Pengaruh variabel eskternal pada kekuatan pengeleman

Pembahasan yang kita lakukan sejauh ini mengacu pada perilaku tegangan-regangan  perekat pada satu kondisi. Dan ternyata kita memerlukan pemahaman mengenai perilaku yang bisa terjadi pada kekuatan pengeleman pada kondisi-kondisi yang  lain. Untuk perekatan kayu, dua perubahan yang mungkin berpengaruh paling besar adalah perubahan suhu dan kelembaban. Konsep kegagalan pengeleman yang terjadi yang selalu pada link paling lemah merupakan konsep dasar  dalam memahami kegagalan pengeleman. Dengan demikian, maka pemahaman mengenai sifat-sifat interfase, seperti juga pemahaman bulk adhesive dan kayu menjadi sangat diperlukan. Kekuatan dari gaya yang mengenai suatu ikatan kayu tidak akan diterima sebagai kekuatan seragam di seluruh perakitan terikat karena beberapa alasan.

Perbedaan sifat mekanik dari kayu, perekat, dan daerah interfase menunjukkan bahwa konsentrasi tegangan yang mungkin terjadi di zona interfase tempat dimana terjadi perubahan terbesar. Selain itu, daerah interfase juga memiliki stres internal terbesar, karena terjadi  penurunan volume di perekat pada saat pengeringannya. Dengan paparan lingkungan, daerah interfase juga harus mengakomodasi perubahan dimensi yang besar antara kayu dan perekat. Jika tekanan yang masuk dapat tersebar di seluruh bagian, maka tekanan lokal dapat dikurangi dan kekuatan ikatan total yang lebih besar akan diperoleh. Kemampuan penyebaran dari gaya yang mengenai suatu ikatan tertentu tanpa masalah dapat menyebabkan kekuatan ikatan yang lebih tinggi (pendekatan shock absorber). Di sisi lain, tingginya tekanan internal dapat menambah gaya yang mengenai ikatan dan menyebabkan kegagalan dalam pengeleman. Tegangan dapat terkonsentrasi di suatu tempat dan menjadi sebuah cacat yang menyebabkan kegagalan dini pengeleman.

Untuk perekatan pada proses perakitan, sifat-sifat keseluruhan menjadi sulit diprediksi karena sedikitnya pengetahuan tentang sifat-sifat daerah interfase dibandingkan dengan sifat-sifat di sebagian besar perekat dan adherends. Sifat mekanik dari banyak spesies kayu telah banyak diteliti dengan baik demikian juga dengan sifat dari sebagian besar perekat yang juga telah banyak diselidiki. Tapi banyak dari perekat kayu menghasilkan ikatan yang rapuh, film yang tidak homogen sehingga tidak bisa menghasilkan sifat-sifat mekanik yang baik. Namun, sifat interfase akan berubah dari bulk adhesive ke  bulk wood. Perubahan sifat ini dapat terjadi secara bertahap atau drastis. Perubahan lebih bertahap seharusnya menghasilkan ikatan yang  lebih baik, karena konsentrasi tegangan akan lebih kecil. Kekuatan internal yang besar dapat dihasilkan ketika perekat dan adherend memiliki respons berbeda terhadap perubahan lingkungan, seperti kelembaban dan panas.

Perbedaan koefisien ekspansi antara logam dan perekat telah diteliti dengan baik sebagai penyebab kegagalan perekat. Masalah utama dengan kayu adalah perbedaan koefisien ekspansi dengan perubahan kelembaban antara perekat dan kayu, dalam arah radial dan tangensial. Bagaimana perbedaan-perbedaan ekspansi ditangani dalam suatu proses asembling mungkin menjadi sangat penting untuk kekuatan ikatan. Perlu dipahami bahwa kekuatan internal bisa menjadi sama pentingnya dengan gaya dari luar  pada suatu kekuatan ikatan.

 

gambar 9.13 pengaruh suhu pada kinerja lem

Sifat kekuatan polimer merupakan hal yang paling sensitif terhadap perubahan suhu (lihat Gambar 9.13). Getaran yang meningkat karena mobilitas polimer pada suhu yang lebih tinggi menyebabkan polimer menjadi kurang tahan terhadap gaya yang mengenainya. Namun, efeknya sangat dipengaruhi oleh struktur polimer. Polimer termoplastik melunak pada glass transition temperature dan akhirnya akan meleleh pada melt transition temperature, yang akan membawa ke Tg yang lebih rendah. Segmen kristal akan membatasi pengaruh suhu sampai titik leleh kristalit tercapai. Penambahan ikatan crosslinks, termasuk juga non-covalen crosslinks, seperti ikatan hidrogen, dapat meningkatkan resistensi terhadap pelunakan material pada suhu yang tinggi. Ikatan covalent crosslink yang ada dalam perekat kayu banyak memberikan ketahanan yang lebih baik terhadap perubahan suhu dalam perekat massal. Namun, bisa jadi ada perbedaan yang signifikan dalam koefisien ekspansi termal dari kayu dan perekatan yang menyebabkan tekanan pada daerah interfase.

Satu isu yang lain adalah pengaruh perubahan kelembaban pada kekuatan ikatan, terutama di wilayah interfase. Beberapa perekat, seperti polivinil asetat, akan kehilangan banyak kekuatan mereka pada tingkat kelembaban tinggi, sebagai akibat dari plasticisisasi polimer. Perekat urea-formaldehid diketahui akan terdepolimerisasi  dalam lingkungan kelembaban tinggi, seperti yang ditunjukkan oleh peningkatan pelepasan formaldehid. Di sisi lain beberapa resin perekat kayu, seperti fenol-formaldehida dan resorsinol-formaldehid, tidak berubah secara drastis dalam adhesi pada tingkat kelembaban yang lebih tinggi.

Kayu diketahui juga akan melunak pada tingkat kelembaban yang lebih tinggi, dan akan mengalami perubahan  dimensi ke arah radial dan tangensial. Ketika perekat tidak memiliki perubahan dimensi seperti kayu yang mengembang dan menyusut, maka akan terjadi konsentrasi tegangan di wilayah interfase. Proses pengerasan perekat dapat menghasilkan gaya tambahan karena penyusutan dari perekat. Hilangnya pelarut  solven atau air dan proses polimerisasi akan mengurangi volume perekat, sementara luas permukaan kayu tetap konstan. Perbedaan ini dapat menyebabkan gaya tarik yang dapat melebihi kekuatan perekat. Kelemahan ini dalam bulk pada sebagian besar perekat urea-formaldehid telah terbukti menyebabkan celah dalam perekat. Penambahan gugus yang fleksibel dalam formulasi perekat  urea-formaldehid terbukti membantu mengurangi masalah ini. Terutama kelompok-kelompok dari berat molekul rendah sampai berat molekul sedang. Dalam kasus lain, satu jenis gaya mungkin tidak tidak cukup untuk menyebabkan patahan, tetapi bila dikombinasikan dengan beban eksternal yang mengenainya atau penyusutan dan pembengkakan kayu  bisa jadi cukup kuat untuk menghasilkan patahan sebagai hasil dari penjumlahan dari sejumlah gaya yang bisa jadi lebih tinggi dari kekuatan internal dan eksternal.