Evaluasi Kekuatan Oriented Strand Board (Osb) Bambu Andong Pada Berbagai Shelling Ratio Melalui Pengujian Nondestruktif Dan Destruktif
EVALUASI KEKUATAN ORIENTED STRAND BOARD (OSB)
BAMBU ANDONG (Gigantochloa verticillata Willd.) Munro)
PADA BERBAGAI SHELLING RATIO MELALUI PENGUJIAN
NONDESTRUKTIF DAN DESTRUKTIF
RIMA VERA NINGSIH
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2016
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis berjudul Evaluasi Kekuatan
Oriented Strand Board (OSB) Bambu Andong (Gigantochloa verticillata willd.)
Munro) pada Berbagai Shelling Ratio Melalui Pengujian Nondestruktif dan
Destruktif adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan
belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber
informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak
diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam
Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Desember 2016
Rima Vera Ningsih
NIM E251140011
RINGKASAN
RIMA VERA NINGSIH. Evaluasi Kekuatan Oriented Strand Board (OSB)
Bambu Andong (Gigantochloa verticillata willd.) Munro) pada Berbagai Shelling
Ratio Melalui Pengujian Nondestruktif dan Destruktif. Dibimbing oleh FAUZI
FEBRIANTO dan LINA KARLINASARI.
Bambu merupakan salah satu bahan berlignoselulosa yang dapat digunakan
sebagai subtitusi kayu sehingga dapat dikembangkan untuk bahan pembuatan
komposit, salah satunya adalah oriented strand board (OSB). OSB merupakan
produk papan komposit struktural yang diproduksi dari partikel berbentuk strand
dibentuk dengan arah serat strand pada lapisan permukaan tegak lurus terhadap
lapisan inti direkat dengan perekat thermosetting dan dikempa panas (SBA 2005).
Tujuan penelitian ini adalah untuk mengevaluasi sifat fisis, sifat mekanis OSB
pada berbagai shelling ratio, mengevaluasi hubungan sifat mekanis OSB melalui
pengujian nondestruktif dan destruktif; serta menganalisis emisi formaldehida
OSB pada strand tanpa steam dan strand dengan perlakuan pendahuluan steam.
Pengujian sifat fisis dan mekanis papan OSB merujuk pada standar CSA 0437
(Grade 2) dan EN 300 (Grade2).
Perlakuan steam dilakukan pada suhu 126 °C, dengan tekanan 1.4 kg cm-2
selama 1 jam. Perekat yang digunakan adalah fenol formaldehida (PF) dengan
kadar perekat 8% dan penambahan parafin sebanyak 1% berdasarkan berat kering
oven strand. Untuk mengetahui pengaruh shelling ratio (rasio lapisan face-core),
maka OSB dibuat dengan 6 tipe perbandingan berdasarkan berat strand dalam
persen yaitu 50:50, 55:45, 60:40, 65:35, 70:30, dan 75:25. Untuk mengetahui
kekuatan papan dilakukan dua cara pengujian yaitu pengujian nondestruktif dan
destruktif.
Penelitian menunjukkan sifat fisis dan mekanis OSB pada berbagai shelling
ratio melalui perlakuan steam pada strand penyusunnya sebagian besar telah
memenuhi standar CSA 0437 dan EN 300 Grade 2. Pengujian nondestruktif
menggunakan analisis regresi sederhana, sebagian besar dapat digunakan untuk
menduga nilai modulus elastisitas statis (MOEs), modulus patah (MOR) pada
berbagai shelling ratio. Pada komposisi shelling ratio 70:30 dan 75:25 pada arah
sejajar serat memiliki kemampuan yang lebih besar dalam menahan beban
dibandingkan pada arah tegak lurus serat; serta keseluruhan OSB pada berbagai
shelling ratio dengan perlakuan steam pada strand-nya memiliki emisi
formaldehida yang rendah dibandingkan dengan OSB kontrol (tanpa steam).
Kata kunci: OSB, shelling ratio, destruktif dan nondestruktif, emisi formaldehida.
SUMMARY
RIMA VERA NINGSIH. Evaluation of OSB andong bamboo composed by
different shelling ratio through nondestructive and destructive testing. Supervised
by FAUZI FEBRIANTO dan LINA KARLINASARI.
Bamboo is one of the lignocellulotic materials that can used as wood
substitute which led to it can be applied as composite material like oriented strand
board (OSB). OSB is a structural composite product that produced by strand
particle, formed by strand on the perpendicular surface to the core layer bonded
with thermosetting binder under heat and pressure (SBA 2005). The objective
from this research were to evaluate physical and mechanical properties of OSB in
varied shelling ratio and to evaluate the relation of mechanical properties of OSB
by using nondestructive and destructive testing as well as to analyze formaldehyde
emission of untreated strand material and treated strand by steam. The physical
and mechanical test are performed based on CSA 0437 (Grade 2) and EN 300
(Grade 2) standard for OSB panels.
Steam treatment was conducted at temperature of 126 °C, pressure of 1.4
-2
kg cm with holding time of 1 hour. Phenol Formaldehyde (PF) has been used as
adhesive which filled for 8% and 1% based on the total dried strand. Shelling ratio
investigation of OSB was carried out by several types of strand with the ratio of face
and core layer were 50:50, 55:45, 60:40, 65:35, 70:30, and 75:25 based on the
strand oven dry weight on percent.
