buku ajar pengetahuan bahan revisi 2

BAB IPENDAHULUAN

Tujuan Pembelajaran Umum1. Mahasiswa mampu memahami dasar-dasar mekanika bahan dalam hubungannya

dengan proses rancang bangun dan penanganan bahan, mampu mengidentifikasi, menghitung dan menganalisis fenomena fisik dan mekanik yang terjadi dalam bahan dalam hubungannya dengan disain suatu komponen konstruksi.

2. Mahasiswa mampu melakukan perancangan suatu konstruksi sederhana berdasarkan prinsip-prinsip mekanika bahan dan kekuatan bahannya

Tujuan Pembelajaran Khusus

1. Mahasiswa dapat memahami dasar-dasar mekanikan bahan dalam hubungannya dengan proses rancang bangun dan penanganan bahan, mampu mengidentifikasi, menghitung dan menganalisis fenomena fisik dan mekanik yang terjadi dalam bahan dalam hubungannya dengan disain suatu komponen konstruksi

2. Mahasiswa dapat melakukan perancangan suatu konstruksi sederhana berdasarkan prinsip-prinsip mekanika bahan dan kekuatan bahannya

1.1 Pengetahuan Bahan

Salah satu tujuan teknik kimia adalah menemukan bahan-bahan baru dan mengembangkan bahan-bahan yang sudah ada serta tidak mengganggu lingkungan hidup. Bahan-bahan terdapat disekitar kita dan telah menjadi bagian dari kebudayaan dan pola berfikir manusia. Bahan telah menyatu dengan peradaban manusia, sehingga manusia mengenal peradaban, yaitu zaman batu, zaman perunggu dan zaman besi. Bahan diambil dari alam dan diproses menjadi bentuk tertentu, seperti cangkul, pisau,dan lain-lain untuk membantu kehidupan manusia. Bahan-bahan ini memang telah menyatu dengan kehidupan manusia dan tidak saja merupakan bagian gaya hidup melainkan turut memegang peran penting dalam kesejahteraan dan keselamatan bangsa.

Apakah hakekatnya bahan itu? Bagaimana memahami, mengolah dan menggunakannya? Bahan, dengan sendirinya merupakan bagian dari alam semesta, akan tetapi secara lebih rinci bahan adalah benda dengan sifat-sifatnya yang khas dimanfaatkan dalam bangunan, mesin peralatan atau produk. Termasuk di dalamnya, logam, keramik, polimer (plastik), serat, gelas, kayu, batu, pasir, dan lain - lain. Produksi dan pemrosesan bahan-bahan tersebut menjadi barang jadi memberikan kesempatan kerja bagi kira-kira 12% dari seluruh angkatan kerja di Indonesia. Bahan-bahan yang digunakan manusia mengikuti siklus bahan mulai dari ekstraksi, pembuatan sampai pelapukan. Oleh karena itu, siklus bahan adalah suatu sistem yang menggiatkan sumber daya alam dengan kebutuhan manusia. Secara keseluruhan, bahan-bahan merupakan jaringan yang mengikat bangsa-bangsa dan tata ekonomi di dunia satu sama lainnya, demikian pula mengikat manusia dengan alam semesta.

1.2 Ilmu Dan Teknologi Bahan

Ilmu dan teknologi bahan meliputi pengembangan dan penerapan pengetahuan mengenai hubungan antara komposisi, struktur dan pemerosesan bahan dengan sifat-sifat dan pemakaiannya. Gambar.1-1 menunjukkan kaitan antara struktur, sifat, proses, fungsi dan unjuk kerja bahan. Ilmu dan teknologi bahan adalah suatu bagian ilmu pengetahuan yang melintang dari ilmu dan penelitian dasar (sebelah kiri) sampai pada kebutuhan dan pengalaman masyarakat (disebelah kanan). Aliran pengetahuan ilmiah dalam satu arah dan informasi empiris dalam arah yang berlawanan berbaur dan mendukung perkembangan ilmu dan teknologi bahan.

ILMU DAN TEKNOLOGI BAHAN

PENGETAHUAN PENGETAHUAN

ILMIAH EMPIRIS

Gambar 1.1 Gambaran unsur inti dan teknologi bahan dan kaitannya dengan ilmu pengetahuan ilmiah dan empiris

1.3 Pertimbangan-Pertimbangan Dalam Pemilihan Bahan Konstruksi

Dalam pemilihan bahan terutama untuk bahan konstruksi diperlukan pertimbangan-pertimbangan untuk seleksi, supaya tepat dan sesuai untuk penggunaannya. Pertimbangan-Pertimbangan Dalam Pemilihan Bahan Konstruksi yang terpenting adalah :

Sifat-sifat mekanik Sifat-sifat fisik Sifat-sifat kimia, terutama stabilitas terhadap korosi Harga atau ekonomi

Pemakaian bahan umumnya dikhususkan menerima gaya atau beban terpakai, sebagai contoh aluminium paduan yang dirancang khusus untuk sayap pesawat terbang dan poros kendaraan bermotor. Dalam kondisi ini, perlu untuk mengetahui karakteristik

2Pengetahuan Bahan Teknik

ILMU

DASAR

KEBUTUHAN MASYARAKAT

DAN PENGALAMAN

STRUKTUR–SIFAT–UNJUK KERJA

PROSES

suatu bahan dan merancang dengan teliti untuk membuat bahan yang mampu menerima deformasi dengan tidak mengalami keretakan dengan biaya yang tidak mahal. Sifat mekanik suatu bahan mencerminkan hubungan antara deformasi dengan gaya terpakai. Perilaku sifat mekanik ini sangat penting, seperti : kekuatan, kekerasan, elastisitas, dan ketangguhan bahan. Bahan konstruksi yang digunakan untuk peralatan di industri kimia selain persyaratan diatas perlu ditambahkan harus tahan terhadap korosi. Perancangan pabrik untuk industri kimia sudah barang tentu harus memperhatikan berbagai macam pertimbangan. Hal semacam ini dilakukan dalam rangka untuk mengefektifkan dan mengefesienkan peng gunaan bahan konstruksi kimia tersebut. Kita sudah pahami bersama bahwa seorang sarjana teknik kimia harus mengedepankan aspek ekonomi dalam setiap rancangan yang dibuat. Menjadi satu keharusan bagi kita untuk mengetahui sifat-sifat dari bahan itu sendiri. Ketika kita mengenali sifat bahan yang kita gunakan maka sudah barang tentu penggunaan yang nanti kita lakukan akan menjadi efektif karena kita telah mengetahui kekurangan dan kelebihan bahan yang kita gunakan. Dalam modul ini kita akan fokus kepada sifat–sifat umum dari bahan. Adapun mengenai kriteria pemilihan bahan akan dibahas pada modul berikutnya.

1.4 Klasifikasi Bahan Konstruksi

Secara garis besar bahan/material dapat diklasifikasikan sebagai berikut :

Gambar 1.2 Klasifikasi Bahan/Material Konstruksi


Bahan/Material

Logam Bukan Logam

Besi ( Ferrous )

Bukan Besi (Non Ferrous)

Bahan An Organik

BahanOrganik

Baja Dan

Paduannya

Besi TuangDan

Paduannya

BahanSintetis

BahanSemi

Sintetis

BahanAlam

a. Bahan Logam

Bahan logam memiliki ciri-ciri umum sebagai berikut:

Dapat diubah bentuknya (mudah dibentuk) sesuai fungsi dan kegunaannya.Logam memiliki sifat mudah dibentuk karena didalam logam terdapat elektron yang terdislokasi sehingga dapat dengan mudah memindahkan muatan listrik dan energi termal.

Daya hantar listrik tinggi Modulus elastisitas bahan / material logam sangat besar dan tinggi.

Logam memiliki sifat modulus elastisitas yang tinggi, menyebabkan logam memiliki ketahanan yang tinggi pula, sehingga sukar untuk dibengkokkan.

Kedap cahaya Sifat kedap cahaya dari material logam disebabkan oleh gerakan elektron yang terdislokasi terhadap getaran elektromagnet pada frekuensi yang tinggi Dari beberapa ciri umum yang dimiliki logam diatas sekiranya kita sudah dapat mereka-reka untuk keperluan dibagian mana kita pergunakan logam.

b. Bahan Bukan Logam

Sebagai contoh bahan organik sintetis, yaitu bahan Polimer atau bahan PlastikDalam sehari-hari kita jarang mendengar kata polimer, apalagi buat orang yang masih awam. Sedikit memberikan penjelasan polimer itu berasal dari kata Poly yang berarti banyak dengan mer yang secara sederhana ditafsirkan sebagai singkatan dari monomer yang berarti 1 (satu) mer. Maka dapat kita simpulkan bahwa polimer merupakan kumpulan dari monomer-monomer yang menjadi satu sehingga memiliki sifatnya sendiri. Polimer yang sering di jumpai adalah bahan plastik itulah mengapa polimer diidentikkan dengan plastik, padahal sesungguhnya masih banyak contoh polimer lain yang bukan plastik. Polimer atau plastik memiliki keunggulan sebagai berikut :

Berat jenis kecil Isolator terhadap panas dan listrik Mudah diberi warna Tahan terhadap larutan kimia Tidak banyak memantulkan cahaya dan cendrung tembus cahaya

Reaksi suatu polimer disebut dengan reaksi polimerisasi. Reaksi polimerisasi ini dapat berlangsung secara adisi atau pun kondensasi. Sebagai contoh dari polimer selain plastik yang sudah lazim digunakan adalah Poliester resin yang dapat digunakan sebagai bahan pembuat kotak pelindung mesin. Polivinil klorida (PVC) dapat digunakan sebagai bahan pembuat pipa-pipa yang tahan terhadap bahan kimia atau tahan korosi.

Sebagai contoh lain dari bahan bukan logam an organik adalah bahan keramik.Keramik adalah campuran yang terdiri dari unsur logam dan unsur bukan logam yang memiliki sifat-sifat umum sebagai berikut :

Keras dan rapuh


BAB IISIFAT-SIFAT BAHAN

Tahan terhadap lingkungan suhu tinggi dan lingkungan yang lebih berat persyaratannya

Tahan terhadap perubahan kimia. Mempunyai titik cair yang tinggi dibandingkan dengan logam atau organik.

Itulah secara garis besar sifat-sifat umum dari bahan konstruksi kimia yang bisa di jelaskan pada kesempatan kali ini.

1.5 Kompetensi Mata Kuliah Pengetahuan Bahan

Pembelajaran mengenai bahan konstruksi teknik kimia difokuskan terhadap logam, keramik dan polimer. Pembelajaran mengenai mata kuliah ini dimulai dari mikrostruktur material sampai bagaimana memilih suatu bahan jika kita berada dalam situasi tertentu, banyak faktor yang menentukan kita dalam memilih suatu material untuk pabrik ataupun untuk suatu alat yang akan dirancang. Artinya kompetensi utama yang akan didapat yaitu memahami struktur atom/molekul bahan dan memahami hubungannya dengan sifat makroskopisnya, serta memahami teori tentang korosi serta pencegahannya. Akibat dari tujuan itu kita dituntut untuk memiliki kemampuan dalam memilih material dengan baik sebagai sosok yang bertanggung jawab dalam suatu proses dipabrik (pembuat keputusan). Mata kuliah ini sangat menarik dipelajari di dunia teknik kimia, karena sepatutnya setelah mendapat banyak pengetahuan dengan material, jiwa kewirausahaan kita dapat terasah. Karena kita akan mengetahui beberapa peluang usaha skala pabrik kecil di dunia material ini. Mulai dari kerajinan, hingga pemanfaatan waste menjadi barang yang bernilai jual. Karena prinsip utama dari teknik kimia adalah cost, bagaimana dengan cost seminimum mungkin kita dapat menghasilkan barang yang bernilai jual dari sebuah barang yang kurang bernilai / bahan baku. Ketika belajar mengenai mata kuliah ini, kita juga akan mengetahui bahwa besi itu ada banyak jenisnya. Jenis besi yang banyak itu dapat kita perhatikan dari fase padat Fe-C dalam diagram fase Fe-C. fase padat itu terdiri dari, alpha-Ferrite, Austenite, gamma-Ferrite, Cementite, dan Pearlite. Dan dengan treatment tertentu juga kita dapat mendapatkan jenis yang lain yaitu Bainite, Martensite dan tempered martensite. Treatment seperti Quenching, Marquenching, austempering, tempering, annealing, spheroidizing, normalizing, agehardening, malleabilizing, calsinasi, firing, dan solid sintering akan didapatkan bahan konstruksi sesuai kebutuhan. Mengapa kehadiran besi begitu dominan dalam metals sebagai bahan yang digunakan di pabrik?Begini, metal alloys secara umum dapat dibagi menjadi 2, yaitu, ferrous alloys (Fe Based materials), dan non-ferrous alloys (Non Fe based materials). Kita pun patut bertanya mengapa ferrous alloy? Pertama bahan bakunya yang berlimpah di alam, kedua ia mudah diproduksi, dan ketiga ia memiliki sifat-sifat yang bervariasi sesuai treatmentnya. Tetapi besi ini memiliki kelemahan, yaitu mudah korosi. Dalam dunia ferrous alloys, dapat terbagi lagi menjadi 2 bagian yaitu steel, dan cast iron. Selanjutnya dalam non-ferrous alloys, terbagi lagi menjadi, Cu-based, brass-based, Al-based, Sn-based, dan titanium.Penggunaan besi memang dominan tetapi bukan besi murni yang digunakan, melainkan besi yang sudah dicampur dengan material lain. Untuk memilih material kita patut berpegang kepada kebutuhan sesuai karakteristik dari suatu material, dan hal ini juga bergantung dengan keadaan geografis atau lingkungan suatu tempat.


Tujuan Pembelajaran Umum

1. Mahasiswa mampu memahami dasar-dasar mekanikan bahan dalam hubungannya dengan proses rancang bangun dan penanganan bahan, mampu mengidentifikasi, menghitung dan menganalisis fenomena fisik dan mekanik yang terjadi dalam bahan dalam hubungannya dengan disain suatu komponen konstruksi

2. Mahasiswa mampu melakukan perancangan suatu konstruksi sederhana berdasarkan prinsip-prinsip mekanika bahan dan kekuatan bahannya.


1. Mahasiswa dapat memahami dasar-dasar mekanikan bahan dalam hubungannya dengan proses rancang bangun dan penanganan bahan, mampu mengidentifikasi, menghitung dan menganalisis fenomena fisik dan mekanik yang terjadi dalam bahan dalam hubungannya dengan disain suatu komponen konstruksi

2. Mahasiswa dapat melakukan perancangan suatu konstruksi sederhana berdasarkan prinsip-prinsip mekanika bahan dan kekuatan bahannya.

