23
MATERI DAN METODE Materi Penelitian Tempat dan Waktu Penelitian dilaksanakan di Laboratorium Biokomposit, Laboratorium Keteknikan Kayu dan Laboratorium Kayu Solid, Departemen Hasil Hutan Fakultas Kehutanan Institut Pertanian Bogor selama 4 bulan yaitu dari bulan Oktober 2007 – Februari 2008. Bahan dan Alat Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah kayu akasia dan kayu afrika yang berasal dari hutan rakyat desa Leuwiliang Bogor dengan diameter pohon antara 20-26 cm, tinggi 9-10 m dan berumur antara 9-10 tahun. Perekat phenol formaldehyde (PF) cair dari PT. Duta Pertiwi Nusantara Pontianak dengan solid content 41,37% (Lampiran 1) serta parafin 1%. Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah : mesin pembuat strand (disk flaker), jangka sorong, oven, timbangan, gelas piala, pengaduk, pipet, semprotan (sprayer), compressor, kantong plastik, alat cetakan 30 cm x 30 cm, mesin kempa (kempa panas), gergaji potong, kalkulator, alat pencatat waktu, balok besi , Universal Testing Machine, kamera, dan alat tulis. Metode Penelitian Pembuatan Strand Strand dibuat dari kayu segar tanpa kulit. Kayu bulat dikonversi dulu kedalam bentuk kayu gergajian dengan tebal sekitar 20-25 mm dan panjang 1 meter, dengan disk flaker, dibuat strand yang berukuran 60-70 mm panjang, lebar 20-25 mm serta ketebalan 0,6-1 mm (Gambar 3). Strand yang digunakan untuk lapisan inti, muka-belakang adalah sama. Untuk memperoleh strand yang berukuran relatif seragam, dilakukan pemilahan terhadap strand-strand. Strand kemudian dikeringkan dalam oven sampai mencapai kadar air < 5%
24
Strand akasia
Strand afrika
Gambar 3 Pembuatan strand dengan disk flaker (Nuryawan & Massijaya 2006)
25
Proses Pembuatan Lembaran Pencampuran strand dengan perekat Dalam pembuatan contoh uji berukuran 30 cm x 30 cm x 0,9 cm dengan target kerapatan 0,75 g/cm3. Jenis perekat yang digunakan dalam penelitian ini adalah Phenol Formaldehyde dengan solid content 41,37% (atas dasar perekat padat) sebanyak 7% atas dasar berat strand kering oven baik untuk lapisan muka maupun lapisan inti. Setelah perekat dan strandnya disiapkan, strand untuk setiap lapisan dimasukkan ke dalam blending dan perekat PF disemprotkan kedalam blending dengan menggunakan sprayer, sehingga perekat bercampur secara merata dengan strand. Setelah itu campuran strand dan perekat ditambahkan dengan parafin sebanyak 1% dari berat strand. Pembentukan lapik Lapik terdiri dari tiga lapisan, yaitu lapisan muka, inti dan belakang. dengan perbandingan berat kering oven sama. Pengarahan strand menggunakan alat bantu former device skala laboratorium (Gambar 4).
Gambar 4 Alat bantu former device skala laboratorium Ada delapan penyusunan arah strand yang akan digunakan dalam penelitian ini : penyusunan arah strand A (orientasi strand luar dan strand lapisan inti searah, 0°/0º/0°), penyusunan arah strand B (orientasi strand luar tegak lurus dengan lapisan inti, 0°/90º/0°), penyusunan arah strand C (lapisan inti acak dan lapisan luar terorientasi, 0°/R/0°), penyusunan arah strand D (lapisan inti
26
terorientasi 45º terhadap lapisan luar, 0°/45º /0°), penyusunan arah strand E (lapisan inti terorientasi 45° dan -45° terhadap lapisan luar, 0°/45°/-45°/0°), penyusunan arah strand F (lapisan inti terorientasi dan lapisan luar acak, R°/0°/R°), penyusunan arah strand G (lapisan inti terorientasi 45° dan lapisan luar acak, R°/45°/R°), penyusunan arah strand H (lapisan inti terorientasi 45° dan 45° dan lapisan luar acak, R°/45°/-45°/R°) (Gambar 5 dan 6).
