Waktu dan Tempat
Penelitian yang berjudul “Kualitas Papan Partikel Batang Pisang Barangan Berdasarkan Variasi Kadar Perekat Phenol Formaldehida “ ini dilaksanakan pada bulan November 2014 – Mei 2015. Penelitian ini dilakukan di Work Shop (WS) dan Laboratorium Teknologi Hasil Hutan (THH) Program Studi Kehutanan, Fakultas Kehutanan, Universitas Sumatera Utara dan pengujian sifat mekanis papan dilaksanakan di Laboratorium Keteknikan Kayu, Fakultas Kehutanan, Institusi Pertanian Bogor.
Bahan dan Alat
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah batang pisang barangan, dan perekat phenol formaldehida (PF). Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah parang, blender drum, sprayer gun, ember plastik, kamera digital, kertas label, alat tulis, dan UTM (Universal Testing Machine), mesin kempa, timbangan elektrik, kalifer, plat besi berukuran 25 cm x 25 cm x 1 cm, aluminium foil, dan kalkulator.
Metode Penelitian
1. Persiapan bahan baku
Batang pisang barangan yang sudah diambil buahnya atau tidak produktif lagi ditebang dengan menggunakan pisau. Batang pisang ditebang mulai dari batas permukaan tanah sampai batas melekatnya daun pisang pada batang pisang tersebut. Batang pisang tersebut dipotong menjadi beberapa bagian membentuk
log/batang sepanjang ±100 cm. Setelah itu untuk mempermudah pemotongan bagian-bagian batang pisang tersebut dipisahkan menjadi beberapa pada setiap log/batang. Batang pisang tersebut dipotong secara manual dengan ukuran seragam yaitu panjang ±3 cm dan tebal ±1 cm. Batang yang sudah dicacah kemudian dikeringkan secara alami yaitu dengan diangin-anginkan di tempat yang terbuka. Setelah proses pengeringan udara, kadar airnya menjadi berkisar antara 12-15%. Proses pencacahan dan pengeringan ini berlangsung selama ±2 minggu. Bahan baku yang sudah kering kemudian dioven sampai kadar airnya mencapai ±5%.
2. Penentuan pH bahan baku
Penentuan pH ini mengacu pada metode yang dilakukan oleh Johns and Niazi (1980). Sebanyak 50 ml larutan sampel yang telah dipersiapkan diukur dengan pH meter yang telah dikalibrasi sebelumnya, nilai pH dicatat setelah angkanya stabil.
3. Perhitungan bahan baku
Kebutuhan bahan baku papan partikel tergantung pada jumlah partikel dan jumlah perekat yang digunakan, ukuran papan serta kerapatan sasaran yang ditetapkan. Papan partikel yang dibuat berukuran 25 x 25 x 1 cm3 dengan kerapatan sasaran 0,7 gr/cm3. Jumlah kebutuhan bahan baku yang digunakan dalam pembuatan papan partikel dapat dilihat secara lengkap pada tabel 4.
Tabel 4. Kebutuhan bahan baku papan partikel batang pisang barangan Kadar perekat Jumlah partikel (g) Jumlah perekat (g)
8% 445,60 35,00
10% 437,50 43,75
12% 429,70 52,50
14% 422,15 61,25
Untuk lebih jelas perhitungan bahan baku papan partikel batang pisang barangan dapat dilihat pada lampiran 1.
4. Pengadonan (blending)
Sebelum proses pencampuran terlebih dahulu partikel batang pisang dengan perekat PF ditimbang dengan ukuran yang dibutuhkan. Proses pencampuran antara partikel batang pisang dengan perekat PF dilakukan dengan cara memasukkan partikel ke dalam ember kemudian perekat dituangkan ke dalam partikel secara merata sambil diaduk dengan menggunakan sprayer gun. 5. Pembentukan lembaran (mat forming)
Partikel yang telah dicampur dengan perekat dimasukkan ke dalam pencetakan lembaran. Pembentukan lembaran dilakukan dengan menggunakan alat pencetak lembaran ukuran 25 cm x 25 cm x 1 cm. Tujuan dari pembentukan lembaran untuk memberikan bentuk lembaran yang seragam mungkin sehingga dapat dihasilkan lembaran yang seragam pada arah melintang luas papan.
6. Pengempaan panas (hot pressing)
Campuran bahan baku tersebut dimasukkan ke dalam cetakan yang berukuran 25 cm x 25 cm x 1 cm dan dilakukan pengempaan panas dengan suhu 1600 C serta waktu yang digunakan adalah 10 menit dengan tekanan 30 kg/cm2. 7. Pengkondisian (conditioning)
Papan yang baru dibentuk didinginkan terlebih dahulu sebelum ditumpuk. Penumpukan papan partikel pada kondisi panas akan menghambat proses pendinginannya dan memberikan efek negatif terhadap papan itu sendiri, seperti pewarnaan, terlepasnya partikel-partikel lapisan permukaan pada saat pengamplasan dan menurunkan kekuatan. Pengkondisian dilakukan untuk
menyeragamkan kadar air dan menghilangkan tegangan sisa yang terbentuk selama proses pengempaan panas selama 7 hari pada suhu kamar. Selain itu pengkondisian dimaksudkan agar kadar air mencapai kesetimbangan.
