SIFAT FISIS MEKANIS PAPAN SISAL ( Agave sisalana Perr.) DENGAN PELAPIS
HASIL DAN PEMBAHASAN Karakteristik bahan pelapis
Hasil pengujian modulus elastisitas (MOE) bahan pelapis menunjukkan bahwa vinir kayu karet dengan arah sejajar serat, mempunyai nilai MOE paling tinggi, di antara bahan pelapis yang digunakan dalam penelitian ini, yaitu sebesar 7360 N/mm2. Sedangkan MOE vinir kayu karet dengan arah tegak lurus serat adalah yang paling rendah, yaitu sebesar 89 N/mm2. Keteguhan patah (MOR) formika lebih tinggi dibandingkan dengan MOR vinir kayu karet, yaitu sebesar 94,0 N/mm2 (Syamani et al. 2009).
Formika memiliki nilai MOR tertinggi dibandingkan anyaman bambu dan vinir kayu karet, yaitu sebesar 94,02 N/mm2. Nilai MOR formika yang tinggi dipengaruhi oleh kerapatan formika (1,17 g/cm3) yang lebih tinggi dibandingkan dengan vinir kayu karet (0,57 g/cm3) maupun anyaman bambu betung (0,53 g/cm3).
Setiap jenis bahan pelapis dalam penelitian ini memiliki respon yang berbeda terhadap perekat isosianat. Untuk menggambarkan respon bahan pelapis terhadap perekat isosianat dilakukan uji keterbasahan. Menurut Marra (1992), keterbasahan adalah kondisi permukaan suatu bahan yang mempengaruhi absorpsi, adsorpsi, penetrasi dan penyebaran perekat pada permukaan bahan tersebut. Ukuran keterbasahan suatu permukaan adalah sudut kontak yang terbentuk antara cairan perekat dengan permukaan yang datar. Sudut kontak antara perekat dan bahan pelapis disajikan pada Gambar 1.
Formika memiliki sudut kontak yang lebih kecil yaitu 47,4º dibandingkan anyaman bambu betung (57,50º) atau vinir kayu karet (66,5º). Dengan demikian, perekat isosianat lebih mudah mengalir pada permukaan formika. Hal ini disebabkan karena permukaan formika lebih halus, mengingat pada proses pembuatan formika, pengempaan panas akan menghasilkan permukaan formika yang halus. Isosianat adalah perekat berbasis pelarut organik dengan polaritas rendah. Formika merupakan lembaran kertas kraft yang diimpregnasi dengan resin dan bersifat hidrofobik. Dengan demikian perekat isosianat lebih mudah bereaksi dengan formika.
Gambar 1. Sudut kontak antara isosianat dengan vinir kayu karet (A), formika (B), anyaman bambu betung (C)
A
C
175
Kerapatan papan komposit
Target kerapatan papan komposit yang dibuat dalam penelitian ini adalah sebesar 0,6 g/cm3. Berdasarkan hasil pengujian, nilai kerapatan papan berkisar antara 0,52 g/cm3 sampai 0,75 g/cm3 dengan rata-rata sebesar 0,66 g/cm3. Berdasarkan analisis ragam, jenis pelapis tidak berpengaruh pada kerapatan papan pada taraf α 5%.
Meskipun ada sedikit variasi kerapatan papan komposit yang dihasilkan pada penelitian, tetapi dalam analisis lebih lanjut, pengaruh kerapatan papan dihilangkan dengan menggunakan data terkoreksi berdasarkan kerapatan masing-masing papan. Dengan demikian nilai sifat fisis dan mekanis papan dianalisis pada kerapatan yang seragam yaitu 0,6 g/cm3.
Kadar air papan komposit
Kadar air papan berkisar 7,10% sampai 12,04% telah memenuhi standar JIS yang menetapkan kisaran kadar air papan partikel sebesar 5% ~ 13%. Berdasarkan analisis ragam, jenis pelapis berpengaruh pada kadar air papan pada taraf α 5%. Dengan uji lanjut perbandingan berganda Duncan, diketahui bahwa pelapis formika memberikan pengaruh yang berbeda terhadap kadar air papan dibandingkan dengan vinir kayu karet atau anyaman bambu betung. Sedangkan vinir kayu karet dan anyaman bambu betung memberikan pengaruh yang sama terhadap kadar air papan.
Permukaan formika lebih rapat, karena formika merupakan lapisan kertas kraft diimpregnasi dengan resin, yang bagian atasnya dilindungi melamin. Karakteristik tersebut mampu mempertahankan kadar air papan sisal di kisaran 7,5% sampai 9,4%, tidak berbeda dengan kadar air serat (7%) yang digunakan sebagai bahan baku pembuatan papan.
