PEMANFAATAN SERAT ABAKA UNTUK APLIKASI BAHAN KOMPOSIT PENYERAP AKUSTIK

Indrawati, Susilo (2024) PEMANFAATAN SERAT ABAKA UNTUK APLIKASI BAHAN KOMPOSIT PENYERAP AKUSTIK. Doctoral thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 7001202002-Dissertation.pdf Download (6MB)

Abstract

Serat abaka telah menjadi fokus penelitian khusus karena karakteristiknya yang menarik, terutama karena sifat mekaniknya yang tinggi. Mengingat serat abaka merupakan serat alam, serat ini dilakukan perlakuan alkalisasi dan asam hidrolisis. Efek dari perlakuan ini mampu menurunkan kandungan lignin 53%. Penurunan ini menunjukkan bahwa serat menjadi lebih kristalin, terlihat dari peningkatan kekuatan tarik dan modulus Young serat tunggal menjadi dua kali lipat. Hasil karakterisasi dengan analisa BET (Brunauer Emmett Teller) menunjukkan bahwa ukuran pori terjadi peningkatan rata-rata 30 nm menjadi sekitar 50 nm, sedangkan luas permukaannya terjadi peningkatan dua kali lipat menjadi sekitar 28 m²/g, hal ini juga terlihat dari segi morfologi serat yang tampak lebih kasar dan lebih seragam. Oleh karena itu, serat ini cocok sebagai penguat pada bahan komposit. Berdasarkan sifat akustiknya, serat abaka menunjukkan koefisien serapan = 0,9 pada frekuensi di atas 2500 Hz.
Serat yang telah diberi perlakuan selanjutnya dibuat menjadi bahan komposit dengan variasi perbandingan fraksi volume antara matriks dan serat, yaitu 20:80, 30:70 dan 40:60, serta variasi ketebalan 10 mm, 20 mm dan 30 mm. Hasil penelitian menunjukkan bahwa pada ketebalan 10 mm, kemampuan penyerapan energi suara optimal berada pada rentang 2500–5000 Hz. Peningkatan ketebalan komposit tidak hanya meningkatkan kemampuan menyerap suara, tetapi juga menyebabkan pergeseran puncak absorpsi maksimum ke frekuensi yang lebih rendah. Komposit dengan fraksi volume epoksi dan serat 20:80 serta ketebalan 30 mm menunjukkan nilai koefisien absorpsi yang optimal, yaitu 0,72 pada frekuensi 500 Hz, 0,98 pada frekuensi 1000 Hz, 0,73 pada frekuensi 2000 Hz dan 0,96 pada frekuensi 5000 Hz. Komposit ini memiliki kemampuan mengisolasi panas yang rendah (0,078 W/mK) dan kemampuan mekanik yang juga rendah (kekuatan tarik 2,15 Mpa). Diantara variasi komposit yang dibuat, fraksi volume antara epoksi dan serat (30:70) dengan tebal 30 mm menunjukkan kemampuan menyerap energi yang juga tinggi, dengan nilai koefisien absorpsi (0,6 pada frekuensi 500 Hz, 0,95 pada 1000 Hz, dan 0,9 pada frekuensi 5000 Hz). Selain itu, komposit ini juga memiliki kekuatan tarik yang cukup tinggi 3,94 Mpa serta konduktivitas termal yang rendah 0,104 W/mK. Dengan karakteristik tersebut, komposit ini dapat diaplikasikan sebagai peredam kebisingan dan perbaikan akustik bangunan.
===============================================================================================================================
Abaca fibers have been the focus of special research due to their attractive characteristics, mainly due to their high mechanical properties. Considering that abaca fiber is a natural fiber, it was treated with alkalization and acid hydrolysis. These treatments effectively reduced the lignin content by 53%. This reduction indicates an increase in the fiber’s crystallinity, which is evidenced by the doubling of both the tensile strength and the Young’s modulus of the single fibers. The characteization results from BET (Brunauer Emmett Teller) analysis showed that the pore size increased from an average of 30 nm to approximately 50 nm, while the surface area doubled to around 28 m²/g. This was also evident from the fiber morphology, which appeared rougher and more uniform. In terms of acoustic properties, abaca fibers demonstrated an optimal absorption coefficient of α = 0.9 at frquencies above 2500 Hz. The treated fibers were subsequently processed into composite materials with varying volume fraction ratios between the matrix and fibers, namely 20:80, 30:70, and 40:60, as well as varying thicknesses of 10 mm, 20 mm, and 30 mm. The research results indicated that at a thickness of 10 mm, the optimal sound energy absorption occurred within the frequency range of 2500–5000 Hz. Increasing the composite thickness not only enhanced sound absorption capabilities but also caused a shift in the peak absorption towards lower frequencies. The composite with a 20:80 epoxy-to-fiber volume fraction and a thickness of 30 mm exhibited optimal absorption coefficients, with values of 0.72 at 500 Hz, 0.98 at 1000 Hz, 0.73 at 2000 Hz, and 0.96 at 5000 Hz. This composite demonstrated low thermal insulation capability (0.078 W/mK) and also low mechanical strength (tensile strength of 2.15 MPa). Among the composite variations produced, the 30:70 epoxy-to-fiber volume fraction with a thickness of 30 mm showed high sound energy absorption, with absorption coefficients of 0.6 at 500 Hz, 0.95 at 1000 Hz, and 0.9 at 5000 Hz. Furthermore, this composite also exhibited relatively high tensile strength (3.94 MPa) and low thermal conductivity (0.104 W/mK). With these characteristics, this composite can be applied as a noise reducer and for acoustic improvement in buildings.

Item Type:	Thesis (Doctoral)
Uncontrolled Keywords:	Abaca fiber, alkalization, Acid hydrolysis, acoustic characteristics, mechanical property, thermal conductivity,Serat abaka, Alkalisasi, Hidrolisis asam, sifat akustik, sifat mekanik, konduktivitas termal.
Subjects:	Q Science > QC Physics > QC173.4.C63 Composite materials Q Science > QC Physics > QC221 Acoustics. Sound
Divisions:	Faculty of Science and Data Analytics (SCIENTICS) > Physics > 45001-(S3) PhD Thesis
Depositing User:	Susilo Indrawati
Date Deposited:	01 Feb 2025 06:33
Last Modified:	01 Feb 2025 06:33
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/117410

Actions (login required)

View Item