10 BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Waktu dan Tempat Penelitian ini dilakukan mulai bulan Mei 2012 Agustus 2012. Dilaksanakan di Laboratorium Bio Komposit, Laboratorium Rekayasa dan Desain Bangunan Departemen Hasil Hutan dan Laboratorium PAU Fakultas Teknologi Pertanian IPB dan Pusat Penelitian dan Pengembangan Permukiman Pekerjaan Umum (Puslitbang Permukiman PU), Cileunyi, Bandung.. 3.2 Bahan dan Alat Dalam penelitian ini digunakan bahan-bahan yang terdiri dari bambu hitam (Gigantochloa atroviolacea Widjaja), dan bambu tali (Gigantochloa apus (J.A & J.H. Schultes) Kurz) yang berumur ±3 tahun, Perekat PF (Phenol Formaldehyde), dan parafin 1%. Sedangkan peralatan yang digunakan terdiri dari bak plastik, waterbath pada suhu 126 C, tekanan 1,4 kg/cm 2, oven, desikator, gelas ukur, gelas aqua, timbangan digital, rotary blender, spray gun, cetakan berukuran 30 cm X 30 cm, kain Teflon ukuran 35 cm X 35 cm dan 100 cm X 100 cm, hot press, plat besi, kayu dengan tebal 1 cm, caliper, alat uji sifat mekanis (Universal Testing Machine) merk Instron tipe 3369 dan alat uji nondestruktif stress wave timer merk Metriguard 239A. 3.3 Prosedur Kerja 3.3.1 Persiapan bahan baku Bambu yang telah menjadi strand yang telah dibuat kemudian disortir, strand yang memiliki ukuran panjang antara 5 7 cm, lebar 1 3 cm dan tebal 0,1 0,3 cm diambil sedangkan sisanya dibuang. Sampel diambil secara acak sebanyak 100 strand, kemudian diukur panjang dan lebarnya untuk menentukan nilai aspect ratio strand (perbandingan panjang dan lebar strand) dan nilai slenderness ratio (perbandingan panjang dan tebal strand).
11 3.3.2 Pembuatan Strand Strand dibuat dari dua jenis bambu yang berbeda yakni bambu tali dan hitam, dengan ukuran 7 cm, lebar strand 2 cm dengan ketebalan 0,1-0,2 cm (Gambar 1). Penentuan nilai aspect ratio dan slenderness ratio strand dengan mengambil secara acak sebanyak 100 strand pada setiap jenis kemudian diukur panjang, lebar, dan dibandingkan. Hasil pengukuran lengkap disajikan pada lampiran 1. Gambar 1 Strand bambu 3.3.3 Perlakuan Pendahuluan Terhadap Strand Perlakuan pendahuluan terhadap strand dilakukan dengan di steam menggunakan alat pengukusan yang disebut autoklaf. Perlakuan pendahuluan dilakukan dengan cara strand dimasukan kedalam autoklaf pada suhu 126 C, tekanan 1,4 kg/cm 2 selama 1 jam, (Iswanto 2008). Kemudian strand dijemur sampai kering udara lalu dimasukan ke dalam oven pada suhu 60 C dalam waktu 36 jam hingga kadar air kurang dari 5%. Gambar 2 Alat steam autoklaf 3.3.4 Persiapan Perekat Perekat yang dipakai adalah perekat PF (Phenol Formaldehyde), dengan kadar perekat 6%, 8%, dan 10% dari berat kering oven strand.
