bab 8 komposit dan polimer
DESCRIPTION
mekanik teknikTRANSCRIPT
Bab 8 – Komposit dan Polimer 356
8 KOMPOSIT DAN POLIMER
8.1 KOMPOSIT
Material komposit yaitu suatu material yang tersusun atas suatu campuran atau
kombinasi dari dua atau lebih baik secara makro maupun mikro unsur pokok yang
berbeda dalam bentuk serta komposisi kimianya, dan pada dasarnya tidak dapat dipisah
–pisahkan antara satu dengan yang lainyya. Komposit, yang mana terdiri atas dua atau
lebih material – material tersendiri yang tergabung dalam suatu unit struktur
makroskopik, yang tyerbuat dari bermacam – macam kombinasi atas material ketiga –
tiganya
Dari kedua pengertian diatas, maka dapat disimpulkan bahwa material komposit
adalah suatu kombinasi atau campuran yang tersusun dari dua atau lebih bahan yang
mempunyai sifat berbeda – beda membentuk suatu kesatuan. Bahan yang satu berperan
sebagai penguat ( reinforcement ), biasanya berupa serbuk dan bahan lain yang lain
sebagai pengikat ( matriks ). Dengan mengkombinasikan bahan – bahan tersebut maka
akn diperoleh suatu bahan dengan sifat yang baru karena masing – masing bahan akan
saling menghilangkan sifat – sifat asalnya.
Hal yang perlu diperhatikan pada komposit yang diperkuat agar dapat
membentuk produk yang efektif adalah :
1. Komponen penguat harus memiliki modulus elastisitas yang lebih tinggi dari pada
komponen matriknya.
2. Harus ada ikatan permukaan yang kuat antara komponen penguat dan matriks. ( Sriati
Djaprie,1991).
Keuntungan penggunaan bahan komposit adalah :
MATERIAL TEKNIK
Bab 8– Pemilihan Material Komposit dan Polimer 357
1. Bobotnya ringan tapi mempunyai kekuatan dan kekakuan yang baik.
2. Hasil akhir yang lebih baik.
3. Biaya produksi lebih murah.
4. Umur pemakaian lama.
5. Tahan terhadap korosi.
Sedangkan kekurangan dari material komposit adalah :
1. Komposit tertentu peka terhadap perubahan temperatur yang drastis.
2. Beberapa penyusun bahan komposit mudah terbakar.
3. Perbaikan lebih sulit bila terjadi kerusakan.
8.1. A. Klasifikasi Material Komposit
Pengklasifikasian material komposit berdasarkan pada bentuk matriksnya.
A.Metal Matrix Composite ( MMCs )
Komposit ini menggabungkan campuran dari keramik dan logam, seperti karbid semen
atau magnesium diperkuat dengan serat yang mempunyai kekuatan tinggi.
B.Ceramic Matrix Composites ( CMCs ).
Keramik ini tidak umum digunakan sebagai matriks komposit. Oksida aluminium
karbid silicon adalah material yang dapat dilekatkan dengan serat untuk perbaikan sifat
– sifatnya, khususnya dalam aplikasi pada suhu tinggi.
C. Polymer Matrix Composites ( PMCs )
Resin thermosettimg sangat luas digunakan sebagai plymer dalam PMCs. Epoxy dan
polyester pada umumnya dicampur dengan serat penguat, dan phenolic dicampur
dengan serbuk. Thermoplastik juga diperkuat biasanya dengan serbuk.
8.1.B.. Sifat – sifat Material komposit.
Dalam Pembuatan sebuah material komposit, suatu pengkombinasian optimum
dari sifat – sifat bahan penyusunnya untuk mendapatkan sifat – sifat unggul sangat
diharapkan. Beberapa material komposit polymer diperkuat serbuk memiliki kombinasi
sifat – sifat yang ringan, kaku, kuat dan mempunyai nilai kekerasan yang cukup tinggi.
Sifat – sifat dari material komposit ditentukan oleh tiga factor :
MATERIAL TEKNIK
Bab 8– Pemilihan Material Komposit dan Polimer 358
1. Material yang digunakan sebagai bentuk jkomponen dalam komp[osit.
2. Bentuk geometri dari unsur – unsur pokok dan akibat struktur dari sisitem
komposit.
3. Cara dimana bentuk satu mempengaruhi bentuk lainnya.
Aturan Campuran
Sifat – sifat material komposit merupakan suatu fungsi dari matrerial awalnya.
Sifat – sifat khusus material komposit dapat ditentukan dengan suatu cara yaitu suatu
aturan campuran, yang meliputi perhitungan berat rata – rata dari material unsur – unsur
pokoknya. Berat jenis merupakan suatu contoh dari aturan rata – rata. Massa dari suatu
material komposit adalah jumlah dari massa – massa matriks dan bahan penguatnya m
mc = mm + mr (8.1 )
dimana m adalah massa, lb ( kg ); dan subskript c, m , dan r melambangkan komposit,
matriks, dan bahan penguat. Dengan cara yang sama, volume dan komposit adalah
penjumlahan dari volume unsur – unsur pokoknya.
Vc = Vm+Vr+Vv (8.2 )
Dimana V adalah volume, in2, (cm2), Vv merupakan volume dari beberapa kekosongan
dalam komposit ( contohnya pori – pori ). Berat jenis dari komposit adalah massanya
dibagi dengan volumenya.
ρc= Vcmc =
Vcmm rm + (8.3 )
sehingga massa matriks dari massa bahan penguat merupakan perkalian berat jenis
dengan volumenya.
mm = ρm. Vm dan mr = ρr. Vr (8.4)
dengan mensubstitusikan faktor – faktor ini maka akan menjadi persamaan
ρc = fm . ρm + fr . ρr (8.5)
dimana fm = Vm / Vc dan fr = Vr / Vc merupakan perbandingan volume
sederhana dari matriks dan bahan penguatnya ( Groover,1996: 227 – 228 ).