From the result show that physical and mechanical properties of OSB that
treated by steam was fulfill CSA 0437 (Grade 2) and EN 300 (Grade 2) standard.
Non-destructive test using simple regression analyze was performed to analyze
the statistic modulus elasticity (MOEs), modulus of rupture (MOR) of several
shelling ratio. At shelling ratio 70:30 and 75:25 with parallel direction have higher
mechanical properties as compared to perpendicular direction. OSB treated by
steam has lower emission as compared to untreated OSB.
Keywords: OSB, shelling ratio, nondestructive, formaldehyde emission.
© Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2016
Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan
atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan,
penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau
tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan
IPB
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis ini
dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB
EVALUASI KEKUATAN ORIENTED STRAND BOARD (OSB)
BAMBU ANDONG (Gigantochloa verticillata Willd.) Munro)
PADA BERBAGAI SHELLING RATIO MELALUI PENGUJIAN
NONDESTRUKTIF DAN DESTRUKTIF
RIMA VERA NINGSIH
Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains
pada
Program Studi Teknologi Hasil Hutan
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2016
Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis: Ihak Sumardi, S.Hut MSi PhD
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas segala
karunia-Nya sehingga penyusunan tesis ini berhasil diselesaikan. Tema yang
dipilih dalam penelitian ini ialah produk komposit OSB, dengan judul Evaluasi
Kekuatan Oriented Strand Board (OSB) Bambu Andong (Gigantochloa
verticillata willd.) Munro) pada Berbagai Shelling Ratio Melalui Pengujian
Nondestruktif dan Destruktif.
Penulis menyampaikan rasa hormat dan terima kasih kepada Bapak Prof Dr
Ir Fauzi Febrianto MS dan Ibu Dr Lina Karlinasari MScF atas bimbingan, arahan,
dan motivasi yang diberikan. Terimaksih juga kepada Bapak Dr Ihak Sumardi
selaku komisi penguji luar yang memberikan kritik dan saran yang membangun
dalam penulisan tesis ini. Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada Bapak,
Mama, Kakak-kakak tercinta (Eka Yulianti, Aping Chandratman, Vivia Sustriana,
Imam Bukhori, Ahmad Muzayin, Baiq Elina), seluruh keluarga atas segala doa
dan kasih sayangnya serta teman-teman tercinta Dini, Raka, Uwi, Sinta, Firman,
Sofi, Sena, Imam Busyira yang telah membantu dan meluangkan waktu dalam
kebersamaan selama penulis menuntut ilmu di IPB.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Desember 2016
Rima Vera Ningsih
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
vi
DAFTAR GAMBAR
vi
DAFTAR LAMPIRAN
vi
1 PENDAHULUAN
Latar Belakang
Perumusan Masalah
Tujuan Penelitian
Hipotesis
Manfaat Penelitian
1
1
2
2
3
3
2 TINJAUAN PUSTAKA
Oriented Strand Board (OSB)
Faktor-faktor Kualitas OSB
Bambu Andong (Gigantochloa verticillata (Willd.) (Munro)
Perekat Fenol Formaldehida
Bahan Aditif
Steam
Pengujian Nondestruktif dan Destruktif
Emisi Formaldehida
3
3
4
4
5
5
6
6
8
3 METODE
Bahan
Alat
Prosedur Analisis Data
Analisis Data
8
8
8
9
14
4 HASIL DAN PEMBAHASAN
Karakteristis Strand
Sifat Fisis OSB
Sifat Mekanis Nondestruktif OSB
Sifat Mekanis Destruktif OSB
Hubungan antara SWV dengan MOEs dan MOR
Hubungan antara MOEd dengan MOEs dan MOR
Distribusi Kekuatan Lentur OSB Terhadap Hubungan
Beban dan Defleksi
Emisi Formaldehida
15
15
16
17
19
24
25
26
28
5 SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Saran
29
29
29
DAFTAR PUSTAKA
30
LAMPIRAN
34
RIWAYAT HIDUP
44
DAFTAR TABEL
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Standar nilai sifat fisis dan mekanis OSB
Klasifikasi emisi formaldehida
Slendersenss ratio dan aspect ratio strand bambu andong
Komponen kelarutan zat ekstraktif
Sifat fisis OSB pada berbagai shelling ratio
Nilai SWV pada berbagai shelling ratio
Nilai MOEd pada berbagai shelling ratio
Rangkuman hubungan SWV dengan MOEs dan MOR
Rangkuman hubungan MOEd dengan MOEs dan MOR
Emisi Formaldehida OSB
4
14
15
16
17
18
19
25
26
28
DAFTAR GAMBAR
1 Produk OSB pada berbagai shelling ratio
2 Pola penentuan contoh uji
3 Nilai MOEs kondisi basah dan kering arah sejajar dan tegak lurus serat
pada berbagai shelling ratio
4 Nilai MOR kondisi basah dan kering arah sejajar dan tegak lurus serat
pada berbagai shelling ratio
5 Nilai internal bond (IB) OSB pada berbagai shelling ratio
6 Nilai kuat pegang sekrup OSB pada berbagai shelling ratio
7 Hubungan beban dengan defleksi kondisi basah dan kering pada arah
sejajar dan tegak lurus pada berbagai shelling ratio
10
10
21
22
23
24
27
DAFTAR LAMPIRAN
1. Anova sifat fisis OSB pada berbagai shelling ratio
2. Anova sifat mekanis nondestruktif OSB pada berbagai shelling ratio
3. Anova sifat mekanis destruktif OSB pada berbagai shelling ratio
35
37
40
1 PENDAHULUAN
Latar Belakang
OSB merupakan produk papan komposit struktural yang diproduksi dari
partikel berbentuk strand dibentuk dengan arah serat strand pada lapisan
permukaan tegak lurus terhadap lapisan inti direkat dengan perekat thermosetting
dan dikempa panas (SBA 2005). OSB bambu memiliki potensi yang baik untuk
dikembangkan karena sifat fisis dan mekanis yang dihasilkan lebih unggul dari
OSB yang terbuat dari kayu dan memenuhi kriteria OSB komersial (Adrin et al.