Daya serap air papan komposit
Pengukuran daya serap air papan komposit dilakukan setelah perendaman selama 24 jam. Papan komposit sisal tanpa pelapis dapat menyerap air sebesar 57.80% sampai 120,27%. Sedangkan papan komposit sisal dengan pelapis menyerap air sebesar 31,50% sampai 91,51%.
Di dalam JIS A 5908-2003, nilai daya serap air (DSA) tidak ditetapkan. Nilai daya serap air menunjukkan besarnya pertambahan berat papan setelah perendaman selama 24 jam, dibandingkan dengan berat awalnya. Nilai daya serap air masing-masing jenis papan disajikan pada Gambar 2. Berdasarkan analisis ragam, jenis pelapis berpengaruh pada DSA papan setelah perendaman selama β4 jam, pada taraf α 5%.
0 20 40 60 80 100 120 140
Sisal Kontrol Sisal R1
Jenis Serat D a y a S e ra p A ir ( % )
Polos Bambu Formika Vinir
176
Setelah perendaman selama 24 jam, papan tanpa pelapis dari sisal kontrol memiliki rata-rata DSA 112,59% sedangkan papan tanpa pelapis dari sisal setelah diproses ring flaker sebesar 63,51%. Pelapis vinir mampu memperbaiki nilai daya serap papan sisal. Papan dengan nilai DSA terbaik ditunjukkan oleh papan sisal R1 dengan pelapis vinir kayu karet yaitu sebesar 34,15%.
Pengembangan tebal papan komposit (thickness swelling /TS)
Pengukuran pengembangan tebal papan komposit dilakukan bersamaan dengan pengukuran daya serap air papan. Nilai pengembangan tebal papan tanpa pelapis dari sisal kontrol rata-rata adalah sebesar 47,44%, sedangkan papan tanpa pelapis dari sisal setelah proses ring flaker sebesar 25,45%. Nilai tersebut belum memenuhi standar JIS A 5908- 2003 yang menetapkan nilai pengembangan tebal papan maksimal sebesar 12%. Namun terlihat bahwa perlakuan ring flaker dapat memperbaiki nilai pengembangan papan komposit sisal. Nilai pengembangan tebal masing-masing jenis papan disajikan pada Gambar 3.
Papan dengan nilai TS terbaik ditunjukkan oleh papan sisal R1 dengan pelapis vinir kayu karet yaitu sebesar 13,08%. Pelapisan papan sisal menggunakan vinir kayu karet telah dapat menghasilkan papan dengan nilai pengembangan papan sisal yang lebih baik dibandingkan papan dari sisal setelah diproses dengan ring flaker sebanyak 4 kali dan 12% perekat isosianat yang sebesar 14,70% (Syamani et al. 2009).
Berdasarkan analisis ragam, jenis pelapis mempengaruhi nilai pengembangan tebal papan, pada taraf α 5%. Pelapis vinir mampu memperbaiki nilai pengembangan tebal papan sisal. Ketebalan vinir (2,22 mm) sebagai bahan pelapis papan sisal lebih besar dibandingkan dengan anyaman bambu (1,54 mm) dan formika (0,76 mm). Dengan demikian jumlah sisal pada papan sisal berlapis vinir lebih sedikit dibandingkan papan berlapis anyaman bambu atau formika, sehingga penyerapan air oleh sisal yang menyebabkan pengembangan tebal papan, lebih terbatas.
0 10 20 30 40 50 60
Sisal Kontrol Sisal R1
Jenis Serat P e n g e m b a n g a n T e b a l (% )
Polos Bambu Formika Vinir
J IS A 5 9 0 8
Gambar 3. Pengembangan tebal papan komposit sisal
Papan berlapis formika memiliki nilai pengembangan tebal yang lebih baik dibandingkan papan berlapis anyaman bambu, walaupun anyaman bambu lebih tebal dibandingkan dengan formika. Permukaan formika lebih rapat dibandingkan dengan anyaman bambu yang mempunyai ikatan vaskular yang terdiri dari pori, saluran pembuluh
177
yang bergabung dengan sel-sel dan serabut (Mohmod dan Liese di dalam Nuriyatin 2004). Karena itu papan berlapis anyaman bambu lebih banyak menyerap air dibandingkan dengan papan berlapis formika.
Keteguhan rekat internal (IB) komposit
Nilai IB papan tanpa pelapis dari sisal kontrol rata-rata adalah sebesar 0,40 N/mm2, sedangkan papan tanpa pelapis dari sisal setelah diproses dengan ring flaker sebesar 0,44 N/mm2. Nilai IB untuk masing-masing papan disajikan pada Gambar 4 berikut.
