PENGARUH PENAMBAHAN SERAT ANYAMAN BAMBU DENGAN BERBAGAI VARIASI JARAK TERHADAP KUAT LENTUR, TEKAN, DAN TARIK PAPAN PARTIKEL DARI SERBUK GERGAJI KAYU SENGON Triaga Ria Sandi 1), Karyadi 2), dan Eko Setyawan2) 1)
2)
Alumnus Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik – Universitas Negeri Malang Jl. Surabaya 6 Malang Tel : 0341-587082 ; Fax : 0341-587082 Email :
[email protected] Dosen Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik – Universitas Negeri Malang
ABSTRAK Peningkatan sifat fisika dan mekanika papan partikel dapat dicapai dengan berbagai cara antara lain penggunaan perekat yang lebih baik, peningkatan kerapatan, penggunaan bahan dasar yang berkualitas dan sebagainya. Dalam penelitian ini upaya peningkatan sifat mekanika tersebut ditempuh dengan cara menambahkan satu lapis serat dari anyaman bambu apus ke dalam papan partikel. Jarak anyam serat bambu dibuat bervariasi yaitu 5mm, 10mm, 15mm, 20mm, dan 25mm. Sifat mekanika yang diuji adalah kekuatan lentur, modulus elastis, kekuatan tarik sejajar permukaan, dan kekuatan tekan sejajar permukaan. Hasil penelitian papan partikel yang menggunakan perekat urea formaldehide sebanyak 15% ini adalah ada peningkatan sifat mekanika papan partikel dengan ditambahkannya serat anyam dari bambu. Kata kunci: Papan partikel, serat anyam bambu
PENDAHULUAN Papan partikel adalah papan tiruan yang dibuat dari partikel kecil kayu yang dicampur dengan perekat dan kemudian dicetak menjadi papan [1]. Perekat yang digunakan disesuaikan dengan kegunaan papan partikel. Perekat penol formaldehida digunakan untuk bagian eskterior sedangkan urea formaldehida digunakan untuk bagian interior [2]. Bentuk dan ukuran pencetakan papan disesuaikan dengan bentuk dan ukuran barang yang akan dibuat, misalnya dicetak menjadi komponen-komponen meja, almari, dan sebagainya, atau dalam ukuran umum yaitu 122 cm x 244 cm Pengujian papan partikel telah banyak dilakukan oleh peneliti terdahulu. Sifat fisika dan mekanika papan partikel dari kayu meranti merah dan ramin telah diteliti oleh [3]. Hasil penelitian menunjukkan bahwa sebagian besar sifat fisika dan mekanika papan partikel tersebut tidak memenuhi standar yang ditetapkan oleh FAO. Selanjutnya keteguhan lentur papan partikel dari limbah sagu yang diteliti oleh [4] juga tidak memenuhi standar yang ditetapkan oleh FAO .Hasil yang sama juga didapat oleh [5] ketika meneliti papan partikel dari kayu keruing, yaitu bahwa keteguhan lentur papan partikel tersebut tidak memenuhi standar yang diajukan oleh FAO. Penelitian papan partikel dari bahan dasar partikel kayu sengon dengan perekat serbuk kulit kayu akasia telah dilakukan oleh [6]. Hasil penelitian menunjukkan bahwa untuk perbandingan antara partikel kayu sengon dan serbuk kulit kayu akasia 70: 30 dan 80:20 papan partikel yang dihasilkan tidak memenuhi kuat lentur seperti yang dipersyaratkan oleh JIS A 1304. Berdasarkan standar pengujian papan tiruan dengan perekat yang berbasis formaldehida telah ditemukan bahwa kekuatan papan tiruan memang lebih kecil dari
