3. 1 Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilakukan pada bulan Mei sampai dengan bulan Oktober 2010. Pembuatan wol dilaksanakan di Laboratorium Produk Majemuk serta Laboratorium Penggergajian dan Pengerjaan, Pusat Penelitian dan Pengembangan Hasil Hutan, Departemen Kehutanan, Bogor. Pemotongan dan pengujian fisis contoh uji dilakukan di Laboratorium Peningkatan Mutu Kayu dan Pengujian mekanis contoh uji di lakukan di Laboratorium Rekayasa dan Desain Bangun Kayu, Departemen Hasil Hutan, Fakultas Kehutanan, Institut Pertanian Bogor. Pengujian sound absorbsion coefficient dan sound transmission loss dilakukan masing-masing di Puslitbang Permukiman, Cileunyi, Bandung dan di Laboratoium Fisika Bangunan dan Akustik, Kelompok Keahlian Teknik Fisika, Fakultas Teknik Industri, Institut Teknologi Bandung.
3. 2 Alat dan Bahan
Alat yang digunakan terdiri dari cetakan berukuran 35 cm x 35 cm dan 30 cm x 30 cm, label, kain saring, rotary blender, spray gun, bak plastik, sarung tangan, masker, kantong plastik, penggaris, kain saring, rotary blender, spray gun, cutter, micrometer, kaliper, timbangan elektrik, gelas plastik, gelas ukur, desikator, oven, hammer mill, mesin hot press, mesin pembuat wol, alumunium foil, mesin gergaji Band Saw, tabung impedansi dan alat uji mekanis (Universal Testing Machine merk Instron).
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah wol kayu mangium (Acacia mangium Willd.). Bahan pengikat yang digunakan berupa perekat Methylene diphenyl diIsocyanate (MDI) dan semen Portland I yang dijual dipasaran.
3. 3 Prosedur Penelitian
Gambar 2 Prosedur Penelitian. Kayu Mangium (Acacia mangium) Perekat MDI Semen Serbuk Kayu Pembuatan Wol Kayu Pengujian Suhu Hidrasi
Papan Wol Semen Kerapatan 0,5 dan 0,8
Perbandingan antara Semen : Partikel kayu : Air
(2 : 1 : 1)
Papan Wol MDI Kerapatan 0,5 dan 0,8 Kadar perekat 12% Kayu Mangium (Acacia mangium) Perekat MDI Semen Serbuk Kayu Pembuatan Wol Kayu Pembuatan Contoh Uji
Contoh Uji Sifat Fisis-Mekanis Sifat Fisis : KA, ρ, TS, WA Sifat Mekanis : MOE, MOR, IB Contoh Uji Akustik
- Koefisien absorbsi - Transmission Loss
Analisis Data Pengujian Suhu
Hidrasi
Papan Wol Semen Kerapatan 0,5 dan 0,8
Perbandingan antara Semen : Partikel kayu : Air
(2 : 1 : 1) Kayu Mangium (Acacia mangium) Perekat MDI Semen Serbuk Kayu Pembuatan Wol Kayu
17
3. 3. 1 Persiapan Bahan
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini berupa balok kayu kering udara ± 12 % dengan ukuran panjang x lebar x tebal adalah (200 x 12 x 6) cm. Selanjutnya balok tersebut dipotong dengan mesin gergaji Band Saw menjadi ukuran panjang 40 cm. Kemudian untuk pembuatan wol dilakukan dengan menggunakan mesin (Takekawa Iron Works) untuk memperoleh wol dengan ukuran (5 x 0,4 x 0,03) cm untuk perekat Isocyanate dan (10 x 0,4 x 0,03) cm untuk papan semen.
