REKAYASA TEKNOLOGI
Rompi Balistik dari Material Komposit Epoksi-SiO2 Nanopartikel diperkuat Serat Alam
Disusun oleh : Aristo Kevin Ardyaneira Pratama
/ 213021009 / SMA Negeri 3 Semarang
Muhammad Iqbal Fauzi
/ 213020669 / SMA Negeri 3 Semarang
SMA NEGERI 3 SEMARANG JALAN PEMUDA NO. 149 SEMARANG 2016 i
ABSTRAKSI Aristo Kevin Ardyaneira Pratama dan Muhammad Iqbal Fauzi, 2015. “Rompi Balistik dari Material Komposit Epoksi-SiO2 Nanopartikel diperkuat Serat Alam.” Bidang : Rekayasa Teknologi, Pembimbing : Drs. Agus Priyatno, M.Pd. Kevlar merupakan polimer sintetis yang digunakan sebagai material rompi balistik karena sifat mekaniknya yang baik. Akan tetapi, kevlar sulit diolah dan harganya relatif mahal. Kondisi ini menyebabkan rompi balistik berbahan kevlar kurang terjangkau bagi masyarakat. Oleh karena itu, penelitian ini bertujuan memanfaatkan serat alam yang relatif murah dan memiliki sifat mekanik yang baik sebagai bahan dasar rompi balistik. Penelitian ini bertujuan untuk : (1) mengoptimasi komposisi serat alam dengan parameter ketahanan impak, (2) menguji performa balistik komposit serat alam, (3) menganalisis biaya produksi rompi balistik berbahan serat alam. Serat rami, kain katun, kain jeans, resin epoksi dengan rasio reinforcement dibanding matrix 1 : 1 digunakan sebagai material utama. Sintesis material komposit dilakukan dengan metode handlay up. Massa per luas permukaan sampel dikontrol 24,4 kg/m 2. Karakterisasi ketahanan impak dan performa balistik dilaksanakan dengan mesin Charpy, proyektil .38 S&W Lead RN, .45 ACP FMJ, 9 mm FMJ RN, 9 mm FMJ Hollow Point. Hasil penelitian menunjukkan bahwa komposit epoksi-SiO2 nanopartikel diperkuat kain katun murni dengan rasio resin dibanding hardener 1 : 1 menghasilkan material dengan nilai ketahanan impak tertinggi, 133,75 kJ/m2. Sedangkan karakterisasi balistik menunjukkan bahwa rompi balistik berbahan komposit kain katun murni dapat menahan peluru golongan I (.38 S&W Lead RN), IIA (.45 ACP FMJ), dan golongan lain (9 mm FMJ Hollow Point). Akan tetapi, rompi balistik tersebut tidak dapat menahan peluru golongan II (9 mm FMJ RN). Analisis biaya produksi menunjukkan bahwa biaya produksi rompi balistik berbahan komposit epoksi-SiO2 nanopartikel diperkuat serat alam secara signifikan lebih rendah daripada harga jual rompi balistik konvensional, yakni rata-rata Rp.351.669,53.
Kata kunci
: Biaya produksi, ketahanan impak, performa balistik, rompi balistik, serat alam.
ii
HALAMAN PENGESAHAN
1. Judul Penelitian
: Rompi Balistik dari Material Komposit Epoksi-SiO2 Nanopartikel
diperkuat Serat Alam 2. Bidang Kajian
: Rekayasa Teknologi – Ilmu Bahan
3. Ketua Tim Penelitian
:
Nama Lengkap
: Aristo Kevin Ardyaneira Pratama
NIS
: 213021009
Kelas
: XII MIPA 2
E-mail
:
[email protected]
Asal Sekolah
: SMA Negeri 3 Semarang
Alamat Sekolah
: Jalan Pemuda 149 Semarang
Telp.