2.1 Pendahuluan

Seorang Insinyur Teknik Kimia adalah sosok yang harus bertanggung jawab terhadap suatu proses industri kimia. Termasuk juga dalam pemilihan material konstruksi pabrik, entah itu pipa, menara distilasi, alat penukar panas, tangki penyimpan, atau reaktor dibutuhkan bahan konstruksi yang mempunyai sifat mekanik yang baik, seperti kekuatan, kekerasan, elastisitas dan sebagainya. Perlu diketahui bahwa material yang dipakai untuk membuat alat penukar panas, reaktor, menara distilasi dan alat-alat lain yang mengalami perubahan temperatur, selain dibutuhkan material yang mempunyai konduktivitas panas juga dibutuhkan material yang tahan terhadap panas. Material yang mengalami perubahan temperatur akan terjadi pemuaian dan penyusutan. Pemuaian dan penyusutan akan mengakibatkan tegangan tarik dan tegangan tekan pada material tersebut. Material yang digunakan sebagai bahan konstruksi tidak hanya mempunyai konduktivitas panas yang baik, tetapi juga dibutuhkan bahan konstruksi dengan konduktivitas yang rendah. Misalnya bahan isolator panas yang digunakan untuk isolasi pada alat penukar panas, supaya panasnya tidak hilang kemana-mana. Bahan konstruksi yang digunakan untuk instalasi listrik, selain dibutuhkan material yang mempunyai konduktivitas listrik yang baik, juga dibutuhkan material dengan konduktivitas listrik yang rendah untuk bahan isolasi listrik. Sifat-sifat fisik yang lain yang dibutuhkan bahan konstruksi adalah densitas material. Densitas material sangat diperlukan terutama untuk material konstruksi sayap pesawat terbang, dibutuhkan material yang kuat dan ringan. Jelas, salah satu fenomena lain dalam mempelajari material ini salah satu kriteria dalam pemilihan bahan konstruksi adalah sifat-sifat mekanik, fisik dan kestabilan terhadap korosi..

Sifat-sifat bahan yang terpenting dalam pemilihan bahan konstruksi adalah :


* Sifa–sifat mekanik* Sifat-sifat fisik* Sifat-sifat kimia, terutama kestabilan terhadap korosi

Sifat-sifat mekanik yang terpenting dalam pemilihan bahan konstruksi adalah :

Kekuatan (Strength) Kekerasan (Hardness) Elastisitas (Elasticity) Plastisitas (Plasticity) Kestabilan terhadap temperatur

Sifat-sifat fisik yang terpenting dalam pemilihan bahan konstruksi adalah :

Konduktivitas panas//termal dan listrik Muai panjang Densitas

2.1 Sifat-Sifat Mekanik Bahan

Kekuatan Kekuatan suatu bahan (material) adalah gaya lawan (reaksi gaya) suatu material padat terhadap perubahan bentuk (deformasi) yang mengakibatkan bahan tersebut patah atau pecah. Kekuatan bahan biasanya dinyatakan dalam tegangan (stress), yaitu gaya per satuan luas. Untuk mengetahui sifat-sifat suatu bahan, tentu kita harus mengadakan pengujian terhadap bahan tersebut. Ada empat jenis uji kekuatan yang biasa dilakukan, yaitu uji tegangan tarik (tensile stress), uji tegangan tekan (compression stress), uji tegangan torsi (torsion stress), dan uji tegangan tekuk (bending stress).

Uji Tegangan TarikKekuatan Tarik Kekuatan Tarik suatu bahan (material) adalah gaya lawan (reaksi gaya) suatu material padat terhadap perubahan bentuk (deformasi) yang mengakibatkan bahan tersebut patah.Uji tarik mungkin adalah cara pengujian bahan yang paling mendasar. Pengujian ini sangat sederhana, tidak mahal dan sudah mengalami standarisasi di seluruh dunia, misalnya di Amerika dengan ASTM E8 dan Jepang dengan JIS 2241. Dengan menarik suatu bahan kita akan segera mengetahui bagaimana bahan tersebut bereaksi terhadap tenaga tarikan dan mengetahui sejauh mana material itu bertambah panjang. Alat eksperimen untuk uji tarik ini harus memiliki cengkeraman (grip) yang kuat dan kekakuan yang tinggi (highly stiff). Brand terkenal untuk alat uji tarik antara lain adalah antara lain adalah Shimadzu, Instron dan Dartec. Banyak hal yang dapat kita pelajari dari hasil uji tarik. Bila kita terus menarik suatu bahan (dalam hal ini suatu logam) sampai putus, kita akan mendapatkan profil tarikan yang lengkap yang berupa kurva seperti digambarkan pada Gambar.1. Kurva ini menunjukkan hubungan antara gaya tarikan dengan perubahan panjang. Profil ini sangat diperlukan dalam desain yang memakai bahan tersebut.


Gambar 2.1 Gambaran singkat uji tarik

Biasanya yang menjadi fokus perhatian adalah kemampuan maksimum bahan tersebut dalam menahan beban. Kemampuan ini umumnya disebut Ultimate Tensile Strength disingkat dengan UTS, dalam bahasa Indonesia disebut tegangan tarik maksimum.

Hukum Hooke’s (Hooke’s Law)

Untuk hampir semua logam, pada tahap sangat awal dari uji tarik, hubungan antara beban atau gaya yang diberikan berbanding lurus dengan perubahan panjang bahan tersebut. Daerah ini disebut daerah linier. Di daerah ini, kurva pertambahan panjang beban mengikuti aturan Hooke’s, yaitu perbandingan tegangan (stress) dan regangan (strain) adalah konstan.

Tegangan adalah besarnya beban dibagi luas penampang bahan dan regangan adalah pertambahan panjang dibagi panjang awal bahan.

Tegangan: σ = F/A ( 1 )

Dimana : F= gaya tarikan, A= luas penampang

Regangan: ε = ΔL/L ( 2 )

Dimana : ΔL= pertambahan panjang, L= panjang awalHubungan antara tegangan dan regangan dirumuskan:

E = σ / ε ( 3 )

Untuk memudahkan pembahasan, Gambar.2.1 dimodifikasi sedikit dari hubungan antara gaya tarik dan pertambahan panjang menjadi hubungan antara tegangan dan regangan. Selanjutnya kita dapatkan Gambar.2.2, yang merupakan kurva standar ketika dilakukan percobaan uji tarik. E adalah koefisien arah kurva dalam daerah linier,


di mana perbandingan tegangan (σ) dan regangan (ε) selalu tetap. E diberi nama Modulus

Elastisitas atau Modulus Young. Kurva yang menyatakan hubungan antara tegangan dan regangan disebut diagram tegangan-regangan (stress-strain diagram).

Gambar 2.2 Kurva tegangan-regangan

Bentuk bahan yang diuji, untuk logam biasanya dibuat spesimen dengan dimensi seperti pada gambar.2-3 berikut.


Gambar 2.3 Dimensi spesimen uji tarik (JIS Z2201).

Gambar 2.4 Ilustrasi pengukur regangan pada spesimen

Perubahan panjang dari spesimen dideteksi lewat pengukur regangan yang ditempelkan pada spesimen seperti diilustrasikan pada Gambar.2.4. Bila pengukur regangan ini mengalami perubahan panjang dan penampang, terjadi perubahan nilai hambatan listrik yang dibaca oleh detektor dan kemudian dikonversi menjadi perubahan regangan.

Detail profil uji tegangan tarik dan sifat mekanik logam

Sekarang akan kita bahas profil data dari tensile test secara lebih detail. Untuk keperluan kebanyakan analisa teknik, data yang didapatkan dari uji tarik dapat digeneralisasi seperti pada Gambar.2.5.

Gambar 2.5 Profil data hasil uji tarik


Disini akan dibahas istilah mengenai sifat-sifat mekanik bahan dengan berpedoman pada hasil uji tarik seperti pada gambar.2-5. Asumsi bahwa dilakukan uji tarik mulai dari titik O sampai D sesuai dengan arah panah dalam gambar.

Batas elastis σE ( elastic limit)

Dalam gambar.2-5 dinyatakan dengan titik A. Bila sebuah bahan diberi beban sampai pada titik A, kemudian bebannya dihilangkan, maka bahan tersebut akan kembali ke kondisi semula yaitu regangan “nol” pada titik O (lihat inset dalam gambar.2-5). Tetapi bila beban ditarik sampai melewati titik A, hukum Hooke tidak lagi berlaku dan terdapat perubahan permanen dari bahan. Terdapat konvensi batas regangan permamen (permanent strain) sehingga masih disebut perubahan elastis yaitu kurang dari 0.03%, tetapi sebagian referensi menyebutkan 0.005% . Tidak ada standarisasi yang universal mengenai nilai ini. [1]

Batas proporsional σp (proportional limit)

Titik sampai dimana penerapan hukum Hook‘s masih bisa ditolerir. Tidak ada standarisasi tentang nilai ini. Dalam praktek, biasanya batas proporsional sama dengan batas elastis.

Deformasi plastis (plastic deformation)

Yaitu perubahan bentuk yang tidak kembali ke keadaan semula. Pada Gambar.5 yaitu bila bahan ditarik sampai melewati batas proporsional dan mencapai daerah landing.

Tegangan Yield, σuy (upper yield stress)

Tegangan maksimum sebelum bahan memasuki fase daerah landing peralihan deformasi elastis ke plastis.

Tegangan luluh bawah σly (lower yield stress)

Tegangan rata-rata daerah landing sebelum benar-benar memasuki fase deformasi plastis. Bila hanya disebutkan tegangan luluh (yield stress), maka yang dimaksud adalah tegangan ini.

Regangan luluh, εy (yield strain)

Regangan permanen saat bahan akan memasuki fase deformasi plastis.

Regangan elastis εe (elastic strain)

Regangan yang diakibatkan perubahan elastis bahan. Pada saat beban dilepaskan regangan ini akan kembali ke posisi semula.


Regangan plastis εp (plastic strain)

Regangan yang diakibatkan perubahan plastis. Pada saat beban dilepaskan regangan ini tetap tinggal sebagai perubahan permanen bahan.

Regangan total (total strain)

Merupakan gabungan regangan plastis dan regangan elastis, εT = εe+εp. Perhatikan beban dengan arah OABE. Pada titik B, regangan yang ada adalah regangan total. Ketika beban dilepaskan, posisi regangan ada pada titik E dan besar regangan yang tinggal (OE) adalah regangan plastis.

Tegangan tarik maksimum TTM (UTS, ultimate tensile strength)

Pada gambar.2-5 ditunjukkan dengan titik C (σβ), merupakan besar tegangan yang didapatkan dalam uji tarik.

Kekuatan patah (breaking strength)

Pada gambar.2-5 ditunjukkan dengan titik D, merupakan besar tegangan di mana bahan yang diuji putus atau patah.

Tegangan luluh pada data tanpa batas jelas antara perubahan elastis dan plastis

Untuk hasil uji tarik yang tidak memiliki daerah linier dan landing yang jelas, tegangan luluh biasanya didefinisikan sebagai tegangan yang menghasilkan regangan permanen sebesar 0.2%, regangan ini disebut offset-strain (gambar.2-6).

Gambar 2.6 Penentuan tegangan yield untuk kurva tanpa daerah linier

Perlu untuk diingat bahwa satuan SI untuk tegangan adalah Pa (Pascal, N/m 2) dan strain adalah besaran tanpa satuan. Selanjutnya akan dibahas beberapa istilah lain yang penting seputar interpretasi hasil uji tarik.


Kelenturan(ductility)

Merupakan sifat mekanik bahan yang menunjukkan derajat deformasi plastis yang terjadi sebelum suatu bahan putus atau gagal pada uji tarik. Bahan disebut ulet (ductile) bila regangan plastis yang terjadi sebelum putus lebih dari 5%, bila kurang dari itu suatu bahan disebut getas (brittle).

Derajat kelentingan (resilience)

Derajat kelentingan didefinisikan sebagai kapasitas suatu bahan menyerap energi dalam fase perubahan elastis. Sering disebut dengan Modulus Kelentingan (Modulus of Resilience), dengan satuan strain energy per unit volume (Joule/m3 atau Pa). Dalam gambar.5-1, modulus kelentingan ditunjukkan oleh luas daerah yang diarsir.

Derajat ketangguhan (toughness)

Kapasitas suatu bahan menyerap energi dalam fase plastis sampai bahan tersebut putus. Sering disebut dengan Modulus Ketangguhan (modulus of toughness). Dalam gambar.2-5, modulus ketangguhan sama dengan luas daerah dibawah kurva OABCD.

Pengerasan regang (strain hardening)

Sifat kebanyakan logam yang ditandai dengan naiknya nilai tegangan berbanding regangan setelah memasuki fase plastis.

Tegangan sejati , regangan sejati (true stress, true strain)

Dalam beberapa kasus definisi tegangan dan regangan seperti yang telah dibahas di atas tidak dapat dipakai. Untuk itu dipakai definisi tegangan dan regangan sejati, yaitu tegangan dan regangan berdasarkan luas penampang bahan secara real time. Detail definisi tegangan dan regangan sejati ini dapat dilihat pada gambar.2-7.

Gambar 2.7 Tegangan dan regangan berdasarkan panjang bahan sebenarnya


Contoh Soal-1Tentukan tegangan mana yang lebih besar dalam : (a) batang aluminium berukuran 24,6 mm x30,7 mm, dengan beban 7640 kgf atau(b) Batang baja berdiameter 12,8 mm dengan beban 5000 kgf. (ambil nilai g= 9,8 m/s2 )

PenyelesaianTegangan pada batang dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan

σ= FA=W

A=m g

A ( 4 )

a. Untuk batang aluminium :

σ Al=FA=W

A=m g

A=

7640(9,8)(24,6 x10¿¿−3)(30,7 x 10−3)¿

= 108 Pa = 105 kPa

b. Untuk batang batang baja

σ Baja=FA=

WA=

m gA

=(5000 )(9,8)

π (12,8 x10¿¿−3)2/ 4=3,8 x 108 Pa=3,8 x105 kPa ¿

Contoh soal-2

Suatu batang tembaga dengan panjang awal 50 mm, dikenai tegangan tarik sehingga memanjang menjadi 59 mm. Tentukan regangan pada batang tembaga tersebut.

Penyelesaian

Regangan pada batang dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan

Regangan=ε=∆ LL0

x 100 % ( 5 )

Regangan=ε=∆ LL0

x 100 %=LF−L0

L0

x100 %=59−5050

x 100 %=18 %

Contoh Soal-3Modulus elastisitas baja rata-rata sama dengan 205.000 Mpa. Berapakah regangan kawat berdiameter 2,5 mm dengan panjang 3 m, bila dibebani 500 kgf (=49000 N)?

PenyelesaianPertambahan panjang bahan setelah dikenai beban yang mempunyai modulus elastisitas 205.000 Mpa dapat dihitung dari Persamaan :

∆ L=F L0

E A ( 6 )


ΔL=F L0

E A=

(4900 )(3)(205000 x106)¿¿

Uji Tegangan Tekan

Kekuatan Tekan

Kekuatan Tekan suatu bahan (material) adalah gaya lawan (reaksi gaya) suatu material padat terhadap perubahan bentuk (deformasi) yang mengakibatkan bahan tersebut pecahPada pengujian tekan hanya dilakukan dengan aksial yang bekerja pada batang uji. Pengujian tekan yang disarankan mengikuti ASTM (American Standar Testing Material). Tegangan yang tepat pada saat bahan uji berdeformasi menjadi bentuk silinder, disebabkan adanya gesekan antara landasan dan batang uji terjadi lekukan.Perhitungan percobaan uji tekan sama dengan percobaan untuk perhitungan uji tarik.

