Pengaruh Fraksi Volume Serat Kulit Jagung terhadap Kekuatan Tarik dan Penyerapan Air Komposit
Polyurethane

## Salman, I Made Adi Sayoga, Rahmat Maulana
Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Mataram
E-mail: salmanrm@yahoo.com
Abstrak-- Sejumlah  peneliti  telah  meneliti  sifat  mekanik  komposit  yang  diperkuat  serat  kulit  jagung. Namun kombinasi kekuatan tarik dan sifat penyerapan air komposit berpenguat serat kulit jagung masih memerlukan penelitan lebih lanjut berkaitan penggunaan komposit pada lingkungan basah. Tujuan dari penelitian ini adalah menentukan pengaruh fraksi volume serat kulit jagung terhadap kekuatan tarik dan sifat serapan airnya. Material utama yang dipakai adalah polyurethane sebagai martik dan kuli jagung sebagai  serat.    Pengujian  dilakukan  dengan  mencampurkan  matriks  dan  serat  menjadi  sepsimen komposit.  kekuatan  tarik  sepsimen  diuji  dan  daya  serap  air  spesimen  duji,  untuk  kekuatan  tarik menggunakan  menggunakan  alat  tensilon  dengan  standar  ASTM  D  3039.  Hasilnya  semakin  besar fraksi volume serat sepesimen semakin besar pula kekuatan tariknya. Seangkan untuk sifat penyerapan airnya, persentase penyerapan air dari komposit dipengaruhi oleh pengembangan polyurethane saat dibentuk jadi specimen
Kata kunci : Komposit, kulit jagung, fraksi serat, kekuatan tarik, penyerapan air
Abstract-- Some  researchers  have  observed  the  mechanical  characteristics  of  composite  with strengthening by corn skin fibre reinforcement. However, the combination of strength stress and water absorption  of  composite  with  corn  skin  fibres  needs  more  exploration  due  to  wide  of  its  application particularly in the wet environment. The objective of this study is to determine the effect of fraction of the composite fibre to the tensile strength and moisture absorption. The main materials of this research are  polyurethane  as  matrix  and  corn  skin  fibre  as  reinforcement.  The  research  was  done  by  mixing matrix and fibre at the certain volume fraction to produce the composite specimens. Specimens were tested by tensile test with ASTM D 3039 and water absorption test. The results shown that the higher fraction  of  the  fibre,  the  increase  the  tensile  strength.  While  for  the  water  absorption,  the  absorption behaviour is affected by the expansion of polyurethane during producing the specimens.
Keywords: Composite, corn skin, fibre fraction, tensile strength, water absorption

## 1.  PENDAHULUAN
Komposit  dengan  bahan  penguat  serat  sintesis telah digunakan dalam berbagai aspek kehidupan, di mulai dari kebutuhan rumah tangga, industri  kendaraaan  darat,  laut  maupun  udara, alat-alat  olah  raga,  kesehatan  dan  rompi  anti peluru  (Rudy,  2007).  Penggunaan  serat  alami sebagai  penguat  komposit  merupakan  langkah bijak,  mengingat  untuk  serat  alami  dapat  terurai secara alami dan banyak ragam serat alami yang tersedia  misalnya  serat  goni,  serat  nanas,  serat ijuk, serat sabut kelapa dan serat kulit jagung.
Sejumlah penelitian menjelaskan sifat mekanik  komponen  jagung  sebagai  bahan  isian komposit  [Zainuddin,  1996  dan  Sugiman].  Tarik dan  bending  komposit  klobot  jagung  dengan perekat  resin  polyester  diteliti  oleh  Wiyono  dan Supardi  (2013)  dengan  fraksi  berat  serat  10% sampai  25%.  Komposit  yang  memiliki  kekuatan tarik tertinggi pada fraksi berat serat 20% dengan kekuatan  tarik  27  MPa  dan  yang  terendah  pada fraksi  berat  serat  10%  dengan  kekuatan  tarik  13 MPa.  Modulus  elastisitas  tertinggi  pada  fraksi berat  serat  20%  sebesar  1810  MPa,  sedangkan
modulus  elastisitas  yang  terendah  pada  fraksi berat 10% sebesar 783 MPa.
Sementara  itu  karakterisasi  komposit  serat kulit  jagung  -  matriks  poliester  dilakukan  oleh Silalahi  dkk  (2013),  Komposit  ini  dibuat  dengan komposisi  serat  0  sampai  5  %.  Komposit  serat kulit  jagung  meliputi  nilai  densitas  dari  0,84 sampai 1,21 gr/cm3, nilai daya serap air dari 1,38 sampai  2,46%,  nilai  kadar  air  dari  2,59  sampai 4,65%.  Sifat  mekanik  meliputi,  nilai  kekuatan lentur  dari  49,29  sampai  70,88  MPa,  nilai kekuatan tarik dari 3,9 sampai 11,49 MPa dan nilai kekuatan impak dari 24,30 sampai 33,20 kJ/m2.
Pembuatan dan karakterisasi komposit serat kulit  jagung  dengan  matriks  epoksi  dengan metode yang sama telah dilakukan oleh Surbakti dkk  (2013).  Komposisi  serat    0  sampai  5%. Adapun sifat fisis dan sifat mekanik komposit yang diperoleh adalah densitas 1,07 - 1,25 gr/cm 3 , daya serap  air  0,75  -  3,55  %,  kadar  air  0,90-  4,33  %, kuat  tarik  7,73  -  10,02  MPa,  kuat  lentur  28,62  - 55,62 MPa, kuat impak 3 kJ/m2 - 18,6 kJ/m2. Dari  uraian  di  atas  maka  perlu  mempelajari  sifat kekuatan  tarik  dan  peyerapan  air    komposit polyurethane  yang  diperkuat  serat  kulit  jagung..
Karena  adanya potensi penggunaan  komposit  di lingkungan air.

