V.
HASIL DAN PEMBAHASAN
B. Tahapan Proses Pembuatan Papan Serat 1. Pembuatan Matras a. Pemotongan serat
Serat kenaf memiliki ukuran panjang rata-rata 40-60 cm (Gambar 18), untuk mempermudah proses pembuatan matras maka dilakukan pemotongan serat dengan ukuran ±5.5 cm dengan menggunakan mesin pemotong Laros sebanyak dua kali pengulangan untuk memastikan bahwa semua serat telah terpotong. Pemotongan serat berfungsi untuk mempermudah proses pembukaan serat dan proses pembuatan matras selanjutnya.
Gambar 18. Proses
pemotongan serat.
b. Pembukaan serat
Setelah pemotongan, serat dimasukkan ke dalam Fiber Opening
Machine (Gambar 19) untuk membentuk
serat menjadi
helaian yang lebih halus. Dalam mesin pembuka serat ini juga dilengkapi dengan oven pengering yang berfungsi untuk mengeringkan
28
serat yang masih lembab. Serat dibuka menggunakan pisau pembuka serat seperti pada Gambar 20.
Gambar 19. Unit mesin pembuka serat.
Gambar 20. Pisau pembuka serat.
c. Pembuatan matras
Setelah melalui proses pembukaan serat serat, kemudian dilakukan proses pengepresan dengan mesin Balling Press. Proses ini dilakukan untuk mengetahui rendemen hasil pembukaan serat dan mempermudah penyimpanan. Rendemen serat yang dihasilkan setelah melalui proses pemotongan dan pembukaan serat yakni sebesar 80%,
29
sedangkan sisanya berupa debu. Pada proses pembuatan matras, serat giling dimasukkan ke dalam Bale Opener sebagai areal pemasukan sekaligus pengaturan komposisi serat kenaf dan polypropylene yang digunakan (Gambar 21). Pada penelitian ini digunakan perbandingan serat dan polypropylene yakni 50 :50 %.
Gambar 21. Proses gramasi kenaf dan dan polypropylene. Pada Balepengaturan Opener juga terjadiserat proses blowing pemisahan
Pada Bale Opener juga terjadi proses blowing dan pemisahan debu oleh dust collector. Selanjutnya campuran serat memasuki Hopper (Gambar 22.a) dan masuk ke mesin Carding untuk menghaluskan dan meratakan serat serta membentuk satu lapisan (layer). Kemudian lapisan tersebut melewati top conveyor (Gambar 22.b) dan memasuki cross laper untuk mengatur kelebaran.
30
a
b
c
Gambar 22. Proses pembuatan matras, a. Proses penampungan di Hopper, b. Top conveyor, c. mesin preneedle punching.
Serat dari top conveyor selanjutnya memasuki mesin preneedle punching untuk mengatur kepadatan matras yang dihasilkan. Lapisanlapisan yang dihasilkan disatukan untuk memperoleh ketebalan dan
31
kepadatan matras seperti yang diinginkan. Proses pengerasan dilakukan dengan menggunakan preneedle punching (Gambar 22.c). 2. Pembuatan Papan Serat
Proses pembuatan matras dilakukan dengan menggunakan mesin pengempa panas dan dingin (Gambar 23). Setelah pembuatan matras, serat disiapkan dalam ukuran sampel sebesar 300 mm x 300 mm. Kemudian campuran serat diletakkan dalam cetakan dan dimasukkan ke dalam mesin pengempa panas. Pengempaan dilakukan pada kondisi suhu ± 200 °C dan tekanan 50 kgf/ cm2. Proses pengempaan dilakukan selama ±2 menit (Gambar 24).
Cold Press
Hot Press
Gambar 23. Mesin pengempa panas dan dingin.
Setelah dilakukan pengempaan panas, selanjutnya cetakan dikeluarkan dan diletakkan pada mesin pengempa dingin. Proses pendinginan dilakukan selama 5-7 menit. Kemudian papan serat dikeluarkan dan didiamkan pada suhu ruang selama ± dua minggu, sebelum dilakukan proses pengujian. Papan dikeluarkan dari cetakan dan dilakukan perataan dengan memotong pinggiran papan serat untuk mempermudah pengukuran dimensi.
32
a
c b
Gambar 24. Proses pengempaan panas, a). Tekanan, b). Suhu, c). Cetakan papan.