TeganganTekan=σC=FA

( 7 )

Beberapa percobaan untuk uji tekan dibuat seperti pada gambar berikut :

Gambar 2.8 Uji Kekuatan Tekan

Uji Tegangan Bending (Bending Stress)

Tegangan bending banyak digunakan untuk perencanaan konstruksi pada bentangan kolom, instalai perpipaan diatas tanah, bangunan, jembatan dan sebagainya.

Pada uji tegangan bending selain didapatkan hasil tegangan bending (𝜎b) juga didapatkan hasil defleksi (y).


Dudukan Konis

Dudukan Konis

Batang Uji

Batang Uji Tambahan

Batang Uji

Batang Uji Tambahan

Pengujian dapat menggunakan beban terpusat (center load) dan beban seragam (homogeny load).

Beban Terpusat F F

Batang Uji Defleksi

y

L

Gambar 2.9 Uji Tegangan Bending Dengan Beban Terpusat F

Dari hasil uji tegangan bending didapatkan tegangan bending maksimum dan defleksi maksimum yang dari rumus :

Untuk Beban Terpusat F :

Tegangan Bending Maksimum=σ b=M maksimum Yt

I xx

=F L Y t

4 I xx

( 8 )

Defleksi Maksimum= ymaks=F L3

48 E I xx

( 9 )

Beban Seragam q

Y

Batang Uji

L


Defleksi

Gambar 2.10 Uji Tegangan Bending Dengan Beban Seragam, q

Tegangan Bending Maksimum=σ b=M maksimum Y t

I xx

=q L2 Y t

8 I xx

( 10 )

Defleksi Maksimum= ymaks=5 q L4

384 E I xx

( 11 )

Dimana, Mmaks = momen maksimum yang terjadi pada balok ( kgf.m, lbf in,NmL = panjang balok ( m , inci, ft )

Yt = jarak dari garis netral ke permukaan balok ( m, inci, ft, cm )Ixx = momen inersia luas (m4, in4, ft4 ,cm4)

E = modulus elastisitas ( N/m2, kgf/cm2,lbf/in2) Ymaks = defleksi/ lendutan maksimum (m, in, ft) σ = tegangan tekuk/bending ( N/m2, kgf/cm2, lbf/in2 )

Contoh Soal-4

Suatu balok dengan penampang persegi panjang yang ditumpu dengan bantalan rol dengan jarak bentangan L,mendapat beban terpusat F besarnya 10000 kgf .

Data balok :lebar = b = 10 cm, tebal = h = 15 cmTegangan Bending yang diijinkan = σb = 3600 kgf /cm2 Modulus Elastisitas = E = 5400000 kgf /cm2

Tentukan jarak bentangan L yang memenuhi syarat :

a. Tegangan maksimum yang diijinkan tidak lebih dari 3600 kgf/cm2

b. Defleksi maksimum yang diijinkan tidak dari 0,25% panjang balok

Penyelesaian :

Momen Inersia Luas Untuk Profil persegi panjang=I xx=1

12bh3

I xx=1

12bh3= 1

12(10 )(15)3=2812,5 cm4

Y t=h2=15

2=7,5 cm

σ b=F LY t

4 I xx

3600=(10000 ) L(7 , 5)

4 (2812 ,5)→ L=540 cm=5 , 40 m


Defleksi Maksimum= ymaks=F L3

48 E I xx

0 ,25100

L=(10000)L3

48 (5400000)(2812, 5)→ L=427 cm=4 ,27 m

Yang memenuhi syarat kedua-duanya, jarak bentangan, L = 4,27 m

Contoh Soal-5

Suatu balok dengan penampang persegi panjang yang ditumpu dengan bantalan rol dengan jarak bentangan L, mendapat beban seragam q besarnya 1000 kgf /m

Data balok :lebar = b = 10 cm , tebal = h = 15 cmTegangan Bending yang diijinkan = σb = 3600 kgf /cm2 Modulus Elastisitas = E = 5400000 kgf /cm2 Tentukan jarak bentangan L yang memenuhi syarat :

a. Tegangan maksimum yang diijinkan tidak lebih dari 3600 kgf /cm2

b. Defleksi maksimum yang diijinkan tidak lebih dari 0,25% panjang balok (bentangan)

Penyelesaian :

Momen Inersia Luas Untuk Profil persegi panjang=I xx=1

12bh3

I xx=1

12bh3= 1

12(10 )(15)3=2812,5 cm4

Y t=h2=15

2=7,5 cm q=1000 kg f /m=10

kg f

cm

Tegangan Bending Maksimum=σ b=M maksimum y t

I xx

=q L2 Y t

8 I xx

3600=(10 ) L2(7,5)8 (2812,5)

→L=1039cm=10,39m

Defleksi Maksimum= ymaks=5 q L4

384 E I xx

0,25100

L=5 (10)L4

384 (5400000)(2812,5)→L=663cm=6,63m

Yang memenuhi syarat kedua-duanya, jarak bentangan, L = 6,63 m


Kekerasan (Hardness)

Pengujian kekerasan adalah satu dari sekian banyak pengujian yang dipakai, karena dapat dilaksanakan pada benda uji yang kecil tanpa kesukaran mengenai spesifikasi.

Kekerasan (Hardness) adalah salah satu sifat mekanik (Mechanical properties) dari suatu material. Kekerasan suatu material harus diketahui khususnya untuk material yang dalam penggunaanya akan mangalami pergesekan (frictional force) dan dinilai dari ukuran sifat mekanis material yang diperoleh dari. Deformasi plastis (deformasi yang diberikan dan setelah dilepaskan, tidak kembali ke bentuk semula akibat indentasi oleh suatu menda sebagai alat uji. Dalam hal ini bidang keilmuan yang berperan penting mempelajarinya adalah Ilmu Pengetahuan Bahan Teknik. Mengapa diperlukan pengujian kekerasan? Didalam aplikasi manufaktur, material terutama semata diuji untuk dua pertimbangan: yang manapun ke riset karakteristik suatu material baru dan juga sebagai suatu cek mutu untuk memastikan bahwa contoh material tersebut menemukan spesifikasi kualitas tertentu. Pengujian yang paling banyak dipakai adalah dengan menekankan penekan tertentu kepada benda uji dengan beban tertentu dan dengan mengukur ukuran bekas penekanan yang terbentuk diatasnya, cara ini dinamakan cara kekerasan dengan penekanan.

Kekerasan juga didefinisikan sebagai kemampuan suatu material untuk menahan beban identasi atau penetrasi (penekanan). Didunia teknik, umumnya pengujian kekerasan menggunakan 4 macam metode pengujian kekerasan, yakni :

Metode Brinnel (HB / BHN) Metode Rockwell (HR / RHN) Metode Vikers (HV / VHN) Metode Gores

Sedangkan pengujian Rockwell cocok untuk semua material yang keras dan yang lunak, penggunaannya sederhana dan penekanannya dapat dilakukan dengan leluasa.

Tabel 2.1 Skala Kekerasan Rockwell.

Skala Penekan Beban Awal

Beban Utama

Jumlah Beban

Skala

A Kerucut Intan 120° 10 50 100 100B Bola Baja 1,588 mm (1/6”) 10 90 60 30C Kerucut Intan 120° 10 140 150 100D Kerucut Intan 120° 10 90 100 100E Bola Baja 3,175 mm (1/8” 10 90 60 100F Bola Baja 1,588 mm (1/6”) 10 50 100 130G Bola Baja 1,588 mm (1/6”) 10 140 60 130H Bola Baja 3,175 mm (1/8”) 10 50 10 130K Bola Baja 3,175 mm (1/8”) 10 140 150 130L Bola Baja 6,35 mm (1/4”) 10 50 60 130


M Bola Baja 6,35 mm (1/4”) 10 90 100 130P Bola Baja 6,35 mm (1/4”) 10 140 150 130R Bola Baja 12,7 mm (1/2”) 10 50 60 130S Bola Baja 12,7 mm (1/2”) 10 90 100 130V Bola Baja 12,7 mm (1/2”) 10 140 150 130

Pada tabel.2-1 ditunjukkan skala kekerasan A, B dan C adalah untuk bahan logam, skala A dapat dipakai untuk bahan sangat keras seperti Karbida tungsten. Skala D dan di bawahnya dipakai untuk batu gerinda sampai plastik. Pengujian Rockwel superfisial mempergunakan beban yang ringan untuk memperbaiki ketelitian dari penekan dengan cara penggunaan yang sama, juga dapat mengukur kekerasan permukaan dari bahan yang dikeraskan permukaannya. Brinell Bola Baja 10 mm Beban 300 kgf

Rockwell Penekan C, 150 kgf

Rockwell Penekan N, 30 kgf

Gambar 2.11 Ukuran perbandingan dari penekanan pada pengujian bahan yang sama dengan berbagai pengujian kekerasan

Pemilihan masing-masing skala (metode pengujian) tergantung pada :

a. Permukaan materialb. Jenis dan dimensi materialc. Jenis data yang diinginkad. Ketersedian alat uji

Pengujian Kekerasan dengan metode : Brinnel, Rockwell dan Vickers menggunakan:

Alat/ Pengujian Benda Uji (test speciment) bertujuan untuk memahami cara menguji kekerasan

logam dengan ketiga metode tersebut


Gambar.2-12 Benda Uji dan Bahan Uji Kekerasan Vickers

Dalam pengujian kekerasan seperti pada pengujian statik lainnya, diukur ketahanan terhadap deformasi. Tetapi ukuran penekan, beban dan ukuran penekanan, derajat pengerasan regangan, berbeda. Jadi pertama korelasi antara kekerasan yang diperoleh dengan berbagai cara pengujian kekerasan menjadi permasalahan.Tidak ada cara lain kecuali mendapatkan hubungan tersebut secara eksperimen, jadi kekerasan yang diperoleh dengan berbagai cara ditulis sebagai tabel konversi kekerasan. Tetapi hal yang diutarakan di atas berbeda menurut bahan, oleh karena itu untuk baja atau paduan tembaga perlu memakai tabel yang berlainan sesuai dengan paduan mesing-masing.Sejumlah data tersedia berkenaan dengan hubungan antara kekerasan dan kekuatan tarik atau kekuatan lelah. Hubungan ini sangan memudahkan untuk mengetahui kekuatan bahan dengan pengujian sederhana dari kekerasan. Tetapi karena hubungan itu memuat banyak faktor variabel, perlu berhati-hati dalam penggunaannya. Sebagai tambahan dalam penggunaan bagi bahan yang sama jenisnya, disarankan untuk memperhatikan metalografinya.


Gambar 2.13 Alat Penguji Kekerasan Logam

Macam-Macam Alat Penguji Kekerasan

Gambar 2.14 Alat Penguji Kekerasan Brinnell


Gambar 2.15 Alat Penguji Kekerasan Rockwell

Gambar 2.16 Alat Penguji Kekerasan Vickers

Metode Gores

Metode ini tidak banyak lagi digunakan dalam dunia metalurgi dan material lanjut, tetapi masih sering dipakai dalam dunia mineralogi. Metode ini dikenalkan oleh Friedrich Mohs yang membagi kekerasan material di dunia ini berdasarkan skala (yang kemudian dikenal sebagai skala Mohs). Skala ini bervariasi dari nilai 1 untuk kekerasan yang paling rendah, sebagaimana dimiliki oleh material talk, hingga skala 10 sebagai nilai kekerasan tertinggi, sebagaimana dimiliki oleh intan. Dalam skala Mohs urutan nilai kekerasan material di duniaini diwakili oleh table berikut:

Tabel 2.2 Skala Kekerasan Mohs


Kekerasan Bahan Rumus kimia

1 Talk Mg3 H2 Si4O12 aq

2 Gips CaSO4 .2 H2O

3 Kalsit CaCO3

4 Flourit CaF2

5 Apatit CaF(PO4)3

6 Feldspar K Al3 SiO4

7 Kwarsa SiO3

8 Topas Al2 F2 SiO4

9 Korundum Al2 O3

10 Intan C

Prinsip pengujian: bila suatu mineral mampu digores oleh Orthoclase (no. 6) tetapi tidakmampu digores oleh Apatite (no. 5), maka kekerasan mineral tersebut berada antara 5 dan 6. Berdasarkan hal ini, jelas terlihat bahwa metode ini memiliki kekurangan utama berupa ketidak akuratan nilai kekerasan suatu material. Bila kekerasan mineral-mineral diuji dengan metode lain, ditemukan bahwa nilai-nilainya berkisar antara 1-9 saja, sedangkan nilai 9-10 memiliki rentang yang besar.

Stabilitas Terhadap Temperatur

• Stabilitas terhadap temperatur suatu material memberikan interval temperatur dimana sifat- sifat mekanik dan fisik bahan tidak mengalami perubahan yang mendasar.

• Misal untuk baja, tahan panas masih stabil pada temperatur 600°C. tetapi beberapa bahan polimer terutama dari golongan termoplastis menjadi lunak pada temperatur 100°C

2.2 Sifat-Sifat Fisik Bahan

Sifat-sifat fisik bahan yang terpenting dalam pemilihan bahan konstruksi adalah :

Konduktivitas panas dan konduktivitas listrik Koefisien muai panjang Densitas


Konduktivitas Panas Dan Konduktivitas Listrik

Konduktivitas Panas.

Bila dalam suatu bahan terdapat gradien temperatur, maka panas akan mengalir tanpa disertai oleh gerakan zat. Aliran panas seperti ini disebut konduksi, bahan yang dapat menghantarkan panas dengan baik disebut konduktor dan bahan yang kurang baik menghantar panas disebut isolator.Pada logam konduksi termal itu akibat dari gerakan elektron yang tak terikat dan konduktivitas panas ini mempunyai hubungan yang erat dengan konduktivitas listrik. Pada material yang bukan penghantar listrik, konduktivitas panas ini merupakan transportasi momentum oleh masing-masing molekul selain gradien temperatur.

Konduktivitas Listrik

Konduktivitas listrik adalah ukuran dari kemampuan suatu bahan untuk menghantarkan arus listrik. Jika suatu beda potensial listrik ditempatkan pada ujung-ujung sebuah konduktor muatan-muatan elektron akan bergerak dan menghasilkan arus listrik. Konduktivitas listrik didefinsikan sebagai rasio rapat arus terhadap kuat medan listrik.