kekuatan kayu pejal asalnya [7]. Untuk itu dibutuhkan rekayasa tertentu agar kekuatan papan tiruan dapat ditingkatkan. Untuk memperbaiki sifat mekanika papan partikel, peneliti mengusulkan untuk menambahkan serat anyam (bidirectional continuous fiber) dari bambu pada papan partikel. Serat anyam dari bambu adalah anyaman yang dibuat dari bilah-bilah bambu dengan lebar 2mm, tebal 1mm dan panjang mengikuti panjang papan partikel seperti pada Gambar 1. Bilah Bambu
a) Serat Anyam Dari Bambu Papan Partikel
Serat Anyam
Tebal papan
b) Penempatan Serat Anyam dalam Papan Partikel
Gambar 1 : Papan Partikel Berserat Anyam dari Bambu Serat anyam dari bambu yang diletakan terbenam (embeded) di dalam papan partikel akan membentuk bahan komposit berpenguat serat (fiberreinforced composite materials). Bahan serat dengan kekuatan dan modulus elastis yang lebih tinggi dari bahan matriksnya, akan menerima gaya lebih besar dari matriksnya ketika bahan komposit menerima pembebanan [8]. Dengan demikian kekuatan bahan komposit menjadi lebih tinggi dibandingkan bahan matriksnya saja. A-293
ISBN 978-979-18342-1-6
ulangan dan kode benda uji dicantumkan pada Tabel 1 sedangkan ukuran dan bentuk benda uji dicantumkan dalam Tabel 2. Bambu Apus sebagai Bahan Serat Anyam Serat bambu dipilih berdasarkan pertimbangan persediaan bambu yang cukup banyak dan murah serta kekuatannya yang cukup tinggi. Penelitian yang dimuat dalam [9] menunjukkan bahwa bagian kulit bambu ori memiliki kuat tarik 417 Mpa dan bagian dalamnya memiliki kuat tarik 164 Mpa. Untuk bambu Apus (Gigantochloa Apus Kurz) mempunyai kuat tarik 451Mpa pada bagian luar dan 315Mpa pada bagian dalamnya [10]. Dengan penambahan serat yang memiliki kuat tarik lebih besar dari matriksnya diharapkan sifat fisika dan mekanika bahan komposit (perpaduan serat bambu dan papan partikel) akan meningkat [11], [8]. Disamping itu keberhasilan pengembangkan bahan komposit plastik berpenguat serat bambu (Bamboo Fibre-reinforced Plastic Composite) yang dilakukan oleh [12] juga manjadi pertimbangan pemilihan bambu untuk bahan serat dalam penelitian ini. Kayu Sengon sebagai Bahan Papan Partikel Kayu sengon mempunyai kadar air di atas 40%, kadar air kering udara (siap pakai) 12 – 14 % dan berat jenis antara 0,24 – 0,49 gr/cm2 (rata-rata 0,33 gr/cm2). Dari kadar airnya kayu sengon dapat digolongkan besar tetapi kayu sengon cepat kering. Dari berat jenisnya kayu sengon dapat dikelompokkan dalam kelompok kayu ringan sampai agak ringan. Penyusutan kayu sengon tergolong agak rendah yaitu pada arah tangensial sebesar 5,2% dan pada arah radial sebesar 2,5%. Dari angka penyusutan ini kayu sengon termasuk kayu yang kurang stabil karena mudah melengkung dan sedikit retak, termasuk kayu kelas awet IV – V [13]. Ditinjau dari sifat mekanisnya, kayu sengon mempunyai kuat lentur ( lt) 262 – 526 kg/cm2, kuat tekan ( tk) 215 – 283 kg/cm2, kuat tarik ( tr) 14,7 – 27,5 kg/cm2, kuat geser ( ) 29 – 50 kg/cm2, dan kekerasannya rendah 112 – 222 kg/cm2. Ditinjau dari kekuatannya kayu sengon dapat digunakan untuk keperluan yang memiliki tingkat kekuatan struktur tidak terlalu tinggi. Sifat mekanik kayu sengon termasuk agak rendah sampai sedang atau dalam kelas III – IV [13].