## 2.  METODE PENELITIAN

## 2.1 Pengambilan Serat
Bahan yang digunakan adalah serat jagung yang baru  panen  dan  kulit  yang  diambil  adalah  kulit terluar  sampai  dengan  lapisan keempat.  Setelah itu  kulit  jagung  direndam  selama  7  hari  dan diambil seratnya menggunakan sisir kutu. Setelah serat  jagung  terkumpul,  serat  ini  dikeringkan  di bawah terik matahari sampai kering.
Serat jagung tidak langsung dijadikan sebagai serat tapi serat jagung  diberi  perlakuan permukaan  terlebih  dahulu  yaitu  melakukan perendaman  pada  larutan  NaOH  selama  2  jam, kemudian  diangkat  dan  dibilas  sampai  serat jagung  bersih  dari  larutan  NaOH  tersebut  dan serat jagung dijemur sampai kering.

## 2.2 Pembuatan Spesimen
Hal  pertama  yang  dilakukan  dalam  pembuatan spesimen ini adalah  menyiapkan alat dan bahan seperti  resin polyurethane ,  serat,  pelumas, cetakan dan lain-lain.
Selanjutnya  cetakan  dioles  dengan  pelumas dengan  rata.    Serat  jagung  dimasukkan  pada cetakan tersebut. Kemudian menuangkan polyurethane ke cetakan yang sudah berisi serat jagung.  Selanjutnya  cetakan  ditutup  dan  diberi tekanan  sebesar  10,4  kg.  Spesimen  dibiarkan sampai kering, baru dikeluarkan dari cetakan.

## 2.3 Uji Tarik
Pengujian  specimen  dilakukan  menggunakan adalah  uji  tarik  dengan Standard  Association Society  of  Testing  Material (ASTM).  D  3039. Pengujian tarik dilakukan dengan alat uji tensilon RTG-1310  dengan  kapasitas load  cell 10  kN . Untuk  spesimen  tarik,  spesimen  ditarik  dengan kecepatan  simpangan  ( displacement )  sebesar  5 mm/menit.

## 2.4 Uji Penyerapan Air
Proses  penyerapan  air  pada  suatu  material tergantung waktu yang mana materi ditransfer dari satu  tempat  ke  tempat  lain  dengan  gerakan molekul  random  (Crank,  1975).  Pengujian penyerapan air  dilakukan  untuk  mengetahui penyerapan  air  optimum  yang  dimiliki  spesimen dengan  fraksi  volume serat yang  berbeda. Adapun metode yang digunakan dengan merendam seluruh bagian spesimen pada wadah berisi  air  pada  suhu  kamar.  Perendaman spesimen  dilakukan  selama  72  jam  dan melakukan  penimbangan  setiap  2  jam.  ASTM yang  digunakan  pada  pengujian  penyerapan  air ini adalah ASTM D 5229.
3.  HASIL DAN PEMBAHASAN