Kriteria Kualitas Konduktivitas Panas Dan Listrik

Konduktivitas logam penghantar listrik sangat dipengaruhi oleh unsur – unsur paduan, impurities atau ketidaksempurnaan dalam kristal logam, yang ketiganya banyak berperan dalam proses pembuatan pembuatan penghantar itu sendiri. Unsur – unsur paduan selain mempengaruhi konduktivitas listrik, akan mempengaruhi sifat – sifat mekanika dan fisika lainnya. Logam murni memiliki konduktivitas listrik yang lebih baik dari pada yang lebih rendah kemurniannya. Akan tetapi kekuatan mekanis logam murni adalah rendah. Penghantar tenaga listrik, selain mensyaratkan konduktivitas yang tinggi juga membutuhkan sifat mekanis dan fisika tertentu yang disesuaikan dengan penggunaan penghantar itu sendiri

Jenis Bahan Konduktor

Bahan-bahan yang dipakai untuk konduktor harus memenuhi persyaratan-persyaratan sebagai berikut:

Konduktifitasnya cukup baik. Kekuatan mekanisnya (kekuatan tarik) cukup tinggi. Koefisien muai panjangnya kecil. Modulus kenyalnya (modulus elastisitas) cukup besar.

Bahan-bahan yang biasa digunakan sebagai konduktor, antara lain:

Logam biasa, seperti: tembaga, aluminium, besi, dan sebagainya.


Logam campuran (alloy), yaitu sebuah logam dari tembaga atau aluminium yang diberi campuran dalam jumlah tertentu dari logam jenis lain, yang gunanya untuk menaikkan kekuatan mekanisnya.

Logam paduan (composite), yaitu dua jenis logam atau lebih yang dipadukan dengan cara kompresi, peleburan (smelting) atau pengelasan (welding).

Untuk membuat peralatan dimana terjadi perpindahan panas, seperti alat penukar panas, reaktor, kolom distilasi, evaporator, boiler dibutuhkan bahan konstruksi yang mempunyai konduktivitas panas yang baik. Pada alat-alat tersebut juga harus dilengkapi dengan isolasi panas untuk mengurangi kehilangan panas karena radiasi, konveksi dan konduksi. Bahan konstruksi untuk isolasi panas dibutuhkan material yang mempunyai sifat konduktivitas yang rendah. Demikian juga peralatan untuk instalasi listrik dan peralatan yang menggunakan panas dari energi listrik dibutuhkan bahan konstruksi yang mempunyai konduktivitas listrik yang baik, Supaya penggunaan energi listrik aman dan untuk mengurangi energi listrik yang hilang dibutuhkan bahan isolasi yang dibuat dari bahan konstruksi dengan konduktivitas rendah. Dalam menentukan dimensi suatu sistem isolasi, dibutuhkan pengetahuan yang pasti mengenai jenis, beban panas dan beban listrik yang akan dialami bahan isolasi tersebut. Disamping itu perlu dipertimbangkan kondisi sekitar dimana isolasi akan ditempatkan dan untuk mengetahui sifat-sifat dari bahan isolasi sehingga dapat dipilih bahan-bahan yang tepat untuk suatu sistem isolasi, dengan demikian akan dihasilkan suatu rancangan peralatan yang paling ekonomis dan sesuai dengan kebutuhan. .

Fungsi yang penting dari suatu bahan isolasi adalah:

Untuk mengisolasi antara suatu penghantar dengan penghantar lainnya. Misalnya antara konduktor fasa dengan konduktor fasa lainnya, atau konduktor fasa dengan tanah.

Untuk menahan gaya mekanis akibat adanya arus pada konduktor yang diisolasi, Mampu menahan tekanan yang diakibatkan panas dan reaksi kimia. Untuk mengisolasi peralatan dengan sekitarnya.

Misalnya antara reaktor dan sekitarnya, antara boiler dan sekitarnya, antara alatpenukar panas dan sekitarnya dan sebagainya.

Tekanan yang diakibatkan oleh medan listrik, gaya mekanik, thermal dan reaksi kimia dapat saja terjadi serentak, sehingga perlu diketahui efek bersama dari semua parameter tersebut, dengan kata lain suatu bahan isolasi dinyatakan ekonomis jika bahan tersebut dapat menahan semua tekanan tersebut dalam jangka waktu yang lama.Sifat konduktivitas panas danlistrik yang dibutuhkan untuk suatu bahan isolasi adalah sebagai berikut:

Mempunyai sifat konduktivitas panas rendah, misalnya bahan asbes, wool, kapas dan sebagainya.

Mempunyai kekuatan dielektrik (KD) yang tinggi, agar dimensi sistem isolasi menjadi kecil dan penggunaan bahan semakin sedikit, sehingga harganya pun akan semakin murah, misalnya bahan-bahan polimer yang sesuai.


Rugi-rugi dielektriknya rendah, agar suhu bahan isolasi tidak melebihi batas yang ditentukan.

Memiliki kekuatan kerak (tracking strength) yang tinggi, agar tidak terjadi erosi karena tekanan listrik permukaan.

Memiliki konstanta dielektrik yang tepat dan cocok, sehingga membuat arus pemuatan ( charging current ) tidak melebihi batas yang diijinkan.

Bahan isolasi juga sekaligus merupakan bahan konstruksi peralatan, oleh karena itu ia juga memikul beban mekanis, sehingga bahan isolasi harus memenuhi persyaratan mekanis yang dibutuhkan. Sifat mekanis yang dibutuhkan tergantung pada pemakaian, seperti diberikan dibawah ini.

Isolator hantaran udara, sifat mekanis terpentingnya kekuatan tarik Isolator pendukung pada gardu, sifat mekanis terpentingnya kekuatan tekuk Isolator antenna, sifat mekanis terpentingnya kekuatan tekan Pemutus daya (circuit breaker), sifat mekanis terpentingnya kekuatan tekan kejut

karakteristik mekanis, seperti elastisitas, kekenyalan dan lain-lain, mempunyai hubungan yang nyata dengan tekanan dan ketepatan rancangan.

Peralatan-peralatan listrik akan mengalami kenaikan suhu selama beroperasi, baik pada tegangan kerja normal maupun dalam kondisi gangguan, sehingga bahan isolasi harus memiliki sifat themal sebagai berikut:

Kemampuan untuk menahan panas tinggi (daya tahan panas) Kerentanan terhadap perubahan bentuk pada keadaan panas. Konduktivitas panas tinggi. Koefisien muai panas rendah. Tidak mudah terbakar. Tahan terhadap busur api, dan lain-lain.

Bahan isolasi harus dapat menyesuaikan diri terhadap lingkungan dimana bahan itu digunakan. oleh karena itu bahan isolasi harus memiliki kemampuan sebagai berikut:

memiliki daya tahan terhadap minyak dan ozon. memiliki kekedapan dan kekenyalan higroskopis yang tinggi. daya serap air rendah. stabil ketika mengalami radiasi.

Bahan isolasi untuk sistem tegangan tinggi sering menetapkan beberapa persyaratan, dan diantaranya ada yang saling bertentangan. Oleh karena itu dalam pemilihan bahan isolasi untuk suatu keperluan khusus sering dilakukan dengan mencari kompromi antara penyimpangan kebutuhan dengan sifat yang diinginkan, sehingga pemilihan yang benar-benar memuaskan tidak terpenuhi.

Ada enam sifat listrik dielektrik, yaitu:

Kekuatan dielektrik Konduktansi


Rugi-rugi dielektrik Tahanan isolasi Kekuatan kerak isolasi (tracking strength)

Tabel 2.3 Konduktivitas Panas Material Logam

MaterialLogam

TemperaturoC

Konduktivitas Panas W/(m oC)

Aluminium 0 (100)_ 117 (119)Antominium 0 (100) 10,6 (9,7)Baja lunak 100 26Besi Cor 0 (100) 32 (30)Besi Tempa 100 34,6Emas 100 170Kadmium 100 52,2Magnesium 0 (100) 92 (92)Nikel 0 (100) 36 (34)Perak 0 (100) 242 (238)Platina 100 41,9Seng 0 (100) 65 (64)Baja (1%C) 100 259Tembaga 0 (100) 224 (218)Timah 0 (100) 36 (34)Timbal 0 (100) 20 (19)

Tabel 2.4 Konduktivitas Panas Material Bukan Logam

MaterialLogam

TemperaturoC

Konduktivitas Panas W/(m oC)

Gelas 100_ 0,040Bata 40 0,138Bata tahan api 40 1,52Gabus 30 0,03Plastik Polistiren 30 0,138Poli Vinil Khlorida 30 0,09Isolasi Magnesia 30 0,034Busa Silika 30 0,055


Tabel 2.5 Konduktivitas Listrik Logam

MaterialLogam

Konduktivitas Listrik( Ohm meter )

Perak (Ag) 6,8x107

Tembaga (Cu) 6,0x107

Emas (Au) 4,3x107

Aluminium (Al) 3,8x107

Kuningan ( 70%Cu-30%Zn) 1,6x107

Besi (Fe) 1,0x107

Baja Karbon (Fe-C) 0,6x107

Baja Tahan Karat (Fe-Cr) 0,2x107

Muai Panjang

Peralatan-peralatan yang beroperasi diatas temperatur kamar akan mengalami pemuaian panjang. Karena pemuaian, material menjadi bertambah panjang yang menimbulkan tegangan. Tegangan yang ditimbulkan tidak akan menjadi masalah apabila masih dibawah tegangan yang diijinkan dan pemuaian hanya terjadi hanya pada satu bahan.

Tegangan akan menjadi masalah apabila terjadi pada dua bahan yang mengalami pemuaian yang tidak sama, dimana kedua bahan tersebut digabung menjadi satu kesatuan maka akan terjadi saling tarik-menarik antara kedua bahan tersebut.

Untuk menjelaskan fenomena tersebut, sebagai contoh adalah gambar berikut ini :

Bahan

L0 ∆L

Gambar 2.17 : Pemuaian panjang pada satu bahan

Pada temperatur awal, T0 panjang awal bahan, L0

Pada temperatur akhir, TF panjang akhir bahan, LT

Perubahan temperature, ∆T=TF - T0 Perubahan panjang bahan, ∆L


LT=L0(1+α ∆T ) ( 12 )

LT=L0+∆ L ( 13 )

L0 (1+α ∆ T )=L0+∆ L ( 14 )

∆ L = L0 α ∆ T ( 15 )

∆ LL0

=α ∆ T ( 16 )

ε=∆ LL0

=α ∆T ( 17 )

Besarnya tegangan karena perubahan panjang, ∆L

σ= FA=E ε=E

∆ LL0

=E α ∆ T

σ=E α ∆ T ( 18 )

σ= FA=E

∆ LL0

∆ L=F L0

E A ( 19 )

Dimana : σ=tegangantarik bahan α=koefisienmuai panjang bahanE=moduluselastisitas tarik bahan

Untuk dua bahan yang digabungkan dalam suatu konstruksi dimana bahan satu dengan lainnya pemuaiannya tidak sama (lihat gambar.2-18)..

Bila bahan-1 memuai secara bebas dengan perubahan panjang ∆L1, maka panjang bahan-1 menjadi L1¿ L0 (1+α 1 ∆ T1 ). Bila bahan-2 memuai secara bebas dengan perubahan panjang ∆L2, maka panjang bahan-2 menjadi L2¿ L0 (1+α 2 ∆ T2 ).

Karena bahan - 1 dan bahan - 2 digabung menjadi satu kesatuan, maka masing-masingtidak bisa memuai secara bebas dan panjang akhirnya menjadi LF , misal ∆L2 > ∆L1,maka seolah-olah bahan - 1 ditarik sepanjang X1 dan bahan - 2 ditekan sepanjang X2

dengan besar gaya yang sama F.

Jadi bahan-1 mendapat tegangan tarik, 𝜎t sebesar F/A1 dan bahan-2 mendapat tegangan


tekan, 𝜎c, sebesar F/A2.

Bahan-1 Sambungan Las Sambungan Las

Bahan-2 ΔL0 ΔL1 X1 X2

ΔL2

LF

Gambar 2.18 Pemuaian pada dua bahan yang digabung menjadi satu kesatuan dengan sambungan las.

L2=L0 (1+α 2 ∆T 2 )=L0+∆ L2

L1=L0 (1+α 1∆ T 1 )=L0+∆ L2

L2−L1=L0 (α 2 ∆T 2+α 1 ∆T 1 )=∆ L2−∆ L1

∆ L2−∆ L1=∆ X2+∆ X1=(α2 ∆ T 2+α1 ∆ T 1 )

Analog dengan persamaan : ∆ L=F L0

E A X1=

F L1

E1 A1 X2=

F L2

E2 A2

X2+X1=F L2

E2 A2

+F L1

E1 A1

=L0 (α2 ∆ T 2+α1 ∆ T 1 )

F=L0 (α2 ∆ T 2+α1 ∆ T1 )

L2

E2 A2

+L1

E1 A1

( 20 )

Besarnya tegangan pada bahan-1 :


σ 1=σ t=FA1

=L0 (α 2 ∆ T2+α 1 ∆ T1 )

A1[ L2

E2 A2

+L1

E1 AE 1 ] ( 21 )

Besarnya tegangan pada bahan-2 :

σ 2=σc=FA2

=L0 (α2 ∆ T 2+α1 ∆ T 1 )

A2[ L2

E2 A2

+L1

E1 AE1 ] ( 22 )

Panjang akhir kedua bahan menjadi, LF

LF=L1+X1=L2−X2 ( 23 )

Contoh-6 :

Suatu bahan dengan panjang awal, L0 = 1 m dipanaskan dari temperatur awal,T0= 25oC dan temperatur akhir,TF =125o C.Koefisien muai panjang bahan.𝛼=1,2 x10-4/0C.dan modulus elastisitas bahan, E = 2760 kgf/cm2. Berapa tegangan tarik yang diakibatkan oleh perubahan temperatur tersebut ?

Penyelesaian :

∆T = TF-T0 = 125 – 25 = 100oC

σ=E α ∆ T=2760kg f

cm2 x1 , 2x 10−4

1o Cx100oC=33 , 12

kg f

cm2

Contoh-7 :

Suatu alat penukar panas jenis pipa ganda (double pipe heat exchanger) yang dibuat dari bahan dengan koefisien muai panjang .𝛼=1,2 x10-4/0C dan modulus elastisitas bahan, E = 900000 kgf/cm2 dengan diameter nominal pipa dalam 2 in schedule 80 dan diameter pipa luar 3 in schedule 80. Temperatur awal sebelum dioperasikan 25oC, setelah dioperasikan temperatur rata-rata pipa dalam, T1= 125oC dan temperatur rata-rata pipa luar, T2=175oC. Panjang awal alat penukaar panas, L0 = 6 m Berapa tegangan yang terjadi pada pipa dalam dan pipa luar dan berapa panjang akhir alat penukar panas tersebut, LF?