8. Pemotongan contoh uji
Papan partikel yang telah mengalami conditioning kemudian dipotong sesuai dengan tujuan tujuan pengujian yang dilakukan. Ukuran contoh uji disesuaikan dengan standard pengujian JIS tentang papan partikel. Berikut Gambar 1 menunjukkan pola pemotongan untuk sampel uji fisis dan mekanis papan.
25 cm
25 cm
Gambar 1. Pola pemotongan untuk sampel uji fisis dan mekanis papan
Keterangan :
A : Sampel uji MOE dan MOR (5 x 20) cm2 B : Sampel uji kerapatan dan KA (10 x 10 )cm2 C : Sampel uji PT dan DSA (5 x 5) cm2
D : Sampel uji IB (5 x 5) cm2 5 cm 10 cm A B 10 cm C D
Proses Penelitian secara singkat disajikan pada Gambar 2.
Gambar 2. Bagan alir penelitian Batang pisang
Batang pisang dicacah secara manual dan dikering udarakan kemudian dioven hingga KA ±5%
Pencampuran partikel dengan perekat PF 8%, 10%, 12%, 14 %, 16%
Pembentukan lembaran papan (mat forming) dengan kerapatan 0,7 g/cm3 dimensi 25 cm x 25 cm x 1 cm
Pengempaan (hot pressing) dengan tekanan 30kg/cm2 suhu 160℃ selama 10 menit
Pengkondisian (conditioning) selama 7 hari
Pemotongan contoh uji
Pengujian sifat fisis dan mekanis berdasarkan standar JIS A 5908 (2003) ( KA, kerapatan, pengembangan tebal, keteguhan rekat
internal, MOE, MOR ) Penentuan pH bahan baku
Pengujian Sifat Fisis dan Mekanis Papan Partikel
Pembuatan contoh uji untuk pengujian sifat fisis dan mekanis papan partikel batang pisang tersebut dilakukan setelah papan partikel batang pisang dikondisikan. Sifat papan partikel yang diuji meliputi kadar air, kerapatan, daya serap air, pengembangan tebal, keteguhan rekat internal, modulus patah, modulus elastisitas dan kuat pegang sekrup. Pengujian sifat fisis dan mekanis papan partikel batang pisang barangan dilakukan berdasarkan standar JIS A 5908 (2003) disajikan pada tabel 4.
Tabel 5. Standar Pengujian Sifat Fisis dan Mekanis Papan Partikel
No. Sifat Fisis dan Mekanis SNI 03-2105-1996 JIS A 5908-2003
1 Kerapatan (gr/cm3) 0,5 - 0,9 0,4 – 0,9
2 Kadar Air (%) <14 5-13
3 Daya Serap Air (%) - -
4 Pengembangan Tebal (%) ≤ 12 ≤12
5 MOR (kg/cm2) ≥ 80 ≥80
6 MOE (kg/cm2) ≥15000 ≥20000
7 Internal Bond (kg/cm2) ≥ 1,5 ≥1,5
8 Kuat Pegang Sekrup (kg) ≥ 30 ≥ 30
Sumber : Standar Nasional Indonesia dan Japanese Industri Standart
Pengujian Sifat Fisis Papan Partikel
1. Kerapatan
Contoh uji berukuran (10x10x1) cm3 dalam keadaan kering udara ditimbang beratnya, kemudian diukur panjang, lebar, dan tebal rata-rata untuk menghitung volume contoh uji. Nilai kerapatan papan partikel dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut:
Kr = � �
Keterangan:
Kr = kerapatan (g/cm3)
M = berat contoh uji kering udara (g) V = volume contoh uji kering udara (cm3)
2. Kadar Air
Contoh uji untuk kadar air sama dengan contoh uji yang digunakan untuk menentukan kerapatan. Contoh uji berukuran (10x10x1) cm3 diukur berat awalnya (BA) kemudian dikeringkan dalam oven bersuhu 103±2 oC selama 24 jam sampai beratnya konstan dan diukur beratnya (BB). Selanjutnya kadar air papan dihitung dengan menggunakan rumus:
KA= ��−��
�� � 100%
Keterangan:
KA = kadar air (%)
BA = berat awal contoh uji (g)
BB = berat kering oven contoh uji setelah pengeringan (g) 3. Daya Serap Air
Contoh uji berukuran (5x5x1) cm3 ditimbang berat awalnya (B1) kemudian direndam dalam air dingin selama 2 dan 24 jam, setelah itu ditimbang beratnya (B2). Besarnya daya serap air papan dihitung berdasarkan rumus:
DS= �2−�1
�1 � 100%
Keterangan :
DS = daya serap air (%)
B1 = berat contoh uji sebelum perendaman (g) B2 = berat contoh uji setelah perendaman (g)
4. Pengembangan Tebal
Contoh uji berukuran (5x5x1) cm3 dalam kondisi kering udara diukur dimensi tebal (T1) pada keempat sisinya kemudian dirata-ratakan. Pengembangan tebal dihitung atas tebal sebelum (T1) dan tebal sesudah perendaman (T2) dalam
air selama 2 jam dan 24 jam. Contoh uji yang digunakan untuk pengembangan tebal menggunakan sampel yang sama pada uji daya serap air. Pengukuran tebal dilakukan setelah perendaman selama 2 jam kemudian dilanjutkan dengan perendaman selama 24 jam untuk dilakukan pengukuran kedua. Nilai pengembangan tebal dinyatakan dalam persen yang dihitung dengan rumus:
S (%) = �2−�1
�1 � 100%
Keterangan:
S = pengembangan tebal (%)
T1 = tebal contoh uji sebelum perendaman (mm) T2 = tebal contoh uji setelah perendaman (mm)
Pengujian Sifat Mekanis Papan Partikel
1. Keteguhan Patah (MOR)
Pengujian keteguhan patah dilakukan dengan menggunakan mesin uji universal (Universal Testing Machine). Nilai MOR papan partikel dihitung dengan rumus:
Keterangan :
MOR = modulus of rupture (kg/cm2) P = beban maksimum (kg)
L = jarak sangga (cm) b = lebar contoh uji (cm) d = tebal contoh uji (cm)
Untuk lebih jelas sketsa cara pengujian modulus patah (MOR) dan modulus lentur (MOE) telah disajikan pada gambar 3.