: (024) 3544284 / 3544291
4. Menyatakan bahwa proyek penelitian yang berjudul, “Rompi Balistik dari Material Komposit Epoksi-SiO2 Nanopartikel diperkuat Serat Alam” merupakan proyek penelitian hasil dari ide dan pembuatan sendiri, proyek penelitian ini belum pernah diikutsertakan ataupun menjuarai lomba apapun, dikerjakan dengan melibatkan ketua sebanyak satu orang, anggota sebanyak satu orang, pembimbing sebanyak satu orang dengan rincian sebagai berikut : Ketua Tim Peneliti Nama
:
Aristo Kevin Ardyaneira Pratama
NIS
:
213021009
Kelas
:
XII MIPA 2
Anggota Tim Peneliti Nama
:
Muhammad Iqbal Fauzi
NIS
:
213020669
Kelas
:
XII MIPA 1 Pembimbing
Nama
:
Drs. Agus Priyatno, M.Pd
NIP
:
1966011619901006 iii
Bidang Studi
:
Biologi Asal Sekolah
Nama
:
SMA Negeri 3 Semarang
Alamat
:
Jalan Pemuda No. 149
Kota
:
Semarang
Provinsi
:
Jawa Tengah
Telp
:
(024) 3544284 / 3544291
Ketua Tim Penelitian
Aristo Kevin Ardyaneira Pratama NIS. 213021009
Mengetahui,
Kepala SMA Negeri 3 Semarang
Pembimbing
Drs. H. Bambang Nianto Mulyo, M.Ed
Drs. Agus Priyatno, M.Pd
NIP. 196104291986031007
NIP. 1966011619901006
iv
SURAT PERNYATAAN ORISINALITAS PROYEK PENELITIAN
Yang bertanda tangan di bawah ini
:
Nama Lengkap
: Aristo Kevin Ardyaneira Pratama
NIS
: 213021009
Kelas
: XII MIPA 2
E-mail
:
[email protected]
Asal Sekolah
: SMA Negeri 3 Semarang
Alamat Sekolah
: Jalan Pemuda 149 Semarang
Telepon
: 024 – 3544284 / 3544291
Alamat Rumah
: Jalan Muradi I No. 2 Semarang, Jawa Tengah.
5. Menyatakan bahwa makalah yang berjudul, “Rompi Balistik dari Material Komposit Epoksi-SiO2 Nanopartikel diperkuat Serat Alam” adalah : 1) Sepenuhnya ditulis oleh tim peneliti yang diketuai sebanyak satu orang dengan rincian sebagai berikut: Ketua Tim Peneliti Nama
:
Aristo Kevin Ardyaneira Pratama
NIS
:
213021009
Kelas
:
XII MIPA 2
2) Sepenuhnya ditulis oleh tim peneliti yang beranggotakan sebanyak satu orang dengan rincian sebagai berikut: Anggota Tim Peneliti Nama
:
Muhammad Iqbal Fauzi
NIS
:
213020669
Kelas
:
XII MIPA 1
3) Dikerjakan di bawah bimbingan satu pembimbing dengan rincian sebagai berikut : Guru Pembimbing Nama
:
Drs. Agus Priyatno, M.Pd
NIP
:
1966011619901006
Bidang Studi
:
Biologi
v
4) Orisinal karya tim peneliti, tanpa ada unsur plagiatisme baik dalam aspek substansi maupun penulisan.
Demikian surat pernyataan ini disusun dengan sebenar-benarnya. Bila dikemudian hari ditemukan kekeliruan, maka peneliti bersedia menanggung semua risiko atas perbuatan yang peneliti lakukan sesuai aturan yang berlaku.
Pembimbing
Ketua Tim Peneliti
Drs. Agus Priyatno, M.Pd
Aristo Kevin A. P.
NIP. 1966011619901006
NIS. 213021009
Kepala SMA Negeri 3 Semarang
Drs. H. Bambang Nianto Mulyo, M.Ed NIP. 196104291986032007
vi
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa, berkat rahmat dan karuniaNya, alhamdulillah karya peneliti yang berjudul Rompi Balistik dari Material Komposit Epoksi-SiO2 Nanopartikel diperkuat Serat Alam dapat diselesaikan dengan baik dan tepat waktu. Karya ini disusun dalam rangka mengikuti kompetisi Indonesian Science Project Olympiad (ISPO) ke-8 tahun 2016. Kompetisi ini bertujuan untuk mendorong siswa-siswi di Indonesia untuk berinovasi dan berpikir kritis. Melalui kompetisi ini pula, akan diseleksi karya siswa-siswi Indonesia untuk berkompetisi di tingkat Internasional. Dan pada kesempatan ini, peneliti berinovasi menciptakan rompi balistik yang berbahan dasar komposit serat alam serta mengkaji ketahanan impaknya. Peneliti mengucapkan terima kasih kepada pihak-pihak yang telah membantu peneliti selama penyusunan karya ilmiah ini : 1. Drs. H. Bambang Nianto Mulyo, M.Ed, selaku Kepala SMA Negeri 3 Semarang, yang telah mengizinkan peneliti mengikuti kompetisi ini. 2. Drs. Agus Priyatno, M.Pd, selaku pembimbing, yang telah memotivasi, memberikan kritik yang membangun, serta mengoreksi penulisan karya ilmiah ini. 3. Dr. Heri Sutanto, selaku Dosen FSM Universitas Diponegoro, yang telah memberikan banyak saran dan kritik yang membangun terkait penyusunan karya ilmiah ini. 4. Letkol Inf Heri Bambang Wahyudi, selaku Komandan Batalyon Infanteri 400/Raider, yang telah mengizinkan peneliti melaksanakan uji balistik di Lapangan Tembak Yonif 400/Raider. 5. Instansi Brimob Pasadena Semarang, yang telah mengizinkan peneliti melaksanakan uji balistik di Lapangan Tembak Brimob Pasadena. 6. Setijani Dwi Astuti, S.KM, M.Kes, selaku Kepala Laboratorium Forensi Cabang Semarang, yang telah mengizinkan peneliti melaksanakan uji balistik di Laboratorium Forensik Akademi Kepolisian. 7. Adang Kurniawan, S.T, selaku PLP Muda Laboratorium Konversi Energi Politeknik Negeri Semarang, yang telah mengizinkan peneliti meminjam beberapa alat guna keperluan penelitian. 8. Sukarman, ST, yang telah bersedia membantu peneliti melaksanakan karakterisasi Charpy Impact Strength. vii
