III. BAHAN DAN METODE

Transkripsi

1 III. BAHAN DAN METODE A. Tempat dan Waktu Penelitian Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Biokomposit Fakultas Kehutanan IPB, Bogor dan UPT Biomaterial LIPI - Cibinong Science Centre. Penelitian dilaksanakan selama enam bulan. B. Bahan dan Alat Penelitian Bahan yang digunakan dalam penelitian ini berupa limbah kayu (log core) dan finir dari kayu karet (Hevea brasiliensis (Willd.Ex A.Juss.) Mull. Arg.), bambu tali (Gigantochloa apus), bambu andong (Gigantochloa verticillata) dan bambu betung (Dendrocalamus asper). Perekat yang akan digunakan adalah polyuretan yang diperoleh dari PT. Koyolem Indonesia. Karakteristik dari perekat ini disajikan pada Tabel 1. Tabel 1. Karakteristik Perekat Polyurethane Karakteristik Perekat Keterangan Wujud Cairan putih Kekentalan pada 25 0 C ps Kadar padatan % ph 7,0 + 1,0 Sumber: PT. Koyolem Indonesia Peralatan yang digunakan pada pembuatan papan komposit adalah oven, alat kempa, kuas, selotip dan timbangan, sedangkan untuk pengujian digunakan Universal Testing Machine (UTM), jangka sorong (caliper) dan penangas air (waterbath). C. Metodologi Penelitian Secara umum alur penelitian disajikan pada Gambar 2, dengan penjelasan sebagai berikut: C.1. Persiapan Bahan Baku Penelitian Pada tahapan ini dilakukan dua kegiatan yaitu: persiapan strip log core kayu karet sebagai bahan lapisan inti papan dan persiapan bahan pelapis dari tiga jenis bambu serta finir kayu karet.

2 16 C.1.1. Persiapan Strip Log core Kayu Karet Strip kayu diperoleh dari log core kayu karet yang merupakan limbah (sisa) proses pengupasan finir dengan menggunakan mesin pengupas finir (rotary) di industri kayu lapis PT. SGS, Tangerang, Jawa Barat. Persiapan bahan baku papan komposit Pembuatan strip-strip kayu dari limbah sisa proses pengupasan finir kayu karet (log core) industri kayu lapis PT. SGS Tangerang Pembuatan finir dan bilah bambu dari tiga jenis bambu Strip berbentuk kotak Strip berbentuk bulat Pengujian sifat fisis dan mekanis bahan Menentukan konstruksi strip log core dan jenis pelapis (finir dan bambu) optimum dalam pembuatan papan komposit Menentukan pola penyusunan dan tebal strip log core optimum dalam pembuatan papan komposit Strip log core dan jenis pelapis optimum Pengujian sifat fisis dan mekanis papan Analisis Pengujian sifat fisis dan mekanis papan Analisis Papan komposit dengan pelapis, konstruksi, ketebalan, dan pola susun strip optimum Gambar 2. Bagan Alir Penelitian

3 17 Log core berdiamater rata-rata 4,7 cm dengan panjang rata-rata 130 cm dipotong menggunakan circular saw dengan dua bentuk potongan, yaitu strip yang diopotong berbentuk kotak dengan ukuran 2,5 cm x 2,5 cm x 1,2 cm serta strip yang dipotong berbentuk tabung yang silindris (berpenampang lingkaran/bulat) dengan diameter 4,7 cm dan tebal 1,2 cm. Strip-strip kayu tersebut kemudian dikeringkan dalam oven pada suhu 50 0 C hingga mencapai kadar air 7-10%. Pada tahap kedua, ketebalan strip log core dibuat dengan beberapa variasi ketebalan yaitu 1,2 cm, 1,8 cm dan 2,4 cm sebagai faktor perlakuan dalam penelitian tahap kedua. C.1.2. Persiapan Bilah Bambu dan Finir Kayu Karet Bilah bambu diperoleh dari batang bambu yang telah dipilih jenisnya. Bambu diperoleh dari bambu yang sudah berumur 3-5 tahun (Dransfield dan Widjaya 1995, Li 2004) di Kebun Raya Bogor. Bambu dipotong-potong menjadi berukuran panjang 50 cm tanpa buku, kemudian bambu yang berukuran 50 cm ini dibelah menjadi bilah-bilah bambu yang berdimensi panjang 50 cm, lebar 2 cm, dan tebal (3 mm). Bilah-bilah bambu tersebut kemudian dikeringkan dalam oven dengan temperatur 50 0 C hingga mencapai kadar air 7-10%. Finir kayu karet diperoleh dari PT. SGS, finir kayu karet tersebut kemudian dipotong menjadi ukuran 50 cm x 50 cm dengan tebal (± 3 mm). Finir-finir tersebut kemudian dikeringkan dalam oven 50 0 C hingga mencapai kadar air 7-10%. C.2. Pengujian Sifat Fisis dan Mekanis Bahan Pengamatan ini dimaksudkan untuk mendapatkan informasi rinci tentang karakteristik dasar bambu yang terpilih dalam rangka membantu memahami secara mendalam sifat-sifat bahan pelapis dan log core kayu karet yang akan digunakan sebagai bahan baku papan komposit. Bahan pelapis bambu ditebang pada umur yang sudah cukup tua yaitu pada kisaran umur 2 4 tahun (Dransfield dan Widjaya 1995, Li 2004). Bambu-bambu yang telah ditebang kemudian dipotong mecapai tinggi 31 ruas dari bagian pangkal, setiap 10 ruas dipotong kembali dan dipisahkan menjadi tiga bagian yaitu bagian pangkal, tengah, dan

4 18 atas, kemudian setiap bagian diambil dua ruas paling bawah (Li 2004). Setiap dua ruas paling bawah tersebut dibuat sayatan dengan tebal 1-3 mm tanpa buku dan dibuat contoh uji sesuai dengan standar tanpa menyertakan bagian buku bambu. Log core kayu diperoleh dari sisa proses pengupasan kayu karet menjadi finir di industri kayu lapis PT. SGS. Pengujian log core dilakukan berdasarkan standar ASTM D (2000) Test Methods for Evaluating Properties of Wood Materials, sedangkan untuk pengujian bahan pelapis dilakukan berdasarkan standar ISO :2004(E) Bamboo Determination of Physical and Mechanical Properties dan ASTM D :1978 Standard Test Methods for Flexural Properties of Plastic and Elctrical Insulating Material. Sifat-sifat fisis bahan yang diuji adalah kadar air, kerapatan, serta ditambahkan uji keterbasahan. Pengujian sifat mekanis bahan dilakukan untuk melihat nilai keteguhan patah (Modulus of Rupture (MOE)), keteguhan lentur (Modulus of Elasticity (MOE)), keteguhan tekan dan kekerasan. Rumus-rumus yang digunakan dalam menentukan nilai masing-masing sifat fisis dan mekanis bahan sama dengan rumus yang digunakan untuk menentukan sifat fisis dan mekanis papan komposit yang disajikan pada bagian pengujian kualitas papan komposit. Keterbasahan bahan oleh perekat polyurethane diperoleh dengan prosedur sebagai berikut: Pengukuran keterbasahan bahan diukur dengan menggunakan metode sudut kontak (contact angle). Pengukuran dilakukan dengan memotong contoh uji menjadi ukuran lebar 1,5 cm dan panjang 2,5 cm kemudian mengeringkannya sampai mencapai kadar air ± 5%. Contoh uji kemudian diletakkan secara mendatar lalu ditetesi dengan perekat sebanyak 0,1 ml dengan menggunakan pipet 5 ml serta tinggi penetesan 2 cm. Segera setelah penetesan, dilakukan pengambilan gambar dengan menggunakan kamera yang dilengkapi lensa mikro yang terhubung dengan mikroskop cahaya dan komputer. Pemotretan dilakukan sebanyak 8 kali yang dimulai pada detik ke-5 dan dilanjutkan pada detik ke-10, 15, 20, 25, 30, 45 dan 60. Besar sudut kontak yang diukur pada masing-masing interval waktu tersebut adalah besarnya sudut yang terbentuk antara bidang datar permukaan contoh uji dengan garis lengkung perekat cair sebagaimana disajikan

5 19 pada Gambar 3. Pengukuran sudut kontak tersebut dilakukan untuk masingmasing jenis perekat. α Perekat Bidang rekat Gambar 3. Metode Pengukuran Sudut Kontak C.3. Kontruksi Papan Komposit Papan komposit yang akan dikembangkan adalah papan komposit yang berdimensi 50 cm x 50 cm x 3 cm dengan bahan baku kombinasi antara bambu, finir dan limbah kayu (log core). Untuk pembanding, dibuat papan komposit kontrol dari limbah kayu dan finir, papan komposit dari bambu dan finir, papan komposit dari finir, serta papan komposit dari bambu. Papan komposit dibuat menjadi beberapa konstruksi papan, meliputi: a. Papan komposit dengan lapisan muka dan belakang dari finir bilah tiga jenis bambu dan lapisan inti dari wood strips (log core kayu karet) berbentuk bulat yang direkatkan satu sama lainnya dengan perekat, sehingga menjadi 7 lapis. b. Papan komposit dengan lapisan muka dan belakang dari finir bilah tiga jenis bambu dan lapisan inti dari wood strips (log core kayu karet) berbentuk kotak yang direkatkan satu sama lainnya dengan perekat, sehingga menjadi 7 lapis. c. Papan komposit dengan lapisan muka dan belakang dari finir kayu karet dan lapisan inti dari wood strips (log core kayu karet) berbentuk bulat yang direkatkan satu sama lainnya dengan perekat, sehingga menjadi 7 lapis. d. Papan komposit dengan lapisan muka dan belakang dari finir kayu karet dan lapisan inti dari wood strips (log core kayu karet) berbentuk kotak yang direkatkan satu sama lainnya dengan perekat, sehingga menjadi 7 lapis. e. Papan komposit dengan lapisan muka dan belakang dari finir bilah tiga jenis bambu dan lapisan inti dari finir kayu karet, sehingga menjadi 9 lapis. f. Papan komposit dengan lapisan muka dan belakang dari finir kayu karet dan lapisan inti dari finir bilah tiga jenis bambu, sehingga menjadi 9 lapis.

6 20 g. Papan komposit dengan semua lapisan terbuat dari bilah tiga jenis bambu, sehingga menjadi 9 lapis. h. Papan komposit dengan semua lapisan terbuat dari finir kayu karet, sehingga menjadi 9 lapis. Secara visual konstruksi papan tersebut disajikan pada Gambar 4. a c b d e f g h Gambar 4. Konstruksi Papan Komposit yang Dibuat C.4. Pembuatan Papan Komposit Perekat yang digunakan untuk pembuatan papan komposit ini yaitu perekat polyurethane (PU) dengan berat labur yang dipakai adalah 280 g/m 2. Tahapan pembuatan papan komposit terbagi menjadi dua tahapan, yaitu: 1) penentuan

7 21 konstruksi strip log core dan jenis pelapis yang optimum; 2) penentuan pola penyusunan dan tebal strip log core kayu karet pada bagian inti papan. Secara skematis, proses pembuatan papan dapat dilihat pada Gambar 5. Strip Kayu Kotak: 2,5 x 2,5 x 1,2 (cm 3 ) Tabung: d = 4,7 cm, t = 1,2 cm kadar air : 7-10% Keterangan : Tahap I: variasi konstruksi strip kayu dan pelapis. Tahap II: variasi pola penyusunan dan tebal strip kayu Berat Labur Strip kayu + Perekat 280 g/m 2 Finir bilah bambu dan finir kayu karet (kadar air : 7-10%) + Perekat Pembentukan Lembaran Pengempaan Kondisi kempa dingin Tekanan : 5 kgf/cm 2 Waktu : 60 menit Pengkondisian 14 hari Pengujian kualitas papan komposit JAS No. 1516, 2003 dan standar Cina GB/T Gambar 5. Skema Proses Pembuatan Contoh Uji Papan Komposit C.4.1. Penentuan Konstruksi Strip Log Core dan Jenis Pelapis yang Optimum Pada tahap awal akan menentukan konstruksi strip log core dan jenis pelapis yang optimum dalam pembuatan papan komposit ini. Konstruksi strip log core yang digunakan pada bagian inti papan tipe a, b, c dan d berbentuk kotak dan tabung silindris yang dilaburi perekat PU dengan berat labur 280 g/m 2, strip-strip kayu tersebut kemudian dilaminasi dan dilapisi bahan pelapis hingga membentuk panel yang berdimensi 50 cm x 50 cm x 3 cm, pelapis finir terdiri dari finir bilah bambu pada papan tipe a dan b (jenis bambu yang digunakan bambu betung, tali dan andong) dan finir kayu karet pada papan tipe c dan d, kemudian susunan panel tersebut dikempa dingin dengan tekanan sebesar 5 kgf/cm 2 selama 60 menit. Papan komposit tipe lainnya yaitu e, f, g dan h dibuat menyerupai kayu lapis dengan menggunakan perekat, berat labur dan pengempaan yang sama dengan

8 22 papan komposit tipe a, b, c dan d. Papan komposit tipe e, f, g dan h dibuat hanya sebagai pembanding dari papan tipe a, b, c dan d. Setelah pengempaan, papan dikondisikan pada suhu ruang selama 14 hari sehingga tercapai kadar air kesetimbangan dengan lingkungan. Pengujian sifat fisis dan mekanis dilakukan berdasarkan standar Japanese Agricultural Standar (JAS) No. 1516, 2003 JAS for Structural Plywood dan standar Cina GB/T plywood for container flooring. Tahap penelitian ini dilakukan dengan menggunakan tiga ulangan untuk setiap jenis papan, sehingga jumlah papan yang dibuat sebanyak 24 papan inti (2 x 4 x 3) ditambah 30 papan pembanding. C.4.2. Penentuan Pola Penyusunan dan Ketebalan Strip Log Core Optimum Tahap penelitian selanjutnya dibuat papan komposit dengan konstruksi dan jenis pelapis optimum dengan pola penyusunan dan ketebalan strip yang berbeda yaitu: pola penyusunan tipe A (susunan strip disusun dari strip kotak berdimensi sama (2,5 cm x 2,5 cm x 2,5 cm)) dan pola penyusunan tipe B (susunan strip disusun dari strip kotak yang berdimensi 2,5 cm x 2,5 cm x 2,5 cm dan dikombinasikan dengan balok panjang berdimensi 2,5 cm x 2,5 cm x 50 cm dari log core kayu karet) seperti yang terlihat pada Gambar 6, dengan ketebalan strip yang terdiri dari tiga ketebalan (1,2 cm, 1,8 cm dan 2,4 cm), yang akan menghasilkan sifat fisis mekanis papan terbaik. Kemudian papan yang dihasilkan diuji sifat fisis dan mekanis berdasarkan standar Japanese Agricultural Standar (JAS) No. 1516, 2003 JAS for Structural Plywood dan standar Cina GB/T plywood for container flooring. Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan tiga ulangan untuk setiap jenis papan, sehingga jumlah keseluruhan papan yang dibuat sebanyak 18 lembar (2 x 3 x 3). Tipe A Tipe B Gambar 6. Pola Penyusunan Strip Log Core

9 23 C.5. Pengujian Kualitas Papan Komposit Pengujian kualitas dilakukan terhadap setiap jenis papan yang dibuat. Pengujian difokuskan pada pengujian sifat fisik dan mekanis sesuai standar Japanese Agricultural Standar (JAS) No. 1516, 2003 JAS for Structural Plywood dan standar Cina GB/T plywood for container flooring. Sifat fisik yang diuji meliputi kadar air dan delaminasi, sedangkan sifat mekanik yang diuji meliputi keteguhan patah (MOR), modulus elastisitas(moe), uji tekan searah panjang papan (sejajar dan tegak lurus serat), uji tekan searah tebal papan, serta uji kekerasan. Pola pemotongan contoh uji untuk pengujian tersebut disajikan pada Gambar mm 30 mm 1.i 1.i.a 2.ii 2.ii.a a 1.ii.a i.a 2.iii 2.ii.b 2.i.b 2.i 2.ii 2.iii 1.ii 500 mm 1.ii.b i 1.i.b A Gambar 7. Pola Pemotongan Contoh Uji B Keterangan : A = pola pemotongan papan selain konstruksi papan dengan bagian inti dari strip log core kayu karet berbentuk bulat. B = pola pemotongan papan untuk papan dengan bagian inti dari strip log core kayu karet berbentuk bulat. 1 = contoh uji untuk determinasi keteguhan patah (MOR) dan modulus elastisitas (MOE) papan (500 mm x 50 mm) (i = sejajar serat, ii = tegak lurus serat, a = pola bulatan penuh, b = pola setengah bulatan). 2 = contoh tekan sejajar dan tegak lurus permukaan papan (25 mm x 50 mm) (i = sejajar serat, ii = tegak lurus serat, iii = uji tekan searah tebal papan (1 cm x 1 cm x 3 cm) a = pola bulatan penuh, b = pola setengah bulatan). 3 = contoh uji delaminasi (75 mm x 75 mm) 4 = contoh uji determinasi kerapatan dan kadar air (100 mm x 100 mm) 5 = contoh uji kekerasan papan (75 mm x 150 mm)

10 24 Rumus-rumus yang digunakan untuk mengetahui nilai masing-masing parameter sifat yang diuji adalah sebagai berikut : C.5.1. Kadar Air Penentuan kadar air papan dilakukan dengan menghitung selisih berat awal dengan berat setelah dikeringkan dalam oven sampai mencapai berat konstan pada suhu ± 103 o C. Kadar air tersebut dihitung dengan rumus : Keterangan : KA = Kadar air (%) BA = Berat awal contoh uji setelah pengkondisian (g) BK = Berat tetap contoh uji setelah dikeringkan dalam oven (g) C.5.2. Delaminasi Prinsip pengujian untuk delaminasi adalah mengetahui pengaruh air dingin terhadap keutuhan garis rekat dari papan komposit ini. Contoh uji direndam dalam air panas selama 4 jam, kemudian dikeringkan dalam oven pada suhu 60 0 C ± 3 0 C selama 20 jam, selanjutnya contoh uji direndam kembali dalam air mendidih selama 4 jam dan terakhir dioven pada temperatur ± 3 0 C selama 3 jam. Setelah itu, contoh uji diukur panjang delaminasi pada setiap garis rekat dan pada setiap sisi kemudian dijumlahkan. Dari perhitungan jumlah delaminasi dapat diperoleh nisbah delaminasi dengan menggunakan rumus: C.5.3. Keteguhan Patah/Modulus of Ruptre (MOR) Penentuan MOR dilakukan dengan menggunakan mesin penguji universal testing machine (UTM). Pengujian dilakukan pada arah sejajar dan tegak lurus arah panjang papan. Pengujian dilakukan dengan memberikan beban secara perlahan-lahan pada bagian tengah contoh uji. Bentang yang digunakan adalah 15 cm. MOR contoh uji dihitung dengan menggunakan rumus: Keterangan :

