III. BAHAN DAN METODE PENELITIAN

Transkripsi

1 9 III. BAHAN DAN METODE PENELITIAN 3.1 Tempat dan Waktu Penelitian Penelitian pembuatan CLT dengan sambungan perekat yang dilakukan di laboratorium dan bengkel kerja terdiri dari persiapan bahan baku, pembuatan contoh uji dan pengujian. Persiapan bahan baku untuk pembuatan panel CLT di lakukan di workshop pengerjaan kayu pada Bagian Teknologi Peningkatan Mutu Kayu. Pengujian sifat fisis panel CLT dilakukan di Laboratorium Biokomposit, sedangkan pengujian sifat mekanis panel CLT dilakukan di Laboratorium Keteknikan Kayu pada Bagian Rekayasa dan Desain Bangunan Kayu, Departemen Hasil Hutan, Fakultas Kehutanan IPB, Bogor. Penelitian dilakukan selama kurang lebih 7 bulan mulai Juni 2011 sampai dengan Januari Pengadaan bahan baku dan pembuatan contoh uji dilakukan selama kurang lebih lima bulan sedangkan pengujian dan analisa data dilakukan selama dua bulan. 3.2 Bahan dan Alat Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah kayu sengon dan perekat isosianat. Kayu sengon didapat dari tempat penggergajian kayu yang berlokasi di daerah Cinangneng, Kecamatan Ciampea, Kabupaten Bogor. Perekat yang digunakan merupakan jenis perekat campuran dengan merek dagang Polymare Isosyanate (PI) Bond. Perekat ini diproduksi oleh PolyOshika Co Ltd di Jepang dan didistribusikan oleh PT. Polychemi Asia Pasifik Indonesia. Perekat tersebut termasuk ke dalam jenis perekat water based polymer isosyanate (WBPI) tipe PI 3100 (base resin) dan H7 (hardener). Pada proses perekatannya takaran perbandingan yang dipakai untuk base resin dan hardenernya adalah 100 : 15. Peralatan utama penelitian ini adalah Universal Testing Machine (UTM) merk Instron series IX version dengan kapasitas 5 ton yang digunakan untuk pengujian sifat mekanis (lentur, geser rekat, dan tekan sejajar serat). Selain itu peralatan untuk pengujian sifat fisis seperti kerapatan, kadar air, kembangsusut volume meliputi kaliper, timbangan digital, oven, dan desikator. Sedangkan untuk pengujian delaminasi peralatan yang digunakan adalah water bath, wadah plastik (baskom), dan penggaris.

2 10 Selain peralatan utama, digunakan juga peralatan pendukung penelitian yang meliputi alat-alat pengukur kadar air, pengeringan, penyerutan, dan pemotongan sudut lamina, yaitu moisture meter, kipas angin, double planner, dan circular saw. Pembuatan panel CLT dilakukan dengan pengaplikasian perekat menggunakan potongan sandal jepit dan dikempa menggunakan kempa dingin (cold press). 3.3 Metode Penelitian Balok digergaji menjadi lembaran-lembaran papan (lamina) dengan ketebalan yang disesuaikan untuk penggunaan tebal lamina sekitar ± 1,5-3,5 cm seperti pada Gambar 2. Untuk contoh uji papan kontrol (sengon utuh), kayu digergaji dengan ukuran 5 cm x 15 cm x 120 cm (tebal, lebar, panjang). Papan kontrol dan lamina-lamina tersebut dikeringkan secara alami dengan menggunakan kipas angin selama ± 30 hari sampai mencapai kadar air kering udara yaitu sekitar 12-15%. Lamina dikelompokkan menjadi dua bagian yaitu lamina sejajar dan lamina bersilang. Lamina sejajar merupakan lamina dengan arah serat sejajar pada bidang permukaan kayu, sedangkan lamina bersilang merupakan lamina dengan arah membentuk sudut orientasi tertentu pada bidang permukaan lamina sejajar. Gambar 2 Papan kontrol dan lamina berdasarkan ukuran ketebalan. Tahap selanjutnya adalah pemilahan lamina berdasarkan nilai modulus elastisitasnya (MOE) dilakukan dengan cara pengujian sistem non destructive test menggunakan deflektometer. Prosedur pemilahan elastisitas kayu sederhana ini

