Rekayasa Material Peredam Getaran Jenis Viskoelastik dari Komposit Partikulat - Kompon Karet Alam

Abstract

Penggunaan carbon black untuk pembuatan produk karet ramah lingkungan semakin dikurangi dan bahkan dihindari dalam rangka mengurangi emisi CO2. Hal ini sejalan dengan tuntutan penggunaan bahan kimia ramah lingkungan dan berkelanjutan pada industri barang jadi karet yang semakin kuat. Penelitian biokarbon dari bahan baku biomassa sebagai bahan pensubstitusi carbon black semakin menarik dilakukan untuk mengatasi permasalahan lingkungan tersebut. Beberapa sifat penting sebagai material peredam getaran yang baik dapat ditunjukkan dengan nilai yang sesuai dengan persyaratan produk peredam getaran, seperti: sifat peredaman getaran, dinamik, mekanik, dan ketahanan terhadap panas. Karet alam (NR) tergolong sebagai material karet yang memiliki kapasitas peredam getaran yang rendah dibandingkan dengan karet sintetis. NR perlu dilakukan rekayasa bahan sehingga dapat diaplikasikan sebagai material peredam getaran jenis viskoelastik. Penelitian rekayasa NR sebagai material peredam getaran jenis viskoelastik dapat dilakukan melalui rekayasa kerapatan tautan silang pada matriks NR dan rekayasa peningkatan sifat kekakuan pada komposit NR. Peningkatan sifat kekakuan komposit karet dapat dilakukan dengan penambahan filler. Oleh karena itu, biokarbon berbasis biomassa memiliki potensi yang besar dapat diaplikasikan sebagai filler karet untuk mensubstitusi carbon black komersial berbasis minyak bumi, khususnya sebagai filler komposit karet untuk pembuatan produk peredam getaran ramah lingkungan. Berdasarkan latar belakang dan rumusan masalah, tujuan penelitian ini adalah (1) menetapkan pengaruh rasio sulfur terhadap bahan pemercepat 2-2’- dithiobenzothiazole (MBTS) terhadap karakteristik kematangan kompon karet, jenis dan jumlah kerapatan tautan silang sulfida, sifat mekanik, elastis, dinamik, peredaman getaran, suhu transisi kaca (Tg), ketahanan panas, dan kestabilan termal pada vulkanisat NR, (2) menetapkan pembuatan dan karakterisktik kimia, fisika, gugus fungsional aktif pada permukaan, dan morfologi permukaan filler biokarbon dari bahan pati singkong dan kayu asem, (3) menetapkan pengaruh filler biokarbon dari bahan pati singkong dan kayu asem terhadap karakteristik komposit NR sebagai material peredam getaran jenis viskoelastik yang ramah lingkungan. Rekayasa matriks NR dilakukan melalui perubahan struktur rantai molekul NR dengan pengaturan rasio bahan sulfur terhadap bahan pemercepat MBTS. Pengaturan rasio ini dapat mempengaruhi jenis dan jumlah kerapatan tautan silang sulfida yang terbentuk pada vulkanisat NR. Pengaturan rasio sulfur terhadap bahan pemercepat dilakukan untuk meningkatkan sifat kekuatan bahan dan ketahanan terhadap panas dari matriks NR. Sedangkan rekayasa sifat kekakuan dan viskoelastisitas bahan dengan penambahan bahan pengisi (filler) biokarbon dari bahan pati singkong dan kayu asem dilakukan untuk meningkatkan sifat dinamik dan peredaman getaran. Kedua teknik rekayasa bahan tersebut ditargetkan menghasilkan komposit NR untuk diaplikasikan sebagai material peredam getaran jenis viskoelastik yang ramah lingkungan. Biokarbon dari bahan pati singkong dan kayu asem digunakan sebagai filler komposit NR untuk pembuatan material peredam getaran jenis viskoelastik. Filler biokarbon tersebut dibuat melalui teknik pirolisis tanpa oksigen (O2) dari biomassa pada suhu 450 oC selama 7 jam dan melalui pengecilan ukuran partikel menggunakan planetary ball mill dengan rasio berat serbuk biokarbon terhadap bola-bola penggilas dari bahan zirconia sebesar 1:4,5 pada 125 rpm selama 2 jam. Karakteristik kimia, fisika, gugus fungsional aktif pada permukaan, dan morfologi permukaan filler biokarbon dari bahan pati singkong dan kayu asem ditentukan dan dibandingkan dengan karakteristik filler carbon black komersial (CB N990). Hasil uji menunjukkan bahwa sifat kimia (kadar air, kadar zat mudah menguap, kadar abu, kadar karbon terikat, dan pH) dan sifat fisika (ukuran partikel, luas permukaan metode BET dan Langmuir, volume pori total, dan diameter pori rata-rata) biokarbon dari bahan pati singkong menghasilkan nilai tidak berbeda nyata dengan sifat-sifat tersebut pada carbon black komersial CB N990. Sedangkan sifat kimia pada biokarbon dari bahan kayu asem lebih rendah dibandingkan dengan biokarbon dari bahan pati singkong dan carbon black komersial CB N990. Berdasarkan hasil uji ini, dapat disimpulkan bahwa biokarbon dari bahan pati singkong memiliki potensi yang besar sebagai filler komposit karet dan bahan pensubstitusi carbon black komersial CB N990. Rekayasa matriks NR yang dilakukan melalui peningkatan rasio sulfur terhadap bahan pemercepat MBTS dapat mempengaruhi jumlah dan jenis tautan silang sulfida yang terbentuk pada vulknisat NR. Peningkatan rasio ini dapat meningkatkan kerapatan tautan silang total, sifat kekuatan bahan (kekuatan tarik dan sobek), sifat elaastis, dan ketahanan terhadap panas dari vulkanisat NR. Dalam penelitian ini, kerapatan tautan silang total tertinggi pada vulkanisat NR dihasilkan pada nilai 7,03 x 10-5 mol/g dan kekuatan bahan terbaik (kekuatan tarik 25,2 MPa dan kekuatan sobek 28,5 N mm-2 ) diperoleh dari vulkanisat NR mengandung rasio sulfur terhadap bahan pemercepat MBTS sebesar 2,15. Rasio ini juga dihasilkan pengujian ketahanan panas memenuhi spesifikasi dari parameter tersebut pada produk karet bantalan bangunan tahan gempa sesuai dengan persyaratan EN 15129. Rekayasa sifat kekakuan dan viskoelastisitas bahan dengan penambahan filler biokarbon dari bahan pati singkong dan kayu asem pada komposit NR dapat meningkatkan sifat kekakuan, dinamik, dan peredaman getaran. Berdasarkan hasil penelitian ini dapat disimpulkan bahwa sifat bahan dari komposit NR filler biokarbon dari bahan pati singkong dan kayu asem telah memenuhi spesifikasi pada persyaratan EN 15129 sebagai material komposit karet untuk aplikasi produk karet bantalan pada bangunan tahan gempa jenis High Damping Rubber Bearing (HDRB) dan memiliki keunggulan sebagai material peredam getaran jenis viskoelastik ramah lingkungan.