9
BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian ini dilakukan dari bulan Juni sampai dengan bulan Oktober 2010. Tempat yang dipergunakan untuk penelitian adalah sebagai berikut : untuk pembuatan wol dilakukan di Laboratorium Produk Majemuk serta Laboratorium Penggergajian dan Pengerjaan, Pusat Penelitian dan Pengembangan Hasil Hutan, Departemen Kehutanan, Bogor, sedangkan untuk pembuatan contoh uji dilakukan di Laboratorium Bagian Bio Komposit, Departemen Hasil Hutan, Fakultas Kehutanan IPB. Pengujian dilakukan di empat tempat berbeda. Untuk pengujian sifat fisis dan pemotongan contoh uji dilakukan di Laboratorium Peningkatan Mutu Kayu, Departemen Hasil Hutan, Fakultas Kehutanan IPB, untuk pengujian sifat mekanis dilakukan di Laboratorium Rekayasa dan Desain Bangun Kayu, Departemen Hasil Hutan, Fakultas Kehutanan IPB, sedangkan untuk pengujian rugi transmisi suara dilakukan di Laboratorium Fisika Bangunan dan Akustik, Kelompok Keahlian Teknik Fisika, Fakultas Teknik Industri, Institut Teknologi Bandung, dan untuk pengujian koefisien absorbsi suara dilakukan di Puslitbang Permukiman, Cileunyi, Bandung. 3.2 Alat dan Bahan Alat yang digunakan untuk penelitian ini berupa alat tulis dan hitung, baskom plastik, sarung tangan, masker, kantong plastik, kertas teflon, kaliper, oven, besi cetakan berukuran 35 cm x 35 cm, rotary blender, spray gun, timbangan elektrik, mesin kempa panas, mesin pembuat wol, band saw, tabung impedansi, sound detector, dan alat uji sifat mekanis yaitu Universal Testing Machine merk Instron. Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah partikel kayu sengon dengan ukuran halus, sedang dan wol. Perekat yang digunakan adalah diphenylmethane dissocyanate (MDI) dengan kadar perekat 12% dari berat kering tanur partikel kayu dan solid content perekat sebesar 98%.
10
3.3 Prosedur Penelitian 3.3.1 Persiapan Bahan Jenis bahan baku yang digunakan adalah tiga ukuran partikel sengon yaitu partikel halus, sedang dan wol (Gambar 2). Untuk pertikel halus dan sedang, balok kayu sengon terlebih dahulu dipotong kecil-kecil agar dapat digiling menggunakan alat disk flaker untuk dijadikan flake terlebih dahulu. Kemudian flake tersebut diproses menggunakan hammer mill untuk memperoleh partikel dengan ukuran tebal 0,5 -1 mm, lebar 1-2 mm, dan panjang ±1 cm yang disebut dengan partikel sedang. Sebagian dari partikel sedang dihancurkan kembali dengan hammer mill untuk memperoleh partikel dengan ukuran 10 mesh yang disebut dengan partikel halus. Wol kayu diperoleh dengan cara menggergaji balok kayu hingga berukuran (40 x 12 x 6) cm, dan dijadikan wol menggunakan mesin pembuat wol (Takekawa Iron Works) sehingga mendapatkan wol dengan ukuran tebal 0,3 mm, lebar 4 mm dan panjang 5 cm.
(a)
(b)
(c)
Gambar 2. Partikel sengon dalam berbagai ukuran (a) halus, (b) sedang dan (c) wol. 3.3.2 Pembuatan Papan Kerapatan target papan partikel yang akan dibuat adalah 0,8 g/cm3 dan 0,5 g/cm3. Pencampuran bahan antara partikel dengan perekat menggunakan rotary blender dan spray gun. Partikel dimasukkan ke dalam rotary blender sedangkan perekat dimasukkan kedalam spray gun. Selanjutnya saat mesin rotary blender berputar, perekat disemprotkan kedalamnya sehingga perekat bercampur rata dengan partikel. Selanjutnya adonan tersebut dimasukkan ke dalam pencetak lembaran yang berukuran (35 x 35 x 1) cm untuk kemudian dikempa dengan
11
menggunakan kempa panas (Gambar 3). Waktu pengempaan sekitar 10 menit dengan suhu kempa 1200C dan tekanan kempa 25 kgf/cm2. Setelah pengempaan selesai, panel yang dihasilkan dibiarkan selama 30 menit agar lembaran panel mengeras.
Gambar 3. Pengempaan panas 3.3.3 Pembuatan Contoh uji Papan yang telah selesai dibuat kemudian dipotong-potong berdasarkan pengujian yang akan dilakukan. Gambar 4 menyajikan ukuran contoh uji sifat fisis dan mekanis yang mengacu pada standar JIS A 5908 (2003). 35 cm
a
b
g
d
a c
f
35 cm
e
Gambar 4. Pola pemotongan contoh uji papan partikel
12
Keterangan : a = Contoh uji MOE dan MOR, berbentuk persegi panjang dengan ukuran 5 cm x 20 cm, b = Contoh uji kerapatan dan kadar air, berbentuk persegi empat dengan ukuran 10 cm x 10 cm, c = Contoh uji koefisien absorbsi suara, berbentuk lingkaran dengan diameter 10 cm dan 5 cm, d = Contoh uji keteguhan rekat internal, berbentuk persegi empat dengan ukuran 5 cm x 5 cm, e = Contoh uji daya serap air dan pengembangan tebal, berbentuk persegi empat dengan ukuran 5 cm x 5 cm, f = Contoh uji kuat pegang sekrup, berbentuk persegi panjang dengan ukuran 5 cm x 10 cm. Masing-masing pengujian dilakukan dengan tiga kali ulangan. 3.4 Pengujian Papan Partikel 3.4.1 Pengujian Sifat Akustik a. Pengukuran Koefisien Absorpsi Suara Koefisien absorbsi suara diukur menggunakan 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. Secara sederhana tabung impedansi dapat dilihat pada Gambar 5.
(a)
(b)
(c)
Gambar 5. (a) Contoh uji, (b) Penempatan contoh uji dan (c) Tabung impedansi
13
Pengukuran koefisien absorbsi suara dilakukan berdasarkan JIS A 1405 (1963) dalam rentang frekuensi (100 – 4000) Hz dengan filter 1/3 oktaf. Contoh uji yang digunakan berbentuk lingkaran berdiameter 10 cm untuk frekuensi 100 Hz – 1600 Hz dan diameter 5 cm untuk frekuensi 2000 Hz – 4000 Hz (Gambar 5). Koefisien absorbsi suara ini dihitung dengan cara mengukur tekanan suara yang datang pada permukaan bahan dan yang dipantulkan oleh permukaan bahan tersebut. b. Pengukuran Rugi Transmisi Suara dan Penentuan Kelas Transmisi Suara Pengukuran rugi transmisi suara (sound transmission loss, STL) menggunakan contoh uji ukuran 70 cm x 70 cm yang dibuat dengan menggabungkan empat lembar papan berukuran 35 cm x 35 cm dengan bantuan perekat PVAc merk Fox yang dicampur dengan diphenylmethane dissocyanate (MDI) sebagai hardener dengan rasio 15 : 1. Pengujian ini dilakukan di ruang dengung mini Laboratorium Fisika Bangunan dan Akustik – Teknik Fisika ITB dalam rentang frekuensi (125 – 4000) Hz dengan filter 1/3 oktaf (Gambar 6 dan 7). Selanjutnya, penentuan nilai kelas transmisi suara (sound transmission class (STC) dilihat berdasarkan histogram hasil pengukuran STL yang dibandingkan dengan kurva-kurva STC standar, kemudian dicari kurva STC yang terdekat. Penentuan STC standar mengacu pada ASTM E 413 (2004).
Gambar 6. Skema pengujian sound transmision loss (Sumber : FTI ITB 2009)
14
(a)
(b)
Gambar 7. (a) Penempelan panel dan (b) Ruang suara 3.4.2 Pengujian Sifat Fisis dan Mekanis a. Pengujian Kerapatan Contoh uji (10 cm x 10 cm) ditimbang beratnya (m). Setelah itu, diukur dimensi panjang, lebar dan tebal untuk menghitung volume contoh uji (V). Nilai kerapatan papan partikel dihitung dengan menggunakan rumus:
Dimana: = Kerapatan (gram/cm3) m
= Berat awal contoh uji (gram)
V
= Volume contoh uji (cm3)
b. Pengujian Kadar Air Contoh uji (10 cm x 10 cm) dalam keadaan kering udara ditimbang bobotnya (BKU). Setelah ditimbang, kemudian dikeringkan dalam oven dengan suhu 103±20C selama 24 jam. Setelah 24 jam contoh uji diangkat kemudian didinginkan dalam desikator lalu ditimbang dan dicatat beratnya, kemudian dimasukkan ke dalam oven lagi dengan suhu 103±20C selama 24 jam. Setelah 24 jam contoh uji diangkat kemudian didinginkan dalam desikator lalu ditimbang lagi, selisih beratnya kurang dari 1 % maka beratnya sudah konstan, dan hasil penimbangan terakhir digunakan untuk penghitungan kadar air (BKO). Nilai kadar air papan dihitung dengan rumus:
15
Dimana : KA
= Kadar air (%)
BKU = Berat contoh uji kering udara (gram) BKO = Berat kering oven (gram) c. Pengujian Daya Serap Air Contoh uji (5 cm x 5 cm) dalam keadaan kering udara ditimbang beratnya (B1). Setelah itu, contoh uji direndam dalam air pada suhu kamar selama 2 jam dan 24 jam. Setelah 2 jam dan 24 jam, contoh uji diambil dari tempat perendaman kemudian ditiriskan hingga tidak ada lagi air yang keluar dari contoh uji, lalu timbang beratnya (B2). Besarnya daya serap air papan dihitung dengan rumus:
Dimana : DSA = Daya serap air (%) B1
= Berat contoh uji sebelum perendaman (gram)
B2
= Berat contoh uji setelah perendaman 2 jam / 24 jam (gram)
d. Pengujian Pengembangan Tebal Contoh uji (5 cm x 5 cm) dalam keadaan kering udara diukur tebalnya (T1). Setelah itu, contoh uji direndam dalam air pada suhu kamar selama 2 jam dan 24 jam. Setetah 2 jam dan 24 jam, contoh uji diambil dari tempat perendaman kemudian ditiriskan hingga tidak ada lagi air yang keluar dari contoh uji, kemudian diukur tebalnya (T2). Nilai pengembangan tebal dihitung dengan rumus:
Dimana : PT = Pengembangan tebal atau linear (%) T1 = Tebal contoh uji sebelum perendaman (mm) T2 = Tebal contoh uji setelah perendaman 2 jam / 24 jam (mm)
16
e. Pengujian Modulus of Elasticity (MOE) dan Modulus of Rupture (MOR) Contoh uji (5 x 20 x 1 cm) dalam keadaan kering udara diukur lebar (b) dan tebalnya (h). Kemudian contoh uji diletakkan pada alat penumpu dengan arah tegak lurus pada sumbu penumpu (Gambar 8). Panjang bentang (L) yang digunakan adalah 15 kali tebal nominal, tetapi tidak kurang dari 7,5 cm. Pembebanan dilakukan tegak lurus di tengah bentang. Pada saat pembebanan dicatat besarnya defleksi (Y) yang terjadi setiap selang beban tertentu (P). Beban tekan diberikan sampai contoh uji patah. Pengujian MOE dan MOR dilakukan dengan menggunakan mesin uji universal (Universal Testing Machine) merek Instron. Besarnya nilai MOE dan MOR dihitung dengan rumus:
Dimana : MOE = Modulus elastisitas (kgf/cm2) MOR = Modulus patah (kgf/cm2) P
= Beban sebelum batas proporsi (kgf)
Pmax = Beban maksimum (kgf) L
= Panjang bentang (cm)
Y
= Lenturan pada beban P (cm)
b
= Lebar contoh uji (cm)
h
= Tebal contoh uji (cm)
Gambar 8. Pengujian MOE & MOR
17
f. Pengujian Internal Bond (IB) Contoh uji (5 x 5 x 1 cm) direkatkan pada dua buah blok kayu dengan perekat epoxy (Gambar 9), dan biarkan mengering selama 24 jam agar proses perekatannya sempurna. Kemudian blok kayu ditarik tegak lurus permukaan contoh uji sampai diketahui nilai beban maksimum. Pengujian keteguhan rekat dilakukan dengan menggunakan mesin uji universal (Universal Testing Machine) merek Instron. Nilai keteguhan rekat dihitung menggunakan rumus :
Dimana : IB = Keteguhan rekat (kg/cm2) P
= Beban maksimum (kg)
A
= Luas penampang (cm2)
Blok kayu Contoh uji Blok kayu
Gambar 9. Pengujian Internal Bond g. Pengujian Kuat Pegang Sekrup (KPS) Contoh uji berukuran 5 x 10 x 1 cm. Sekrup yang digunakan berdiameter 2,7 mm, panjang 16 mm lalu dimasukkan hingga mencapai kedalaman 8mm. Nilai kuat pegang sekrup dinyatakan oleh besarnya beban maksimum yang dicapai dalam kilogram (JIS A 5908-2003). 3.5 Rancangan Percobaan dan Analisis Data Khusus untuk sifat fisis dan mekanis dilakukan analisis faktorial Rancangan Acak Lengkap (RAL). Faktor yang diteliti meliputi faktor A adalah target kerapatan papan yaitu: kerapatan 0,5 g/cm³ (a1) dan kerapatan 0,8 g/cm³ (a2). Faktor B adalah ukuran partikel yaitu: partikel halus (b1), partikel sedang (b2)
18
dan wol (b3). Masing-masing taraf dilakukan sebanyak tiga ulangan. Model statistik linier dari rancangan percobaan yang digunakan adalah sebagai berikut: Yijk = µ + Ai + Bj + (AB)ij + ijkl Keterangan: Yijk
= Nilai pengamatan pada papan dengan target kerapatan-i, ukuran partikelj, dan ulangan ke-k
µ
= Nilai rata-rata pengamatan
Ai
= Pengaruh faktor target kerapatan papan pada taraf ke-i
Bj
= Pengaruh faktor ukuran partikel pada taraf ke-j
(AB)ij = Pengaruh interaksi faktor target kerapatan papan pada taraf ke-i dan faktor ukuran partikel pada taraf ke-j εijk
= Kesalahan percobaan pada faktor target kerapatan papan pada taraf ke-i, faktor ukuran partikel pada taraf ke-j
i
= Target kerapatan papan yaitu: kerapatan 0,5 g/cm³ dan kerapatan 0,8 g/cm³
j
= Ukuran partikel yaitu: partikel halus, partikel sedang dan partikel wol
k
= Ulangan 1,2 dan 3 Selanjutnya dilakukan analisis keragaman dengan menggunakan uji F pada
Tabel ANOVA dengan tingkat kepercayaan 95% untuk mengetahui pengaruh perlakuan yang diberikan. Uji lanjut dilakukan dengan menggunakan uji Duncan Multiple Range Test (DMRT).
