Raharjo, Wahyu Purwo (2019) Karakterisasi Komposit bermatrik Low-density Polyethylene yang diperkuat Serat dari Pelepah Salak (Zalacca edulis),. Doctor thesis, Universitas Brawijaya.
Abstract
Serat dapat diekstraksi dari pelepah tanaman salak (Zalacca edulis) dan dapat dimanfaatkan sebagai penguat komposit setelah dilakukan perlakuan. Perlakuan kimia yang umum menggunakan NaOH menimbulkan efek korosif, iritatif dan membahayakan lingkungan. Penelitian ini bertujuan untuk membandingkan pengaruh perlakuan menggunakan NaOH, NaHCO3 dan Ca(OH)2 terhadap sifat kimia, fisik dan mekanik serat salak, mengetahui pengaruh waktu perlakuan kimia menggunakan NaHCO3 dan Ca(OH)2 terhadap sifat kimia, fisik dan mekanik serat salak dan mendapatkan waktu perlakuan yang mendapatkan sifat mekanik yang terbaik serta mengetahui pengaruh fraksi berat serat terhadap sifat fisik dan mekanik komposit LDPE-serat salak dan mendapatkan fraksi berat serat yang terbaik. Investigasi sifat kimia serat dilakukan dengan pemeriksaan komposisi serat dan FTIR. Sifat fisik serat diobservasi dengan uji densitas, pengamatan morfologi serat menggunakan SEM, pemeriksaan XRD, TGA-DTA dan wettability. Sementara itu sifat mekanik serat diamati melalui uji tarik serat tunggal dan pull-out. Sifat mekanik komposit LDPE-serat salak diinspeksi menggunakan uji tarik, bending dan DMA sementara sifat fisik komposit LDPE-serat salak diobservasi dengan pengamatan morfologi patahan komposit menggunakan SEM, pemeriksaan XRD dan TGA-DTA. Dilakukan pula pemodelan dan simulasi sifat mekanik komposit pada fraksi volume 0,14, 0,26, 0,38, 0,50 dan 0,61 Vf (fraksi berat 10, 20, 30, 40 dan 50 %). Pemeriksaan komposisi serat menunjukkan bahwa serat salak mempunyai kadar selulose, hemiselulose dan lignin sebesar berturut-turut 42,54, 34,35, dan 28,01 %. Perlakuan NaOH menaikkan kadar selulose serta menurunkan kadar hemiselulose dan lignin. Hal ini dibuktikan dengan pemeriksaan FTIR, dimana terjadi penghilangan secara parsial gugus-gugus kimia yang terkait dengan hemiselulose dan lignin. Seperti NaOH, perlakuan NaHCO3 juga meningkatkan kadar selulose sementara Ca(OH)2 menurunkannya. Pengamatan morfologi serat menggunakan SEM menunjukkan bahwa terjadi pembersihan dan pengasaran permukaan serat dengan perlakuan NaOH, NaHCO3 dan Ca(OH)2, yang menyebabkan naiknya wettability dan IFSS serat yang diperoleh dari uji pull-out. Pemeriksaan XRD menunjukkan kenaikan nilai CI dan %Cr setelah perlakuan NaOH dan NaHCO3 serta penurunan setelah perlakuan Ca(OH)2, yang terkait dengan kadar selulose, hemiselulose dan lignin. Pemeriksaan TGA-DTA menunjukkan bahwa terjadi peningkatan stabilitas termal serat akibat perlakuan NaOH. Sementara itu terjadi sedikit penurunan stabilitas termal disebabkan perlakuan NaHCO3 dan Ca(OH)2. Uji tarik serat tunggal menunjukkan bahwa perlakuan NaOH, NaHCO3 dan Ca(OH)2 menaikkan kekuatan tarik dan modulus elastisitas serat. Walaupun demikian perlakuan NaHCO3 dan Ca(OH)2 yang terlalu lama menurunkan nilainya. Pengujian tarik dan bending komposit LDPE-serat salak menunjukkan bahwa penambahan serat menaikkan kekuatan dan kekakuan komposit hingga fraksi berat 40%. Hasil uji tarik sesuai dengan pemodelan hingga fraksi volume 0,50 Vf (fraksi berat 40 %). Hal tersebut dibuktikan pula dengan pengamatan morfologi patahan menggunakan SEM. Penambahan serat sedikit menurunkan stabilitas termal komposit, sebagaimana diperlihatkan dalam hasil pengujian TGA-DTA. Penelitian ini menunjukkan bahwa perlakuan NaHCO3 memberikan efek yang hampir sama dengan NaOH baik terhadap sifat kimia, fisik dan mekanik serat salak. Perlakuan Ca(OH)2 walaupun memberikan peningkatan kekuatan tarik dan modulus elastisitas yang signifikan, namun terjadi pengurangan kadar selulose dan derajat kristalinitas. Penambahan serat salak hingga fraksi volume 0,5 vf memberikan kenaikan pada kekuatan dan modulus elastisitas baik tarik dan bending pada komposit LDPE-serat salak. Hal ini sesuai dengan hasil prediksi menggunakan pemodelan Boyer-Bader untuk kekuatan tarik serta Manera, Cox-Krenchel dan Tsai-Pagano untuk modulus elastisitas komposit.