2013; Febrianto et al. 2012, 2013, 2014; Febrianto dan Arinana 2012). Salah satu
sifat unggul produk OSB dibandingkan dengan kayu solid adalah sifat stabilitas
dimensinya yang baik (SBA 2005; Nuryawan dan Massijaya 2006). Salah satu
jenis bambu yang potensial untuk dikembangkan sebagai bahan baku OSB adalah
bambu andong (Gigantochloa verticillata (Willd.) Munro). Beberapa kajian
(Febrianto et al. 2015; Abdillah 2015) menunjukkan bahwa bambu andong yang
digunakan sebagai bahan baku komposit telah memenuhi persyaratan OSB
komersial.
Faktor-faktor yang menentukan kualitas OSB antara lain adalah perlakuan
steam pada strand dan komposisi rasio penyusunan strand. Perlakuan steam pada
strand dalam pembuatan OSB terbukti dapat meningkatkan stabilitas dimensi dan
kekuatan papan yang dihasilkan (Rowell et al. 2002; Iswanto et al. 2010; Haryadi
2011). Pada penelitian pengaruh perlakuan steam pada strand bambu oleh Zhang
dan Yu (2015), Maulana (2015), Abdillah (2015) menyebutkan pemberian
perlakuan steam terhadap strand bambu dapat mengoptimalkan perekatan selama
proses pengempaan. Komposisi lapisan dalam penyusunan strand terutama rasio
antara bagian permukaan (face) dan inti (core) juga mempengaruhi kualitas OSB
terutama sifat mekanis lentur papan. Rasio antara lapisan face dan core disebut
shelling ratio. Kajian Suzuki et al. (2008) yang membuat OSB dari jenis kayu
sugi (Chryptomeria japonica) dengan menggunakan beberapa komposisi shelling
ratio yaitu 10:90, 30:70, 50:50, dan 70:30 menunjukkan sifat kekuatan papan
meningkat dengan meningkatnya komposisi lapisan papan. Namun, penggunaan
berbahan dasar bambu dalam hal komposisi penyusunan strand pada shelling
ratio yang berbeda masih terbatas. Dalam hal ini pada saat papan digunakan untuk
memikul beban, bagian terluar akan menerima beban tarik dan beban tekan
maksimal sehingga untuk menghasilkan produk yang memiliki kekuatan optimal
diperlukan penentuan shelling ratio dengan perbandingan tertentu.
OSB yang digunakan untuk keperluan konstruksi struktural berkaitan
dengan kemampuan bahan untuk menahan beban. Untuk itu perlu dilakukan
evaluasi terhadap kekuatan mekanis OSB yang dapat dilakukan dengan metode
destruktif dan nondestruktif. Evaluasi kekuatan produk komposit umumnya
dilakukan secara destruktif sebagai bagian dari pengendalian kualitas (quality
control, QC). Metode lain secara nondestruktif sudah banyak digunakan untuk
keperluan evaluasi terhadap beberapa sifat papan komposit. Salah satu
perkembangan dari pengujian nondestruktif adalah metode berbasis gelombang
tegangan bunyi (stress wave velocity, SWV). Beberapa penelitian (Pallerin dan
Ross 2002; Han et al. 2006; Arruda et al. 2011; Karlinasari et al. 2011, 2012)
2
menyebutkan pengujian secara nondestruktif berbasis gelombang bunyi dapat
digunakan untuk menduga sifat mekanis lentur pada produk papan komposit.
Untuk keperluan eksterior penggunaan perekat thermosetting (tahan
air/waterproof) seperti fenol formaldehida (PF) sangat umum digunakan
(Maloney 1993). PF merupakan perekat sintetis berbasis formaldehida yang dapat
mengeluarkan emisi pada produk yang digunakan. Dalam pembuatan papan
komposit, salah satu hal utama yang harus diperhatikan adalah kadar emisi
formaldehida yang dihasilkan oleh papan tersebut. Terlepas dari hal itu,
penggunaan jenis perekat ini banyak dipakai pada pembuatan komposit OSB
karena memiliki harga relatif ekonomis. Telah banyak penelitian mengenai emisi
formaldehida yang terkandung pada produk papan partikel dan produk panel
lainnya seperti kayu lapis dan papan lamina. Namun, sejauh ini informasi
mengenai banyaknya emisi formaldehida pada produk OSB terbuat dari bambu itu
sendiri belum tersedia sehingga diperlukan penelitian dalam pengujian emisi pada
pada produk OSB yang menggunakan perekat PF.