Material komposit mempunyai beberapa karakteristik yang berbeda dari material
– mnaterial teknik lainnya. Beberapa sifat material komposit merupakan modifikasi dari
MATERIAL TEKNIK
Bab 8– Pemilihan Material Komposit dan Polimer 359
sifat – sifat material biasa, dan yang lainnya merupakan penemuan baru yang perlu
diadakan penganalisaannya.
Material komposit merupakan material inhomogenous ( heterogen ) karena
terdiri dari bahan – bahan yang berbeda dan nonisotropik. Material komposit
mempunyai sifat mekanik yang baik sebagai akibat dari perpaduan antara bahan
pengikat ( matriks ) dengan bahan penguat ( reinforcement agent ), yang saling
memberikan sifat – sifat menguntungkan dibandingkan dengan material teknik biasa
lainnya.
Suatu benda yang inhomogenous mempunyai sifat yang tidak seragam, yaitu
sifatnya merupakan suatu fungsi dari posisi dalam benda. Material orthotropik
mempunyai sifat – sifat material yang berbeda dalam tiga arah yang saling tegak lurus
pada satu titik dalam benda, dan mempunyai tiga bidang yang saling tegak lurus dari
simetri benda. Material anisotropik mempunyai sifat yang berbeda dalam semua arah
pada suatu titik dalam benda , mereka tidak sebidang secara simetris.
Dengan sifat non homogennya maka bahan komposit sering dipelajari dari dua
sudut pandang yang berbeda yaitu secara mikro mekanik serta secara makro mekanik.
Mikro Mekanik
Pengkajian bahan komposit dengan menitikberatkan pada interaksi atau
hubungan antara bahan – bahan pembentuknya. Pengkajian ini dalam skala
makroskopik.
Makro mekanik.
Kaji bahan komposit dimana bahan dianggap hpmogen dan pengaruh bahan –
bahan pembentuknya hanya dideteksi sebagai sifat yang tampak secara keseluruhan pada
bahan komposit. Dalam hal ini tidak diperhatikan secara sendiri – sendiri.( Jones :10 –
14).
8.1.C. Bahan – bahan Penyusun Material Komposit
Material komposit tersusun atas beberapa bahan penyusun diantaranya yaitu :
bahan pengikat ( matriks ), bahan penguat ( reinforcement agent ), bahan aditif, dan
bahan penyusun lainnya.
MATERIAL TEKNIK
Bab 8– Pemilihan Material Komposit dan Polimer 360
A. Pengertian bahan pengikut.
Bahan pengikut ( matriks ) merupakan suatu bahan penyusun material komposit
yang fungsinya untuk mengikat bahan pengikat secara bersama – sama membentuk
suatu unit struktur atau elemen material komposit yang mampu menerima beban.
Bahan yang umum digunakan sebagai matriks adalah berupa bahan metal atau
polimer. Untuk saat ini polimer cenderung digunakan karena lebih ringan dan lebih
tahan terhadap abrasi.
Fungsi matriks dalam material komposit adalah :
1. Menjaga agar filler atau pengisi tetap dalam struktur kompositnya.
2. Membantu mendistribusikan beban yang diterima oleh komposit.
3. Melindungi filler dari kerusakan yang ditimbulkan lingkungan sekitarnya.
B. Sifat – sifat bahan pengikat.
Matriks mengikat serat – serat secara bersama – sama untuk membentuk susunan
elemen yang mampu menerima beban, melindungi dari kerusakan, memindahkan, serta
mendistribusikan pembebanan pada serbuk – serbuk, dan pada banyak keadaan
memberikan sifat – sifat yang dibutuhkan seperti : mampu terhadap pukulan ( ductility ),
mempunyai nilai kekerasan ( toughness), penyekat listrik ( electric insulation ) bagi
matriks polymer. Dari sifat – sifatnya diatas, maka matriks berfungsi sebagai
penyokong, pelindung, pemindah, serta pendistribusi pembebanan kepada bahan penguat
material komposit ( Gibson,1994:11-12 ).
C. Macam – macam bentuk bahan pengikat.
Ada beberapa bentuk matriks yang digunakan sebagai bahan pengikat dalam
pembuatan material komposit, yaitu : logam, keramik, dan polymer. Suatu kombinasi
yang dimungkinkan dari penggabungan dua bahan penyusun material komposit
diperlihatkan pada tabel 2.1.
Suatu kombinasi yang tidak mudah untuk dilakukan yaitu penggabungan antara
bahan polymer dengan bahan matriks loga. Sedangkan yang mungkin untuk dilakukan
pengkombinasian yaitu antara komponen – komponen dari jenis material yang sama
seperti : serat – serat Kevlar ( polymer ) dengan matriks plastik ( polymer)
MATERIAL TEKNIK
Bab 8– Pemilihan Material Komposit dan Polimer 361
1). Matriks Logam
Logam digunakan sebagai bahan matriks dalam material komposit matriks logam
( MMCs ) yang diperkuat dengan bahan penguat diantaranya yaitu : partikel keramik,
serat dari bermacam – macam material.
2). Matriks keramik
Keramik mempunyai beberapa sifat yang menarik, yaitu : mempunyai kekuatan
tinggi, kekerasan yang tinggi, dan kekuatan pemampatan yang baik serta berberat jenis
rendah. Dengan sifat – sifatnya tersebut, keramik mempunyai beberapa kekurangan
yaitu : sebagian besar keuletan dan kekuatan tariknya rendah, serta rentan terhadap
keretakan akibat panas ( Groover,1996: 230 – 234 ).
