KARYA TULIS
TEORI ADHESI MEKANIKAL PEREKAT
Disusun Oleh: Tito Sucipto, S.Hut., M.Si. NIP. 19790221 200312 1 001
DEPARTEMEN KEHUTANAN
FAKULTAS PERTANIAN
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
2009
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis haturkan kepada Allah SWT atas segala nikmat dan keajaiban-Nya sehingga dapat menyelesaikan karya tulis mengenai “Teori Adhesi Mekanikal Perekat“.
Karya tulis ini berisi tentang gambaran umum mengenai teori adhesi mekanikal perekat sebagai dasar memahami perekatan kayu. Penulis berharap semoga karya tulis ini dapat memperkaya khasanah wawasan dan pengetahuan di bidang ilmu dan teknologi kayu.
Tulisan ini masih jauh dari kesempurnaan. Penulis mengharapkan saran dan masukan yang konstruktif demi menyempurnakan karya tulis.
Medan, Desember 2009
Penulis
DAFTAR ISI
Halaman
KATA PENGANTAR ... i
DAFTAR ISI... ii
DAFTAR GAMBAR ... iii
Adhesi Mekanikal ... 1
DAFTAR GAMBAR
Halaman 1. Visualisasi adhesi mekanikal antara perekat dengan sirekat... 1
TEORI ADHESI MEKANIKAL PEREKAT
Adhesi Mekanikal
Menurut Pizzi (1994), sesuai dengan namanya mechanical entanglement/interlocking theory, pendekatan ini mengemukakan bahwa aksi bersikunci perekat yang mengeras, secara mekanik dan fisik ke dalam ketidakteraturan makro dan mikro permukaan subtrat, merupakan faktor utama dalam perekatan.
Mekanisme dari aksi bersikunci perekat terjadi ketika permukaan substrat (tempat dimana perekat dilaburkan) porus (sarang), perekat dapat mengalir ke dalamnya dan mulai mengeras, sehingga berfungsi sebagai jangkar (anchor) perekatan (Gent dan Hamed, 1983). Namun kemampuan perekat untuk memasuki sirekat dan kekuatan perekatan, akan berkurang pada saat porositas sirekat tidak cukup dalam (Packham, 2003). Gambar visualisasi ikatan mekanikal antara perekat dengan sirekat adalah sebagai berikut.
Sumber: www.specialchem4adhesives.com/resources/adhesionguide/
Gambar 1. Visualisasi adhesi mekanikal antara perekat dengan sirekat
Polimer perekat dan serat kayu yang porus, bersikunci baik secara mikroskopis maupun molekular, membentuk mechanical interlock, ketika perekat dilaburkan, masuk ke dalam kayu (penetrates) dan membasahi
permukaan kayu (Gollob dan Wellons, 1990). Namun kontribusi aksi bersikunci perekat pada kekuatan perekatan, tidak mudah dideteksi dan diukur. Perekat harus dapat masuk ke dalam kayu, tanpa merusak serat kayu. Agar terjadi ikatan perekatan yang kuat untuk keperluan struktural, penetrasi perekat harus mampu masuk ke lapis kedua sampai lapis keenam serat kayu dan menembus dinding selnya.
Teori adhesi mekanikal menyatakan bahwa perekatan yang baik, hanya terjadi ketika perekat masuk ke dalam lumen, lubang atau celah dan ketidakteraturan lainnya dari permukaan substrat sirekat, dan terkunci secara mekanik pada substrat. Perekat tidak hanya harus membasahi substrat, tapi juga mempunyai rheologi yang tepat agar dapat masuk ke dalam rongga pada waktu yang cukup singkat (www. specialchem4adhesives.com).
Permukaan adherend perlu memiliki kekasaran tertentu untuk meningkatkan kekuatan dan ketahanan perekatan melalui mechanical interlock. Selain pre-treatment pada permukaan, hal lain yang dapat dilakukan untuk meningkatkan perekatan melalui mechanical interlock, adalah memperluas bidang rekat, meningkatkan wetting kinetics, dan meningkatkan plastisitas perekat (kesesuaian rheologi perekat) (www. specialchem4adhesives.com).
Menurut Packham (http://people.bath.ac.uk/mssdep/dep70yrs.htm), pada saat perekat tidak dapat membasahi permukaan sirekat secara sempurna (terjadi karena termodinamika energi permukaan yang tidak serasi antara perekat dan substrat atau terjadi karena tidak cukup waktu bagi perekat untuk memadat), maka akan terjadi perekatan yang lemah, karena berkurangnya daerah kontak atau karena tekanan (stress) terkonsentrasi dengan adanya rongga. Pada saat perekat dapat membasahi permukaan sirekat dengan sempurna, adsorption perekat akan terjadi baik pada permukaan kasar maupun permukaan halus. Namun dapat terjadi perekatan yang lemah karena rendahnya energi permukaan. Hal tersebut dapat diatasi dengan perlakuan pada permukaan.
