BAB 7 Polimer : Struktur, Sifat-sifat umum, dan Penggunaannya

Di Susun Oleh : Budhi Firmansyah (5315077633)

PengenalanKata plastik pertama kali digunakan sebagai kata benda sekitar tahun 1909 dan umumnya digunakan sebagai persamaan kata untuk polimer. Plastik adalah salah satu bahan polimer dan memiliki molekul sangat besar (makromolekul atau molekul yang sangat besar). Konsumen dan produk industri yang terbuat dari polimer meliputi makanan dan minuman kemasan, kemasan, tanda, peralatan rumah tangga, kerangka untuk komputer dan monitor, tekstil, peralatan medis, busa, cat, perisai keselamatan, mainan, peralatan, lensa, gigi, produk elektronik dan listrik, dan bodi mobil dan komponen. Karena banyak sifat mereka yang unik dan beragam, polimer semakin berkembang dan telah diganti komponen logam dalam penggunaannya seperti mobil, pesawat sipil dan militer, peralatan olahraga, mainan, peralatan, dan peralatan kantor. Penggantian ini mencerminkan manfaat polimer dalam hal karakteristik berikut: Korosi resistensi dan perlawanan terhadap bahan kimia Rendah konduktivitas listrik dan termal kepadatan rendah Kekuatan tinggi-Untuk-perbandingan rasio (terutama ketika diperkuat) Pengurangan kebisingan pilihan warna yang luas dan transparansi

Cakupan Sifat mekanis untuk Berbagai Rancang-Bangun Plastik

Lanjutan

Kemudahan manufaktur dan kompleksitas kemungkinan desain biaya yang relatif rendah (lihat Tabel 6.1) karakteristik lain yang mungkin atau tidak mungkin diinginkan (tergantung pada aplikasi), seperti kekuatan rendah dan kekakuan (Tabel 7.1), koefisien tinggi dari perluasaan panas, penggunaan rendah-suhu mencakup-sampai sekitar 350 C, dan stabilitas dimensi yang lebih rendah selama jangka waktu tertentu. Kata plastik berasal dari Yunani yaitu kata plastikos, yang berarti mampu dicetak dan dibentuk. Plastik dapat dibentuk, mesin, tuang, dan bergabung ke dalam berbagai bentuk dengan relatif mudah. Minimal operasi-finishing permukaan tambahan, jika ada sama sekali, diperlukan, karakteristik ini memberikan keuntungan yang penting dari logam. Plastik yang tersedia secara komersial seperti film, lembaran, pelat, batang, dan tabung dari berbagai penampang-lintang. Kata polimer pertama kali digunakan pada tahun 1866. Earlkst polimer terbuat dari bahan organik alami dari hewan dan produk nabati, selulosa adalah contoh yang paling umum. Melalui berbagai reaksi kimia, selulosa asetat diubah menjadi selulosa, digunakan dalam pembuatan film fotografi (seluloid), lembaran untuk kemasan, dan serat tekstil; nitrat selulosa untuk plastik dan bahan peledak; rayon (serat tekstil selulosa-dasar); dan pernis. awal sintetik (buatan) polimer adalah phenolformaldehyde, sebuah termoset dikembangkan pada tahun 1906 dan disebut bakelite (nama dagang, setelah LH Baekeland, 1863-1944).

Perkembangan teknologi plastik modern dimulai pada tahun 1920 ketika bahan baku yang diperlukan untuk membuat polimer telah dipisahkan dari batubara dan produk minyak bumi. Etilen adalah contoh pertama seperti bahan baku, melainkan menjadi blok bangunan untuk polietilen. Etilen adalah produk dari reaksi antara asetilena dan hidrogen, dan asetilena adalah produk dari reaksi antara kokain dan metana. polimer komersial, seperti polypropylene, polivinil klorida, polymethylmethacrylate, polikarbonat, dan lain-lain, semua dilakukan dalam cara yang sama; bahan ini dikenal sebagai polimer organik sintetis.

LanjutanGaris besar dari proses dasar pembuatan berbagai polimer sintetis diberikan pada Gambar. 7.1. Pada polietilen, hanya karbon dan atom hidrogen yang terlibat, tetapi senyawa polimer lain dapat diperoleh dengan memasukkan klorin, fluorine, sulfur, silikon, nitrogen, dan oksigen. Akibatnya, rentang yang sangat luas dari polimer-di antara mereka memiliki berbagai macam sifat yang sama-telah dikembangkan. Bab ini menjelaskan hubungan antara struktur polimer dengan sifat dan perilaku, selama kedua manufaktur dan umur di bawah variabel kondisi fisik dan lingkungan. Garis besar topik yang akan dipresentasikan dapat dilihat pada Gambar. 7.1. Bab ini juga menggambarkan sifat dan rekayasa Appli kation dari plastik, karet, dan elastomer. dan komposit plastik Diperkuat riaterials dijelaskan dalam Bab 9 dan cara pengolahan untuk plastik dan plastik diperkuat dalam Bab 19.

Struktur PolimerSifat-sifat umum dari polimer sangat tergantung pada individu struktur molekul polimer, molekul bentuk dan ukuran, dan bagaimana molekul disusun untuk membentuk Struktur polimer. Molekul polimer dicirikan oleh ukuran sangat besar suatu corak yang membedakan mereka dari sebagian besar komposisi kimia organik lainnya. Polimer adalah panjang rantai molekul yang dibentuk oleh polimerisasi (yaitu, dengan menghubungkan dan silang dari monomer yang berbeda). Sebuah monomer adalah blok bangunan dasar dari suatu polimer. Kata mer (dari bahasa Yunani meros, yang berarti bagian) menunjukkan satuan terkecil yang berulang-ulang; penggunaannya mirip dengan istilah sel satuan dalam struktur kristal logam (bagian 1.2). Istilah polimer berarti banyak mer (atau banyak unit), biasanya diulang ratusan atau ribuan kali dalam rantai struktur. Kebanyakan monomer adalah bahan organik dimana atom karbon bergabung dalam kovalen (elektron berbagi) saling terikat dengan atom lain (seperti hidrogen, oksigen , nitrogen, fluor, klorin, silikon, dan sulfur). Sebuah molekul etilen (Gambar. 7.2) adalah contoh dari monomer sederhana yang terdiri dari atom karbon dan hidrogen.

PolimerisasiMonomer dapat dihubungkan dengan polimer dalam unit pengulangan untuk membuat molekul lebih lama dan lebih besar dengan proses kimia yang disebut reaksi polimerisasi. Polimerisasi proses kompleks; mereka akan dijelaskan hanya sebentar di sini. Meskipun ada beberapa variasi, dua proses polimerisasi adalah penting: polimerisasi kondensasi dan penambahan.

Struktur molekular berbagai polimer

Contoh polimerisasi, ( a) pemadatan Polimerisasi nilon 6.6 dan ( b) penambahan polimerisasi poliethilen molekul dari ethilen mers.

PenjelasanDalam kondensasi polimerisasi (Gbr.7.3), polimer yang dihasilkan oleh pembentukan ikatan antara dua jenis bereaksi mer. Karakteristik reaksi ini adalah reaksi oleh-produk (seperti air) yang kental keluar (maka nama). proses ini juga dikenal sebagai langkah-pertumbuhan atau langkahreaksi polimerisasi, Karena molekul polimer tumbuh langkah demi langkah sampai semua dari satu reaktan dikonsumsi. Selain polimerisasi (juga disebut rantai-pertumbuhan atau polimerisasi reaksi berantai), ikatan terjadi tanpa reaksi oleh-produk, seperti yang ditunjukkan pada Gbr.7.3b. Hal ini disebut "reaksi berantai" karena tingginya tingkat di mana bentuk molekul yang panjang secara bersamaan, biasanya dalam waktu beberapa detik. Tingkat ini jauh lebih tinggi daripada yang di polimerisasi kondensasi. Dalam reaksi ini, sebagai penggagas ditambahkan untuk membuka ikatan ganda antara dua atom karbon, yang dimulai proses menghubungkan dengan menambahkan lebih banyak monomer ke rantai yang sedang tumbuh. Sebagai contoh, monomer etilena (Gbr.7.3b) link untuk menghasilkan polimer polietilen; Selain contoh lain terbentuk polimer yang ditampilkan dalam Gbr.7.2. Berat molekul. Jumlah dari berat molekul dari mer dalam rantai perwakilan dikenal sebagai berat molekul dari polimer. semakin tinggi berat molekul suatu polimer, semakin besar rata-rata panjang rantai. Komersial polimer memiliki berat molekul antara 10,000 dan 10.000.000. Karena polimerisasi adalah peristiwa tidak teratur, memproduksi rantai polimer tidak semua dengan panjang yang sama, tetapi panjang rantai produksi jatuh ke dalam kurva distribusi tradisional. Rata-rata berat molekul suatu polimer ditentukan pada dasar statistik oleh rata-rata. Penyebaran berat molekul dalam rantai disebut sebagai distribusi berat molekul (DBM). Sebuah molekul polimer yang berat dan DBM memiliki pengaruh kuat pada sifat. Sebagai contoh, tarik dan dampak kekuatan, perlawanan terhadap retak, dan viscocity (dalam keadaan cair) dari polimer semua meningkat dengan meningkatnya berat molekul (Fig.7.4).