9. Kedua orang tua yang telah membantu dan memotivasi peneliti selama penyusunan proyek penelitian ini. 10. Sahabat-sahabat seperjuangan : Alan, Cenanda, Fahmi, Ilham, dan Tuah yang telah mendukung dan memotivasi peneliti selama penyusunan proyek penelitian ini. 11. Semua pihak yang tidak dapat peneliti sebutkan di sini. Yang telah mendukung peneliti dalam penyusunan proyek penelitian ini. Peneliti berharap agar proyek penelitian ini dapat bermanfaat bagi segala pihak terutama masyarakat umum. Peneliti menyadari bahwa karya tulis ilmiah ini masih jauh dari kesempurnaan, oleh karena itu peneliti memohon kritik dan saran supaya dapat mengembangkan karya tulis ilmiah ini menjadi lebih baik di kemudian hari.
Semarang, 31st January 2016 Peneliti
viii
DAFTAR ISI
JUDUL……………………………………………………………………………………………..i ABSTRAKSI………………..…………………………………………………………………….ii HALAMAN PENGESAHAN……………..……………………………………………………..iii SURAT PERNYATAAN ORISINALITAS PROYEK PENELITIAN……..……………………v KATA PENGANTAR……..…………………………………………………………………….vii DAFTAR ISI……………………………………………………………………………………..ix DAFTAR TABEL………………………………………………………………………………..xi DAFTAR GAMBAR……………………………………………………………………………xii BAB I
: PENDAHULUAN…..…………………………………………………………..1
1.1. Latar Belakang Masalah……………………………………………………………………1 1.2. Rumusan Masalah………………………………………………………………………….2 1.3. Batasan Masalah……..……………………………………………………………………..2 1.4. Tujuan Penelitian…………………………………………………………………………...3 1.5. Manfaat Penelitian………………………………………………………………………….3 BAB II
: KAJIAN PUSTAKA…………………………………………………………….4
2.1. Epoksi Resin…….………………………………………………………………………….4 2.2. Rompi Balistik……………………………………………………………………………...5 2.2.1. Rompi Balistik Lunak…….…………………………………………………………...7 2.2.2. Rompi Balistik Kaku…….…………………………………………………….………7 2.3. Serat Alam……..…………………………………………………………………………..8 2.3.1. Serat Rami……..…………………………………………………………………….10 2.3.2. Serat Kapas…………………………………………………………………………..10 2.4. Silika Dioksida (SiO2) ……………………………………………………………………11 2.5. Hipotesis…………………………………………………………………………………..13 BAB III
: METODE PENELITIAN………..…………………………………………….14
3.1. Metode Penelitian………..……………………………………………………………….14 3.2. Waktu, Lokasi, dan Kegiatan Penelitian………..………………………………………...14 3.3. Desain Penelitian………..………………………………………………………………...16 3.4. Rancangan Lapisan Komposit…………………………………………………………….18 3.4.1. Rancangan Lapisan Optimasi Tahap I………..……………………………………..18 3.4.2. Rancangan Lapisan Optimasi Tahap II………..…………………………………….18 3.4.3. Rancangan Lapisan Optimasi Tahap III………..……………..……………..……...18 ix
3.5. Alat dan Bahan Penelitian………..………………………………………….……………19 3.6. Metode Karakterisasi Sampel………..……………………………………………………19 3.6.1. Charpy Impact Strength………..…………………………………………………….19 3.6.2. Uji Balistik………..………………………………………………………………….20 BAB IV
: HASIL DAN PEMBAHASAN………..………………………………………21
4.1. Hasil Uji Ketahanan Impak………..……………………………………………………...21 4.1.1. Optimasi Tahap I………..…………………………………………………………...21 4.1.2. Optimasi Tahap II………..…………………………………………………………..23 4.1.3. Optimasi Tahap III………..………………………………………………………….24 4.2. Hasil Uji Balistik………………………………………………………………………….27 4.2.1. Hasil Uji Balistik Optimasi Tahap II………..………………………………….……27 4.2.2. Hasil Uji Balistik Optimasi Tahap III………..………………………………………29 4.3. Analisis Biaya Produksi…………………………………………………………………..30 BAB V
: KESIMPULAN DAN SARAN…………..……………………………………33
5.1. Kesimpulan………..………………………………………………………………………33 5.2. Saran………..……………………………………………………………………………..34 REFERENSI………..…………………………………………………………………………...35 LAMPIRAN………..…………………………………………………………………………...37 A. Alat dan Bahan Penelitian………..………………………………………………………...37 B. Dokumentasi Uji Balistik………..…………………………………………………………38
x
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1.
