THE EFFECTS OF COUPLING AGENT AND SURFACE TREATMENT ON MORPHOLOGICAL AND MECHANICAL PROPERTIES OF KENAF FIBER REINFORCED POLYPROPYLENE COMPOSITES

HENNY PRATIWI, Ir. R. Soekrisno, MSME., Ph.D.

2013 | Tesis | S2 Teknik Mesin

Perkembangan produk engineering yang memiliki performa tinggi yang terbuat dari bahan alami meningkat secara luas, dikarenakan adanya isu lingkungan dan pembahruan. Diantara banyak jenis bahan alam berbeda, tanaman kenaf telah lama dieksploitasi. Bagaimanapun, sifat hidrofilik dari serat merupakan tantangan utama dalam penggunaannya jika dipadukan dengan plastik yang dapat menyebabkan sifat kompatibilitas yang kurang baik antara serat dan matriks. Perlakuan kimia dipertimbangkan untuk memodifikasi permukaan dari serat. Pada penelitian ini, serat kenaf diperlakukan dengan variasi konsentrasi NaOH, waktu perendaman, temperatur perendaman, dan temperatur pengeringan. Uji tarik serat tunggal dilakukan untuk mengetahui efek dari perlakuan alkali pada kekuatan tarik serat. Metode Taguchi digunakan untuk mendapatkan parameter optimum yang dapat mempengaruhi kekuatan mekanik serat kenaf. L9 (34) Four-Parameter, Three-Level Orthogonal array digunakan untuk merancang percobaan. Hasil percobaan menunjukkan bahwa perlakuan kimia pada serat telah memodifikasi permukaan dan kekuatan tarik serat. ANOVA menunjukkan bahwa parameter perlakuan alkali yang paling signifikan adalah konsentrasi NaOH, yang menyumbang 54% dari seluruh parameter, diikuti oleh temperatur pengeringan (22%), waktu perendaman dan temperatur perendaman yang masing-masing berkontribusi sebesar 19% dan 6%. Berdasarkan hasil pengujian dapat pula diketahui bahwa perlakuan optimum adalah serat kenaf yang direndam dengan 3% NaOH selama 1 jam pada suhu 33oC dan dikeringkan pada suhu 60oC. Fourier transform infrared spectroscopy analysis juga menunjukkan hasil yang sama. Di sisi lain, hasil pemeriksaan menggunakan scanning electron microscopy menunjukkan bahwa permukaan serat yang direndam dengan NaOH pada suhu 100oC memiliki permukaan yang lebih baik jika dibandingkan dengan perendaman pada suhu 33oC. Adapun komposit dengan fraksi massa 50% telah terbukti memberikan penguatan yang optimum dalam meningkatkan kekuatan tarik lembaran polypropylene. Parameter perlakuan alkali dan kandungan serat optimum kemudian digunakan sebagai parameter dalam memfabrikasi komposit dengan penambahan 2 konsentrasi MAPP berbeda. Efek dari perlakuan alkali dan penambahan MAPP pada sifat mekanik dan daya serap air komposit ditelusuri pada penelitian ini. Pengujian mekanik menunjukkan bahwa kombinasi dari perlakuan alkali yang diikuti penambahan MAPP dapat memperbaiki sifat mekanik komposit polypropylene yang diperkuat serat kenaf acak. Ikatan yang kuat antara serat dan matriks merupakan hasil dari perlakuan alkali dan penambahan coupling agent, 5% polypropylene-graft-maleic anhydride yang menghasilkan adhesi yang baik antara serat dan matriks.

The development of high -performance engineering products made from natural resources is increasing worldwide, due to renewable and environmental issues. Among the many different types of natural resources, kenaf plants have been extensively exploited over the past few years. However, the hydrophilic nature of fiber is the main challenge for the use of natural fiber in plastic which could cause the poor compatibility between fiber and matrix. Chemical treatment is considered to modify the fiber surface properties. In this study, kenaf bast fibers were treated with various concentrations of NaOH with different immersed time, immersed temperature, and dried temperature. The analysis of variance (ANOVA) shows that the most Fiber bundle tensile were performed to evaluate the effect of treatments on the fiber tensile strength. Taguchi Methods are used in order to obtain the optimal parameter which could affect the tensile strength of kenaf fibers. The L9 (34) Four-Parameter, Three-Level Orthogonal array is used to design the experiment. Experimental results reveal that the chemical treatment of fibers has modified the fiber surface and increased the fiber strength. significant alkali parameter is NaOH concentration, which accounts for 54% of the total, followed by drying temperature (22%), the immersed time and immersed temperature only account for 19% and 6% respectively. It is also found that the optimum treatment is kenaf immersed in 3 wt.% NaOH solution for 1 hour at 33oC and dried at 60oC. Fourier transform infrared spectroscopy analysis also shows the same result. On the other hand, the scanning electron microscopy examination reveals that fiber surface immersed in NaOH at 100oC has the better surface than at 33oC. The effects of t A fiber content of 50% wt.% has been proven to provide adequate reinforcement to increase the strength of the polypropylene sheet. The optimum alkali treatment and fiber content then used as parameters for composite manufacturing with the addition of 2 different concentrations of MAPP. hese chemical treatment and addition on the tensile, flexural, impact and water absorption properties of the composites were investigated. Mechanical test results show that alkali treatment followed by MAPP addition significantly improves the mechanical properties of short fibre non-woven kenaf polypropylene composites. The better bonding between fiber and matrix is resulted by the alkali treatment and the use of a coupling agent, 5% polypropylene-graft-maleic anhydride enabled successful fiber–matrix adhesion.

Kata Kunci : kenaf, perlakuan alkali, polypropylene, MAPP, sifat mekanik