  serat  rami  kontinyu  satu  arah  dengan perlakuan 5% wt NaOH selama 2 jam memiliki kekuatan tarik dan regangan terbesar, yaitu σ = 190.27 MPa dan ε = 0.44%.
Potensi  yang  tinggi  dari  komposit  polyester  yang  diperkuat  serat  rami  dan pemanfaatan utama serat rami pada saat ini masih terbatas untuk membuat kain, tas dan tikar merupakan tujuan utama penelitian ini dilakukan.
(a)
(b)
(a) Konstruksi Helm SNI Full Face (b) Konstruksi Helm SNI Open Face
Gambar 1. Konstruksi Helm SNI ( SNI, 2007 )

## TINJAUAN PUSTAKA

## Biokomposit
Biokomposit adalah jenis komposit yang salah satu penyusunnya, yaitu reinforcement atau  matriksnya,  terbuat  dari  bahan  alam  ( Mohanty  dkk,  2005 ).Material  komposit  dapat didefinisikan sebagai suatu sistem material yang tersusun dari campuran/kombinasi dua atau lebih  unsur-unsur  utama  yang  secara  makro  berbeda  di  dalam  bentuk  dan  atau  komposisi serta tidak saling melarutkan ( Schwartz, 1984 ).
Material komposit pada dasarnya terdiri dari dua penyusun yaitu penguat (reinforced) dan matriks (binder). Material penguat (reinforced) komposit dapat berupa serat atau partikel sedangkan matriksnya dapat berupa polimer, logam dan sebagainya ( Mukhammad, 2010 ).
Matriks  yang  baik  memiliki  beberapa  persyaratan  diantaranya  adalah  mempunyai elongation break lebih tinggi dibandingkan dengan serat, harus dapat mentransmisikan beban ke  serat  melalui  perubahan  bentuk  atau  deformasi,  dan  matriks  harus  dapat  membungkus (encapsulate)  serat  tanpa  terjadi  shrinkage  yang  dapat  menyebabkan  regangan  internal  dari serat  dengan  indikatornya  adalah  mempunyai  wettability,  kompatibilitas  dan  bonding  yang baik ( Schwartz, 1984 ),sedangkan menurut Feldman (1989) serat yang baik adalah modulus elastisitas tinggi, ultimate strength lebih tinggi dari matriks, masing-masing serat mempunyai kekuatan  setaraf,  serat  stabil  dan  tetap  kuat  selama  proses  manufaktur  dan  ukuran  serat misalnya luas dan diameter seragam.
Saat ini beberapa komponen terbuata dari biokomposit antara lain interior dan eksterior mobil (Gambar 2.) Menurut Kavelin(2005) , komponen yang terbuat dari serat alam lebih ringan 15 % dibandingkan dengan fiber glass.

## Serat Rami
Serat  rami  (Boehmeria  nivea)  yang  sumber  tersedianya  tidak  terbatas  dan  diyakini merupakan  serat  alam  berbasis  selulosa  paling  kuat  dari  merupakan  alternatif  untuk menghasilkan panel komposit tahan peluru ( Marsyahyo dkk, 2005 ).  Serat rami (Boehmeria Nivea)  tergolong  kedalam  serat  alam  yang  berasal  dari  kulit  batang  (bast).  Tabel  1 menunjukkan beberapa sifat serat rami.
(a)
(a)Berbagai komponen inter
(b) Bumper mobil d
Gambar 2. Aplikasi
Karakter serat Density (gr/cm 3 )
Diameter ( µm )
Kekuatan Tarik (MPa) Elongation (%) Modulus Young (GPa)

