Pada umumnya densifikasi kayu baik dengan kompresi maupun impregnasi dapat meningkatkan kekuatan mekanis kayu, yaitu modulus elastisitas (MOE) dan kekuatan patah (MOR), serta dapat meningkatkan kekerasan kayu.
A. Densifikasi Parsial dengan Kompressi 1. Keteguhan Lentur Statis (MOE & MOR)
Pemadatan kayu terbukti mampu meningkatkan kekakuan lentur dan kekuatan kayu. Peningkatan nilai MOE seperti disajikan pada Tabel 10. yaitu pada kayu Agatis antara 6.297 kg/cm2 – 16.711 kg/cm2 dibanding kayu kontrol yang bernilai antara 3.245 kg/cm2 – 9.497 kg/cm2, sedangkan pada kayu Mangium
63 antara 7.877 kg/cm2– 64.533 kg/cm2 dibanding kayu kontrol yang bernilai antara 5.895 kg/cm2– 24.631 kg/cm2.
Peningkatan nilai MOE disebabkan terjadinya kristalisasi molekul selulosa dalam daerah amorf ataupun parakristalin dari mikrofibril (Dwianto et al. 1996), yang direkat dengan lignin yang mengalir akibat pemanasan pada plastisasi dan suhu pengempaan. Kekuatan kayu juga dipengaruhi oleh kerapatan kayu, kerapatan kayu tinggi maka kekuatan menjadi meningkat. Jika dilihat dari hasil peningkatan sifat fisis kayu bahwa kerapatan kayu terdensifikasi lebih besar dibanding kayu kontrol, maka kekuatan kayu terdensifikasi juga meningkat dibanding kayu kontrol.
Tabel 10 Nilai MOE (kg/cm2 ) kayu Agatis dan Mangium terpadatkan dan kontrol
Jenis Papan Suhu (0C) Waktu (menit)
MOE Agatis MOE Mangium
Kontrol Terpadatkan Kontrol Terpadatkan
Radial 170 30 5696 18045 5895 21555 60 5817 10246 9871 25585 180 30 4624 13611 6119 14544 60 7369 10956 7013 23004 190 30 9497 12912 6840 32156 60 3245 6297 8092 15120 Tangensial 170 30 7559 9923 8548 34533 60 7296 12773 17942 34308 180 30 6919 10983 24631 37240 60 5599 8841 15033 23344 190 30 5751 12645 8449 23318 60 8920 13859 12403 19370
Akibat pemadatan parsial terjadi peningkatan nilai kekuatan pada batas maksimum keteguhan patah (MOR) seperti tersaji pada Tabel 11. Sedangkan nilai MOR untuk kayu agatis 927 kg/cm2 – 1210 kg/cm2 sedangkan kayu kontrol bernilai 621 kg/cm2 – 1055 kg/cm2. Untuk nilai MOR kayu mangium terpadatkan antara 1026 kg/cm2 – 2187 kg/cm2 dibandingkan dengan kontrol antara 807 kg/cm2– 1674 kg/cm2.
64 Tabel 11 Nilai MOR (kg/cm2) kayu Agatis dan Mangium terpadatkan dan kontrol
Jenis Papan
Suhu (0C)
Waktu
(menit) Kontrol Terpadatkan Kontrol Terpadatkan MOR Kayu Agatis MOR Kayu Mangium
Radial 170 30 956 1099 833 1659 60 1010 1196 1016 1742 180 30 1055 1201 882 1026 60 1021 1148 807 1613 190 30 981 1182 899 1645 60 910 1210 846 1075 Tangensial 170 30 911 1129 1151 2187 60 621 1180 1371 1972 180 30 910 1067 1674 1916 60 851 997 1136 1616 190 30 890 1047 1081 1764 60 876 1178 1078 2079
Sifat keteguhan patah hampir sama dengan sifat kekakuan. Semakin tinggi persentase pemadatan maka keteguhan patah semakin baik. Hal ini menunjukkan bahwa pemadatan parsial dengan persentase pemadatan 20% dapat meningkatkan keteguhan patah kayu terdensifikasi.
