Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian dilaksanakan sejak Desember 2006 sampai dengan Juli 2007 di Laboratorium Biokomposit, Laboratorium Keteknikan Kayu, dan Laboratorium Kayu Solid-Departemen Hasil Hutan-Fakultas Kehutanan-IPB.
Bahan dan Alat
Bahan yang digunakan pada penelitian ini yaitu 3 jenis kayu cepat tumbuh yang berasal dari pohon yang masih berdiameter kecil, terdapat di sekitar kampus IPB Darmaga. Spesifikasi ketiga jenis kayu tersebut, yang meliputi jumlah, kadar air (KA) segar dan kering udara, serta berat jenis (BJ) ditunjukkan pada Tabel 3 berikut :
Tabel 3 Spesifikasi bahan baku kayu penelitian
Jumlah & Nama Kayu Rata-rata Diameter (cm) KA basah (segar) (%) KA kering udara (%) BJ 2 batang akasia
(Acacia mangium Willd.) 2 batang ekaliptus (Eucalyptus sp.) 2 batang gmelina (Gmelina arborea Roxb.)
18.35 16.60 17.45 90.74 86.10 81.10 15.03 16.14 14.58 0.41+ 0.09 0.57 + 0.14 0.45 + 0.06
Setelah dikonversi menjadi strands, performanya sebagai bahan baku OSB ditunjukkan pada Gambar 7. Hasil pemotretan fotomikroskop untuk mengetaui gambaran permukaan strands disajikan pada Gambar 8.
Gambar 7 Performa strands ketiga jenis kayu bahan baku OSB. (i) Strands kayu akasia (skala dalam cm)
(ii) Strands kayu ekaliptus (skala dalam cm)
(ii) Strands kayu gmelina (skala dalam cm)
21
Bahan baku perekat yang digunakan, terdiri atas :
- Phenol Formaldehyda (PF) cair dari PT. Duta Pertiwi Nusantara-Pontianak, dengan resin solid content (RSC) 44.54%
- Perekat isocyanat (IC) dari PT. Polychemi Asia Pasifik-Jakarta, RSC 99.36% - PF bubuk dari PT. Indopherin Jaya-Jakarta, RSC 98.28%
Bahan untuk analisis kelayakan teknis adalah data sekunder hasil pengujian papan partikel dan papan serat yang ada di pasaran. Papan partikel terbuat dari kayu karet dan papan serat terbuat dari kayu gmelina, keduanya direkat dengan perekat Urea Formaldehyda (UF). Data hasil pengujian sifat fisis dan mekanis kedua papan tersebut selengkapnya disajikan pada Lampiran 10.
Alat utama yang digunakan meliputi gergaji, disc flaker, saringan, oven, timbangan, kaliper, mikrometer sekrup, fotomikroskop, former device, hot press, dan UTM (Universal Testing Machine) merk Instron dengan kapasitas 5 ton.
Metodologi Penelitian
Target OSB yang dibuat mengikuti ukuran komersial dan telah sesuai standar Jepang (JIS A 5908 : 2003), yaitu memiliki kerapatan target 0.75 g/cm3 dengan ketebalan 9 mm. Sedangkan dimensi panjang dan lebar dibuat 30 cm x 30 cm mengikuti kemampuan kempa panas yang tersedia di laboratorium.
OSB dibuat tiga lapis, dengan model lapisan permukaan dan belakangnya tegak lurus dengan lapisan tengah. Teknik pembentukan lembaran dengan menyusun strands menggunakan alat bantu former device yang disempurnakan, terbuat dari papan dan kawat, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 9.
22
Penjelasan mengenai skema pembuatan OSB, diterangkan sebagai berikut: 1. Persiapan bahan baku
Strands yang sudah dihasilkan dan dipilih dikeringkan di bawah sinar matahari untuk kemudian dioven atau dimasukkan ke dalam kiln drying hingga kadar airnya 2-3% untuk aplikasi perekat PF cair, dan 8-9% untuk aplikasi perekat PF bubuk dan isocyanat. Diharapkan dengan kadar air strands seperti tersebut dapat terjadi kadar air mat (furnish) yang sama sekitar 10-11%, sesuai dengan yang dinyatakan Maloney (1993).