3 11 serupa dengan pemilahan menggunakan mesin pemilah kayu, hanya saja tidak ada faktor koreksi pada metode ini. Besarnya nilai MOE tiap lamina dihitung untuk kemudian dikelompokkan menjadi dua kelompok dengan rentang nilai tertentu dan diberi simbol E1 dan E2 dimana E1 > E2. E1 digunakan pada bagian face atau back, sedangkan E2 pada bagian dalam (core). Pengujian non destructive test dapat dilihat pada gambar 3. Gambar 3 Pemilahan lamina dengan deflektometer. Panel CLT yang akan dibuat terdiri dari 3 lapisan lamina dengan 3 kombinasi ketebalan lamina yang digunakan yaitu tipe panel CLT A 1 (1-3-1) cm, tipe panel CLT A 2 (1,67-1,67-1,67) cm, dan tipe panel CLT A 3 (2-1-2) cm. Pola penyusunan bagian lamina bersilang dilakukan perlakuan orientasi sudut lamina B 1, B 2, B 3, B 4, dan B 5 (0 o, 30 o, 45 o, 60 o, dan 90 o ). Gambar 4 Pola Penyusunan Lamina. Metode penyambungan lamina-lamina dengan menggunakan perekat yaitu dengan cara perekat isosianat yang digunakan dilaburkan pada dua permukaan (double spread) dengan berat labur 280 g/m 2. Perekat dilaburkan dengan

4 12 menggunakan potongan-potongan sandal karet sesuai kebutuhan perekat setiap lamina. Proses pengempaan dilakukan menggunakan mesin kempa dengan tekanan pengempaan dingin (cold press) berkisar 10 kg/cm 2. Pengempaan dengan perekat isosianat berdasarkan standar pabrikasi adalah sekitar 3 jam dengan pemeriksaan kondisi perekatan. Panel CLT dikeluarkan dari mesin pengempaan dan dikondisikan selama ± satu minggu dengan kelembaban relatifnya berkisar 60%- 70% dan suhu ruangan (25 o C - 32 o C). Pembuatan contoh uji dilakukan setelah panel CLT disimpan dalam ruangan (conditioning) selama ± satu minggu. 3.4 Pengujian Tahap selanjutnya dilakukan pengujian panel CLT. Pengujian yang dilakukan yaitu pengujian sifat fisis dan mekanis. Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui nilai karakteristik panel CLT dari kayu sengon dengan menggunakan sambungan perekat. Pengujian sifat fisik meliputi kerapatan (ρ), kadar air (KA), dan kembang susut panel CLT didasarkan pada standar ASTM D 143 (2005) tentang Standard Methods of Testing Small Clear Specimens of Timber yang telah dimodifikasi. Pengujian sifat mekanik meliputi modulus of elasticity (MOE), modulus of rupture (MOR), keteguhan tekan sejajar serat, keteguhan rekat sesuai standar ASTM D 143 (2005) tentang Standard Methods of Testing Small Clear Specimens of Timber dan pengujian delaminasi sesuai standar Japanese Agricultural Standard for Glued Laminated Timber Notification No. 234 tahun 2003 (JPIC 2003). Gambar 5 Pola Potongan Contoh Uji. Keterangan: 1. Contoh uji MOE dan MOR (5cm x 15cm x 76cm) 2. Contoh uji Keteguhan Tekan Sejajar Serat (2,5cm x 5cm x 10cm) 3. a. Contoh uji Delaminasi (Perendaman air dingin) (5cm x 7,5cm x 7,5cm)