Gambar 3. Cara pengujian modulus patah (MOR) dan modulus lentur (MOE) 2. Keteguhan Lentur (MOE)
Pengujian keteguhan lentur menggunakan contoh uji yang sama dengan contoh uji pengujian keteguhan patah. Pada saat pengujian dicatat besarnya defleksi yang terjadi setiap selang beban tertentu. Nilai MOE dihitung dengan menggunakan rumus :
Keterangan:
MOE = modulus of elasticity (kg/cm2) P = selisih beban (kg)
L = jarak sangga (cm)
y = perubahan defleksi setiap perubahan beban (cm) b = lebar contoh uji (cm)
d = tebal contoh uji (cm) 3. Keteguhan Rekat (IB)
Keteguhan rekat internal (internal bond) diperoleh dengan cara merekatkan kedua permukaan contoh uji papan partikel dengan perekat epoksi pada balok besi kemudian didiamkan terlebih dahulu selama 24 jam sebelum contoh uji ditarik secara berlawanan. Namun, contoh uji yang akan digunakan terlebih dahulu diukur panjang dan lebarnya untuk memperoleh luas permukaan contoh uji. Contoh uji yang digunakan pada pengukuran keteguhan rekat internal
adalah (5x5) cm. Keteguhan rekat internal dapat dihitung dengan menggunakan rumus: IB= P A Keterangan : IB = internal bond (kg/cm2) P = beban makimum (kg) A = luas penampang (cm2)
Untuk lebih jelas pengujian dalam internal bond telah disajikan sketsa pengujian internal bond pada gambar 4.
Gambar 4. Sketsa pengujian internal bond
Analisis Data
Untuk mengetahui pengaruh kadar perekat terhadap sifat fisis dan mekanis papan partikel batang pisang maka dilakukan sidik ragam dengan rancangan percobaan acak lengkap (RAL). Sebagai perlakuan adalah kadar perekat PF yang terdiri dari 5 taraf ( 8%, 10%, 12%, 14% dan 16%) dengan 4 ulangan sehingga jumlah papan yang dibuat sebanyak 20 papan. Model statistik linier dari rancangan percobaan ini dinyatakan dalam persamaan sebagai berikut:
Yij = �+��+��� Keterangan:
Yij : Respon pengamatan pada pengaruh kadar perekat urea formaldehida (UF) pada papan partikel taraf ke-I dan ulangan ke-j
�� : Pengaruh perlakuan kadar perekat urea formaldehida (UF) pada papan taraf ke-1
���: Sisaan acak dari satuan percobaan ulangan ke-j yang dikenai perlakuan kadar perekat taraf ke-i
i : 8%, 10%, 12%, 14%, 16% j : 1, 2, 3, 4
Adapun hipotesis yang digunakan adalah:
Ho : Kadar perekat phenol formaldehida (PF) tidak berpengaruh terhadap sifat fisis dan mekanis papan partikel.
Hi : Kadar perekat phenol formaldehida (PF) berpengaruh terhadap sifat fisis dan mekanis papan partikel.
Untuk mengetahui pengaruh kadar perekat terhadap sifat fisis dan mekanis papan maka dilakukan analisis keragaman (analysis of variance). Analisis
keragaman tersebut menggunakan kriteria uji sebagai berikut:
a. Jika Fhitung < Ftabel maka Ho diterima atau perlakuan tidak memberikan pengaruh pada suatu selang kepercayaan tertentu.
b. Jika Fhitung > Ftabel maka Ho ditolak perlakuan memberikan pengaruh pada suatu selang kepercayaan tertentu.