2. Blending
Karena variabel penelitian ini adalah jenis kayu dan perekat, maka penambahan wax (lilin) dibuat sama untuk semua papan, yaitu 1 % berdasarkan berat kering oven strands. Perekat yang digunakan sebanyak 7% berat kering oven strands (Nuryawan et al. 2007). Blending dilaksanakan dalam rotary blender dengan bantuan spray gun untuk menyemprotkan perekat PF cair dan isocyanat. Sementara Perekat PF bubuk diaplikasikan dalam kantong plastik.
3. Pembentukan lembaran
Pembentukan lembaran dilakukan dengan menggunakan bantuan alat former device untuk pengorientasian strands secara sederhana. Jarak former device dengan lembaran dibuat 20 mm. Perbandingan berat strands lapisan muka : inti : belakang adalah 1 : 1 : 1.
4. Pengempaan panas
Pengempaan panas menggunakan tekanan 25 kg/cm2 dan suhu 1600 C dengan total waktu pengempaan 15 menit, yang dirinci : 5 menit untuk posisi kontrol hingga mencapai ketebalan 20 mm dan 10 menit untuk mengempa, dipertahankan pada ketebalan 9 mm.
5. Finishing dan persiapan pengujian
OSB yang sudah jadi dikondisikan selama 2 minggu pada suhu kamar. Kemudian dipotong menjadi contoh uji-contoh uji berdasarkan JIS A 5908 : 2003, dengan pola skema diagram seperti yang ditunjukkan pada Gambar 10 dengan keterangan gambar disajikan pada Tabel 4.
(i) akasia perbesaran 10x
(iii) ekaliptus perbesaran 10x
(v) gmelina perbesaran 10x
(ii) akasia perbesaran 30x
(iv) ekaliptus perbesaran 10x
(vi) gmelina perbesaran 30x
23
arah memanjang OSB dan arah orientasi strand lapisan permukaan
arah lebar OSB dan arah strand lapisan tengah
Gambar 10 Pola pemotongan contoh uji OSB
Tabel 4 Keterangan pola pemotongan contoh uji OSB
Kode Contoh Uji Ukuran (cm3) Jumlah (buah) 1 MOE dan MOR kering sejajar lebar 18.5 x 5 x 0.9 1
2 MOE dan MOR basah sejajarlebar 18.5 x 5 x 0.9 1 3 MOE dan MOR kering sejajar panjang 18.5 x 5 x 0.9 1 4 MOE dan MOR basah sejajar panjang 18.5 x 5 x 0.9 1 5 Internal bond (kuat teguh rekat) 5 x 5 x 0.9 1 6 Pengembangan tebal 5 x 5 x 0.9 1 7 Kerapatan dan kadar air 10 x 10 x 0.9 1 8 Cadangan 5 x 5 x 0.9 2
Berikut diberikan bagan produksi OSB seperti yang ditunjukkan pada Gambar 11 : 30 cm 30 cm 1 2 3 4 5 6 7 8 8
24
Gambar 11 Skema pembuatan OSB.
Prosedur Pengujian Kualitas
Pengujian sifat fisis dan mekanis dilaksanakan berdasarkan standar JIS A 5908 : 2003. Hasil pengujian dikoreksi dengan kerapatan masing-masing contoh uji dan dicocokkan dengan standar JIS A 5908 : 2003, memenuhi standar ataukah tidak. Parameter kualitas papan yang diuji adalah kerapatan, kadar air, pengembangan tebal, dan daya serap air (untuk sifat fisis). Sedangkan untuk sifat mekanis diuji keteguhan rekat (internal bond), modulus patah (MOR), dan modulus elastisitas (MOE). Berikut dijelaskan teknis pengujian sifat fisis dan mekanis OSB :
Mat forming dan pengorientasian strands Strands
akasia, ekaliptus, dan gmelina KA 2-3%
Proses blending
PF cair 7%
Wax 1%
Pemotongan dan pengujian JIS A 5908-2003 Hot pressing 160oC; 15 menit; 25kgf/ cm2 Pengkondisian 14 hari Target dimensi 30 cm x 30 cm x 0.9 cm Target kerapatan 0.75 g/ cm3 Strands
akasia, ekaliptus, dan gmelina KA 8-9%
PF bubuk atau isocyanat 7%
25
Kerapatan
Kerapatan OSB dihitung berdasarkan berat dan volume kering udara contoh uji dengan menggunakan rumus :
Keterangan:
ρ : kerapatan (g/cm3)
B : berat contoh uji kering udara (g) V : volume contoh uji kering udara (cm3)
Penetapan Kadar Air
Penentuan kadar air papan dilakukan dengan menghitung selisih berat awal contoh uji dengan berat setelah dikeringkan dalam oven selama 24 jam pada suhu (103 ± 2)oC. Kadar air papan dihitung dengan rumus :
Keterangan:
KA : kadar air (%)
B0 : berat awal contoh uji setelah pengkondisian (g) B1 : berat kering oven contoh uji (g)
Pengembangan Tebal
Perhitungan pengembangan tebal didasarkan pada selisih tebal sebelum dan setelah perendaman dalam air dingin selama 2 jam dan 24 jam. Pengembangan tebal dihitung dengan rumus:
Keterangan
TS : pengembangan tebal (%)
T1 : tebal contoh uji sebelum perendaman (g) T2 : tebal contoh uji setelah perendaman (g)
V B = ρ % 100 1 1 2 x T T T TS = − % 100 1 1 0 x B B B KA= −
26
Daya Serap Air
Daya serap air papan dilakukan dengan mengukur selisih berat sebelum dan setelah perendaman dalam air dingin selama 2 dan 24 jam. Daya serap air tersebut dihitung dengan rumus :
Keterangan:
DSA : daya serap air (%)
B1 : berat contoh uji sebelum perendaman (g) B2 : berat contoh uji setelah perendaman (g)
Keteguhan Rekat
Keteguhan rekat (internal bond) diperoleh dengan cara merekatkan kedua permukaan contoh uji OSB pada balok besi kemudian balok besi tersebut ditarik secara berlawanan. Cara pengujian internal bond seperti pada Gambar 12 berikut:
Gambar 12 Pengujian keteguhan rekat (internal bond).
Keteguhan rekat tersebut dihitung dengan menggunakan rumus:
Keterangan:
IB : keteguhan rekat (kg / cm2)
P : gaya maksimum yang bekerja (kg) A : luas permukaan contoh uji (cm2)
% 100 1 1 2 x B B B DSA= − Contoh uji Balok besi Arah beban Arah beban IB = P maks A
27
Modulus Patah (MOR)
Pengujian MOR dilaksanakan bersamaan dengan pengujian MOE. Skema pengujian digambarkan pada Gambar 13 berikut.
Gambar 13 Pengujian modulus patah (MOR) dan modulus elastisitas (MOE)
Modulus patah (MOR) adalah salah satu sifat mekanis papan yang menunjukkan kekuatan dalam menahan beban. Untuk memperoleh nilai MOR, maka pengujian pembebanan dilakukan sampai contoh uji patah, dengan kecepatan 10 mm/ menit (JIS A 5908-2003). Rumus yang digunakan adalah :
Keterangan:
MOR : modulus patah (kgf / cm2) P : beban maksimum (kgf) L : jarak sangga (17.5 cm) b : lebar contoh uji (cm) h : tebal contoh uji (cm)
2 2 3 bh PL MOR= Contoh uji Titik beban L h l b
L : Panjang contoh uji l : Jarak sangga (17.5 cm) h : Tebal contoh uji b : Lebar contoh uji
28
Modulus Elastisitas (MOE)
Modulus elastisitas (MOE) menunjukkan ukuran ketahanan papan menahan beban dalam batas proporsi (sebelum patah). Sifat ini sangat penting jika papan digunakan sebagai bahan konstruksi. Rumus yang digunakan adalah :
Keterangan:
MOE : modulus elastisitas (kgf / cm2)
ΔP : beban sebelum proporsi (kgf) L : jarak sangga (17.5 cm)
ΔY : lenturan pada beban sebelum batas proporsi (cm) b : lebar contoh uji (cm)
h : tebal contoh uji (cm)
Retensi Kekuatan (Strength Retention)
Pengujian MOR dan MOE dilaksanaan dalam dua kondisi, yaitu kondisi kering dan basah. Kondisi basah mengikuti prosedur uji B, yaitu contoh uji direbus dalam air mendidih selama 2 jam kemudian direndam air dingin suhu kamar selama 1 jam. Pengujian dilaksanakan saat contoh uji masih dalam keadaaan basah.
Karena MOR dan MOE berkaitan erat dengan pembebanan, maka perlu diketahui sampai kapan contoh uji tersebut tahan dalam menahan beban. Ada suatu formula yang disebut retensi kekuatan (strength retention) yang dapat menggambarkan ketahanan dari contoh uji (Massijaya 1997), yaitu :
Y bh PL MOE Δ Δ = 3 3 4
Retensi kekuatan MOR = MOR basah x 100% MOR kering
Retensi kekuatan MOE = MOE basah x 100% MOE kering
29
Rancangan Percobaan
Untuk mengetahui pengaruh jenis kayu yang digunakan dan macam penggunaan perekat yang diaplikasikan, pada penelitian ini digunakan rancangan percobaan faktorial pola Rancangan Acak Lengkap (RAL) dengan dua faktor perlakuan yaitu faktor A adalah jenis kayu yang terdiri atas akasia, ekaliptus, dan gmelina. Sedangkan faktor B adalah macam aplikasi perekat pada OSB terdiri atas 5 macam, yaitu : 1) Keseluruhan lapisan OSB direkat menggunakan resin PF bubuk 2) Keseluruhan OSB direkat menggunakan resin PF cair, 3) Keseluruhan lapisan OSB direkat menggunakan isocyanat, 4) Lapisan permukaan OSB direkat menggunakan resin PF bubuk dan lapisan tengahnya menggunakan isocyanat, dan 5) Lapisan permukaan OSB direkat menggunakan PF cair dan lapisan tengahnya menggunakan isocyanat. Masing-masing perlakuan terdiri atas tiga jenis kayu dan lima macam aplikasi perekat sehingga disebut dengan percobaan faktorial 3 x 5. Dengan demikian jumlah OSB yang diproduksi sebanyak 3 x 5 x 5 ulangan = 75 papan. Model umum rancangan percobaannya adalah :
Y ijk = u + Ai + Bj + (AB)ij + Eijk
dimana:
Y ijk = nilai respon pada taraf ke-i faktor jenis kayu dan taraf ke-j faktor macam aplikasi perekat pada ulangan ke-k
i = taraf faktor jenis kayu j = taraf macam aplikasi perekat k = ulangan
u = nilai rata-rata pengamatan
Ai = pengaruh sebenarnya taraf ke-i faktor jenis kayu
Bj = pengaruh sebenarnya taraf ke-j faktor macam aplikasi perekat
(AB)ij = pengaruh sebenarnya taraf ke-i faktor jenis kayu dan taraf ke-j faktor macam aplikasi perekat
Eijk = kesalahan (galat) percobaan pada taraf ke-i faktor jenis kayu dan taraf ke-j faktor macam aplikasi perekat pada ulangan ke-k
30
Untuk melihat adanya pengaruh perlakuan terhadap respon maka dilakukan analisis sidik ragam (ANOVA) berupa uji F pada tingkat kepercayaan 95% (nyata) dan 99% (sangat nyata). Dengan hipotesis yang diuji adalah
H0 : δ2 = 0 ; ragam dari semua perlakuan sama H0 : δ2
> 0 ; minimum ada satu perlakuan yang ragamnya tidak sama
Jika F-hitung lebih kecil dari F-tabel, maka perlakuan tidak berpengaruh nyata pada suatu tingkat kepercayaan tertentu. Dan jika F-hitung lebih besar dari F-tabel maka perlakuan berpengaruh nyata pada suatu tingkat kepercayaan tertentu. Untuk melihat pengaruh perlakuan mana yang berbeda nyata terhadap respon yang diuji dilakukan uji wilayah berganda Duncan.
Persamaan uji Duncan yang digunakan adalah sebagai berikut : Rp = rp. Sy ⇒ Sy =√KTG/r ⇒ Rp = rp. √KTG/r Dimana :
Rp : wilayah nyata terpendek (least significant ranges)
rp : wilayah nyata student yang ditentukan berdasarkan pada derajat bebas galat dan jumlah perlakuan
r : jumlah ulangan KTG : Kuadrat Tengah Galat
Analisis Kelayakan Teknis
Dengan pendekatan analisis kelayakan, kualitas OSB hasil pengujian dibandingkan dengan kualitas papan yang telah dikenal selama ini dan telah digunakan untuk bahan baku konstruksi dan furniture (papan partikel dan papan serat). Melalui pendekatan tersebut, kelayakan OSB dapat ditentukan dilihat dari kualitasnya terhadap kualitas dua papan lainnya.