3. 3. 2 Pembuatan Papan
3. 3. 2. 1 Papan Wol Berperekat MDI
Pencampuran bahan antara wol kayu dengan perekat menggunakan rotary blender dan spray gun. Wol kayu dimasukkan ke dalam rotary blender sedangkan perekat dimasukkan kedalam spray gun dengan kadar perkat 12% dan solid content perekat sebesar 98%. Selanjutnya saat mesin rotary blender berputar, perekat disemprotkan kedalamnya sehingga perekat bercampur rata dengan wol kayu. Kemudian adonan tersebut dimasukkan kedalam pencetak lembaran yang berukuran (35 x 35 x 1) cm, dimana bagian bawah pencetak dilapisi dengan kertas teflon. Selama proses pembentukan lembaran pendistribusian wol kayu pada alat pencetak diusahakan tersebar merata sehingga produk panil komposit yang dihasilkan memiliki profil kerapatan yang seragam. Kerapatan target yang ingin dicapai sebesar 0,5 g/cm3 dan 0,8 g/cm3.
Sebelum dilakukan proses pengempaan, bagian tepi dibatasi dengan batang besi dengan ketebalan 1 cm. Proses pengempaan dilakukan dengan menggunakan mesin kempa panas (hot pressing). Lama pengempaan kurang lebih 10 menit dengan suhu kempa 1200C dan tekanan kempa 25 kgf/cm2 (Gambar 3). Setelah pengempaan selesai, panil yang dihasilkan dibiarkan selama 30 menit agar lembaran panil mengeras. Panil yang dihasilkan setelah pengempaan panas selanjutnya dikondisikan dengan cara diangin-anginkan dalam kondisi terbuka selama dua minggu yang bertujuan untuk menghilangkan tegangan internal di dalam bahan setelah reaksi pengempaan serta untuk meratakan kadar air dalam panil.
Gambar 3 Pengempaan panas.
Contoh uji sifat fisis dan mekanis mengacu pada JIS A 5908 2003 untuk papan partikel sedangkan untuk pengujian transmission loss papan yang digunakan berukuran 70 cm x 70 cm sesuai dengan kebutuhan pengujian. Untuk itu maka dilakukan penyambungan empat lembar papan berukuran 35 cm x 35 cm tersebut direkatkan sisi tebalnya agar mendapatkan lembaran papan berukuran 70 cm x 70 cm dengan menggunakan kempa dingin (Gambar 4). Perekat yang digunakan merupakan perekat PVAc merk Fox dicampur dengan Methane diphenil Isocyanate (MDI) sebagai hardener dengan rasio 15:1.
Gambar 7. Penggabungan lembaran papan partikel
Gambar 4 Penggabungan lembaran papan.
3. 3. 2. 2 Papan Semen
Perlakuan yang dilakukan sebelum pembuatan papan semen diawali oleh pengukuran suhu hidrasi. Pengukuran suhu hidrasi dilakukan bertujuan untuk mengetahui kesesuaian kayu sebagai bahan baku papan semen wol. Bahan yang digunakan berupa serbuk kayu yang lolos disaringan 80 mesh dan tertahan pada saringan 100 mesh, semen dan air.
Campuran pengujian suhu hidrasi terdiri dari semen dengan air adalah 2 :1 dan semen : air : serbuk kayu (13,3 : 1 : 1). Metode yang digunakan untuk
19
pembuatan adonan suhu hidrasi secara manual dengan cara sebagai berikut: pertama untuk adonan tanpa serbuk kayu yaitu semen dan air dicampur sampai homogen. Kedua adonan dengan serbuk yaitu semen, air dan serbuk dicampur sampai homogen, kemudian adonan serbuk kayu di campur dan diaduk sampai homogen. Masing-masing adonan tersebut dimasukkan kedalam gelas plastik kemudian dimasukkan kedalam kotak styrene foam yang kedap udara (Gambar 5), setelah itu adonan dihubungkan dengan recorder menggunakan termokopel. Setiap adonan menggunakan satu termokopel dengan recorder. Suhu hidrasi tercatat secara otomatis selama 24 jam dengan interval waktu pengukuran tiap 1 menit. Termokopel yang c dihubungkan b dengan recorder d a 150 mm 310 mm
Gambar 5 Alat ukur suhu hidrasi. Keterangan :
a = Adonan
b = Gelas/wadah plastik c = styrene foam
d = Ruang styrene foam terisolasi
Persiapan pembuatan papan semen diawali dengan perendaman partikel selama 48 jam yang bertujuan untuk mengeluarkan zat ekstraktif kayu. Pembuatan papan semen wol dilakukan dengan perbandingan wol kayu, semen dan air adalah 1 : 2 : 1. Kerapatan sasaran sebesar 0,5 gr/cm3, katalis yang digunakan adalah magnesium klorida (MgCl2) sebanyak 2,5% dari berat semen. Berat adonan yang diperlukan untuk setiap lembar panil berukuran (30 x 30 x 1) cm adalah 450 gr.