Tabel 1 Kode Benda Variabel Pengujian - Lentur - Kekakuan - Tarik - Tekan Keterangan:
Jarak Anyaman Serat Bambu (mm) Ts 5 10 15 20 25 Lts L5 L10 L15 L20 L25 Kts K5 K10 K15 K20 K25 Trts Tr5 Tr10 Tr15 Tr20 Tr25 Tkts Tk5 Tk10 Tk15 Tk20 Tk25 Ts = Tanpa serat Tr = Tarik K = Kekakuan Tk = Tekan L = Lentur
Tabel 2 Bentuk dan Ukuran Benda Uji Bentuk Dan Ukuran Benda Uji
Jenis dan Cara Pengukuran Kerapatan = kerapatan m = masa v = volume Kuat lentur MOR = kuat lentur P = beban maks L = bentang b = lebar d = tebal Elastisitas MOE = kuat lentur P1 = beban proporsional L = bentang b = lebar d = tebal Y1 = lendutan pada saat P1 Kuat tarik
tr
V
ASTM 2003, D1037-99
MOR
maks A = Luas penampang
A-294 Seminar Nasional Aplikasi Teknologi Prasarana Wilayah 2009
3 PL 2
2 bd
ASTM 2003, D1037-99
MOE
P1 L
3
3
4 bd Y1
ASTM 2003, D1037-99
tr
N maks A
ASTM 2003, D1037-99
tk = kuat Pmaks = tekan
m
= kuat
tarik Nmaks = Tarik maks A = Luas penampang Kuat tekan tekan
METODE Penelitian ini menggunakan pendekatan eksperimen dengan desain faktorial 1 x 6. Variabel bebas dalam penelitian ini adalah jarak anyam serat bambu, sedangkan kekakuan, kekuatan lentur, kekuatan tarik sejajar permukaan, dan kekuatan tekan sejajar permukaan papan partikel sebagai veriabel terikat. Selanjutnya jenis perekat, presentase perekat, banyaknya lapisan serat anyam dan kerapatan papan partikel menjadi variabel kontrol. Jenis perekat yang digunakan adalah urea formaldehide, persentase perekat adalah 15% dari berat serbuk gergaji kayu sengon, banyaknya lapisan serat anyam dalam papan partikel adalah satu dan kerapatan papan yang dibuat adalah 0,5 gr/cm3. Masing-masing pengujian dibuat 3
Rumus Perhitungan dan Referensi
tk
Pmaks A
ASTM 2003, D1037-99
Tabel 3 Hasi Pengujian Kerapatan Jarak Rerata No Anyaman Kerapatan (mm) (gr/cm3) 1. 5 0.480 2. 10 0.480 3.
15
0.480
4.
20
0.477
5. 25 0.473 6. ~ 0.457 keterangan: ~ = jarak tak terhingga (atau tanpa penambahan serat)
Hasil pengujian terhadap Modulus of Rupture (MOR) dicantumkan dalam Tabel 4. Dari tabel tersebut terlihat bahwa terjadi peningkatan MOR sejalan dengan semakin kecilnya jarak anyam serat bambu. MOR tertinggi sebesar 12,05 Mpa tercapai pada saat jarak anyam serat bambu paling kecil yaitu 5mm. MOR papan partikel dengan serat anyam berjarak 5mm memiliki besar 4,46 kali lebih besar dibandingkan MOR papan partikel tanpa serat. Dalam standart FAO [14], papan partikel berjarak anyam 5mm dan 10mm memenuhi standar tersebut, sedangkan papan partikel dengan jarak serat anyam 15mm atau lebih tidak memenuhi standar tersebut. Tabel 4 Hasil Pengujian MOR Jarak Rerata MOR No Anyaman (Mpa) (mm) 1. 5 12,05 2. 10 11,33 3. 15 9,84 4.
20
9,43 5. 25 8,13 6. ~ 2,70 keterangan: ~ = jarak tak terhingga (atau tanpa penambahan serat)
Untuk melihat hubungan antara jarak anyam serat bambu dengan MOR papan partikel secara fungsional, telah dibuat regresi kuadratis seperti tercantum dalam
15 MOR (MPa)
HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil pengujian terhadap kerapatan papan partikel hasil penelitian dicantumkan dalam Tabel 3. Dari tabel tersebut terlihat bahwa rerata kerapatan papan partikel kurang dari kerapatan yang direncanakan. Hal ini karena terjadi pengembangan tebal pada saat papan partikel dikeluarkan dari cetakan. Ketika masih dalam pencetakan, tebal papan adalah 1,5cm, dan ketika dikeluarkan dari pencetakan tebalnya bertambah antara 3-4mm. Dengan bertambahnya ketebalan maka kerapatan papan partikel menjadi berkurang. Untuk menghindari hal tersebut maka ketika pencetakan dilakukan, papan partikel harus ditekan sampai ketebalannya lebih kecil antara 3-4mm dari yang direncanakan.
