Experimental Study of Acoustic and Morphological Characteristics of Oil Palm Frond Reinforced Composite

Khem, Samrith (2021) Experimental Study of Acoustic and Morphological Characteristics of Oil Palm Frond Reinforced Composite. Masters thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 02111950087004-Master_Thesis.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 1 October 2023. Download (10MB) | Request a copy

Abstract

Polusi Kebisingan merupakan salah satu ancaman serius di banyak negara, yang mempengaruhi kualitas pendengaran, gangguan emosional, dan perilaku hidup individu. Insulasi suara atau peredam suara dapat diterapkan di area yang terkena dampak untuk mengontrol kebisingan suara. Ada banyak jenis panel akustik suara yang tersedia di pasaran. Umumnya terbuat dari bahan sintesis, namun memberikan pengaruh buruk terhadap kesehatan manusia. Dalam Dekade terakhir, banyak peneliti menyelidiki bahan limbah alam untuk menggantikan panel akustik suara yang terbuat dari sintesis. Pasalnya, serat alam memiliki banyak keunggulan dibandingkan serat penguat konvensional. Serat alami adalah bahan yang sepenuhnya biodegradable, tidak beracun, dan ringan dengan sifat spesifik yang tinggi menjadikannya bahan yang menarik untuk dipertimbangkan untuk akustik. Pelepah kelapa sawit merupakan salah satu sumber serat alam yang melimpah ketersediaannya. Pelepah kelapa sawit (Oil Palm Frond) di Indonesia diperkirakan mencapai 124.032.861-ton pada tahun 2015. Potensi limbah yang demikian tinggi ini harus dimanfaatkan agar menjadi produk yang ekonomis.
Penelitian ini bertujuan untuk membuat komposit berpenguat pelepah kelapa sawit, mengkarakterisasi kinerja akustik, dan mengamati pengaruh perlakuan alkali pada permukaan serat. Tiga parameter dirumuskan untuk mengkarakterisasi kemampuan komposit pelepah kelapa sawit, yaitu perlakuan kimia, ukuran partikel, dan densitas. Parameter perlakuan kimia mengacu pada partikel dengan dan tanpa perlakuan alkali. Tiga jenis ukuran partikel digunakan yaitu partikel halus, partikel sedang, dan partikel kasar. Kerapatan komposit ditentukan menjadi empat, yaitu 0,3, 0,4, 0,5, dan 0,6 g/cm3. Komposit dibuat dari limbah Pelepah kelapa sawit sebagai penguat dan resin urea-formaldehida (UF) sebagai matriks. Fraksi berat matriks adalah 10% dari berat kering udara partikel. Proses pembuatannya dilakukan dalam enam langkah: menghilangkan bilah daun dari Pelepah kelapa sawit, memotong hingga ketebalan 10mm, mencacah ke dalam partikel, mencampurkan partikel dengan resin, pra-pengepresan, dan pengepresan panas. Pada proses hot-pressing diatur tekanan 9 ton pada suhu 140oC selama 5 menit. Koefisien Penyerapan Suara (SAC) diuji dengan tabung impedansi dua mikrofon mengikuti ASTM E1050. Koefisien Pengurangan Kebisingan (NRC) dihitung untuk dua puluh empat sampel berdasarkan empat pita oktaf yang berbeda (250, 500, 1000, dan 2000 Hz). Rugi Transmisi Suara (STL) dilakukan oleh tabung impedansi empat mikrofon menurut ASTM E-2611. Pengukuran Sound Transmission Class (STC) sesuai dengan ASTM E 413. Morfologi permukaan partikel ditentukan oleh Scanning Electronic Microscopy (SEM) yang beroperasi pada tegangan 3 kV.
Telah berhasil dibuat sebanyak 24 sampel uji. Data juga diperoleh dari eksperimen akustik. Kami mengamati bahwa serat yang beri perlakuan alkali memiliki permukaan yang kasar karena non-selulosa, hemiselulosa, pengotor, lignin, lilin, dan minyak telah dihilangkan dari permukaan. Permukaan serat yang kasar akibat perlakuan menyebabkan peningkatan luas permukaan gesekan sehingga membuat insiden energi suara berubah lebih cepat menjadi energi panas, sehingga meningkatkan kemampuan SAC. SAC mencapai 0,95 partikel sedang dan kasar dengan kerapatan 0,3 dan 0,4 g/cm3. Partikel halus menunjukkan pori-pori SAC karena membuat permukaan komposit menjadi lebih halus, mengisi ruang kosong, dan menutup pori- pori di dalam komposit. Nilai SAC rendah karena serat menjadi padat karena kerapatan yang meningkat. Artinya SAC meningkat ketika densitas berkurang, aliran udara lebih besar secara bergolak, yang menutup jalur suara (Tortuositas). Hampir sebagian besar sampel yang diberi perlakuan alkali memiliki SAC yang lebih baik dibandingkan dengan komposit yang tidak diberi perlakuan. NRC komposit pelepah kelapa sawit dalam penelitian ini tidak lebih baik dari 0,3. Namun, STL menunjukkan kebalikan dari SAC yaitu 62dB dan diperoleh dari komposit partikel halus tanpa perlakuan. STL lebih baik karena komposit menjadi padat. Perlakuan alkali membuat STL komposit kasar turun secara signifikan dibandingkan dengan komposit partikel sedang dan kasar tanpa perlakuan. STC tertinggi yaitu 61 dB, diperoleh dari komposit OPF.
======================================================================================================