## 3.1 Kekuatan Tarik
Pengujian tarik dilakukan pada spesimen komposit  dengan  fraksi  volume  serat  yang berbeda-beda  yaitu  20%,  30%,  40%,  50%,  60% dan 70%.  Dari  hasil pengujian tarik didapat grafik beban  -  pertambahan  panjang  pada  spesimen dengan fraksi serat yang telah ditetapkan seperti pada Gambar 1.
Gambar 1. Grafik hubungan antara beban dengan pertambahan panjang pada uji tarik pada spesimen dengan fraksi serat.
Dari Gambar 1 terlihat pada awal pembebanan tegangan naik secara linier dengan pertambahan  panjang  dan  kemudian  setelah  itu mulai menunjukkan perubahan dari linier menjadi non-linier sampai spesimen patah.
Fraksi  serat  ( F s )  70%  memiliki  nilai  beban yang  paling  tinggi  dan  fraksi  serat  20%  memiliki nilai  beban  yang  paling  rendah.  Semakin  tinggi fraksi  serat  spesimen  maka  nilai  beban  akan semakin meningkat  yang  disebabkan serat pada spesimen  meningkatkan  kekakuan  spesimen dengan matriks poliuretan.
Gambar 2. Grafik kekuatan tarik ( σ ) spesimen dengan masing fraksi serat.
Dari Gambar 2 terlihat bahwa kekuatan tarik dari yang terendah sampai yang tertinggi berturut- turut  pada  spesimen  dengan  fraksi  serat  20%, 30%,  40%,  50%,  60%  dan  70%  masing-masing sebesar  1,68  MPa,  1,82  MPa,  1,99  MPa,  4,72 MPa,  7,08  MPa  dan  7,78  MPa.  Hasil  penelitian kekuatan  tarik  ini  sesuai  dengan  penelitian
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 0 10 20 30 40 Beb an (N) Pertambahan panjang(mm) Fs 20% Fs 30% Fs 40% Fs 50% Fs 60% Fs 70% 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 20 30 40 50 60 70 σ ( MPa) Fraksi Serat (%)
(Surbakti, 2013)  yang mana dalam penelitiannya didapat semakin tinggi fraksi serat pada komposit maka kekuatan tarik akan meningkat.
Untuk  mengetahui  pengaruh  fraksi  serat terhadap  kekuatan  tarik,  maka  dilakukanlah analisa  varian  (Anova)  satu  arah,  seperti  yang bisa dilihat pada Tabel 1 dengan tingkat signifikasi anova adalah 5%.
JKT =     k 1 = i n j ij i N T x 1 2 2 * * = (202 + 302 + 402 + 502 + 602 + 702 + 1,682 + 1,822 + 1,992 + 4,722 + 7,082 + 7,782) - (295,072/12)
= 14043,03 - 7255,525 = 6787,503 JKK = N T n T k i = i i i 2 2 * *
*  
= (2702/6 + 25,072/6) - (295,072/12) = 12254,75 – 7255,525 = 4999,225 JKG = JKT - JKK = 6787,503 - 4999,225
= 1788,277
KTK = JKK/k -1 = 4999,225/(2 - 1) = 4999,225
KTG = JKG/N-k = 1788,277/(12-2) = 178,8277
F h = KTK / KTG
= 4999,225/178,8277= 27,95554 F t = 4,96
Tabel 1. Hasil Anova satu arah pada spesimen uji tarik SK JK DK KT F h F t F s 4999,23 1 4999,23  27,96 4,9 E 1788,28 10 178,83 Tot 6787,5 11