## METODOLOGI PENELITIAN
Bahan  penelitian  yang  di rami acak   (Gambar 3a)  sebagai 3b) sebagai matriks.
Serat  rami  diambil  dari Jawa  Barat.  Batang  pohon  ram menjadi  serat  rami  seperti  terli panjang  10  cm  dan  digunakan mengandung lignin dan kotoran direndam di dalam larutan alkali dari  efek  NaOH  dengan  pemb ditiriskan  hingga  kering  tanpa
TRAKSI Vol. 14 No. 2 Desember 2014
(b) mponen interior mobil Mercedes E Class ( Suddell dan E er mobil dengan penguat serat kenaf ( www.jeccomposites ar 2. Aplikasi biokomposit serat alam dalam bidang otomo
Tabel 1. Karakteristik Serat Rami Schuh dan Gayer (1997) Marsy 1,4-1,5 - 393-870 - 7,3 NELITIAN litian  yang  digunakan  untuk  membuat  material  biokompo a)  sebagai penguat dan Unsaturated Polyester Resin
diambil  dari  perkebunan  rami  KOPONTREN  DARUSS g  pohon  rami  dipanen  setelah  6  bulan,  diambil  kulitn seperti  terlihat  pada  Gambar  9.  Serat  rami  dipotong an  digunakan  sebagai  penguat  biokomposit.  Serat  ram dan kotoran tersebut dibersihkan dengan menggunakan a tan alkali (5% wt NaOH) selama 2 jam.  Selanjutnya s engan  pembilasan  menggunakan  air  bersih.  Setelah  P ering  tanpa  sinar  matahari.  Pembuatan  biokomposit  di
ddell dan Evans, 2005 ) ccomposites.com ) bidang otomotif
Marsyahyo (2006)
1,3 – 1,7 25-40 786-1586 1,2-2,1 64-112
rial  biokomposit  adalah  serat ester Resin (UPRs) (Gambar
N  DARUSSALAM,  Garut, iambil  kulitnyadan  diproses mi  dipotong-potong  dengan
Serat  rami  yang  masih nggunakan air dan kemudian Selanjutnya serat dinetralkan h.  Setelah  PH  netral,  serat komposit  dilakukan  dengan
menggunakan cetakan  bertekanan ( press moulding ). Variabel-variabel penting yang harus di formulasikan  untuk  menghasilkan  material  biokomposit  yang  optimal  antara  lain    tekanan cetakan  (MPa)  dan  fraksi  volume  serat.  Biokomposit  dari  serat  rami  acak  dengan  matriks UPRs  dibuat  melalui  proses  cetakan  bertekanandengan  variasi  fraksi  volume  serat  (vf) 30%,45%, dan 60%.
(a) (b) (a) Serat Rami  (b) Unsaturated Polyester Resin (Uprs)
Gambar 3. Bahan Penelitian
Biokomposit  kemudian  diuji  kelayakan  sifat  fisiknya  melalui  uji  densitas  dan kekuatan  mekanisnya  melalui  uji  tarik  dan  impak.  Uji  densitas  menggunakan  metode piknometer sedangkan Pengujian tarik mengacu pada standar ASTM D 638-02 dan uji impak mengacu  pada  standar  ASTM  D  5942-96  dengan  model  flatwise  impak.  Jumlah  specimen yang digunakan pada penelitian ini setiap variable adalah sebanyak 4 buah.

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## Pengujian Tarik
Hasil  pengujian  tarik  pada  material  helm  SNI  menunjukkan  kekuatan  sebesar  33,11 MPa, nilai tersebut tidak jauh beda dengan material UPRs yaitu sebesar 33,11 MPa. Kekuatan tarik  tertinggi  diperoleh  pada  material  Biokomposit  UPRs-serat  acak  rami  vf≈60%  yaitu sebesar  48,41  MPa,    diikuti  material  Biokomposit  vf≈45%  sebesar  47,61  MPa  dan Biokomposit vf≈30% yaitu sebesar 45,99 MPa (Gambar  4).
Kekuatan  tarik  pada  material  biokomposit  meningkat  seiring  dengan  penambahan fraksi  volume  serat  rami,  hal  ini  menunjukkan  bahwa  penambahan  serat  memberikan pengaruh positif terhadap kekuatan tarik biokomposit, akan tetapi nilai tersebut memiliki nilai yang jauh lebih rendah dari nilai analisa teoritis (ROM). Fenomena yang sama juga diperoleh dari  penelitian Diharjo  dan  Nuri  (2006) ,  yang  menunjukkan  kekuatan  tarik  komposit  serat rami-poliester  memiliki  hasil  eksperimen  lebih  rendah  dibandingkan  dengan  kekuatan minimal hasil analisis teoritis (ROM).
Nilai kekuatan tarik biokomposit yang dihasilkan pada penelitian ini jauh lebih rendah dibandingkan  penelitian Diharjo  dan  Nuri  (2006) yang  memiliki  kekuatan  tarik  komposit hasil  eksperimen  tertinggi  adalah  205.36  MPa  pada  Vf  =  54.10%.  Modulus  elastisitas komposit serat rami- poliester memiliki harga tertinggi (47.88 GPa) padaVf= 54.10%, hal itu dikarenakan  factor  orientasi  serat. Mukhammad  (2010) melakukan  penelitian  mengenai pemgaruh orientasi serat terhadap kekuatan tarik komposit epoksi serat rami searah kontinu. Hasil pengujian tarik menunjukkan bahwa komposit dengan penguat 1 lamina anyaman serat rami  yang  ditarik  dengan  arah  gaya  longitudinal  terhadap  orientasi  serat  memiliki  kekuatan tarik sebesar (72,72±9,30) MPa, sedangkan jika ditarik dengan arah gaya transversal terhadap orientasi  serat  memiliki  kekuatan  tarik  yang  jauh  lebih  rendah  yaitu  sebesar  (21,37±1,04) MPa.  Kekuatan  tarik  biomposit  yang  ditarik  kearah  transversal  lebih  rendah  daripada
33,93 33,11 45,99 47,61 48,41 0 10 20 30 40 50 60 SNI UPRs Biokomposit vf≈30% Biokomposit vf≈45% Biokomposit vf≈60% K e k u a ta n T a ri k ( M P a ) Jenis Material
Gambar 4. Kekuatan Tarik Berbagai Jenis Material
kekuatan epoksi yaitu (42,02 ± 4,8) MPa ( Umar, 2009 )  dikarenakan penguat serat berfungsi sebagai konsentrasi tegangan  sehingga menurunkan kekuatan tarik komposit ( Gibson, 1994 ).