Penggunaan bambu telah banyak digunakan dalam pembuatan produk
komposit, namun komposisi shelling ratio dalam pembuatan OSB bambu perlu
dilakukan untuk memperoleh hasil yang optimal dari sifat fisis dan mekanisnya.
Perumusan Masalah
Bambu dapat menjadi bahan subtitusi kayu sebagai bahan baku produk
OSB. Dari hasil penelitian terdahulu menyebutkan bahwa bambu yang digunakan
untuk produk komposit belum maksimal dikembangkan dalam hal komposisi
shelling ratio papan. Selain itu, evaluasi produk secara nondestruktif sebagai
bagian dari kualitas OSB perlu dikembangkan. Dari masalah pembuatan OSB, hal
utama yang perlu dijawab adalah mengetahui emisi produk yang menggunakan
perekat berbasis formaldehida. Oleh karena itu, penelitian yang komprehensif
perlu dilakukan untuk pengembangan OSB dari beberapa shelling ratio (rasio
lapisan face-core) yang dapat diaplikasikan melalui pengujian nondestruktif dan
destruktif; serta mengetahui seberapa besar emisi formaldehida yang dihasilkan.
Tujuan Penelitian
Penelitian ini terdiri dari beberapa tujuan, antara lain adalah mengevaluasi
sifat fisis dan mekanis OSB pada berbagai shelling ratio dengan perlakuan
pendahuluan steam pada strand penyusunnya, mengevaluasi hubungan sifat
mekanis OSB yang diuji secara nondestruktif dan destruktif pada berbagai
shelling ratio, mengevaluasi distribusi kekuatan lentur OSB pada berbagai
shelling ratio; serta menganalisis kadar emisi formaldehida OSB pada strand yang
disteam dan tanpa steam.
3
Hipotesis
Hipotesis dari penelitian ini terdiri dari (1) Shelling ratio papan yang tinggi
dapat meningkatkan sifat mekanis OSB dengan perlakuan pendahuluan steam
pada strand penyusunnya, (2) Terdapat hubungan antara kekuatan OSB pada
berbagai shelling ratio yang diuji secara destruktif dan nondestruktif, (3) Kadar
emisi formaldehida OSB dipengaruhi oleh zat ekstraktif pada strand bambu.
Manfaat Penelitian
Hasil penelitian ini diharapkan dapat menghasilkan model pendugaan
kualitas OSB melalui pengujian nondestruktif dan destruktif berbasis kecepatan
gelombang bunyi sebagai pengembangan papan komposit struktural dan
mengetahui seberapa besar emisi formaldehida pada OSB dengan perlakuan steam
dan tanpa steam pada strand-nya terhadap penggunaan perekat berbahan dasar
sintetis sehingga dapat menghasilkan produk berkualitas khususnya penggunaan
bahan dari bambu sebagai subtitusi kayu.
2 TINJAUAN PUSTAKA
Oriented Strand Board (OSB)
Oriented Strand Board (OSB) adalah produk papan komposit struktural
yang diproduksi dari partikel berbentuk strand direkat dengan perekat
thermosetting dan dibentuk dengan arah serat strand pada lapisan permukaan
tegak lurus terhadap lapisan inti sehingga memiliki kekuatan dan karakteristik
seperti kayu lapis (SBA 2005). OSB didesain untuk menggantikan waferboard
diikat bersamaan menggunakan perekat resin tahan air (waterproof) dan dikempa
panas (Lowood 1997; Youngquist 1999; Nishimura et al. 2004).
Bahan baku yang digunakan dalam pembuatan OSB merupakan kayu
berkerapatan rendah sampai sedang. Hal ini disebabkan karena kayu dengan
kerapatan rendah sampai sedang mudah dalam proses pengempaan dan
menghasilkan kekompakan yang baik antar strandnya, kayu berkerapatan tinggi
akan menyulitkan pengempaan dan jauh lebih mahal (Bowyer 2003). Aplikasi dari
penggunaan OSB sebagai konstruksi struktural dapat menjadi bertambah di masa
mendatang. Hal ini dikarenakan OSB memiliki tujuan untuk kekuatan dalam
menahan beban. Standar mutu OSB yang dapat digunakan adalah standar CSA
0437 (Grade 2) dan EN 300 (Grade 2). Parameter yang dipersyaratkan dari kedua
standar tersebut meliputi kerapatan, kadar air, pengembangan tebal, modulus of
elasticity (MOE), modulus of rupture (MOR), dan keteguhan rekat internal
(internal bond, IB).
4
Tabel 1 Sifat fisis dan mekanis OSB berdasarkan CSA 0437 dan EN 300
Parameter
MOR //
MOE //
MOR ┴
MOE ┴
OSB/1
180
25 000
90
12 000
EN
OSB/2
OSB/3
200
220
35 000
35 000
100
110
14 000
14 000
OSB/4
300
48 000
160
19 000
CSA
Grade 1 Grade 2
234
295
45 886
56 084
96
126
13 256
15 295
Kuat pegang sekrup
Kerapatan
Kadar Air
Pengembangan Tebal
25
20
15
12
< 15
Daya Serap Air
Sumber: Structural Board Asociation (2005) dan European Standard (2003)
BAMBU ANDONG (Gigantochloa verticillata Willd.) Munro)
PADA BERBAGAI SHELLING RATIO MELALUI PENGUJIAN
NONDESTRUKTIF DAN DESTRUKTIF
RIMA VERA NINGSIH
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2016
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis berjudul Evaluasi Kekuatan
Oriented Strand Board (OSB) Bambu Andong (Gigantochloa verticillata willd.)
