Biokomposit yang diperkuat Biofiber

BULETIN TEKSTIL.COM/ Jakarta – Material atau bahan terdiri dari logam, polimer, keramik dan komposit. Masing-masing material mempunyai keunggulan masing-masing. Komposit adalah suatu jenis bahan baru hasil rekayasa yang terdiiri dari dua atau lebih bahan dimana sifat masing-masing bahan berbeda satu sama lainnya baik itu sifat kimia maupun sifat fisikanya. Material komposit dapat didefinisikan sebagai kombinasi dari dua atau lebih bahan yang menghasilkan sifat yang lebih baik daripada sifat bahan penyusunnya.

Matrik dan fiber/filler/penguat adalah bahan pembentuk material komposit dimana fiber sangat berperan dalam memberikan kekuatan dan kekakuan komposit. Namun aspek lain yang menjadi sumber kekuatan komposit didapat dari matrik yang memberikan ketahanan terhadap temperatur tinggi, ketahanan terhadap tegangan geser dan mampu mendistribusikan beban.

Pembagian komposit berdasarkan bahan penguat dapat dijelaskan pada tabel berikut :

Klasifikasi Komposit berdasarkan fiber

Komposit serat adalah komposit yang terdiri dari fiber didalam matriks. Secara alami serat yang panjang mempunyai kekuatan yang lebih dibanding serat yang berbentuk curah (bulk). Bahan pangikat atau penyatu serat dalam material komposit disebut matriks. Matriks secara ideal seharusnya berfungsi sebagai penyelubung serat dari kerusakan antar serat berupa abrasi, pelindung terhadap lingkungan (serangan zat kimia, kelembaban), pendukung dan menginfiltrasi serat, transfer beban antar serat, dan perekat serta tetap stabil secara fisika dan kimia setelah proses manufaktur. Matriks dapat berbentuk polimer, logam, karbon, maupun keramik.

Komposit matrik logam yaitu komposit yang menggunakan matrik logam pada umumnya ditemukan berkembang pada industri otomotif. Bahan ini menggunakan suatu logam seperti aluminium sebagai matrik dan penguatnya dengan serat seperti silicon karbida. Aplikasi dari komposit matrik logam ini yaitu sebagai komponen otomotif, peratan elektronik, peralatan militer dan aircraft (rak listrik pada pesawat terbang).

Komposit matrik keramik digunakan pada lingkungan bertemperatur sangat tinggi. Bahan ini menggunakan keramik sebagai matrik dan dapat diperkuat dengan serat pendek atau serabut dimana terbuat dari silicon karbida atau boron nitride. Penguat yang umum digunakan ialah  oksida, carbide dan nitrid sedangkan matrik yang sering digunkan ialah gelas anorganik, keramik gelas, alumina dan silicon nitride. Aplikasi dari komposit matrik keramik banyak digunakan pada chemical processing (filter, membrane), power generator (nozzles, heat exchange tubes), dll.

Komposit matrik polimer menggunakan polimer sebagai matriknya. Sifat komposit ini ditentukan oleh sifat penguat, sifat polimer, rasio penguat terhadap polimer dalam komposit, geometri dan orientasi penguat pada komposit. Komposit matrik polimer dapat di aplikasikan seperti pada Matrik berbasis polyester dengan serat gelas (panel pintu kendaraan, lemari perkantoran dan peralatan elektronika) dll.

Material biokomposit

Biokomposit

Biokomposit dibentuk oleh Biofiber, seperti serat lignoselulosa dan serat hewan digunakan untuk memperkuat matriks polimer. Berbagai jenis serat alami seperti rami, sisal, sutra, wol dan berbagai serat lainnya digunakan sebagai penguat matriks polimer untuk meningkatkan sifat mekanik komposit. Kekuatan mekanik komposit yang diperkuat serat tergantung pada jenis serat dan orientasi (searah, acak, serat pendek, serat panjang, tenunan) dari serat yang digunakan dalam matriks. Banyak penelitian melaporkan bahwa kinerja komposit dipengaruhi oleh faktor-faktor seperti jenis matriks, bahan pengisi, dan penguat.

