Studi Perlakuan Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit dan Pembuatan Komposit Polimer Busa

Bagian latar belakang mengidentifikasi permasalahan utama yaitu pemanfaatan limbah tandan kosong kelapa sawit (TKKS) yang belum optimal. Meskipun komposit yang diperkuat serat dikenal ringan dan kuat, penggunaan blowing agent menjadikan material lebih ringan lagi. Penelitian ini memanfaatkan serat alam dari TKKS sebagai penguat, melihat potensinya yang besar sebagai bahan baku alternatif yang berkelanjutan. Jumlah limbah TKKS yang signifikan, mencapai 1,9 juta ton berat kering per tahun atau setara 4 juta ton berat basah per tahun (Nuryanto, 2000), menunjukkan urgensi pemanfaatannya untuk mengurangi dampak lingkungan dan menciptakan nilai tambah ekonomi. Penelitian sebelumnya terbatas pada penyelidikan polimer busa, sehingga penelitian ini mengeksplorasi respon polimer busa yang diperkuat serat TKKS melalui eksperimen, mencari komposisi terbaik untuk material yang kuat dan ringan. Keunggulan serat alam seperti ketersediaan melimpah, biaya rendah, sifat terbarukan dan terdaur ulang, serta ramah lingkungan, menjadi landasan pemilihan TKKS sebagai bahan penguat komposit.

Tujuan utama penelitian ini adalah untuk mengetahui karakteristik mekanik komposit polimer busa yang diperkuat serat TKKS. Penelitian akan meneliti secara spesifik beberapa sifat mekanik penting, yaitu tegangan lentur, regangan, modulus elastisitas, dan mode kerusakan material. Penelitian ini menggunakan matriks poliuretan yang dibuat dari campuran poliol, isosianat, resin BTQN 157 Ex, dan katalis MEKPO. Proses pengolahan serat TKKS meliputi tahap persiapan, penumbukan, perendaman, pengeringan, penimbangan, dan pencacahan sebelum diintegrasikan ke dalam komposit. Bentuk spesimen uji mengikuti standar ASTM D-790, dengan total 25 spesimen dalam 5 variasi komposisi (masing-masing 5 spesimen). Uji mekanik dilakukan menggunakan metode uji lentur pada mesin uji servo pulser. Hasil yang diharapkan adalah memperoleh data karakteristik mekanik yang komprehensif untuk mendukung pengembangan dan optimasi komposit polimer busa berbahan dasar TKKS.

Tahap awal metodologi penelitian ini berfokus pada pengolahan serat TKKS. Prosesnya dimulai dari persiapan tandan kosong kelapa sawit, kemudian dilakukan penumbukan serat untuk memisahkan serat dari bagian lain tandan. Setelah penumbukan, serat direndam dalam larutan NaOH untuk menghilangkan minyak dan kotoran yang masih menempel. Durasi perendaman dan proses pencucian hingga beberapa kali dijelaskan dalam penelitian. Setelah perendaman, serat dikeringkan dengan cara dijemur di bawah sinar matahari selama 7-10 jam pada suhu sekitar 45-60 derajat Celcius, untuk mengurangi kadar air agar siap diolah selanjutnya. Terakhir, serat yang telah kering di cacah menggunakan mesin pencacah setelah dipotong-potong terlebih dahulu menjadi ukuran kecil (3-6 cm). Proses pencacahan menghasilkan panjang serat sekitar 2-3 cm. Semua tahapan ini bertujuan untuk mendapatkan serat TKKS yang bersih, kering, dan siap digunakan sebagai penguat dalam komposit.

Setelah serat TKKS diolah, langkah selanjutnya adalah pembuatan spesimen uji lentur. Spesimen komposit polimer busa dibuat dengan mencampurkan beberapa bahan penyusun, yaitu poliuretan (polyol dan isocyanate), resin termoset BTQN 157 ex, serat TKKS, dan katalis MEKPO. Persentase komposisi masing-masing bahan divariasikan untuk melihat pengaruhnya terhadap sifat mekanik. Cetakan dilapisi wax untuk mempermudah pelepasan spesimen setelah proses pengerasan. Spesimen dibentuk dengan ukuran dan bentuk persegi panjang yang sesuai dengan standar ASTM D-790. Penelitian ini menghasilkan 25 spesimen uji, dengan 5 variasi komposisi dan masing-masing variasi terdiri dari 5 spesimen. Uji mekanik dilakukan dengan metode uji lentur menggunakan mesin uji servo pulser. Pengujian meliputi pengukuran tegangan lentur maksimum, regangan, dan modulus elastisitas. Data tersebut kemudian dianalisis untuk menentukan mode kerusakan komposit.

