Analisis Mikrostruktur dan Fatigue Biokomposit Polylactic Acid-Tandan Kosong Kelapa Sawit untuk Bilah Turbin Angin

Abstract

Energi terbarukan berbasis angin membutuhkan material bilah turbin yang ringan, kuat, dan tahan beban siklik. Polylactic Acid (PLA) sebagai biopolimer biodegradable memiliki densitas rendah namun bersifat getas dan memiliki ketahanan fatigue yang terbatas. Penelitian ini bertujuan menganalisis sifat kelelahan (fatigue) dan karakteristik mikrostruktur biokomposit PLA diperkuat serat Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) yang difabrikasi menggunakan metode Fused Deposition Modeling (FDM) sebagai material alternatif bilah turbin angin skala kecil. Serat TKKS dipreparasi melalui alkalisasi NaOH 4% selama 4 jam, dicampurkan dengan matriks PLA pada variasi komposisi 0%, 3%, 6%, dan 9%, diekstrusi menjadi filamen pada suhu 155°C, kemudian dicetak menjadi spesimen sesuai standar ASTM E-466 menggunakan printer 3D FDM. Pengujian fatigue dilakukan menggunakan Rotary Bending Fatigue Testing Machine dengan kondisi fully-reversed (R = −1) pada empat level beban per variasi untuk menghasilkan diagram S-N yang dimodelkan menggunakan persamaan Basquin. Analisis mikrostruktur dilakukan menggunakan Scanning Electron Microscopy (SEM) pada variasi 6% TKKS dan PLA murni. Hasil menunjukkan komposisi 6% TKKS menghasilkan umur fatigue tertinggi dengan peningkatan 142,7% dibandingkan PLA murni pada tegangan 21,96 MPa, dikonfirmasi melalui persamaan Basquin dengan R² = 0,9942. Analisis SEM mengkonfirmasi mekanisme crack bridging dan minimnya inisiasi retak sekunder pada komposisi 6% TKKS sebagai faktor utama peningkatan umur fatigue, berbeda dengan PLA murni. Biokomposit PLA-TKKS komposisi 6% berpotensi sebagai material alternatif berkelanjutan untuk aplikasi bilah turbin angin skala kecil.