Berdasarkan analisis ragam pada taraf α 5%, jenis serat berpengaruh pada nilai IB papan
sedangkan jenis pelapis dan interaksi antara jenis serat dan jenis pelapis tidak berpengaruh pada nilai IB papan.
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
Sisal Kontrol Jenis Serat Sisal R1
In te rn a l B o n d ( N /m m 2 )
Polos Vinir Bambu Formika
v e n e e re d P P T ip e 8
Gambar 4. Keteguhan rekat internal papan komposit sisal
Nilai IB papan dengan pelapis dari sisal kontrol rata-rata sebesar 0,33 N/mm2, sedangkan papan dengan pelapis dari sisal setelah diproses dengan ring flaker rata-rata sebesar 0,43 N/mm2. Nilai keteguhan rekat internal yang disyaratkan dalam JIS A 5908 adalah minimal 0,3 N/mm2 untuk veneered particleboard. Dengan demikian papan komposit yang dihasilkan dalam penelitian ini telah memenuhi persyaratan minimal tersebut.
Perlakuan mekanis menggunakan ring flaker telah memecah bundel serat sisal. Sisal R1 merupakan serat sisal yang diproses dengan 1 putaran ring flaker, berwujud bundel serat sisal yang telah terpecah. Perekat yang pada bundel serat sisal kontrol, hanya membasahi permukaan luar bundel serat sisal, dapat lebih mudah membasahi permukaan sel sisal R1 yang telah pecah akibat perlakuan ring flaker. Dengan demikian kontak antara perekat dan sisal R1 dapat terjadi dengan lebih intensif dan menghasilkan papan komposit dengan keteguhan rekat internal yang lebih baik.
Keteguhan patah komposit (modulus of rupture / MOR)
Nilai MOR rata-rata papan tanpa pelapis dari sisal kontrol adalah 17,60 N/mm2, sedangkan papan tanpa pelapis dari sisal setelah diproses dengan ring flaker adalah 12,74 N/mm2. Nilai MOR papan dengan pelapis dari sisal kontrol berkisar antara 15,58 ~ 53,27 N/mm2, sedangkan papan sisal dengan pelapis dari sisal setelah diproses dengan ring flaker berkisar antara 9,69 ~ 57,99 N/mm2. Nilai MOR untuk masing-masing papan disajikan pada Gambar 5 berikut. Berdasarkan analisis ragam pada taraf α 5%, jenis serat, jenis pelapis dan interaksi keduanya berpengaruh terhadap nilai MOR papan.
178
Nilai MOR yang disyaratkan dalam JIS A 5908 adalah minimal 15,0 N/mm2 untuk papan partikel dengan pelapis vinir pada arah lebar papan dan minimal 30,0 N/mm2 untuk papan partikel dengan pelapis vinir pada arah panjang papan. Papan dengan pelapis vinir sejajar serat memiliki nilai MOR rata-rata sebesar 51,26 N/mm2, lebih baik dibandingkan papan dengan pelapis formika 33,51 N/mm2, walaupun berdasarkan hasil pengujian MOR formika lebih tinggi, yaitu sebesar 94,02 N/mm2 dibandingkan MOR vinir sejajar serat yang sebesar 87,07 N/mm2. Perbedaan kekuatan tersebut disebabkan oleh perbedaan ketebalan bahan pelapis yang digunakan. Ketebalan vinir yang digunakan sebagai bahan pelapis adalah 2,22 mm sementara ketebalan formika hanya 0,76 mm.
0 10 20 30 40 50 60 70
Sisal Kontrol Sisal R1
Jenis Serat M o d u lu s o f R u p tu re ( N /m m 2 )
Polos VSS VTL Bambu Formika
C
B A
Gambar 5. Keteguhan patah papan komposit sisal Keterangan :
A = MOR min tipe 8
B = MOR min vinir tegak lurus serat C = MOR min vinir sejajar serat
MOR rata-rata papan tanpa pelapis adalah sebesar 15,17 N/mm2. Rasio peningkatan kekuatan papan yang dihubungkan dengan tebal pelapis, menunjukkan bahwa penambahan vinir sebesar 44% dari tebal total papan, mampu meningkatkan kekuatan papan komposit sampai 238%. Sementara itu penggunaan pelapis formika dengan ketebalan hanya 15% dari tebal total papan, mampu meningkatkan kekuatan papan sampai 121%. Dengan demikian, jika ketebalan formika yang digunakan seimbang dengan ketebalan vinir, maka dapat dihasilkan papan dengan nilai MOR yang lebih tinggi.
