Teknologi Bahan

KAYU

oleh

ABDUL SUKUR KAMSIR

Kayu

• Penamaan Kayu– Penamaan Botani: tepat dan mengikut kaedah

Botani• contoh: Balanocapus Heimii (kayu cengal)

– Penamaan Vernakular: tidak tepat, menurut masyarakat setempat.

– Penamaan Dagangan: menurut ciri-ciri fizikal dan kejuruteraan yang sama / hampir sama.

2

Kayu

• Pengelasan– Kayu keras dan kayu lampung atau kayu lembut

(perbezaan botani)• sel trakeid bertugas sesalur utk aliran air/garam galian

• sel trakeid sebagai tisu penguat pokok.

• Bentuk daun seperti jarum.

• Buah berbentuk kon dan biji benih tidak berkulit.

Kekuatan kayu bergantung pada kandungan ketebalan dinding sel trakeid.

3

Kayu

• Kayu Keras– Tugas penguat pokok dan sesalur oleh tisu

berbeza. (sel salur dan gentian kayu/libriform)– Daun lebar.– Mengeluarkan biji benih berkulit.

Di Malaysia terdapat lebih banyak kayu keras daripada kayu lembut.

4

Kayu

• Kayu-kayu di Malaysia digolongkan kepada 3 kumpulan utama:– kayu keras berat (ketumpatan >880 kg/m3)

• contoh: Cengal, Tembusu, Balau, Merbau dan Resak

– kayu keras sederhana (ket. 720 - 880 kg/m3)• contoh: Kapor, Keledang dan Keruing.

– kayu keras ringan (ketumpatan <720 kg/m3)• contoh: Nyatoh, Jelutong, Pulai dan Terap.

5

Kayu

• Pengecaman Kayu– selain rupa fizikal: bentuk & warna (tidak

konsistent)– meneliti bentuk sel-sel di hujung kayu dgn.

Mikroskop atau kanta pembesar 10 - 15 kali.– Sel-sel diambil dgn pisau tajam supaya bentuk

sel-sel tidak rosak.– Sel-sel yang dicam: sel salur, trakeid, gelang

tumbesaran.

6

Kayu

• Ciri Dalaman Gelang Tumbesaran: Perubahan musim mempengaruhi kadar tumbesaran pokok, menyebabkan terbentuk gelang tumbesaran.

Gelang ini dapat menolong menentukan kualiti kayu e.g. bilangan gelang 4 -14 tiap 25mm --> kayu berkekuatan baik.

7

• Sel-Sel Kayu Keras & Kayu Lembut

• Lihat pada sel trakeid dan serat gentian dalam tugasnya menguatkan kayu dan menyalirkan air.

Kayu

8

Kayu• Ira, tekstur dan Corak Kayu

– Ira ialah arah gentian/serat kayu pada keratan kayu/papan berbanding paksi utama pokok.

– Tekstur ialah perbezaan relatif saiz gentian kayu pada keratan kayu/papan.

– Corak ialah rupa bentuk gentian kayu secara keseluruhan pada keratan kayu/papan.

– Terdapat 6 jenis ira: Ira lurus, ira serong, ira lintang, ira pusar, Ira kait-punca, ira gelombang.

9

Kayu

10

Jenis-jenis Ira kayu

Kayu

• Ciri-Ciri Kejuruteraan– Kekuatan kayu: keupayaan kayu merintangi

daya luaran yang bertindak ke atasnya atau menukar bentuk / dimensinya.

– Kekuatan bergantung pada arah daya bertindak dan sangat dipengaruhi oleh arah daya relatif dengan ira kayu.

– Kekuatan mampatan, tegangan, ricih, lenturan statik.

11

• Kekuatan tegangan

Kayu

IRA KAYU

DAYA TEGANGAN

Arah Daya selari dengan ira kayu

ARAH IRA

DAYA TEGANGAN

Arah daya tegak terhadap arah ira kayu 12

Kayu• Kekuatan mampatan

DAYA MAMPATAN

Arah daya selari dan tegak terhadap arah ira

13

KayuKekuatan Ricih

Keupayaan merintangi daya bertindak pada kedudukan sisi

Arah Ira

Daya ricih selari

Daya ricih selari

Arah Ira

Daya Ricih Tegak

Daya Ricih serong

Daya Ricih Serong

Daya Ricih Gelek Daya Ricih Gelek 14

Kayu• Kekuatan Lenturan Statik

– keupayaan kayu merintangi daya pada arah berlawanan yang menyebabkan berlaku lenturan (wujud keadaan mampatan & tegangan)

– keadaan sebenar bagaimana kayu alami semasa pengunaannya

• Kekerasan kayu: daya rintangan kayu terhadap suatu bebola keluli keras piawai bergaris pusat 11.3mm yang ditekankan ke dalam kayu sehingga separuh terbenam. Kekerasan ada hubungan rapat dgn kekuatan mampatan

15

Kayu• Faktor Mempengaruhi Kekuatan

– Ketumpatan– Kandungan Lembapan– Kecacatan kayu: buku kayu, pecah/rekah atau

berlubang– Ira kayu– Suhu– Rawatan

16

Kayu

17

Kayu

Kecerunan ira kayu mempengaruhi kekuatan dinyatakan dalam sudut antara arah daya dengan arah ira atau ditulis 1:n

18

Kayu• Kelembapan Kayu

– kayu hidup ~ 30% - 200% berat keringnya ialah air.

– Peratusan air ini bergantung pada saiz pokok dan spesisnya.

– Kandungan air mempengaruhi berat, kekuatan, kecutan, dan kecederungan diserang kulat dan serangga.

– Air dalam kayu berada dalam (a) dinding sel, (b) rongga sel dan ruang antara sel-sel kayu.

19

Kayu• Takat serat tepu (TST)

– had kelembapan air dalam kayu dengan air dalam “(a)” tepu dan dalam “ (b)” kering.

– Nilai TST ~ 24% - 30% bergantung pada saiz dinding sel (jenis kayu)

– kesan perubahan kandungan air ialah perubahan pada dimensi kayu. (pengecutan dan pengembangan)

20

Kayu

• Menentukan Kandungan Lembapan– Kaedah Pengeringan Ketuhar

– kayu dipotong kecil-kecil dan di timbang berat (m1) dan dikeringkan dalam ketuhar(dipanaskan dahulu pada 60oC) pada 105oC sehingga tidak berlaku pengurangan berat lagi. Kemudian timbang berat terakhir (m2).

m1 - m2

% Air = ------------- x 100 m2

21

Kayu• Kaedah Penyulingan• serpihan / habuk kayu

seberat 50gm dimasukkan dalam kelalang bersama minyak ketumpatan rendah/ tidak larut dalam air.

• Air yang meruap di kondensasikan ke dalam Penerima bersenggat.

• Jangka Kelembapan• Pelbagai jenama di

pasaran.22

Kayu

• Kecacatan Kayu– ialah ketidaksempurnaan pada kayu

menyebabkan kualiti kayu menurun.– Dua Punca utama kecacatan:

• semulajadi• agen-agen luaran seperti manusia,

cendawan, serangga dll.

23

Kayu

•Buku Kayu

•Gerigis

•Rekah hati

•Rongga

24

Kayu

25

Jenis Buku Kayu

Buku Pinggir

Buku Muka

Buku Jidar

Buku Rencung

Buku Arris

Kayu

• Gerigis– kerosakan pada sel-sel serat /gentian berpunca

daripada hasil tunas yang tidak tumbuh / kerosakan kerana serangga ketika hayat pokok.

– Kerosakan ini boleh di permukaan atau bahagian dalam kayu.

26

Kayu

• Rekah Hati: kerosakan sel serat/gentian ditengah pokok• Rongga: kerosakan sel-sel pada arah ira / pengumpulan

resin atau damar (jenis pokok tertentu)

27

Kayu

• Kecacatan kerana Agen Luaran

– Proses Pengeringan (kecacatan Pengeringan)

– Serangan Cendawan

– Pengorekan Serangga

28

KayuKecacatan Pengeringan

Rekah

Pecah

Melengkung/bebusur

relangan

piuh

meleding

kayu kulit keras

kempis

29

Kayu• Serangan Cendawan

– dikategorikan kepada dua jenis:• cendawan mereputkan kayu: sel-sel kayu di sekitar

jangkitan dihurai dan diserap. Contoh: Serpula lacrymans

• cendawan yang hanya mewarnakan kayu: cendawan ini

hanya menyerap makanan dalam sel-sel kayu. Tidak

mereputkan kayu tetapi memburukkan rupa fizikal kayu.

Keadaan teruk menurunkan kekuatan sehingga 30%.

Contoh: Ceratocystis coerulescens

30

Kayu

• Serangan Cendawan– memerlukan kelembapan sekurang-kurangnya

20% , suhu yang sesuai. Suhu 0 - 5oC menyebabkan perkembangan cendawan terhalang. Pereputan ini ~ Pereputan Lembab

– terdapat cendawan yang mereputkan kayu tanpa perlu lembapan tetapi perlu keadaan udara tidak beredar. ~ Pereputan Kering.

31

Kayu

• Serangan Serangga– boleh berlaku pada ketika kayu masih hidup– ketika dalam proses pengeringan atau telah

kering dan dalam simpanan (jika tidak diawet)– kecacatan dalam bentuk lubang-lubang bersaiz

5mm hingga 25mm - kediaman larva serangga yang memakan kayu berkenaan.

– Anai-anai, kumbang tanduk, kumbang perabot, kumbang powder post.

32

Kayu

Serangga Perosak Kayu 33

Kayu• Keberaliran Haba

– Keberaliran haba yang rendah /buruk. Penebat haba yang baik.– Kayu digunakan sebagai bahan penghalang rebakan kebakaran.

• Keberaliran Elektrik– Boleh digunakan sebagai penebat elektrik seperti pelapis suis,

soket lampu dsbnya. Tetapi sekarang telah diganti dengan bahan plastik /polimer kerana kayu dalam keadaan lembab bukan penebat elektik yang baik.

• Sifat Akustik– mempunyai sifat akustik yang baik: mampu menyerap

gelombang bunyi.

34

Kayu• Pengeringan Kayu

– Tujuan:• mengelakkan daripada serangan cendawan

• mengelakkan pengeringan tidak sekata secara tidak terkawal - menyebabkan kecacatan seperti meleding, rekah V, melengkung dan sebagainya.

– Kaedah Pengeringan:• Pengeringan Udara: menggunakan kaedah semulajadi

dengan kayu disusun supaya ada aliran angin dan menerima bahang cahaya matahari menambah sejatan.

• Pengeringan Tanur: kaedah kebuk tertutup dengan suhu,

kelembapan dan haba terkawal.35

KayuKelebihan kaedah Tanur

1. Pengeringan boleh dilakukan sepanjang tahun.

2. Pengeringan lebih cepat.

3. Mudah dikawal kesesuaian menurut jenis spesis kayu dan saiz tebal papan.

4. Kecacatan kerana pengeringan dapat dielakkan.

36

Kayu• Pengawetan / Rawatan Kayu

– Tujuan: • mengelakkan kayu diserang serangga dan cendawan

• melambatkan rebakan api ketika kebakaran

– Ciri-ciri bahan pengawet:• amat beracun terhadap kulat/cendawan/serangga perosak.• Boleh kekal dalam kayu / tidak meruap/sejat keluar.• Bahan yang mudah meresap /menembusi ke dalam sel

kayu.• Tidak toksik kepada manusia /haiwan. Mudah digunakan.• Murah dan mudah didapati.• Tidak merosakkan kayu dan mengkakis keluli.• Menghambat kebakaran (untuk tujuan kedua)

37

Kayu• Jenis-jenis Bahan Pengawet

– merupakan terbitan sebatian kuprum, natrium dan zink yang menggunakan bahan asas air, minyak dan gas.

– Pengawet asas air• larut dalamair, tidak berbau dan mudah dikerjakan.

• Contoh: kuprum arsenat, zink biflourida.

– Pengawet asas minyak• pelarut minyak meruap seperti diesel / kerosene. Kayu

akan berbau minyak ini.

• Contoh: pentaklorofenol, zink naftenat, kreosot.

38

Kayu• Proses Pengawetan Kayu

– proses bahan pengawet dimasukkan ke dalam kayu.

– Ada dua kategori: (i) dilakukan di kilang dan (ii) di tapak.

– Antara kaedah pengawetan:• penyalutan /sapuan

• rendaman sejuk

• rendaman panas

• rendaman panas-sejuk

• rawatan vakum berganda• penyerapan tekanan• proses sel kosong

39

Kayu

• Penyalutan / Sapuan– bahan pengawet disapu dengan brus ke

permukaan kayu.– dapat dilakukan di tapak / tempat pembinaan.– kurang berkesan jika sekali sapu. Perlu dua atau

lebih lapisan dan perlu diulang 2 -3 tahun sekali.

– tidak sesuai untuk kayu terdedah pada cuaca.

40

Kayu

• Rendaman Sejuk– mencelup /merendam kayu ke dalam takungan

berisi bahan pengawet bagi tempoh tertentu pada suhu biasa.

– sesuai dilakukan di tapak pembinaan.– Tempoh rendaman ~ bahan pengawet meresap

masuk ke dalam kayu. Berbeza bagi kayu berbeza.

41

Kayu

• Rendaman Panas– sama seperti kaedah rendaman sejuk tetapi bahan pengawet

dipanaskan terlebih dahulu kepada suhu 90oC.

– ini membantu menambah resapan bahan ke dalam kayu.

• Rendaman sejuk-panas– kayu direndam pada suhu biasa kemudian bahan dan kayu

dipanaskan bersama ke suhu 60oC - 90oC. Dibiarkan ½ jam - 4 jam, dibiarkan sejuk.

– Pemanasan awal mengembangkan sel-sel dan mengeluarkan udara dalam sel-sel dan meningkatkan keupayaan kayu meresap bahan pengawet.

42

Kayu• Rawatan Vakum Berganda

– digunakan bagi bahan pengawet berkelikatan rendah.

– sangat berkesan melindungi kayu.

– kayu dimasukkan ke dalam tangki tertutup dan udara dipam keluar. Membantu mengeluarkan udara dari dalam sel-sel kayu.

– ketika keadaan vakum, cecair pengawet dimasukkan dan akan meresap ke dalam sel-sel kayu.

– tekanan 1 atmosfera dikenakan untuk tempoh satu jam jika cecair susah meresap.

– setelah bahan pengawet dikeluarkan, vakum kali kedua dilakukan untuk membersih baki bahan pengawet di permukaan kayu. 43

Kayu• Penyerapan Tekanan

– dipanggil proses Bethel. Cecair pengawet meresap masuk sehingga ke bahagian dalam kayu.

– kayu dimasukkan ke dalam silinder tertutup, divakumkan bagi mengeluarkan udara dari dalam sel.

– cecair pengawet panas tidak lebih dari 90oC disembur ke dalam silinder pada tekanan 0.7 MN/m2 hingga 1.4 MN/m2 selama 2 jam. Langkah ini membolehkan dinding sel diresapi bahan pengawet.

– Separa vakum dikenakan bagi membersihkan bahan pengawet berlebihan tetapi tidak mengeluarkan bahan dari dalam rongga dan dinding sel.

44

Kayu• Penyerapan Tekanan

– bahan yang digunakan ialah krom-kuprum arsenat (chromated copper-arsenate)

45

Kayu• Proses Sel-Kosong

– dipanggil juga proses Rueping atau Proses Bethel yang diubahsuai supaya cecair pengawet hanya masuk ke dalam dinding sel sahaja, rongga sel tetap kosong.

– Sama seperti proses Bethel tetapi tekanan diberi pada 0.276 MN/m2 dan ketika tekanan ditambah cecair pengawet dimasukkan ke dalam silinder supaya cecair meresap masuk ke dalam sel kayu dan udara dalam rongga sel dimampatkan. Ini membantu cecair meresap terus ke dalam dinding sel.

– kemudian tekanan diturunkan dan ruang silinder dibuat separa vakum supaya cecair berlebihan dikeluarkan dari dalam rongga sel.

46

Kayu

• Pengredan Kayu

– berasaskan rupa fizikal / kecacatan dan

digabungkan dengan penggunaan kayu.

– lain negara mempunyai sistem pengredan

berbeza.

47

Kayu• Pengredan Kayu Lembut

– berdasarkan rupa fizikal, kecacatan buku kayu dan semua kecacatan lain

Jadual Gred Kayu Lembut

UK BS3819 I bersih I, II III IVNorway, Sweden,Finland & CanadaTimur

I,II,III, IVunsorted

V VI

Russia I, II, IIIunsorted

IV V

Brazil No. 1 & 2British Columbia, PantaiBarat Amerika Utara

No.1 bersihNo.2 bersihNo. 3 bersih

DaganganTerpilih,DaganganNo.1

DaganganNo.2

No.3 Biasa

48

Kayu• Pengredan Kayu Keras

– yang digunakan dikebanyakan negara seperti kayu lembut berdasarkan jumlah kecacatan.

– di Malaysia kayu-kayu ini dikategorikan terlebih dahulu kepada dua berdasarkan kandungan lembapan.

• kayu kering udara - <19% lembapan.

• kayu lembab - > 19% lembapan.

– kemudian digredkan berdasarkan tegasan iaitu contoh kayu diuji berupaya menanggung beban dengan selamat pada kadar peratusan tegasan tertentu.

• Gred Terpilih (Selected Grade) - tegasan minimum 80% tegasan asas.

• Gred Tertentu (Standard Grade) - tegasan min. 63 % tegasan asas.

• Gred Umum (Common Grade)- tegasan min. 50% tegasan asas.49

Kayu• Kayu di Malaysia juga dikategorikan mengikut kumpulan

kekuatan seperti berikut:Jadual Kumpulan Kayu di Malaysia

Kumpulan A Kumpulan B Kumpulan C Kumpulan D

BalauBalau MerahBitisCengalGiamKekatongKempasKeranjiMata UlatMempeningMertasNyalasPenaga

KapurKeledangKeruingKulimMengkuangMerawanMerbauMerpauhMinyak BerokPerupokPunahRengasResak

BintanganDurianGerutuKedondongKungkurMacangMedangMelantaiMelunakMempisangMeranti BakauMeranti Merah TuaMeranti Merah MudaMeranti PutihMeranti Kuning

Damar MinyakGeronggangJelutongPulaiBesendukTerentang

50

Kayu• Gred Tegasan mengikut kumpulan kayu bagi kayu kering udara

Kumpulankekuatan

Gred

Lenturanatau tegasanselaridengan ira(N/mm2)

Mampatanselaridengan ira(N/mm2)

Mampatantegakkepada ira(N/mm2)

Ricih selaridengan ira(N/mm2)

Modulakekenyalanpurataminimum(KN/mm2)

AAsasTerpilihTertentuUmum

25.2020.0015.8612.41

22.2717.5813.7911.14

1.921.591.521.45

3.242.281.791.45

14.759.65

BAsasTerpilihTertentuUmum

19.8615.8612.41 9.65

16.0612.7510.007.93

1.241.030.960.90

2.141.521.170.90

11.726.55

CAsasTerpilihTertentuUmum

14.4811.388.967.24

11.038.626.895.51

0.700.620.550.35

1.651.030.760.62

9.315.51

DAsasTerpilihTertentuUmum

9.657.585.514.82

8.276.555.174.14

0.620.520.480.45

1.380.960.760.62

6.553.10

51

Kayu• Pengunaan Kejuruteraan bagi Kayu

– industri pembinaan• kekuda kasau bangunan, kerangka rumah kayu,

dinding, rasuk, lantai, kerangka pintu dan tingkap, acuan kerja konkrit dan sokongan, kerangka pembinaan.

– industri perkayuan• pembuatan papan lapis, komposit kayu-plastik,

papan serpai /wafer.

– Sistem pengangkutan• pengkalan bot /jeti, jambatan, bot, kapal, rel

keretapi, dsbnya. 52

Kayu• Pengunaan Kejuruteraan bagi Kayu

53

Penggunaan kayu telah dirawat tahan terhadap cuaca

Sekian