5 13 b. Contoh uji Delaminasi (Perendaman air panas) (5cm x 7,5cm x 7,5 cm) 4. Contoh uji Keteguhan Rekat (5cm x 5cm x 5cm) 5. Contoh uji Kerapatan, Kadar Air, dan Susut Kayu (5cm x 5cm x 5cm) 6. Contoh uji Pengembangan Tebal (5cm x 5cm x 5cm) Pengujian sifat fisis meliputi kerapatan, kadar air, kembang dan susut volume, serta delaminasi. Sedangkan untuk pengujian sifat mekanis adalah modulus of elasticity (MOE), modulus of rupture (MOR), keteguhan tekan sejajar serat, dan keteguhan geser rekat. Pola pemotongan contoh uji untuk pengujian sifat fisis dan mekanis dapat dilihat pada Gambar Kerapatan (ρ) Kerapatan merupakan nilai dari berat contoh uji sebelum di oven dibagi dengan volume sebelum di oven, yaitu pada kondisi kering udara. Volume contoh uji diukur dengan mengalikan panjang, lebar, dan tebalnya dengan alat pengukur kaliper (VKU) dan selanjutnya ditimbang (BKU). Nilai kerapatan dihitung dengan rumus: Kadar Air Kerapatan (g/cm 3 ) = Kadar air merupakan hasil pembagian kandungan berat air terhadap berat kering tanur dari contoh uji. Berat air adalah selisih dari berat contoh uji sebelum di oven dikurangi berat kering tanur. Contoh uji kerapatan digunakan juga dalam menentukan kadar air. Contoh uji dalam keadaan kering udara ditimbang beratnya (BKU) dan dikeringkan dalam oven pada suhu 103 ± 2 o C selama 24 jam atau sampai mencapai berat konstan dan ditimbang sehingga diperoleh berat kering tanur (BKT). Nilai kadar air dihitung dengan rumus: Susut dan Kembang Volume Kadar Air (%) = x 100 Pengujian susut kayu dirumuskan sebagai selisih antara volume awal (VA) dengan volume akhir (VB) dibandingkan dengan dimensi awalnya dan dinyatakan dalam persen. Contoh uji kerapatan dan kadar air digunakan juga dalam menentukan susut kayu. Contoh uji diukur tebal, lebar, dan panjang dengan

6 14 menggunakan kaliper sehingga diperoleh dimensi awal. Contoh uji dioven pada suhu 103 ± 2 o C selama 24 jam. Contoh uji dikeluarkan dari oven kemudian diadakan pengukuran panjangnya kembali sehingga diperoleh dimensi akhir. Nilai susut volume dihitung dengan rumus: Susut Volume (%) = x 100 Pengujian pengembangan dapat dirumuskan sebagai selisih antara volume akhir (VB) dengan volume awal (VA) dibandingkan dengan dimensi awalnya. Contoh uji diukur tebal, lebar, dan panjang dengan menggunakan kaliper sehingga diperoleh dimensi awal. Contoh uji direndam dalam air selama ± 1 minggu. Contoh uji dikeluarkan dari air kemudian diadakan pengukuran panjangnya kembali sehingga diperoleh dimensi akhir. Nilai pengembangan volume dihitung dengan rumus: Pengembangan volume (%) = x Delaminasi Contoh uji delaminasi yang digunakan diambil dari bagian ujung panel CLT dengan ukuran panjang 7,5 cm. Pengujian delaminasi dilakukan dengan dua cara yaitu perendaman dalam air dingin dan air mendidih (Gambar 6). (a) (b) Gambar 6 Pengujian delaminasi (a) air dingin, dan (b) air mendidih Perendaman dalam air dingin dilakukan dengan merendam contoh uji dalam air pada suhu ruangan selama 6 jam. Selanjutnya dikeringkan dalam oven pada suhu 40 ± 3 o C selama 18 jam. Perendaman dalam air mendidih dilakukan dengan merebus contoh uji dalam air mendidih (± 100 o C) selama 4 jam kemudian dilanjutkan dengan merendamnya dalam air pada suhu ruangan selama 1 jam.

7 15 Setelah itu contoh uji dikeringkan dalam oven pada suhu 70 ± 3 o C selama 18 jam. Kemudian dilakukan pengukuran persentase lepasnya bagian panjang rekat antar lamina (rasio delaminasi) dengan rumus: Rasio delaminasi (%) = Modulus of Elasticity (MOE) Panjang garis rekat yang terbuka (cm) x 100 Panjang garis rekat yang direkat (cm) Contoh uji untuk pengujian MOE dan MOR berukuran 5 cm x 12 cm x 76 cm untuk dimensi tebal, lebar, dan panjang. Pengujian MOE panel CLT dengan cara meletakkan CLT tersebut diatas dua perletakan dengan bentang antara keduanya diperoleh dari perbandingan panjang bentang dan tebal penampang panel CLT sekitar 14. Beban terpusat diberikan ditengah bentang dan besarnya defleksi dicatat setiap selang beban tertentu. Nilai MOE dihitung dengan rumus: Dimana: MOE : Modulus of elasticity (kg/cm 2 ) P L Y b h 3 PL MOE = 3 4 Ybh : Besar perubahan beban sebelum batas proporsi (kg) : Jarak sangga (cm) : Besar perubahan defleksi akibat perubahan beban (cm) : Lebar contoh uji (cm) : Tebal contoh uji (cm) Modulus of Rupture (MOR) Pengujian MOR panel CLT dilakukan bersama-sama dengan pengujian MOE dengan memakai contoh uji yang sama. Pengujian MOR dilakukan sampai panel CLT yang diberikan beban terpusat ditengah bentangnya mengalami kerusakan. Nilai MOR dihitung dengan rumus: 3PL MOR = 2 2bh Dimana: MOR : Modulus of rupture (kg/cm 2 )