Pembuatan papan semen dilakukan dengan melarutkan katalis kedalam air sampai homogen, kemudian larutan tersebut disemprotkan pada wol sampai
merata dan semen dimasukkan terakhir setelah semua bahan tercampur sempurna. Komposisi bahan dalam pembuatan papan semen wol dalam tiga ulangan antara wol kayu, semen dan air adalah 112,5 : 225 : 112,5.
Pencampuran dilakukan di atas plastik dan plat seng dengan cetakan berukuran (30 x 30 x 1) cm. Lapik yang ada pada plat besi dikempa dengan tekanan spesifik 35 kg/cm2 sampai ketebalan 1 cm, sementara itu baut dikencangkan dan dikempa serta diklem lapik dimasukkan ke dalam oven dengan suhu ± 600C selama 24 jam (setting process).
Setelah lembaran panil diklem dan dioven selama 24 jam kemudian lembaran panil dikeluarkan dari plat besi dan papan diletakkan di ruangan untuk pengerasan lanjutan (curing) pada suhu ruangan selama tiga minggu. Setelah itu papan dikeringkan dalam oven pada suhu ± 800C selama 10 jam. Tahap akhir dalam proses pembuatan papan semen wol yaitu pengkondisian pada suhu ruangan selama satu minggu, tujuannya adalah untuk menyamakan suhu papan dengan suhu ruangan. Proses pembuatan papan semen wol disajikan pada Gambar 6.
Wol kayu + Semen + Air Pencampuran Bahan dengan perbandingan masing-masing (1 : 2 : 1)
Pengkondisan selama Pengempaan Pencetakan Bahan 1 minggu
21
3. 3. 4 Pengambilan Contoh Uji
Parameter yang diuji berupa sifat akustik (transmission loss dan koefisien absorbsi), sifat fisis (kadar air, kerapatan, pengembangan tebal dan daya serap air) dan sifat mekanis (Modulus of Rupture (MOR), Modulus of Elasticity (MOE), Internal Bond (IB) dan Screw Withdrawal (SW)).
Pengujian akustik transmission loss menggunakan contoh uji ukuran 70 cm x 70 cm. Setelah itu dilakukan pengujian sifat akustik berupa uji absorbsi suara, sifat fisis dan sifat mekanis dibuat pola-pola seperti pada gambar 10 dibawah. Pola-pola tersebut lalu dipotong-potong untuk dilakukan pengujian sifat fisis-mekanis yang mengacu pada standar JIS A 5908 2003 Type 13. Untuk lebih detail ukuran dan bentuk contoh ujinya digambarkan sebagai berikut. :
Gambar 7 Pola pemotongan contoh uji papan semen. 30 cm g c b a a f e 30 cm d
Keterangan : a = Contoh uji MOE dan MOR, berbentuk persegi dengan ukuran 5 cm x 20 cm
b = Contoh uji kerapatan dan kadar air, berbentuk persegi dengan ukuran 10 cm x 10 cm
c = Contoh uji koefisien absorbsi suara, berbentuk lingkaran dengan diameter 4,8 cm.
d = Contoh uji keteguhan rekat internal, berbentuk persegi dengan ukuran 5 cm x 5 cm
e = Contoh uji daya serap air dan pengembangan tebal, berbentuk persegi dengan ukuran 5 cm x 5 cm
f = Contoh uji kuat pegang sekrup, berbentuk persegi dengan ukuran 5 cm x 10 cm
g = Contoh uji transmission loss, berbentuk lingkaran dengan ukuran 9,8 cm
Masing-masing pengujian dilakukan dengan tiga kali ulangan, selanjutnya nilai yang digunakan adalah rataan nilai dari kelima ulangan tersebut.