Munro) pada Berbagai Shelling Ratio Melalui Pengujian Nondestruktif dan
Destruktif adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan
belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber
informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak
diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam
Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Desember 2016
Rima Vera Ningsih
NIM E251140011
RINGKASAN
RIMA VERA NINGSIH. Evaluasi Kekuatan Oriented Strand Board (OSB)
Bambu Andong (Gigantochloa verticillata willd.) Munro) pada Berbagai Shelling
Ratio Melalui Pengujian Nondestruktif dan Destruktif. Dibimbing oleh FAUZI
FEBRIANTO dan LINA KARLINASARI.
Bambu merupakan salah satu bahan berlignoselulosa yang dapat digunakan
sebagai subtitusi kayu sehingga dapat dikembangkan untuk bahan pembuatan
komposit, salah satunya adalah oriented strand board (OSB). OSB merupakan
produk papan komposit struktural yang diproduksi dari partikel berbentuk strand
dibentuk dengan arah serat strand pada lapisan permukaan tegak lurus terhadap
lapisan inti direkat dengan perekat thermosetting dan dikempa panas (SBA 2005).
Tujuan penelitian ini adalah untuk mengevaluasi sifat fisis, sifat mekanis OSB
pada berbagai shelling ratio, mengevaluasi hubungan sifat mekanis OSB melalui
pengujian nondestruktif dan destruktif; serta menganalisis emisi formaldehida
OSB pada strand tanpa steam dan strand dengan perlakuan pendahuluan steam.
Pengujian sifat fisis dan mekanis papan OSB merujuk pada standar CSA 0437
(Grade 2) dan EN 300 (Grade2).
Perlakuan steam dilakukan pada suhu 126 °C, dengan tekanan 1.4 kg cm-2
selama 1 jam. Perekat yang digunakan adalah fenol formaldehida (PF) dengan
kadar perekat 8% dan penambahan parafin sebanyak 1% berdasarkan berat kering
oven strand. Untuk mengetahui pengaruh shelling ratio (rasio lapisan face-core),
maka OSB dibuat dengan 6 tipe perbandingan berdasarkan berat strand dalam
persen yaitu 50:50, 55:45, 60:40, 65:35, 70:30, dan 75:25. Untuk mengetahui
kekuatan papan dilakukan dua cara pengujian yaitu pengujian nondestruktif dan
destruktif.
Penelitian menunjukkan sifat fisis dan mekanis OSB pada berbagai shelling
ratio melalui perlakuan steam pada strand penyusunnya sebagian besar telah
memenuhi standar CSA 0437 dan EN 300 Grade 2. Pengujian nondestruktif
menggunakan analisis regresi sederhana, sebagian besar dapat digunakan untuk
menduga nilai modulus elastisitas statis (MOEs), modulus patah (MOR) pada
berbagai shelling ratio. Pada komposisi shelling ratio 70:30 dan 75:25 pada arah
sejajar serat memiliki kemampuan yang lebih besar dalam menahan beban
dibandingkan pada arah tegak lurus serat; serta keseluruhan OSB pada berbagai
shelling ratio dengan perlakuan steam pada strand-nya memiliki emisi
formaldehida yang rendah dibandingkan dengan OSB kontrol (tanpa steam).
Kata kunci: OSB, shelling ratio, destruktif dan nondestruktif, emisi formaldehida.
SUMMARY
RIMA VERA NINGSIH. Evaluation of OSB andong bamboo composed by
different shelling ratio through nondestructive and destructive testing. Supervised
by FAUZI FEBRIANTO dan LINA KARLINASARI.
Bamboo is one of the lignocellulotic materials that can used as wood
substitute which led to it can be applied as composite material like oriented strand
board (OSB). OSB is a structural composite product that produced by strand
particle, formed by strand on the perpendicular surface to the core layer bonded
with thermosetting binder under heat and pressure (SBA 2005). The objective
from this research were to evaluate physical and mechanical properties of OSB in
varied shelling ratio and to evaluate the relation of mechanical properties of OSB
by using nondestructive and destructive testing as well as to analyze formaldehyde
emission of untreated strand material and treated strand by steam. The physical
and mechanical test are performed based on CSA 0437 (Grade 2) and EN 300
(Grade 2) standard for OSB panels.
Steam treatment was conducted at temperature of 126 °C, pressure of 1.4
-2
kg cm with holding time of 1 hour. Phenol Formaldehyde (PF) has been used as
adhesive which filled for 8% and 1% based on the total dried strand. Shelling ratio
investigation of OSB was carried out by several types of strand with the ratio of face
and core layer were 50:50, 55:45, 60:40, 65:35, 70:30, and 75:25 based on the
strand oven dry weight on percent.