## Pengujian Impak
Hasil  pengujian  impak  material  UPRs  dan  biokomposit  menunjukkan trendline kenaikan  kekuatan  impak.  Kekuatan  impak  tertinggi  diperoleh  pada  material  biokomposit dengan  vf≈60%  yaitu  sebesar  42,55  kJ/m 2 ,  yang  berarti  terjadi  kenaikan  sebesar  522% dibandingkan  UPrs  yaitu  sebesar  8,15  MPa.  Material  biokomposit  vf≈30%  dan  vf≈45% menunjukkan  kekuatan  impak  secara  berturut-turut  32,98  kJ/m 2 dan  30,12  kJ/m 2 .  Material helm SNI tidak dapat diuji impak karena selalu lepas dari dudukan ketika diuji.
Trendline  peningkatan  kekuatan  impak  seiring  dengan  penambahan  fraksi  volume serat ini sama dengan penelitian Adistya (2013) yang menunjukkan bahwa penambahan serat rami  pada  material  biokomposit  cenderung  meningkatkan  kekuatan  bahan.  Pada  penelitian tersebut serat rami denagn diameter 150 µm menghasilkan kekuatan impak 5,315 kJ/m 2 pada konsentrasi 5% dan 8,024 kJ/m 2 pada konsentrasi 10%.
8,15 32,98 30,12 42,55 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 UPRs Biokomposit vf≈30% Biokomposit vf≈45%
Biokomposit vf≈60% K e k u a ta n I m p a k ( k J/ m 2 ) Jenis Material
Gambar 5.Kekuatan Impak Bergai Jenis Material

## KESIMPULAN
Hasil penelitian ini dapat disimpulkan sebagai berikut:
1. Penambahan serat rami acak pada biokomposit UPRs memberikan dampak positif yaitu memperkuat kekuatan tarik dan kekuatan impak.
2. Hasil  pengujian  menunjukkan  kekuatan  tarik  dan  impak  tertinggi  diperoleh  pada Biokomposit UPRs  yang diperkuat serat  rami acak dengan vf≈60%  yaitu  sebesar 48,41 MPa dan 42,55 kJ/m 2 jauh lebih tinggi dibandingkan kekuatantarik bahan helm SNI yang hanya sebesar 33,93 MPa.
3. Ditinjau  dari  kekuatan  tarik  dan  impak  bahwa  Biokomposit  UPRs  yang  diperkuat  serat rami acak layak menjadi material alternative dalam pembuatan helm SNI.

## SARAN
1. Perlu dilakukan studi lanjut mengenai kekuatan tembus pada material biokomposit
2. Pengembangan  biokomposit  dengan  penguat  serat  alam  memiliki  peluang  untuk dikembangkan sebagai material alternative komponen lainnya.

## UCAPAN TERIMAKASIH
Tim penulis mengucapkan terimakasih kepada Direktorat Jendral Pendidikan Tinggi (DIKTI) atas  pendanaan  penelitian  ini  melalui  skema  Hibah  Pembinaan  dana  PNBP  DIPA Universitas Diponegoro Semarang dengan Nomor:  279-4/UN7.5.1/PG/2014, tanggal 1 April 2014.