Hasil analisis keragaman MOE pada kayu Agatis faktor interaksi jenis papan dan waktu pemanasan yang berpengaruh sangat nyata sedangkan pada kayu Mangium semua faktor dan interaksi antar faktor tidak berpengaruh nyata. Hasil uji lanjut menunjukkan perbedaan yang nyata untuk semua taraf perlakuan. Hasil analisis keragaman MOR pada kayu Agatis hanya jenis papan yang berpengaruh sangat nyata, sedangkan pada kayu Mangium faktor jenis papan dan interaksi antara faktor berpengaruh sangat nyata. Hasil uji lanjut interaksi menunjukkan semua taraf perlakuan berpengaruh nyata.
2. Kekerasan
Pemadatan parsial kayu dapat meningkatkan nilai kekerasan baik untuk kayu Agatis maupun kayu Mangium pada arah tangensial dan radial. Pada arah radial nilai kekerasan kayu meningkat untuk kayu Agatis antara 213 - 373 kg/cm2 dari nilai kayu kontrol yang berkisar antara 188 - 278 kg/cm2 dan kayu Mangium antara 150 – 295 kg/cm2 dari nilai kayu kontrol yang berkisar antara 121 - 267 kg/cm2. Sedangkan pada arah tangensial nilai kekerasan kayu meningkat untuk
65 kayu Agatis antara 212 – 311 kg/cm2 dari nilai kayu kontrol yang berkisar antara 165 – 238 kg/cm2, Kayu Mangium antara 286 - 497 kg/cm2 dari nilai kayu kontrol yang berkisar antara 256 - 382 kg/cm2 .
Tabel 12 Rata-rata nilai kekerasan (kg/cm2) pada kayu terpadatkan dan kontrol
Jenis Papan
Suhu (0C)
Waktu
(menit) Kontrol Terpadatkan Kekerasan Agatis Kontrol Kekerasan Mangium Terpadatkan
Radial 170 30 195 213 267 329 60 261 284 232 280 180 30 205 260 121 210 60 188 226 174 239 190 30 235 288 237 302 60 278 372 201 236 Tangensial 170 30 186 261 277 382 60 165 235 382 473 180 30 201 247 349 401 60 238 286 305 384 190 30 189 238 256 319 60 189 259 355 419
Hasil analisis keragaman menunjukkan bahwa pada kayu Agatis semua faktor dan interaksi antar faktor tidak berpengaruh nyata. Sedangkan pada kayu Mangium faktor jenis papan yang sangat berbeda nyata. Hal ini memperlihatkan bahwa jenis papan Mangium berbeda untuk radial dan tangensial.
Pada Tabel 12 terlihat bahwa perlakuan pendahuluan dengan pemanasan memperlihatkan pengaruh terhadap peningkatan kekerasan baik arah tangensial maupun radial. Sedangkan waktu pemanasan yang dapat meningkatkan nilai kekerasan kayu pada arah tangensial dan radial rata-rata dengan waktu 60 menit.
Proses pemadatan dengan kempa panas menyebabkan lumen menyempit dan dinding sel semakin rapat satu dengan lainnya. Selain itu adanya pemanasan dan pengempaan menyebabkan bagian dinding sel yang mengandung selulosa mengalami plastisasi sehingga terjadi perubahan bentuk permanen. Kondisi ini menyebabkan kayu semakin keras sehingga diperlukan gaya yang lebih besar untuk dapat memasukkan benda asing ke dalam kayu.
66 B. Densifikasi dengan Impregnasi
1. Keteguhan Lentur Statis (MOE & MOR)
Nilai keteguhan lentur (MOE) pada kayu impregnasi untuk kedua jenis kayu meningkat dibanding kayu kontrol. Pada kayu Agatis nilai MOE terbesar terjadi pada tingkatan polimer quarter load (QL) sedangkan pada kayu Mangium nilai tertinggi terjadi pada tingkatan polimer half load (HL). Nilai keteguhan patah (MOR) juga meningkat untuk kedua jenis kayu dibanding kontrol. Tetapi peningkatannya tidak begitu besar. Pengamatan pada saat pengujian lentur patah (MOR) pada umumnya kayu impregnasi patah secara regas (brittle) bila dibandingkan kayu kontrol.