3). Matriks Polymer
Polymer merupakan molekul dengan berat yang besar dan terbentuk oleh satuan
struktur secara berulang yang disebut monomer. Dengan berat yang dimilikinya maka
polimer akan mencair dengan sangat kental jika dipanaskan, dan pada temperatur yang
relatif rendah bahan ini dapat dicetak dengan ekstrusi , penekanan dan injeksi yang
menyebabkan ongkos pembuatannya lebih rendah dibandingkan dengan bahan logam
dan kerami. Proses dengan biaya yang relatif murah membuat bahan polymer mudah
ditemui dalam berbagai pemanfaatan. Berdasarkan bentuk ikatannya polymer dibagi tiga
yaitu: ( Young, RJ and P.A level,1992:10 )
8.2 POLIMER
Seperti pada bahasan di atas, polymer merupakan molekul dengan berat yang
besar dan terbentuk oleh satuan struktur secara berulang yang disebut monomer. Untuk
mempelajari polimer maka perhatikan bagan dan pengertian-penertian dasar tentang
polimer berikut :
MATERIAL TEKNIK
Bab 8– Pemilihan Material Komposit dan Polimer 362
Bagan Sederhana Ilmu dan Teknologi Polimer
Proses Polimerisasi
Mekanisme dan Kenetika Polmerisasi
Polikondensasi
Poliadisi
Metoda Polimerisasi dalam Industri
Polimerisasi Emulsi
Polimerisasi Suspensi
Polimerisasi Massa (bulk)
Teknologi Polimer/Polimer engineering polymers processing
Struktur Polimer / Plastik
Sifat-sifat lelehan polimer/plastik
Sifat-sifat mekanis plastik: viskoelastisitas creep, hardness, facture dan sebagainya
Polimerisasi Larutan
Pemprosesan plastik
Ekstrusi
Cetak injeksi (injection moulding)
Thermoforming
Calendering
Rotation moulding
Compression moulding
Trasfer moulding
Reinforce plasties
Fabrikasi dan Finishing
Machining dari plastik
Perakitan
Decorating
Ilmu dan Teknologi Polimer
MATERIAL TEKNIK
Bab 8– Pemilihan Material Komposit dan Polimer 363
Beberapa pengertian dasar polimer :
1. Segmen( Satuan berulang /repeating unit) adalah radikal polivaten berulang
(repeating polyvalent radikal) yang berasal dari molekul-molekul fungsional
asal.
2. Monomer adalah bila segmen atau struktur berulang polifungsional diturunkan dari
satu jenis molekul tunggal.
Dengan perkataan lain bila bahan asal sebagai suatu jenis molekul bepolimerisasi
sendiri pada kondisi-kondisi percobaan tertentu yang menghasilkan segmen dari
polimer tertentu disebut monomer.
Contoh: Segmen, Monomer
Polimer Segmen Monomer
-CH2-CH(CH2-CH)2-CH2-CH- -CH2 CH- CH2 = CH
| | | |
Polisstirin
NH2-(CH2)5-Co-(NH(CH2)5)Co -NH(CH2)5-CO- NH2 (CH2)5CooH
| t-amono
Polikapro laktam (H2C)5-NH caproic acid
|
O=C-OH
Ho-(oc(CH2)4 – (Coo)n - H -OC-(CH2)4COO- Hooc-(CH2)4CooH
polyadipic annydride asam adipat
O O O O
MATERIAL TEKNIK
Bab 8– Pemilihan Material Komposit dan Polimer 364
3...Komer (comer) berasal dari perkataan Co dengan dan mer (bagian lain)
Contoh:
n Ho – (CH2) – n Hooc – (cHn) – mCooH
H – (O(CH2)n – OOC (CH2)m CO)n – OH
segmen dalam polimer
komonomer = suatu monomer yang berpolmerisasi dalam lingkungan monomer
atau komer lain.
Contoh:
a) n H2 = CH - CH2 – CH2 – CH – (CH2 – CH)- (n-1)
| | |
monomer polimer
b) n CH2 = CH - CH2 – CH – (CH – 2CH) –(n-1)
| |
CH CN
c) m CH2 = CH + n CH2 = CH
| |
CN
komonomer komonomer
- CH2 – CH – CH2 – CH- (CH2 CH)-(m-1) (CH2 – CH)-
(n-1)
| | | |
CN CN
d) HC = CH tidak terjadi polimerisasi
| |
O=C C=O \ / O
O O O
O
O O
MATERIAL TEKNIK
Bab 8– Pemilihan Material Komposit dan Polimer 365
e) n CH2 = CH + n HC = CH – (CH2 – CH – HC = CH)-(n-1)
| | | | | | polimer
o=c c=o co co
\ / \ /
o o
komonomer komer CH2 – CH – HC – CH | | | co co \ / o
f) n CH2 = CH2 + n CO (CH2 – CH2 – Co)n-
komonomer komer polimer
g) n CH2 = CCL2 – n O2 - (CH2 – CCL2 – O – O)n-
komonomer komer polimer
4. Telomer adalah suatu persenyawaan kimia yang dapat membentuk bagian akhir dan
polimer (end part, end group) biasanya bersifat monofungsional atau dapat
menghasilkan radikal radikal monofungsional.
Contoh:
a) n HO (CH2)y OH + (n + 1) HOOC (CH2)y COOH + 2 ROH
komer komer telomer
ROOC (CH2)y CO (O(CH2)y – OOC(CH2)y – OC)n – RO
Telomerised polymer
b) n CH2 = CH + CCL4 (CHH2 – CH)n – CCL9
| telomer |
monomer
O O
O
O O
MATERIAL TEKNIK
Bab 8– Pemilihan Material Komposit dan Polimer 366
atau – ( CH2 – CH)n – cl
|
ccl – telomerised polyetrene
5. Polimer adalah senyawa molekul-molekul besar yang terjadi berdasarkan reaksi kimia kontinu dari molekul-molekul kecil sehingga terbentuk ikatan kimia yang kuat.