Efek bobot molekular dan derajat tingkat polmerisasi pada kekuatan dan viskositas polimer.

Derajat polimerisasi. Akan lebih mudah untuk menyatakan ukuran rantai polimer dalam bentuk derajat polimerisasi (DP), yang didefinisikan sebagai rasio dari berat molekul polimer dengan bobot molekul dari unit pengulangan. Sebagai contoh, polyvinyl chloride (PVC) memiliki berat mer 62,5; demikian, DP PVC dengan berat molekul 50,000 adalah 50.000/62, 5 = 800. Dalam hal pengolahan polimer (Bab 19), DP semakin tinggi, semakin tinggi adalah polimer's viskositas atau resistensi terhadap aliran (Gbr.7.4). Viskositas tinggi merugikan mempengaruhi kemudahan membentuk dan, dengan demikian, meningkatkan biaya keseluruhan pengolahan. Bonding. Selama polimerisasi, monomer terhubung bersama-sama oleh ikatan kovalen, membentuk rantai polimer. Karena kekuatan mereka, ikatan kovalen juga disebut obligasi utama. Rantai polimer, pada gilirannya, yang diselenggarakan bersama oleh ikatan sekunder, seperti ikatan van der Waals, ikatan hidrogen, dan ikatan ion. Ikatan sekunder yang lebih lemah daripada ikatan primer satu untuk dua porsi besar. Dalam suatu polimer, peningkatan kekuatan dan viskositas dengan berat molekul disebabkan (sebagian) dengan kenyataan bahwa semakin panjang rantai polimer, semakin besar energi yang diperlukan untuk mengatasi kekuatan gabungan ikatan sekunder. Sebagai contoh, polimer etilena karena DPs dari 1, 6, 35, 140, dan 1350 pada suhu kamar adalah, masing-masing, dalam bentuk gas, cair, lemak, lilin, dan plastic keras.

LanjutanPolimer linear. Rantai-seperti ditunjukkan pada Gbr.7.2 polimer disebut polimer linear karena struktur sekuensial (Gbr.7.5a). Namun, molekul linear tidak harus lurus dalam bentuk. Selain yang ditunjukkan pada gambar, polimer linier lain poliamida (nilon 6,6) dan polivinil fluorida. Umumnya, polimer terdiri dari lebih dari satu jenis struktur; demikian, polimer linear mungkin mengandung beberapa cabang dan rantai silang. Sebagai hasil dari percabangan dan silang, sifat-sifat polimer yang berubah secara signifikan. Polimer bercabang. Properti dari polimer tidak hanya bergantung pada jenis monomer, tetapi juga pada susunan mereka dalam struktur molekul. Dalam cabang polimer (Gbr.7.5b), samping-cabang rantai yang melekat pada rantai utama selama sintesis polimer. Percabangan mengganggu gerakan relatif rantai molekul. Akibatnya, perlawanan mereka terhadap deformasi dan retak stres meningkat. Kepadatan polimer bercabang lebih rendah dari yang linear-rantai polimer, karena cabang-cabang mengganggu dengan efisiensi pengepakan rantai polimer.

GAMBAR 7.5 ilustrasi Menurut bagan polymer rantai, ( a) Struktur linier- termo-plastik seperti acrylics, kaus kaki nilon, polyethylene, dan polyvinyl klorid mempunyai struktur linier, ( b) Struktur bercabang, seperti pada polyethylene, ( c) Structure-Many karet Cross-linked atau elastomers mempunyai struktur ini, dan vulkanisasi karet menghasilkan struktur ini, ( d) Jaringan struktur, pada dasarnya cross-linked-examples sangat chermosetting plastik, seperti epoxies dan phenolics.

Perilaku polimer bercabang dapat dibandingkan dengan linear-rantai polimer dengan membuat suatu analogi dengan tumpukan cabang-cabang pohon (bercabang polimer) dan seikat kayu lurus (linear polimer). Perhatikan bahwa lebih sulit untuk memindahkan cabang dalam tumpukan cabang daripada log yang bergerak di dalam bundel. tiga dimensi keterbelitan cabang membuat gerakan lebih sulit, sebuah fenomena yang serupa dengan peningkatan kekuatan.dimensi keterbelitan cabang membuat gerakan lebih sulit, sebuah fenomena yang serupa dengan peningkatan kekuatan. Polimer silang. Umumnya tiga dimensi dalam struktur, polimer silang telah berdekatan dihubungkan oleh ikatan kovalen (Gbr.7.5c). Polimer dengan struktur rantai silang disebut termoset, atau termoseting plastik; contoh epoxies, phenolic, dan Silikon. Persilangan telah memiliki pengaruh besar terhadap sifat-sifat polimer (umumnya menanamkan kekerasan, kekuatan, kekakuan, kerapuhan, dan lebih baik stabilitas dimensi; lihat Gambar. 7.6), serta dalam vulkanisasi karet (Subbab 7.9).

Jaringan polimer. Polimer ini terdiri dari ruang (tiga dimensi) lebih aktif jaringan atau ikatan kovalen (Gambar 7.5d). Yang sangat cross-linked polymer juga dianggap sebagai jaringan polimer. Polimer termoplastik yang sudah telah terbentuk atau dibentuk dapat cross-linked untuk memperoleh kekuatan yang lebih tinggi dengan menundukkan mereka untuk radition energi tinggi, seperti sinar ultraviolet, x-ray, atau berkas elektron. Namun, radiasi yang berlebihan dapat menyebabkan degradasi dari polimer. Kopolimer dan terpolymers. Jika mengulang unit dalam rantai polimer adalah semua tipe yang sama, molekul disebut homopolymer. Namun, seperti yang kuatlarutan logam paduan (bagian 4.2), dua atau tiga jenis monomer dapat digabungkan untuk mengembangkan beberapa properti khusus dan karakteristik, seperti meningkatkan kekuatan, ketangguhan, dan formability dari polimer. Kopolimer mengandung dua jenis polimer (misalnya, styrene-butadiene, yang digunakan secara luas untuk mobil ban). Terpolymers mengandung tiga jenis (untuk contoh, ABS (acrylonitrilebutadiene-styrene), yang digunakan untuk helm, telepon, dan kulkas liners).

GAMBAR 7.6 Perilaku polimer-polimer sebagai fungsi temperatur dan ( a) derajat tingkat crystallinas dan ( b) cross-linking. Kombinasi perilaku merekat dan elastis polimer dikenal sebagai viscoelasticity .