gambar 2. Untuk kepentingan kesederhanaan model regresi, jarak anyam serat bambu dikonversi menjadi jumlah serat bambu untuk setiap panjang satu meter papan partikel. Jadi untuk jarak anyam 5mm, dalam setiap panjang satu meter papan partikel mengandung 200 biji serat bambu, untuk jarak anyam 10mm dalam setiap panjang satu meter papan partikel mengandung 100 biji serat bambu dan seterusnya. Regresi antara Jumlah serat dalam setiap m panjang papan partikel (x) dan MOR (y) ditunjukkan oleh persamaan y 0 ,0004 x 2 0 ,1331 x 3,1303 dengan koefisien determinasi (R2) = 0,9752.
10 y = -0.0004x 2 + 0.1331x + 3.1303 R2 = 0.9752
5 0 0
50
100
150
200
250
JUMLAH SERAT/m '
Gambar 2 : Grafik Hubungan antara Jumlah Serat Bambu/m’ dengan MOR Papan Partikel Hasil pengujian terhadap Modulus of Elastisity (MOE) dicantumkan dalam Tabel 5. Dari tabel tersebut terlihat bahwa terjadi peningkatan MOE sejalan dengan semakin kecilnya jarak anyam serat bambu. MOE tertinggi sebesar 343,693 Mpa tercapai pada saat jarak anyam serat bambu paling kecil yaitu 5mm. Meskipun semua MOE papan partikel hasil pengujian ini di bawah standar FAO, tetapi terlihat bahwa MOE papan partikel dengan serat anyam lebih besar dibandingkan MOE papan partikel tanpa serat. Dengan demikian dapat dikatakan bahwa keberadaan serat anyam dari bambu dapat meningkatkan MOE papan partikel. Tabel 5. Hasil Pengujian MOE (Mpa)
1.
Jarak Anyaman (mm) 5
Rerata MOE (Mpa) 343.693
2. 3. 4.
10 15 20
319.070 295.560 290.922
No
5. 25 287.642 6. ~ 253.900 keterangan: ~ = jarak tak terhingga (atau tanpa penambahan serat)
Untuk melihat hubungan antara jarak anyam serat bambu dengan MOE papan partikel secara fungsional, telah dibuat regresi kuadratis seperti tercantum dalam gambar 3. Untuk alasan yang sama dengan regresi MOR, jarak anyam serat bambu dalam regresi ini juga dikonversi menjadi jumlah serat bambu untuk setiap panjang satu meter papan partikel. Regresi antara Jumlah serat dalam setiap m panjang papan partikel (x) dan MOE (y) ditunjukkan oleh A-295
ISBN 978-979-18342-1-6
dengan
KUAT TARIK (MPa)
persamaan y 0 ,0018 x 2 0 ,8072 x 254 ,68 koefisien determinasi (R2) = 0,9913.
MOE (MPa)
400 300
y = -6E-05x 2 + 0.0213x + 18.559 R2 = 0.988
0
50
y = -0.0018x 2 + 0.8072x + 254.68 R2 = 0.9913
200 100
0
50
100
150
200
250
JUMLAH SERAT/m '
Gambar`: 3 Grafik Hubungan antara Jumlah Serat Bambu/m’ dengan MOE Papan Partikel Hasil pengujian terhadap kuat tarik sejajar permukaan dicantumkan dalam Tabel 6. Dari tabel tersebut terlihat bahwa terjadi peningkatan kuat tarik sejalan dengan semakin kecilnya jarak anyam serat bambu. Kuat tarik tertinggi sebesar 20,582 Mpa tercapai pada saat jarak anyam serat bambu paling kecil yaitu 5mm. Meskipun semua kuat tarik papan partikel hasil pengujian ini di bawah standar FAO, tetapi terlihat bahwa kuat tarik papan partikel meningkat dengan adanya serat anyam dari bambu. Dengan demikian dapat dikatakan bahwa keberadaan serat anyam dari bambu dapat meningkatkan kuat tarik papan partikel. Tabel 6 Hasil Pengujian Kuat Tarik Sejajar Permukaan Jarak Rerata No Anyaman Kuat Tarik (mm) (Mpa) 20.582 1. 5 20.139 2. 10 15 20
100
150
200
250
JUMLAH SERAT/m'
0
3. 4.