## Di mana:
SK = Sumber Keragaman JK = Jumlah Kuadrat DK = Derajat Bebas KT = Kuadrat Tengah F h = F hitung F t = F tabel
Hipotesis untuk menguji data: H o :  Fraksi  serat  tidak  berpengaruh  terhadap kekuatan tarik spesimen.
Dari Tabel 2 nilai F h (27,95) > F t (4,96), maka H o ditolak, sehingga dapat disimpulkan bahwa fraksi serat  berpengaruh  terhadap  kekuatan  tarik  pada spesimen.
Kekuatan  tarik  dari  yang  terendah  sampai  yang tertinggi  berturut-turut  pada  spesimen  dengan
fraksi serat 20%, 30%, 40%, 50%, 60% dan 70% masing-masing  sebesar  1,68  MPa,  1,82  MPa, 1,99 MPa, 4,72 MPa, 7,08 MPa dan 7,78 MPa. Hal ini  menunjukkan  bahwa  semakin  banyak  fraksi serat  yang  digunakan  maka  kekuatan  tarik spesimen  semakin  meningkat.  Dan  berdasarkan perhitungan  anova  satu  arah,  peningkatan kekuatan  tarik  akibat  perbedaan  jumlah  fraksi serat berpengaruh terhadap kekuatan tarik.
Spesimen  dengan  fraksi  serat  70%  memiliki nilai  kekuatan  tarik  paling  tinggi  dan  spesimen dengan  fraksi  berat  20%  memiliki  kekuatan  tarik paling  rendah,  hal  ini  menunjukkan  adanya peningkatan  kekuatan  tarik  saat  penambahan fraksi  Semakin  tinggi  fraksi  serat  spesimen semakin tinggi pula kekuatan tarik spesimen, hal ini  disebabkan  karena  serat  pada  spesimen meningkatkan kekakuan spesimen dengan matriks poliuretan. Dengan meningkatnya kekakuan  pada  spesimen  maka  kekuatan spesimen  juga  akan  meningkat.  Kekuatan  tarik pada komposit serat ini  juga dipengaruhi oleh tata letak  dan  arah  serat  spesimen,  karena  pada penelitian  ini  menggunakan  tata  letak  dan  arah serat secara acak.

## 3.2 Penyerapan Air
Dari  hasil  pengujian  penyerapan  air  pada spesimen  dengan  fraksi  serat  yang  berbeda didapatkan  hubungan  antara  penambahan  berat dengan waktu seperti pada Gambar 3.
Gambar 3. Grafik penyerapan air pada spesimen
Gambar  3  menunjukan  penambahan  berat dari  yang  paling  tinggi  ke  yang  terendah  secara berturut-turut  adalah  pada  spesimen  dengan fraksi serat 70%, 20%, 50%, 30%, 60% dan 40% masing-masing sebesar 184,35%, 165,81%, 165, 10%,  161,65%,  144,09%  dan  136,10%.  Bisa dilihat bahwa penambahan berat pada spesimen bertambah secara acak atau tidak tergantung dari fraksi  serat  yang  digunakan.  Namun  secara seragam  penyerapan  air  meningkat  seiring bertambahnya waktu penahanan.
Spesimen dengan fraksi serat 70% memiliki nilai  penambahan  berat  yang  tinggi  hal  ini disebabkan  kurang  melekatnya  polyurethane pada  serat  kulit  jagung    menyebabkan  banyak rongga spesimen dapat mengakibatkan spesimen
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 0 20 40 60 80 Pen a mb aha n Ber at (%) Waktu (jam) fs 70% Fs 60% fs 50% fs 40%
fs 30%
fs 20%
cepat  menyerap  air  yang  membuat  terjadinya pembengkakan dan perubahan volume spesimen.
Untuk  mengetahui  pengaruh  fraksi  serat terhadap  penambahan  berat  spesimen,  maka dilakukanlah  analisa  Anova  satu  arah,  dengan perhitungan sebagai berikut:
JKT =     k 1 = i n j ij i N T x 1 2 2 * * =  (202  +  302  +  402  +  502+  602  +  702  +
165,812 + 161,652 +  136,362 + 165,102 + 144,092 + 184,352) – (1227,362/12)
= 168122,5888 – 125534,3808 = 42588,208 JKK = N T n T k i = i i i 2 2 * * *  
= (2702/6 + 957,362/6) - (1227.362/12)  = 164906,3616– 125534,3808
= 39371,9808 JKG =  JKT – JKK = 42588,208- 39371,9808 = 3216,2272 KTK = JKK/k -1
= 39371,9808/(2-1) = 39371,9808 KTG = JKG/N-k = 3216,2272/(12-2) = 321,6227 F h = KTK / KTG
=39371,9808 /321,6227
= 122,4166651 F t = 4,96
Tabel 4. Hasil analisa varian satu arah pada penembahan berat spesimen. SK JK DB KT F h F t F S E Tot 39371,99 3216,2 42588, 1 10 11 39371,99 321,63 122,42 4,9
Hipotesis untuk menguji data: H o : Fraksi serat berpengaruh terhadap penambahan berat spesimen.
Dari  Tabel  4  diperoleh  nilai F h (122,42)  > F t (4,38),  maka H o ditolak,  sehingga  dapat disimpulkan  bahwa  fraksi  serat  berpengaruh terhadap penambahan berat spesimen.
Berdasarkan  hasil  Anova  satu  arah  di  atas menunjukkan  bahwa  perbedaan  jumlah  fraksi serat  pada  spesimen  memberikan  pengaruh signifikan.  Hal  ini  terjadi  karena polyurethane mempunyai  sifat  menyerap  air  sangat  tinggi. Penambahan  berat  pada  spesimen  bertambah secara acak atau tidak tergantung dari fraksi serat yang digunakan. Persentase penyerapan air pada polyurethane ini akan dipengaruhi oleh pengembangan polyurethane saat  dibentuk  jadi spesimen, karena semakin mengembang spesimen  maka  rongga-rongga  pada  spesimen
makin banyak dan kemampuan menyerap air juga makin tinggi.