A ( 0°/0°/0°)
B (0°/90°/0°)
Acak
C (0°/R/0°)
D (0°/45°/0°)
Acak
Acak F (R°/0°/R°)
E (0°/45°/-45/0°)
Acak
Acak
Acak G (R°/45°/R°)
H (R/45°/-45/R)
Acak
Gambar 5 Skema penyusunan arah strand
27
arah strand 0º
arah strand 45º
arah strand 90º
arah strand -45º
arah strand acak/random (R) Gambar 6 Penyusunan arah strand yang digunakan
28
Pengempaan Selanjutnya
lapik
yang
telah
tersusun
dikempa
panas
dengan
2
menggunakan tekanan maksimum 25 kg/cm dengan waktu kempa 15 menit pada suhu 160°C. Pengkondisian OSB yang sudah dibuat selanjutnya dibiarkan selama 2 minggu agar kadar airnya sesuai dengan kadar air lingkungan atau ada dalam kondisi kesetimbangan sebelum dilakukan pengujian sifat fisis dan mekanisnya. Setelah itu OSB dipotong menjadi contoh uji-contoh uji berdasarkan JIS A 5908-2003. Pengujian Sifat Fisis dan Mekanis Dalam pelaksanaan penelitian ini, pengujian dilakukan terhadap beberapa sifat
fisis dan mekanis yang penting, yaitu kerapatan (density), kadar air
(moisture content), daya serap air, pengembangan tebal dan linier, modulus of elasticity (MOE), modulus of repture (MOR), keteguhan rekat internal (internal bond strenght, IB) standar pengujian mengacu pada JIS A 5908-2003, serta retensi kekuatan (strength retention) Pola pemotongan contoh uji untuk pengujian sifat fisis dan mekanis contoh uji dengan penyusunan arah strand A, B, C, D dan E penentuan arah panjang papan mengikuti arah strand lapisan permukaan sedangkan untuk penyusunan arah strand F, G, H penentuan panjang papan mengikuti arah strand lapisan inti yang telah ditandai sebelumnya sesuai dengan skema penyusunan arah strand , pola pemotongannya seperti ditunjukkan pada Gambar 7 berikut ini :
29
arah lebar OSB 30 cm
6
arah memanjang OSB
1
2
30 cm
5
8 4
3
7
Gambar 7 Pola pemotongan contoh uji untuk pengujian sifat fisis dan mekanis Keterangan : No 1 2 3 4 5 6 7 8
Contoh Uji Internal bond Pengembangan tebal dan linier Kerapatan dan Kadar Air MOE dan MOR kering sejajar arah panjang MOE dan MOR basah sejajar arah panjang MOE dan MOR kering sejajar arah lebar MOE dan MOR basah sejajar arah lebar Cadangan
Ukuran (cm3) 5x5x0,9 5x5x0,9 10x10x0,9
Jumlah 1 1 1 1
20x5x0,9 1 20x5x0,9 1 20x5x0,9 1 20x5x0,9 15x5x0,9
1
Kerapatan (Density) Pengujian kerapatan dilakukan pada kondisi kering udara dengan contoh uji berukuran 10 cm x 10 cm. Dimensi panjang dan lebar diukur pada dua sisi berbeda kemudian hasilnya dirata-ratakan. Sedangkan dimensi tebal diukur pada keempat sudut berbeda dan hasilnya dirata-ratakan. Hasil rata-rata dari ketiga
30
dimensi tersebut dikalikan sehingga memperoleh volume (V). Kemudian diukur beratnya (W1) dan kerapatan dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut : Kr =
W1 V
dimana : Kr
= Kerapatan (g/cm³)
W1 = Berat contoh uji (g) V
= Volume contoh uji (cm3)
Kadar Air (Moisture Content) Contoh uji untuk pengujian kadar air berukuran 10 cm x 10 cm (pengujian yang sama dengan kerapatan), ditimbang beratnya (W1). Kemudian contoh uji dimasukkan ke dalam oven dengan temperatur 103±2°C sampai berat konstan, sehingga diperoleh contoh uji kering oven. Contoh uji dikeluarkan dari oven dan dimasukkan ke dalam desicator dan ditimbang (W2). Kadar air diperoleh dengan persamaan sebagai berikut : W1-W2 W2
KA = dimana : KA = Kadar air (%) W1 = Berat contoh uji mula-mula (g) W2 = Berat contoh uji kering oven (g) Daya Serap Air
Contoh uji berukuran 5 cm x 5 cm. Daya serap air dilakukan dengan menghitung selisih antara berat contoh uji sebelum dan setelah direndam 2 jam dan 24 jam dan dinyatakan dalam persen.