Modulus elastisitas komposit (MOE)
Nilai MOE rata-rata papan tanpa pelapis dari sisal kontrol adalah 1606 N/mm2 sedangkan papan tanpa pelapis dari sisal setelah diproses dengan ring flaker adalah 1247 N/mm2. Nilai MOE papan dengan pelapis dari sisal kontrol berkisar antara 936 ~ 7107 N/mm2, sedangkan papan dengan pelapis dari sisal setelah diproses dengan ring flaker berkisar antara 972 ~ 6774 N/mm2. Nilai MOE untuk masing-masing papan disajikan pada Gambar 6 berikut. Berdasarkan analisis ragam pada taraf α 5%, jenis serat dan jenis pelapis berpengaruh terhadap nilai MOE papan, sedangkan interaksi keduanya tidak berpengaruh nyata pada nilai MOE papan. Papan dengan pelapis VSS dari sisal kontrol memiliki nilai MOE rata-rata yang paling tinggi (6614 N/mm2).
179
Nilai MOE yang disyaratkan dalam JIS A 5908 adalah minimal 2800 N/mm2 untuk papan partikel dengan pelapis vinir pada arah lebar papan, dan 4000 N/mm2 untuk papan partikel dengan pelapis vinir pada arah panjang papan. Dengan demikian papan sisal dengan pelapis vinir arah sejajar serat, anyaman bambu atau formika dapat memenuhi persyaratan minimal nilai MOE yang ditetapkan JIS A 5908. Namun papan sisal tanpa pelapis dan dengan pelapis vinir arah serat tegak lurus serat dalam penelitian ini belum dapat memenuhi persyaratan minimal nilai MOE.
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000
Sisal kontrol Sisal R1
Jenis Serat M o d u lu s o f E la s ti c it y ( N /m m 2 )
Polos VSS VTL Bambu Formika
C
B A
Gambar 6. Modulus elastisitas papan komposit sisal
Nilai MOE bahan pelapis memberikan kontribusi terhadap nilai MOE papan sisal berlapis. Nilai MOE VSS adalah yang tertinggi (7360 N/mm2), diikuti formika (4263 N/mm2), anyaman bambu betung (303 N/mm2) dan VTL (89 N/mm2). MOE papan dengan pelapis sebanding dengan MOE bahan pelapisnya. MOE papan dengan pelapis VSS adalah 6418 N/mm2 lebih baik dari MOE papan dengan pelapis formika (3405 N/mm2), anyaman bambu (3400 N/mm2), dan vinir tegak lurus serat (1017 N/mm2).
Kuat Pegang Sekrup/KPS (Screw Holding Power)
Nilai KPS rata-rata papan tanpa pelapis dari sisal kontrol adalah 529 N, sedangkan papan tanpa pelapis dari sisal setelah diproses dengan ring flaker adalah 357 N. Nilai KPS papan dengan pelapis dari sisal kontrol berkisar antara 295 ~ 604 N, sedangkan papan dengan pelapis dari sisal setelah diproses dengan ring flaker berkisar antara 160 ~ 484 N. Nilai KPS untuk masing-masing papan disajikan pada Gambar 7 berikut. Berdasarkan
analisis ragam pada taraf α 5%, jenis serat dan jenis pelapis berpengaruh terhadap nilai
KPS papan, sedangkan interaksi keduanya tidak memberikan pengaruh yang nyata pada nilai KPS papan komposit.
Nilai KPS yang disyaratkan dalam JIS A 5908 untuk papan partikel dengan pelapis vinir dengan ketebalan papan minimal 15 mm adalah minimal 500 N. Semua papan sisal dengan pelapis dalam penelitian ini tidak dapat memenuhi persyaratan minimal nilai KPS untuk papan partikel berlapis vinir, karena target ketebalan papan pada penelitian ini hanya sebesar 10 mm.
Pada papan yang terbuat dari sisal kontrol, pelapisan justru menurunkan nilai KPS. Meskipun dalam penelitian ini tidak dilakukan penentuan profil kerapatan papan pada arah tebal papan, namun seperti yang dikemukakan oleh Haygreen dan Bowyer (1996), kerapatan tertinggi pada papan partikel adalah pada bagian dekat permukaan papan. Aliran
180
panas dari plat kempa panas, pada saat pembuatan papan komposit, merambat masuk ke dalam papan, mulai dari permukaan menuju bagian tengah papan. Karena itu bagian permukaan yang lebih dulu mengalami pemanasan, akan lebih dulu mengalami plastisasi, diikuti dengan proses densifikasi, yang menyebabkan kerapatan pada permukaan papan lebih tinggi (Maloney 1993). Pada papan sisal tanpa pelapis, seluruh bagian permukaan adalah sisal yang mengalami densifikasi akibat proses pengempaan suhu tinggi. Hal tersebut menyebabkan papan tanpa pelapis dapat lebih kuat menahan sekrup yang dicabut.