CONTOH 7.1 Gigi dan tulang medis semen Polymethylmethacrylate (PMMA) merupakan polimer akrilik yang biasa digunakan dalam kedokteran gigi dan aplikasi sebagai perekat dan biasa disebut sebagai tulang semen. Ada sejumlah bentuk PMMA, tapi contoh ini menggambarkan satu bentuk umum melibatkan penambahan-reaksi polimerisasi. PMMA disampaikan dalam dua bagian: sebuah bubuk dan cairan, yang dicampur dengan tangan. Cairan kencing dan melarutkan sebagian bubuk, menghasilkan cairan dengan viskositas pada urutan 0,1 Ns / m mirip dengan minyak sayur. Viskositas meningkat pesat sampai sebuah "adonan" negara mencapai sekitar lima menit dan sepenuhnya adonan mengeras dari negara dalam tambahan lima menit. Bedak terdiri dari berat molekul tinggi poli [(methylmethacrylate) costyrene] paticles dari sekitar 50 m dengan diameter, berisi fraksi volume kecil benzoil peroksida. Cairan terdiri dari metil metakrilat (MMA) monomer, dengan jumlah kecil terlarut n, n dimetil-p-toluidine (DMPT). Ketika Aare cair dan bubuk campuran, MMA membasahi partikel (pelarutan lapisan permukaan dari partikel PMMA) dan DMPT benzoil peroksida yang membelah molekul menjadi dua bagian untuk membentuk sebuah katalis dengan elektron bebas (kadang-kadang disebut sebagai radikal bebas ). Katalis yang dihasilkan menyebabkan pertumbuhan yang cepat dari MMA PMMA mer, sehingga materi terakhir adalah gabungan dari berat molekul tinggi PMMA PMMA partikel yang dihubungkan oleh rantai. Diagram skematik sepenuhnya menetapkan semen tulang ditampilkan dalam Gbr.7.7.

GAMBAR 7.7 ilustrasi Menurut bagan microstructure polymethyimethacrylate semen digunakan pada aplikasi medis dan mengenai gigi.

PMMA particle Polymerized MMA matrix PMMA dissolved in monomer Porosity

7.2.2 KristalinitasPolimer seperti polymethylmethacrylate, polikarbonat, dan umumnya berbentuk polystyrene, yaitu rantai polimer ada tanpa tatanan rentang panjang (lihat juga berbentuk paduan, bagian 6,14). susunan tak berbentuk rantai polimer sering digambarkan sebagai orang yang seperti semangkuk spaghetti atau seperti ember-wormsin semua intertwinedwith satu sama lain. dalam beberapa polimer, bagaimanapun, itu memberi beberapa possibleto kristalinitas dan dengan demikian mengubah karakteristik mereka. pengaturan ini dapat dibina baik selama sintesis dari polimer atau oleh deformasi selama proses berikutnya. daerah kristalin polimer disebut kristalit (Gbr.7.8). kristal ini terbentuk ketika molekul panjang mengatur sendiri inan tertib, mirip dengan melipat selang kebakaran di lemari atau jaringan wajah dalam sebuah kotak. sebagian kristalin (semi-kristalin) polimer dapat dianggap sebagai bahan dua-fasa, satu fase kristalin dan amorf lain. dengan mengendalikan laju solidifikasi pada saat pendinginan dan struktur rantai, adalah mungkin untuk memberikan yang berbeda untuk derajat kristalinitas plymers, meskipun tidak 100%. kristalinitas berkisar dari kristal yang hampir lengkap (sampai sekitar 95% dengan volume dalam kasus polietilen) untuk sedikit mengkristal (kebanyakan amorphous) polimer. derajat kristalinitas juga dipengaruhi oleh percabangan. polimer linear dapat menjadi sangat kristalin, tetapi bercabang polimer yang sangat tidak bisa, walaupun mungkin mengembangkan beberapa tingkat rendah kristalinitas. tidak akan pernah mencapai konten kristalit tinggi karena cabang-cabang mengganggu keselarasan antara rantai ke array kristal biasa.

Efek kristalinitas. mekanis dan sifat fisik polimer yang sangat dipengaruhi oleh derajat kristalinitas: sebagai kristalinitas meningkat, polimer menjadi lebih keras, lebih keras, lebih ulet, lebih padat, kurang kenyal, dan lebih tahan terhadap pelarut dan panas (fig.7.6). peningkatan kerapatan dengan peningkatan kristalinitas disebut kristalisasi penyusutan dan disebabkan oleh kemasan yang lebih efisien dari molekul-molekul dalam kisi kristal. misalnya, bentuk kristal yang sangat polietilen, yang dikenal sebagai high density polyethylene (HDPE), mempunyai bobot dalam kisaran 0,941-0,970 (80 hingga 95% kristal). itu adalah lebih kuat, lebih kaku, lebih kuat, dan kurang ulet dari low-density polyethylene (LDPE), yang adalah sekitar 60 sampai 70% kristalin dan memiliki bobot sekitar 0,910-0,925. sifat optik polimer juga dipengaruhi oleh derajat kristalinitas. pantulan cahaya dari batas-batas antara kristalinitas dan daerah amorf di polimer menyebabkan kekaburan. Selanjutnya, karena indeks bias sebanding dengan kerapatan, kerapatan semakin besar perbedaan antara amorf dan fase kristalin, semakin besar kegelapan dari polimer. polimer amorf yang benar-benar dapat transparan, seperti polikarbonat dan acrylics.

Amorphous region

Crystalline region

GAMBAR 7.8 Amorphous (daerah tak berbentuk) dan daerah kristal yang jernih pada polimer. daerah kristal yang jernih ( kristalit) mempunyai suatu pengaturan molekul rapih. Kristalinitas yang lebih tinggi, lebih keras, lebih sedikit dapat di bentuk polimer.

7.2.3 temperatur transisi kaca

walaupun polimer amorf tidak memiliki titik leleh tertentu, mereka mengalami perubahan yang berbeda dalam perilaku mekanis di kisaran sempit suhu. pada temperatur rendah, mereka keras, kaku, rapuh, dan berkaca-kaca; pada temperatur tinggi, mereka karet atau kulit. temperatur di mana terjadi transisi disebut temperatur transisi kaca, juga disebut point atau kaca kaca suhu. kaca istilah yang digunakan dalam uraian ini karena gelas, yang berbentuk padat, berperilaku dengan cara yang sama (lihat metalik kacamata, bagian 6,14). meskipun kebanyakan polimer amorf menunjukkan perilaku ini, suatu pengecualian adalah polikarbonat, bukan whch kaku atau rapuh di bawah temperatur transisi kaca. polikarbonat adalah meskipun pada temperatur dan digunakan untuk keselamatan helm dan perisai. untuk menentukan, volume spesifik dari polimer ditentukan dan diplot terhadap suhu, dan ditandai oleh perubahan tajam dalam kemiringan kurva (fig.7.9). dalam kasus yang sangat cross-linked polimer, kemiringan kurva berubah secara bertahap dekat, dan karenanya, itu bisa menjadi sulit untuk menentukan polimer tersebut. kaca-suhu transisi bervariasi dengan polimer yang berbeda (tabel 7.2). misalnya, suhu ruangan di atas untuk beberapa polimer dan di bawah ini untuk orang lain. seperti polimer amorf, sebagian kristalin polimer memiliki titik lebur yang berbeda, (Gbr. 7,9; lihat alsotable 7.2). karena perubahan-perubahan struktural (perubahan orde pertama) yang terjadi, volume spesifik dari polimer tetes sebagai suhu tiba-tiba dikurangi.

GAMBAR 7.9 Volume jenis polymers sebagai fungsi temperatur. tak berbentuk Polymers, seperti acrylic dan polycarbonate, mempunyai suatu glass-transition temperatur, Tg, tetapi tidak mempunyai suatu titik-lebur spesifik, Tm. sebagian Dari kristal/jernih polymers, seperti polyethylene dan kaus kaki nilon, kontrak tajam yang melintas temperatur peleburan mereka selama proses pendinginan.

Amorphous polymers Partly crystalline polymers

Temperature

7.2.4 polymer blends

perilaku yang rapuh tak berbentuk polimer di bawah temperatur transisi kaca dapat dikurangi dengan campuran mereka-biasanya dengan jumlah kecil dari suatu elastomer (bagian 7.9). partikel kecil ini tersebar di seluruh polimer amorf, meningkatkan ketangguhan dan dampak yang kekuatan dengan meningkatkan ketahanan terhadap perambatan retak. campuran polimer ini dikenal sebagai karet diubah polimer. pencampuran maju dalam severals melibatkan komponen, menciptakan polyblends kemudian memanfaatkan sifat-sifat yang menguntungkan polimer yang berbeda. bercampur campuran (pencampuran tanpa pemisahan dari dua fase) diciptakan oleh sebuah proses yang mirip dengan paduan logam campuran polimer yang memungkinkan untuk menjadi lebih ulet. polimer campuran sekitar 20% dari seluruh produksi polimer.