Penyelesaian :

Pipa dalam (pipa-1) diameter nominal 2 in schedule 80 :Diameter dalam = di = 1,939 in = 4,925 cmDiameter luar = do = 2,375 in = 6,033 cm


Pipa luar (pipa-2) diameter nominal 3 in schedule 80 :Diameter dalam = Di = 3,016 in = 7,661 cmDiameter luar = Do = 3,500 in = 8,890 cm

∆T1 = T1-T0 = 125 – 25 = 100oC ∆T2 = T2-T0 = 175 – 25 = 150oC

𝛼1 = 𝛼2 = 𝛼=1,2 x10-4/0C

E1 = E2 = E = 2760 kgf/cm2

α 2 ∆ T2=¿¿¿

α 2 ∆ T2=¿¿¿

L2=L0 (1+α 2 ∆T 2 )=6 (1+1,8 x 10−2 )=6,108 m

L1=L0 (1+α 1∆ T 1 )=6 (1+1,2 x10−2 )=6,072m

A1=π (d¿¿ o2−πd i

2)4

=π (6,0332−4,9252)

4=9,53 cm2 ¿

A2=π (D¿¿ o2−πDi

2)4

=π (8,8902−7,6612)

4=15,97 cm2¿

E2 A2=(2760kg f

cm2 )(15,97 cm2)=44077,2 kg f

E1 A1=(2760kg f

cm2 )(9,53 cm2)=26302,8 kgf

F=6(1,8 x10−2−1,2 x10−2)

[ 6,10844077,2

+ 6,07226302,8 ]

=97,99 kg f

σ 1=σ t=FA1

=L0 (α 2 ∆ T2+α 1 ∆ T1 )

A1[ L2

E2 A2

+L1

E1 AE 1 ]

σ 1=σ t=6 (1,8 x10−2−1,2x 10−2)

9,53[ 6,10844077,2

+ 6,07226302,8 ]

=10,28kg f /cm2


σ 2=σc=FA2

=L0 (α2 ∆ T 2+α1 ∆ T 1 )

A1[ L2

E2 A2

+L1

E1 AE1 ]

σ 2=σc=6(1,8 x10−2−1,2 x10−2)

15,97 [ 6,10844077,2

+ 6,07226302,8 ]

=6,14 kg f /cm2

Jadi pipa dalam mengalami tegangan tarik sebesar = 10,28 kgf /cm2 dan pipa luar

mengalami teganga tekan sebesar = 6,14 kgf/cm2

X1=F L1

E1 A1

=97,99 kg f x6,072 m

26302,8 kgf

=0,022 m

X2=F L2

E1 A2

=97,99 kg f x6,108 m

44077,2 kg f

=0,014 m

Panjang Akhir = LF = L1 + X1 = 6,072 + 0,022 = 6,094 m atau

Panjang Akhir = LF = L2 – X2 = 6,108 - 0,014 = 6,094 m

Densitas Dan Berat Jenis

Sebelum membicarakan lebih jauh sifat mekanik bahan, terlebih dahulu akan di jelaskan 2 (dua) sifat dasar suatu bahan, yaitu, rapat massa (densitas) dan berat jenis (specific gravity).

Densitas (rapat massa)

Sebelum membicarakan lebih jauh sifat mekanik bahan, terlebihdahulu akan kita jelaskan 2 (dua) sifat dasar suatu bahan, yaitu : densitas dan berat jenis.Densitas merupakan besaran yang menyatakan ukuran kerapatan partikel-pertikel menyusun bahan, dan dinyatakan dengan hubungan :

Densitas=ρ=mV

( 24 )

Dengan m adalah massa bahan (kg) dan V adalah volume bahan (m3), sehingga satuan rdensitas adalah kg/m3.

Berat Jenis

Berat jenis suatu bahan pada dasarnya tidak berbeda dengan rapat massa dan cara menghitungnya sama dengan langkah pada perrhitungan densitas, tetapi massa pada Persamaan (13) dikalikan dengan percepatan gravitasi (m/s2). Secara matematis dinyatakan dengan persamaan :


Berat Jenis=ρg=WV=m g

V ( 25 )

Dengan W adalah berat bahan (kgf) dan V adalah volume bahan ( m3 ), sehingga satuan berat jenis adalah (kgf /m3).

2.3 Sifat-Sifat Kimia (Stabilitas Terhadap Korosi)

Perlu diketahui bahwa material yang dipakai beda antara pabrik yang menggunakan make cooling water dari air laut dan pabrik yang menggunakan cooling waternya dari sungai. Dapat dikatakan bahwa material pipa yang digunakan oleh pabrik Pupuk Pusri dengan pabrik Pupuk Kaltim akan berbeda. Jelas, salah satu fenomena lain dalam mempelajari material ini juga adalah korosi. Dan untuk memilih suatu material perlu pengetahuan yang mendalam mengenai material dan juga korosi.

Korosi adalah perusakan bahan yang dialami dari permukaan bahan akibat reaksi kimia atau elektrokimia yang terjadi akibat interaksi bahan dengan lingkungannya.Perlindungan terbaik terhadap korosi adalah melapisi bahan yang akan dilindungi dengan lapisan bahan yang tahan korosi, dengan membuat paduan logam tahan korosi.

Jenis –jenis Lapisan Pelindung untuk Pengendalian Korosi

a. Lapisan dengan logamb. Lapisan dengan bukan logamc. Perubahan permukaan secara kimia

a. Lapisan dengan logam

* Pelapisan dengan logam secara elektroplating * Pelapisan dengan logam cair secara elektrolisa * Penyemprotan logam dengan system powdercoating * Pencelupan logam dengan galvanisasi.

b. Lapisan dengan bukan logam:

* Pembalutan dengan karet , plastik * Penyemprotan dengan plastik * Pembalutan dengan email* Pembuatan dinding tahan asam * Pengecatan dengan polimer

c. Perubahan permukaan secara kimia :

* Fosfatasi * Pengoksidasian secara kimia * Pelapisan secara elektrokimia


BAB IIIDIAGRAM FASE

Tujuan Pembelajaran Umum1. Mahasiswa mampu menjelaskan jenis-jenis diagram fase padat-cair dua

komponen2. Mahasiswa mampu menjelaskan komposisi fase dan komponen pada temperatur

tertentu.

Tujuan Pembelajaran Khusus1. Mahasiswa dapat menjelaskan jenis-jenis diagram fase padat-cair dua

komponen.2. Mahasiswa dapat menjelaskan komposisi fase dan komponen pada temperature

tertentu

3.1 Pendahuluan

Struktur dan sifat logam murni akan berubah apabila dipadu dengan unsur logam lain. Jika komponen A dipadu dengan komponen B, maka :

* Komponen A dengan komponen B bereaksi membentuk fase lain* Komponen A dengan komponen B bereaksi membentuk fase lain * Terjadi campuran larutan padat jenuh fase B, bila komponen B dipadukan ke komponen A melebihi batas kelarutannya.* Tidak terbentuk fase baru,bila komponen B larut dalam padatan kompnen A.

Pada umumnya logam tidak berdiri sendiri atau keadaan murni, tetapi lebih banyak dalam keadaan dipadu atau logam paduan dengan kandungan unsur-unsur tertentu sehingga struktur yang terdapat dalam keadaan setimbang pada temperatur dan tekanan tertentu akan berlainan. Kombinasi dua unsur atau lebih yang membentuk paduan logam akan menghasilkan sifat yang berbeda dari logam asalnya.

Tujuan membuat logam paduan adalah untuk memperbaiki sifat logam. Sifat yang diperbaiki adalah kekuatan, keuletan, kekerasan, ketahanan korosi, ketahanan aus, ketahanan lelah dan lain-lain.

Fase pada suatu material didasarkan atas daerah yang berbeda dalam struktur atau komposisi dari daerah lainnya.

Fase adalah bagian homogen dari suatu sistem yang memiliki sifat fisik dan kimia yang seragam.

Untuk mempelajari paduan dibuatlah kurva yang menghubungkan antara fase, komposisi dan temperatur.Diagram fase adalah suatu grafik yang merupakan representasi tentang fase-fase yang ada dalam suatu material pada variasi temperatur, tekanan dan komposisi.


Pada umumnya diagram fase dibangun pada keadaan kesetimbangan ( kondisinya adalah pendinginan yang sangat lambat).

Diagram ini dipakai untuk mengetahui dan memprediksi banyak aspek terhadap sifat material.

Diagram fase suatu material/bahan satu komponen dinyatakan dengan hubungan tekanan dan temperatur. Diagram fase bahan dengan dua atau tiga komponen dimana variabel dari suatu keadaan adalah temperatur, tekanan dan komposisi.

Bahan yang dipakai di industri umumnya berfase padat dan tekanan uapnya rendah jadi keadaan gas dapat diabaikan.Kesetimbangan fase padat dan fase cair atau fase padat dan fasa padat pengaruh tekanan sangat kecil terhadap temperatur, sehingga tekanan dianggap tetap dan diagram fasenya merupakan koordinat temperatur dan komposisi

Informasi penting yang dapat diperoleh dari diagram fase adalah:

Memperlihatkan fase-fase yang terjadi pada perbedaan komposisi dan temperatur dibawah kondisi pendinginan yang sangat lambat.

Mengindikasikan kesetimbangan kelarutan padat satu unsur atau senyawa pada unsur lain.

Mengindikasikan pengaruh temperatur dimana suatu paduan dibawah kondisi kesetimbangan mulai membeku dan pada rentang temperatur tertentu pembekuan terjadi.

Mengindikasikan temperatur dimana perbedaan fase-fase mulai mencair.

Jenis material yang dipadukan :

1. Unsur logam + unsur logam Contoh: Cu + Zn; Cu + Al; Cu + Sn.2. Unsur logam + unsur non logam Contoh: Fe + C.

Paduan terjadi akibat adanya susunan atom sejenis ataupun ada distribusi atom yang lain pada susunan atom lainnya.

Jika ditinjau dari posisi atom-atom yang larut, diperoleh dua jenis larutan padat:

Larutan padat substitusi Adanya atom-atom terlarut yang menempati kedudukan atom-atom pelarut.

Larutan padat interstisi Adanya atom-atom terlarut yang menempati rongga-rongga diantara kedudukan atom.


Gambar 3.1 Larutan padat substitusi

Gambar 3.2 Larutan padat interstisi

Untuk mengetahui kelarutan padat suatu unsur dalam unsur lainnya, Hume-Rothery mensyaratkan sebagai berikut:

a. Jika perbedaan diameter atom yang larut dibandingkan atom pelarut lebih kecil dari 15%, maka kelarutan yang terjadi adalah larutan padat substitusi.


b. Jika perbedaan diameter atom yang larut dibandingkan atom pelarut lebih besar dari 15%, maka kelarutan yang terjadi adalah larutan padat interstisi.

Suatu hasil percampuran harus stabil.

Stabilitas dari paduan dijamin oleh keelektronegatifan dan keelektropositifan, makin besar perbedaan keelektronegatifan dan keelektropositifan makin stabil, tetapi kalau terlalu besar perbedaannya yang terjadi bukan larutan melainkan senyawa (compound)

Pembentukan diagram fase

Hubungan antara temperatur, komposisi diplot untuk mengetahui perubahan fase yang terjadi. Dengan memvariasikan komposisi dari kedua unsur (0¸100%) dan kemudian dipanaskan hingga mencair setelah itu didinginkan dengan lambat (diukur oleh dilatometer/kalorimeter), maka akan diperoleh kurva pendinginan Perubahan komposisi akan mengubah pola dari kurva pendinginan

3.2 Klasifikasi Diagram Kesetimbangan Fase

1. Larut sempurna dalam keadaan cair dan padat.2. Larut sempurna dalam keadaan cair, tidak larut dalam keadaan padat (reaksi

eutektik).3. Larut sempurna dalam keadaan cair, larut sebagian dalam keadaan padat (reaksi

eutektik).4. Larut sempurna dalam keadaan cair, larut sebagian dalam keadaan padat (reaksi

peritektik).5. Larut sempurna dalam keadaan cair, tidak larut dalam keadaan padat dan

membentuk senyawa.6. Larut sebagian dalam keadaan cair (reaksi monotektik).

Dalam penjelasan selanjutnya nanti yang dibahas hanya samapai nomor-3, sedangkan yang lain terlalu rumit untuk pendidikan diploma III.

1. Larut sempurna dalam keadaan cair dan padat

Biasa disebut binary isomorphous alloy systems, kedua unsur yang dipadukan larut sempurna dalam keadaan cair maupun padat. Pada sistem ini hanya ada satu struktur kristal yang berlaku untuk semua komposisi, syarat yang berlaku adalah :

a. Struktur kristal kedua unsur harus sama.b. Perbedaan ukuran atom kedua unsur tidak boleh lebih dari 15%.c. Unsur-unsur tidak boleh membentuk senyawa.d. Unsur-unsur harus mempunyai valensi yang sama.

Contoh klasik untuk jenis diagram fasa ini adalah diagram fasa Cu-Ni.


Ta Fase Liquid (L) Garis cair Td Q1 Q Q2 Fase L + S

o C Garis padat Fase Solid (S) Tb

0 b1% b% b2% 100%

A=100% % B B=100%

Gambar 3.3 Diagram fase larut sempurna dalam keadaan cair dan padat

(Komposisi vs Temperatur)

Ta = titik cair/leleh komponen A murni Tb = Titik cair/leleh komponen B murni

Aturan : jika diketahui temperatur dan komposisi, maka akan diketahui jumlah dan jenis fasa masing-masing.

Untuk menghitung persentase fasa-fasa yang ada pada komposisi tertentu, digunakan metoda kaidah lengan.

Contoh-1 : Pada temperature Td komposisi paduan Q adalah B% (lihat gambar 4-3) :

Komponen B dalam paduan=B %

Fase Liquid=L=QQ1

Q1Q2

x 100 % Fase Solid=S=QQ2

Q1Q 2

x100 %

Komponen B dalam Liquid=B2 % x L Komponen B dalam Solid=B1 % x S


1. Larut sempurna dalam keadaan cair, tidak larut dalam keadaan padat (reaksi eutektik).

Ta Fase Liquid (L)

Tb

Fase S+L Fase S+L

D F

E oC Fase Solid (S)

Campuran Solid A + B

A=100% %B B=100%

Gambar 3.4 Diagram fase larut sempurna dalam keadaan cair dan tedak larut dalam keadaan padat (Komposisi vs Temperatur)


Titik E adalah titik eutektik, pada temperatur dan komposisi eutektik terjadi reaksi ke-setimbangan eutektik : Pemanasan

A + B Liquid (L)

Pendinginan

DEF = garis padat TaETb = garis cair Titik E = titik eutektik

Pada komposisi dan temperature eutektik camuran komponen A dan komponen B seperti logam murni, dimana titik lelehnya hanya satu Komponen A dan komponen B tidak larut sempurna dalam kondisi cair dan tidak larut dalam kondisi padat membentuk campuran padat dibawah temperatur eutektik. Dibawah garis padat terdiri dua fase, yaitu fase padat A dan fase padat B yang membentuk campuran padat.


2. Larut sempurna dalam keadaan cair, larut sebagian dalam keadaan padat (reaksi eutektik).

Ta Fase Liquid (L) Tq Q1 Q Q2 Tb

Fase 𝛼 +L Fase β+L 𝛼 D F β

T1 I R S oC

Fase Solid (S)

Campuran Larutan Padat (𝛼+β)

G H b1% b% b2% b3% A=100% %B B=100%

Gambar 3.5 Diagram fase larut sempurna dalam keadaan cair dan tedak larut dalam keadaan padat (Komposisi vs Temperatur)


Titik E adalah titik eutektik, pada temperatur dan komposisi eutektik terjadi reaksi kesetimbangan :

Pemanasan𝛼 + β Liquid (L)

Pendinginan

Pada komposisi dan temperatur eutektik camuran komponen A dan komponen B seperti logam murni, dimana titik lelehnya hanya satu. Komponen A dan komponen B larut sempurna dalam kondisi cair dan larut sebagian dalam kondisi padat membentuk campuran larutan padat 𝛼 dan β dibawah temperatur eutektik.