3. 4 Pengujian Panel
3. 4. 1 Pengujian Sifat Akustik
a. Pengukuran Koefisien Absorpsi Suara dengan Tabung Impedansi
Tabung impedansi adalah suatu tabung yang dirancang untuk mengukur parameter akustik suatu bahan dengan ukuran meterial uji yang kecil sesuai dengan ukuran tabung dan dengan arah datang suara pada arah normal permukaan bahan uji. Tabung impedansi yang digunakan pada metode ini dibagi dalam beberapa bagian, yaitu bagian tabung dan pipa penyelidik, bagian penyangga bahan uji (spesimen), bagian pembangkit bunyi, dan bagian penerima bunyi.
23
a Secara sederhana tabung impedansi dapat digambarkan sebagai berikut:
Gambar 8 a. Tabung Impedansi b. Penempatan Contoh Uji c. Pengaturan Frekuensi d. Pengukuran Nilai dB
Prinsip dasar metode Tabung Impedansi adalah refleksi, absorpsi dan transmisi gelombang bunyi oleh permukaan bahan pada suatu ruang tertutup, dimana bahan tersebut digunakan untuk melapisi permukaan dinding ruang tertutup (Gambar 8).
Pengukuran koefisien absorbsi suara berdasarkan JIS A 1405 1963 dengan menggunakan contoh uji berbentuk lingkaran berdiameter 9,8 cm dan 4,8 cm. Pengukuran dilakukan dalam rentang frekuensi 100 Hz – 1600 Hz dengan filter 1/3 oktaf. Pada tabung impedansi koefisien absorbsi suara yang dapat dihitung adalah koefisien absorbsi suara normal. Koefisien absorbsi suara (α0) ini dihitung dengan cara mengukur tekanan suara yang datang pada permukaan bahan dan yang dipantulkan oleh permukaan bahan tersebut. Koefisien tersebut dapat dihitung dengan menggunakan persamaan sebagai berikut :
b
d c
α0 =
dimana rasio gelombang berdiri (n) diukur dengan mensubtitusikan dengan resistansi attenuasi, menentukan rasio gelombang berdiri dari perbedaan tekanan suara ( L) db dengan menggunakan persamaan berikut:
atau b. Pengukuran Sound Transmision Loss
Pengukuran Sound Transmision Loss berdasarkan ASTM E 413-2004. Pengukuran dilakukan dalam rentang frekuensi 125 Hz s.d. 4000 Hz dengan filter 1/3 oktaf.
Rugi transmisi (transmission loss – TL) suatu bahan partisi didefinisikan sebagai rasio logaritmis antara daya suara (Wτ) yang ditransmisikan oleh suatu bahan partisi terhadap daya suara yang datang (Wi). TL (dalam desibel) umumnya digunakan sebagai salah satu parameter kemampuan suatu bahan dalam mereduksi suara. Secara matematis, dapat dirumuskan sebagai:
TL = 10 log i W W TL = 10 log 1
dengan τ adalah koefisien transmisi suara dari bahan tersebut, yaitu rasio antara daya suara yang ditransmisikan bahan partisi terhadap daya suara yang datang.
Pengukuran rugi transmisi suatu bahan partisi membutuhkan dua ruang dengung yang salah satu sisinya berhimpit dengan ruang yang satu berperan sebagai ruang sumber suara, serta ruang yang lain berperan sebagai ruang penerima. Besarnya rugi transmisi dari bahan partisi tidaklah sama dengan selisih tingkat tekanan suara antara ruang sumber dengan ruang penerima, tetapi masih dipengaruhi oleh absorpsi suara di
25
ruang penerima, sehingga persamaan yang umum digunakan dalam pengukuran di laboratorium adalah:
TL = L1–L2 + 10 log rec S A atau TL = NR + 10 log rec A S NR = L1–L2 dan Arec = 0,161 60 T V
dengan NR adalah noise reduction, L1 adalah tingkat tekanan suara dalam ruang sumber, L2 adalah tingkat tekanan suara dalam ruang penerima, S adalah luas sampel bahan partisi [m2], Arec =Sαsab = total penyerapan suara pada ruang penerima [m2 Sabine], V volume ruang penerima [m3], serta T60waktu dengung ruang penerima.
