PENGARUH PERLAKUAN PERMUKAAN DAN TEBAL ADHESIF TERHADAP KEKUATAN SAMBUNGAN CAMPURAN SILYL MODIFIED POLYMER - EPOKSI MATERIAL ALUMINIUM TESIS Disusun untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat Magister Program Studi Teknik Mesin Oleh Sri Hastuti S951408002 PROGRAM PASCASARJANA UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2016 i
ii
iii
PERNYATAAN ORISIONALITAS DAN PUBLIKASI TESIS Saya menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa: 1. Tesis yang berjudul: Pengaruh Perlakuan Permukaan dan Tebal Adhesif Terhadap Kekuatan Sambungan Campuran Silyl Modified Polymer - Epoksi Material Aluminium ini adalah karya penelitian saya sendiri dan tidak terdapat karya ilmiah yang pernah diajukan oleh orang lain untuk memperoleh gelar akademik serta tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang tertulis dengan acuan yang disebutkan sumbernya, baik dalam naskah karangan dan daftar pustaka. Apabila ternyata dalam naskah tesis ini dapat dibuktikan terdapat unsur-unsur plagiasi, maka saya bersedia menerima sangsi, baik tesis beserta gelar magister saya dibatalkan serta diproses sesuai dengan peraturan perundangundangan yang berlaku. 2. Publikasi sebagian atau keseluruhan isi tesis pada jurnal atau forum ilmiah harus menyertakan tim promotor sebagai author dan PPs UNS sebagai institusinya. Apabila saya melakukan pelanggaran dari ketentuan publikasi ini, maka saya bersedia mendapat sanksi akademik yang berlaku. Surakarta, Oktober 2016 Mahasiswa Sri Hastuti S951408002 iv
Sri Hastuti/ S951408002. 2016. Pengaruh Perlakuan Permukaan dan Tebal Adhesif Terhadap Kekuatan Sambungan Campuran Silyl Modified Polymer - Epoksi Material Aluminium. TESIS: Pembimbing I: Dr. Triyono, S.T., M.T. Pembimbing II: Prof. Dra. Neng Sri S., M.Sc., Ph.D. Program Studi Teknik Mesin, Program Pascasarjana, Universitas Sebelas Maret Surakarta. ABSTRAK Adhesive bonding merupakan teknologi sambungan yang banyak digunakan pada industri transportasi meliputi industri otomotif, aerospace dan kelautan. Tujuan penelitian ini adalah menyelidiki pengaruh perlakuan permukaan dan tebal perekat pada sambungan campuran perekat silyl modified polymer (SMP) - epoksi (EP) pada sambungan single lap joint aluminium ke aluminium. Pengujian single lap joint (SLJ) ditentukan menggunakan metode pengujian single lap shear. Kekasaran permukaan menggunakan sandpapering (SDP) dan sandblasting (SDB). Permukaan adherend mendapatkan perlakuan tanpa perlakuan kimia dan dengan perlakuan kimia etsa chromic-sulphuric acid (CSA). Variasi campuran perekat 100% EP, 75% EP : 25% SMP, 50% EP : 50% SMP, 25% EP : 75% SMP dan 100% SMP. Prosedur sambungan perekat dilakukan berdasarkan pada standar ASTM D1002. Hasil penelitian menunjukkan kekuatan sambungan maksimum pada variasi campuran perekat 75% EP : 25% SMP pada tebal perekat 0,6 mm SDP dengan perlakuan kimia etsa CSA (15,32 MPa) dan pada tebal perekat 0,2 mm SDB dengan perlakuan kimia etsa CSA (14,57 MPa). Perlakuan permukaan terhadap kekasaran SDP dan SDB dengan etsa CSA memberikan modifikasi permukaan adherend dengan porositas yang tinggi. Penambahan sedikit perekat SMP pada perekat epoksi dan perlakuan permukaan adherend meningkatkan kekuatan sambungan. Mixed perekat meningkatkan modulus elastisitas dan kekuatan mekanik sambungan. Mode kegagalan perekat yang terjadi pada sambungan SLJ 100% EP, perekat campuran SMP-EP dan 100% SMP adalah adhesif, kohesif dan mixed failure mode. Keywords: silyl modified polymer, epoksi, aluminium, single lap joint v