Larutan padat 𝛼 adalah larutan padat komponen B didalam komponen A42

Pengetahuan Bahan Teknik

Larutan padat β adalah larutan padat komponen A didalam komponen BGaris TaETb adalah garis cair dan garis TaDETb adalah garis padat

Garis TaDG adalah garis batas kelarutan maksimum komponen B dalam komponen A dalam keadaan padat

Garis TbFH adalah garis batas kelarutan maksimum komponen A dalam komponen B dalam keadaan padat

Contoh klasik untuk jenis diagram fase ini adalah diagram fase Pb-Sn.

Contoh-2 Pada temperatur Tq dan komposisi paduan Q adalah b%(lihat gambar 4-4):

Komponen B dalam paduan Q=b%

Komponen A dalam paduanQ=(100−b)%

Fase Liquid=L=QQ1

Q1Q2

x 100 % Fase Solid=α=QQ2

Q1Q2

x 100 %

Komponen B dalam Liquid=b2 % x L

Komponen A dalam Liquid=L−b2% x L=(100−b2 )% L

Komponen B da lamlarutan padat α=b1 % xα

Komponen A dalam larutan padat α=α−b1% x α=(100−b1)α

Contoh-3 Pada temperatur T1 dan komposisi paduan R adalah B%(lihat gambar 4-4):

Komponen B dalam paduan R=b %

Larutan Padat α= RSIS

x 100 % Larutan Padat β= IRIS

x 100 %

Komponen B dalam larutan padat α=b1 % x α

Komponen A dalam larutan padat α=α−b1% x α=(100−b1% )α

Komponen B dalam larutan padat β=b3 % x β


Komponen A dalam larutan padat β=β−b3% x β=(100−b3 %)β

Contoh-3 diagram fase ini adalah diagram fase Pb-Sn.

Gambar 3.6 Diagram fase Pb - Sn

Diagram fasa Sn- Pb terdapat beberapa kondisi:.

Titik 1 yaitu paduan 70% Pb-30% Sn pada 300°C merupakan fase cair. Titik 2 yaitu paduan 70%Pb-30%Sn pada 200°C merupakan fasa cair dan fase

padat α yang larut dalam Pb. Titik 3 yaitu paduan 70%Pb-30%Sn pada 100°C merupakan fase padat α dan β Titik 4 yaitu paduan 10%Sn-90%Pb pada200°C merupakan fase padat α atau

fase tunggal padat Titik 5 yaitu paduan 20%Sn-80%Pb pada200°C terdiri dari 2 fase merupakan

fase padat α dan cairan Titik 6 yaitu paduan 60%Sn-40%Pb pada200°C terdiri satu fase cair


3.3 Pembekuan Larutan Padat Tunggal

Gambar 3.7 Pembekuan Larutan Padat Tunggal

• Keadaan x suatu cairan homogen dari sistem 2 komponen A dan B, bila didinginkan secara perlahan maka pendinginan mengikuti garis tegak melalui x.

• Pada L1 adalah temperatur pembekuan dengan fasa α mulai mengkristal.• Garis cair ae menyatakan permulaan kristalisasi dan garis beku ac merupakan

temperatur pembekuan sehingga cairan membeku seluruhnya.• Jika temperatur diturunkan lagi komposisi larutan padat α berubah sepanjang

garis cf dan komposisi larutan padat β sepanjang garis dg.

Pembekuan dengan reaksi eutektik.

• Jika cairan pada komposisi y , dan temperatur cairan diturunkan sampai garis cair ac maka larutan padat α akan mengkristal dan pada pendinginan lebih lanjut jumlah cairan akan menurun dengan komposisi berubah sepanjang garis ae.

• Titik e adalah titik potong dua garis cair pada komposisi e, dan cairan dengan komposisi pada titik d menjadi larutan padat β sedang cairan pada komposisi c menjadi larutan padat α secara simultan.


BAB IVBESI-BAJA DAN PADUANNYA

• Titik e dalam diagram fasa disebut titik eutektik dan perubahan cairan menjadi larutan padat α dan larutan padat β disebut reaksi eutektik


1. Mahasiswa mampu menjelaskan jenis-jenis logam besi dan paduannya menurut standar industri

2. Mahasiswa mampu menjelskan diagram fase besi-karbon dan sifat paduannya.


1. Mahasiswa dapat menjelaskan jenis-jenis logam besi dan paduannya menurut standar industri

2. Mahasiswa dapat menjelaskan diagram fase besi-karbon dan sifat paduannya.

4.1. Pendahuluan

Besi murni merupakan logam yang bersifat lunak dan liat dengan titik cair sekitar 1536°C. Besi dan baja merupakan bahan mempunyai berbagai sifat dari lunak sampai keras. Besi merupakan salah satu logam yang mempunyai sifat alotropik, yaitu mempunyai bentuk struktur kristal lebih dari satu. Sifat alotropik dari besi menyebabkan timbulnya variasi struktur mikro dari berbagai jenis baja.

Alotropik adalah adanya transformasi dari satu bentuk susunan atom (sel satuan) ke bentuk susunan atom yang lain.

Besi stabil pada temperature di bawah 910 0C : besi alfa ( Feα ), temperatur antara 910 dan 1392 0C : besi gama ( Feγ ), tempertaur diatas 1392 0C : besi delta ( Feδ )

Material logam memiliki sifat tertentu, untuk logam yang sama dapat saja mempunyai sifat yang berbeda. Ditinjau secara fisik, sifat logam berkaitan erat dengan struktur mikro Untuk logam dari jenis yang sama, sifatnya bisa berbeda dengan mengubah struktur mikro.

Mengubah struktur mikro dapat diklasifikasikan menjadi 3 bagian :

1. Secara Kimia : mengubah komposisi kimia2. Secara Mekanik : konfigurasi berubah dan komposisi kimia tetap3. Secara Perlakuan Panas : fasa berubah dengan komposisi kimia tetap atau

berubah.


Cara yang biasa digunakan untuk merubah struktur mikro dilakukan melalui proses perlakuan panas (Heat Treatment).

Perubahan sifat logam dapat meliputi :

Keseluruhan dari logam Hanya sebagian dari logam (misal permukaannya saja)

Difinisi Perlakuan Panas adalah suatu proses mengubah sifat logam dengan jalan mengubah struktur mikro melalui proses pemanasan dan pengaturan kecepatan pendinginan dengan tanpa atau merubah komposisi kimia logam yang bersangkutan.

Tujuan untuk mendapatkan sifat-sifat yang diinginkan sesuai dengan yang direncanakan (dalam batas-batasnya).

Prinsip proses Perlakuan Panas adalah setiap proses pada logam tujuannya untuk memperbaiki sifat.Baja (paduan Fe dan C) merupakan logam yang paling banyak di proses dengan perlakuan panas.

Betuk sel satuan BCC dan FCC

Pada temperatur di bawah 9100C : Body Centered Cubic (Kubus Berpusat Badan) (BCC)

Temperatur antara 910 dan 13920C:Face Centered Cubic (Kubus Berpusat Muka) (FCC)

Tempertaur diatas 1392 0C : Body Centerd Cubic (Kubus Berpusat Badan) (BCC)

Beberapa baja memiliki sifat-sifat tertentu sebagai akibat penambahan unsur paduan. Salah satu unsur paduan yang dapat mengontrol sifat baja adalah karbon (C).Transformasi yang terjadi pada rentang temperatur tertentu erat hubungannya dengan kandungan karbon. Baja yang hanya mempunyai karbon tidak akan memiliki sifat seperti yang diinginkan Karbon berada didalam besi dapat bentuk larutan atau berkombinasi dengan besi menbentuk Karbida besi (Fe3C).Diagram yang menampilkan hubungan antara temperatur di mana terjadi perubahan fase selama proses perlakuan pamanasan dan pendinginan lambat dengan kadar karbon di sebut diagram fase besi-karbon..

4.2 Diagram Fase Fe-Fe3C (Fe-C)

Diagram ini digunakan untuk mengidentifikasi atau memperkirakan fase-fase yang terdapat pada paduan besi dan karbon.

Diagram fase besi-besi karbida terbagi atas beberapa fase yaitu : fase ferit, fase perlit, fasa sementi dan fasa austenit.


Gambar diagram fase menggambarkan diagram fase besi-karbon untuk seluruh rentang paduan besi dengan karbon yang mencakup baja dan besi cor.

Gambar 4.1 Diagram fase besi-karbon

A : Titik cair besi B : Titik pada cairan berhubungan dengan reaksi peritektik H : Larutan padat d berhubungan dengan reaksi peritektik dan kelarutan maksimum unsur C 0,1 %J : Titik peritektik merupakan proses pendinginan austenit pada komposisi J dan terbentuk fase g dari larutan padat d dan cairan besi pada komposisi BN : Titik trasnformasi dari besi d <=> besi g, tranformasi A4

C : Titik eutektik, terjadi pendinginan fase g dengan komposisi E dan Terbentuk sementit pada komposisi F(6,67%) dari fase cair pada komposisi C. Fase eutektik ini disebut ledeburit


E : Titik merupakan fasa g berhubungan dengan reaksi eutektik dengan kelarutan C maksimum 2,14% dan paduan ini disebut Baja G : Titik tranformasi besi g <=> besi α P : Titik yang menyatakan fase ferit ( fase α ) yang berhubungan dengan reaksi eutektoid dan kelarutan maksimum karbon (C) 0,02%S : Titik eutektoid terjadi reaksi eutektoid dan disebut transformasi A1 sedang fase yang terbentuk disebut pearlit. Proses ini merupakan pendinginan dari fase ferit, austenit, sementit secara simultan. GS : merupakan garis hubungan temperatur dan komposisi dimana mulai terbentuk ferit dari austenit, disebut garis A3 ES : merupakan garis hubungan temperatur dan komposisi dimana mulai terbentuk sementit dari austenit ,disebut garis Acm.

A1 : Titik transformasi magnetik untuk ferit.A0 : Titik tranformasi magnetik untuk sementit

Berdasarkan Diagram Fasa Fe-C Paduan Besi-Karbon dibedakan :

a. Baja : adalah paduan besi dan karbon dengan kandungan karbon < 2,18%b. Besi Tuang (cast iron) : adalah paduan besi dan karbon dengan kandungan

karbon 2,18-4,3%c. Besi Karbida : adalah paduan besi dan karbon dengan kandungan karbon 4,3-

6,67%

4.3 Pengaruh Unsur-Unsur Paduan Dalam Baja

• Baja yang hanya mempunyai karbon tidak akan memiliki sifat seperti yang diinginkan.

• Penambahan unsur-unsur paduan seperti Mn, Ni, Cr, Mo, V, W, dst baik masing-masing maupun secara kombinasi dapat menolong untuk mencapai sifat-sifat yang diinginkan.

Kekuatan dari suatu logam dapat ditentukan oleh unsur paduan dalam logam tersebut terutama unsur paduan yang paling dominan. Unsur-unsur paduan yang dominan dalam baja antara lain : C, Mn, P, S dan Si.

Karbon (C)

Karbon merupakan paduan utama dan pengaruhnya sangat besar pada baja dengan membentuk karbida Fe3C / sementit yang keras.

Penambahan karbon akan meningkatkan kekerasan dam kekuatan baja. Tetapi sifat elastisitas, kemampuan untuk di tempa, di las dan di mesin akan menurun.

Biasa berdampingan dengan Si, Mn, S dan P sebagai akibat dari bijih dan proses pembuatannya.

Kadar karbon tidak mempengaruhi kepada daya tahap korosi terhadap air, asam maupun gas.

Mangan (Mn)


Berperan meningkatkan kekuatan dan kekerasan Menurunkan laju pendinginan kritik Meningkatkan ketahanan abrasi Memperbaiki kualitas permukaan Mengikat Sulfur (S) sehingga memperkecil terbentuknya sulfide besi (FeS) yang

dapat menimbulkan rapuh panas (hot shortness).

Posfor (P)

Pada baja sangat merugikan, oleh karena itu pada baja kualitas tinggi selalu diusahakan maksimum :0,03-0,05%.

Sulfur (S)

Unsur belerang dapat menyebabkan baja menjadi getas, oleh karena itu hanya diperkenankan kadarnya antara 0,025-0,030%.

Silikon (Si)

Seperti halnya Mn, Si ini selalu akan terdapat dalam baja, karena bijih besi selalu mengandung Mn dan Si

Pada baja maksimum 0,35% Menaikkan sifat mekanik Menaikkan ketahanan terhadap larutan kimia (14% S) tetapi sifatnya menjadi

kaku.

Krom (Cr)

Membentuk karbida (tergantung jenis perlakuan dan kadarnyai) Meningkatkan temperatur austenisasi Meningkatkan ketahann korosi Meningkatkan mampu keras Meningkatkan kekuaatna dan kekerasan Meningkatkan ketahanan aus

Molibden (Mo)

Sangat besar pengaruhnya terhadap sifat mampu keras dibanding unsur lain Menaikkan kekuatan, kekerasan Dikombinasikan dengan krom dan nikel akan menghasilkan titik luluh dan

kekuatan tarik yang tinggi Mempunyai kecenderungan yang tinggi untuk membentuk karbida Menurunkan kepekaaan terhadap temper embrittlement.

Vanadium (V)

Menaikkan titik luluh dan kekuatan Pembentuk karbida yang kuat dan stabil


Penambahan sedikit Vanadium menaikkan kekerasan pada tempertaur tinggi dan mengurangi pertumbuhann butir.

Nikel (Ni)

Menaikkan kekuatan Menaikkan ketangguhan Meningkatkan ketahanan korosi

C, Mn dan Ni merupakan unsur-unsur penyetabil austenite, Si, Cr, Mo,W dan Al merupakan unsur-unsur penyetabil ferit, Ti, Nb, Cr, W, Mo, V, Ta, Zr merupakan unsur-unsur pembentuk karbida

Proses perlakuan panas yang berbeda akan menghasilkan struktur mikro yang berbeda pula. Struktur mikro yang akan ada pada baja akibat proses perlakuan panas adalah ferit, sementit, pearlit, bainit, martensit dan karbida.

Ferit

Terbentuk dari proses pendinginan yang lambat dari austenit (baja hypoeutectoid)

Bersifat lunak dan ulet Mempunyai konduktivitas panas yang tinggi.

Sementit

Senyawa besi dan karbon (Fe3C) Bersifat keras Pada pendinginan lambat bentuknya lamellar.

Pearlit

Campuran antara ferit dan sementit Pada 0,8% karbon perlit yang tebentuk berupa campuran ferit dan sementit yang

tampak seperti pelat-pelat yang tersusun secara bergantian.

