Biokomposit Berbasis PLA dan Serat Ampas Tebu: Studi Kekuatan Impak dan Struktur Mikro

Abstract

Saat ini, penerapan material komposit semakin beragam. Hal ini menunjukkan bahwa telah banyak penelitian yang dilakukan mengenai pemanfaatan serat alam sebagai bahan campuran pada material komposit. Kombinasi matriks dan serat alam disebut biokomposit. Namun penggunaan serat alam masih menimbulkan permasalahan karena komponen serat seperti hemiselulosa, lignin, dan pengotor masih ada. Kehadiran beberapa zat ini membuat biokomposit tidak memiliki kekuatan mekanik yang optimal. Alternatif untuk meningkatkan kekuatan mekanik adalah dengan mengolah serat dengan perlakuan kimia untuk menghilangkan kotoran dan meningkatkan kandungan selulosa. Proses ini disebut alkalisasi dan melibatkan perendaman serat dalam larutan NaOH selama waktu dan konsentrasi tertentu. Penelitian ini dilakukan melalui beberapa tahap, meliputi proses pembuatan, pengujian impak, dan pengamatan struktur mikro. Bahan yang digunakan adalah serat ampas tebu dan matriks PLA (Polylactic acid). Sebelum proses pembuatan, ampas tebu dijemur di bawah terik matahari selama 14 hari hingga benar-benar kering. Kemudian ampas tebu disortir untuk diambil seratnya, kemudian serat ampas tebu tersebut dihaluskan dengan blender. Ayak ampas tebu yang telah digiling halus melalui saringan berukuran 80 mesh. Selanjutnya ampas tebu direndam dalam larutan NaOH 4 wt%, 6 wt%, dan 8 wt% pada suhu kamar selama 4 jam untuk melakukan perlakuan alkalisasi. Serat yang telah dialkalisasi kemudian dibilas hingga pH 7 dan kemudian dikeringkan dalam oven pada suhu 60 °C. Proses pembuatan biokomposit diawali dengan penimbangan matriks PLA dan serat tebu dengan komposisi 98:2 % per meter volume filamen. Sebelumnya, parameter ekstruder diatur untuk menyesuaikan dengan suhu PLA yang diekstrusi. Campuran tersebut kemudian dimasukkan ke dalam ekstruder untuk proses pembuatan filamen 3D Printing. Proses penarikan dilakukan secara perlahan hingga diperoleh filamen yang seragam. Filamen yang sudah jadi dimasukkan ke dalam mesin 3D Printing dengan parameter yang diatur sesuai dengan file (.gcode) ASTM E23-12c. Uji impak dan pengamatan struktur mikro dilakukan untuk mengetahui sifat mekanik dan struktur mikro patahan biokomposit PLA/partikel serat tebu. Berdasarkan uji impak yang dilakukan terhadap biokomposit PLA yang berpenguat partikel serat tebu, diperoleh hasil bahwa kekuatan impaknya meningkat pada setiap variasi. Kekuatan tertinggi terdapat pada variasi perlakuan alkalisasi dengan konsentrasi NaOH 6% sebesar 45,03 kJ/m2. Nilai tertinggi disebabkan oleh perlakuan alkalisasi serat tebu, yang meningkatkan ikatan antarmuka antara matriks PLA dan partikel serat tebu. Selain itu, proses fabrikasi biokomposit dengan menggunakan metode 3D Printing, memungkinkan dispersi partikel yang seragam atau merata. Hal ini ditunjukkan dengan pengamatan struktur mikro patahan biokomposit dengan Digital Microscope.