Hasil pengujian lentur menunjukkan bahwa komposit polimer busa yang diperkuat serat TKKS memiliki tegangan lentur maksimum (σ maks) sebesar 15,36 MPa, regangan (ε) sebesar 2,45%, dan modulus elastisitas (E) sebesar 45,166 MPa. Nilai-nilai ini didapatkan dari pengujian mekanik menggunakan metode uji lentur pada mesin uji servo pulser. Pengujian dilakukan pada 25 spesimen dengan 5 variasi komposisi, masing-masing dengan 5 replikasi. Data ini menunjukkan potensi komposit sebagai material yang relatif kuat, mengingat nilai tegangan lentur maksimum yang terukur. Namun, perlu diperhatikan bahwa nilai-nilai ini merupakan hasil rata-rata dari pengujian dan dapat bervariasi tergantung pada komposisi material dan proses pembuatannya. Analisa lebih lanjut diperlukan untuk memahami pengaruh variasi komposisi terhadap sifat mekanik komposit.

Mode kerusakan yang diamati pada komposit polimer busa adalah terbentuknya rongga-rongga di dalam material. Pembentukan rongga ini mempengaruhi batas tegangan elastis, tegangan maksimum (σ maks), dan regangan (ε) yang dicapai sebelum patah. Mode kegagalan bervariasi pada setiap variasi komposisi, mengindikasikan bahwa ketidakmerataan dalam proses pencampuran material berpengaruh signifikan terhadap karakteristik material akhir. Rongga-rongga tersebut dapat menurunkan kekuatan dan kekakuan komposit secara keseluruhan. Temuan ini menyoroti pentingnya kontrol kualitas dalam proses pencampuran untuk menghasilkan komposit dengan kualitas yang konsisten dan menghindari pembentukan rongga yang dapat menurunkan kinerja material.

Analisis kerapatan menunjukkan bahwa spesimen dengan komposisi tertentu memiliki kerapatan terkecil (0,96 gr/cm³), menunjukkan material yang lebih ringan. Hubungan antara kerapatan dan konsentrasi NaOH dalam proses perendaman serat TKKS juga dibahas. Hasil pengujian menunjukkan bahwa kerapatan terbesar (1,07 gr/cm³) didapatkan pada spesimen dengan persentase NaOH 1%. Spesimen dengan kerapatan terkecil (0,96 gr/cm³) dianggap paling baik karena lebih ringan namun diharapkan tetap kuat. Pembahasan ini menyoroti pentingnya optimasi komposisi dan proses perlakuan awal serat untuk menghasilkan komposit dengan sifat mekanik yang diinginkan, khususnya dalam hal berat jenis. Penelitian lebih lanjut dapat difokuskan pada optimasi konsentrasi NaOH untuk mendapatkan keseimbangan antara kerapatan dan kekuatan komposit.

Kesimpulan penelitian ini menunjukkan potensi komposit polimer busa yang diperkuat serat TKKS sebagai material ringan dan kuat. Hasil uji lentur menunjukkan nilai tegangan lentur maksimum, regangan, dan modulus elastisitas yang terukur. Namun, perlu diingat bahwa kualitas komposit sangat dipengaruhi oleh proses pembuatannya, khususnya pada tahap pencampuran bahan. Keberhasilan pemanfaatan TKKS sebagai penguat menunjukkan potensi besar limbah industri kelapa sawit dalam menciptakan material komposit yang berkelanjutan dan bernilai ekonomis. Data yang diperoleh memberikan informasi penting untuk pengembangan dan optimasi komposit polimer busa berbahan dasar TKKS di masa mendatang.

Penelitian ini menyimpulkan bahwa mode kegagalan komposit polimer busa berbeda-beda pada setiap variasi komposisi. Hal ini disebabkan oleh ketidakmerataan proses pencampuran yang menghasilkan rongga-rongga di dalam material. Ketidakmerataan ini berpengaruh signifikan terhadap karakteristik material, terutama pada tegangan maksimum, regangan, dan modulus elastisitas. Kesimpulannya, proses pencampuran yang merata sangat krusial untuk menghasilkan komposit polimer busa dengan kualitas dan sifat mekanik yang konsisten. Penelitian lebih lanjut dapat difokuskan pada teknik pencampuran yang lebih efektif untuk meminimalisir pembentukan rongga dan meningkatkan performa material.