21 20.5 20 19.5 19 18.5 18
19.608 19.595
19.357 5. 25 18.530 6. ~ keterangan: ~ = jarak tak terhingga (atau tanpa penambahan serat)
Untuk melihat hubungan antara jarak anyam serat bambu dengan kuat tarik sejajar permukaan papan partikel secara fungsional, telah dibuat regresi kuadratis seperti tercantum dalam gambar 4. Untuk alasan yang sama dengan regresi MOR, jarak anyam serat bambu dalam regresi ini juga dikonversi menjadi jumlah serat bambu untuk setiap panjang satu meter papan partikel. Regresi antara Jumlah serat dalam setiap m panjang papan partikel (x) dan kuat tarik sejajar permukaan (y) ditunjukkan oleh persamaan 2 y 6 E 0 ,5 x 0 , 0213 x 18 ,559 . Dengan koefisien determinasi (R2) = 0,988.
Gambar : 4 Grafik Hubungan antara Jumlah Serat Bambu/m’ dengan Kuat Tarik Sejajar Permukaan Papan Partikel Hasil pengujian terhadap kuat tekan sejajar permukaan dicantumkan dalam Tabel 7. Dari tabel tersebut terlihat bahwa terjadi peningkatan kuat tekan papan partikel dengan ditambahkannya serat anyam dari bambu, tetapi peningkatan tersebut tidak ada hubungannya dengan semakin kecilnya jarak anyam. Terlihat bahwa untuk jarak anyam 10mm, kekuatan tekannya justru dibawah kekuatan tekan dengan jarak anyam 20mm. Hal ini terjadi karena ukuran lebar benda uji yang hanya 2,5mm menyebabkan kemungkinan dalam satu benda uji mengandung jumlah serat yang sama antara jarak anyam 5mm dengan jarak anyam lainnya. Tabel 7 Hasil Pengujian Kuat Tekan Sejajar Permukaan Jarak Rerata No Anyaman Kuat Tekan (mm) (Mpa) 16.177 1. 5 15.633 2. 10 3. 4.
15 20
15.87 15.950
15.329 5. 25 14.824 6. ~ keterangan: ~ = jarak tak terhingga (atau tanpa penambahan serat)
Untuk melihat hubungan antara jarak anyam serat bambu dengan kuat tekan sejajar permukaan papan partikel secara fungsional, telah dibuat regresi kuadratis seperti tercantum dalam gambar 5. Untuk alasan yang sama dengan regresi MOR, jarak anyam serat bambu dalam regresi ini juga dikonversi menjadi jumlah serat bambu untuk setiap panjang satu meter papan partikel. Regresi antara Jumlah serat dalam setiap m panjang papan partikel (x) dan kuat tekan sejajar permukaan (y) ditunjukkan oleh persamaan 2 dengan koefisien y 4 E 05 x 0 , 0147 x 14 ,94 , determinasi (R2) = 0,7364.