Bainit

Merupakan fasa yang kurang stabil (metastabil) Diperolah dari austenit pada temperatur yang lebih dari temperatur transformasi

ke perlit dan lebih tinggi dari temperatur transformasi ke martensit Hasil transformasi berupa struktur yang terdiri dari ferit dan sementit (tetapi

bukan perlit). Kekerasan bervariasi tergantung pada temperatur transformasinya Jika terbentuk pada temperatur yang relatif tinggi disebut upper bainit

(strukturnya seperti perlit yang sangat halus). Jika terbentuk pada temperatur yang relatif rendah disebut lower bainit

(strukturnya menyerupai martensit temper).


Martensit Merupakan fasa yang terbentuk akibat karbon larut lewat jenuh pada besi alfa Terjadi dengan pendinginan yang cepat Sel satuannya Body Center Tetragonal (BCT) Atom karbon dianggap menggeser latis kubus menjadi tetragonal Makin tinggi konsentrasi karbon, makin banyak posisi interstisi yang terisi

sehingga efek tetragonalitasnya makin besar.

Karbida

Unsur-unsur paduan banyak digunakan untuk baja-baja perkakas (misalnya hot work tool steel, cold work tool steel, HSS)

Meningkatkan ketahanan aus dan memelihara kestabilan pada temperatur tinggi Keberadaan unsur paduan pada baja akan menimbulkan terbentuknya karbida

seperti M3C, M23C6, M6C, M7C3

Karbida mempunyai kekerasan yang tinggi Banyaknya karbida yang terbentuk sangat dipengaruhi oleh persentase karbon

dan unsur paduan serta tergantung jenis karbida yang akan terbentuk.

Adanya perbedaan kecepatan pendinginan pada proses perlakuan panas menyebabkan perbedaan struktur mikro yang terjadi.

4.4 Baja Paduan dengan Sifat Khusus

1. Baja Tahan Karat (Stainless Steel)

Sifatnya antara lain : Memiliki daya tahan yang baik terhadap panas, karat dan goresan/gesekan Tahan temperature rendah maupun tinggi Memiliki kekuatan besar dengan massa yang kecil Keras, liat, densitasnya besar dan permukaannya tahan aus Tahan terhadap oksidasi Kuat dan dapat ditempa Mudah dibersihkan Mengkilat dan tampak menarik

2. High Strength Low Alloy Steel (HSLS)

Sifat dari HSLA adalah memiliki tensile strength yang tinggi, anti bocor, tahan terhadap abrasi, mudah dibentuk, tahan terhadap korosi, ulet, sifat mampu mesin yang baik dan sifat mampu las yang tinggi (weldability). Untuk mendapatkan sifat-sifat di atas maka baja ini diproses secara khusus dengan menambahkan unsur-unsur seperti: tembaga (Cu), nikel (Ni), Chromium (Cr), Molybdenum (Mo), Vanadium (Va) dan Columbium.

3. Baja Perkakas (Tool Steel)

Sifat-sifat yang harus dimiliki oleh baja perkakas adalah tahan pakai, tajam atau mudah diasah, tahan panas, kuat dan ulet.


Kelompok dari tool steel berdasarkan unsur paduan dan proses pengerjaan panas yang diberikan antara lain:

a. Later hardening atau carbon tool steel (ditandai dengan tipe W oleh AISI), Shock resisting (Tipe S), memiliki sifat kuat dan ulet dan tahan terhadap beban kejut dan repeat loading. Banyak dipakai untuk pahat, palu dan pisau.

b. Cool work tool steel, diperoleh dengan proses hardening dengan pendinginan yang berbeda-beda. Tipe O dijelaskan dengan mendinginkan pada minyak sedangkan tipe A dan D didinginkan di udara.

c. Hot Work Steel (tipe H), mula-mula dipanaskan hingga (300 – 500) ºC dan didinginkan perlahan-lahan, karena baja ini banyak mengandung tungsten dan molybdenum sehingga sifatnya keras.

d. High speed steel (tipe T dan M), merupakan hasil paduan baja dengan tungsten dan molybdenum tanpa dilunakkan. Dengan sifatnya yang tidak mudah tumpul dan tahan panas tetapi tidak tahan kejut.

e. Campuran carbon-tungsten (tipe F), sifatnya adalah keras tapi tidak tahan aus dan tidak cocok untuk beban dinamis serta untuk pemakaian pada temperatur tinggi.

Klasifikasi lain antara lain :

a. Menurut penggunaannya:

Baja konstruksi (structural steel), mengandung karbon kurang dari 0,7 % C. Baja perkakas (tool steel), mengandung karbon lebih dari 0,7 % C.

b. Baja dengan sifat fisik dan kimia khusus :

Baja tahan garam (acid-resisting steel) Baja tahan panas (heat resistant steel) Baja tanpa sisik (non scaling steel) Electric steel Magnetic steel Non magnetic steel Baja tahan pakai (wear resisting steel) Baja tahan karat/korosi

Dengan mengkombinasikan dua klasifikasi baja menurut kegunaan dan komposisi kimia maka diperoleh lima kelompok baja yaitu :

1. Baja karbon konstruksi (carbon structural steel)2. Baja karbon perkakas (carbon tool steel)3. Baja paduan konstruksi (Alloyed structural steel)4. Baja paduan perkakas (Alloyed tool steel)5. Baja konstruksi paduan tinggi (Highly alloy structural steel)

Selain itu baja juga diklasifisikan menurut kualitas :

1. Baja kualitas biasa


BAB VLOGAM ALUMINIUM ( Al ) DAN PADUANNYA

2. Baja kualitas baik3. Baja kualitas tinggi


1. Mahasiswa mampu memahami sifat-sifat fisik, kimia dan mekanik logam aluminium

2. Mahasiswa mampu memahami jenis-jenis paduan logam aluminium dan penggunaannya


1. Mahasiswa dapat memahami sifat-sifat fisik, kimia dan mekanik logam aluminium2. Mahasiswa dapat memahami jenis-jenis paduan logam aluminium dan

penggunaannya

5.1 Pendahuluan

Aluminium ditemukan oleh Sir Humphrey Davy pada tahun 1809 sebagai suatu unsur dan pertama kali direduksi sebagai logam oleh Oersted pada tahun 1825. Secara industri tahun 1886, Paul Heroult di Perancis dan C.M Hall di Amerika Serikat masing-masing secara terpisah telah memperoleh logam alumunium dari alumina dengan cara elektrolisa dari garamnya yang terfusi. Sampai sekarang proses Heroult Hall masih dipakai untuk memproduksi aluminium. Penggunaan aluminium sebagai logam setiap tahunnya adalah pada urutan yang kedua setelah besi dan baja, yang tertinggi diantara logam non ferous. Produksi aluminium tahunan di dunia mencapai 15 juta ton per tahun pada tahun 1981.

Logam-logam non ferrous dan paduannya tidak diproduksi secara besar-besaran seperti logam besi, tetapi cukup vital untuk kebutuhan industri karena memiliki sifat sifat yang tidak ditemukan pada logam besi dan baja. Sifat-sifat paduan logam nonferro adalah mampu dibentuk dengan baik, massa jenisnya rendah, penghantar panas dan listrik yang baik, tahan karat, kekuatan dan kekakuannya umumnya lebih rendah dari pada logam ferro, sukar dilas, dan mempunyai warna yang menarik. Aluminium merupakan logam ringan mempunyai ketahanan korosi yang baik dan hantaran listrik yang baik dan sifat-sifat yang baik lainnya sebagai sifat logam. Sebagai tambahan kekuatan mekaniknya sangat meningkat dengan penambahan Cu, Mg, Si, Mn, Zn, Ni, dsb, baik secara satu-persatu atau bersama-sama, memberikan juga sifat-sifat baik lainnya seperti ketahanan korosi, ketahanan aus, koefisien pemuaian rendah dsb. Material ini dipergunakan di dalam bidang yang luas bukan saja untuk peralanan rumah tangga tapi juga dipakai untuk keperluan material pesawat terbang, mobil, kapal laut, konstruksi dsb.


Metoda untuk mengambil logam aluminium adalah dengan cara mengelektrolisis alumina yang terlarut dalam cryolite. Metoda ini ditemukan oleh Hall di AS pada tahun 1886 dan pada saat yang bersamaan oleh Heroult di Perancis. Cryolite, bijih alami yang ditemukan di Greenland, dan sekarang ini tidak lagi digunakan untuk memproduksi aluminium secara komersil. Penggantinya adalah cariran buatan yang merupakan campuran aluminium dan kalsium fluorida.

Aluminium merupakan logam yang paling banyak ditemukan di kerak bumi (8.1%), tetapi tidak pernah ditemukan secara bebas di alam. Selain pada mineral yang telah disebut di atas, ia juga ditemukan di granit dan mineral-mineral lainnya.

Bijih bauksit mula-mula dimurnikan dengan proses kimia dan alumunium oksida murni diuraikan dengan elektrolisis. Proses berikut ini adalah yang sering dilakukan dalam pengolahan aluminium secara modern. Bauksit dimasukan ke dalam kaustik soda, alumina di dalamnya membentuk sodium aluminate.

Al2O3 + (2 NaOH + 3H2O) 2 NaAl(OH)4

Suatu penambahan alumina , memisahkan sodium aluminat.

NaAl(OH)4 Al(OH)3 + NaOH

Dengan memanaskan aluminium hidroksida hingga kira-kira 1.3000C (diendapkan) akan didapat alumina,

Al(OH)3 1.3000C Al2O3 + 3H2O

Karena alumina mempunyai titik leleh yang tinggi (20000C) maka dilarutkan ke dalam cairan cryolite (bijih alami yang ditemukan di Greenland sekarang ini tidak lagi digunakan untuk memproduksi aluminium secara komersil. Penggantinya adalah cairan buatan yang merupakan campuran, aluminium dan kalsium fluoride, garam Na3AlF6) yang bertindak sebagai elektrolit. Dengan demikian titik lelehnya menjadi lebih rendah yaitu 10000C. sebanyak 15% Al2O3 dapat diuraikan ke dalam cryolite dan elektroda ini akan mengalami reduksi menurut reaksi berikut:

Al2O3 + 3 C 2 Al + 3 CO 2 Al2O3 + 3 C 4 Al + 3 CO2

5.2. Sifat-Sifat Aluminium Aluminium mempunyai daya mudah bereaksi dengan oksigen dan karena itu dikatakan bahwa mudah sekali berkarat, dalam kenyataanya mempunyai daya tahan karat yang sangat baik. Hal itu disebabkan oleh lapisan tipis yang terbentuk pada permukaan dan akan melindunginya dari serangan atmosfir berikutnya. Disamping sifat tahan karat yang baik, aluminium mempunyai sifat penghantar panas yang tinggi. Selain itu sifat aluminium mempunyai penghantar listrik yang baik dan mudah ditempa (malleability) sehingga dapat berbentuk lembaran yang tipis. Berat jenis aluminium sangat rendah, sekitar 1/3 dari berat besi/baja.


Aluminium paduan mempunyai tegangan tarik yang tinggi sebanding dengan paduan bukan besi lainnya dan juga sebanding dengan beberapa baja.Aluminium murni, logam putih keperak-perakan memiliki karakteristik yang ringan, tidak magnetik dan tidak mudah terpercik, merupakan logam kedua termudah dalam soal pembentukan, dan keenam dalam soal ductility.Aluminium didapat dalam keadaan cair dengan elektrolisa, umumnya mencapai kemurnian 9.85% berat. Dengan mengelektrolisa kembali dapat dicapai kemurniaan 99.99%.

Tabel 5.1 Sifat-sifat fisik aluminium

Sifat-sifat Kemurnian Al (%)

99,996 99,0Massa jenis (200) 2,6989 2,71Titik cair 660,2 653-657Panas jenis (cal/g0C) (1000) 0,2226 0,2297Hantaran listrik (%) 64,94 59 (dianil)Tahanan listrik koefisien suhu (/0C)

0,00429 0,0115

Koefisien pemuaian (20-1000C)

23,86 x 10-6 23,5 x 10-6

Jenis Kristal, konstanta kisi fcc, a=4,013 kX fcc, a= 4,04 kX

Tabel 5.2 Sifat-sifat mekanik aluminium

Sifat-sifatKemurnian Al (%)

99,996 >99,0Dianil 75% dirol dingin Dianil H18

Kekuatan tarik (kg/mm2)

4,9 11,6 9,3 16,9

Kekuatan mulur (0,2%) (kg/mm2)

1,3 11,0 3,5 14,8

Perpanjangan (%) 48,8 5,5 35 5Kekerasan Brinell 17 27 23 44

Tabel 5.2 menunjukan sifat-sifat mekanik aluminium. Ketahan korosi berubah menurut kemurnianAl.Pada umumnya untuk kemurnian 99% atau di atasnya dapat dipergunakan di udara dan tahan dalam bertahun-tahun. Hantaran listrik Al, kira-kira 65% dari hantaran listrik tembaga, tetapi massa jenisnya kira-kira sepertiga dari logam ferrous sehingga memungkinkan untuk memperluas penampangnya. Oleh karena itu dapat dipergunakan untuk kabel tenaga dan dalam berbagai bentuk misalnya sebagai lembaran tipis (foil). Dalam hal ini dapat dipergunakan Al dengan kemurnian 99,0%. Untuk reflektor yang memerlukan reflektifitas yang tinggi juga untuk kondensor elektrolitik dipergunakan Al dengan kemurnian tinggi.


5.3. Paduan Aluminium

Pada umumnya aluminium paduan digunakan dalam bentuk material, yaitu dirol menjadi lembaran, strip atau pelat, ditarik menjadi kawat, atau ditekan sebagai batangan atau pipa. Paduan aluminium diklasifikasikan dalam berbagai standar oleh berbagai negara didunia. Saat ini klasifikasi yang sangat terkenal dan sempurna adalah standar aluminium Association di Amerika (AA). Standar AA menggunakan penandaan dengan 4 angka sbb : Angka pertama menyatakan sistem paduan dengan unsur-unsur yang ditambahkan, yaitu:

1 Al murni2 Al-Cu3 Al-Mn4 Al-Si5 Al-Mg6 Al-Mg-Si7 Al-Zn

Tabel 5.3 Klasifikasi paduan aluminium tempaan

Standar AA Standar Alcoa terdahulu

Keterangan

1001 1S Al murni 99,5% atau diatasnya1100 2S Al murni 99,0% atau diatasnya2010-2029 10S – 2029 Cu merupakan unsur paduan utama3003-3009 3S- 9S Mn merupakan unsur paduan utama4030-4039 30S-39S Si merupakan unsur paduan utama5050-5086 50S-69S Mg merupakan unsur paduan utama6061-6069 50S-69S Mg2Si merupakan unsur paduan utama7070-7079 70S-79S Zn merupakan unsur paduan utama

Paduan aluminium banyak dipakai dalam industri yang dapat dibagi dalam dua golonganutama :

a) Wrought alloy: dibuat dengan jalan rooling, (paduan tempa),forming, drawing, forging dan press working.

b) Casting alloy: dibuat berdasarkan pengecoran (paduan tuang) Paduan aluminium tempa mempunyai kekuatan mekanik yang tinggi mendekati baja.