Monomer berasal dari kata mono = satu dan meros = bagian
Makromolekul yang disebut polimer berasal dari kata poly = banyak dan meros =
bagian
Sehinga Kopolimer = suatu polimer lebih daris satu jenis segmen
Contoh:
a) n CH2 – CH2 + m CH2 – CH2 ( CH2CH2O)n – (CH2 CH2 NH)m-
\ / \ /
O NH
b) n CH2 = CH + m CH2 = CH - (CH2 – CH)n – (CH – CH)m-
| | | |
COOH COOH
Heteropolimer adalah polimer-polimer yang diperoleh dengan jalan mereaksikan definisi tertentu dengan zat lain seperti maleicanhydrida yang tidak berpolimerisasi.
Contoh:
a) Stilbene + maleic anhydride didihkan>
−
−−−
−
n
HC2
o/\cocoHC6
||||CHHCCHCH
56 hanya mengandung satu jenis segmen
O
O O
MATERIAL TEKNIK
Bab 8– Pemilihan Material Komposit dan Polimer 367
b) Olefin (R2 C = CH2) + maleic anhydrazide
OO/\/\COCORRCOCO||||||CH)HCC(CCHHC
||RR
−−−−−−−
6. Derajat polimerisasi rata-rata = DP
DP = Jumlah rata-rata satuan monomer dalam suatu molekul polimer
= Jumlah rata-rata molekul yang beraksi dengan pusat aktif (active centre)
mulai dari pembentukan hingga pengakhirannya.
Definisi kinetis
DP = awalreaksiKecepatan
nkeseluruhareaksiKecepatan
= RiRp
Derajat polimerisasi jumlah rata-rata = DPn
DPn = ∑
∑
=
=~
oi
~
oi
ni
DPcni
DPc = Derajat polimerisasi polimer dengan rantai
Derajat polimerisasi berat rata-rata = DPw
DPw = DPini
DPini
~
oi
~
oi
2
∑
∑
=
=
Derajat polimerisasi Z rata-rata = 2DP
MATERIAL TEKNIK
Bab 8– Pemilihan Material Komposit dan Polimer 368
2DP =2
~
oi
~
oi
9
DPini
DPini
∑
∑
=
=
5. a). m w = wiΣmiΣwi
miminiΣmiminiΣ =
n1m12
= 2 x (19000)2 = 722.106
n2m22
= 3 x (19500)2 = 1140750000
n3m32
= 4 x (20000)2 = 1600.106
n4m42
= 2 x (21000)2 = 882.106
ni mi mi = 4344750000
nimi=
2 x 19000 = 38000
3 x 19500 = 58500
4 x 20000 = 80000
2 x 21000 = 42000
nimi = 218500
M w =
∑
∑
=
=
oi
~
oi
2
mini
mini= 43936,19884
2185004344750000 =
M w =
∑
∑
=
=
oi
~
oi
ni
mini= 63636,19863
11218500 =
nmwm =
63636,1986343936,19884
= 1,001047291 = 1 (monodisperse)
MATERIAL TEKNIK
Bab 8– Pemilihan Material Komposit dan Polimer 369
b) Pertambahan 4 molekul dengan B.M = 1000
ni Mi Mi = 4.344.750.000 + 4 (1000)2 = 4348750000
ni MI = 218500 + 4 (1000)2 = 4218500
15
218500
0
~
0 =Σ
Σ=
=
=−
ni
miniwM
i
i -
= 14566,66667
66667,14566
746,19902=mnmw
= 1,366321235
c. Penahanan 4 molekul dengan M = 10000
ni Mi Mi = 4344750000 + 4 (100000)2 = 4,434475 . 1010
ni mi = 218500 + 4 (100000)2 = 4,0000218 . 1010
10
10
0
2~
0
10.0000,410.434475,4=
Σ
Σ=
=
=
mini
miniwm
i
i
= 1,108612708
15
10.0000218.4 10
0
~
0 =Σ
Σ=
=
=
mini
mininm
i
i
= 2666681200
2666681200108612708,1=
nmwm
= 4,1572749 . 1010
Kesimpulan : Penambahan 4 molekul baru dengan masing-masing B.M 1000 dan
100000 ternyata berpengaruh pada nMwMdannMw,M
6. Asal : Polimer alam dan polimer sintetik
MATERIAL TEKNIK
Bab 8– Pemilihan Material Komposit dan Polimer 370
Contoh :
Polimerisasi : Alkohol + asam eater + air
Polidisi : n CH2 = CHCI (CCH2 – CH - )n
* Struktur
ada tiga jenis
1. Linier
2. Bercabang
3. Berikatan silang
Polimerisasi Kondinsasi
Reaksi sintetik Reaksi polimerisasi
Polimerisasi adisi
(Polikondensasi) (poliadisi)
n HO - CH2 - CH2 - OH + n
O
C
O
- O - C
O
OH
CI P.V.C
MATERIAL TEKNIK
Bab 8– Pemilihan Material Komposit dan Polimer 371
* Geometri
Contoh :
CIS – Polisoprin = Karet alam (elastomer) trans – polisoprin (gutta
percha, plastik).
b. nead to tail – nead – to – nead tail – to – tail
s kontinu acak Konfirmasi acak
atau :
Isotatik : (dd, dd, dd,
II, II, II)
Sindotaktik : (dl, dl, dl)
Atatik : (dl, dl, Id, dl)
Geometri
Konfigurasi Konformasi
a. CIS – Trans atau d – dan I -
MATERIAL TEKNIK
Bab 8– Pemilihan Material Komposit dan Polimer 372
* Kristalinitas
* Komposisi
Berdasarkan susunan unit uang :
a. Homopolimer
b. Heteropolimer
7. Penggunaan polimer
Penggunaan polimer tergantung pada sifat-sifat polimer lain = berat molekul,
temperatur transisi gelas (Tg) titik lelah (Tm).
Hubungan antara = B. Mg Tg, Tm dan sifat polimer.