Karena sifat hidrofilik dari biofiber dan sifat hidrofobik dari matriks, penting untuk memodifikasi permukaan serat dengan perlakuan kimia untuk meningkatkan adhesi antara serat dan matriks. Dengan perlakuan kimiawi, sifat hidrofilik serat tumbuhan berkurang dengan memecah gugus hidroksil dan karbonil pada permukaan serat. Berbagai penelitian melaporkan bahwa biofiber dapat digunakan sebagai penguat dalam berbagai matriks seperti polipropilena, polistirena, epoksi, poliester, asam polilaktat, dll. Sangat penting untuk mengembangkan biokomposit dengan teknik pemrosesan yang sesuai untuk mencapai sifat fisik, mekanik dan termal yang unggul.

Sifat Biokomposit

Sifat-sifat biokomposit dapat ditingkatkan dengan menggunakan bahan pengisi sebagai penguat. Penguatan dapat mempengaruhi berbagai sifat komposit seperti kekuatan mekanik, sifat termal, dan konduktivitas listrik. Beberapa penelitian melaporkan penggunaan biofiller seperti bio-flour, filler lignoselulosa, cangkang kerang, bubuk cangkang telur, tepung kayu, dll, meningkatkan kinerja mekanik dan termal komposit. Kinerja dan sifat komposit dipengaruhi oleh berbagai kondisi seperti jenis bahan pengisi, ukuran, jumlah, distribusi, morfologi permukaan bahan pengisi, perlakuan kimia dan interaksi matriks dengan bahan pengisi. Pengisi yang berbeda memiliki sifat fisik yang berbeda seperti ukuran, kepadatan dan porositas. Pengisi lignoselulosa dianggap sebagai pengisi konvensional karena mudah tersedia dan ketika diperkuat dalam polimer, ini meningkatkan sifat mekanik komposit dengan meningkatkan interaksi dengan matriks.

Kajian biofiller pada biokomposit sangat terbatas. Nanofiller memainkan peran penting dalam mengatur sifat reologi dan densitas biokomposit. Sebagai tren yang muncul, studi saat ini berfokus pada komposit berbasis nanofiller dan banyak digunakan dalam implan medis, bahan pengemasan tetapi pada tahap awal. Di masa depan, sangat penting untuk mengembangkan penggunaan nanofiller secara berkelanjutan dalam biokomposit.

Sifat mekanik biokomposit sangat tergantung pada faktor-faktor seperti laju deformasi dan suhu. Kondisi ini sangat ditentukan oleh jenis polimer, kristalinitas, berat molekul, morfologi, komposisi kimia, ikatan silang, plastisisasi, kopolimerisasi, orientasi molekul, konsentrasi dan jenis penguatan. Kekuatan tarik komposit dipengaruhi juga oleh lingkungan pemrosesan, orientasi dan polimer. Ada beragam sifat mekanik yang melibatkan kekuatan tarik, modulus tarik, kekuatan lentur, modulus lentur, kekuatan luluh, modulus luluh, kekuatan tekan, kekuatan impak, kekerasan, laju perpanjangan, modulus penyimpanan, modulus kerugian, mulur, analisis mikromekanis dll. Penelitian telah menunjukkan bahwa perlakuan kimia serat alami meningkatkan kekuatan tarik komposit dengan mengurangi sifat hidrofilik dan dengan demikian meningkatkan interaksi serat matriks.

Beberapa penelitian melaporkan peningkatan yang signifikan dalam kekuatan lentur, kekuatan geser interlaminar dan kekerasan dengan menggabungkan serat alami dalam matriks polimer yang berbeda. Sifat mekanik ini juga dipengaruhi oleh penambahan nanofiber dan nanomaterial ke biopolymer. Biokompatibilitas dari biopolimer yang diperkuat biofiller lebih penting dalam aplikasi biomedis tetapi baru sedikit penelitian di bidang bioimplant ini. Sangat penting untuk mengembangkan bioimplant yang biokompatibel di masa depan sehingga mampu membantu pasien menghindari operasi tambahan untuk pengangkatan implan. Analisis mekanik dinamis digunakan untuk mengukur Heat Deflection Temperature (HDT) komposit, menggunakan DMA Q800, TA Instruments Inc. Pengujian dilakukan sesuai ASTM D648, ASTM D5023-15.