0 100 200 300 400 500 600 700
Sisal kontrol Sisal R1
Jenis Serat K u a t P e g a n g S e k ru p ( N )
Polos Vinir Bambu Formika
T y p e 8 V e n e e re d P P
Gambar 7. Kuat pegang sekrup papan komposit sisal
Formika yang digunakan sebagai bahan pelapis papan sisal memiliki sifat getas, mudah patah seperti yang ditunjukkan pada grafik deformasi saat pengujian keteguhan patah pada Gambar 8. Selain bersifat getas, tebal formika yang hanya 0,76 mm tidak cukup kuat untuk menahan sekrup yang dicabut. Karena itu lapisan formika menurunkan nilai KPS untuk papan dari sisal R1, walaupun formika memiliki nilai MOE dan MOR yang tinggi. 0 8 16 24 32 40 48 56 F o rc e (N ) 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 Stroke(mm) Max
181 SIMPULAN
Pelapisan papan sisal menggunakan vinir kayu karet dapat memperbaiki sifat daya serap air, pengembangan tebal, keteguhan rekat, keteguhan patah dan modulus elastisitas papan dibandingkan dengan papan sisal tanpa pelapis dan memenuhi standar JIS A 5908 untuk veneered particleboard.
Pelapisan papan sisal menggunakan vinir kayu karet menghasilkan papan dengan sifat daya serap air, pengembangan tebal, keteguhan rekat, keteguhan patah dan modulus elastisitas papan yang lebih baik dibandingkan dengan papan sisal yang menggunakan anyaman bambu betung atau formika sebagai pelapis.
UCAPAN TERIMA KASIH
Penelitian ini telah terlaksana atas bantuan para teknisi di Workshop UPT BPP Biomaterial. Terima kasih kepada Sudarmanto, Fazhar, Saeful, Teguh, Jayadi dan Ismadi atas bantuannya dalam pelaksanaan penelitian ini.
DAFTAR PUSTAKA
[JAS] Japanese Standards Association. 2003. Particleboards. Japanese Industrial Standards (JIS) A5908-2003. Japan.
Boerhendhy I, Nancy C dan Gunawan A. 2003. Prospek dan Potensi Pemanfaatan Kayu Karet Sebagai Substitusi Kayu Alam. Jurnal Ilmu dan Teknologi Kayu Tropis, vol.1, no.1, hal. 35-46.
Haygreen JG., Bowyer JL. 1996. Forest Products and Wood Science, An Introduction, Ames Iowa USA : Iowa State University Press.
Maloney, T.M. 1993. Modern Particleboard dan Dry Process Fiberboard Manufacturing. Miller Freeman, USA.
Massijaya MY, Hadi YS, Marsiah HM. 2006. Pengembangan Papan Komposit Unggulan dari Limbah Kayu dan Anyaman Bambu [Laporan Akhir Penelitian Hibah Bersaing XIV]. Bogor: Lembaga Penelitan dan Pemberdayaan Masyarakat, IPB.
Nuriyatin, N. 2004. Studi Sifat Anatomi Pada Lima Jenis Bambu. Jurnal Penelitian UNIB, Vol. X, No.1, Maret 2004, hal. 11-19.
Syamani, F.A.; M.Y. Massijaya, B. Subiyanto. 2008a. Sifat Fisis Mekanis Papan Komposit Sisal (Agave sisalana Perr.). Dipresentasikan pada Seminar Nasional MAPEKI XI, Palangkaraya, 8 Agustus 2008.
Syamani, F.A.; K.W.Prasetiyo: I. Budiman; Subyakto dan B. Subiyanto. 2008b. Sifat Fisis Mekanis Papan Partikel dari Serat Sisal atau Serat Abaka setelah Perlakuan Uap. Jurnal Ilmu dan Teknologi Kayu Tropis. Vol.6 No.2 Juli 2008, halaman 56-62.
Syamani, FA, Subyakto, B. Subiyanto, MY Massijaya. 2009. Pengaruh Dimensi Serat Sisal setelah Diproses dengan Ring Flaker terhadap Sifat Papan Komposit Sisal. Dipresentasikan pada Seminar Nasional MAPEKI XII, Bandung, 23 Juli 2009.
182