12 3.3.5 Pencampuran Strand dan Perekat Pencampuran perekat dengan strand dilakukan dengan menggunakan alat rotary blender, sedangkan untuk memasukan perekat ke dalam rotary blender dengan bantuan alat sprayer dan dimasukan pula parafin dalam bentuk cair dengan kadar 1% terhadap berat total bahan baku. Gambar 3 Alat rotary blender 3.3.6 Pembentukan Lapik (Mats) OSB Lapik yang dibuat terdiri dari 3 lapis yaitu lapis muka, belakang, dan inti. Arah strand lapisan muka dan belakang disusun sejajar menurut arah memanjang panil, sedangkan lapisan inti arahnya tegak lurus terhadap lapisan muka dan belakang untuk meningkatkan dimensi panil yang dibentuk. Bambu disusun berlapis pada cetakan 30 x 30 x 1 cm dengan orientasi serat yang berlawanan untuk mengoptimalkan kekuatan dan stabilitas. Perbandingan antar lapisan face : core : back menggunakan perbandingan 1 : 1 : 1. Gambar 4 Pembentukan lembaran 3.3.7 Pengempaan Pengempaan lapik menggunakan kempa panas, bertujuan membentuk lapik strand dalam ikatan panil yang padat dan keras serta untuk memperoleh
13 ketebalan yang diinginkan yaitu 1 cm. Tekanan kempa yang digunakan sebesar 25 kg/cm 3, dengan waktu kempa 7 menit, dan suhu 160 C. Gambar 5 Alat kempa panas 3.3.8 Pengondisian Setelah proses pengempaan, lembaran-lembaran OSB diberi perlakuan conditioning dengan cara penumpukan rapat (solid files) selama ±14 hari agar perekat mengeras dan kadar air berada dalam kondisi kesetimbangan sebelum dilakukan pengujian sifat fisis dan mekanisnya. Gambar 6 Pola penentuan contoh uji Keterangan: A,D : contoh uji untuk MOE dan MOR tegak lurus serat kondisi kering dan basah (20 x 5 x 1) cm B,C E F : contoh uji untuk MOE dan MOR sejajar serat kondisi kering dan basah (20 x 5 x 1) cm : contoh uji untuk kadar air dan kerapatan (10 x 10 x 1) cm : contoh uji untuk kuat pegang sekrup (10 x 5 x 1) cm G : contoh uji uji untuk pengembangan tebal dan daya serap air (5 x 5 x1) cm
14 H I : contoh uji untuk internal bond (5 x 5 x 1) cm : cadangan (5 x 5x 1) cm 3.4 Pengujian Sifat Fisis 3.4.1 Kerapatan (KR) Pengujian kerapatan dilakukan pada kondisi kering udara dan volume kering udara. Contah uji berukuran 10 X 10 X 1 cm berdasarkan standar JIS A 5908 (2003) ditimbang beratnya (m1), lalu diukur rata-rata panjang, lebar dan tebalnya untuk menentukan volume contoh uji (v). Nilai kerapatan dihitung dengan persamaan : ( ) 3.4.2 Kadar Air (KA) Contoh uji berukuran 10 X 10 X 1 cm berdasarkan standar JIS A 5908 (2003) yang digunakan adalah bekas contoh uji kerapatan. Kadar air OSB dihitung berdasarkan berat awal (m1) dan berat kering oven (m2) selama 24 jam pada suhu 103 ± 2 C. Nilai KA dihitung dengan persamaan : ( ) 3.4.3 Daya Serap Air (DSA) Contoh uji berukuran 5 X 5 X 1 cm berdasarkan standar JIS A 5908 (2003) ditimbang berat awalnya (m1). Kemudian direndam dalam air dingin selama 2 dan 24 jam, setelah itu ditimbang beratnya (m2). Nilai DSA dihitung dengan persamaan : ( ) 3.4.4 Pengembangan Tebal (PT) Contoh uji pengembangan tebal berukuran 5 X 5 X 1 cm sama dengan contoh uji daya serap air. Pengembangan tebal didasarkan pada tebal sebelum (t1) yang diukur pada keempat sisi dan dirata-ratakan dalam kondisi kering udara dan