Analisis termogravimetri dari komposit polimer yang diperkuat biofiber tergantung pada stabilitas termal bahan pengisi. Umumnya, untuk komposit yang diperkuat serat, stabilitas termal dapat berkurang akibat degradasi serat alami.

Tribologi adalah ilmu yang mempelajari gesekan dan keausan dua permukaan yang berhubungan Sangat penting untuk mempelajari sifat tribologi komposit yang diperkuat serat alam karena kemajuan dalam inovasi dan aplikasi. Pengujian yang umum digunakan ialah prosedur uji “pinon disc”, pengujian ini termasuk keausan geser dimana area kontak konstan. Penelitian telah menunjukkan bahwa kinerja gesekan dan keausan komposit dapat ditingkatkan dengan penggabungan serat alami. Ada metode pengujian lain seperti “Roda karet pasir kering”, tes dilakukan sesuai dengan ASTM G65. Tes ini digunakan untuk mempelajari kinerja keausan benang ban, roller, bushing dan bantalan.

Ketika biokomposit digunakan dalam bahan bangunan dan aplikasi insulasi termal, ada kemungkinan kecelakaan kebakaran. Ketahanan api adalah tes penting untuk biokomposit sebagai evaluasi sifat mudah terbakar dan retardasi terhadap api. Para peneliti saat ini berfokus untuk menggabungkan penghambat api dalam biokomposit yang akan memiliki kinerja lebih baik dan dampak bahaya nol pada makhluk hidup setelah dibuang. Uji ketahanan api untuk komposit serat alam dilakukan dengan menggunakan uji pembakar Bunsen vertikal, sesuai dengan Federal Aviation Regulation (FAR). Nyala api gas metana dengan standar tinggi 38 mm di atas pembakar ditempatkan pada pusat spesimen selama 12 detik. Hasil pengujian menunjukkan waktu nyala tetes, waktu nyala total, dan panjang bakar. Uji api vertikal dan horizontal juga digunakan untuk mengukur ketahanan api. Pengujian dilakukan menurut standar UL-94 vertikal dan UL-94 horizontal menurut DIN EN 60695-11-10. Lima dan tiga sampel masing-masing diuji untuk UL-94 V dan UL-94 HB.

Hasilnya digunakan untuk mempelajari tingkat penyulutan dan penyebaran nyala api. Secara umum, serat alami terbakar dalam nyala api dan karenanya tahan api harus digunakan untuk meningkatkan sifat mudah terbakar. Penelitian terbaru tentang retardasi nyala komposit bio berbasis pati termoplastik menyatakan bahwa penambahan amonium polifosfat (APP) memastikan retardasi nyala yang lebih baik. Biokomposit yang terbuat dari gluten sangat rentan terhadap nyala api. Diamati ada berbagai agen penghambat api, tetapi sangat penting untuk mengidentifikasi penghambat api baru yang kompatibel dengan biomaterial tanpa menghalangi sifat mekanik.

Sifat morfologi biokomposit seperti morfologi distribusi partikel, rongga, jenis ikatan, penguat dalam matriks, dll., Mudah dipelajari dengan menggunakan gambar mikroskopis yang diambil dari (Scanning electron mikroskop) SEM, (Field emission scanning electron mikroskop) FESEM , (Transmission electron microscope) TEM, (Atomic force microscope) AFM, (Polarized optical micrsopcope) POM, dll. Gambar diambil pada faktor perbesaran berbeda yang memungkinkan pemahaman tentang tekstur permukaan, dan distribusi partikel.

(Red B-Teks/Agung)

Bersambung di edisi 30 Manfaat dan aplikasi biokomposit

Views: 51