DS = dimana :
B2-B1
x 100%
B1
DS = Daya serap air (%) B1
= Berat contoh uji sebelum direndam (gr)
31
B2
= Berat contoh uji sesudah direndam (gr)
Pengembangan Tebal dan Pengembangan Linier Contoh uji berukuran 5 cm x 5 cm. Sebelum direndam contoh uji diukur tebalnya pada bagian tengah dengan micrometer sekrup dan diukur panjang dan lebarnya pada bagian tengahnya dengan kaliper. Contoh uji kemudian direndam secara horizontal kira-kira 3 cm dari permukaan air dalam air dingin selama 2 jam dan 24 jam. Kemudian diukur tebalnya pada tempat yang sama dengan pengukuran sebelumnya. Nilai pengembangan tebal dan linier dapat dihitung dengan persamaan berikut : P =
T2-T1
x 100 %
T1 dimana : P
= Pengembangan tebal (%)
T1
= Tebal atau panjang awal contoh uji sebelum direndam (cm)
T2
= Tebal atau panjang contoh uji sesudah direndam (cm)
Modulus of Elasticity (MOE) dan Modulus of Rupture (MOR) Kering dan Basah Contoh uji dibuat dengan ukuran 20 cm x 5 cm x 0,9 cm. Untuk pengujian MOE dan MOR dilakukan pada dua arah berbeda, yaitu searah dengan panjang papan dan searah dengan lebar papan. Sebelum dilakukan pengujian, contoh uji diukur dulu kerapatan dan dimensinya. Dimensi yang diukur adalah panjang pada dua sisi, tebal dan lebar masing-masing 3 kali ulangan. Untuk pengujian basah menurut JIS A-5908-2003 untuk bending strength test B contoh uji direbus dalam air mendidih selama 2 jam dan kemudian direndam dalam air pada suhu kamar selama 1 jam. Nilai modulus elastisitas diperoleh dengan persamaan sebagai berikut : L3ΔP MOE =
4 bh3 ΔY
32
dimana : MOE = Modulus elastisitas (modulus of elasticity) ΔP
= Kenaikan beban dibawah batas proporsi (kgf)
b
= Lebar contoh uji (cm)
h
= Tebal contoh uji (cm)
L
= Jarak sangga (cm)
ΔY
= Kenaikan defleksi sehubungan dengan kenaikan ΔP (cm) Sedangkan nilai modulus patah diperoleh dengan persamaan sebagai
berikut: 3 PL MOR =
2 bh2
dimana : MOR = Modulus patah (modulus of rupture) P
= Beban maksimum (kgf)
L
= Jarak sangga (cm)
b
= Lebar contoh uji (cm)
h
= Tebal contoh uji (cm)
Posisi beban dan jarak sangga disajikan pada Gambar 8 berikut ini :
33
Titik beban
h
Contoh uji
L l b Keterangan : L l h b
: Panjang contoh uji (20 cm) : Jarak sangga (16,5 cm) : Tebal contoh uji : Lebar contoh uji
Gambar 8 Pengujian MOE dan MOR Keteguhan Rekat Internal (Internal Bond) Sebelum dilakukan pengujian, contoh uji diukur dulu kerapatan dan dimensinya (panjang dan lebar). Contoh uji berukuran 5 cm x 5 cm, direkat dengan perekat epoksi pada dua buah blok logam dan dibiarkan mengering selama 24 jam. Penarikan dilakukan pada arah tegak lurus terhadap permukaan contoh uji dengan kecepatan tetap sampai contoh uji mengalami kerusakan (Gambar 9)
Arah beban
Balok besi Contoh uji
Gambar 9 Pengujian keteguhan rekat internal (Internal Bond)
34