From the result show that physical and mechanical properties of OSB that
treated by steam was fulfill CSA 0437 (Grade 2) and EN 300 (Grade 2) standard.
Non-destructive test using simple regression analyze was performed to analyze
the statistic modulus elasticity (MOEs), modulus of rupture (MOR) of several
shelling ratio. At shelling ratio 70:30 and 75:25 with parallel direction have higher
mechanical properties as compared to perpendicular direction. OSB treated by
steam has lower emission as compared to untreated OSB.
Keywords: OSB, shelling ratio, nondestructive, formaldehyde emission.
© Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2016
Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan
atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan,
penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau
tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan
IPB
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis ini
dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB
EVALUASI KEKUATAN ORIENTED STRAND BOARD (OSB)
BAMBU ANDONG (Gigantochloa verticillata Willd.) Munro)
PADA BERBAGAI SHELLING RATIO MELALUI PENGUJIAN
NONDESTRUKTIF DAN DESTRUKTIF
RIMA VERA NINGSIH
Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains
pada
Program Studi Teknologi Hasil Hutan
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2016
Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis: Ihak Sumardi, S.Hut MSi PhD
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas segala
karunia-Nya sehingga penyusunan tesis ini berhasil diselesaikan. Tema yang
dipilih dalam penelitian ini ialah produk komposit OSB, dengan judul Evaluasi
Kekuatan Oriented Strand Board (OSB) Bambu Andong (Gigantochloa
verticillata willd.) Munro) pada Berbagai Shelling Ratio Melalui Pengujian
Nondestruktif dan Destruktif.
Penulis menyampaikan rasa hormat dan terima kasih kepada Bapak Prof Dr
Ir Fauzi Febrianto MS dan Ibu Dr Lina Karlinasari MScF atas bimbingan, arahan,
dan motivasi yang diberikan. Terimaksih juga kepada Bapak Dr Ihak Sumardi
selaku komisi penguji luar yang memberikan kritik dan saran yang membangun
dalam penulisan tesis ini. Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada Bapak,
Mama, Kakak-kakak tercinta (Eka Yulianti, Aping Chandratman, Vivia Sustriana,
Imam Bukhori, Ahmad Muzayin, Baiq Elina), seluruh keluarga atas segala doa
dan kasih sayangnya serta teman-teman tercinta Dini, Raka, Uwi, Sinta, Firman,
Sofi, Sena, Imam Busyira yang telah membantu dan meluangkan waktu dalam
kebersamaan selama penulis menuntut ilmu di IPB.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Desember 2016
Rima Vera Ningsih
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
vi
DAFTAR GAMBAR
vi
DAFTAR LAMPIRAN
vi
1 PENDAHULUAN
Latar Belakang
Perumusan Masalah
Tujuan Penelitian
Hipotesis
Manfaat Penelitian
1
1
2
2
3
3
2 TINJAUAN PUSTAKA
Oriented Strand Board (OSB)
Faktor-faktor Kualitas OSB
Bambu Andong (Gigantochloa verticillata (Willd.) (Munro)
Perekat Fenol Formaldehida
Bahan Aditif
Steam
Pengujian Nondestruktif dan Destruktif
Emisi Formaldehida
3
3
4
4
5
5
6
6
8
3 METODE
Bahan
Alat
Prosedur Analisis Data
Analisis Data
8
8
8
9
14
4 HASIL DAN PEMBAHASAN
Karakteristis Strand
Sifat Fisis OSB
Sifat Mekanis Nondestruktif OSB
Sifat Mekanis Destruktif OSB
Hubungan antara SWV dengan MOEs dan MOR
Hubungan antara MOEd dengan MOEs dan MOR
Distribusi Kekuatan Lentur OSB Terhadap Hubungan
Beban dan Defleksi
Emisi Formaldehida
15
15
16
17
19
24
25
26
28
5 SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Saran
29
29
29
DAFTAR PUSTAKA
30
LAMPIRAN
34
RIWAYAT HIDUP
44
DAFTAR TABEL
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Standar nilai sifat fisis dan mekanis OSB
Klasifikasi emisi formaldehida
Slendersenss ratio dan aspect ratio strand bambu andong
Komponen kelarutan zat ekstraktif
Sifat fisis OSB pada berbagai shelling ratio
Nilai SWV pada berbagai shelling ratio
Nilai MOEd pada berbagai shelling ratio
Rangkuman hubungan SWV dengan MOEs dan MOR
Rangkuman hubungan MOEd dengan MOEs dan MOR
Emisi Formaldehida OSB
4
14
15
16
17
18
19
25
26
28
DAFTAR GAMBAR
1 Produk OSB pada berbagai shelling ratio
2 Pola penentuan contoh uji
3 Nilai MOEs kondisi basah dan kering arah sejajar dan tegak lurus serat
pada berbagai shelling ratio
4 Nilai MOR kondisi basah dan kering arah sejajar dan tegak lurus serat
pada berbagai shelling ratio
5 Nilai internal bond (IB) OSB pada berbagai shelling ratio
6 Nilai kuat pegang sekrup OSB pada berbagai shelling ratio
7 Hubungan beban dengan defleksi kondisi basah dan kering pada arah
sejajar dan tegak lurus pada berbagai shelling ratio
10
10
21
22
23
24
27
DAFTAR LAMPIRAN
1. Anova sifat fisis OSB pada berbagai shelling ratio
2. Anova sifat mekanis nondestruktif OSB pada berbagai shelling ratio
3. Anova sifat mekanis destruktif OSB pada berbagai shelling ratio
35
37
40
1 PENDAHULUAN
Latar Belakang
OSB merupakan produk papan komposit struktural yang diproduksi dari
partikel berbentuk strand dibentuk dengan arah serat strand pada lapisan
permukaan tegak lurus terhadap lapisan inti direkat dengan perekat thermosetting
dan dikempa panas (SBA 2005). OSB bambu memiliki potensi yang baik untuk
dikembangkan karena sifat fisis dan mekanis yang dihasilkan lebih unggul dari
OSB yang terbuat dari kayu dan memenuhi kriteria OSB komersial (Adrin et al.