Paduan ini dibedakan lagi berdasarkan proses perlakuan panas sebagai berikut:a. Dapat di heat treatmentb. Tidak dapat di heat treatment


Paduan aluminum yang tak dapat di heat treatment yaitu Al – Mn (1,3% Mn) dan Al – Mg- Mn (2,5% Mg dan 0,3% Mn), memiliki kekuatan mekanik yang tinggi, ductil, tahan korosi dan dapat dilas.Paduan aluminium tuang merupakan paduan yang komplek yang merupakan paduan aluminium dengan tembaga, nikel, besi, silikon dan unsur lain.

Duraluminium (dural) adalah paduan Al – Cu – Mg, dimana Mg dapat ditambahkan (meningkatkan kekuatan, dan ketahanan korosi) dan begitu juga dengan penambahan Si & Fe. Komposisi dural : 2,2-5,2% Cu, diatas 1,75 % Mg, di atas 1% Si,diatas 1% Fe, dan diatas 1% Mn. Paduan aluminium yang terdiri dari 8-14% Si disebut silumin. Paduan aluminium dengan (10 – 13% Si & 0,8% Cu) dan (8 -10% Si, 0,3% Mg & 0,5% Mn) mempunyai sifat-sifat dapat dituang dengan baik dan tahan korosi serta ductile.

Aluminium merupakan logam ringan mempunyai sifat tahan korosi, berat jenisnya yang ringan,mempunyai daya hantar panas dan daya hantar listrik yang baik, mudah dibentuk dan mempunyai titik cair yang rendah.Tembaga merupakan salah satu unsur logam yang mempunyai kekuatan dan kekerasan yang baik. Bijih aluminium dapat digolongkan menjadi beberapa golongan, yaitu: Bauksit, bijih ini terdapat dalam bentuk batu-batuan yang berwarna merah atau coklat, Nepheline(NaK2) (Al2.O3.SO2), Aluntite K2.SO4.Al2. (SO4)4.Al(OH)3 ), Cyntite (Al2.O3.SO2) .Jenis- jenis Paduan Aluminium adalah Jenis paduan Al- Mn, Jenis paduan Al- Mg, Jenis paduan Al- Mg- Mn, Jenis paduan Al- Si, Jenis paduan Al- Cu- Mg, Jenis paduan Al –Zn- Mg. Paduan Aluminium Tembaga akan meningkat sesuai dengan jumlah kandungan tembaga,Kekuatan tarik akan meningkat, kekerasannya meningkat, daya tahan korosi akan turun

5.4 Paduan Aluminium Utama

Al-Cu dan Al-Cu-Mg

Sebagai paduan coran dipergunakan paduan yang mengandung 4-5% Cu. Dari diagram fasanya paduan ini mempunyai daerah luas pembekuannya, penysutan yang besar, Sebagai paduan Al-Cu-Mg paduan yang mengandung 4% Cu dan 0,5% Mg dapat mengeras dalam beberapa hari oleh penuaan pada temperature kamar ,setelah pelarutan, paduan ini ditemukan oleh A.Wilm dalam usaha mengembangkan paduan AL yang kuat yang dinakan duralumin. Selanjutnya sangat banyak studi yang dilakukan mengenai paduan ini. khususnya nishimura menemukan dua senyawa terner berada dalam kesetimbangan dengan Al, yang dinamakan senyawa S dan T, dan ternyata senyawa S (Al2CuMg) mempunyai kemampuan penuaan pada temperature biasa. Duralumin adalah paduan praktis yang sangat terkenal disebut paduan 2017, komposisi standarnya adalah Al 4% Cu ; 0,5%Mg ; 0,5%Mn. Paduan dengan kandungan Mg ditingkatkan pada komposisi standar dari Al 4,5% Cu ; 1,5%Mg ; 0,5%Mn dinamakan paduan 2024, nama lainya disebut duralumin super. Paduan yang mengandung Cu mempunyai ketahanan korosi yang jelek, untuk meningkatkan ketahanan korosinya, khusus permukaannya dilapisi Al murni atau paduan Al yang tahan korosi yang disebut alklad. Paduan ini terutama digunakan sebagai bahan pesawat terbang.

Paduan Al-Mn


Mn adalah unsur yang memperkuat Al tanpa mengurangi ketahanan korosi dan dipakai untuk membuat paduan yang tahan korosi. Dalam diagram fasa Al-Mn ber kesetimbangan dengan larutan padat Al adalah Al6Mn (25,3% Mn), sistim ortotombik a=6,498A, b=7,552A, c=8,870A), dan kedua fasa mempunyai titik eutektik pada 658,50C,. Kelarutan padat maksimum pada temperature eutektik adalah 1,82% dan pada 5000C 0,36%, sedangkan pada temperatur biasa kelarutannya hampir 0. Sebenarnya paduan Al-1,2%Mn-1%Mg dinamakan paduan 3003 dan 3004 yang dipergunakan sebagai paduan tahan korosi tanpa perlakuan panas.

Paduan Al-Si

Diagram fasa dari sistem campuran Al dan Si. mempunyai titik eutektik pada 5770C,dengan kandungan 11,7%Si, larutan padat terjadi pada sisi Al. karena batas kelarutan padat sangat kecil maka pengerasan penuaan sukar terjadi.Si mengristal sebagai Kristal primer, tetapi karena perlakuan yang disebut di atas Al mengristal sebagai Kristal primer dan struktur eutektiknya menjadi sangat halus. Ini dinamakan struktur yang di modifikasi,dan memperbaiki Sifat-sifat mekaniknya . Fenomena ini ditemukan oleh A. Pacz tahun 1921 dan paduan yang telah dilakukan perlakuan tersebut dinamakan silumin.Paduan Al-12%Si sangat banyak dipakai untuk paduan cor cetak.. Sifat-sifat silumin dapat diperbaiki dengan perlakuan panas dan sedikit diperbaiki dengan unsur paduan. Umumnya dipakai paduan dengan 0,15%-0,4%Mn dan 0,5%Mg. paduan yang diberi perlakuan pelarutan dan dituangkan dinamakan silumin γ, dan yang hanya distemper saja dinamakan silumin β. Paduan yang memerlukan perlakuan panas ditambah Mg, Cu, dan Ni untuk memberikan kekerasan pada saat panas, bahan ini bisa dipakai untuk torak motor.Koefisien pemuaian termal dari Si sangat rendah, oleh karena itu paduannya pun mempunyai koefisien yang rendah apabila ditambah Si lebih banyak. Paduan Al-Si banyak dipakai sebagai elektroda pengelas yaitu terutama yang mengandung 5%Si.

Paduan Al-Mg

Dalam paduan biner Al-Mg fasa yang ada dalam keseimbangan dengan larutan padat Al adalah larutan padat yang merupakan senyawa antar logam yaitu Al3Mg2. Sel satuannya merupakan hexagonal susunan rapat (cph) tetapi juga ada yang mempunyai sel satuannya merupakan kubus berpusat muka (fcc) . Titik eutetiknya adalah 450°C, dan batas kelarutan padatnya pada temperature eutetik adalah 17,4%, dan kandungannya menurun pada suhu biasa sampai kira-kira 1,9%Mg, jadi kemampuan penuaan dapat diharapkan. Paduan Al-Mg mempunyai ketahanan korosi yang sangat baik, sejak lama disebut hidronalium dan dikenal sebagai paduan tahan korosi. Paduan dengan 2-3%Mg dapat mudah ditempa, dirol dan diektruksi, dan paduan 5052 adalah paduan yang biasa dipakai sebagai bahan tempaan. Paduan 5056, adalah paduan yang paling kuat dalam sistem ini dipakai setelah dikeraskan oleh pengerasan regangan apabila diperlukan kekerasan tinggi. Paduan 5083 yang dianil adalah paduan Al- (4,5%Mg) yang kuat dan mudah dilas, oleh karena itu sekarang dipakai sebagai bahan untuk tangki LNG.


Paduan Al-Mg-Si

Apabila sedikit Mg ditambahkan kepada Al, pengerasan penuaan sangat jarang terjadi, tetapi apabila secara simultan mengandung Si, maka dapat dikeraskan dengan penuaan panas setelah perlakuan pelarutan. Hal ini disebabkan karena senyawa Mg2Si dalam keseimbangan dari sistim biner semu dengan Al. yang berasal dari kelarutan Mg2Si terhadap larutan padat Al dari temperature tinggi ke temperature yang lebih rendah. Paduan dalam sistem ini mempunyai kekuatan yang kurang sebagai bahan tempaan dibandingkan dengan paduan-paduan lainnya, tetapi sangat liat, sangat baik mampu bentuknya untuk penempaan, ektruksi dsb, dan sangat baik untuk mampu bentuk yang tinggi pada temperature biasa. Mempunyai mampu bentuk yang baik pada ektruksi dan tahan korosi, dan sebagai tambahan dapat diperkuat dengan perlakuan panas setelah pengerjaan. Paduan 6063 dipergunakan banyak untuk ragka-rangka konstruksi.

Paduan Al-Mg-Zn

Aluminium menyebabkan keseimbangan biner semu dengan senyawa antar logam MgZn2, dan kelarutannya menurun apabila temperaturnya menurun . . Di jepang pada permulaan tahun 1940 igarashi dkk mengadakan studi dan berhasil mengembangankan suatu paduan dengan penambahan kira-kira 0,3%Mn atau Cr, dimana butir Kristal padat diperhalus dan mengubah bentuk presipitasi serta retakan korosi tegangan tidak terjadi. Pada saat itu paduan tersebut dinamakan ESD, duralumin super ekstra. Selama perang dunia ke II di Amerika Serikat dengan maksud yang hampir sama telah dikembangkan pula satu paduan. Yaitu suatu paduan yang terdiri dari Al-5,5%Zn-2,5%Mn-1,5%Cu-0,3%Cr-0,2%Mn, sekarang dinamakan paduan 7075.. Penggunaan paduan ini yang paling besar adalah untuk konstruksi pesawat udara dan bahan konstruksi.


BAB VILOGAM TEMBAGA ( Cu ) DAN PADUANNYA


1. Mahasiswa mampu memahami sifat-sifat fisik, kimia dan mekanik logam tembaga2. Mahasiswa mampu memahami jenis-jenis paduan logam tembaga dan

penggunaannya


1. Mahasiswa dapat memahami sifat-sifat fisik, kimia dan mekanik logam tembaga2. Mahasiswa dapat memahami jenis-jenis paduan logam tembaga dan

penggunaannya

6.1. Pendahuluan

Tembaga adalah bahan tambang yang ditemukan sebagai bijih tembaga yang masih bersenyawa dengan zat asam, asam belerang atau bersenyawa dengan kedua zat tadi. Dalam bijih tembaga juga terkandung batu-batu. Tembaga terdapat di Amerika Utara, Chili, Siberia, Pegunungan Ural, Irian Jaya dan sebagainya. Tembaga dipercayai telah ditambang selama 5000 tahun. Tembaga adalah suatu komponen dari berbagai enzim yang diperlukan untuk menghasilkan energi, anti oksidasi dan sintesa hormon adrenalin serta untuk pembentukan jaringan ikat.

Wujud tembaga kawat tembaga Tembaga pada titik lebur

Gambar 6.1. Wujud logam tembaga


http://ms.wikipedia.org/wiki/Fail:Cu,29.jp

http://ms.wikipedia.org/wiki/Fail:029-Cu.jp

6.2 Sifat-Sifat Tembaga

Sifat-Sifat Fisik Tembaga

Logam berwarna kemerah-merahan dan berkilauan Kuat, lunak, dan ulet Dapat dirol, ditarik, ditekan, ditekan tarik, ditempa (meleable), dan dapat

dibengkokan Konduktivitas panas dan listriknya sangat tinggi. Kotoran yang terdapat

dalam tembaga akan memperkecil/mengurangi daya hantar listriknya. Titik leleh : 1.083℃ Titik didih : 2.567°C pada tekanan normal Berat jenis tembaga sekitar 8,92 gr/cm3 Radius Atom: 1.28 Å Volume Atom: 7.1 cm3/mol Massa Atom: 63.546 Titik Didih: 2840 K Radius Kovalensi: 1.17 Å Struktur Kristal: fcc Konduktivitas Listrik: 60.7 x 106 ohm-1cm-1 Elektronegativitas: 1.9 Konfigurasi Elektron: [Ar]3d10 4s1 Formasi Entalpi: 13.14 kJ/mol Konduktivitas Panas: 401 Wm-1K-1 Potensial Ionisasi: 7.726 V Titik lebur : 1070-1093°C (tergantung kadar kemurniannya) Bilangan Oksidasi: 2,1 Kapasitas Panas: 0.385 Jg-1K-1 Entalpi Penguapan: 300.5 kJ/mol

Sifat Kimia Tembaga

Tembaga tidak larut dalam air (H2O) dan isopropanol, atau isopropil alkohol

Dalam udara kering sukar teroksidasi, akan tetapi jika dipanaskan akan membentuk oksida tembaga (CuO)

Dalam udara lembab akan diubah menjadi senyawa karbonat atau karat basa, menurut reaksi : 2Cu + O2 + CO2 + H2O → (CuOH)2 CO3

Tidak dapat bereaksi dengan larutan HCl encer maupun H2SO4 encer Dapat bereaksi dengan H2SO4 pekat maupun HNO3 encer dan pekat

Cu + H2SO4 → CuSO4 +2 H2O + SO2 Cu + 4HNO3 pekat → Cu(NO3)2 + 2 H2O + 2NO2 3Cu + 8HNO3 encer → 3Cu(NO3)2 + 4 H2O + 2NO

Pada umumnya lapisan Tembaga adalah lapisan dasar yang harus dilapisi lagi dengan Nikel atau Khrom. Pada prinsipnya ini merupakan proses pengendapan logam secara elektrokimia,digunakan listrik arus searah (DC). Jenis elektrolit yang digunakan adalah tipe alkali dan tipe asam.


Dalam Sistim Periodik Unsur masuk di golongan IB, satu golongan dengan perak dan emas yang berarti bahwa tembaga adalah salah satu dari logam mulia, itu karena tingkat kereaktifannya yang rendah.

Tahan korosi (karat). Oleh karena itu tembaga juga dipakai untuk kelengkapan bahan radiator, ketel, dan alat kelengkapan pemanasan.

Sifat-Sifat Mekanik Tembaga

Skala kekerasan Mohs : 3,0 Kekerasan Vickers : 369 MPa Kekerasan Brinell : 874 MPa Kekuatan tarik : 200 – 300 N/mm2

Bijih tembaga yang terpenting adalah berupa sulfida seperti kalkosit dan kalkopirit. Penambangan tembaga di Indonesia terdapat di Papua ( irja) , Sulut, Jabar dan beberapa daerah lain di Indonesia.

6.3 Sumber dan Proses Pembuatan Tembaga

Tembaga yang ditemukan sebagai bijih tembaga yang masih bersenyawa dengan zat asam, asam belerang atau bersenyawa dengan kedua zat tadi. Tembaga kadang-kadang ditemukan secara alami, seperti yang ditemukan dalam mineral-mineral seperti cuprite, malachite, azurite, chalcopyrite, dan bornite. Deposit bijih tembaga yang banyak ditemukan di AS, Chile, Zambia, Zaire, