BAHAN DAN METODE
Waktu dan Tempat Penelitian Penelitian dilaksanakan pada bulan Desember 2007 sampai Juli 2008. Pembuatan OSB dilakukan di Laboratorium Biokomposit, pembuatan contoh uji di Laboratorium Kayu Solid, pengujian OSB dilakukan di Laboratorium Keteknikan Kayu dan Laboratorium Kayu Solid dan pengujian ketahanan terhadap rayap dilakukan di Laboratorium Kimia Hasil Hutan Departemen Hasil Hutan Fakultas Kehutanan IPB.
Bahan dan Alat Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah strands bambu betung, perekat isocyanate tipe H3M yang diperoleh dari PT. Polychemi Asia Pasifik dengan solid content 99,13% dan rayap tanah (Coptotermes curvignathus Holmgren). Peralatan yang digunakan terdiri dari oven, blender, spray gun, kempa b
panas, baskom, kantong plastik, aluminum foil, plat aluminium, timbangan digital dan mesin gergaji untuk pembuatan OSB dan contoh uji, serta alat uji sifat fisis yaitu micrometer, calliper dan alat uji mekanis Universal Testing Machine merek Instron. Untuk pengujian ketahanan terhadap rayap tanah digunakan botol kaca.
Metodologi Penelitian Desain Penelitian Untuk mengetahui pengaruh rasio strands antara face dan core, maka OSB dibuat dengan 4 tipe perbandingan kedua face dengan core 40 : 60, 50 : 50, 60 : 40, 70 : 30 yang didasarkan pada perbandingan berat stands dalam persen (%). Untuk mengetahui pengaruh kadar perekat, maka akan digunakan variasi kadar perekat dari 4%, 5%, 6% dan 7%. Papan dibuat 3 lapis dimana arah strands pada lapisan face dan core saling tegak lurus. Kerapatan sasaran 0,75 g/cm3 dengan ukuran 30 cm x 30 cm x 0,9 cm. Sketsa papan yang akan dibuat disajikan pada gambar berikut :
18
20 %
face
60 %
core
20 %
face
25 %
face
50 %
core
25%
face
30 30 % %
face face
40 %
core
30 %
face
35 %
face
30 %
core
35 %
face
Gambar 3. Sketsa konstruksi OSB dari bambu Penelitian ini dibuat dengan menggunakan tiga ulangan pada setiap tipe papan, sehingga total OSB yang dibuat sebanyak 48 papan (4x4x3).
Karakteristik Bahan Baku Berat Jenis dan Kadar Air Bambu Perhitungan berat jenis dan kadar air bambu dilakukan dengan menimbang berat contoh uji (BKU), volumenya diukur dengan menghitung selisih volume air saat contoh uji dimasukkan ke dalam gelas ukur, sebelumnya contoh uji dicelupkan kedalam parafin. Contoh uji dibersihkan dari parafin kemudian dimasukkan ke dalam oven pada suhu 103± 20C sampai beratnya konstan (BKT). Berat jenis dan kadar air bambu dihitung dengan rumus: BKT BJ = Volume kering udara
BKU-BKT KA (%) =
x 100 % BKT
19
Contoh uji untuk penentuan berat jenis dan kadar air bambu diambil dari bagian pangkal, tengah dan ujung batang bambu.
Sifat Mekanis Bambu Pengujian terhadap sifat mekanis bambu dilakukan berdasarkan standar ASTM 143-94 (2000) yang dimodifikasi. Contoh uji dengan ukuran 30 x 2 x 1 cm diambil pada bagian pangkal, tengah dan ujung. Beban diberikan pada bagian tengah contoh uji dengan jarak sanggah 15 cm. Pengujian yang dilakukan adalah MOE dan MOR bambu. Setiap bagian diuji sebanyak 3 kali dan hasilnya dirataratakan.
Ukuran Partikel Partikel berbentuk strand diukur panjang, lebar dan tebalnya dengan menggunakan kaliper. Pengukuran dilakukan pada 2 bagian lebar, 2 bagian panjang dan 1 bagian tengah strand dan hasilnya dirata-ratakan. Strands yang diukur dimensinya diambil secara acak sebanyak 100 buah strand. Nisbah kelangsingan (slenderness ratio) dan nisbah aspek (aspect ratio) dihitung dengan rumus: Panjang strand Nisbah kelangsingan = Tebal strand Panjang strand Nisbah aspek = Lebar strand
Keterbasahan Bambu Pengujian keterbasahan bambu dilakukan dengan mengukur sudut kontak perekat (Sutrisno 1999) dengan meneteskan larutan perekat sebanyak satu tetes (kurang lebih 0,05 ml) ke permukaan strand dengan menggunakan pipet. Tiga detik setelah tetesan perekat tadi jatuh diatas permukaan strands dilakukan pemotretan dengan fotomikroskop. Penentuan sudut kontak perekat dilakukan sebanyak 3 kali dan hasilnya dirata-ratakan.
20
Kadar Resin Padat Kadar resin padat ditentukan berdasarkan standar JIS K6833:1980. Perekat ditimbang sebanyak 1,5 g ke dalam cawan abu kemudian dimasukkan ke dalam oven pada suhu 133,5-136,50C selama 58-62 menit. Contoh uji dimasukkan ke dalam desikator sampai dingin kemudian ditimbang. Penentuan kadar resin padat dilakukan sebanyak 3 kali sebagai ulangan dan hasilnya dirata-ratakan. Kadar resin padat dihitung dengan rumus: W2 Kadar resin padat (%) =
x 100 % W1
Keterangan : W1 = berat contoh uji sebelum dipanaskan di dalam oven, g W2 = berat contoh uji setelah dipanaskan di dalam oven, g
Viskositas Perekat Viskositas perekat ditentukan dengan menggunakan viscotester merk Brookfield model LV 4. Contoh perekat dituangkan ke dalam wadah viscotester sampai batas spindle yang telah ditentukan tenggelam dalam perekat. Spindle yang digunakan sesuai dengan kisaran kekentalan perekat yaitu nomor 4 dengan kecepatan 30 rpm sehingga faktor koreksi yang digunakan adalah 200. Viscotester dihidupkan dan diamati angka yang ditunjukkan pada jarum penunjuk.
pH Perekat Penentuan pH perekat dilakukan dengan menggunakan kertas pH. Pengukuran dilakukan dengan cara mencelupkan kertas pH ke dalam perekat kemudian perubahan warna dari kertas pH dibandingkan dengan warna standar.
Proses Pembuatan OSB 1.
Persiapan bahan baku Batang bambu dipotong dengan gergaji, buku dan kulitnya tidak
digunakan. Strands dibuat dengan ukuran panjang 60-70 mm, lebar 20-25 mm dan tebal 0,6 mm (Gambar 4). Pembuatan strands dilakukan secara manual tanpa bantuan mesin disk flaker karena keterbatasan dari bilah bambu untuk diproses
21
dalam mesin. Strands kemudian dikeringudarakan dan selanjutnya dilakukan pengeringan dalam oven pada suhu 60oC sampai diperoleh kadar air 6-7%. Pertimbangan kadar air tersebut dikarenakan, mekanisme pematangan dan pengikatan perekat isocyanate terjadi dalam keadaan ada air dalam bahan/substrat. 2.
Blending Sebelum dilakukan blending (pencampuran bahan) terlebih dahulu
dilakukan penimbangan bahan-bahan yang akan digunakan. Selanjutnya strands dimasukkan dalam blender dan perekat isocyanate disemprotkan dengan menggunakan spray gun. Variasi kadar perekat yang digunakan berdasarkan berat kering strands bambu. 3.
Pembentukan lembaran Strands yang telah tercampur dengan perekat kemudian ditimbang untuk
menentukan berat strands pada setiap lapisan karena papan yang dibuat memiliki perbedaan berat pada setiap lapisannya. Strands kemudian disusun secara manual dan arah antar lapisan saling tegak lurus.
22
Kulit dan buku dihilangkan
Arah pembuatan strands
ruas buku
Batang bambu tanpa buku dan kulit
Strands
Gambar 4. Sketsa pembuatan dan strands yang dihasilkan 4.
Pengempaan Lembaran dikempa panas pada mesin kempa dengan suhu 150oC, tekanan
spesifik 25 kg/cm2 selama 5 menit dengan sistem pengempaan single step. Pada plat kempa digunakan stick besi dengan ketebalan 9 mm sebagai kontrol untuk mendapatkan ketebalan papan yang diinginkan.
23
5.
Pengkondisian OSB kemudian dikondisikan selama 14 hari pada suhu kamar sebelum
dipotong menjadi contoh uji. Pengkondisian ini ditujukan untuk menyeragamkan kadar air lembaran OSB dan melepaskan tegangan sisa yang terdapat dalam lembaran sebagai akibat pengempaan panas.
Pengujian Kualitas OSB Pengujian kualitas OSB dilakukan berdasarkan standar JIS 5908-2003. Parameter sifat fisis dan mekanis OSB yang diuji meliputi : kerapatan, kadar air, daya serap air, pengembangan tebal dan pengembangan linier, modulus patah (MOR), modulus elastisitas (MOE), dan keteguhan tarik tegak lurus permukaan/internal bond dan kuat pegang sekrup. Arah panjang papan ditentukan sejajar arah panjang strands pada face sedangkan arah lebar papan tegak lurus arah panjang strands pada face. Pola
3 6
9
7
22
4 5
30 cm
8
1
30 cm Arah panjang papan Gambar 5. Pola pemotongan contoh uji OSB
Arah lebar papan
pemotongan contoh uji pada setiap papan disajikan pada Gambar 5.
24
1
=
contoh uji modulus elastisitas (MOE) dan keteguhan patah (MOR) kering sejajar panjang OSB (20 cm x 5 cm)
2
=
contoh uji modulus elastisitas (MOE) dan keteguhan patah (MOR) kering sejajar lebar OSB (20 cm x 5 cm)
3
=
contoh uji modulus elastisitas (MOE) dan keteguhan patah (MOR) basah sejajar panjang OSB (20 cm x 5 cm)
4
=
contoh uji modulus elastisitas (MOE) dan keteguhan patah (MOR) basah sejajar lebar OSB (20 cm x 5 cm)
5
=
contoh uji kerapatan dan kadar air (10 cm x 10 cm)
6
=
contoh uji daya serap air, pengembangan tebal, dan pengembangan linier (5 cm x 5 cm)
7
=
contoh uji internal bond (5 cm x 5 cm)
8
=
contoh uji kuat pegang sekrup (10 cm x 5 cm)
9
=
contoh uji ketahanan terhadap rayap tanah (2 cm x 2 cm)
Kerapatan Determinasi kerapatan OSB dihitung berdasarkan berat dan volume kering udara dengan menggunakan rumus : B Kr = V Keterangan : Kr
= Kerapatan (g/cm3)
B
= Berat contoh uji kering udara (g)
V
= Volume contoh uji kering udara (cm3)
Kadar Air Determinasi kadar air papan dilakukan dengan menghitung selisih berat awal dengan berat setelah dikeringkan dalam oven sampai mencapai berat konstan pada suhu (103± 2)oC. Kadar air tersebut dihitung dengan rumus :
Bo – B1 KA =
x 100% B1
25
Keterangan : KA
= Kadar air (%)
Bo
= Berat awal contoh uji setelah pengkondisian (g)
B1
= Berat konstan contoh uji setelah dikeringkan dalam oven (g)
Daya Serap Air Determinasi daya serap air dilakukan dengan menghitung selisih berat sebelum dan setelah perendaman dalam air dingin selama 2 dan 24 jam. Daya serap air tersebut dihitung dengan rumus : Bb – Ba DS =
x 100% Ba
Keterangan : DS
= Daya serap air (%)
Ba
= Berat awal contoh uji sebelum perendaman (g)
Bb
= Berat contoh uji setelah perendaman 2 jam dan 24 jam (g)
Pengembangan Tebal dan Pengembangan Linier Determinasi pengembangan tebal dan pengembangan linier didasarkan atas selisih tebal dan panjang sebelum dan setelah perendaman dalam air dingin selama 2 jam dan 24 jam. Pengembangan tebal dan linier tersebut dihitung dengan rumus : T2 – T1 P =
x 100% T1
Keterangan : P
= Pengembangan tebal dan linier (%)
T1
= Tebal/panjang awal contoh uji sebelum perendaman (cm)
T2
= Tebal/panjang contoh uji setelah perendaman 2 jam dan 24 jam (cm)
26
Keteguhan Patah (MOR) Determinasi MOR dilakukan bersamaan dengan pengujian MOE. Pengujian dilakukan pada arah sejajar panjang dan sejajar lebar OSB. Pengujian dilakukan dengan memberikan beban sebesar 10 mm/menit pada bagian tengah contoh uji. Jarak sangga yang digunakan adalah 15 cm x tebal papan (minimal 15 cm). Posisi beban dan jarak sangga disajikan pada Gambar 6. Beban
Contoh uji
h L l
b L l h b
: Panjang contoh uji (20 cm) : Jarak sangga (15 cm) : Tebal contoh uji (0,9 cm) : Lebar contoh uji (5 cm)
Gambar 6. Pengujian keteguhan lentur (MOE) dan keteguhan patah (MOR) MOR dihitung dengan menggunakan rumus : 3PL MOR =
2bh2
Keterangan
:
MOR
= Keteguhan patah (kgf/cm2)
L
= Jarak sangga (cm)
P
= Beban maksimum (kgf)
h
= Tebal contoh uji (cm)
b
= Lebar contoh uji (cm)
27
Modulus Elastisitas (MOE) Determinasi MOE dilakukan dengan menggunakan contoh uji yang sama dengan MOR. Pada pengujian ini yang dicatat adalah perubahan defleksi setiap perubahan beban tertentu. Nilai MOE dihitung dengan rumus :
PL3 MOE = 4bh3∆Y Keterangan
:
MOE
= Modulus Elastisitas (kgf/cm2)
L
= Jarak sangga (cm)
P
= Beban sebelum batas proporsi (kgf)
Y
= Lenturan pada beban P
h
= Tebal contoh uji (cm)
b
= Lebar contoh uji (cm)
Keteguhan Tarik Tegak Lurus Permukaan/Keteguhan Rekat Determinasi keteguhan rekat dilakukan dengan merekatkan kedua permukaan papan pada balok besi dengan menggunakan perekat epoxy selama 24 jam kemudian balok besi tersebut ditarik secara berlawanan. Cara pengujian internal bond ini disajikan pada Gambar 7.
Arah beban
Besi
Contoh uji
Arah beban
Gambar 7. Pengujian keteguhan rekat/internal bond
28
Keteguhan rekat tersebut dihitung dengan menggunakan rumus : Pmaks IB = A Keterangan : IB
= Keteguhan rekat (kgf/cm2)
P
= Beban maksimum (kgf)
A
= luas permukaan contoh uji (cm2)
Kuat Pegang Sekrup Pengujian kuat pegang sekrup dilakukan dengan memasang sekrup berukuran panjang 20 mm dan diameter 2 mm. Sekrup tersebut ditancapkan ke papan OSB sedalam 8 mm kemudian dicabut tegak lurus permukaan dengan kecepatan 2 mm/menit. Gaya yang dibutuhkan untuk mencabut sekrup menunjukkan kekuatan OSB dalam memegang sekrup.
20 mm
2 mm
Gambar 8. Bentuk skrup pengujian
Ketahanan Terhadap Serangan Rayap Pengujian terhadap rayap tanah menggunakan standar Modified Wood Block Test
(MWBT). Dalam pengujian terhadap rayap ini ditambahkan 1
perlakuan sebagai kontrol yaitu contoh uji bilah bambu betung. Sebelum dilakukan pengujian, contoh uji terlebih dahulu dikeringkan sampai kering oven, kemudian dimasukkan ke dalam botol kaca yang berisi 30 g pasir dan 6 ml aquades. Kedalam botol kaca tersebut dimasukkan rayap tanah sebanyak 200 ekor rayap pekerja dan 20 ekor rayap prajurit. Botol kaca kemudian
29
ditutup dengan kain hitam lalu ditempatkan di ruangan gelap. Kehilangan berat dan mortalitas dihitung setelah 21 hari pengumpanan. Persentase kehilangan berat akibat serangan rayap dihitung dengan rumus : Wo-W1 Kehilangan Berat
=
x 100% Wo
Keterangan : Wo
= BKO contoh uji sebelum diumpankan ke rayap (g)
W1
= BKO contoh uji setelah diumpankan ke rayap (g)
Persentase jumlah individu rayap yang mati (mortalitas) dihitung dengan rumus: No-N1 Mortalitas =
x 100% No
Keterangan : No
= Jumlah individu rayap sebelum pengumpanan
N1
= Jumlah individu rayap setelah pengujian
Kain hitam
Botol gelas Contoh uji Rayap 30 g pasir, dengan 6 ml aquades
Gambar 9.
Kotak dan contoh uji untuk pengujian ketahanan OSB terhadap rayap tanah di laboratorium
30
Analisis Data Analisis data pengujian dilakukan dengan merata-ratakan data yang terkumpul untuk setiap parameter kemudian dibandingkan nilainya satu sama lain. Selain itu nilai-nilai yang diperoleh juga dibandingkan dengan standar JIS A 5908-2003 untuk mengetahui parameter yang memenuhi standar. Untuk mengetahui pengaruh konstruksi dan kadar perekat yang digunakan terhadap kualitas OSB, maka analisis statistik yang digunakan adalah rancangan percobaan faktorial acak lengkap dengan faktor A yaitu perbandingan face terhadap core dan faktor B yaitu kadar perekat. Faktor A terdiri dari 4 taraf : A1 =
40:60
A2 =
50:50
A3 =
60:40
A4 =
70:30
Faktor B terdiri dari 4 taraf : B1 =
7%
B2 =
6%
B3 =
5%
B4 =
4%
Setiap perlakuan diulang sebanyak 3 kali sehingga jumlah OSB yang dibuat sebanyak 48 papan. Menurut Mattjik dan Sumertajaya (2002), model linier aditif untuk rancangan percobaan tersebut adalah
Yijk = µ + αi + βj + (αβ)ij + εijk Dimana : Yijk = Nilai pengamatan papan pada konstruksi papan ke-i kadar perekat ke-j pada ulangan ke-k µ
= Rataan umum
αi
= Pengaruh taraf ke-i faktor konstruksi papan
31
βj
= Pengaruh taraf ke-j faktor kadar perekat
αβij = Pengaruh interaksi taraf ke-i faktor konstruksi papan dan taraf ke-j faktor kadar perekat Jika hasil analisis ragam menunjukkan perlakuan berpengaruh nyata terhadap kualitas OSB, maka dilakukan analisis lanjutan dengan menggunakan uji perbandingan berganda Duncan (DMRT).