Menurut Packham (http://people.bath.ac.uk/mssdep/dep70yrs.htm), kekasar-an permukaan dapat meningkatkan perekatan karena bidang kontak dengan perekat semakin luas. Perubahan keadaan permukaan akan
mendistribusikan tekanan (stress) ketika ikatan permukaan terbentuk, sehingga energi yang menyebabkan terjadinya fracture pada permukaan adherend dapat dihilangkan, yang akhirnya akan meningkatkan perekatan. Cara lain untuk meningkatkan perekatan pada permukaan mikroporous adalah dengan menciptakan stress discontinuities pada interface.
Teori adhesi mekanikal (mechanical theory of adhesion) berhubungan dengan perekatan pada permukaan yang kasar dan berrongga. Perekatan tersebut efektif karena energi permukaan yang dimiliki akan meningkatkan ikatan perekatan. Pada saat ditekan, permukaan yang kasar akan mendistribusikan kembali stress, seiring dengan hilangnya energi permukaan, maka akan terjadi kegagalan perekatan.
Konsep ”tentakel” perekat masuk ke dalam rongga sirekat terjadi pada tingkat molekul, diadaptasi dari konsep teori difusi pada tingkat yang lebih tinggi (Wool, 2002). Jika tentakel sirekat juga memasuki perekat, maka disebut dengan interdifusi, yang melibatkan terjadinya pertautan antara rantai perekat dengan rantai sirekat. Hal ini dimungkinkan jika sirekat membentuk tentakel dan terdapat kesesuaian yang erat antara perekat dengan sirekat, sehingga terjadi jaringan perekatan yang kuat, yang terbentuk dari kombinasi antara ikatan kimia dan ikatan mekanik.
Menurut Packham (2003), saat aksi bersikunci bekerja, tentakel atau bagian dari perekat, harus cukup kuat untuk menahan beban. Sebenarnya aksi bersikunci perekat tidak melibatkan interaksi kimia antara perekat dengan substrat. Namun pada kenyataannya, terdapat gaya gesek (friction forces) yang mencegah pemisahan antara perekat dan substrat, menunjukkan adanya interaksi antar permukaan. Aksi bersikunci lebih berpengaruh terhadap shear forces dibandingkan normal forces dan tergantung pada kekasaran permukaan (roughness).
Walaupun aksi bersikunci, mungkin tidak dapat menjelaskan mekanisme terjadinya perekatan pada kebanyakan peristiwa perekatan, kekasaran dan kemampuan penyerapan oleh substrat, serta pengaruh aksi bersikunci terhadap
distribusi tekanan pada daerah batas antara perekat dan sirekat, merupakan faktor yang penting (Zalucha and Wax, 1990).
Perekatan berkenaan dengan interaksi antara permukaan adhesive dengan permukaan substrate. Beberapa teori perekatan menekankan pada aspek mekanik, sedangkan yang lainnya menekankan pada aspek kimia. Namun pada kenyataannya, struktur kimia dan interaksinya mempengaruhi sifat mekanik, dan sifat mekanik mempengaruhi kekuatan ikatan kimia. Dengan demikian aspek mekanik dan aspek kimia tidak bisa dipisahkan, dalam menjelaskan mengenai teori perekatan (Frihart, 2005).
Referensi
Adhesion Theory. www.specialchem4adhesives.com/resources/adhesionguide/ index.aspx?id=theory4.
Frihart, C.R. 2005. Wood Adhesion and Adhesives. In : Rowell, R.M. (Ed.); Handbook of Wood Chemistry and Wood Composites. CRC Press, Washington, USA. Chap. 9.
Gent, A.N. and R.M. Hamed. 1983. Fundamentals of Adhesion. In: Blomquist, R.F., Christiansen, A.W., Gillespie, R.H. and Myers, G.E. (Eds); Adhesive Bonding of Wood and Other Structural Materials. Forest Product Technology USDA Forest Service and The University of Wisconsin. Chap. 2.
Gollob, L. and J.D. Wellons. 1990. Wood Adhesion. In : Skeist, I. (Ed.) ; Handbook of Adhesives, 3rd edition. Van Nostrand Reinhold. New York.
Packham, D.E. 2003. The Mechanical Theory of Adhesion. In : Pizzi, A. and Mittal, K.L. (Eds.) ; Handbook of Adhesive Technology (2nd ed.). Marcel Dekker, New York. Chap. 21.
Packham, D.E. 2003. A Seventy Year Perspective and Its Current Status. School of Materials Science. University of Bath. United of Kingdom. http://people.bath.ac.uk/mssdep/dep70yrs.htm
Pizzi, A. 1994. Advanced Wood Adhesives Technology. Marcel Dekker, Inc. New York.
Wool, R.P. 2002. Diffusion and Autoadhesion. In : Chaudury, M. and A.V. Pocius (Eds.); Adhesive Science and Engineering-2: Surfaces, Chemistry and Applications. Elsevier, Amsterdam. Chap 8. pp. 351-401.
Zalucha, D.J. and S.C.J. Wax. 1990. Adhesive and Adhesion. In : Dostal, C.A. et al. (Eds.); Adhesives and Sealants, Enginereed Materials Handbook Vol. 3. ASM International, USA.
