Pengujian Siklis Papan Partikel
KARYA TULIS
PENGUJIAN SIKLIS PAPAN PARTIKEL
Disusun Oleh: APRI HERI ISWANTO, S.Hut, M.Si
NIP. 132 303 844
DEPARTEMEN KEHUTANAN FAKULTAS PERTANIAN
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2008
Apri Heri Iswanto : Pengujian Siklis Papan Partikel, 2008 USU e-Repository © 2009
KATA PENGANTAR
Puji syukur pada Allah SWT atas segala nikmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan karya tulis mengenai “Pengujian Siklis Papan Partikel“.
Tulisan ini berisi tentang gambaran singkat mengenai pengujian siklis untuk melihat pengembangan dan penyusutan pada papan partikel. Penulis berharap semoga karya tulis ini dapat memberikan tambahan informasi dibidang biokomposit kayu.
Akhirnya penulis tetap membuka diri terhadap kritik dan saran yang membangun dengan tujuan untuk menyempurnakan karya tulis ini.
Desember, 2008 Penulis
Apri Heri Iswanto : Pengujian Siklis Papan Partikel, 2008 USU e-Repository © 2009
DAFTAR ISI
Halaman KATA PENGANTAR ......................................................................................i DAFTAR ISI.....................................................................................................ii DAFTAR TABEL.............................................................................................iii DAFTAR GAMBAR........................................................................................iv PENDAHULUAN ............................................................................................1 PAPAN PARTIKEL .........................................................................................2 HIGROSKOPISITAS PAPAN PARTIKEL.....................................................3 HASIL DAN PEMBAHASAN ........................................................................7 PENUTUP ........................................................................................................11 REFERENSI .....................................................................................................11
Apri Heri Iswanto : Pengujian Siklis Papan Partikel, 2008 USU e-Repository © 2009
DAFTAR TABEL
No Keterangan 1 Kembang susut rata-rata pada arah tebal papan partikel 2 Penambahan tebal kumulatif
Halaman 9 10
Apri Heri Iswanto : Pengujian Siklis Papan Partikel, 2008 USU e-Repository © 2009
DAFTAR GAMBAR
No Keterangan Halaman
1 Penyerapan isotermal kayu solid dan berbagai jenis kayu komposit
4
2 Pengaruh histeresis isothermal pada perubahan kadar air
4
MDF
3 Histeresis dari penyerapan isotermal
5
4 Penyerapan awal (IN DES), adsorpsi (ADS), dan penyerapan
6
isotermal kedua (SEC DES) Douglas-fir
5 Tebal rata-rata papan partikel pada uji siklis Kembang Susut Pada
8
Uji Siklis
6 Kembang susut rata-rata pada arah tebal papan partikel
9
7 Pengembangan tebal relatif terhadap tebal awal papan partikel
10
pada uji siklis
Apri Heri Iswanto : Pengujian Siklis Papan Partikel, 2008 USU e-Repository © 2009
PENDAHULUAN
Papan partikel merupakan salah satu jenis produk komposit/panel kayu yang terbuat dari partikel-partikel kayu atau bahan-bahan berlignoselulosa lainnya, yang diikat dengan perekat sintetis atau bahan pengikat lain kemudian dikempa panas (Maloney 1993). Sebagai salah satu produk komposit, papan partikel mempunyai kelemahan stabilitas dimensi yang rendah. Pengembangan tebal papan partikel sekitar 10-25% dari kondisi kering ke basah melebihi pengembangan kayu utuhnya serta pengembangan liniernya sampai 0,35%. Pengembangan panjang dan tebal pada papan partikel ini sangat besar pengaruhnya pada pemakaian terutama bila digunakan sebagai bahan bangunan (Haygreen dan Bowyer 1996).
Kadar air papan partikel tergantung pada kondisi udara di sekitarnya karena papan partikel ini terdiri atas bahan-bahan yang mengandung lignoselulosa sehingga papan partikel bersifat higroskopis (Widarmana 1977) yang diacu dalam Putri (2002). Air yang terikat pada permukaan mengadakan kesetimbangan dengan udara di sekitarnya, maka jumlahnya tergantung dari kelembaban lingkungannya maupun dari suhu. Semakin halus butir-butir padatan, semakin banyak air yang teradsorpsi karena luas permukaan per satuan berat bertambah (Harjadi 1993) yang diacu dalam Putri (2002).
Suchsland (2004) menjelaskan bahwa pembahasan mengenai pengembangan tebal pada kayu solid memberikan dasar yang baik untuk menjelaskan hubungan antara kadar air dan kelembaban relatif udara. Hal ini disebut dengan penyerapan isothermal. Penyerapan isothermal papan komposit pada umumnya berbeda dengan kayu solid dalam dua hal yaitu penyerapan isothermal pada papan komposit lebih rendah dan menunjukkan histeresis. Berdasarkan teori yang telah dikemukakan, maka praktikum mengenai uji siklis papan partikel dilakukan
Apri Heri Iswanto : Pengujian Siklis Papan Partikel, 2008 USU e-Repository © 2009
PAPAN PARTIKEL
Papan partikel adalah salah satu jenis produk komposit/panel kayu yang terbuat dari partikel-partikel kayu atau bahan-bahan berlignoselulosa lainnya, yang diikat dengan perekat sintetis atau bahan pengikat lain kemudian dikempa panas (Maloney 1993). Berdasarkan kerapatannya papan partikel dibagi menjadi tiga golongan yaitu :
1. Papan partikel berkerapatan rendah (low density particleboard) yaitu papan yang mempunyai kerapatan kurang dari 0,4 g/cm3
2. Papan partikel berkerapatan sedang (medium density particleboard) yaitu papan yang mempunyai kerapatan antara 0,4 – 0,8 g/cm3
3. Papan partikel berkerapatan tinggi (high density particleboard) yaitu papan yang mempunyai kerapatan lebih dari 0,8 g/cm3
Selanjutnya Maloney (1993) membedakan papan partikel berdasarkan penyebaran partikel dalam pembentukan lembaran menjadi tiga macam yaitu :
1. Papan partikel homogen (single layer board), papan ini tidak memiliki perbedaan ukuran partikel pada bagian tengah dan permukaan
2. Papan partikel berlapis tiga (three layer board) yaitu partikel pada bagian permukaan lebih halus dibandingkan dengan partikel bagian bawahnya
3. Oriented particleboard yaitu papan partikel yang terbuat atas banyak partikel kayu berbentuk strand yang tersusun pada arah yang sama.
Menurut Darmawan (1996) dalam Putri (2002), dilihat dari morfologinya, partikel pada garis besarnya dibedakan menjadi flakes, slivers, fines dan fibers.
1. Flakes merupakan bentuk partikel yang paling umum, dimensinya bervariasi dengan ketebalan antara 0,2-0,5 mm, panjang antara 10-50 mm dan lebar antara 2-25 mm. Flakes yang berukuran besar dan persegi dengan ukuran panjang dan lebar berturut-turut 5 cm x 5 cm - 7 cm x 7 cm dan tebal antara 0,6 – 0,8 mm disebut wafer. Partikel yang mirip dengan wafers tapi lebih tipis dan kadang-kadang sedikit lebih panjang disebut strands. Baik strands maupun wafer dibuat dari kayu bulat.
2. Slivers diproduksi melalui perajangan limbah-limbah kayu dengan mesin hammer mill. Slivers berbentuk serpihan antara dengan tebal sampai 5 mm dan panjang sampai 1,5 cm. Partikel ini biasanya dicampur dengan flakes.
Apri Heri Iswanto : Pengujian Siklis Papan Partikel, 2008 USU e-Repository © 2009
3. Fines diproduksi pada mesin impact mills. Fines dapat berupa serbuk gergaji atau serbuk hasil pengampelasan. Partikel-partikel ini dapat digunakan untuk lembaran permukaan papan partikel.
Maloney (1993) menyatakan bahwa dibandingkan dengan kayu asalnya, papan partikel mempunyai beberapa kelebihan seperti :
a. Papan partikel bebas mata kayu, pecah dan retak b. Ukuran dan kerapatan papan partikel dapat disesuaikan dengan kebutuhan c. Tebal dan kerapatannya seragam serta mudah dikerjakan d. Mempunyai sifat isotropis e. Sifat dan kualitasnya dapat diatur
Papan partikel mempunyai kelemahan stabilitas dimensi yang rendah. Pengembangan tebal papan partikel sekitar 10-25% dari kondisi kering ke basah melebihi pengembangan kayu utuhnya serta pengembangan liniernya sampai 0,35%. Pengembangan panjang dan tebal pada papan partikel ini sangat besar pengaruhnya pada pemakaian terutama bila digunakan sebagai bahan bangunan (Haygreen dan Bowyer 1996).
HIGROSKOPISITAS PAPAN PARTIKEL Suchsland (2004) menjelaskan bahwa pembahasan mengenai pengembangan tebal pada kayu solid memberikan dasar yang baik untuk menjelaskan hubungan antara kadar air dan kelembaban relatif udara. Hal ini disebut dengan penyerapan isothermal. Penyerapan isothermal papan komposit pada umumnya berbeda dengan kayu solid dalam dua hal yaitu penyerapan isothermal pada papan komposit lebih rendah dan menunjukkan histeresis yang jelas (Gambar 1).
Apri Heri Iswanto : Pengujian Siklis Papan Partikel, 2008 USU e-Repository © 2009
Gambar 1. Penyerapan isotermal kayu solid dan berbagai jenis kayu komposit Histeresis menggambarkan sebuah hubungan ganda antara kelembaban relatif
dan kadar air. Pada umumnya kelembaban relatif papan, dengan pengecualian pada nilai ekstrim, diasumsikan bahwa kadar air tergantung pada saat papan menyerap atau melepaskan air.
Lebih lanjut Suchsland (2004) menyatakan bahwa ukuran histeresis yaitu perbedaan antara penyerapan (absorptive) dan pelepasan (desorptive) tergantung pada kerumitan siklus ekspos. Pada Gambar 2 diperlihatkan histeresis pada sebuah papan MDF. Hal ini merupakan kontradiksi dari kayu solid yang selalu memulai ”hidup” pada kadar air jenuh dengan kondisi segar, papan komposit tidak memiliki titik referensi alami seperti itu.
Gambar 2. Pengaruh histeresis isothermal pada perubahan kadar air MDF Point 1 dalam Gambar 2 merupakan titik awal sebagai papan segar yang baru
diproduksi saat memasuki pasaran. Jika kemudian papan dibentuk menjadi core panel
Apri Heri Iswanto : Pengujian Siklis Papan Partikel, 2008 USU e-Repository © 2009
furniture dan diekspos pada tingkat kelembaban relatif 80% misalnya, cukup jauh untuk mencapai keseimbangan, kemudian sampai pada garis datar relatif pada kurva histeresis, kadar air akan meningkat secara perlahan dari 5,6 sampai 8,8% (point 2). Pengembangan dengan sendirinya akan menjadi kecil. Jika kelembaban relatif menurun lagi dan memungkinkan fluktuasi pada periode waktu yang panjang antara 40 dan 80%, kemudian histeresis akan menjadi sangat kecil sehingga pengembangan dan penyusutan dapat diabaikan. Hal ini merupakan kelebihan utama dari MDF dan papan partikel dibandingkan beberapa core berbahan dasar kayu (Suchsland 2004).
Siau (1995) menyatakan bahwa aspek penting dari keseimbangan penyerapan kayu adalah histeresis dari penyerapan isotermal sebagaimana yang ditunjukkan pada Gambar 3 dan 4.
Gambar 3. Garis tebal (A) menunjukkan hubungan antara perbedaan penyerapan panas dan kadar air berdasarkan persamaan (7.13b) dari Skaar (1988). Garis putus-putus (D) menggambarkan nilai yang lebih tinggi yang diharapkan dalam penyerapan karena histeresis. Daerah (Wo – W) merupakan integral penyerapan panas antara M = 0% dan 10% dan W adalah integral panas pembasahan dari M = 10% sampai M1. Wo adalah total panas pembasahan dari kering tanur sampai M1. (Courtesy of F. A. Kamke).
Apri Heri Iswanto : Pengujian Siklis Papan Partikel, 2008 USU e-Repository © 2009
Gambar 4. Penyerapan awal (IN DES), adsorpsi (ADS), dan penyerapan isotermal kedua (SEC DES) Douglas-fir. Diadaptasi dari Spalt (1958) dan Skaar (1972).
Ada tiga garis dalam Gambar 4 dengan garis putus-putus mengindikasikan desorpsi dari kayu segar. Selanjutnya adsorpsi dimulai dengan nilai yang lebih rendah dari EMC. Akhirnya desorpsi isotermal kedua ditunjukkan oleh garis tebal yang mana serupa dengan kurva desorpsi asli setelah mencapai kelembaban relatif sekitar 50%. Selanjutnya adsorpsi dan desorpsi cenderung berulang pada garis tebal. Skaar (1972) yang diacu dalam Siau (1995) memberikan rasio rata-rata dari adsorpsi dan desorpsi kadar air (A/D) pada kelembaban relatif umumnya dari 0,8 sampai 0,9 dengan rata-rata 0,85.
Lebih lanjut Siau (1995) menyatakan bahwa histeresis dapat dijelaskan dengan efek desorpsi pada tempat penyerapan aktif di sepanjang rantai selulosa yang menjadi pengikat pada salah satu yang lain saat mereka kehilangan air. Selama desorpsi selanjutnya, permukaan akan mengalami tekanan kompresi yang lebih rendah dari EMC dan dapat ditambahkan bahwa beberapa ikatan di antara rantai tidak akan putus sampai titik jenuh serat dicapai, setelah itu tahap desorpsi lanjutan akan diulangi seperti sebelumnya.
Siau (1995) selanjutnya menyatakan bahwa salah satu aspek penting dari efek histeresis adalah mengurangi perubahan EMC dan pengembangan atau penyusutan dalam reaksi siklus perubahan dalam kelembaban relatif dibawah yang diharapkan dari rata-rata tunggal penyerapan isotermal.
Skaar (1972) menyatakan bahwa faktor lain yang dilakukan untuk mengurangi variasi kadar air musiman adalah histeresis dalam penyerapan isotermal. Efek ini, telah dibahas sebelumnya, maksimum jika siklus penyerapan yang terjadi melebihi
Apri Heri Iswanto : Pengujian Siklis Papan Partikel, 2008 USU e-Repository © 2009
rentang h dari 0-1,0. Dalam hal ini EMC selama adsorpsi sekitar 0,85 dari nilai selama desorpsi melebihi rentang desorpsi. Jika kayu diekspos pada siklus kelembaban yang lebih kecil, efek histeresis kurang nyata tetapi masih memiliki efek mengurangi perubahan EMC yang diasosiasikan dengan perubahan yang diberikan oleh p/po.
Lebih lanjut Skaar (1972) menyatakan bahwa interaksi dari air dan kayu selalu disertai oleh perubahan panas atau energi dalam sistem. Banyak aspek dari interaksi tersebut yang dapat diperlakukan dengan metode termodinamik klasik. Diakui bahwa penyerapan kelembaban bukan merupakan proses balik yang sempurna jika histeresis dan fenomena ketergantungan waktu secara umum dibutuhkan.
Kadar air papan partikel tergantung pada kondisi udara di sekitarnya karena papan partikel ini terdiri atas bahan-bahan yang mengandung lignoselulosa sehingga papan partikel bersifat higroskopis (Widarmana 1977) yang diacu dalam Putri (2002). Air yang terikat pada permukaan mengadakan kesetimbangan dengan udara di sekitarnya, maka jumlahnya tergantung dari kelembaban lingkungannya maupun dari suhu. Semakin halus butir-butir padatan, semakin banyak air yang teradsorpsi karena luas permukaan per satuan berat bertambah (Harjadi 1993) yang diacu dalam Putri (2002).
Apri Heri Iswanto : Pengujian Siklis Papan Partikel, 2008 USU e-Repository © 2009
HASIL DAN PEMBAHASAN
Tebal Papan Pada Uji Siklis
Pengujian perubahan ketebalan papan partikel dilakukan selama lima siklis, data selengkapnya terdapat pada Lampiran 1. Seteleh pengujian siklis pertama hingga kelima ternyata ketebalan papan partikel terus bertambah dan tidak kembali lagi pada keadaan semula yaitu pada kondisi kering udara (Gambar 1). Panambahan tebal tersebut terjadi baik pada keadaan basah maupun kering oven. Pada keadaan basah ketebalan papan lebih besar dari pada keadaan kering oven. Hal tersebut terjadi karena bahan utama penyusun papan partikel masih berupa kayu yang memiliki sifat higroskopis. Sehingga pada keadaan basah, air dari luar (dari perendaman) disimpan oleh partikel kayu yang menyebabkan partikel kayu mengembang.
Penambahan tebal papan pertikel setelah proses siklis terjadi karena adanya usaha dari papan partikel tersebut untuk membebaskan tegangan yang tersisa didalamnya yang diakibatkan oleh pemberian tekanan berupa pengempaan panas pada saat pembuatan papan, peristiwa ini disebut sebagai spring-back (Hadi, 1988).
Tebal (mm)
25 23 21 19 17 15
Awal
I
II III IV V Siklis
Basah
Kering
Gambar 5. Tebal rata-rata papan partikel pada uji siklis Kembang Susut Pada Uji Siklis
Kembang susut papan partikel selengkapnya disajikan pada Tabel 1 dan kembang susut rata-ratanya disajikan pada Gambar 2. Berdasarkan gambar dan tabel tersebut memperlihatkan bahwa persentase pengembangan dan penyusutan papan terbesar terjadi pada siklis kedua baik pada keadaan basah maupun kering. Pada siklis pertama nampaknya pengaruh kempa panas yang berikan pada saat pembuatan papan
Apri Heri Iswanto : Pengujian Siklis Papan Partikel, 2008 USU e-Repository © 2009
ternyata masih mampu menahan usaha dari papan tersebut untuk membebaskan diri
dari tegangan yang ada. Hal tersebut dapat disebabkan oleh proses pembuatan papan
yang baik sehingga daya rekatnya cukup baik pula.
Persentase pengembangan dan penyusutan pada siklis kedua merupakan yang
terbesar. Pada tahap ini kondisi papan partikel sudah lebih lemah dari keadaan siklis
pertama, sehingga usaha papan partikel untuk membebaskan diri dari tegangan yang
ada menjadi lebih mudah. Pada siklis ke dua ini variasi perubahan tebal juga cukup
besar yaitu dilihat dari standar deeviasinya (Tabel 1).
Tabel 1. Kembang susut rata-rata pada arah tebal papan partikel (%)
Siklis ke-
Ulangan I I II II III III IV IV V
KSK S K S K S K
1 16,24 4,58 19,79 6,82 8,86 3,49 6,24 4,52 13,97 2 16,71 3,22 17,78 6,30 8,76 4,50 10,45 6,58 13,72 3 22,63 8,09 29,54 11,22 8,85 3,11 8,24 7,47 13,40 4 18,30 5,39 24,91 10,62 11,18 7,17 14,29 8,21 14,39 5 21,00 7,57 23,29 7,13 10,59 6,29 8,99 6,32 11,62 6 17,12 4,60 19,42 5,36 9,39 5,36 11,00 8,34 14,42 7 23,79 9,42 33,30 12,23 8,49 5,64 11,44 7,57 13,71 8 17,50 4,24 19,89 7,06 9,38 6,67 12,40 5,36 13,37
Rata-rata 19,16 5,89 23,49 8,34 9,44 5,28 10,38 6,80 13,57
Standard
Deviasi
2,91 2,19 5,49 2,59 0,96 1,47 2,52 1,36 0,88
Keterangan : K = Penegembangan S = Penyusutan
V S 8,16 8,33 6,90 7,78 5,96 8,61 7,62 7,56 7,61
0,85
Pada siklis berikutnya (siklis ketiga) pengembangan dan penyusutan papan partikel menjadi yang terendah dari lima siklis yang ada, keadaan ini terjadi karena gaya yang tersisa akibat proses pengempaan panas sudah mulai berkurang.
Namun demikian pada siklis ke empat dan lima pengembangan papan justru meningkat kembali. Penambahan tebal setetah papan dikeringkan ternyata tidak menurunkan pengembangan tebal setelah direndam. Berdasarkan pengamatan papan pada siklis ke empat dan lima, contoh papan yang diuji mulai mengalami kerusakan secara fisik, yaitu pada bagian pinggir dan tengahnya mulai retak dan terkelupas kearah vertikal yang menyebabkan terjadi penambahan tebal akibat uji siklis yang dilakukan.
Apri Heri Iswanto : Pengujian Siklis Papan Partikel, 2008 USU e-Repository © 2009
25,00 20,00 15,00 10,00
5,00 0,00
I
II III IV Siklis
Kembang Susut
V
Gambar 6. Kembang susut rata-rata pada arah tebal papan partikel Pengembangan tebal rata-rata kumulatif papan partikel dari keadaan basah ke
basah dan dari keadaan kering oven ke kering oven menunjukkan kecenderungan yang
meningkat, data selengkapnya disajikan pada Tabel 2 dan Gambar 3. Pada siklus
kedua dalam keadaan basah mengakibatkan perubahan tebal yang sangat besar
tingkatannya yang diperlihatkan oleh besarnya standar deviasi.
Tabel 2. Penambahan tebal kumulatif (%)
Siklis ke-
Ulangan I I II II III III Basah Oven Basah Oven Basah Oven
1 16,24 10,92 32,86 23,81 34,77 30,07 2 16,71 12,94 33,03 24,64 35,56 29,46 3 22,63 12,71 46,01 29,63 41,10 36,72 4 18,30 11,92 39,81 24,96 38,93 28,97 5 21,00 11,84 37,89 28,05 41,61 32,70 6 17,12 11,73 33,43 26,28 38,14 30,73 7 23,79 12,13 49,47 31,20 42,33 34,30 8 17,50 12,52 34,91 25,39 37,14 28,00
Rata-rata 19,16 12,09 38,42 26,74 38,70 31,37
Standard Deviasi 2,91 0,64 6,32 2,62 2,82 2,97
IV Basah 38,19 42,98 47,99 47,40 44,64 45,11 49,67 43,87 44,98
3,55
IV Oven 31,93 33,58 36,93 35,30 35,49 33,01 38,34 36,16 35,09
2,13
V Basah 50,37 51,91 55,28 54,77 51,23 52,18 57,31 54,37 53,43
2,37
V Oven 38,11 39,25 44,56 42,73 42,21 39,08 45,32 42,69 41,74
2,66
Apri Heri Iswanto : Pengujian Siklis Papan Partikel, 2008 USU e-Repository © 2009
60
50
40
30
20
10
0 I I II II III III IV IV V V
BO
BO
BO
BO
BO
S ik lis k e -
Keterangan : B = Basah (setelah direndam) O = Oven (setelah dioven)
Gambar 7. Pengembangan tebal relatif terhadap tebal awal papan partikel pada uji siklis (%)
PENUTUP
Papan partikel pada siklis kedua menghasilkan kemampuan melepaskan diri dari gaya akibat pengempaan panas (spring-back) terbesar dengan standar deviasi yang besar juga. Pada siklis ke empat dan lima papan partikel mulai mengalami kerusakan akibat dari pengaruh uji siklis (perandaman dan pengeringan kering oven)
Apri Heri Iswanto : Pengujian Siklis Papan Partikel, 2008 USU e-Repository © 2009
REFERENSI
Hadi, Y.S. 1988. Pengaruh rendaman panas partikel kayu terhadap stabilitas dimensi papan partikel meranti merah. Buletin Jurusan Teknologi Hasil Hutan. Teknolog: II(1).
Haygreen JG, JL Bowyer. 1996. Hasil Hutan dan Ilmu Kayu: Suatu Pengantar. Sutjipto AH, Penerjemah. Yogyakarta : Gadjah Mada Univ Pr. Terjemahan dari : Forest Product and Wood Science, An Introduction.
Maloney TM. 1993. Modern Particleboard and Dry Process Fiberboard Manufacturing. San Fransisco: Miller Freeman Inc.
Putri MD. 2002. Peningkatan mutu papan partikel dari limbah serbuk gergaji kayu Sengon (Paraserianthes falcataria) dan limbah plastic polypropylene: peranan Maleic anhydride sebagai compatibilizer. [Skripsi]. Bogor. Jurusan THH Fakultas Kehutanan IPB.
Siau JF. 1995. Wood : Influence of Moisture on Physical Properties. Keene NY. Dept. of Wood Science and Forest Products. Virginia Polytechnic Institute and State Univ.
Skaar Ch. 1972. Water in Wood. Syracuse NY. Syracuse Univ Pr. Suchsland O. 2004. The Swelling and Shrinking of Wood: A Practical Technology
Primer. Madison, WI. Forest Product Soc.
Apri Heri Iswanto : Pengujian Siklis Papan Partikel, 2008 USU e-Repository © 2009
PENGUJIAN SIKLIS PAPAN PARTIKEL
Disusun Oleh: APRI HERI ISWANTO, S.Hut, M.Si
NIP. 132 303 844
DEPARTEMEN KEHUTANAN FAKULTAS PERTANIAN
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2008
Apri Heri Iswanto : Pengujian Siklis Papan Partikel, 2008 USU e-Repository © 2009
KATA PENGANTAR
Puji syukur pada Allah SWT atas segala nikmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan karya tulis mengenai “Pengujian Siklis Papan Partikel“.
Tulisan ini berisi tentang gambaran singkat mengenai pengujian siklis untuk melihat pengembangan dan penyusutan pada papan partikel. Penulis berharap semoga karya tulis ini dapat memberikan tambahan informasi dibidang biokomposit kayu.
Akhirnya penulis tetap membuka diri terhadap kritik dan saran yang membangun dengan tujuan untuk menyempurnakan karya tulis ini.
Desember, 2008 Penulis
Apri Heri Iswanto : Pengujian Siklis Papan Partikel, 2008 USU e-Repository © 2009
DAFTAR ISI
Halaman KATA PENGANTAR ......................................................................................i DAFTAR ISI.....................................................................................................ii DAFTAR TABEL.............................................................................................iii DAFTAR GAMBAR........................................................................................iv PENDAHULUAN ............................................................................................1 PAPAN PARTIKEL .........................................................................................2 HIGROSKOPISITAS PAPAN PARTIKEL.....................................................3 HASIL DAN PEMBAHASAN ........................................................................7 PENUTUP ........................................................................................................11 REFERENSI .....................................................................................................11
Apri Heri Iswanto : Pengujian Siklis Papan Partikel, 2008 USU e-Repository © 2009
DAFTAR TABEL
No Keterangan 1 Kembang susut rata-rata pada arah tebal papan partikel 2 Penambahan tebal kumulatif
Halaman 9 10
Apri Heri Iswanto : Pengujian Siklis Papan Partikel, 2008 USU e-Repository © 2009
DAFTAR GAMBAR
No Keterangan Halaman
1 Penyerapan isotermal kayu solid dan berbagai jenis kayu komposit
4
2 Pengaruh histeresis isothermal pada perubahan kadar air
4
MDF
3 Histeresis dari penyerapan isotermal
5
4 Penyerapan awal (IN DES), adsorpsi (ADS), dan penyerapan
6
isotermal kedua (SEC DES) Douglas-fir
5 Tebal rata-rata papan partikel pada uji siklis Kembang Susut Pada
8
Uji Siklis
6 Kembang susut rata-rata pada arah tebal papan partikel
9
7 Pengembangan tebal relatif terhadap tebal awal papan partikel
10
pada uji siklis
Apri Heri Iswanto : Pengujian Siklis Papan Partikel, 2008 USU e-Repository © 2009
PENDAHULUAN
Papan partikel merupakan salah satu jenis produk komposit/panel kayu yang terbuat dari partikel-partikel kayu atau bahan-bahan berlignoselulosa lainnya, yang diikat dengan perekat sintetis atau bahan pengikat lain kemudian dikempa panas (Maloney 1993). Sebagai salah satu produk komposit, papan partikel mempunyai kelemahan stabilitas dimensi yang rendah. Pengembangan tebal papan partikel sekitar 10-25% dari kondisi kering ke basah melebihi pengembangan kayu utuhnya serta pengembangan liniernya sampai 0,35%. Pengembangan panjang dan tebal pada papan partikel ini sangat besar pengaruhnya pada pemakaian terutama bila digunakan sebagai bahan bangunan (Haygreen dan Bowyer 1996).
Kadar air papan partikel tergantung pada kondisi udara di sekitarnya karena papan partikel ini terdiri atas bahan-bahan yang mengandung lignoselulosa sehingga papan partikel bersifat higroskopis (Widarmana 1977) yang diacu dalam Putri (2002). Air yang terikat pada permukaan mengadakan kesetimbangan dengan udara di sekitarnya, maka jumlahnya tergantung dari kelembaban lingkungannya maupun dari suhu. Semakin halus butir-butir padatan, semakin banyak air yang teradsorpsi karena luas permukaan per satuan berat bertambah (Harjadi 1993) yang diacu dalam Putri (2002).
Suchsland (2004) menjelaskan bahwa pembahasan mengenai pengembangan tebal pada kayu solid memberikan dasar yang baik untuk menjelaskan hubungan antara kadar air dan kelembaban relatif udara. Hal ini disebut dengan penyerapan isothermal. Penyerapan isothermal papan komposit pada umumnya berbeda dengan kayu solid dalam dua hal yaitu penyerapan isothermal pada papan komposit lebih rendah dan menunjukkan histeresis. Berdasarkan teori yang telah dikemukakan, maka praktikum mengenai uji siklis papan partikel dilakukan
Apri Heri Iswanto : Pengujian Siklis Papan Partikel, 2008 USU e-Repository © 2009
PAPAN PARTIKEL
Papan partikel adalah salah satu jenis produk komposit/panel kayu yang terbuat dari partikel-partikel kayu atau bahan-bahan berlignoselulosa lainnya, yang diikat dengan perekat sintetis atau bahan pengikat lain kemudian dikempa panas (Maloney 1993). Berdasarkan kerapatannya papan partikel dibagi menjadi tiga golongan yaitu :
1. Papan partikel berkerapatan rendah (low density particleboard) yaitu papan yang mempunyai kerapatan kurang dari 0,4 g/cm3
2. Papan partikel berkerapatan sedang (medium density particleboard) yaitu papan yang mempunyai kerapatan antara 0,4 – 0,8 g/cm3
3. Papan partikel berkerapatan tinggi (high density particleboard) yaitu papan yang mempunyai kerapatan lebih dari 0,8 g/cm3
Selanjutnya Maloney (1993) membedakan papan partikel berdasarkan penyebaran partikel dalam pembentukan lembaran menjadi tiga macam yaitu :
1. Papan partikel homogen (single layer board), papan ini tidak memiliki perbedaan ukuran partikel pada bagian tengah dan permukaan
2. Papan partikel berlapis tiga (three layer board) yaitu partikel pada bagian permukaan lebih halus dibandingkan dengan partikel bagian bawahnya
3. Oriented particleboard yaitu papan partikel yang terbuat atas banyak partikel kayu berbentuk strand yang tersusun pada arah yang sama.
Menurut Darmawan (1996) dalam Putri (2002), dilihat dari morfologinya, partikel pada garis besarnya dibedakan menjadi flakes, slivers, fines dan fibers.
1. Flakes merupakan bentuk partikel yang paling umum, dimensinya bervariasi dengan ketebalan antara 0,2-0,5 mm, panjang antara 10-50 mm dan lebar antara 2-25 mm. Flakes yang berukuran besar dan persegi dengan ukuran panjang dan lebar berturut-turut 5 cm x 5 cm - 7 cm x 7 cm dan tebal antara 0,6 – 0,8 mm disebut wafer. Partikel yang mirip dengan wafers tapi lebih tipis dan kadang-kadang sedikit lebih panjang disebut strands. Baik strands maupun wafer dibuat dari kayu bulat.
2. Slivers diproduksi melalui perajangan limbah-limbah kayu dengan mesin hammer mill. Slivers berbentuk serpihan antara dengan tebal sampai 5 mm dan panjang sampai 1,5 cm. Partikel ini biasanya dicampur dengan flakes.
Apri Heri Iswanto : Pengujian Siklis Papan Partikel, 2008 USU e-Repository © 2009
3. Fines diproduksi pada mesin impact mills. Fines dapat berupa serbuk gergaji atau serbuk hasil pengampelasan. Partikel-partikel ini dapat digunakan untuk lembaran permukaan papan partikel.
Maloney (1993) menyatakan bahwa dibandingkan dengan kayu asalnya, papan partikel mempunyai beberapa kelebihan seperti :
a. Papan partikel bebas mata kayu, pecah dan retak b. Ukuran dan kerapatan papan partikel dapat disesuaikan dengan kebutuhan c. Tebal dan kerapatannya seragam serta mudah dikerjakan d. Mempunyai sifat isotropis e. Sifat dan kualitasnya dapat diatur
Papan partikel mempunyai kelemahan stabilitas dimensi yang rendah. Pengembangan tebal papan partikel sekitar 10-25% dari kondisi kering ke basah melebihi pengembangan kayu utuhnya serta pengembangan liniernya sampai 0,35%. Pengembangan panjang dan tebal pada papan partikel ini sangat besar pengaruhnya pada pemakaian terutama bila digunakan sebagai bahan bangunan (Haygreen dan Bowyer 1996).
HIGROSKOPISITAS PAPAN PARTIKEL Suchsland (2004) menjelaskan bahwa pembahasan mengenai pengembangan tebal pada kayu solid memberikan dasar yang baik untuk menjelaskan hubungan antara kadar air dan kelembaban relatif udara. Hal ini disebut dengan penyerapan isothermal. Penyerapan isothermal papan komposit pada umumnya berbeda dengan kayu solid dalam dua hal yaitu penyerapan isothermal pada papan komposit lebih rendah dan menunjukkan histeresis yang jelas (Gambar 1).
Apri Heri Iswanto : Pengujian Siklis Papan Partikel, 2008 USU e-Repository © 2009
Gambar 1. Penyerapan isotermal kayu solid dan berbagai jenis kayu komposit Histeresis menggambarkan sebuah hubungan ganda antara kelembaban relatif
dan kadar air. Pada umumnya kelembaban relatif papan, dengan pengecualian pada nilai ekstrim, diasumsikan bahwa kadar air tergantung pada saat papan menyerap atau melepaskan air.
Lebih lanjut Suchsland (2004) menyatakan bahwa ukuran histeresis yaitu perbedaan antara penyerapan (absorptive) dan pelepasan (desorptive) tergantung pada kerumitan siklus ekspos. Pada Gambar 2 diperlihatkan histeresis pada sebuah papan MDF. Hal ini merupakan kontradiksi dari kayu solid yang selalu memulai ”hidup” pada kadar air jenuh dengan kondisi segar, papan komposit tidak memiliki titik referensi alami seperti itu.
Gambar 2. Pengaruh histeresis isothermal pada perubahan kadar air MDF Point 1 dalam Gambar 2 merupakan titik awal sebagai papan segar yang baru
diproduksi saat memasuki pasaran. Jika kemudian papan dibentuk menjadi core panel
Apri Heri Iswanto : Pengujian Siklis Papan Partikel, 2008 USU e-Repository © 2009
furniture dan diekspos pada tingkat kelembaban relatif 80% misalnya, cukup jauh untuk mencapai keseimbangan, kemudian sampai pada garis datar relatif pada kurva histeresis, kadar air akan meningkat secara perlahan dari 5,6 sampai 8,8% (point 2). Pengembangan dengan sendirinya akan menjadi kecil. Jika kelembaban relatif menurun lagi dan memungkinkan fluktuasi pada periode waktu yang panjang antara 40 dan 80%, kemudian histeresis akan menjadi sangat kecil sehingga pengembangan dan penyusutan dapat diabaikan. Hal ini merupakan kelebihan utama dari MDF dan papan partikel dibandingkan beberapa core berbahan dasar kayu (Suchsland 2004).
Siau (1995) menyatakan bahwa aspek penting dari keseimbangan penyerapan kayu adalah histeresis dari penyerapan isotermal sebagaimana yang ditunjukkan pada Gambar 3 dan 4.
Gambar 3. Garis tebal (A) menunjukkan hubungan antara perbedaan penyerapan panas dan kadar air berdasarkan persamaan (7.13b) dari Skaar (1988). Garis putus-putus (D) menggambarkan nilai yang lebih tinggi yang diharapkan dalam penyerapan karena histeresis. Daerah (Wo – W) merupakan integral penyerapan panas antara M = 0% dan 10% dan W adalah integral panas pembasahan dari M = 10% sampai M1. Wo adalah total panas pembasahan dari kering tanur sampai M1. (Courtesy of F. A. Kamke).
Apri Heri Iswanto : Pengujian Siklis Papan Partikel, 2008 USU e-Repository © 2009
Gambar 4. Penyerapan awal (IN DES), adsorpsi (ADS), dan penyerapan isotermal kedua (SEC DES) Douglas-fir. Diadaptasi dari Spalt (1958) dan Skaar (1972).
Ada tiga garis dalam Gambar 4 dengan garis putus-putus mengindikasikan desorpsi dari kayu segar. Selanjutnya adsorpsi dimulai dengan nilai yang lebih rendah dari EMC. Akhirnya desorpsi isotermal kedua ditunjukkan oleh garis tebal yang mana serupa dengan kurva desorpsi asli setelah mencapai kelembaban relatif sekitar 50%. Selanjutnya adsorpsi dan desorpsi cenderung berulang pada garis tebal. Skaar (1972) yang diacu dalam Siau (1995) memberikan rasio rata-rata dari adsorpsi dan desorpsi kadar air (A/D) pada kelembaban relatif umumnya dari 0,8 sampai 0,9 dengan rata-rata 0,85.
Lebih lanjut Siau (1995) menyatakan bahwa histeresis dapat dijelaskan dengan efek desorpsi pada tempat penyerapan aktif di sepanjang rantai selulosa yang menjadi pengikat pada salah satu yang lain saat mereka kehilangan air. Selama desorpsi selanjutnya, permukaan akan mengalami tekanan kompresi yang lebih rendah dari EMC dan dapat ditambahkan bahwa beberapa ikatan di antara rantai tidak akan putus sampai titik jenuh serat dicapai, setelah itu tahap desorpsi lanjutan akan diulangi seperti sebelumnya.
Siau (1995) selanjutnya menyatakan bahwa salah satu aspek penting dari efek histeresis adalah mengurangi perubahan EMC dan pengembangan atau penyusutan dalam reaksi siklus perubahan dalam kelembaban relatif dibawah yang diharapkan dari rata-rata tunggal penyerapan isotermal.
Skaar (1972) menyatakan bahwa faktor lain yang dilakukan untuk mengurangi variasi kadar air musiman adalah histeresis dalam penyerapan isotermal. Efek ini, telah dibahas sebelumnya, maksimum jika siklus penyerapan yang terjadi melebihi
Apri Heri Iswanto : Pengujian Siklis Papan Partikel, 2008 USU e-Repository © 2009
rentang h dari 0-1,0. Dalam hal ini EMC selama adsorpsi sekitar 0,85 dari nilai selama desorpsi melebihi rentang desorpsi. Jika kayu diekspos pada siklus kelembaban yang lebih kecil, efek histeresis kurang nyata tetapi masih memiliki efek mengurangi perubahan EMC yang diasosiasikan dengan perubahan yang diberikan oleh p/po.
Lebih lanjut Skaar (1972) menyatakan bahwa interaksi dari air dan kayu selalu disertai oleh perubahan panas atau energi dalam sistem. Banyak aspek dari interaksi tersebut yang dapat diperlakukan dengan metode termodinamik klasik. Diakui bahwa penyerapan kelembaban bukan merupakan proses balik yang sempurna jika histeresis dan fenomena ketergantungan waktu secara umum dibutuhkan.
Kadar air papan partikel tergantung pada kondisi udara di sekitarnya karena papan partikel ini terdiri atas bahan-bahan yang mengandung lignoselulosa sehingga papan partikel bersifat higroskopis (Widarmana 1977) yang diacu dalam Putri (2002). Air yang terikat pada permukaan mengadakan kesetimbangan dengan udara di sekitarnya, maka jumlahnya tergantung dari kelembaban lingkungannya maupun dari suhu. Semakin halus butir-butir padatan, semakin banyak air yang teradsorpsi karena luas permukaan per satuan berat bertambah (Harjadi 1993) yang diacu dalam Putri (2002).
Apri Heri Iswanto : Pengujian Siklis Papan Partikel, 2008 USU e-Repository © 2009
HASIL DAN PEMBAHASAN
Tebal Papan Pada Uji Siklis
Pengujian perubahan ketebalan papan partikel dilakukan selama lima siklis, data selengkapnya terdapat pada Lampiran 1. Seteleh pengujian siklis pertama hingga kelima ternyata ketebalan papan partikel terus bertambah dan tidak kembali lagi pada keadaan semula yaitu pada kondisi kering udara (Gambar 1). Panambahan tebal tersebut terjadi baik pada keadaan basah maupun kering oven. Pada keadaan basah ketebalan papan lebih besar dari pada keadaan kering oven. Hal tersebut terjadi karena bahan utama penyusun papan partikel masih berupa kayu yang memiliki sifat higroskopis. Sehingga pada keadaan basah, air dari luar (dari perendaman) disimpan oleh partikel kayu yang menyebabkan partikel kayu mengembang.
Penambahan tebal papan pertikel setelah proses siklis terjadi karena adanya usaha dari papan partikel tersebut untuk membebaskan tegangan yang tersisa didalamnya yang diakibatkan oleh pemberian tekanan berupa pengempaan panas pada saat pembuatan papan, peristiwa ini disebut sebagai spring-back (Hadi, 1988).
Tebal (mm)
25 23 21 19 17 15
Awal
I
II III IV V Siklis
Basah
Kering
Gambar 5. Tebal rata-rata papan partikel pada uji siklis Kembang Susut Pada Uji Siklis
Kembang susut papan partikel selengkapnya disajikan pada Tabel 1 dan kembang susut rata-ratanya disajikan pada Gambar 2. Berdasarkan gambar dan tabel tersebut memperlihatkan bahwa persentase pengembangan dan penyusutan papan terbesar terjadi pada siklis kedua baik pada keadaan basah maupun kering. Pada siklis pertama nampaknya pengaruh kempa panas yang berikan pada saat pembuatan papan
Apri Heri Iswanto : Pengujian Siklis Papan Partikel, 2008 USU e-Repository © 2009
ternyata masih mampu menahan usaha dari papan tersebut untuk membebaskan diri
dari tegangan yang ada. Hal tersebut dapat disebabkan oleh proses pembuatan papan
yang baik sehingga daya rekatnya cukup baik pula.
Persentase pengembangan dan penyusutan pada siklis kedua merupakan yang
terbesar. Pada tahap ini kondisi papan partikel sudah lebih lemah dari keadaan siklis
pertama, sehingga usaha papan partikel untuk membebaskan diri dari tegangan yang
ada menjadi lebih mudah. Pada siklis ke dua ini variasi perubahan tebal juga cukup
besar yaitu dilihat dari standar deeviasinya (Tabel 1).
Tabel 1. Kembang susut rata-rata pada arah tebal papan partikel (%)
Siklis ke-
Ulangan I I II II III III IV IV V
KSK S K S K S K
1 16,24 4,58 19,79 6,82 8,86 3,49 6,24 4,52 13,97 2 16,71 3,22 17,78 6,30 8,76 4,50 10,45 6,58 13,72 3 22,63 8,09 29,54 11,22 8,85 3,11 8,24 7,47 13,40 4 18,30 5,39 24,91 10,62 11,18 7,17 14,29 8,21 14,39 5 21,00 7,57 23,29 7,13 10,59 6,29 8,99 6,32 11,62 6 17,12 4,60 19,42 5,36 9,39 5,36 11,00 8,34 14,42 7 23,79 9,42 33,30 12,23 8,49 5,64 11,44 7,57 13,71 8 17,50 4,24 19,89 7,06 9,38 6,67 12,40 5,36 13,37
Rata-rata 19,16 5,89 23,49 8,34 9,44 5,28 10,38 6,80 13,57
Standard
Deviasi
2,91 2,19 5,49 2,59 0,96 1,47 2,52 1,36 0,88
Keterangan : K = Penegembangan S = Penyusutan
V S 8,16 8,33 6,90 7,78 5,96 8,61 7,62 7,56 7,61
0,85
Pada siklis berikutnya (siklis ketiga) pengembangan dan penyusutan papan partikel menjadi yang terendah dari lima siklis yang ada, keadaan ini terjadi karena gaya yang tersisa akibat proses pengempaan panas sudah mulai berkurang.
Namun demikian pada siklis ke empat dan lima pengembangan papan justru meningkat kembali. Penambahan tebal setetah papan dikeringkan ternyata tidak menurunkan pengembangan tebal setelah direndam. Berdasarkan pengamatan papan pada siklis ke empat dan lima, contoh papan yang diuji mulai mengalami kerusakan secara fisik, yaitu pada bagian pinggir dan tengahnya mulai retak dan terkelupas kearah vertikal yang menyebabkan terjadi penambahan tebal akibat uji siklis yang dilakukan.
Apri Heri Iswanto : Pengujian Siklis Papan Partikel, 2008 USU e-Repository © 2009
25,00 20,00 15,00 10,00
5,00 0,00
I
II III IV Siklis
Kembang Susut
V
Gambar 6. Kembang susut rata-rata pada arah tebal papan partikel Pengembangan tebal rata-rata kumulatif papan partikel dari keadaan basah ke
basah dan dari keadaan kering oven ke kering oven menunjukkan kecenderungan yang
meningkat, data selengkapnya disajikan pada Tabel 2 dan Gambar 3. Pada siklus
kedua dalam keadaan basah mengakibatkan perubahan tebal yang sangat besar
tingkatannya yang diperlihatkan oleh besarnya standar deviasi.
Tabel 2. Penambahan tebal kumulatif (%)
Siklis ke-
Ulangan I I II II III III Basah Oven Basah Oven Basah Oven
1 16,24 10,92 32,86 23,81 34,77 30,07 2 16,71 12,94 33,03 24,64 35,56 29,46 3 22,63 12,71 46,01 29,63 41,10 36,72 4 18,30 11,92 39,81 24,96 38,93 28,97 5 21,00 11,84 37,89 28,05 41,61 32,70 6 17,12 11,73 33,43 26,28 38,14 30,73 7 23,79 12,13 49,47 31,20 42,33 34,30 8 17,50 12,52 34,91 25,39 37,14 28,00
Rata-rata 19,16 12,09 38,42 26,74 38,70 31,37
Standard Deviasi 2,91 0,64 6,32 2,62 2,82 2,97
IV Basah 38,19 42,98 47,99 47,40 44,64 45,11 49,67 43,87 44,98
3,55
IV Oven 31,93 33,58 36,93 35,30 35,49 33,01 38,34 36,16 35,09
2,13
V Basah 50,37 51,91 55,28 54,77 51,23 52,18 57,31 54,37 53,43
2,37
V Oven 38,11 39,25 44,56 42,73 42,21 39,08 45,32 42,69 41,74
2,66
Apri Heri Iswanto : Pengujian Siklis Papan Partikel, 2008 USU e-Repository © 2009
60
50
40
30
20
10
0 I I II II III III IV IV V V
BO
BO
BO
BO
BO
S ik lis k e -
Keterangan : B = Basah (setelah direndam) O = Oven (setelah dioven)
Gambar 7. Pengembangan tebal relatif terhadap tebal awal papan partikel pada uji siklis (%)
PENUTUP
Papan partikel pada siklis kedua menghasilkan kemampuan melepaskan diri dari gaya akibat pengempaan panas (spring-back) terbesar dengan standar deviasi yang besar juga. Pada siklis ke empat dan lima papan partikel mulai mengalami kerusakan akibat dari pengaruh uji siklis (perandaman dan pengeringan kering oven)
Apri Heri Iswanto : Pengujian Siklis Papan Partikel, 2008 USU e-Repository © 2009
REFERENSI
Hadi, Y.S. 1988. Pengaruh rendaman panas partikel kayu terhadap stabilitas dimensi papan partikel meranti merah. Buletin Jurusan Teknologi Hasil Hutan. Teknolog: II(1).
Haygreen JG, JL Bowyer. 1996. Hasil Hutan dan Ilmu Kayu: Suatu Pengantar. Sutjipto AH, Penerjemah. Yogyakarta : Gadjah Mada Univ Pr. Terjemahan dari : Forest Product and Wood Science, An Introduction.
Maloney TM. 1993. Modern Particleboard and Dry Process Fiberboard Manufacturing. San Fransisco: Miller Freeman Inc.
Putri MD. 2002. Peningkatan mutu papan partikel dari limbah serbuk gergaji kayu Sengon (Paraserianthes falcataria) dan limbah plastic polypropylene: peranan Maleic anhydride sebagai compatibilizer. [Skripsi]. Bogor. Jurusan THH Fakultas Kehutanan IPB.
Siau JF. 1995. Wood : Influence of Moisture on Physical Properties. Keene NY. Dept. of Wood Science and Forest Products. Virginia Polytechnic Institute and State Univ.
Skaar Ch. 1972. Water in Wood. Syracuse NY. Syracuse Univ Pr. Suchsland O. 2004. The Swelling and Shrinking of Wood: A Practical Technology
Primer. Madison, WI. Forest Product Soc.
Apri Heri Iswanto : Pengujian Siklis Papan Partikel, 2008 USU e-Repository © 2009