PENGARUH PENAMBAHAN COBALT TERHADAP SIFAT MEKANIK DAN THERMAL EPOKSI SEBAGAI BAHAN ADHESIF PADA ASTM A-36 Oleh: Febrike Kautsar Liemawan NRP : 2710100043 Dosen Pembimbing: Dr.Eng. Hosta Ardhyananta, S.T., M.Sc Jurusan Teknik Material Dan Metalurgi Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2014
BAB I PENDAHULUAN
Latar Belakang Epoxy resin adalah kelompok dari bahan thermosetting yang banyak digunakan sebagai perekat, pelapis dan matriks dalam komposit. Akselerator sering dianggap sebagai bagian terpenting dari proses curing, bereaksi dengan resin epoksi untuk mengubah dari keadan cair ke kondisi termoset keras Pada Penelitian ini akselerator untuk proses curing bahan adhesif dan polimer adalah cobalt Aplikasi pada sambungan baja ASTM A-36
Rumusan Masalah: 1. Bagaimana pengaruh komposisi pencampuran cobalt terhadap sifat mekanik dan thermal poliaminoamid? 2. Bagaimana pengaruh kekuatan adhesif epoksi terhadap kekuatan sambungan baja ASTM A36? Batasan Masalah: 1. Temperatur dan tekanan udara sekitar dianggap konstan 2. Proses pencampuran dianggap homogen 3. Reaksi kimia dianggap homogen Tujuan Penelitian: 1. Menganalisa dan mempelajari pengaruh komposisi pencampuran cobalt terhadap sifat mekanik dan themal poliaminoamid 2. Menganalisa dan mempelajari pengaruh kekuatan adhesif epoksi sambungan baja ASTM A36
Manfaat Penelitian: Tujuan dari peneitian ini untuk menghasilkan polimer resin epoksi sebagai perekat yang memiliki sifat mekanik dan kekuatan adhesif yang baik serta dapat di aplikasikan sebagai perekat pada sambungan material logam.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Epoksi Epoksi termasuk kelompok polimer yang digunakan sebagai bahan pelapis, perekat, dan sebagai matrik pada material komposit Rantai epoksi Keuntungan dari karakteristik epoksi: 1. Kekuatan perlekatannya sangat baik dan dapat berikatan hampir semua bahan material 2. Mempunyai sifat fisik dan kimia yang baik, disertai dengan varietas curing, extender, pelarut dan filler yang harus diformulasikan dengan benar untuk aplikasi yang berbeda 3. Merupakan thermosetting, apabila dicampur akan berubah dari cair ke padat dan tidak dapat meleleh kembali. Oleh karena itu, epoksi menjadi menguntungkan dalam pemulihan retak dan permukaan penyegelan.
Proses Pembentukan Epoksi.
Poliaminoamid Poliaminoamid adalah polimer hasil kondensasi. Berawal dari reaksi non-equilibrium sejumlah mol p-carboranedicarboxylic acid dengan aromatik tetraamin. Sifat khas dari polimer ini: 1. mempunyai adesif tinggi terhadap material apapun. 2. mempunyai sifat fleksibilitas yang tinggi. Reaksi antara epoksi dengan amina - Amina primer dan sekunder berlaku sebagai reaksi adisi, dimana satu senyawa nitrogenhidrogen bereaksi dengan satu senyawa epoksi. - Reaksi dengan amina tersier dihasilkan dari pasangan electron nitrogen yang tak terbagi.