C. Sifat Fisis dan Mekanis Papan Serat
Beberapa pengujian perlu dilakukan untuk mengetahui karakteristik fisik maupun mekanis papan serat. Hal tersebut diperlukan untuk mengetahui bahwa papan serat kenaf memiliki kualitas yang baik dan tepat bila digunakan sebagai bahan baku interior boards pada industri otomotif sehingga layak digunakan. Adapun beberapa parameter penting yang digunakan dalam pengujian antara lain : 1. Kerapatan (Spesific gravity)
Kerapatan merupakan suatu ukuran kekompakan suatu partikel dalam lembaran. Nilainya sangat tergantung pada kerapatan bahan awal yang digunakan dan besarnya tekanan kempa yang diberikan selama pembuatan papan serat, semakin tinggi kerapatan papan serat yang akan dibuat maka semakin besar pula tekanan kempa yang dberikan pada proses pengempaan papan serat. Kerapatan merupakan sifat fisis yang sangat berpengaruh terhadap sifat fisis dan mekanis lainnya. Kerapatan didefinisikan sebagai massa atau berat persatuan volume. Kerapatan papan serat dihitung dari berat volume tanpa memperhatikan kandungan air, sehingga pengujian yang dilakukan berdasarkan berat dan volume udara kering.
33
Berdasarkan TS (Toyota Standard) 2006, untuk kualitas papan serat mensyaratkan nilai kerapatan papan serat sebesar 0.55 – 0.75 g/cm3. Dari hasil pengujian kerapatan
papan serat memperlihatkan nilai
kerapatan sebesar 0.67 g/cm3 (Tabel 4).
Tabel 4. Hasil pengujian kerapatan jenis papan serat kenaf
Haygreen dan Bowyer (2003) menyatakan bahwa pada saat kempa panas ditutup, lapisan permukaan menerima panas yang lebih cepat daripada bagian inti. Selain itu jenis serat yang digunakan juga mempengaruhi kerapatan papan, serat yang memiliki kerapatan lebih rendah akan lebih termampatkan ketika diberi tekanan dengan suhu yang tinggi, sebaliknya serat yang memiliki kerapatan tinggi umumnya lebih sukar termampatkan. Selain itu juga proses pembentukan matras yang tidak merata menyebabkan perbedaan ketebalan sehingga menyebabkan perbedaan variasi kerapatan dalam arah horisontal papan. Nilai kerapatan papan serat yang hasil penelitian seluruhnya telah memenuhi standar kerapatan yang ditetapkan.
2. Kadar Air (Moisture Content)
Kadar air didefinisikan sebagai banyaknya air yang terkandung dalam suatu bahan. Kadar air papan serat sangat tergantung pada kondisi udara sekitar. Kadar air papan serat akan semakin rendah dengan semakin
34
banyaknya perekat yang diberikan dalam pembuatan papan. Hal ini disebabkan karena ikatan antar serabut serat akan semakin rapat sehingga air akan semakin kesulitan untuk menembus ruang kosong antar serabut. Hasil penelitian memperlihatkan bahwa kadar air papan serat berkisar antar 0.74-1.20 % bk, dengan kadar air rata-rata sebesar 1.02 % bk. Semakin besar kadar air papan maka akan semakin rendah kualitasnya (Tabel 5).
Tabel 5. Hasil pengujian kadar air papan serat kenaf
TS (2006) mensyaratkan nilai kadar air papan serat maksimal sebesar 10%. Oleh karena itu papan serat hasil penelitian telah memenuhi standar yang digunakan. 3. Daya Serap Air (Water Absorption)
Daya serap air merupakan banyaknya air yang terserap oleh produk terhadap massa awalnya setelah dilakukan perendaman selama waktu yang ditentukan dan dinyatakan dalam persen. Penyerapan air terjadi karena adanya gaya adsorpsi yang merupakan gaya tarik molekul air pada tempat ikatan hidrogen yang terdapat dalam selulosa, hemiselulosa, dan lignin (Haygreen dan Bowyer, 1996). Papan serat mudah menyerap air pada arah tebal, terutama pada kondisi basah dengan suhu yang lembab. Untuk perendaman selama 24 jam pada suhu 23 ±2 °C, daya serap air papan serat yang dihasilkan adalah 14.79-21.31 % dengan rata-rata daya serap air papan serat sebesar 18.53%.
35
Meskipun demikian daya serap air papan serat yang dihasilkan masih memenuhi standar yang ditetapkan oleh Toyota Standard (TS) untuk kualitas papan serat dengan daya serap air maksimum sebesar 90 % (Tabel 6).
Tabel 6. Hasil pengujian daya serap air papan serat kenaf
Sifat Kenaf yang sangat higroskopis juga menyebabkan daya serap air produk menjadi tinggi. Hal tersebut disebabkan karena kadar αselulose dan lignin yang terdapat pada serat kenaf yakni sebesar 39.29 % dan 15.37 % (Komposisi kimia serat kenaf dapat dilihat pada Tabel 1), sangat mempengaruhi penyerapan air pada papan. Volume ruang kosong yang dapat menampung air di antara serat, saluran kapiler yang menghubungkan antara ruang satu dengan ruang lainnya, dan penetrasi perekat pada papan serat. 4. Perubahan dimensi (Dimensional change)
Perubahan dimensi merupakan penambahan maupun pengurangan dimensi contoh uji setelah mengalami perlakuan, yakni berupa perubahan dimensi setelah penyerapan air dan perubahan dimensi setelah pemanasan dengan suhu 80 ± 2 °C. Perubahan dimensi dapat terjadi dalam arah lateral maupun longitudinal dan dinyatakan dalam persen. Perubahan dimensi dipengaruhi oleh faktor besarnya tekanan yang diberikan kepada produk selama proses pembuatan papan. Dari hasil pengujian Perubahan dimensi yang dihasilkan setelah penyerapan air pada suhu 50 ± 2 °C dan RH 95 ± 2 % selama 48 jam, dihasilkan perubahan dimensi sebesar -0.25 – 0 %.dengan perubahan dimensi rata-rata sebesar – 0.08 % (Tabel 7).
36
Tabel 7. Hasil pengujian perubahan dimensi setelah penyerapan air
Sedangkan pada kondisi setelah perlakuan pemansan pada suhu 80±2 °C. dan 95±2 % selama 24 jam menghasilkan perubahan dimensi sebesar -0.33 – 0 % dengan rata-rata perubahan dimensi -0.21 % (Tabel 8). Hasil pengujian tersebut seluruhnya telah memenuhi standar TS yang ditetapkan untuk kualitas papan serat sebesar -0.2 - +0.4 % untuk perubahan dimensi setelah penyerapan air dan -0.6 – 0 % untuk perubahan dimensi setelah perlakuan panas. Papan serat yang dibuat dengan bahan asal berkerapatan tinggi akan mengalami pengempaan yang lebih besar saat penekanan, sehingga ketika direndam dalam air akan terjadi pembebasan tekanan yang besar yang dapat menyebabkan perubahan dimensi papan menjadi lebih tinggi.
37
Tabel 8. Hasil pengujian perubahan dimensi setelah pemanasan
5. Uji Kelenturan (Bending Test)
Modulus elastisitas merupakan ukuran ketahanan bahan dalam mempertahankan perubahan bentuk akibat adanya perubahan beban yang diberikan. Modulus elastisitas berhubungan langsung dengan kekuatan bahan. Pada penelitian ini dilakukan tiga kondisi pengujian yang berbeda, yakni pengujian pada suhu kamar, setelah pemanasan pada suhu 110°C serta setelah penyerapan air pada suhu 50°C dengan RH 95% selama 48 jam. Selain itu juga ditentukan kemampuan pembebanan maksimum (bending load) pada setiap kondisi pengujian. Hasil pengujian kekuatan lentur dapat dilihat pada Tabel 9. Toyota Standard mensyaratkan nilai gradien modulus elastisitas untuk papan serat pada suhu kamar yakni minimum 4400 (N/50mm/m), minimum 3400
38
(N/50mm/m) pada 110°C, dan minimum 2300 (N/50mm/m) pada kondisi setelah penyerapan air selama 48 jam
Tabel 9. Hasil pengujian kekuatan lentur papan serat
Berdasarkan grafik (Gambar 25) diketahui bahwa gradien elastisitas terkecil dihasilkan pada kondisi produk setelah pemanasan. Hal tersebut dikarenakan pada proses pemanasan partikel-partikel serat serta berbagai
komponen
penyusunnya
mengalami
pemuaian
yang
menyebabkan komponennya merenggang sehingga kemudian mudah patah/bengkok. Begitu pula dengan kondisi kelembaban yang tinggi dapat menyebabkan terjadinya difusi uap air dari udara ke dalam permukaan produk. Kondisi kandungan air yang meningkat menyebabkan kekuatan produk berkurang dibandingkan kekuatan lentur produk pada kondisi suhu ruang (room temperature). Sedangkan untuk kemampuan pembebanan maksimum papan serat kenaf secara keseluruhan memiliki nilai yang lebih besar dibanding nilai yang telah ditetapkan sebagai standar (TS).
39
/
Gambar 25. Hasil pengujian kuat lentur papan serat.
Gambar 26. Hasil pengujian beban maksimum papan serat.
Begitupun dengan kemampuan pembebanan maksimum (Gambar 26) yakni memiliki karakteristik yang hampir sama dengan gradien modulus elastisitas dengan nilai terbesar dihasilkan pada kondisi udara normal (suhu ruang). Semakin besar ketahanan produk terhadap beban maksimum yang digunakan maka semakin besar kekuatannya.
40
6. Uji Pengkabutan (Fogging test)
Uji pengkabutan dilakukan khusus untuk industri otomotif. Pengujian in dimaksudkan untuk mengetahui apakah proses penguapan yang dihasilkan akibat pemanasan part dapat menimbulkan efek keruh pada kaca yang dapat menggangu penglihatan. Proses pengujian ini dilakukan berdasarkan metode B pada TS yang mengacu kepada seberapa besar cahaya yang lolos pada kaca yang telah mengalami penguapan akibat pemanasan (Gambar 27).
Gambar 27. Rekayasa sinar hasil uji pengkabutan.
Besarnya nilai uji pengkabutan yang distandarkan oleh TS yakni minimum 90% sinar yang datang dapat diteruskan oleh kaca keruh yang dihasilkan oleh pengkabutan part. Sedangkan berdasarkan hasil penelitian yang dilakukan didapatkan hasil sebesar 94.8 %, sehingga hasil tersebut dapat memenuhi nilai standar yang ditetapkan (Tabel 10).
Tabel 10. Hasil pengujian pengkabutan papan serat kenaf
41
7. Uji Kemampuan Terbakar (Flammability test)
Uji kemampuan terbakar didefinisikan sebagai kemampuan suatu bahan untuk terbakar atau membakar dan menyebabkan kebakaran, khususnya pada industri otomotif. Produk yang dihasilkan memiliki kemampuan untuk terbakar, baik disebabkan karena kecelakaan maupun proses pemanasan yang terlalu lama di lapangan. Pengujian ini menunjukkan seberapa cepat produk papan serat yang dihasilkan untuk merambat dan habis terbakar ketika terjadi kebakaran.
Tabel 11. Hasil pengujian kemampuan terbakar papan serat kenaf
Dari hasil pengujian kemampuan bakar papan serat kenaf ini didapatkan laju pembakaran rata-rata sebesar 0.031 (cm/s) untuk papan sedangkan 0.021 (cm/s) untuk part (Tabel 11). Nilai pengujian tersebut telah memenuhi standar yang ditetapkan yakni
mensyaratkan nilai
maksimum sebesar 0.167 (cm/s).
D. Aplikasi Papan Serat Kenaf pada Industri Otomotif
Kemajuan teknologi mulai mengembangkan berbagai produk alternatif yang berasal dari bahan-bahan alami yang dapat memberikan suatu modifikasi dalam meningkatkan kualitas, daya saing produk dalam bidang industri maupun meningkatkan peran dalam menjaga kelestarian lingkungan. Saat ini, serat alam banyak digunakan sebagai bahan baku serat komposit pada papan
42
serat. Salah satunya adalah aplikasi papan serat kenaf dengan perekat polypropylene.yang digunakan sebagai bahan baku interior mobil (back seat board, door trim, dashboard, karpet, dll.).
Gambar 28. Pembuatan papan serat kenaf untuk back seat board, Potongan papan (a), Peletakan papan pada jok (2), Jok dengan papan serat kenaf (3).
43
Setelah melalui beberapa tahapan pengujian untuk menentukan karakteristik fisis dan mekanis papan serat kenaf serta membandingkannya dengan Toyota Standard (Tabel 12) untuk kualitas papan serat maka secara keseluruhan produk papan serat Kenaf yang dihasilkan telah memenuhi persyaratan yang ditentukan, sehingga untuk selanjutnya dapat dikembangkan sebagai bahan baku alternatif pada industri otomotif, khususnya sebagai interior boards. Beberapa aplikasi yang dapat diterapkan pada penggunaan papan serat kenaf sebagai bahan baku interior board yakni berupa back seat board (Gambar 28) dan door trim, keuntungan yang didapatkan dari penggunaan papan serat kenaf antara lain adalah dapat menghasilkan produk dengan penurunan biaya produksi, serta peningkatan katahanan lingkungan melalui produk yang ramah lingkungan. Meskipun demikian, pengaplikasian papan serat kenaf pada papan belakang jok mobil masih memiliki beberapa kekurangan, yakni berupa papan timbul dan perubahan dimensi dari 2.1 mm menjadi 2.5 mm. Selain itu produk papan komposit tersebut menghasilkan bau yang mengganggu. Bau ini disebabkan karena proses pembusukan yang terjadi pada pembuatan serat kenaf, dan proses pengeringan yang kurang merata karena dilakukan secara manual dengan menggunakan matahari. Saat ini bentuk papan serat yang dihasilkan hanya terbatas pada bentuk datar, sehingga mengakibatkan papan serat ini belum dapat dimanfaatkan secara maksimal.
44
Tabel 12. Perbandingan sifat fisis dan mekanis papan serat kenaf dengan Toyota
Standard
45