Sri Hastuti/ S951408002. 2016. The Effect of Surface Treatment and Adhesive Thickness on the Joint Strength Mixed Silyl Modified Polymer - Epoxy Aluminium Material. THESIS: Principal Advisor: Dr. Triyono, S.T., M.T. Co-advisor: Prof. Dra. Neng Sri S., M.Sc., Ph.D. Thesis: The Graduate Program in Mechanical Engineering, Sebelas Maret University, Surakarta. ABSTRACT Adhesive bonding is a joining technology which is used in many transportation industries including automotive, aerospace and naval industries. The objectives of this research are investigating the effect of surface treatment and adhesive thickness on the joint strength of mixed silyl modified polymer (SMP) - epoxy (EP) adhesive on single lap joint aluminium to aluminium. The single lap joint (SLJ) strength was determined by the single lap shear test method. The Roughness surface aluminium use sandpapering (SDP) and sandblasting (SDB). Surface adherend was treated without chemical treatment and with chemical treatment chromic-sulphuric acid etch (CSA). The variation of mixed adhesive are 100% EP, 75% EP : 25% SMP, 50% EP : 50% SMP, 25% EP : 75% SMP and 100% of SMP. The procedure of adhesive joints was done based on the standard of ASTM D1002. The experimental result showed that the maximum joint strength is at variation mixed adhesive 75% EP : 25% SMP at thickness adhesive 0.6 mm SDP with chemical treatment CSA etch (15.32 MPa) and at thickness adhesive 0.2 mm SDB with chemical treatment CSA etch (14.57 MPa). The surface treatments on the roughness of SDP and SDB with the chemical treatment CSA etch gives the modification on adherends surface with the high porosity. The addition of few SMP in epoxy adhesive and surface treatment adherend increases the joint strength. The mixed adhesive increases the modulus elasticity and the mechanical joint strength. The adhesive failure modes which occured in the SLJ 100% EP, mixed adhesive SMP-EP and 100% SMP are adhesive, cohesive and mixed failure mode. Keywords: silyl modified polymer, epoxy, aluminium, single lap joint vi
KATA PENGANTAR Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkatnya penulis dapat menyelesaikan tesis ini. Tujuan penulisan tesis ini adalah untuk memenuhi sebagian persyaratan guna mencapai gelar magister teknik di Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta. Penulis menghaturkan terima kasih yang sangat mendalam kepada semua pihak yang telah berpartisipasi dalam penelitian dan penulisan tesis ini, khususnya kepada: 1. Bapak Dr. Triyono, ST., MT. selaku Ketua Program Studi Pascasarjana Teknik Mesin Fakultas Teknik UNS dan pembimbing I yang dengan sabar dan pengertian telah memberikan banyak bantuan dalam penelitian dan penulisan tesis ini. 2. Ibu Prof. Dra. Neng Sri S., M.Sc., Ph.D. selaku pembimbing II yang memberikan bimbingan dengan baik dalam penelitian dan penulisan tesis ini. 3. Bapak Dr. Agus Supriyanto, S.Si., M.Si. selaku penguji dan pemberi arahan atas pelaksanaan tesis ini. 4. Dosen-dosen Pascasarjana terutama Fakultas Teknik dan Fakultas MIPA UNS yang telah membuka wacana keilmuan penulis. 5. Maruto Adi P, ST. di Lab. Material Teknik Mesin UNS yang telah membantu dalam pengujian spesimen. 6. Teman-teman dari Lab. Material Teknik yang telah memberikan motivasi dan dorongan moril serta spiritual baik secara langsung maupun tidak langsung. Penulis menyadari, bahwa dalam tesis ini masih terdapat banyak kekurangan. Oleh karena itu bila ada saran, koreksi, dan kritik demi kesempurnaan tesis ini, akan penulis terima dengan ikhlas dan dengan ucapan terima kasih. Surakarta, 7 Oktober 2016 Penulis vii
DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL... i PENGESAHAN PEMBIMBING TESIS... ii PENGESAHAN PENGUJI TESIS... iii PERNYATAANAN ORISIONALITAS DAN PUBLIKASI TESIS... iv ABSTRAK... v ABSTRACT... vi KATA PENGANTAR... vii DAFTAR ISI... viii DAFTAR TABEL... x DAFTAR GAMBAR... xi DAFTAR LAMPIRAN... xiii BAB I. PENDAHULUAN... 1 1.1. Latar Belakang... 1 1.2. Rumusan Masalah... 3 1.4. Tujuan Penelitian... 4 1.5. Manfaat Penelitian... 4 BAB II. LANDASAN TEORI... 5 2.1. Tinjauan Pustaka... 5 2.2. Dasar Teori... 9 2.2.1. Adhesif... 9 2.2.2. Aluminium... 12 2.2.3. Sambungan Adhesif... 13 2.2.4. Uji Tarik-Geser... 13 2.2.5. Kerangka Pemikiran... 15 2.2.6. Hipotesis... 16 BAB III. METODE PENELITIAN... 17 3.1. Tempat dan Waktu Penelitian... 17 3.2. Tatalaksana Penelitian... 17 3.2.1. Material Penelitian... 17 viii
3.2.2. Metode Penelitian... 19 3.2.3. Diagram Alir penelitian... 22 3.3. Analisa Data... 23 3.3.1. Pengujian Tarik-Geser... 23 3.3.2. Pengamatan Foto Makro dan SEM ( Scanning Electron Microscope)... 24 BAB IV. HASIL DAN ANALISA... 25 4.1. Perlakuan Permukaan... 25 4.1.1. Kekasaran Sandpapering dan Sandblasting... 25 4.2. Karakteristik Perekat... 30 4.3. Ketebalan Perekat Sambungan SLJ Aluminium... 31 4.4. Hasil Pengujian Tarik-Geser sambungan SLJ Aluminium... 32 4.4.1. Sambungan SLJ Aluminium Kekasaran Sandpapering (SDP) Tanpa Perlakuan Kimia... 32 4.4.2. Sambungan SLJ Aluminium Kekasaran Sandblasting (SDB) Tanpa Perlakuan Kimia... 35 4.4.3. Pengamatan Foto Makro dan SEM Patahan Sambungan SLJ Aluminium Tanpa Perlakuan Kimia... 37 4.4.4. Sambungan SLJ Aluminium Kekasaran Sandpapering (SDP) dengan Perlakuan Kimia etsa CSA... 41 4.4.5. Sambungan SLJ Aluminium Kekasaran Sandblasting (SDB) dengan Perlakuan Kimia etsa CSA... 44 4.4.6. Pengamatan Foto Makro Dan SEM Patahan Sambungan SLJ Aluminium Perlakuan Kimia Etsa CSA... 47 BAB V. PENUTUP... 53 5.1. Kesimpulan... 53 5.2. Saran... 53 DAFTAR PUSTAKA... 55 LAMPIRAN... 59 ix
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1. Properties dan karakteristik adhesif... 11 Tabel 2.3. Komposisi kimia aluminium 5083 (%wt)... 13 Tabel 3.1. Tabulasi spesimen sambungan SLJ... 21 x
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1. Jenis sambungan perekat (Banea dan Silva, 2009)... 13 Gambar 3.1. Plat Aluminium paduan seri 5083... 17 Gambar 3.2. Perekat (a) Silyl Modified Polymer dan (b) Epoksi... 18 Gambar 3.3. (a) Cetakan dan (b) Alat press sambungan SLJ... 18 Gambar 3.4. Stopper plat tipis dengan ukuran 0,2 ; 0,4 dan 0,6 mm... 19 Gambar 3.5. Pengukuran surface roughness permukaan aluminium... 20 Gambar 3.6. Diagram alir penelitian... 22 Gambar 3.7. Spesimen pengujian geser berdasarkan ASTM D-1002... 23 Gambar 3.8. Mikroskop pengamatan foto makro... 24 Gambar 3.9. Alat pengamatan SEM... 24 Gambar 4.1. Adherend pengkasaran sandpapering... 25 Gambar 4.2. Adherend pengkasaran sandblasting... 26 Gambar 4.3. Diagram kekasaran permukaan Aluminium... 