Nilai MOE baik untuk kayu Agatis maupun kayu Mangium meningkat dari kayu kontrol yang ditunjukkan pada Tabel 13 dan 14. Nilai MOE pada kayu Agatis terpadatkan antara 15885 – 39890 kg/cm2 dari nilai kayu kontrol yang berkisar antara 10115 - 18326 kg/cm2 dan kayu Mangium terpadatkan antara 13982 - 46170 kg/cm2 dari nilai kayu kontrol yang berkisar antara 10104 – 19624 kg/cm2 . Sedangkan nilai MOR meningkat untuk kayu Agatis antara 1363 - 1670 kg/cm2 dari nilai kayu kontrol yang berkisar antara 888 - 1369 kg/cm2. Kayu Mangium antara 1407 - 1882 kg/cm2 dari nilai kontrol yang berkisar antara 1211 - 1469 kg/cm2 .
Tabel 13 Nilai MOE (kg/cm2)kayu Agatis dan Mangium pada proses impregnasi
Tingkatan Polimer
Metode MOE Agatis MOE Mangium
Kontrol Terpadatkan Kontrol Terpadatkan
Full Load Vakum 9532 15885 14783 39219
Vakum Tekan 9501 32243 13294 35976
Half Load Vakum 13555 27470 18326 46170
Vakum Tekan 10894 22580 16470 29339
Quarter Load Vakum 14287 29830 17191 19281
67 Tabel 14 Nilai MOR (kg/cm2) kayu Agatis dan Mangium pada proses impregnasi
Tingkatan Polimer
Metode MOR Agatis MOR Mangium
Kontrol Terpadatkan Kontrol Terpadatkan
Full Load Vakum 888 1572 1245 1882
Vakum Tekan 1041 1670 1469 1518
Half Load Vakum 954 1520 1326 1509
Vakum Tekan 1146 1363 1211 1588
Quarter Load Vakum 1056 1593 1407 1288
Vakum Tekan 1346 1492 1332 1410
Hasil analisis keragaman MOE dan MOR baik pada kayu Agatis maupun Mangium semua faktor dan interaksi antar faktor tidak berpengaruh nyata. Hal ini menunjukkan bahwa pemberian bahan monomer tidak mempengaruhi terhadap kekuatan dan kekakuan kayu. Tetapi sifat kekuatan kayu sangat dipengaruhi oleh tingkatan polimer, semakin tinggi tingkatan polimer maka kekuatan kayu cenderung semakin meningkat. Hal ini disebabkan semakin tinggi kerapatan kayu maka semakin tinggi rapat struktur yang menyusun papan sehingga kekakuannya semakin baik.
2. Kekerasan
Impregnasi kayu dapat meningkatkan nilai kekerasan baik untuk kayu Agatis maupun Kayu Mangium. Nilai kekerasan kayu meningkat untuk kayu Agatis antara 397 - 488 kg/cm2 dari nilai kayu kontrol yang berkisar antara 184 - 255 kg/cm2 dan kayu Mangium antara 266 – 506 kg/cm2 dari nilai kayu kontrol yang berkisar antara 149 - 233 kg/cm2, seperti terlihat pada Tabel 15.
Hasil analisis keragaman pada kayu agatis semua faktor dan interaksi antar faktor tidak berpengaruh nyata, sedangkan pada kayu mangium tingkatan polimer berpengaruh sangat nyata. Hasil uji lanjut menunjukkan semua taraf perlakuan berbeda.
Kekerasan kayu dipengaruhi oleh tingkat pemadatan dan berat jenis kayu, semakin rapat struktur kayu maka nilai kekerasan semakin besar. Nilai kekerasan tertinggi terjadi pada tingkatan polimer half load baik untuk kayu Agatis maupun kayu Mangium. Hal ini menunjukkan bahwa tingkat pemadatan maksimum belum tentu dapat meningkatkan kekerasan kayu lebih tinggi bahkan dengan tingkatan
68 polimer full load kayu menjadi mudah patah dan regas. Sehingga pemadatan optimum yang dapat dilakukan untuk meningkatkan kekerasan kayu adalah dengan tingkatan polimer half load.
Tabel 15 Nilai kekerasan kayu Agatis dan Mangium pada proses impregnasi
Tingkatan Polimer
Metode Kekerasan Kayu
Agatis
Kekerasan Kayu Mangium
Kontrol Terpadatkan Kontrol Terpadatkan
Full Load Vakum 246 481 233 471
Vakum Tekan 255 420 160 395
Half Load Vakum 224 397 231 506
Vakum Tekan 184 488 149 360
Quarter Load Vakum 169 455 157 266
Vakum Tekan 211 420 159 333
Aspek 3. Perubahan struktur sel kayu akibat densifikasi