The quality of hearing, disturbing emotion, individual behavior, and life could be caused and affected by Noise pollution, one of the significant threats in many countries. Sound insulation or sound barriers are applied in affected areas to treat and control the noise of sound. There are many types of sound-acoustic panels available on the market. Most of them were made from synthesis material, which also influent human health. Last decade, many researchers investigated natural waste material to replace sound acoustic panels made from synthesis. The reason is that natural fiber has many advantageous properties as compared to conventional reinforcing fiber. The natural fiber is a fully biodegradable, non-toxic material, and lightweight with high specific properties make it an attractive material considered for acoustic. The OPF in Indonesia was estimated at 124,032,861 tons in 2015. Such as a high waste resource must be investigated to become economical production.
This study aims to manufacture oil palm frond reinforce composite, characterize the acoustic performance, and observe the influence of alkali-treated on the fiber surface. Three parameters were formulated to characterize the ability of the oil palm frond composite, namely chemical treatment, particle size, and density. The chemical treatment parameter referred to the particle with and without alkali-treated. Three levels of particle size were identified by fine-particle, medium-particle, and coarse-particle. The composite density was separated into four different, namely, 0.3, 0.4, 0.5, and 0.6 g/cm3. The OPF composites were fabricated from a waste OPF as a reinforcement and urea-formaldehyde (UF) resin as a matrix. The fraction of matrix weight was 10%. The manufacturing process was in six steps: eliminating the leaf blade from the OPF, chipping the OPF to 10mm in thickness, grounding the OPF into the particle, blending particle with resin, pre-pressing, and hot-pressing. In the hot-pressing process were set up in pressure 9 ton at 140 oC for 5 minutes. The Sound Absorption coefficient (SAC) was tested by a two-microphone impedance tube following ASTM E1050. The Noise Reduction Coefficient (NRC) was calculated for twenty-four samples based on four different octave bands (250, 500, 1000, and 2000 Hz). The Sound Transmission Class (STL) was conducted by a four-microphone impedance tube according to ASTM E-2611. The measurements of Sound Transmission Class (STC) were according to ASTM E 413. The morphology of the surface of the particle was determined by a Scanning Electronic Microscopy (SEM) operating at 3 kV acceleration voltage.
The 24 samples were successfully fabricated. The data was also obtained from the acoustic experiment. We observed that the treated fiber tuned to a rough surface because the non-cellulose, hemicelluloses, impurity, lignin, wax, and oils were removed from the surface. The rough surface of treated fiber cause increasing frictional surface area makes sound energy incidence dissipated more rapidly to the thermal energy, thereby improving the SAC ability. The SAC reached 0.95 of medium and coarse particles with a density of 0.3 and 0.4 g/cm3. The fine particle showed the pore of SAC because it made the composite a smoother surface, filled the empty space, and blocked the pore inside the composite. The SAC worsens as the fiber becomes dense due to the greater density. It means that the SAC was improved when the density was reduced, the greater airflow restively, which closes the sound path (Tortuosity). Almost of samples, the alkali-treated were provided the better SAC compared to untreated composite. The NRC of OPF composite in this study was no better than 0.3. However, The STL indicated the contrast from SAC. Because the maximum of STL, 62dB, was obtained from fine particle, untreated composite. The STL was more excellent as the composite becomes dense. The alkali-treated made the STL coarse composite significantly drop compared to untreated medium and coarse particle composite. The high of STC, 61 dB, was obtained from the OPF composite.

Item Type:	Thesis (Masters)
Uncontrolled Keywords:	Alkali Treatment, Composite Reinforced, Oil Palm Frond, Noice Reduction Coefficient, SEM, Sound Absorption Coefficient, Sound Transmission Class, Sound Transmission Loss, Waste of Natural Fiber, Perlakuan Alkali, Penguatan Komposit, Pelepah Kelapa Sawit, Koefisien Pengurangan Kebisingan, SEM, Koefisien Penyerapan Suara, Kelas Transmisi Suara, Rugi Transmisi Suara, Limbah Serat Alam.
Subjects:	Q Science > QC Physics > QC221 Acoustics. Sound T Technology > TA Engineering (General). Civil engineering (General) > TA418.16 Materials--Testing. T Technology > TL Motor vehicles. Aeronautics. Astronautics > TL240.5 Composite materials
Divisions:	Faculty of Industrial Technology and Systems Engineering (INDSYS) > Mechanical Engineering > 21101-(S2) Master Thesis
Depositing User:	Samrith Khem
Date Deposited:	04 Aug 2021 08:55
Last Modified:	04 Aug 2021 08:55
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/84841

Actions (login required)

View Item