2013; Febrianto et al. 2012, 2013, 2014; Febrianto dan Arinana 2012). Salah satu
sifat unggul produk OSB dibandingkan dengan kayu solid adalah sifat stabilitas
dimensinya yang baik (SBA 2005; Nuryawan dan Massijaya 2006). Salah satu
jenis bambu yang potensial untuk dikembangkan sebagai bahan baku OSB adalah
bambu andong (Gigantochloa verticillata (Willd.) Munro). Beberapa kajian
(Febrianto et al. 2015; Abdillah 2015) menunjukkan bahwa bambu andong yang
digunakan sebagai bahan baku komposit telah memenuhi persyaratan OSB
komersial.
Faktor-faktor yang menentukan kualitas OSB antara lain adalah perlakuan
steam pada strand dan komposisi rasio penyusunan strand. Perlakuan steam pada
strand dalam pembuatan OSB terbukti dapat meningkatkan stabilitas dimensi dan
kekuatan papan yang dihasilkan (Rowell et al. 2002; Iswanto et al. 2010; Haryadi
2011). Pada penelitian pengaruh perlakuan steam pada strand bambu oleh Zhang
dan Yu (2015), Maulana (2015), Abdillah (2015) menyebutkan pemberian
perlakuan steam terhadap strand bambu dapat mengoptimalkan perekatan selama
proses pengempaan. Komposisi lapisan dalam penyusunan strand terutama rasio
antara bagian permukaan (face) dan inti (core) juga mempengaruhi kualitas OSB
terutama sifat mekanis lentur papan. Rasio antara lapisan face dan core disebut
shelling ratio. Kajian Suzuki et al. (2008) yang membuat OSB dari jenis kayu
sugi (Chryptomeria japonica) dengan menggunakan beberapa komposisi shelling
ratio yaitu 10:90, 30:70, 50:50, dan 70:30 menunjukkan sifat kekuatan papan
meningkat dengan meningkatnya komposisi lapisan papan. Namun, penggunaan
berbahan dasar bambu dalam hal komposisi penyusunan strand pada shelling
ratio yang berbeda masih terbatas. Dalam hal ini pada saat papan digunakan untuk
memikul beban, bagian terluar akan menerima beban tarik dan beban tekan
maksimal sehingga untuk menghasilkan produk yang memiliki kekuatan optimal
diperlukan penentuan shelling ratio dengan perbandingan tertentu.
OSB yang digunakan untuk keperluan konstruksi struktural berkaitan
dengan kemampuan bahan untuk menahan beban. Untuk itu perlu dilakukan
evaluasi terhadap kekuatan mekanis OSB yang dapat dilakukan dengan metode
destruktif dan nondestruktif. Evaluasi kekuatan produk komposit umumnya
dilakukan secara destruktif sebagai bagian dari pengendalian kualitas (quality
control, QC). Metode lain secara nondestruktif sudah banyak digunakan untuk
keperluan evaluasi terhadap beberapa sifat papan komposit. Salah satu
perkembangan dari pengujian nondestruktif adalah metode berbasis gelombang
tegangan bunyi (stress wave velocity, SWV). Beberapa penelitian (Pallerin dan
Ross 2002; Han et al. 2006; Arruda et al. 2011; Karlinasari et al. 2011, 2012)
2
menyebutkan pengujian secara nondestruktif berbasis gelombang bunyi dapat
digunakan untuk menduga sifat mekanis lentur pada produk papan komposit.
Untuk keperluan eksterior penggunaan perekat thermosetting (tahan
air/waterproof) seperti fenol formaldehida (PF) sangat umum digunakan
(Maloney 1993). PF merupakan perekat sintetis berbasis formaldehida yang dapat
mengeluarkan emisi pada produk yang digunakan. Dalam pembuatan papan
komposit, salah satu hal utama yang harus diperhatikan adalah kadar emisi
formaldehida yang dihasilkan oleh papan tersebut. Terlepas dari hal itu,
penggunaan jenis perekat ini banyak dipakai pada pembuatan komposit OSB
karena memiliki harga relatif ekonomis. Telah banyak penelitian mengenai emisi
formaldehida yang terkandung pada produk papan partikel dan produk panel
lainnya seperti kayu lapis dan papan lamina. Namun, sejauh ini informasi
mengenai banyaknya emisi formaldehida pada produk OSB terbuat dari bambu itu
sendiri belum tersedia sehingga diperlukan penelitian dalam pengujian emisi pada
pada produk OSB yang menggunakan perekat PF.