Kristalinitas
Fasa Kristalin ada
drajat kristalinitas
Semi kristalin Fasa amorf
Fluida mobil Fluida kental
Karet
Plastik kenyal
Plastik yang
kristalin sebagian
Tm
Tg
10.000.000105 109 10
T°C
MATERIAL TEKNIK
Bab 8– Pemilihan Material Komposit dan Polimer 373
Tanda panah : arah perubahan keadaan interelasi keadaan “bulk polymer”
8. Metode polimerisasi dalam industri dan masalah – masalahnya.
a. Sejak penemuan polimersintetis pertama yang dibuat oleh Leo Beake Lavid, yakni
polifenol Formaldehida (Bakelit) pada tahun 1907 maka banyaknya jenis polimer
sebagai hasil riset laboratorium meningkat secara eksponensial.
b. Sarjana teknik kimia harus memiliki atau menentukan hal-hal yang menarik dari
produk-produk baru, dan bilamana produk baru itu berharga dan berfaedah – maka
dia dapat memproduksi bahan tersebut secara komersial.
c. ada 4 cara polimerisasi dalam industri yang digunakan pada proses – proses
polimerisasi berdasarkan pada proses polimerisasi adisi atau polikondensasi dalam
sistem fasa homogen atau heterogen yakni:
1. Polimerisasi secara susensi (suspensian polymerisation)
2. Polimerisasi secara emulsi (simulsion polymerisation)
3. Polimerisasi secara massa atau “bulk” (bulk polymerisation).
4. Polimerisasi secara larutan (solution polymerisation).
Dalam proses khususnya untuk membuat suatu polimer tertentu perlu dipikirkan
dan diperhatikan:
- Cara atau teknik yang harus dipergunakan
Karet atau plastik fleksibel Termoset Lelehan
Plastik industri (engineering plastic)
Gelas Plastik kristal Serat
Tinggi Tenaga inter molekul Rendah
Rendah
Temperatur
Tinggi
MATERIAL TEKNIK
Bab 8– Pemilihan Material Komposit dan Polimer 374
- Kebaikan–kebaikan dan keburukan-keburukan dari masing-masing cara
tersebut diatas.
- Jenis pelarut, katalis, inisiator, innibitor, dan aditif yang harus dipilih
- Jenis reaktor dan alat-alat yang dipergunakan
- Kondisi-kondisi operasi yang harus dipilih supaya sistem produksi menjadi
efisien dan efektif.
d. Susunan dari sistem polimerisasi suspensi, berdasarkan pada jenis dan banyaknya
bahan-bahan stabilisator dan pendispersi yang dipakai adalah faktor yang
menentukan dalam merencanakan pabrik polimer untuk membuat temoplastik
e. Pada cara polimerisasi emulsi “pelarutan” dari” monomer-monomer” dengan
menggunakan bahan-bahan pengemulsi (emulsifier) dalam air sebagai suatu fasa
kontinu adalah syarat utama untuk berhasilnya polimerisasi dan monomer-
monomer atau pasangan monomer-monomer untuk menghasilkan bermacam-
macam polimer dan kopolimer.
f. Penelitian mekanisme-mekanisme reaksi polimerisasi dari monomer – monomer
murni dalam sistem homogen atau heterogen menghasilkan dasar analisa teknologi
dari proses polimerisasi massa (bulk polymerisation).
g. Masalah utama yang terdapat dalam industri – industri polimer ialah sebagai
contoh :
- Masalah yang terdapat dalam sistem reaktor.
- Produk dan hasil buangannya
- Pemanfaatan kembali (daur ulang) dari monomer yang berbahaya.
- Pengaduan dan gangguan-gangguan dalam sistem reaktor batch
- Sistem pengeringan yang mempengaruhi kualitas produk.
9. Pembuatan polietin linier dengan proses phillips
Proses philips menggunakan tekanan rendah untuk membuat polietilin linier atau high density polyethylene dan kopolimer polietilin dengan butene – i. inti prosesnya adalah penggunaan katalis padat : chromium oxide on silica – alumina base.
Setelah pemurnian, monomer-monomer dan katalis diumpankan secara kontinu
kedalam reaktor yang beroperasi pada tekanan 400 Psig dan 300°F. luluk (Slurry)
MATERIAL TEKNIK
Bab 8– Pemilihan Material Komposit dan Polimer 375
katalis yang masuk kedalam reaktor mengandung 1% berat katalis. Sikloheksana
dipakai bahan atau medium pengangkut polimer dan medium pemindah medium
pemindah panas.
Pada proses polimerisasi larutan seperti phillips ini, polimerisasi berlangsung
pada permukaan tetapi polimernya segera larut begitu dia terbentuk. Umumnya
berat–molekul polimer polimer naik sesuai dengan tekanan dan sesuai dengan
turunannya temperatur reaktor.
Katalis dipisahkan dari larutan dengan penambahan air. Steam stripping
menghilangkan pelatur sikoheksana.
Setelah stripping maka polimernya dipisahkan dari air dan dikeringkan dalam
pengering putar dengan pemanas kukus yang mengurangi kelembaban menjadi di
bawah 2% polimernya sekarang berupa remah kering. Remah kering tersebut
kemudian dimasukkan ke dalam ekstroder dimana sisa kelembabannya dihilangkan
dan dibubuhi antioksidan.
Hasil ekstrusi yang berupa lelahan kemudian didinginkan dan dipotong dengan
chipper lalu dibungkus untuk dijual.
10.Sekarang banyak pendisain material dan para ahli teknologi yang menaruh perhatian
pada plastik karena: plastik dapat menghasilkan sifat-sifat gabungan yang tidak
mungkin diperoleh pada jenis bahan-bahan lain.
Sifat-sifat menguntungkan dari plastik
- Ringan
- Tangguh (Resihence)
- Tahan korosi
- Warna yang tahan lama
- Transparan
- Mudah memprosesnya.
Ada dua golongan plastik yang penting
1. Bahan-bahan termoplastik
a. Pada termoplastik rantai-rantai yang panjang dilihat oleh gaya /tenaga van der
waals yang relatif lemah.