7.3 | Termoplastik

Telah dicatat sebelumnya bahwa dalam setiap molekul ikatan antara molekul yang berdekatan longchain (sekunder obligasi) yang lebih lemah dari ikatan kovalen antara mer (ikatan primer). itu adalah kekuatan ikatan sekunder yang menentukan kekuatan overall polimer; linear dan bercabang polimer telah lemah ikatan sekunder. Ketika suhu dinaikkan di atas temperatur transisi kaca, atau titik lebur, polimer tertentu menjadi lebih mudah untuk membentuk atau mencetak ke dalam bentuk yang dikehendaki. meningkatnya suhu melemahkan ikatan sekunder (melalui getaran termal molekul yang panjang), dan rantai yang berdekatan sehingga dapat bergerak lebih mudah ketika mengalami kekuatan membentuk eksternal. ketika polimer didinginkan, ia kembali ke aslinya kekerasan dan kekuatan; dengan kata lain proses reversibel. polimer yang menunjukkan perilaku ini dikenal adalah termoplastics (contoh umum yang akrilik, cellulosics, nilon, dan polyvinyl chloride). Perilaku termoplastik tergantung pada variabel lain serta struktur dan komposisi mereka. di antara yang paling penting adalah suhu dan laju deformasi. di bawah temperatur transisi kaca, kebanyakan polimer berkaca-kaca (rapuh) dan berperilaku seperti padat elastis (yaitu, hubungan antara stres dan ketegangan adalah linear (lihat gambar 2.2). sebagai contoh, polymethylmethacrylate (PMMA) adalah berkaca-kaca di bawah, sedangkan polycarbonate tidak berkaca-kaca di bawah. perilaku yang berkacakaca dapat diwakili oleh sebuah pegas yang kaku adalah setara dengan modulus elastisitas polimer.

Lanjutan

Ketika tegangan meningkat lebih lanjut, akhirnya polimer patah tulang, seperti sepotong kaca pada suhu ambien. plastik mengalami kelelahan dan creep fenomena, sama seperti logam lakukan. khas tegangan-regangan untuk beberapa termoplastik cuves pameran berbagai perilaku, yang dapat digambarkan sebagai kaku, lembut, rapuh, fleksibel, dan seterusnya. sifat mekanik beberapa polimer lited pada tabel termoplastik 7,1 menunjukkan bahwa sekitar dua perintah yang besarnya kurang kaku dari logam. kekuatan tarik utama mereka adalah sekitar satu urutan besarnya lebih rendah dari logam (lihat tabel 2.1). Efek temperatur. jika suhu suatu polimer termoplastik yang dinaikkan di atas, pertama kali menjadi kasar dan kemudian, dengan meningkatnya suhu, karet (gambar 7.6). akhirnya, pada temperatur yang lebih tinggi (misalnya, di atas untuk kristal termoplastik), ini akan menjadi fluida viskos: its viscocity berkurang dengan meningkatnya suhu. pada temperatur lebih tinggi, tanggapan dari termoplastik dapat disamakan dengan es krim: itu bisa melunak, dibentuk menjadi bentuk, refrozen, dan remolded beberapa kali. dalam prakteknya, pemanasan dan pendinginan ulang menyebabkan degradasi, atau termal penuaan, dari termoplastik. efek khas temperatur pada kekuatan dan modulus elastis termoplastik yang mirip dengan logam; dengan meningkatnya temperatur, kekuatan dan modulus elastisitas descrease dan thoughness meningkat (ara 7,11). pengaruh suhu pada kekuatan dampak ditunjukkan dalam gambar. 7,12; perhatikan perbedaan besar dalam dampak perilaku dari berbagai polimer.

Gambar 7.10Istilah umum gambaran perilaku tiga jenis plastik. PTFE (polytetrafluoroethylene) mempunyai telfon sebagai nama dagang nya. Sumber: After R.L.E. Brown

GAMBAR 7.11 Efek suhu pada kurva tegangan-regangan untuk bahan kimia untuk cat/kertas asam cuka, suatu termo-plastik. Catatan tetesan yang besar pada kekuatan dan peningkatan yang besar pada dutilas dengan suatu peningkatan kecil pada temperatur. Sumber: After T.S. Carswell dan H.K. Nason.

Gambar 7.12 Efek pada suhu atas kuat dampak berbagai plastik. Uang receh pada temperatur dapat mempunyai suatu efek penting pada kuat dampak. Sumber: Setelah P.C. Powell.

efek laju defomation. perilaku termoplastik mirip dengan tingkat sensitivitas strai-logam, ditandai dengan tingkat sensitivitas stran-eksponen m eq. (2,9). termoplastik umum tinggi nilainilai m, menunjukkan bahwa mereka dapat mengalami deformasi seragam besar dalam ketegangan sebelum fraktur (gambar 7.13). tidak seberapa (tidak seperti di logam biasa) di wilayah necked berelongasi jauh. fenomena ini dengan mudah dapat dibuktikan dengan meregangkan sepotong pemegang plastik selama 6 kaleng minuman kaleng. mengamati urutan peregangan penciutan dan perilaku yang ditunjukkan pada gambar 7.13a. karakteristik ini (yang sama dalam superplastis logam) memungkinkan thermoforming dari termoplastik (bagian 19,6) ke bentuk kompleks seperti sebagai daging nampan, tanda-tanda terang, dan botol-botol atau minuman ringan. Orientasi. ketika termoplastik yang cacat (misalnya, dengan peregangan) yang longchain molekul cenderung untuk menyelaraskan dalam arah pemanjangan; proses ini disebut orientasi. seperti dalam logam, dalam polimer menjadi anisotropik (lihat juga bagian 1.5), sehingga spesimen menjadi lebih kuat dan kaku dalam memanjang (membentang) arah dari dalam arah melintang. peregangan adalah teknik yang penting untuk enhanching kekuatan dan thoughnees dari polimer. Gerak perlahan dan stres relaksasi. karena perilaku viskoelastisitas, termoplastik dan khususnya suscebtible merayap dan stres relaksasi dan untuk sebagian besar dari logam. sejauh mana fenomena ini tergantung pada polimer, tingkat stres, suhu, dan waktu. pameran termoplastik creep dan stres relaksasi pada suhu kamar; kebanyakan logam melakukannya hanya pada temperatur tinggi.

krasing. beberapa termoplastik (seperti plastik dan polymethylmethacrylate), ketika mengalami tegangan tarik atau tekukan, mengembangkan lokal, berbentuk baji, daerah yang sangat sempit cacat bahan, biasanya mengandung sekitar 50% void. dengan meningkatnya beban tarik pada spesimen, void ini menyatu dari retak, yang akhirnya dapat menyebabkan patah tulang dari polimer. krasing telah diamati baik dalam transparan, kaca polimer dan jenis lainnya. lingkungan (khususnya kehadiran pelarut, pelumas, atau uap air) dapat meningkatkan pembentukan crazes (lingkungan-stres retak dan pelarut krasing). tegangan sisa dalam bahan juga berkontribusi terhadap krasing dan cracking dari polimer; radiasi (terutama radiasi ultraviolet) dapat meningkatkan perilaku krasing polimer tertentu. Sebuah fenomena yang terkait dengan pemutihan krasing adalah stres. ketika mengalami tegangan tarik (seperti yang disebabkan oleh lipat atau tekukan), plastik menjadi lebih ringan dalam warna-sebuah fenomena yang biasanya dihubungkan dengan pembentukan microvoids dalam materi. sebagai hasilnya, bahan menjadi kurang transparan (memancarkan lebih sedikit cahaya) atau lebih buram. perilaku ini dengan mudah dapat dibuktikan oleh komponen plastik menekuk umum ditemukan dalam map berwarna strip for report meliputi, produk rumah tangga, dan mainan.

Gambar 7.13 ( a) Load-Elongation membengkok untuk polycarbonate, suatu termo-plastik. Sumber: Kehormatan R.P. Kambour dan R.E. Robertson. ( b) High-Density polyethylene spesimen tensiletest, melihatkan pemanjangan seragam ( panjang, membatasi pada daerah spesimen).