15 tebal setelah perendaman (t2) dalam air dingin selama 2 jam dan 24 jam. Nilai PT dihitung dengan persamaan : ( ) 3.5 Pengujian Sifat Mekanis OSB 3.5.1 Modulus Lentur (Modulus of Elasticity = MOE) Pengujian MOE dilakukan dengan menggunakan dua metode, yaitu pengujian non destruktif dan pengujian destruktif. Pengujian destruktif menggunakan alat Universal Testing Machine merk Instron dengan menggunakan lebar bentang (jarak penyangga) 15 kali tebal nominal, tetapi tidak kurang dari 15 cm. Contoh uji yang digunakan berukuran 5 x 20 x 1 cm berdasarkan standar JIS A 5908 (2003) yaitu pada arah longitudinal (searah dengan orientasi strand pada lapisan permukaan OSB) dan pada arah transversal (tegak lurus dengan orientasi strand pada lapisan permukaan OSB). Pembebanan contoh uji diberikan dengan kecepatan 10 mm/menit. Pengujian MOE s dilakukan dalam dua kondisi yaitu kering dan basah. Kondisi basah dimana contoh uji sebelum dilakukan pengujian direndam dengan air selama 24 jam. Untuk uji destruktif, nilai MOE dihitung dengan persamaan : ( ) MOEs : Modulus of Elasticity (kgf/cm 2 ) ΔP : beban dibawah batas proporsi (kgf) L : jarak sangga (cm) ΔY : defleksi pada beban P (cm) b : lebar contoh uji (cm) t : tebal contoh uji (cm) 3.5.2 Modulus Patah (Modulus of Rupture = MOR) Pengujian MOR dilakukan bersama-sama dengan pengujian MOE dengan memakai contoh uji yang sama. Pada pengujian ini, pembebanan pada pengujian
16 MOE dilanjutkan sampai contoh uji mengalami kerusakan (patah). Nilai MOR dihitung dengan persamaan: MOR : modulus of rupture (kgf/cm 2 ) P L b h : beban maksimum (kgf) : jarak sangga (cm) : lebar contoh uji (cm) : tebal contoh uji (cm) ( ) 3.5.3 Internal Bond (IB) Gambar 7 Proses pengujian MOEs dan MOR Contoh uji berukuran 5 cm x 5 cm x 1 cm berdasarkan standar JIS A 5908 (2003) direkatkan pada dua buah blok alumunium dengan perekat dan dibiarkan mengering selama 24 jam. Kedua blok ditarik tegak lurus permukaan contoh uji dengan kecepatan 2 mm/menit sampai beban maksimum. Nilai IB dihitung dengan persamaan sebagai berikut : ( ) IB : internal bond strength (kgf/cm 2 ) P b L : beban maksimum (kgf) : lebar contoh uji (cm) : panjang contoh uji (cm)
17 Gambar 8 Proses pengujian internal bond 3.5.4 Kuat Pegang Sekrup (Screw Holding Power) Contoh uji berukuran 5 cm x 10 cm x 1 cm berdasarkan standar JIS A 5908 (2003). Sekrup yang digunakan berdiameter 2,7 mm, panjang 16 mm dimasukkan hingga mencapai kedalaman 8 mm. Nilai kuat pegang sekrup dinyatakan oleh besarnya beban maksimum yang dicapai dalam kilogram. Gambar 9 Pengujian kuat pegang sekrup 3.6 Pengujian Nondestruktif Pengujian non destruktif dilakukan menggunakan metode gelombang ultrasonik menggunakan alat Metriguard 239A stress-wave timer yang memberikan informasi berupa rambatan gelombang yang diperoleh dari kedua cujung contoh uji. Pada kedua contoh uji dibuat lubang berdiameter 5 mm dan sedalam ±2 cm untuk menempatkan tranduse penerima (slop accelerometer) dan tranduser pengirim (star accelerometer) yang akan memberikan informasi kecepatan rambat gelombang yang diperoleh dari panjang gelombang dan waktu tempuh gelombang. Waktu rambat akan terbaca pada layar kemudian waktu rambat akan digunakan untuk menghitung kecepatan gelombang suara (SWV). Nilai SWV dan MOE dinamis dihitung menggunakan persamaan:
18 SWV : kecepatan rambatan gelombang suara (m/detik) d : jarak tempuh gelombang antar dua transduser (m) t : waktu tempuh gelombang antar dua transduser (detik) MOE d : MOE dinamis (kg/cm 2 ) p : kerapatan (kg/m 3 ) g : konstanta gravitasi (9,81 m/detik 2 ) Gambar 10 Alat uji non destruktif merk Metriguard Menurut Sandoz (1994) sepanjang sisi longitudinal, relasi antara kecepatan perambatan gelombang ultrasonik dengan sifat elastisitas sampel ditunjukkan oleh persamaan: V = MOE dinamis diperoleh berdasarkan fungsi persamaan : MOE dl = MOE dl : modulus elastisitas dinamis pada arah longitudinal (kg/em 2 ) v : keecpatan perambatan gelombang ultrasonik (m/s) p : kerapatan (kg/m') g : konstanta gravitasi (9,81 m/s2) d : selisih jarak antar transduser (em) t : waktu tempuh gelombang (J.ls)
19 3.7 Analisis Data Analisis data yang digunakan pada penelitian ini menggunakan Rancangan Acak Lengkap (RAL) faktorial 2 faktor dengan faktor A adalah veriasi jenis bambu dan B adalah variasi kadar perekat dan ulangan sebanyak 3 kali sehingga percobaan 2 x 3 x 3. Analisis data digunakan dengan bantuan program computer SPSS 17.0. Model umum rancangan yang digunakan yang digunakan adalah sebagai berikut : Y ijk = µ + A i + B j + (AB) ij + ε ijk Y ijk = nilai respon pada taraf ke i faktor jenis kayu yang digunakan dan pada taraf ke-j faktor ukuran papan yang dibuat µ = nilai rata-rata pengamatan. A i B j i j = pengaruh perlakuan pendahuluan pada taraf ke-i = pengaruh variasi kadar perekat taraf ke-j = perlakuan pendahuluan steam dan non steam = variasi kadar perekat 3 %, 4%, dan 5% pada perekat MDI k = ulangan (1, 2, 3 dan 4) (AB)ij = pengaruh interaksi faktor perlakuan pendahuluan pada taraf ke i dan faktor variasi kadar perekat pada taraf ke-j Εijk = kesalahan (galat) percobaan. Analisis ragam pada selang kepercayaan 95% dilakukan untuk mencari pengaruh perlakuan terhadap nilai pengamatan. Jika hasil analisis tersbut menunjukan hasil yang signifikan, maka dilakukan uji lanjut Duncan untuk melihat pengaruh yang berbeda nyata dari jenis bambu dan kadar perekat. Analisis regresi linear sederhana digunakan untuk mengetahui hubungan hasil pengujian nondestruktif dengan hasil pengujian destruktif pada OSB. Persamaan yang digunakan adalah : Y = α + βx + ε Y : peubah tak bebas (nilai dugaan) α : konstanta regresi β : kemiringan / gradient
20 x ε : nilai peubah bebas : galat 3.8 Penentuan OSB Terbaik Penentuan OSB terbaik hasil penelitian ini dilakukan dengan cara menentukan urutan sifat-sifat OSB dari yang paling unggul hingga terendah pada masing-masing pengujian baik dari sifat mekanis maupun sifat fisis. Nilai yang diberikan atas keunggulan sifat dari 6 kombinasi jenis bambu dan kadar perekat OSB, mulai dari kualitas tertinggi hingga terendah diberikan poin 1 sampai 6. Hasil penentuan urutan disajikan pada Lampiran 16. Nilai terendah merupakan OSB dengan kualitas terbaik.