MATERIAL TEKNIK
Bab 8– Pemilihan Material Komposit dan Polimer 376
b. Bila bahan dipanaskan maka tenaga-tenaga intra molekul menjadi lemah,
sehingga bahan menjadi lemah dan fleksibel, dan pada tempat tinggi bahan
tersebut menjadi lelehan yang viskos.
c. Bila lelahan termoplastik didinginkan maka bahan terebut menjadi padat /beku
kembali cycle pelunakan karena pemasaran dan pembekuan karena pendinginan
dapat dilakukan berulang-ulang (teoristis tanya batas) dari hal tersebut
sebetulnya merupakan dasar dari metode-metode proseesing untuk bahan
termoplastik. Hal tersebut berarti bahwa sifat termoplastik adalah sensitif
terdapat panas yang sekaligus merupakan sifat buruk (Analogi) = lelehan yang
dilelehkan oleh panas dan beku oleh pendinginan.
Contoh bahan termoplastik
Polietilin, polivinilkularida, pdistirena, nilon, selulosa asetat, asetat
polikarbonat, polimetil meta krilat dan poliprop lina dan polikopilina.
2. Bahan-bahan Termoplastik
Bahan termoplastik dihasilkan dengan cara reaksi kimia alam dua tahap.
Tahap pertama
Menghasilkan rantai-rantai molekul pajang serupa dengan termoplastik, tetapi dia
dapat bereaksi lebih lanjut.
Tahap kedua
Terjadi pada waktu proses mencetak (maolding), biasanya dengan menggunakan
panas dan tekanan.
8.3 TERMOPLASTIK
Jenis polimer yang mempunyai bentuk ikatan lurus. Apabila polimer
thermoplastik dipanaskan kenaikan temperatur akan meningkatkan gerakan atom
untuk saling memisahkan diri sehingga gaya ikat akan menurun yang
mengakibatkan bahan melunak dan mudah dibentuk.Berdasarkan struktur
molekulnya termoplastik dibagi 2 yaitu :
a. Polimer kristal
MATERIAL TEKNIK
Bab 8– Pemilihan Material Komposit dan Polimer 377
Termasuk jenis ini polietylen nilon, polipropilene yang mempunyai molekul
tersusun secara teratur yang membentuk kristal. Tetapi pada kenyataannya sulit
ditemukan material murni kristalin, kebanyakan semi kristalin dengan derajat
kristalinitas tertentu.
b. Polimer Amorf
Polimer yang memiliki susunan molekul yang tidak teratur, contoh polimetil
matakrilot.
8.3.A. Termoset
Polimer yang mempunyai bentuk silang ( crosslingking ) dimana rantai – rantai
molekul saling dihubungkan, sehingga walaupun mengalami pemanasan dan penekanan
masing – masing rantai molekul tidak bisa saling bergerak aktif. Dengan demikian
proses pembentukan termoset dilakukan sebelum terjadi hubungan silang yaitu dengan
resin – resinnya. Contoh dari polimer termoset yaitu resin polyester, resin epoksi, resin
renol dan sebagainya.
8.3.B. Elastomer
Polimer berantai panjang yang mempunyai deformasi elastis yang besar dengan
bentuk ikatan seperti kumparan terpuntir.
8.3.C. Sifat – sifat polymer
Sifat – sifat khas bahan polymer pada umumnya adalah :
a. Mampu cetaknya baik, pada temperatur relatif rendah bahan dapat dicetak
dengan penyuntikan, penekanan, ekstrusi,. Sehingga ongkos pembuatan relatif lebih
rendah daripada logam dan keramik.
b. Produk yang ringan dan kuat dapat dibuat. Berat jenis polymer lebih rendah
daripada logam dan keramik.
c. Banyak diantara polymer bersifat isolasi listrik yang baik. Polymer mungkin juga
dibuat konduktor dengan jalan mencampurkannya dengan serbuk logam, butiran karbon,
dan sebagainya.
MATERIAL TEKNIK
Bab 8– Pemilihan Material Komposit dan Polimer 378
d. Baik sekali dalam ketahanan air dan ketahanan zat kimia.
e. Produk – produk dengan sifat yang cukup berbeda dapat dibuat tergantung pada
cara pembuatannya. Dengan mencampur pemlastik, pengisi, agar sifat – sifatnya dapat
berubah dalam daerah yang luas.
f. Umumnya bahan polymer lebih murah
g. Kurang tahan terhadap panas. Hal ini sangat berbeda dengan logam dan keramik
h. Kekerasan permukaannya sangat kurang. Bahan polymer yang keras ada namun
masih jauh dibawah logam dan keramik.
i. Kurang tahan terhadap pelarut. Umumnya larut dalam zat pelarut tertentu kecuali
beberapa bahan khusus seperti polytetrafluorethylene, jika tidak dapat larut maka akan
mdah retak karena kontak yang terus menerus dengan pelarut dan disertai dengan
adanya tegangan.
j. Mudah termuati listrik secara elektrostatik
k. Beberapa bahan tahan abrasi, atau mempunyai koefisien gesek yang kecil.
( Surdia dan saito,1999 : 173 )
MATERIAL TEKNIK
Bab 8– Pemilihan Material Komposit dan Polimer 379
Tabel 8.1 Sifat fisik dan kimia polimer
Umumnya pada bahan polymer modulus elastik untuk tekanan berbeda denagan
tarik, tegangan tekan yang besar terjadi pada bagian yang mengalami tegangan tekan.
Selanjutnya pada bahan polymer kekuatan tekan jauh lebih besar daripada kekuatan
tariknya, hal inilah yang menyebabkan patah karena tekukan pada bagian yang
mengalami tegangan tarik. Hal ter sebut ditunjukkan pada tabel ...
MATERIAL TEKNIK
Bab 8– Pemilihan Material Komposit dan Polimer 380
Kekuatan impak pada bahan polymer pada umumnya lebih kecil daripada
kekuatan impak bahan logam. Jika ikatan antar molekulnya, atau berat molekulnya
besar, kekuatan impak biasanya juga besar. Namun tidak sesederhana itu, contohnya
polietilene yang berkristal dan mempunyai daya tarik – menarik antar molekulnya
lemah, namun tidak patah pada pengujian impak, hanya mengalami bengkok.