Penyerapan air. karakteristik yang penting dari beberapa polimer, seperti nilon, adalah kemampuan mereka untuk menyerap air. air bertindak sebagai agen plasticizing: ia membuat polimer lebih plastik (lihat bagian 7.5). dalam arti, itu melumasi rantai di wilayah amorf. dengan peningkatan penyerapan uap air, kaca-transisi suhu, tegangan luluh, dan modulus elastisitas dari polimer biasanya adalah lowerd severly. perubahan dimensi juga terjadi, terutama di lingkungan yang lembab. Termal dan sifat listrik. dibandingkan dengan logam, plastik umumnya dicirikan oleh rendahnya termal dan konduktivitas listrik, gravitasi spesifik rendah (berkisar 0,90-2,2), seorang yang tinggi koefisien ekspansi termal (sekitar satu urutan magnitud yang lebih besar, lihat tabel 3.1 dan 3.2) karena kebanyakan polimer memiliki konduktivitas listrik yang rendah, mereka dapat digunakan untuk insulator dan sebagai bahan kemasan ciomponents elektronik.

Lanjutankonduktivitas listrik beberapa polimer dapat ditingkatkan oleh doping (memperkenalkan kotoran, seperti serbuk logam, garam, dan iodida, ke dalam polimer. ditemukan pada akhir 1970an, konduktivitas listrik polimer dengan uap air meningkatkan penyerapan; mereka sifat elektronik juga dapat diubah oleh iradiasi. aplikasi untuk melakukan polimer termasuk perekat, microelectronic perangkat, baterai rechargeable, kapasitor, katalis, sel bahan bakar, bahan bakar tingkat sensor, deicer panel, radar piring, Antistatic pelapisan, dan thermoactuating motor (digunakan dalam aplikasi linier-gerak seperti kekuasaan antena, matahari atap, dan power window). Polimer perlakuan panas juga sedang dikembangkan untuk aplikasi yang memerlukan stabilitas dimensi dan perpindahan panas (seperti haet tenggelam) dan juga untuk mengurangi waktu siklus di cetak dan pemrosesan termoplastik. polimer ini biasanya termoplastik (seperti polypropylene, polikarbonat, nilon) dan bukan logam tertanam dengan melakukan termal partikel; mereka dapat konduktivitas sebanyak 100 kali dari plastik konvensional.

contoh 7,2 penggunaan listrik dari baterai yang dapat diisi ulang polimer dalamsalah satu aplikasi yang paling awal melakukan polimer berada di baterai yang dapat diisi ulang. modern menggunakan baterai rechargeable lithium lithium atau oksida lithium sebagai katoda dan lithium karbida sebagai anoda, dipisahkan oleh sebuah lapisan polimer melakukan. lithium digunakan baceuse itu adalah yang paling ringan dari semua logam dan memiliki potensial elektrokimia yang tinggi, sehingga adalah energi per volume tertinggi. polimer, biasanya polietilen oksida (PEO), dengan garam lithium dibubarkan ditempatkan antara katoda dan anoda. selama pemakaian, dioksidasi dan pemakaian gratis electorns dan lithium ion. drive eksternal elektron elektronik, dan ion disimpan dalam polimer. ketika katoda habis, baterai harus diisi ulang untuk mengembalikan katoda. selama pengisian daya berlangsung, Li + adalah ditransfer melalui polimer elektrolit menuju katoda. lirthium-ion baterai heve kapasitas yang baik, dapat menghasilkan sampai dengan 4,5 V, dan dapat ditempatkan secara seri untuk mendapatkan tegangan yang lebih tinggi. perkembangan yang terjadi untuk membuat selsel bettery di mana kedua elektroda terbuat dari polimer melakukan; satu telah dibangun dengan kapasitas sebesar 3,5 V.

7.4 | Termoseting plastik ketika panjang rantai polimer molekul dalam cross-lnked dalam tiga dimensi pengaturan, struktur yang berlaku menjadi salah satu raksasa molekul dengan ikatan kovalen yang kuat. polimer ini disebut polimer termoseting termoset, karena (selama polimerisasi) jaringan selesai dan bentuk bagian secara permanen ditetapkan. menyembuhkan ini (cross-link) reaksi, berbeda dari termoplastik, adalah ireversibel. tanggapan dari plastik termoseting ke suhu yang cukup tinggi dapat disamakan dengan apa yang terjadi dalam pembakaran kue atau dalam mendidihkan telur; sekali kue panggang dan didinginkan, atau telur rebus dan didinginkan, pemanasan kembali tidak akan mengubah bentuknya. beberapa termoset (seperti epoxy, polyester, dan urethane) obat pada suhu kamar, karena panas yang dihasilkan oleh reaksi eksotermik cukup untuk menyembuhkan plastik.

LanjutanDalam proses polimerisasi termoset umumnya terjadi dalam dua tahap. pertama terjadi di pabrik kimia, di mana sebagian molekul polimerisasi ke rantai linier. tahap kedua terjadi pada bagian-bagian tanaman yang menghasilkan, di mana silang selesai di bawah panas dan tekanan selama pencetakan dan pembentukan bagian (bab 19). termoseting polimer tidak memiliki didefinisikan tajam temperatur transisi kaca. karena sifat dari obligasi, kekuatan dan kekerasan dari sebuah termoset (tidak seperti orang-orang termoplastik) tidak terpengaruh oleh temperatur atau laju deformasi. jika suhu meningkat cukup, bukannya plymers yang termoseting mulai membakar, merusak dan char. termoset proses umumnya lebih baik mekanis, termal, dan kimia; hambatan listrik dan stabilitas dimensi daripada termoplastik. khas dan Common termoset adalah fenolik, yang merupakan produk dari reaksi antara fenol dan formaldehida. Common produk yang dibuat dari polimer ini adalah pegangan dan tombol-tombol pada panci dan wajan, dan komponen lampu dan outlet.

7.5 | Aditif pada PlastikDalam rangka untuk menanamkan sifat-sifat khusus tertentu, biasanya polimer diperparah dengan aditif. aditif ini memodifikasi dan meningkatkan karakteristik tertentu dari polimer, seperti kekakuan, kekuatan, warna, weatherability, mudah terbakar, busur resistensi (untuk aplikasi listrik), dan kemudahan proses berikutnya . plastisizer ditambahkan ke polimer untuk memberikan fleksibilitas dan kelembutan dengan menurunkan suhu transisi kaca mereka. plastisizer rendah-molekul-timbang pelarut dengan titik didih tinggi (nonvolatile), mereka mengurangi kekuatan ikatan sekunder antara rantai molekul panjang dan, dengan demikian, membuat polimer fleksibel dan lembut. penggunaan paling umum plastisizer dalam polyvinyl chloride (PVC), yang tetap fleksibel selama banyak kegunaan tersebut; aplikasi lain adalah dalam lembaran tipis, film, tubing, mandi tirai, dan bahan pakaian. polimer yang paling terkena dampak negatif oleh radiasi ultraviolet (seperti dari sinar matahari) dan dengan oksigen, mereka melemahkan dan melepaskan ikatan primer dan menyebabkan pemotongan (pemisahan) dari molekul rantai-panjang; polimer kemudian menurun dan menjadi kaku dan rapuh. di sisi lain, degradasi mungkin bermanfaat, seperti dalam pembuangan benda plastik dengan menundukkan mereka menyerang environmetal (lihat juga bagian 7.8).

contoh khas perlindungan terhadap radiasi ultraviolet adalah peracikan dari plastik dan karet dengan karbon hitam (jelaga). karbon hitam menyerap persentase yang tinggi dari radiasi ultraviolet. proteksi terhadap degradasi akibat oksidasi, terutama pada suhu tinggi, ini dicapai dengan menambahkan antioksidan untuk polimer. berbagai pelapis lain cara melindungi polimer. pengisi digunakan dalam plastik umumnya kayu tepung (serbuk gergaji halus), silika tepung (bubuk silika halus), tanah liat, mika bubuk, talc, kalsium karbonat, dan celana pendek serat selulosa, kaca atau asbes. karena biaya rendah, bahan pengisi penting dalam mengurangi biaya keseluruhan dari polimer. tergantung pada jenis mereka, bahan pengisi juga dapat meningkatkan kekuatan, hrdness, thoughness, ketahanan abrasi, stabilitas dimensi, atau kekakuan dari plastik. sifat ini adalah yang terbesar sebagai persentase tertentu dari berbagai jenis kombinasi polimer-filler. seperti plastik withreinforced (bagian 9.2), efektivitas filler tergantung pada sifat ikatan antara bahan filler dan rantai polimer. berbagai macam warna tersedia dalam plastik diperoleh dengan menambahkan pewarna baik organik (pewarna) atau anorganik (pigmen). pemilihan pewarna tergantung pada suhu layanan dan jumlah yang diharapkan dari terkena cahaya. pigmen partikel tersebar karena mereka umumnya memiliki daya tahan yang lebih daripada deys dengan suhu dan cahaya. jika suhu ufficiently tinggi, polimer yang akan menyalakan dan membakar; warna api biasanya kuning biru. yang mudah terbakar (kemampuan untuk mendukung pembakaran) dari polimer bervariasi, tergantung pada komposisi mereka (terutama pada klorin mereka) dan konten flourine). yang mudah terbakar polimer dapat dikurangi baik dengan membuat mereka dari bahan baku yang kurang mudah terbakar atau oleh adition dari retardants api, seperti senyawa dari klorin, bromin dan fosfor. cross-linking juga mengurangi kerawanan kebakaran polimer.

daftar berikut ini memberikan beberapa polimer umum dengan karakteristik pembakaran yang berbeda: 1. plastik yang tidak membakar: fluorocarbons (Teflon) 2. plastik yang terbakar tetapi diri-pemadam: karbonat. nilon, vynil klorida 3. plastik yang membakar dan tidak diri pemadam; asetal, akrilik, acryloniterilebutadiena-stirena, selulosa, poliester, proplylene, styrene. pelumas dapat ditambahkan ke polimer untuk reducefriction selama proses selanjutnya mereka menjadi produk yang berguna dan untuk mencegah bagian dari pelekatan ke cetakan. typicall pelumas adalah minyak biji rami, minyak mineral, dan malam (alam dan sintetik); Metallics sabun seperti kalsium dan seng stearat stearat juga digunakan. pelumasan juga penting dalam mencegah film tipis polimer dari pelekatan ke aech lainnya.

7.6 | Sifat-sifat umum dan Penggunaan termoplastikkarakteristik umum dan aplikasi khas termoplastik utama, patycularly karena terkait dengan pembuatan dan kehidupan service produk plastik dan komponen, diuraikan dalam bagian ini. rekomendasi umum untuk berbagai aplikasi plastik diberikan dalam tabel 7,3 dan 7,4 daftar beberapa nama dagang yang lebih umum untuk termoplastik. asetal (dari asetat dan alkohol) memiliki kekuatan yang baik kekakuan yang baik, dan tahan terhadap creep, abrasi, kelembaban, panas, dan bahan kimia. aplikasi umum meliputi: bagian mekanik dan komponen yang membutuhkan kinerja tinggi dalam jangka panjang (yaitu, bantalan Cams, roda gigi, bushing dan rolles), impeler, permukaan pakai, pipa, katup, mandi kepala, dan perumahan. akrilik (polymethylmethacrylate, PMMA) prossess kekuatan moderat, sifat optik yang baik, dan resistensi cuaca. mereka transparan (tapi dapat dibuat tembus cahaya), pada umumnya tahan terhadap bahan kimia, dan memiliki hambatan listrik yang baik. aplikasi khas meliputi; lensa, tanda-tanda menyala, menampilkan, kaca jendela, skylight, tops gelembung, lensa otomotif, kaca, pencahayaan perlengkapan, dan mebel.

akrilonitril-butadiena-stirena (ABS) adalah kaku dan dimensinya stabil. memiliki dampak yang baik, abrasi, dan ketahanan kimia; kekuatan baik dan ketangguhan; sifat rendah suhu yang baik; dan tahanan listrik tinggi. aplikasi khas meliputi; pipa, fiting, pipa persediaan berlapis krom, helm, gagang perkakas, komponen otomotif, lambung kapal, telepon, koper, perumahan, peralatan, liners kulkas, dan panel dekoratif. cellulosics memiliki berbagai sifat mekanik, tergantung pada komposisi mereka. mereka dapat dibuat kaku, kuat, dan meskipun, namun mereka cuaca buruk dan dipengaruhi oleh panas dan bahan kimia. aplikasi khas meliputi; gagang perkakas, pena, tombol, frame untuk kacamata, kacamata keselamatan, mesin penjaga, helm, tubing dan pipa, perlengkapan pencahayaan, countainers kaku, roda kemudi, kemasan film, tanda, bola bilyar, mainan, dan bagian dekoratif.

fluorocarbons memiliki ketahanan yang baik terhadap tinggi, suhu (misalnya, titik leleh 327 C selama teflon) listrik, kimia, cuaca, dan. mereka juga memiliki sifat nonadhesive unik dan gesekan rendah. aplikasi khas meliputi; pelapis untuk peralatan pengolahan kimia, pelapis peralatan masak antilengket untuk isolasi, kawat listrik untuk suhu tinggi dan kabel, gasket, gesekan rendah, permukaan, bantalan, dan segel. Poliamida (dari kata poli, amine, dan asam karboksil) tersedia dalam dua tipe utama: nilon dan aramids. Nilon (kata coined) memiliki sifat mekanik yang baik dan ketahanan abrasi. mereka pelumas diri dan ketahanan terhadap bahan kimia yang paling. semua nilon yang higroskopis (menyerap air); mengurangi penyerapan air sifat mekanik yang diinginkan dan meningkatkan dimensi bagian. aplikasi khas meliputi: roda gigi, bantalan, ring, roller, kancing, resleting, bagian listrik, sisir, tubing, permukaan tahan, panduan, dan peralatan bedah. Aramid (poliamida aromatik) memiliki kekuatan tarik yang sangat tinggi dan kekakuan. aplikasi khas meliputi: serat untuk plastik bertulang, rompi antipeluru, kabel, dan ban radial. polypropylenes memiliki ketahanan yang baik mekanik, listrik, dan sifat kimia dan baik untuk robek. aplikasi khas termasuk perangkat trim dan komponen, medis otomotif, bagian applients, isolasi kawat, lemari TV, pipa, fiting, cangkir minum, susu-produk dan kemasan jus, koper, ropers, dan cuaca stripping.

polystyrenes umumnya memiliki sifat rata-rata, yang agak rapuh tapi murah. aplikasi khas termasuk wadah untuk sekali pakai, kemasan, nampan untuk daging, kue dan permen, busa insulasi, peralatan, komponen otomotif dan radio TV /, peralatan rumah tangga, dan mainan dan komponen mebel (sebagai substitude untuk kayu). polysulfones mempunyai ketahanan sempurna untuk memanaskan, air, dan uap air; Bahwa mereka keinginan mempunyai kekayaan dielektrikum [yang] yang hampir tidak dibuat buat oleh akre kelembaban, adalah [yang] sangat bersifat menentang [bagi/kepada] Beberapa Bahan-Kimia, tetapi diserang oleh bahan pelarut organik. aplikasi khas meliputi: uap air belenggu, coffeemakers, kontainer air-panas, peralatan kedokteran Sterilisasi Yang memerlukan, power-tool dan kaleng perubahan/sarung peralatan, pesawat terbang pondok bagian dalam/pedalaman, dan elektrik inslators. Polyvinyl klorid ( PVC) mempunyai sifat-sifat yang luas, adalah Murah dan air bersifat menentang, dan Dapat buat fleksibel atau kaku. Adalah tidaklah [yang] pantas untuk aplikasi yang menuntut hambatan bahang dan kekuatan. PVC Kaku adalah tabah dan dengan keras; [itu] Gunakan untuk Tanda dan di (dalam) industri konstruksi ( sebagai contoh, di (dalam) pimpinan/saluran dan pipa). PVC Fleksibel Gunakan di (dalam) kabel/telegram dan kawat mantel, di (dalam) suatu low-pressure, pipa karet dan tabung fleksibel, dan di (dalam) Alas kaki, tiruan Kulit, kain pelapis, arsip, gasket, segel, garis hiasan, film, lembar;seprai, dan mantel.

7.7 | Sifat-sifat dan Penggunaan termoseting plastikBagian ini menguraikan karakteristik umum dan aplikasi khas dari plastik thermosetting utama. Alkyds (dari alkyl,makna alkohol, dan asam) memiliki sifat yang baik isolasi listrik, ketahanan impak, stabilitas dimensi, dan memiliki penyerapan air rendah. Aplikasi yang umum berada di komponen listrik dan elektronik. Aminos memiliki sifat yang bergantung pada komposisi, umumnya, mereka yang keras, kaku, dan tahan terhadap abrasi, creep, dan pencetusan listrik. Aplikasi yang umum termasuk: perumahan alat kecil, meja, kursi toilet, menangani, dan tutup distributor. Urea biasanya digunakan untuk komponen listrik dan elektronik, dan melamin untuk makan. memiliki sifat mekanik dan listrik yang sangat baik, stabilitas dimensi yang baik, sifat perekat yang kuat, dan tahan panas dan bahan kimia. Aplikasi yang umum termasuk: komponen listrik yang membutuhkan kekuatan mekanik dan isolasi tinggi, alat-alat dan mati, dan perekat. epoxies Fiber-bertulang mempunyai sifat mekanik yang baik dan digunakan di pembuluh tekanan, casing motor roket, tank, dan komponen struktur yang sama.

Fenolat yang kaku (walaupun rapuh) dan dimensi stabil, dan mereka memiliki ketahanan yang tinggi terhadap panas, air, listrik, dan bahan kimia. Aplikasi yang umum termasuk: kenop, gagang, panel dilaminasi, telepon; materi ikatan untuk terus bersama butir abrasive batu gerinda; dan komponen listrik (seperti perangkat kabel, konektor, dan isolator). Poliester (poliester thermosetting; lihat juga Bagian 7.6) telah kimia mekanik yang baik,, dan sifat listrik. Mereka umumnya diperkuat dengan kaca (atau lainnya) serat dan juga tersedia sebagai casting resin. Aplikasi yang umum termasuk: kapal, koper, kursi, badan otomotif, kolam renang, dan bahan untuk meresapi kain dan kertas. Polyimides memiliki sifat yang baik mekanik, fisik, dan listrik pada temperatur tinggi, mereka juga memiliki ketahanan mulur yang baik, gesekan rendah, dan karakteristik memakai rendah. Polyimides memiliki karakteristik nonmelting termoset tetapi struktur dari termoplastik. Aplikasi yang umum termasuk: pompa komponen (bearing, segel, kursi katup, cincin pengikut, dan cincin piston), konektor listrik untuk penggunaan suhu tinggi, bagian luar angkasa, struktur dampaktahan-kekuatan, peralatan olahraga, dan rompi keselamatan. SiHcones memiliki sifat yang bergantung pada komposisi. Umumnya, mereka cuaca baik, memiliki sifat listrik yang sangat baik melalui berbagai kelembaban dan suhu, dan menolak bahan kimia dan panas (lihat juga Bagian 7.9). Aplikasi yang umum termasuk: komponen listrik yang membutuhkan kekuatan pada temperatur tinggi, gasket oven, segel panas, dan bahan-bahan tahan air.

CONTOH 7,3 Bahan untuk pintu kulkas liner Dalam pemilihan bahan kandidat untuk liner pintu kulkas (mana eees mentega, saus salad, dan botol-botol kecil yang disimpan) faktor-faktor berikut harus "dipertimbangkan: 1. Persyaratan Mekanik: kekuatan, ketangguhan (untuk menahan dampak pintu membanting, merusak), kekakuan, keuletan, dan tahan terhadap goresan dan dikenakan pada suhu operasi. 2. Persyaratan Fisik: stabilitas dimensi dan isolasi listrik. 3. Kimia Persyaratan: ketahanan terhadap noda, bau reaksi kimia, dengan makanan dan minuman, dan cairan pembersih. 4. Penampilan: warna, stabilitas warna, kehalusan permukaan, tekstur dan merasa. 5. Manufaktur sifat: metode manufaktur dan perakitan, efek pengolahan pada sifat bahan dan perilaku selama periode waktu kompatibilitas dengan komponen lainnya di pintu, dan biaya material dan manufaktur. Sebuah studi yang luas, mengingat semua faktor yang terlibat, mengidentifikasi bahan calon dua untuk liners pintu: ABS (akrilonitril-butadiena-stirena) dan HIPS (high-impact polystyrene). Satu aspek penelitian yang terlibat pengaruh minyak nabati, seperti dari salad dressing disimpan dalam rak pintu, pada kekuatan dari plastik. Percobaan menunjukkan bahwa kehadiran minyak nabati secara signifikan mengurangi kapasitas beban-dukung HIPS. Ditemukan bahwa HIPS menjadi rapuh di hadapan minyak (pelarutretak tegang), sedangkan ABS tidak terpengaruh ke taraf yang tidak berarti.

7.8 | Biodegradasi PlastikSampah plastik menyumbang sekitar 10% limbah padat perkotaan; menurut beratnya, secara volume mereka berkontribusi antara dua dan tiga kali berat badan mereka. Hanya sekitar sepertiga dari produksi plastik masuk ke dalam produk-produk sekali pakai, seperti botol, penuaan, dan kantong sampah. Dengan meningkatnya penggunaan plastik dan kepedulian besar terhadap isu lingkungan mengenai pembuangan produk plastik dan kekurangan dari tempat pembuangan sampah, upaya besar yang dilakukan untuk mengembangkan plastik biodegradable sepenuhnya Upaya pertama dilakukan pada 1980-an sebagai solusi mungkin untuk jalan sampah Secara tradisional, kebanyakan produk plastik yang telah dibuat dari polimer sintetis yang berasal dari sumber daya alam yang tidak terbarukan, tidak biodegradable dan sulit untuk mendaur ulang. kemampuan iklan Biodegr berarti bahwa spesies mikroba di lingkungan (misalnya, mikroorganisme di dalam tanah dan air) akan menurunkan sebagian (atau bahkan bahan) seluruh polimer, di bawah kondisi lingkungan yang tepat, dan tanpa menghasilkan produk beracun oleh. produk akhir dari beberapa degradasi bagian biodegrad mampu material adalah karbon dioksida dan air. Karena berbagai konstituen dalam plastik biodegradable, plastik ini dapat dianggap sebagai material komposit. Akibatnya, hanya sebagian dari plastik ini dapat benar-benar ramah lingkungan

Tiga plastik biodegradable yang berbeda sejauh ini telah dikembangkan. Mereka me degradability memiliki karakteristik yang berbeda, dan mereka menurunkan lebih dari periode waktu yang berbeda (mana saja dari beberapa bulan sampai beberapa tahun). 1. Sistem berbasis pati adalah terjauh sepanjang dalam hal kapasitas produksi Pati dapat diekstraksi dari kentang, gandum, beras, dan jagung. pati yang butiran diproses menjadi bubuk, yang dipanaskan dan menjadi cairan lengket. cair tersebut kemudian didinginkan, dibentuk menjadi pelet, dan diproses dalam konvensi peralatan pengolahan plastik nasional. Berbagai aditif dan binder dicampur dengan pati untuk memberikan karakteristik khusus untuk bahan bioplastic. Sebagai contoh, sebuah komposit Polietilena dan pati diproduksi secara komersial sebagai kantong sampah degradable. 2. Dalam sistem berbasis laktat, saham pakan fermentasi menghasilkan asam laktat, yang kemudian polimerisasi membentuk resin poliester. menggunakan umum termasuk kesehatan dan farmasi aplikasi. 3. Dalam fermentasi gula (sistem ketiga), asam organik yang ditambahkan ke gula feed saham. Dengan menggunakan proses khusus dikembangkan, reaksi yang dihasilkan menghasilkan kristal dan polimer yang sangat kaku (setelah pro lebih lanjut cessing) berperilaku dengan cara yang mirip dengan polimer yang dikembangkan dari minyak bumi. Berbagai upaya terus dilakukan untuk menghasilkan Plastik dengan cara penggunaan berbagai limbah pertanian (agrowastes), carbohy tanaman drates, protein tanaman, dan minyak sayur.

Aplikasi yang umum termasuk sebagai berikut: peralatan makan sekali pakai yang terbuat dari pengganti sereal, seperti beras atau tepung terigu. Plastik dibuat hampir seluruhnya dari pati yang diekstrak dari kentang, gandum, beras, dan jagung. artikel Plastik terbuat dari biji kopi dan sekam padi yang mengalami dehidrasi dan dibentuk di bawah tekanan tinggi dan suhu. Air-larut dan compostable polimer untuk aplikasi medis dan bedah. Makanan dan minuman kemasan (dibuat dari pati kentang, kapur, selulosa, dan air) yang dapat larut dalam saluran pembuangan badai dan samudra tanpa mempengaruhi maklhluk hidup atau satwa liar. Kinerja jangka panjang biodegradasi plastik (baik selama berguna siklus kehidupan mereka sebagai produk dan di landfill) belum sepenuhnya dinilai. Ada juga kekhawatiran bahwa penekanan pada biodegradabilitas akan mengalihkan perhatian dari isu lability-recyc dari plastik dan upaya untuk konservasi bahan dan energi, A pertimbangan utama adalah kenyataan bahwa biaya polimer biodegradable hari ini adalah substansial ly lebih tinggi dibandingkan dengan polimer sintetik. Akibatnya, campuran limbah-pertanian seperti sekam dari jagung, gandum, beras, dan kedelai (sebagai komponen utama)-dan polimer biodegradable (sebagai komponen minor) merupakan alternatif yang menarik.

Daur ulang plastik. Banyak upaya terus menjadi pengeluaran secara global pada pengumpulan dan daur ulang produk plastik yang digunakan. Termoplastik remelting daur ulang oleh mereka dan kemudian reformasi menjadi produk lainnya. Mereka membawa simbol daur ulang, dalam bentuk segitiga yang digariskan oleh tiga panah searah jarum jam dan memiliki nomor di tengah. Jumlah ini sesuai dengan plastik berikut: 1-PETE (polyethylene) 2-HDPE (high density polyethylene) 3-V (vinil) 4-LDPE (low density polyethylene) 5-PP (polypropylene) 6-PS (polystyrene) 7-Lain-lain plastik daur ulang semakin sedang digunakan untuk berbagai produk. Untuk mantan cukup, sebuah poliester daur ulang (diisi dengan serat gelas dan mineral) digunakan untuk penutup mesin untuk sebuah truk pickup Ford F-seri, karena memiliki kekakuan yang sesuai, ketahanan kimia, dan bentuk retensi sampai dengan 180 C.

7.9 | Biodegradasi Plastik

Elastomer terdiri dari keluarga besar polimer amorf memiliki temperatur transisi kaca rendah. Mereka memiliki kemampuan untuk menjalani besar karakteristik elastis tanpa pecah, juga, mereka adalah lembut dan memiliki modulus elastisitas rendah. Istilah ini elastomer berasal dari kata elastis dan mer. Struktur elastomer sangat tertekuk (erat memutar atau melingkar). Mereka meregang, tapi kemudian kembali ke bentuk semula setelah beban dihilangkan (Gbr. 7.14). Mereka juga dapat cross-linked, contoh terbaik dari ini menjadi ditinggikan-suhu vulkanisasi karet dengan belerang, ditemukan oleh Charles Goodyear pada 1839 dan dinamai Vulcan, dewa Romawi api. Setelah elastomer adalah cross-linked, itu tidak dapat dibentuk kembali (misalnya, sebuah ban mobil, yang merupakan salah satu molekul raksasa, tidak dapat melunak dan dibentuk kembali). Istilah elastomer dan karet sering digunakan secara bergantian. Umumnya, sebuah elastomer didefinisikan sebagai mampu pulih secara substansial dalam bentuk dan ukuran setelah beban telah dihapus. karet didefinisikan sebagai mampu pulih dari deformasi yang besar secara cepat.

Kekerasan elastomer, yang diukur dengan durometer (Bagian 2.6), meningkat dengan-silang rantai molekul. Seperti dengan plastik, berbagai aditif dapat dicampurkan ke dalam elastomer untuk memberikan sifat khusus. Elastomer memiliki berbagai aplikasi dalam tinggi-gesekan dan permukaan nonskid, perlindungan terhadap korosi dan abrasi, listrik isolasi, dan goncangan dan getaran. Contohnya termasuk ban, selang, weatherstripping, alas kaki, pelapis, gasket, segel, gulungan pencetakan, dan lantai. Satu milik elastomer adalah hysteresis kerugian mereka dalam peregangan atau kompresi (Gbr. 7.14). Loop searah jarum jam menunjukkan kehilangan energi, dimana energi mekanik diubah menjadi panas. Sifat ini diinginkan untuk menyerap energi getaran (redaman) dan mematikan suara.

GAMBAR 7,14 Khas kurva beban-perpanjangan untuk karet. Loop searah jarum jam, menunjukkan loading dan unloading jalan, menampilkan kerugian histeresis. Hysteresis karet memberikan kapasitas untuk menghilangkan energi, getaran lembap, dan menyerap beban kejutan, seperti yang diperlukan dalam ban mobil dan peredam getaran ditempatkan di bawah mesin

Karet alami. Dasar untuk karet alam adalah lateks, susu-seperti getah yang diperoleh dari kulit bagian dalam pohon tropis. Karet alam memiliki ketahanan yang baik terhadap abrasi dan kelelahan, sifat gesekan tinggi, tetapi resistansi rendah untuk minyak, panas, ozon, dan sinar matahari. Aplikasi yang umum adalah ban, segel, tumit sepatu, kopling, dan mesin kendaraan. Karet sintetis. Contoh dari karet sintetis butyl, stirena butadiena, polybutadiene, dan propylene ethylene. Dibandingkan dengan karet alam, mereka havebet-ter tahan terhadap panas, bahan bakar, dan bahan kimia, dan mereka memiliki rentang yang lebih tinggi menggunakan suhu. karet sintetis yang tahan terhadap minyak neoprene, Nitrile, urethane, dan silikon. Penerapan yang biasa dari karet sintetis ban, peredam kejut, segel, dan ikat pinggang. Silikon. Silikon (lihat juga Bagian 7.7) memiliki rentang suhu tertinggi berguna elastomer (sampai dengan 315 C), tetapi sifat lainnya (seperti kekuatan dan menolak asuransi untuk memakai dan minyak) umumnya rendah dibanding di elastomer lainnya. Penerapan yang biasa dari silikon adalah segel, gasket, isolasi termal, saklar listrik temperatur tinggi, aparat dan elektronik. Poliuretana. elastomer ini memiliki sifat keseluruhan yang bagus kekuatan tinggi, kekakuan, dan kekerasan, dan memiliki ketahanan yang luar biasa untuk abrasi, memotong, dan merobek. Aplikasi yang umum adalah segel, gasket, bantalan, diafragma untuk pembentukan logam lembaran (Bagian 16,8), dan bagian autobody karet.

RINGKASAN Polimer adalah kelas utama dari bahan dan memiliki rentang yang sangat luas mechanical, fisik, kimia, dan sifat optik. Dibandingkan dengan logam, polimer umumnya ditandai dengan kepadatan rendah, kekuatan, modulus elastisitas, konduktivitas panas dan listrik, dan biaya; dengan rasio kekuatan-to-weight yang lebih tinggi, ketahanan tinggi terhadap korosi ekspansi termal yang lebih tinggi, pilihan warna yang lebih luas dan transparansi, dan dengan lebih mudah dari pembuatan ke bentuk kompleks. Plastik terdiri dari molekul polimer dan berbagai aditif. Unit berulang terkecil dalam rantai polimer disebut Monomer orang dihubungkan oleh poli proses (kondensasi dan penambahan) untuk membentuk molekul yang lebih besar. Suhu transisi kaca memisahkan wilayah perilaku getas pada polimer dari perilaku ulet.

Sifat-sifat polimer bergantung pada berat molekul, struktur (linear, bercabang, crosslinked, atau jaringan), derajat polimerisasi dan Crys-tallinity, dan aditif. Aditif memiliki fungsi seperti meningkatkan kekuatan, api keterbelakangan, pelumasan, memberikan fleksibilitas dan warna, dan menyediakan bility terhadap radiasi dan oksigen ultraviolet. struktur Polimer dapat modi fied dengan beberapa cara untuk memberikan berbagai sifat yang diinginkan untuk plastik. Dua kelompok utama polimer termoplastik dan termoset. Termoplastik menjadi lunak dan mudah terbentuk pada temperatur tinggi, mereka kembali ke sifat mereka origi nal ketika didinginkan. perilaku mekanik mereka dapat dicirikan oleh berbagai musim semi dan model redaman. Perilaku mereka meliputi fenomena seperti creep dan stres relaksasi, krasing, dan penyerapan air, fhermosets, yang diperoleh secara cross-linking rantai polimer, tidak menjadi lembut untuk setiap tingkat yang signifikan dengan peningkatan suhu. Mereka jauh lebih kaku dan lebih keras daripada termoplastik, dan mereka menawarkan banyak pilihan warna lebih sedikit.