27 Gambar 4.4. Foto Makro permukaan spesimen (a) sandpapering, (b) sandpapering etsa CSA, (c) sandblasting dan (d) sandblasting etsa CSA... 27 Gambar 4.5. (a) SEM permukaan aluminium etsa CSA dan (b) Energy Dispersive Spectrometer... 29 Gambar 4.6. Kekuatan tarik perekat... 30 Gambar 4.7. Foto makro ketebalan perekat pada sambungan SLJ aluminium (a) 0,2 mm, (b) 0,4 mm dan (c) 0,6 mm... 31 Gambar 4.8. Kekuatan sambungan SLJ kekasaran sandpapering tanpa perlakuan kimia... 32 Gambar 4.9. Cacat yang terjadi void dan microcrack pada perekat SLJ... 33 Gambar 4.10. (a) Modulus elastisitas dan (b) elongasi sambungan SLJ kekasaran sandpapering tanpa perlakuan kimia... 34 Gambar 4.11. Kekuatan sambungan SLJ kekasaran sandblasting tanpa perlakuan kimia... 35 xi
Gambar 4.12. (a) Modulus elastisitas dan (b) elongasi sambungan SLJ kekasaran sandblasting tanpa perlakuan kimia... 36 Gambar 4.13. (a) Permukaan patahan, (b) Foto makro dan (c) SEM 100% EP pada sambungan SLJ tanpa perlakuan kimia... 37 Gambar 4.14. (a)permukaan patahan, (b) Foto makro dan (c) SEM 75% EP : 25% SMP pada sambungan SLJ tanpa perlakuan kimia... 38 Gambar 4.15. (a)permukaan patahan, (b) Foto makro dan (c) SEM 50% EP : 50% SMP pada sambungan SLJ tanpa perlakuan kimia... 39 Gambar 4.16. (a)permukaan patahan, (b) Foto makro dan (c) SEM 25% EP : 25% SMP pada sambungan SLJ tanpa perlakuan kimia... 40 Gambar 4.17. (a)permukaan patahan, (b) Foto makro dan (c) SEM 100% SMP pada sambungan SLJ tanpa perlakuan kimia... 40 Gambar 4.18. Kekuatan SLJ kekasaran sandpapering dengan perlakuan kimia etsa CSA... 41 Gambar 4.19. (a) Modulus elastisitas dan (b) elongasi sambungan SLJ kekasaran sandpapering dengan perlakuan kimia etsa CSA... 43 Gambar 4.20. Kekuatan SLJ kekasaran sandblasting dengan perlakuan kimia etsa CSA... 44 Gambar 4.21. (a) Modulus elastisitas dan (b) elongasi sambungan SLJ kekasaran sandblasting dengan perlakuan kimia etsa CSA... 46 Gambar 4.22. (a) Permukaan patahan, (b) Foto makro dan (c) SEM 100% EP pada sambungan SLJ dengan perlakuan kimia etsa CSA... 47 Gambar 4.23. (a) Permukaan patahan, (b) Foto makro dan (c) SEM 75% EP : 25% SMP pada sambungan SLJ dengan perlakuan kimia etsa CSA.. 48 Gambar 4.24. (a) Permukaan patahan, (b) Foto makro dan (c) SEM 50% EP : 50% SMP pada sambungan SLJ dengan perlakuan kimia etsa CSA.. 49 Gambar 4.25. (a) Permukaan patahan, (b) Foto makro dan (c) SEM 25% EP : 75% SMP pada sambungan SLJ dengan perlakuan kimia etsa CSA.. 50 Gambar 4.26. (a) Permukaan patahan, (b) Foto makro dan (c) SEM 100% SMP pada sambungan SLJ dengan perlakuan kimia etsa CSA... 50 xii
DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran 1. Hasil Pengujian kekasaran sandpapering tanpa perlakuan kimia... 59 Lampiran 2. Hasil Pengujian kekasaran sandblasting tanpa perlakuan kimia... 59 Lampiran 3. Hasil Pengujian kekasaran sandpapering dengan perlakuan kimia etsa CSA... 59 Lampiran 4. Hasil Pengujian kekasaran sandblasting dengan perlakuan kimia etsa CS... 60 Lampiran 5. Hasil pengujian tarik-geser pada perlakuan permukaan sandpapering tanpa perlakuan kimia... 60 Lampiran 6. Hasil pengujian tarik-geser pada perlakuan permukaan sandblasting tanpa perlakuan kimia... 61 Lampiran 7. Hasil pengujian tarik-geser pada perlakuan permukaan sandpapering dengan perlakuan kimia etsa CSA... 61 Lampiran 8. Hasil pengujian tarik-geser pada perlakuan permukaan sandblasting dengan perlakuan kimia etsa CSA... 62 Lampiran 9. Biodata... 63 xiii