8.4 POLIETILEN
1). Jenis dan cara produksi
Polietilene dibuat dengan cara polimerisasi gas etilene yang dapat kita peroleh
dengan memberi gas petrolium pada pemecahan minyak ( nafta ), gas alam atau asiteli.
Polimerisasi etilen ditunjukkan pada reaksi dibawah
Gambar 8.1 Struktur atom polietilen
( Sumber :Tata Surdia, Saito Shinroku, Pengetahuan Bahan Teknik, 2000 : 171 )
Yang digolongkan menjadi polietilene tekanan tinggi, tekanan medium dan
tekanan rendah oleh tekanan pada polimerisasinya atau masing – masing menjadi
polietilene masa jenis rendah ( LDPE ) dengan masa jenis 0.910 – 0,926, politilene masa
jenis medium ( MDPE ) dengan masa jenis 0,926 – 0,940 dan polietilene masa jenis
tinggi ( HDPE ) dengan masa jenis 0.941 – 0.965. Menurut masa jenisnya , karena sifat
– sifatnya erat hubungannya dengan masa jenisnya ( kristalinitas ), termasuk
polipropilen yang sama disebut poliolefin. Sebgai tambahan semuanya adalah polietilene
denagn berat molekul rendah ( 1000 – 12.000 ), polietilene dengan berat molekul sangat
tinggi ( 1 – 4 juta ) demikian juga polietilene yang dikopolimerkan, polietilene yang
diikat silangkan dan polietilene dibusakan.
MATERIAL TEKNIK
Bab 8– Pemilihan Material Komposit dan Polimer 381
Polimer HDPE ( High Density Polyethilene )
Pada penelitian ini matriks yang digunakan yaitu matriks polimer polietilen jenis
HDPE ( High Density Polyetilene ). Polietilen dibuat dengan jalan polimerisasi dari gas
etilen yang diperoleh dengan memberi hidrogen gas petroleum pada pemecahan minyak,
gas alam atau asitelin.
Sifat- sifat dari polietilen adalah sebagai berikut :
- Massa jenisnya yang rendah yaitu berkisar 910 – 960 kg/m3.
- Kekuatan tariknya semakin tinggi bila massa jenisnya naik tetapi berbanding terbalik
dengan kekuatan impact.
- Memiliki sifat isolasi listrik yang baik.
- Mempunyai sifat- sifat kimia yang stabil dan tahan terhadap berbagai bahan kimia
kecuali kalida dan oksida kuat.
- Mempunyai mampu cetak yang baik.
Material ini mempunyai berat molekul terendah 1.000- 12.000 sedangkan untuk
berat tertingginya 1-4 juta begitu juga dengan polietilen yang dipolimerkan dan
polietilen yang disilangkan juga dibusakan karena berat molekul yang tinggi sifatnya
sama dengan sifat parafin yang mudah terbakar, menjadi cair dan rata bila terjatuh diatas
air.
HDPE ( High Density Polyetilene ) mempunyai kepadatan pada range 935- 965
Kg/m3 dan memiliki permukaan yang jernih dibandingkan dengan jenis LDPE ( Low
Density Polyethilene ). Kelebihan bahan HDPE yaitu mempunyai kekuatan dan
kekakuan lebih baik. Polietilene jenis HDPE mempunyai kristalinitas tinggi mencapai
85- 95 % sehingga gaya antar molekulnya kuat bahan ini memiliki kekuatan mekanik
yang baik dan titik lunak yang tinggi. Sifat kimianya cukup stabil dan tahan terhadap
jenis bahan kimia. Adapun kekurangan dari bahan ini adalah dalam pembuatan produk
diperlukan tekanan kompresi dan temperatur yang tinggi untuk melunakkan.
MATERIAL TEKNIK
Bab 8– Pemilihan Material Komposit dan Polimer 382
Gambar 8.2 Biji Plastik HDPE
Sumber : http://www.indonetwork.co.id/all.ch/0.html
2) Sifat – Sifat Polietilene
Secara kimia polietilene memerupakan parafin yang mempunyai berat molekul
yang sangat tinggi. Karena itu sifat – sifatnya serupa dengan parafin. Terbakar kalau
dinya;lakan dan menjadi rata kalau dijatuhkan diatas air.
a. Hubungan dengan masa jenis
Dengan cara polimerisasi etilen yang berbeda didapat struktur molekul yang
berbeda pula pada polietilene masa jenis rendah, molekul – molekulnya tidak
mengkristal secara baik tetapi mempunyai banyak cabang. Di pihak lain
polietilene tekanan rendah kurang bercabang dan merupakan rantai lurus, karena
itu masa jenisntya lebih besar sebab mengkristal secara baik sehingga
mempunyai kristalinitas tinggi. Karena kristal yang terbentuk baik itu
mempunyai gaya molekul kuat, maka bahan ini memeiliki kekuatan mekanik
yang tinggi dan titik lunak yang tinggi pula.
MATERIAL TEKNIK
Bab 8– Pemilihan Material Komposit dan Polimer 383
Tabel 2.3 Sifat Polietilene Menurut Massa Jenis
b) Hubungan Dengan Berat Molekul
Sifatnya cukup berubah oleh perubahan massa jenis, kalau massa jenis
(kristalinitas) sama, sifat – sifat mekanik dan mampu olahnya berbeda menurut ukuran
molekul. Karena berat molekul kecil, kecairannya pada waktu cair lebih baik sedangkan
ketahanan akan zat pelarut dan kekuatannya menurun.Umumnya indeks cair ( MI )
dipergunakan untuk menyatakan berat molekul. Polietilene pada temperatur tetap 1900C
diekstrusi melalui lubang dengan diameter 2,1 mm dan panjang 8 mm, memberikan
2161 g selama 10 menit. Jumlah yang terekstrusikan dalam gram adalah indeks cair.