## DAFTAR PUSTAKA
Adistya,  R.  2013.  Sifat  Mekanik  Biokomposit  Serat  Rami  (Boehmeria  Nivea  L)  Dengan Matriks Polipropillen. Skripsi. Departemen Fisika. Institut Pertananian Bogor.
ASTM  D  638,  2002,  Standard  Test  Method  for  Tensile  Properties  of  Plastic.  American Society for Testing Materials, Philadelphia, PA.
ASTM  D  256,  2000,  Standard  Test  Method  for  Impact  Properties  of  Plastic.  American Society for Testing Materials, Philadelphia, PA.
Diharjo K. dan Nuri S.H.2006, Studi Sifat Tarik Bahan Komposit Berpenguat Serat Rami
Dengan Matrik Unsaturated Poliester, Proseding Seminar Nasional, Teknik Mesin FT Univ.Petra-Surabaya.
Feldman, D., 1989. Polymeric Building Materials. Published :Routledge; 1 edition, ISBN-13:
978-1851662692, Taylor & Francis Group.
Gibson, R.F., 1994, Principles of Composite Material Mechanics, Mc Graw Hill : Singapore. Kavelin, K.G., 2005. Investigation of Natural Fiber Composites heterogeneity with respect to automotive  structure.  Thesis  for  degree  of  doctor.  Delfi  University  of  Tecnology, Netherland.
Low,  I.M.,  Somers,  J.,  Kho,  H.S.,  Davies,  I.J.,    Latella,  B.  A.,  2008,  Fabrication  and properties  of  recycled  cellulose  fibre-reinforced  epoxy  composites,  Composite Interfaces.
Marsyahyo, E., Jamasri, Soekrisno, R., Rochardjo, H.S.B., 2006,  Investigation of Chemical Surface Treatment of Ramie Fiber (Boehmeria nivea) on Surface Topography, Tensile Strength  and  Single  Fiber  Fracture  Modes,  Proceeding  of  International  Seminar  on Product Design and Development: Material Development, Gadjah Mada University Mohanty, A.K., Misra,  M., Dzral, L.T., Selke, S.E., Harte, B.R. and Hinrichsen, G. 2005. ” Natural  Fibers,  Biopolymers  And  Biocomposite:  An  Introduction.”  Chapter  1  in Natural Fibers, Biopolymers, and biocomposite, edited by Mohanty, A.K., Misra, M., Dzral, L.T., CRC Press, Taylor and Francis Group, 6000 Broken Sound Parkway NW, USA.
Mukhammad,  A.  F.  H.,  2010,  Studi  Kelayakan  Komposit  Hybrid  Epoksi-Anyaman  Serat Rami  Dan  SS304L  Screen  Mesh  Sebagai  Panel  Peluru  Level  II  Standar  NIJ.  Tesis. Universitas Gadjah Mada. Yogyakarta.
Munawar, S.S., Umemura, K., Tanaka, F., Kawai, S. 2007. Effect of  Alkali, Mild Steam, and Chitosan  Treatments  on  The  properties  of  Pineapple,  Ramie,  and  Sansevieria  Fiber Bundles. Journal Wood Science, volume 54, Number 1, pp. 28-35. The Japan Wood Research Sociaty.
Musaddad,  M.A.,  2007.  Agribisnis  Tanaman  Rami,  Penebar  Swadaya,  Depok,  Jakarta,
Indonesia.
Schuh, T., Gayer, U.,  1997, Lignocellulosic-Plastics Composites, Botucatu. Brazil
Schwartz, M.M., 1984. Composite Materials Handbook, McGraw-Hill Book Company, New York, USA.
Simanjutak, K.R, 2010. Uji Eksperimental Kekuatan Helmet SNI Sepeda Motor SNI Akibat Dampak Benda Jatuh Bebas. Digilib UMSU.
SNI  1811-2007,  2007,  Helm  Pengendara  Kendaraan  Bermotor  Beroda  Dua.  Badan Standardisasi Nasional
Suddell, B.C., dan Evans, W.J., 2005, Natural Fiber Composites in Automotive Applications, dalam Mohanty, A.K.,  Misra, Manjusri, Drzal, L.T. Natural  ﬁbers, biopolymers, and biocomposites.  Chapter  7.  CRC  Press  Taylor  &  Francis  Group  Broken  Sound Parkway NW, Suite 300
Umar,  K.,  2009,  Pengaruh  Perlakuan  Permukaan  Serat  dan  Perendaman  Air  Laut  Terhadap Sifat  Fisik  dan  Mekanik  Komposit  Serat  Kulit  Batang  Melinjo  (Gnetum  Gnemon) Dengan Resin Epoksi, Tesis, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta.
www.jeccomposites.com diakses 24 Oktober 2013
______________________________ PENULIS:
ALAYA FADLLU HADI MUKHAMMAD, S.T., M.Eng.
Dosen Program Studi Diploma III Teknik Mesin Fakultas Teknik UNDIP Jl. Prof H. Sudharto, SH, Tembalang, Semarang E-mail : alayad3tm@undip.ac.id