Nilai keteguhan rekat internal diperoleh dengan menggunakan persamaan sebagai berikut : Pmaks IB = A dimana : IB
= Keteguhan rekat internal (kgf/cm2)
P
= Beban maksimum (kg)
A
= Luas permukaan contoh uji (cm2)
Retensi kekuatan (Strength Retention) Untuk menilai sampai sejauh mana produk yang dihasilkan dapat digunakan untuk keperluan eksterior atau tidak dapat dilihat dari nilai retensi kekuatan yang dapat menggambarkan ketahanan dari contoh uji. Nilai retensi kekuatan (Strength retention) dihitung dengan persamaan (Massijaya 1997), sebagai berikut: MOR basah Retensi kekuatan MOR =
x 100% MOR kering
Analisis Penunjang Berat Jenis dan Kadar Air Kayu Perhitungan berat jenis dan kadar air kayu berdasarkan standar ASTM D 2395-02 (ASTM 2002). Contoh uji berukuran 2 cm x 2 cm x 2 cm diukur beratnya (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 kayu dihitung dengan rumus: Berat Jenis
= BKT/Volume kering udara
Kadar air, (%)
= [(BKU-BKT)/BKT] x 100
35
Contoh uji untuk penentuan berat jenis kayu diambil dari bagian pangkal dan tengah/ujung batang pohon dan hasilnya dirata-ratakan (Lampiran 2). Skema pengambilan contoh uji untuk penentuan berat jenis kayu pada setiap bagian pangkal, tengah/ujung dapat dilihat pada Gambar 10. . L
L D
D
L
L D
D
Keterangan: L: kayu gubal
D
D
L
L D L
D: kayu teras
D L
Gambar 10 Skema pengambilan contoh uji BJ pada penampang kayu di setiap bagian pangkal dan tengah/ujung batang.
Ukuran Partikel Partikel berbentuk strand diukur panjang, lebar dan tebalnya dengan menggunakan kaliper. Pengukuran dilakukan pada 2 bagian lebar, 2 bagian panjang dan tengah strand dan hasilnya dirata-ratakan (Lampiran 3). Strand yang akan diukur dimensinya diambil secara acak sebanyak 100 buah strand. Nisbah kelangsingan (selenderness ratio) dan nisbah aspek (aspect ratio) ditentukan dengan rumus: Nisbah kelangsingan
= panjang strand/tebal strand
Nisbah aspek
= panjang strand/lebar strand
Kelarutan Kayu dalam Air Dingin Kelarutan kayu dalam air dingin diuji berdasarkan standar ASTM D 111084 (ASTM 2002) metode A. Serbuk kayu berukuran 40-60 mesh yang telah diketahui kadar airnya diambil contohnya sebanyak 2 g kemudian dimasukkan ke dalam gelas piala dan ditambahkan air destilata sebanyak 300 ml. Campuran ini dibiarkan selama 48 jam pada suhu kamar sambil sering diaduk. Kemudian campuran disaring dengan cawan saring, dicuci dengan air destilata dingin sampai
36
filtratnya jernih, kelebihan airnya diisap menggunakan pompa vakum. Serbuk kayu dikeringkan di dalam oven pada suhu 100-105 0C sampai beratnya konstan. Penentuan kelarutan kayu dalam air dingin dilakukan sebanyak 2 kali sebagai ulangan dan hasilnya dirata-ratakan (Lampiran 4). Kelarutan kayu dalam air dingin ditentukan dengan rumus: Kelarutan kayu dalam air dingin, % = [(W1-W2)/W1)] x 100 dimana : W1 : berat serbuk kayu kering oven sebelum diekstraksi, g W2 : berat serbuk kayu