Gambar 9 Reverberation Chamber di Laboratorium Fisika Bangunan Akustik ITB.
Ruang dengung mini (mini transmission suite) di Laboratorium Fisika Bangunan dan Akustik – Teknik Fisika ITB memiliki volume ruang penerima sebesar 19 m3 serta luas sampel bahan partisi sebesar (0,69 × 0,69) m2. Nilai TL dari setiap bahan merupakan fungsi frekuensi di mana nilai TL pada umumnya akan bertambah besar seiring dengan meningkatnya massa jenis bahan (setiap jenis bahan mempunyai karakteristik absorpsi yang unik terhadap frekuensi).
3. 4. 2 Pengujian Sifat Fisis a. Kadar Air (KA)
Contoh uji papan wol berukuran 10 × 10 (cm) ditimbang berat awalnya (BB) menggunakan neraca digital, selanjutnya dioven selama 24 jam pada suhu 103±2 ºC. Setelah pengovenan contoh uji diletakkan dalam desikator selama 20 menit selanjutnya timbang berat kering tanur (BKT) nya. Sampel kembali dioven selama tiga jam dengan perlakuan yang sama sampai didapatkan berat yang konstan. Nilai kadar air (KA) didapatkan melalui perhitungan :
KA (%)
Keterangan: BB = Berat awal (gram)
BKO = Berat kering oven (gram) KA = Kadar air (%)
b. Kerapatan (KR)
Penentuan kerapatan papan wol menggunakan contoh uji dengan ukuran 10 cm × 10 cm. Contoh uji tersebut ditimbang berat kering udara (BKU)nya serta dimensi panjang, lebar dan tebalnya. Nilai kerapatan dihitung berdasakan rumus :
t l p BKU
27
Keterangan : BKU = Berat kering udara (gram) p = Dimensi panjang (cm) l = Dimensi lebar (cm) t = Dimensi tebal (cm) ρ = Kerapatan (gram/cm³)
c. Daya Serap Air (Water Absorption/WA)
Daya serap air papan wol dihitung berdasarkan berat sebelum dan sesudah perendaman dalam air selama 2 dan 24 jam.
Nilai daya serap air dihitung menggunakan rumus:
Keterangan : B1 = Berat sebelum perendaman (gram) B0 = Berat setelah perendaman
d. Pengembangan Tebal (Thickness Swelling/TS)
Pengembangan tebal didasarkan atas tebal sebelum dan sesudah perendaman dalam air selama 2 dan 24 jam. Nilai pengembangan tebal dihitung menggunakan rumus:
Keterangan : D1 = Dimensi sebelum perendaman (cm) D0 = Dimensi sesudah perendaman (cm)
3. 4. 3 Pengujian Sifat Mekanis
a. Modulus Lentur Lentur (Modulus of Elasticity) dan Keteguhan Patah (Modulus of Rupture)
Pengujian MOE dan MOR ini menggunakan contoh uji berukuran 5 cm x 20 cm. Kedua ujung contoh uji diletakkan pada bentang penyangga dan beban diletakkan di tengah bentang. Laju pembebanan tidak melebihi 20 kg/cm² permenit, pengujian menggunakan UTM merk Instron.
BEBAN
Gambar 10 Pengujian MOE dan MOR.