11 25 MOR = Modulus of Rupture/Keteguhan patah (kgf/cm 2 ) L = Bentang (cm) P = Beban maksimum (kgf) h = Tebal contoh uji (cm) b = Lebar contoh uji (cm) C.5.4. Keteguhan Lentur/Modulus of Elasticity (MOE) Penentuan MOE dilakukan dengan menggunakan contoh uji yang sama dengan MOR. Pengujian juga dilakukan bersamaan dengan pengujian MOR, namun yang dicatat dalam pengujian ini adalah perubahan defleksi setiap perubahan beban tertentu. Nilai MOE dihitung dengan rumus : Keterangan : MOE = Modulus of Elasticity/ Keteguhan lentur (kgf/cm 2 ) L = Bentang (cm) P = Beban sampai batas proporsi (kgf) Y = Lenturan pada beban P h = Tebal contoh uji (cm) b = Lebar contoh uji (cm) C.5.5. Keteguhan Tekan (Compression Strength) Uji tekan papan komposit dilakukan dengan menekan papan komposit sejajar permukaan dan tegak lurus permukaan papan yang dipasang pada UTM sampai batas maksimum, sehingga diperoleh nilai kekuatan tekan. Nilai kekuatan kompresi papan dihitung dengan rumus sebagai berikut: Dimana: P = beban maksimum (kg) A = luas permukaan papan yang diberi beban (cm 2 ) C.5.6. Kekerasan (Hardness) Uji kekerasan papan komposit dengan menekankan bola baja pada mesin UTM ke bidang permukaan papan, sehingga diperoleh nilai kekerasan papan yang ditunjukkan dengan kemampuan menahan beban maksimum per satuan luas setengah bola baja (kg/cm 2 ). C.10. Rancangan Percobaan dan Analisis Data

12 26 Analisis data hasil pengujian dilakukan dengan mengukur rata-rata dari seluruh data yang terkumpul untuk setiap parameter. Kemudian nilai rata-rata tiap parameter tersebut dibandingkan dengan nilai rata-rata parameter yang lain pada variabel dependent yang sama. Selain itu nilai-nilai yang diperoleh juga dibandingkan dengan standar yang digunakan sehingga diketahui jumlah parameter yang memenuhi standar. Rancangan percobaan untuk mengetahui pengaruh setiap perlakuan menggunakan rancangan acak lengkap dengan dua faktor yaitu konstruksi strip log core (2 taraf) dan jenis pelapis (4 taraf). Setiap perlakuan diulang sebanyak 3 kali. Model linier aditif untuk rancangan percobaan tersebut adalah ; Yijk = μ + αi + βj + αiβj + ξijk Dimana: Yijk = Pengamatan pada papan, konstruksi strip log core ke-i, jenis pelapis ke-j dan ulangan ke-k μ = Rataan umum αi = Pengaruh konstruksi strip log core ke-i βj = Pengaruh jenis pelapis ke-j ξijk = Pengaruh acak konstruksi strip log core ke-i, jenis pelapis ke-j, ulangan ke-k Mattjik dan Sumertajaya(2002). Kemudian rancangan percobaan untuk mengetahui pengaruh pola penyusunan dan jarak antar strip log core juga menggunakan rancangan acak lengkap dengan dua faktor yaitu pola penyusunan strip log core (2 taraf) dan tebal strip log core (3 taraf). Setiap perlakuan diulang sebanyak 3 kali. Model linier aditif untuk rancangan percobaan tersebut adalah ; Yijk = μ + αi + βj + αiβj + ξijk Dimana: Yijk = Pengamatan pada papan, jenis bambu ke-i, berat labur ke-j dan ulangan ke-k μ = Rataan umum αi = Pengaruh pola penyusunan strip log core ke-i βj = Pengaruh tebal strip log core ke-j ξijk = Pengaruh acak pola penyusunan strip log core ke-i, tebal strip log core ke-j, ulangan ke-k

13 27 Jika berdasarkan hasil analisis ragam ditemukan bahwa perlakuan berpengaruh nyata terhadap kualitas papan komposit, maka dilakukan analisis lanjutan dengan menggunakan analisis perbandingan berganda Duncan (DMRT).