Waktu dan Tempat Penelitian
Pelaksanaan penelitian ini dilakukan mulai bulan Agustus 2010 - Maret 2011. Penelitian dilaksanakan di Laboratorium Teknologi Hasil Hutan Departemen Kehutanan Fakultas Pertanian, Laboratorium Kimia Polimer Fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara dan laboratorium Biomaterial LIPI Bogor. Pengujian sampel dilakukan di Laboratorium Keteknikan Kayu Institut Pertanian Bogor (sampel dikirim).
Bahan dan Alat Penelitian
Bahan yang digunakan yaitu kardus bekas, plastik polietilena daur ulang bening dan buram diperoleh dari dari CV Family Plastik Binjai Sumatera Utara. Dengan perbandingan plastik dan bahan baku yang digunakan adalah 70:30, 60:40, 50:50 (g).
Alat yang digunakan yaitu saringan pasir 30 mesh, plastik transparan ukuran 1 kg, ember besar untuk proses repulping kardus dan merendam kardus, mesin repulping (mixer), timbangan elektrik, oven, band saw, teflon, plat besi sebagai frame ukuran 25 cm x 20 cm x 1 cm, kawat kasa, wadah pemanas air, kompor, terpal penjemuran, ekstruder, gunting, mesin kempa, kamera digital, kalkulator dan alat tulis.
Prosedur penelitian 1.Persiapan bahan baku
Kardus yang digunakan dibersihkan dari plastik dan kotoran yang menempel. Kemudian kardus disobek-sobek menjadi bentuk yang lebih kecil
untuk mempermudah proses perendaman. Disiapkan air panas dengan suhu 80-1000C, kemudian potongan kardus direndam di dalam wadah ember hingga seluruh bagiam kardus terendam seluruhnya dan dibiarkan selama 24 jam. Kemudian hasil rendaman dihancurkan dengan menjadi bubur kertas dengan menggunakan mixer selama ± 20 menit. Kemudian bubur kertas disaring dengan menggunakan kawat kasa untuk memisahkan serat dengan airnya. Hasil saringan dijemur hingga kering udara, sebelum dikempa serat kardus dioven dengan suhu 800C hingga kadar air konstan 8%.
2. Perhitungan plastik dan bahan baku
Kebutuhan serbuk dan plastik polietilena yang digunakan untuk pembuatan sebuah papan komposit tergantung pada perlakuan yang dilakukan dan kerapatan sasaran. Kerapatan sasaran yang dipakai yaitu sebesar 1 g/cm3. Adapun perhitungan komposisi bahan baku dan plastik yang akan digunakan adalah sebagai berikut:
Kebutuhan bahan baku = ρ x d
= 1 g/cm3 x 25 cm x 20 cm x 1 cm = 500 g
Dalam penelitian ini diteliti mengenai kualitas papan komposit plastik yang dihasilkan dari faktor perbedaan jenis plastik yang digunakan dan faktor perbandingan jumlah bahan baku serta dan plastik yang digunakan dalam pembuatan papan komposit plastik. Adapun kebutuhan bahan baku dan plastik dalam pembuatan papan komposit plastik dapat dilihat pada Table 2.
Tabel 2. Komposisi kebutuhan bahan baku dan plastik papan komposit
Plastik Polietilena Perbandingan polietilena dan bahan baku Komposisi polietilena dan bahan baku (gr) Ulangan BENING 70:30 350:150 3 60:40 300:200 3 50:50 250:250 3 BURAM 70:30 350:150 3 60:40 300:200 3 50:50 250:250 3
Jumlah sampel papan komposit plastik adalah 18 buah 3. Pembuatan Papan Komposit Serat Plastik
Ditimbang serat kertas sesuai dengan perbandingan plastik dan bahan baku dengan perbandingan 50:50, 60:40, 70:30. Dimasukkan plastik pellet polietilena ke dalam wadah untuk dicampur dengan serat kardus dan diaduk rata dalam wadah.
Seluruh bahan yang telah dicampur dimasukkan ke dalam mesin ekstruder dengan suhu 1300C, yang keluar berbentuk pellet kemudian digunting. Waktu peng-ekstruderan yang dilakukan untuk setiap perbandingan berbeda-beda. Setelah diekstruder, kemudian dikempa panas suhu 140-1600C selama ± 20 menit dengan ukuran 25 cm x 20 cm x 1cm, pada tekanan 50kg/cm2. Lalu papan
komposit yang telah jadi dikondisikan selama 1 minggu sebelum dilakukan pengujian.
4. Pengujian Kualitas Papan Komposit Serat Plastik
Pengujian sifat fisis dan mekanis dilaksanakan berdasarkan standar JIS 5905-2003 dan JIS 5908-2003. Parameter kualitas papan yang diuji adalah kerapatan, kadar air, pengembangan tebal, dan daya serap air (untuk sifat fisis). Sedangkan untuk sifat mekanis diuji keteguhan rekat (internal bond), keteguhan pegang sekrup (screw holding power), modulus patah (MOR), dan modulus elastisitas (MOE). Berikut dijelaskan teknis pengujian sifat fisis, sifat mekanis papan komposit plastik.
4.1 Pembuatan contoh uji
Pola dan ukuran contoh uji dapat dilihat pada Gambar 2.
Gambar 2. Pola pemotongan contoh uji
Keterangan :
A : Contoh uji untuk Kadar Air dan Kerapatan (10 cm x 10 cm) A F B E C D 25 cm 20 cm 5 cm 10 cm 5 cm 10 cm 5 cm
B : Contoh uji untuk MOR dan MOE (20 cm x 5 cm) C : Contoh uji untuk Daya Serap Air (10 cm x 10 cm) D : Contoh uji untuk Pengembangan Tebal (5 cm x 5 cm) E : Contoh uji untuk Internal Bond (5 cm x 5 cm)
F : Contoh uji untuk Kuat Pegang Sekrup (10 cm x 5 cm)
5. Pengujian Sifat Fisis 5.1 Kerapatan
Pengujian kerapatan dilakukan pada kondisi kering udara dan volume kering udara. Contoh uji berukuran 10 cm x 10 cm x 1 cm ditimbang beratnya, lalu diukur rata-rata panjang, lebar, dan tebalnya untuk menentukan volume contoh uji. Nilai kerapatan papan komposit dihitung dengan rumus :
Kerapatan (g/cm3) = ) ( ) ( 3 cm Volume gram Berat
5.2 Kadar Air (KA)
Contoh uji berukuran 10 cm x 10 cm x 1 cm yang digunakan adalah sampel yang sama pada uji kerapatan. Kadar air papan plastik dihitung berdasarkan berat awal (BA) dan berat kering tanur (BKT) selama 24 jam pada suhu 103±2°C. Nilai kadar air papan komposit dihitung berdasarkan rumus :
Kadar Air (%) = x100%
BKT BKT BA−
5.3 Daya Serap Air
Contoh uji berukuran 10 cm x 10 cm x 1 cm ditimbang berat awalnya (B1). Kemudian direndam dalam air dingin selama 2 jam dan 24 jam, setelah itu ditimbang beratnya (B2). Nilai daya serap air papan komposit dihitung berdasarkan rumus :
Daya Serap Air (%) = 2 1 x100%
B B B −
5.4 Pengembangan Tebal
Contoh uji berukuran 5 cm x 5 cm x 1 cm sama dengan contoh uji daya serap air. Pengembangan tebal didasarkan pada tebal sebelum (T1) yang diukur pada keempat sudut dan dirata-ratakan dalam kondisi kering udara dan tebal setelah perendaman (T2) dalam air dingin selama 2 jam dan 24 jam. Nilai pengembangan tebal papan komposit dihitung berdasarkan rumus :
Pengembangan Tebal (%) = 100% 1 1 2 x T T T −
6. Pengujian Sifat Mekanis 6.1 Keteguhan rekat
Keteguhan rekat (internal bond) diperoleh dengan cara merekatkan kedua permukaan contoh uji papan komposit polimer pada balok besi kemudian balok besi tersebut ditarik secara berlawanan. Adapun cara pengujian internal bond dapat dilihat pada Gambar 3.
Gambar 3. Pengujian keteguhan rekat (internal bond) Keteguhan rekat tersebut dihitung dengan menggunakan rumus :
Keterangan:
IB : keteguhan rekat (kg / cm2)
P : gaya maksimum yang bekerja (kg) 2 A P IB= max Sampel uji P P
6.2 MOE (Modulus of Elasticity) dan MOR (Modulus of Rupture)
Pengujian MOE dan MOR adalah pengujian terhadap tingkat kekuatan lentur dan kekuatan patah contoh uji papan fiber-plastic composite. Pengujian MOE dan MOR dilakukan secara bersamaan sehingga contoh ujinya sama. Pengujian dilakukan dengan menggunakan Universal Testing Machine dengan jarak sangga 15 cm dan dengan kecepatan 10 mm/ menit. Pengujian MOE dan MOR dapat dilihat pada gambar 4.
Gambar 4. Pengujian MOR dan MOE Nilai MOE dan MOR dihitung dengan menggunakan rumus:
Keterangan:
MOE : modulus elastisitas (kgf / cm2) MOR : modulus patah (kgf / cm2) Δ P : beban sebelum proporsi (kgf) L : jarak sangga (15 cm)
Δ Y : lenturan pada beban sebelum batas proporsi (cm) b : lebar contoh uji (cm)
h : tebal contoh uji (cm) P : beban maksimum (kgf) 2,5 cm Sampel uji Beban Jari-jari beban = ± 1 cm 2,5 cm L/2 L/2 L = ≥ 15 cm MOR=3PL 2bh2 MOE=ΔPL3 4bh3ΔY
Posisi sekrup
6.3 Kuat pegang sekrup
Cara pengujian kuat pegang sekrup dilakukan dengan memasukkan sekrup ke dalam contoh uji berukuran 10 cm x 5 cm x 1 cm hingga mencapai kedalaman 8 mm. Sekrup yang digunakan berdiameter 2,7 mm dan panjang 16 mm. Nilai kuat pegang sekrup dinyatakan oleh besarnya beban maksimum yang dicapai dalam kilogram. Proses pengujian kuat pegang sekrup dapat dilihat pada Gambar 5. 2,5cm 2,5cm 2,5cm 2,5cm 2,5cm 5cm 2,5cm 10cm
Gambar 5. Posisi sekrup pada pengujian kuat pegang sekrup
Hasil rata-rata pengujian sifat fisis dan mekanis dibandingkan dengan
Japan Industrial Standard (JIS) 5905-2003 dan JIS 5908-2003. Rancangan Percobaan
Pada sifat fisis dan mekanis untuk mengetahui pengaruh dosis perbandingan antara plastik dan bahan baku, dan jenis matriks yang digunakan, serta interaksi keduanya terhadap sejumlah pengujian, maka dilakukan analisis menggunakan Rancangan Acak Lengkap (RAL) faktorial dengan dua faktor perlakuan yaitu:
a. X1 : perbandingan 50:50 b. X2 : perbandingan 60:40 c. X3 : perbandingan 70:30 2. Jenis matriks i. Y1 : PE Bening ii. Y2 : PE Buram
Kombinasi : X1 Y1, X1 Y2, X2 Y1, X2 Y2, X3 Y1, X3 Y2 Jumlah ulangan: 3
Jumlah papan yang dibuat: 6×3= 18
Dengan demikian akan di peroleh 18 sampel perlakuan. Model statistik dari rancangan percobaan ini adalah: Yijk =µ + αi + βj+ (αβ) ij + ∑ijk
Yijk = nilai pengamatan pada dosis perbandingan plastik dan bahan baku ke-i, jenis matriks ke-j dan pada ulangan ke-k
µ = rataan umum
αi = pengaruh akibat dosis perbandingan plastik dan bahan baku ke-i βj = pengaruh akibat jenis matriks ke-j
(αβ) ij = pengaruh interaksi antara dosis perbandingan plastik dan bahan baku ke-i dengan jenis matriks ke-j
∑ijk = pengaruh acak (galad) percobaan dosis perbandingan plastik dan bahan baku ke-i dan jenis matriks ke-j serta pada ulangan ke –k
Hipotesis yang digunakan adalah:
H0 = dosis perbandingan plastik dan bahan baku, jenis matriks serta interaksinya tidak berpengaruh nyata terhadap sifat fisis papan komposit H1 = dosis perbandingan plastik dan bahan baku, jenis matriks serta
Adapun skema pekerjaan dalam penelitian ini dapat dilihat pada gambar 6.
Gambar 6. Skema pelaksanaan penelitian Bahan Baku Kardus
Ekstruder (suhu 1500C)
Metode Hot Press
(suhu 160-1800C) Polietilena Repulping penyaringan Persiapan Bahan Penelitian Pengeringan (KA 8%) Pemotongan Sampel Untuk Pengujian Pengujian Uji Mekanis Uji Fisis Pengolahan Data