8 16 P : Beban maksimum (kgf) L : Jarak sangga (cm) b : Lebar contoh uji (cm) h : Tebal contoh uji (cm) Gambar 7 Pengujian lentur panel cross laminated timber kayu sengon Keteguhan Geser Rekat Pengujian keteguhan geser rekat dilakukan dengan cara memberikan pembebanan yang diletakkan pada arah sejajar serat dengan meletakkan contoh uji secara vertikal. Nilai beban maksimum dibaca saat contoh uji mengalami kerusakan. Nilai keteguhan rekat dihitung dengan rumus: Keteguhan rekat (kg/cm 2 ) = Beban maksimum Luas permukaan yang direkat (a) (b) Gambar 8 (a) Contoh Uji, dan (b) pengujian keteguhan geser rekat Keteguhan Tekan Sejajar Serat Keteguhan tekan sejajar serat merupakan kemampuan kayu menahan gaya tekan sejajar arah serat dan mengakibatkan terjadi perpendekan kayu. Contoh uji

9 17 dengan ukuran tebal, lebar, dan panjang masing-masing 2,5 cm, 5 cm, dan 10 cm diberikan beban pada arah sejajar serat pada kedudukan contoh uji vertikal, pemberian beban secara perlahan-lahan sampai contoh uji mengalami kerusakan. Beban tersebut merupakan beban maksimum yang dapat diterima oleh contoh uji. Nilai keteguhan tekan sejajar serat dihitung dengan rumus: Keteguhan tekan sejajar serat (kg/cm 2 Beban maksimum (kg) ) = 2 Luas penampang (cm ) Gambar 9 Pengujian keteguhan tekan sejajar serat 3.5 Rancangan Percobaan dan Analisa Data Pengolahan data pada penelitian ini dilakukan menggunakan Microsoft Excel 2007 dan SAS 9.1. Model rancangan percobaan yang digunakan pada penelitian ini adalah Rancangan Acak Lengkap (RAL). Faktor A adalah variasi kombinasi tebal lamina yang terdiri dari 3 taraf, yaitu A1 (1-3-1) cm, A2 (1,67-1,67-1,67) cm, dan A3 (2-1-2) cm. Faktor B adalah variasi pola penyusunan lamina bersilang yang terdiri dari 5 taraf yaitu orientasi lamina B1(0 ), B2 (30 ), B3 (45 ), B4 (60 ), dan B5 (90 ). Penelitian ini dilakukan dengan 3 kali ulangan. Dengan demikian jumlah satuan percobaan yang dibuat adalah 3 x 5 x 3 = 45 buah satuan percobaan. Adapun model umum yang digunakan adalah: Yij = µ + Ai + Bj + ABij + εij Keterangan : Yij = Nilai pengamatan parameter penentu kualitas CLT yang mendapat taraf

10 18 ke-i pada ulangan ke-i. µ = Nilai tengah pengamatan Ai = Nilai pengaruh faktor kombinasi tebal lamina pada taraf ke-i Bj = Nilai pengaruh faktor orientasi sudut lamina bersilang pada taraf ke-j ABij = Nilai pengaruh interaksi taraf ke-i faktor kombinasi tebal lamina dan taraf ke-j faktor orientasi sudut lamina bersilang εij = Nilai galat percobaan yang mendapat taraf ke-i pada ulangan ke-i Apabila pengaruh faktor utama dan interaksi antar faktor utama nyata pada tingkat kepercayaan 95% atau 99%, maka pengolahan dan analisis data dilanjutkan dengan menggunakan uji beda wilayah Duncan.