Nilai keteguhan lentur statis berupa modulus elastis (MOE) dan modulus patah (MOR) dihitung menggunakan rumus :
3 3
4 ybh
PL
MOE
2 2 3 bh PL MORKeterangan : MOE = Modulus of Elasticity (kgf/cm2) MOR = Modulus of Rupture (kgf/cm2) ∆P = selisih beban (kgf)
L = jarak sangga (cm) P = berat maksimum (kgf)
∆y = perubahan defleksi setiap perubahan beban (cm) b = Lebar contoh uji (cm)
h = Tebal contoh uji (cm)
b. Kuat Rekat Internal (Internal Bond / IB)
Kuat rekat dihitung dengan menggunakan mesin UTM Instron, sama seperti pada pengujian keteguhan lentur dan keteguhan patah. Nilai kuat rekat internal dapat dihitung dengan menggunakan rumus :
A P IB
Keterangan : P = Beban maksimum (kgf)
29
Gambar 11 Pengujian Internal Bond.
c. Kuat Pegang Sekrup (Screw Withdrawal/SW)
Contoh uji berukuran 5 x 10 cm berdasarkan standar JIS A 5908 (2003). Sekrup yang digunakan berdiameter 0,27 cm, panjang 1,6 cm dimasukkan hingga mencapai kedalaman 0,8 cm. Nilai kuat pegang sekrup dinyatakan oleh besarnya beban maksimum yang dicapai dalam kilogram.
3. 5 Analisis Data
Analisis data dilakukan untuk menganalisis sifat fisis, sifat mekanis dan akustik panel.
1. Sifat Fisis dan Mekanis
Analisis data yang dilakukan adalah Rancangan percobaan faktorial dalam perlakuan acak lengkap. Model yang digunakan tersusun atas 2 faktor perlakuan, yaitu faktor 2 kerapatan dan faktor 2 jenis perekat dengan skema rancangan percobaan seperti pada tabel sebagai berikut:
Tabel 2 Skema Rancangan Percobaan
Jenis Perekat Ulangan Kerapatan Papan
0,5 0,8 MDI 1 ... ... 2 ... ... 3 ... ... Semen 1 ... ... 2 ... ... 3 ... ... Blok kayu Blok kayu Contoh uji
Model umum rancangan percobaan yang digunakan adalah sebagai berikut :
Yijk = µ + Ai + Bj + (AB)ij + ijk
Keterangan :
Yijk = nilai respon pada taraf ke-i faktor kerapatan dan taraf ke-j faktor jenis perekat.
µ = nilai rata-rata pengamatan
Ai = pengaruh sebenarnya faktor kerapatan pada taraf ke-i Bj = pengaruh sebenarnya faktor jenis perekat pada taraf ke-j i = kerapatan yaitu kerapatan 0,5 dan kerapatan 0,8
j = jenis perekat yaitu perekat Isocyanate dan semen k = ulangan ke-1, 2 dan 3
(AB)ij = pengaruh interaksi faktor kerapatan pada taraf ke-i dan faktor jenis perekat pada taraf ke-j
εijk = nilai kesalahan (galat) dari percobaan pada faktor kerapatan taraf ke- i dan faktor jenis perekat pada taraf ke-j. Untuk melihat adanya pengaruh perlakuan terhadap respon maka dilakukan analisis keragaman dengan menggunakan uji F pada tingkat kepercayaan 95% (nyata).
Perlakuan yang dinyatakan berpengaruh terhadap respon dalam analisis sidik ragam, kemudian diuji lanjut dengan menggunakan Duncan Multiple Range Test (DMRT). Analisis dilakukan dengan menggunakan bantuan program komputer SAS 9.1. Untuk kriteria ujinya yang digunakan adalah jika Fhitung lebih kecil atau sama dengan Ftabel maka perlakuan tidak berpengaruh nyata pada suatu tingkat kepercayaan tertentu dan jika Fhitung
lebih besar dari Ftabel maka perlakuan berpengaruh nyata pada tingkat kepercayaan tertentu. Uji secara terpisah terhadap masing-masing parameter yaitu target kerapatan dan jenis perekat dilakukan sebagai pendorong dan pelengkap penjelasan dari rancangan RAL faktorial.
31
2. Sifat Akustik
Analisis data dilakukan secara deskriptif dengan membandingkan data koefisien absorbsi (α) dan sound transmission loss (STL) serta sound transmission class (STC) pada sebaran frekuensi pengujian 100 - 4000 Hz.