Cobalt Pada umumnya Cobalt mempunyai penampakan yang hampir sama dengan logam. Tetapi pada penelitian ini cobalt berbentuk larutan sebagai akselerator. Sifat yang menguntungkan dari akselerator cobalt: 1. Tidak memerlukan temperatur tinggi pada proses curing epoksi 2. Memperbaiki sifat mekanik dari epoksi
Adhesive Adhesif digunakan untuk mengikat sebagian besar komponen yang ada, komponen yang digunakan tidak harus mempunyai komposisi yang sama sebagai adherends. Pada aplikasinya, epoksi adhesive banyak digunakan sesuai kebutuhannya, proses curing dapat dilakukan dengan cara menambahkan senyawa material lain guna mendapatkan sifat mekanik yang baik. Sifat yang harus dimiliki adalah harus mampu membasahi seluruh permukaan, mampu melekat pada permukaan, dan mampu menahan beban ketika diberi suatu gaya.
Proses hubungan antara adhesive dengan logam Bahan adhesif harus bisa berfungsi dengan baik pada permukaan substrat, kondisi lingkungan, kondisi substrat dimana ketiga aspek diatas menentukan baik atau tidaknya ikatan antara bahan adhesif dan adherennya. Permukaan substrat yang buruk seperti adanya konsentrat, cat, oli, korosi dan sebagainya, harus dihilangkan karena hal tersebut dapat mengurangi kekuatan ikatan pada substrat. Hal tersebut tidak bisa dihilangkan hanya dengan sekedar membersihkan secara fisik, tetapi juga harus dibersihkan secara kimia, misalnya dengan menggunakan larutan kimia. Sehingga memang perlu adanya preparasi permukaan agar dapat menciptakan kekuatan adhesi yang baik. Lapisan pada Permukaan Substrat Logam
omponen pada adhesif
Baja ASTM A36 Baja ASTM A36 secara umum dipakai pada konstruksi jembatan dan bangunan. Pada umumnya baja ASTM A36 berbentuk silinder dan pelat. Baja karbon rendah memiliki kandungan karbon sekitar kurang dari 0,25%. Komposisi Kimia ASTM A36
Aplikasi Adhesif dapat diaplikasikan pada bahan yang berdasar logam, kaca, keramik, kayu, beton dan plastik termoset (polyesters, phenolics). Aplikasi yang digunakan pada perindustrian sebagai berikut: Pesawat terbang : mengikat aluminium dengan logam lain, panel busa, fibre-glass polyester pada tangki bahan bakar. Bangunan : ubin keramik, tembok, lantai, perbaikan beton, karet, perbaikan jalan dan jembatan
Penelitian Sebelumnya Nama Tahun Bahan Metode Hasil Omar 2012 Epoxy/ adhesive sikadur-30 Mixing Hasil kekuatan yang tertinggi didapat pada waktu curing 240 jam menggunakan material adhesive dengan nilai 11,4 GPa Do Won Seo 2005 Epoxy resin/ adhesive-bond untuk sambungan Bonding Didapatkan hasil yang maksimal dengan kekuatan tarik pada 67,62 Pa, kekuatan bending 111,1 Pa dan kekuatan geser 32,24Pa Zhi Sun 2013 carbonfibre/epoxy adhesive Bonding Dari hasil yang diperoleh sejauh ini, serat aramid pendek dengan densitas dari 12g/m 2 dapat meningkatkan ketangguhan 10.43J/m 2 menjadi 335J/m 2.
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
Diagram Alir Penelitian
Bahan Penelitian Epoksi Epoksi jenis Diglycidyl ether of bisphenol A, yang diproduksi oleh Eposchon didapatkan dari distributor PT. Justus Kimia Poliamino amid Poliamino amid, yang diproduksi oleh Eposchon didapatkan dari distributor PT. Justus Kimia Cobalt Cobalt yang didapatkan dari toko kimia, berbentuk liquid dan berwarna ungu dari distributor PT. Justus Kimia
Peralatan Penelitian Timbangan Digital Cetakan Aluminium Mesin Uji TGA Pengaduk Wadah plastik Mesin Uji FT-IR Mesin Uji SEM Mesin Uji Tarik
Pelaksanaan Penelitian Cobalt
Rancangan Penelitian Polimer (epoksi, wt%) PAA (Wt %) 80 20 Material Cobalt (wt Spesimen %) 2 1 4 2 6 3 8 4 10 5 Uji Tarik Pengujian SEM FTIR TGA Adhesif
Pengujian Penelitian Pengujian Tarik Pengujian SEM Pengujian FTIR Pengujian TGA Pengujian Adhesif
BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN
Pengujian FTIR
Daerah Serapan Epoksi Daerah Serapan (cm - 1 ) Ikatan Gugus Fungsi 824 C-O-C stretch of oxyrane group Epoksi 1028 C-O-C stretch of ether Eter 1507 C-C stretch aromatic Hidroksil C=C stretch aromatic hidroksil 1603 N-H deformation Amina Daerah Serapan (cm - 1 ) Daerah Serapan Epoksi/PAA(20)/Cobalt(4) Ikatan Gugus Fungsi 2848 C-H stretch hidroksil 824 C-O-C stretch of oxyrane group Epoksi Daerah Serapan (cm -1 ) Ikatan Gugus Fungsi 1028 C-O-C stretch of ether Eter 1507 C-C stretch aromatic Hidroksil 825 C-O-C stretch of oxyrane group Epoksi 1033 C-O-C stretch of ether Eter 1507 C-C stretch aromatic Hidroksil 1604 C=C stretch aromatic Hidroksil N-H deformation Amina 2850 C-H stretch Hidroksil 2920 C-C stretch Alkane 3395 N-H stretch Amina C=C stretch aromatic hidroksil 1603 N-H deformation Amina 2848 C-H stretch hidroksil Daerah Serapan Epoksi/PAA(20)/Cobalt(10)
Pengujian Tarik
Grafik Pengaruh Penambahan Hardener terhadap Epoksi DGEBA dan Komersil
Analisis SEM Bagian Spesimen yang akan dilakukan analisa SEM
Epoksi
Cobalt 4%
Cobalt 10%
Analisis Uji Adhesif
Analisis Uji TGA Sample T ( o C) 5% Loss T ( o C) 10% Loss Berat Sisa (%wt) Epoksi 351.33 361.50 6.16 Epoksi / Cobalt (4%) 349.83 359.16 5.96 Epoksi / Cobalt (10%) 286.83 353.83 9.43
BAB V Kesimpulan Dan Saran
Kesimpulan 1.Penambahan cobalt pada polimer meningkatkan nilai kekuatan adhesive. Data tertinggi diperoleh pada polimer yaitu 10,65MPa untuk Epoksi/Cobalt (4%) dan untuk Epoksi/Cobalt (10%) adalah 2,49 MPa. 2.Penambahan diatas 4% cobalt dapat meningkatkan stabilitas thermal pada polimer epoksi/cobalt, pada penambahan cobalt 4% menyababkan penurunan stabilitas thermal dari polimer menunjukkan berat sisa pada temperatur 800oC senilai 5,96%. Dan penambahan dengan cobalt 10% didapatkan nilai sebesar 9,43%. 3.Penambahan cobalt meningkatkan sifat kekuatan tarik dan modulus young. Pada penambahan cobalt didapatkan sifat kekuatan tarik dari polimer data tertinggi diperoleh pada komposisi 4% cobalt dengan nilai 22,04 MPa dengan nilai modulus young sebesar 0,87 Gpa.Untuk Epoksi dengan penambahan cobalt 10% didapatkan nilai kekuatan tarik 6,81 MPa dengan nilai modulus young 0,28 Gpa. 4.Penambahan cobalt pada polimer menurunkan sifat elongation data tertinggi diperoleh pada komposisi 2% cobalt dengan nilai 8,21 MPa untuk nilai terendah komposisi 10% cobalt dengan nilai 5,09 MPa Saran 1.Perlu adanya penelitian lanjut untuk meningkatkan proses curing yang lebih cepat. 2.Akselerator cobalt sangat baik digunakan pada proses curing temperatur kamar dan dapat diaplikasikan pada dunia kateknikan dibidang kelautan