kering oven setelah diekstraksi, g Kelarutan Kayu dalam Air Panas Kelarutan kayu dalam air panas ditentukan berdasarkan standar ASTM D 1110-84 (ASTM 2002) metode B (Lampiran 4). Serbuk kayu berukuran 40-60 mesh yang telah diketahui kadar airnya diambil contohnya sebanyak 2 g kemudian diekstraksi dengan air destilata sebanyak 100 ml dengan cara meletakkan gelas piala dalam air mendidih pada penangas air selama 3 jam. Selanjutnya campuran ini disaring dengan cawan saring, dicuci dengan air destilata panas sampai filtratnya jernih dan kelebihan air diisap dengan pompa vakum. Serbuk kayu dikeringkan di dalam oven pada suhu 100-105 0C sampai beratnya konstan. Penentuan kelarutan kayu dalam air panas dilakukan sebanyak 2 kali sebagai ulangan dan hasilnya dirata-ratakan (Lampiran 4). Kelarutan kayu dalam air panas ditentukan dengan rumus: Kelarutan kayu dalam air panas, % = [(W1-W2)/W1)] x 100 dimana : W1 = berat serbuk kayu kering oven sebelum diekstraksi, g W2 = berat serbuk kayu kering oven setelah diekstraksi, g Kelarutan Kayu dalam Alkohol-Benzen Kelarutan kayu dalam alkohol-benzen ditentukan berdasarkan standar ASTM D 1107-96 (ASTM 2002). Serbuk kayu dengan ukuran 40-60 mesh yang telah diketahui kadar airnya diambil contohnya sebanyak 2 g. Selanjutnya contoh tersebut diekstraksi menggunakan larutan etanol (95%) dan benzen (perbandingan volume etanol:benzen
= 1 : 2) sebanyak 150 ml didalam alat ekstraktor sokslet
37
selama 6-8 jam. Setelah penguapan pelarut dari ekstraktor, serbuk kayu dikeringkan di dalam oven pada suhu 100-105 0C sampai beratnya konstan. Penentuan kelarutan kayu dalam alkohol-benzen dilakukan sebanyak 2 kali sebagai ulangan dan hasilnya dirata-ratakan (Lampiran 4). Kelarutan kayu dalam alkohol-benzen ditentukan dengan rumus: Kelarutan kayu dalam alkohol-benzen, % = [(W1-W2)/W1)] x 100 dimana: W1 = berat serbuk kayu kering oven sebelum diekstraksi, g W2 = berat serbuk kayu kering oven setelah diekstraksi, g Keterbasahan Kayu Pengujian keterbasahan kayu 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 strand dilakukan pemotretan dengan fotomikroskop. Penentuan sudut kontak perekat dilakukan sebanyak 3 kali dan hasilnya dirata-ratakan (Lampiran 5). Kadar Resin Padat Kadar resin padat ditentukan berdasarkan SNI 06-4567-1998 untuk perekat phenol formaldehyde (SNI 1998). Perekat ditimbang sebanyak 2 g ke dalam cawan abu kemudian dimasukkan ke dalam oven pada suhu 150±2 0C selama 1 jam. 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: Kadar resin padat, % = (W2/W1) x 100 dimana: W1 = berat contoh uji sebelum dipanaskan di dalam oven, g W2 = berat contoh uji setelah dipanaskan di dalam oven, g
38