A-296 Seminar Nasional Aplikasi Teknologi Prasarana Wilayah 2009
KUAT TEKAN (MPa)
16.4 16.2 16 15.8 15.6 15.4 15.2 15 14.8 14.6
Kayu Hutan Tanaman Industri, Duta Rimba, No. 151 - 152/XIX/, h.48-52. [4] Kliwon, S. dan Memed, R., 1989, Pemanfaatan Limbah Sagu sebagai Bahan Papan Partikel, Jurnal Penelitian Hasil Hutan, Vol. 6, No. 6, h. 364 - 367
y = -4E-05x 2 + 0.0147x + 14.94 R2 = 0.7364
0
50
100
150
200
250
JUMLAH SERAT/m '
Gambar 5 : Grafik Hubungan antara Jumlah Serat Bambu/m’ dengan Kuat Tekan Sejajar Permukaan Papan Partikel KESIMPULAN Kesimpulan dari penelitian ini adalah: (1) Ada pengaruh penambahan anyaman serat bambu dengan berbagai variasi jarak terhadap kuat lentur (MOR) papan partikel dari serbuk gergaji kayu sengon. Pengaruh tersebut dinyatakan dalam persamaan regresi y 0 ,0004 x 2 0 ,1331 x 3,1303 , dengan y adalah kuat lentur (MOR) dan x adalah jarak anyam serat bambu. (2) Ada pengaruh penambahan anyaman serat bambu dengan berbagai variasi jarak terhadap modulus elastis (MOE) papan partikel dari serbuk gergaji kayu sengon. Pengaruh tersebut dinyatakan dalam persamaan regresi y 0 ,0018 x 2 0 ,8072 x 254 ,68 , dengan y adalah modulus elastis (MOE) dan x adalah jarak anyam serat bambu. (3) Ada pengaruh penambahan anyaman serat bambu dengan berbagai variasi jarak terhadap kuat tarik sejajar permukaan papan partikel dari serbuk gergaji kayu sengon. Pengaruh tersebut dinyatakan dalam persamaan regresi 2 y 6 E 0 ,5 x 0 , 0213 x 18 ,559 , dengan y adalah kuat tarik sejajar permukaan dan x adalah jarak anyam serat bambu. (4) Ada pengaruh penambahan anyaman serat bambu dengan berbagai variasi jarak terhadap kuat tekan sejajar permukaan papan partikel dari serbuk gergaji kayu sengon. Pengaruh tersebut dinyatakan dalam persamaan regresi 2 y 4 E 05 x 0 , 0147 x 14 ,94 , dengan y adalah kuat tekan sejajar permukaan dan x adalah jarak anyam serat bambu.
[5] Kliwon, S. dan Iskandar, M.I., 1993, Sifat kayu Lapis dan Papan Partikel Beberapa Jenis Kayu Hutan Tanaman Industri, Duta Rimba, No. 151 - 152/XIX/, h.48-52. [6] Subyakto dan Prasetyo (2003), Pemanfaatan Langsung Serbuk Kulit Kayu Akasia Sebagai Perekat Papan Partikel, Jurnal Ilmu dan Teknologi Kayu Tropis, Vol. 1, No.1, 2003, h. 20 – 25. [7] Prayitno, T.A., 1997, Penggunaan Kayu Bermutu Rendah, Bulletin Kehutanan No. 32, h. 72 – 85 [8] Mallick, P.K., 1988, Fiber Reinforced Composite: Material, Manufacturing, and Design, Marcel Dekker, Inc., New York. [9] Morisco,1996, Bambu Sebagai Bahan Rekayasa, Pidato Pengukuhan Jabatan Lektor Kepala Madya dalam bidang Ilmu Teknik Sipil, Fakultas Teknik UGM. [10] Krisdianto, Sumarni, G. & Ismanto, A. Sari Hasil Penelitian Bambu. (Online), (http://www.dephut.go.id/INFORMASI/litban g/teliti/bambu.htm, diakses 15 November 2007). [11] Hyer, M.W., 1998, Stress Analysis of fiberreinforcement Composite Material, McGraw-Hill, Singapore. [12] Jindal, U.C., 1988, Tensile Strength of Bamboo Fibre-reinforced Plastic Composite with Different Stacking Sequences, Proceeding of The International Bamboo Workshop, Nov. 14-18-1988, pp.231-243.
DAFTAR PUSTAKA [1] Somayaji, S., 1995, Civil Engineering Materials, Prentice Hall, New Jersey.
[13] Kasmudjo. 1996. Teknik Pengolahan Kayu sengon. Makalah disajikan dalam Diklat Pengelolaan Usaha Tani Sengon Manager KUD Se DIY Balai Rehabilitasi Lahan dan Konservasi Tanah Apok Progo Yogyakarta: Yogyakarta.
[2] Kliwon, S., 1993, Identifikasi Perekat pada Kayu Lapis, Duta Rimba, No.153-154 / XIX, h. 50 - 53.
[14] Prayitno, T.A. dan Morisco, 1995, Limbah Lignoselulosa Sebagai Bahan Bangunan, Bulletin Intan, No. 01/1995, h. 45 - 58.
[3] Kliwon, S. dan Iskandar, M.I., 1993, Sifat kayu Lapis dan Papan Partikel Beberapa Jenis A-297 ISBN 978-979-18342-1-6
Halaman ini sengaja dikosongkan
A-298 Seminar Nasional Aplikasi Teknologi Prasarana Wilayah 2009