Penggunaan bambu telah banyak digunakan dalam pembuatan produk
komposit, namun komposisi shelling ratio dalam pembuatan OSB bambu perlu
dilakukan untuk memperoleh hasil yang optimal dari sifat fisis dan mekanisnya.
Perumusan Masalah
Bambu dapat menjadi bahan subtitusi kayu sebagai bahan baku produk
OSB. Dari hasil penelitian terdahulu menyebutkan bahwa bambu yang digunakan
untuk produk komposit belum maksimal dikembangkan dalam hal komposisi
shelling ratio papan. Selain itu, evaluasi produk secara nondestruktif sebagai
bagian dari kualitas OSB perlu dikembangkan. Dari masalah pembuatan OSB, hal
utama yang perlu dijawab adalah mengetahui emisi produk yang menggunakan
perekat berbasis formaldehida. Oleh karena itu, penelitian yang komprehensif
perlu dilakukan untuk pengembangan OSB dari beberapa shelling ratio (rasio
lapisan face-core) yang dapat diaplikasikan melalui pengujian nondestruktif dan
destruktif; serta mengetahui seberapa besar emisi formaldehida yang dihasilkan.
Tujuan Penelitian
Penelitian ini terdiri dari beberapa tujuan, antara lain adalah mengevaluasi
sifat fisis dan mekanis OSB pada berbagai shelling ratio dengan perlakuan
pendahuluan steam pada strand penyusunnya, mengevaluasi hubungan sifat
mekanis OSB yang diuji secara nondestruktif dan destruktif pada berbagai
shelling ratio, mengevaluasi distribusi kekuatan lentur OSB pada berbagai
shelling ratio; serta menganalisis kadar emisi formaldehida OSB pada strand yang
disteam dan tanpa steam.
3
Hipotesis
Hipotesis dari penelitian ini terdiri dari (1) Shelling ratio papan yang tinggi
dapat meningkatkan sifat mekanis OSB dengan perlakuan pendahuluan steam
pada strand penyusunnya, (2) Terdapat hubungan antara kekuatan OSB pada
berbagai shelling ratio yang diuji secara destruktif dan nondestruktif, (3) Kadar
emisi formaldehida OSB dipengaruhi oleh zat ekstraktif pada strand bambu.
Manfaat Penelitian
Hasil penelitian ini diharapkan dapat menghasilkan model pendugaan
kualitas OSB melalui pengujian nondestruktif dan destruktif berbasis kecepatan
gelombang bunyi sebagai pengembangan papan komposit struktural dan
mengetahui seberapa besar emisi formaldehida pada OSB dengan perlakuan steam
dan tanpa steam pada strand-nya terhadap penggunaan perekat berbahan dasar
sintetis sehingga dapat menghasilkan produk berkualitas khususnya penggunaan
bahan dari bambu sebagai subtitusi kayu.
2 TINJAUAN PUSTAKA
Oriented Strand Board (OSB)
Oriented Strand Board (OSB) adalah produk papan komposit struktural
yang diproduksi dari partikel berbentuk strand direkat dengan perekat
thermosetting dan dibentuk dengan arah serat strand pada lapisan permukaan
tegak lurus terhadap lapisan inti sehingga memiliki kekuatan dan karakteristik
seperti kayu lapis (SBA 2005). OSB didesain untuk menggantikan waferboard
diikat bersamaan menggunakan perekat resin tahan air (waterproof) dan dikempa
panas (Lowood 1997; Youngquist 1999; Nishimura et al. 2004).
Bahan baku yang digunakan dalam pembuatan OSB merupakan kayu
berkerapatan rendah sampai sedang. Hal ini disebabkan karena kayu dengan
kerapatan rendah sampai sedang mudah dalam proses pengempaan dan
menghasilkan kekompakan yang baik antar strandnya, kayu berkerapatan tinggi
akan menyulitkan pengempaan dan jauh lebih mahal (Bowyer 2003). Aplikasi dari
penggunaan OSB sebagai konstruksi struktural dapat menjadi bertambah di masa
mendatang. Hal ini dikarenakan OSB memiliki tujuan untuk kekuatan dalam
menahan beban. Standar mutu OSB yang dapat digunakan adalah standar CSA
0437 (Grade 2) dan EN 300 (Grade 2). Parameter yang dipersyaratkan dari kedua
standar tersebut meliputi kerapatan, kadar air, pengembangan tebal, modulus of
elasticity (MOE), modulus of rupture (MOR), dan keteguhan rekat internal
(internal bond, IB).
4
Tabel 1 Sifat fisis dan mekanis OSB berdasarkan CSA 0437 dan EN 300
Parameter
MOR //
MOE //
MOR ┴
MOE ┴
OSB/1
180
25 000
90
12 000
EN
OSB/2
OSB/3
200
220
35 000
35 000
100
110
14 000
14 000
OSB/4
300
48 000
160
19 000
CSA
Grade 1 Grade 2
234
295
45 886
56 084
96
126
13 256
15 295
Kuat pegang sekrup
Kerapatan
Kadar Air
Pengembangan Tebal
25
20
15
12
< 15
Daya Serap Air
Sumber: Structural Board Asociation (2005) dan European Standard (2003)