Self-Healing GFRPP dan CFRPP dengan Filler Berbasis Limbah Cangkang Baterai Lithium-ion 18650

Muhammad Husni Ali, Ir. Muhammad Akhsin Muflikhun, S.T., MSME., Ph.D.

2025 | Skripsi | TEKNIK MESIN

Material komposit polimer rentan terhadap retak mikro yang menurunkan masa pakainya. Konsep self-healing berbasis panas menawarkan solusi, namun terhambat oleh konduktivitas termal polimer yang rendah. Penelitian ini mengusulkan pemanfaatan limbah cangkang baterai lithium-ion 18650 (SCB) sebagai filler fungsional untuk meningkatkan konduktivitas termal dan efisiensi self-healing pada komposit polipropilena (PP) yang diperkuat serat kaca (GFRPP) dan serat karbon (CFRPP). Komposit diproduksi dengan metode compression molding dan dievaluasi melalui uji lentur tiga titik berulang. Hasilnya menunjukkan penambahan filler SCB secara signifikan meningkatkan performa self-healing. Pada suhu optimal 170°C, komposit GFRPP/SCB mencapai efisiensi penyembuhan puncak 99,84%, sementara CFRPP/SCB mencapai 95,72%. Peningkatan ini dikonfirmasi oleh naiknya nilai konduktivitas termal CFRPP/SCB dan GFRPP/SCB secara signifikan, dari 0,05 W/m.K pada komposit tanpa filler menjadi 0,09 W/m.K pada komposit dengan filler. Pengaruh filler terhadap kekuatan lentur awal terbukti tidak mempengaruhi secara signifikan pada CFRPP, kekuatannya hampir tidak berubah, 65,98 MPa dengan filler dan 65,21 MPa tanpa filler. Kemudian pada GFRPP terjadi penurunan minor sebesar 4,7%, dimana nilainya 46,01 MPa dengan filler dan 48,27 MPa tanpa filler. Analisis SEM secara visual memvalidasi mekanisme penyembuhan pada antarmuka filler-matriks. Penelitian ini membuktikan bahwa pemanfaatan limbah cangkang baterai sebagai filler konduktif adalah strategi yang efektif dan berkelanjutan untuk mengembangkan komposit termoplastik cerdas tanpa mengorbankan sifat mekanik awalnya secara drastis.

Polymer composite materials are susceptible to microcracks that reduce their service life. The concept of heat-based self-healing offers a solution, but it is hindered by the low thermal conductivity of polymers. This research proposes the utilization of waste shell casings from 18650 lithium-ion batteries (SCB) as a functional filler to enhance the thermal conductivity and self-healing efficiency of polypropylene (PP) matrix composites reinforced with glass fiber (GFRPP) and carbon fiber (CFRPP). The composites were produced using the compression molding method and evaluated through repeated three-point bending tests. The results show that the addition of SCB filler significantly improves self-healing performance. At the optimal temperature of 170°C, the GFRPP/SCB composite achieved a peak healing efficiency of 99.84%, while the CFRPP/SCB composite reached 95.72%. This improvement was confirmed by a significant increase in the thermal conductivity of the composites, rising from 0.05 W/m.K in the non-filler composites to 0.09 W/m.K in the composites with filler. The influence of the filler on the initial flexural strength was found to be insignificant in CFRPP, with its strength remaining almost unchanged at 65.98 MPa with filler and 65.21 MPa without filler. Subsequently, the GFRPP composite experienced a minor decrease of 4.7%, with values of 46.01 MPa with filler and 48.27 MPa without filler. SEM analysis visually validated the healing mechanism at the filler-matrix interface. This research demonstrates that utilizing waste battery shells as a conductive filler is an effective and sustainable strategy for developing smart thermoplastic composites without drastically compromising their initial mechanical properties.

Kata Kunci : Self-Healing, Komposit, Polipropilena, Limbah Cangkang Baterai, Kekuatan Lentur, Konduktivitas Termal.