## 4.  KESIMPULAN
Dari  hasil  penelitian  dan  pembahasan  tersebut dapat disimpulkan beberapa hal sebagai berikut: 1.  Semakin  tinggi  fraksi  serat  pada  spesimen, kekuatan  tarik  akan  meningkat  dengan pengaruh  yang  signifikan  terhadap  kekuatan tarik.  Kekuatan  tarik  dari  yang  terendah sampai  yang  tertinggi  berturut-turut  pada spesimen  dengan  fraksi  serat  20%,  30%, 40%,  50%,  60%  dan  70%  masing-masing sebesar 1,68 MPa, 1,82 MPa, 1,99 MPa, 4,72 MPa, 7,08 MPa dan 7,78 MPa.
2.  Penambahan berat dari yang paling tinggi ke yang  terendah  secara  berturut-turut  adalah pada  spesimen  dengan  fraksi  serat  70%, 20%,  50%,  30%,  60%  dan  40%  masing- masing sebesar 184,35%, 165,81%, 165,10%, 161,65%, 144,09% dan 136,10%.
3.  Penambahan berat pada spesimen bertambah secara acak atau tidak tergantung dari fraksi serat yang digunakan. Persentase penyerapan  air  dari  komposit  dipengaruhi oleh  pengembangan polyurethane saat dibentuk  jadi  spesimen,  karena  semakin mengembang spesimen maka rongga-rongga pada spesimen makin banyak menyerap air.

## DAFTAR PUSTAKA
[1].  Crank, J.,1975, The Mathematics of Diffusion , Clarendon Press, University of Michigan
[2].  Setiabudy,  Rudy.,  2007,  Material  Teknik Listrik, UI-Press, Jakarta
[3].  Sugiman, and Setyawan, P.D., 2013, Surface Treatment of Fly Ash for Improving the Tensile Strength  of  Fly  Ash/Unsaturated  Polyester Composites, Makara Seri Teknologi, 17(3): In Press DOI: 10.7454/mst.v17i3.xxxx.
[4].  Silalahi, R.,Sinuhaji, P., Simbolon, R.T., 2013, Pembuatan  dan  Karakterisasi  Komposit Serat Kulit Jagung - Poliester Dengan Metode Chopped  Strand  Mat,  FMIPA,  Universitas Sumatera Utara.
[5].  Surbakti,  E.J.,  Sinuhaji,  P.,  Simbolon,  T.R., 2013, Pembuatan dan Karakterisasi Komposit Serat  Kulit  Jagung  dengan  Matriks  Epoksi, FMIPA, Universitas Sumatera Utara.
[6].  Wiyono,  T  dan  Supardi,.,  2013,  Kekuatan Tarik  dan  Bending  Komposit  Klobot  Jagung dengan  Perekat  Resin  Polyester,  Teknik Mesin,  Politeknik  Pratama  Mulia  Surakarta dan Akademi Teknologi Warga Surakarta.
[7].  Zainuddin, 1996, Komposit Ijuk Serat Panjang dengan  Resin  Polyester,    Skripsi,  Medan: FMIPA,USU.