: Perbandingan Sifat Mekanik Poliester, Vinilester, dan Epoksi Resin………..….5
Tabel 2.2.
: Klasifikasi Tingkat Perlindungan Rompi Balistik…………………………….…6
Tabel 2.3.
: Komposisi Kimia Serat Tanaman………………………………………………..8
Tabel 2.4.
: Sifat Mekanikal Serat Tanaman………………………………………………….9
Tabel 2.5.
: Sifat Mekanikal, Termal, dan Elektrikal Silika Dioksida………………………12
Tabel 3.1.
: Waktu, Lokasi, dan Kegiatan Penelitian………………………………………..14
Tabel 3.2.
: Alat dan Bahan Penelitian……………………………………………………...19
Tabel 4.1.
: Hasil Uji Ketahanan Impak Optimasi Tahap I…………………………………21
Tabel 4.2.
: Hasil Uji Ketahanan Impak Optimasi Tahap II………………………………..23
Tabel 4.3.
: Hasil Uji Ketahanan Impak Optimasi Tahap II………………………………..25
Tabel 4.4.
: Hasil Uji Balistik Sampel Optimasi Tahap II………………………………….27
Tabel 4.5.
: Hasil Uji Balistik Sampel Optimasi Tahap III…………………………………29
Tabel 4.6.
: Analisis Biaya Produksi Rompi Balistik dari Material Komposit Epoksi-SiO2
Nanopartikel diperkuat Serat Alam……………………………………………………………...31 Tabel 4.7.
: Perbandingan Biaya Produksi dan Harga Jual Rompi Balistik………………...32
xi
DAFTAR GAMBAR
Figur 2.1.
: Polimer epoksida yang telah bereaksi (cross-linked)……………………………4
Figur 2.2.
: Serat ramie dalam bentuk serat dan serat ramie yang sudah dianyam…………10
Figur 2.3.
: Serat kapas dan anyaman serat kapas atau kain katun………………………….11
Figur 3.1.
: Alur jalannya penelitian “Rompi Balistik dari Material Komposit Epoksi-SiO2
Nanopartikel diperkuat Serat Alam.” …………………………………………………………...17 Figur 3.2.
: Rancangan lapisan komposit optimasi tahap I…………………………………18
Figur 3.3.
: Rancangan lapisan komposit optimasi tahap II………………………………..18
Figur 3.4.
: Revolver Colt Detective dan Pistol Glock G20………………………………..20
Figur 4.1.
: Diagram hasil uji ketahanan impak optimasi tahap I…………………………..21
Figur 4.2.
: Struktur patahan sampel optimasi I setelah karakterisasi Charpy Impact
Strength.………………………………………………………………………………………….22 Figur 4.3.
: Diagram hasil uji ketahanan impak optimasi tahap II………………23
Figur 4.4.
: Struktur patahan sampel optimasi II setelah karakterisasi Charpy Impact
Strength…………………………………………………………………………………………..24 Figur 4.5.
: Diagram hasil uji ketahanan impak optimasi tahap III………………………...25
Figur 4.6.
: Struktur patahan sampel optimasi III setelah karakterisasi Charpy Impact
Strength…………………………………………………………………………………………..26 Figur 4.7.
: Foto sampel setelah pelaksanaan uji balistik sampel optimasi tahap II……….28
Figur 4.8.
: Foto sampel setelah pelaksanaan uji balistik sampel optimasi tahap III………30
LAMPIRAN……………………………………………………………………………………..37 A. Alat dan Bahan Penelitian……………………………………………………………………37 B. Dokumentasi Uji Balistik……………………………………………………………………..38
xii