Viskositas Perekat Viskositas perekat ditentukan berdasarkan SNI 06-4567-1998 untuk perekat phenol formaldehyde (SNI 1998). Contoh perekat dimasukkan ke dalam wadah viskotester sampai tanda batas pada tangkai rotor yang telah ditentukan sesuai dengan kisaran kekentalan perekat, viscotester dihidupkan dan rotor dibiarkan berputar selama kurang lebih dua menit sampai menunjukkan nilai konstan pada skala alat. Nilai viskositas dapat dibaca langsung pada alat. Penentuan viskositas perekat dilakukan sebanyak 3 kali sebagai ulangan dan hasilnya dirata-ratakan. pH Perekat Penentuan pH perekat berdasarkan standar SNI 06-4567-1998 untuk perekat phenol formaldehyde (SNI 1998) dilakukan dengan menggunakan kertas pH dan alat pengukur pH. Pengukuran dengan kertas pH dilakukan dengan cara mencelupkan kertas pH ke dalam perekat kemudian perubahan warna dari kertas pH dibandingkan dengan warna standar. Pengukuran pH dengan menggunakan alat pengukur pH dilakukan dengan cara mencelupkan ujung pendeteksi ke dalam larutan perekat dan nilai pH dapat langsung dibaca pada alat. Rancangan Penelitian Penelitian ini menggunakan rancangan percobaan faktorial pola rancangan acak lengkap (RAL) yang menggunakan dua faktor perlakuan yaitu jenis kayu (A) dan pengaturan arah strand (B). Faktor A : Jenis kayu yang terdiri dari : a1 = kayu akasia a2 = kayu afrika Faktor B : penyusunan arah strand terdiri dari : b0 = penyusunan arah strand A (orientasi strand luar dan strand lapisan inti searah, 0°/0º/0°) b1 = penyusunan arah strand B (orientasi strand luar tegak lurus dengan lapisan inti, 0°/90º/0°)
39
b2 = penyusunan arah strand C (lapisan inti acak dan lapisan luar terorientasi, 0°/R/0°) b3 = penyusunan arah strand D (lapisan inti terorientasi 45º terhadap lapisan luar, 0°/45º /0°) b4 = penyusunan arah strand E (lapisan inti terorientasi 45° dan -45° terhadap lapisan luar, 0°/45°/-45°/0°) b5 = penyusunan arah strand F (lapisan inti terorientasi dan lapisan luar acak, R°/0°/R°) b6 = penyusunan arah strand G (lapisan inti terorientasi 45° dan lapisan luar acak, R°/45°/R°) b7 = penyusunan arah strand H (lapisan inti terorientasi 45° dan -45° dan lapisan luar acak, R°/45°/-45°/R°) Dari kedua faktor tersebut diperoleh 16 kombinasi perlakuan dengan ulangan sebanyak 3 kali, sehingga diperoleh jumlah contoh uji sebanyak 48 contoh uji. Model linier aditif dari rancangan penelitian ini menurut Matjik dan Sumertajaya (2006) adalah : Yijk = u + Ai + Bj +(AB) ij + E ijk Yijk = nilai respon pada taraf ke-i faktor jenis kayu dan taraf ke-j faktor penyusunan arah strand i
= taraf faktor jenis kayu
j
= taraf penyusunan arah strand
k
= ulangan
u
= nilai rata-rata pengamatan
Ai
= pengaruh sebenarnya taraf ke –i faktor jenis kayu
Bj
= pengaruh sebenarnya taraf ke-j faktor penyusunan arah strand
(AB)ij = pengaruh sebenarnya taraf ke-i faktor jenis kayu dan taraf ke-j faktor penyusunan arah strand Eijk
= kesalahan (galat) percobaan pada taraf ke-i faktor jenis kayu dan taraf ke-j faktor penyusunan arah strand