MATERIAL TEKNIK
Bab 8– Pemilihan Material Komposit dan Polimer 384
Tabel 2.4 Perubahan Sifat Polietilene Oleh Massa Jenis Dan Indeks Cairan ( MI )
c ) Sifat – sifat Listrik
Polietilene merupakan polimer non polar yang khas memiliki sifat – sifat
listrik yang baik. Terutama sangat baik dalam sifat khas frekwensi tinggi, banyak
dipakai sebagai bahan isolasi untuk rada, TV dan berbagai alat komunikasi. Akan
mempunyai sifat lebih baik lagi kalau masa jenisnya tinggi.
MATERIAL TEKNIK
Bab 8– Pemilihan Material Komposit dan Polimer 385
Tabel 2.5 Sifat listrik isolator polimer
d) Sifat – Sifat Kimia
Polietilene adalah bahan polimer yang sifat – sifat kimianya cukup stabil tahan
berbagai bahan kimia kecuali kalida dan oksida kuat. Ia larut dalam hidrokarbon
aromatik dan larutan hidrokarbon yang terklorinasi diatas temperatur 700C, tetapi tidak
ada pelarut yang dapat melarutkan polietilene secara sempurna pada temperatur biasa.
Karena bersifat non polar polietilene tidak mudah diolah dengan merekat dan mencap.
Perlu perlakuan tambahan tertentu seperti oksidasi pada permukaan atau pengubahan
struktur permukaannya oleh sinar elektron yang kuat. Kalau dipanaskan tanpa
berhubungan dengan oksigen, hanya mencair sampai suhu 3000C, kemudian terurai
karena thermal kalau melampaui temperatur tersebut. Tetapi kalau dipanaskan dengan
MATERIAL TEKNIK
Bab 8– Pemilihan Material Komposit dan Polimer 386
disertai adanya oksigen akan teroksidasi walaupun baru 500C. Karena polietilene lemah
terhadap sinar UV, bahan anti oksida seperti turunan naftilamin, atau bahan pengabsorb
UV seperti serbuk karbon, bensofenon, ester asam salisil, dicampurkan untuk
memperbaiki ketahanan UV, perlu menjadi perhatian karena polietilene akan retak di
bawah pengaruh tegangan apabila berhubungan dengan berbagai surfakta, minyak
mineral, alkali, alkohol dan sebagainya.
Tabel 2.6 Sifat – sifat kimia plastis
MATERIAL TEKNIK
Bab 8– Pemilihan Material Komposit dan Polimer 387
e) Permeabilitas Gas
Film polietilene sangat sukar ditembus air, tetapi mempunyai permeabilitas
cukup tinggi terhadap CO2, pelarut organik, parfum, dan sebagainya. Polietilene masa
jenis tinggi kurang permeabel daripada polietilene dengan masa jenis rendah.3) 3)
Polietilene Keperluan Khusus
a) Polietilene berberat molekul rendah ( 1000 – 1200 )
Dapat diperoleh berbagai mutu mulai dari pelumas pada temperatur sampai
bahan dengan titik cair 1000C tergantung pada masa jenis dan berat molekulnya.
Dipergunakan untuk memperbaiki mampu cetak denagn mencampur atau dipakai untuk
membuat kertas tahan air, kain tanpa tenunan, pelapis dan seterusnya, dengan jalan
pelapisan.
b) Polietilene berberat molekul sangat tinggi ( 1 – 4 juta )
Bahan ini sukar untuk diolah karena kecairannya yang buruk, walaupun agak
lunak denagn meningkatnya temperatur. Tetapi ia mempunyai ketahanan impak yang
baik, ketahanan abrasi yang sangat baik, mempunyai sifat mekanik yang baik dan
pemelaran yang kecil pada temperatur sekitar 1000C.
c) Polietilene berikatan silang
Kalau secara antar molekul diikat silangkan oleh penyinaran radioaktif energi
tinggi seperti sinar elektron, beta atau gama. Kekuatan tarik, ketahanan retak tegang
menjadi lebuh baik dan titik lunaknya meningkat 2500C.
d) Polietilene busa
Kalau polietilene diikat silangkan dan dan dibusakan, masa jenisnya bervariasi
dari daerah yang cukup lebar. Maka bahan ini dapat dipergunakan untuk isolasi dan
bahan akustik. Bhan busa rendah dipakai sebagai bahan pengganti kayu.
4) Mampu Olah
Polietilene mudah diolah, maka dari itu sering dicetak dengan penekanan,
injeksi, ekstrusi peniupan dan dengan hampa udara. Perlu diperhatikan bahwa
penyusutannya tinggi.
5) Penggunaan
MATERIAL TEKNIK
Bab 8– Pemilihan Material Komposit dan Polimer 388
Pada temperatur rendah bersifat fleksibel tahan impak dan tahan terhadap
bahan kimia. Karena itu dipakai untuk berbagai keperluan termasuk untuk pembuatan
berbagai wadah, alat dapur, berbagai barang kecil botol – botol, tempat minyak tanah,
film, pipa, isolator kabel listrik, serat, kantong tempat sampah dan sebagainya. ( Tata,
Surdia:209-212 )
8.5 PENGISI ( FILLER )
Pengisi adalah bahan yang banyak digunakan untuk ditambahkan pada bahan
polimer untuk meningkatkan sifat- sifatnya dan kemampuan pemprosesan atau untuk
mengurangi ongkos produksi ( Surdia, 2000 : 246 ). Filler dalam komposit digunakan
sebagai penguat matrik resin polimer. Mekanisme filler dalam meningkatkan kekuatan
adalah dengan membatasi pergerakan rantai polimer. Beberapa jenis filler ditambahkan
dengan alasan meningkatkan stabilitas dimensi, antioksodan, penyerab UV dan pewarna.