English Abstract
Fibers can be extracted from the zalacca (Zalacca edulis) midribs. They can be utilized as composites reinforcement after treatment. The chemical treatment using NaOH, the most used, cause corrosive, irritative and environmentally harmful effects. The aim of this research is to compare the effect of treatments using NaOH, NaHCO3 and Ca(OH)2 on the chemical, physical and mechanical properties of the zalacca fibers, study the influence the treatment time using NaHCO3 and Ca(OH)2 on the chemical, physical and mechanical properties on the fibers and obtain the treatment time causing the best mechanical properties, and to study the effect of the weight fraction of the fibers on the physical and mechancal properties of the LDPE-zalacca fibers composites and obtain the weight fraction of the fibers causing the best mechaical properties of the composites. The investigation of chemical properties of the fibers was carried out by examining the fibers composition and FTIR. The physical properties were observed by density test, fiber morphological examination using SEM, XRD, TGA-DTA and wettability test. The mechanical properties of the fibers were investigated by single fibers tensile and pull-out test. The mechanical properties of LDPE-zalacca fibers composites were inspected by tensile and bending test, and DMA, meanwhile their physical properties were observed by morphological examination of the fractures using SEM, XRD and TGA-DTA exminations. The modelling and simulation of the composites on volume fractions of 0.14, 0.26, 0.38, 0.50 and 0.61 Vf (10, 20, 30, 40, and 50 wt. %). The examination of the fibers composition shows the zalacca fibers have cellulose, hemicellulose and lignin content of 42.54, 34.35 and 28.01 %, respectively. The NaOH treatment increases the cellulose and decreases the hemicellulose and lignin content. It is proved by FTIR examination, in which there is the partial elimination of the chemical groups related to hemicellulose and lignin. Like NaOH, the NaHCO3 treatment also raises the percentage of cellulose meanwhile the Ca(OH)2 reduces it. The morphological examination of the fibers using SEM indicates that there are cleaning and roughing of the fiber surface by NaOH, NaHCO3 dan Ca(OH)2, causing the increase of fibers wettability and IFSS, obtained by pull-out test. The XRD examination reveals the increase of CI and %Cr values after NaOH dan NaHCO3 and the decrease after Ca(OH)2 treatment, correlated to the cellulose, hemicellulose and lignin content. The TGA-DTA examination shows the increase in the thermal stability of the fibers after the NaOH treatment meanwhile there a little decrease after the NaHCO3 dan Ca(OH)2 treatment. The tensile testing of single fibers indicates the NaOH, NaHCO3 dan Ca(OH)2 treatment increases the fibers tensile strength and elastic modulus. However the longer treatment time decreases them. The tensile and bending testing of LDPE-zalacca fibers indicates that the fibers loading raises the strength and stiffness of the composites up to 40 wt. %. This results is conformed to the modelling up to the volume fraction of 0.50 Vf (40 wt. %). It also is proved by the morphological examination of the fracture using SEM. The addition of fibers slightly decrease the thermal stability of the composites, as indicated by the TGA-DTA. This research indicates that the NaHCO3 treatment cause the nearly the same effect with the NaOH on the chemical, physical and mechanical properties of the zalacca fibers. On the other hand, although the Ca(OH)2 treatment increases the tensile strength and elastic modulus, it decreases the cellulose content and degree of crystallinity. The addition of zalacca fibers up to volume fraction of 0.5 vf increase the strenght and elastic modulus, both tensile and bending, on the LDPE-zalacca fibers composites. It is conformed with the prediction results of the tensile strength of composites by Bowyer-Bader models and the elastic modulus by Manera, Cox-Krenchel and Tsai-Pagano models.
Other obstract
-
| Item Type: | Thesis (Doctor) |
|---|---|
| Identification Number: | DIS/620.197/RAH/k/2019/061903431 |
| Uncontrolled Keywords: | serat salak, komposit, LDPE,-zalacca fibers, composites, LDPE |
| Subjects: | 600 Technology (Applied sciences) > 620 Engineering and allied operations > 620.1 Engineering mechanics and materials > 620.19 Other engineering materials > 620.197 Organic fibrous materials |
| Divisions: | S2/S3 > Doktor Teknik Mesin, Fakultas Teknik |
| Depositing User: | Endang Susworini |
| Date Deposited: | 01 Nov 2021 02:12 |
| Last Modified: | 01 Nov 2021 02:12 |
| URI: | http://repository.ub.ac.id/id/eprint/186236 |
Preview |
Text
Wahyu Purwo Raharjo.pdf Download (13MB) | Preview |
Actions (login required)
 |
View Item |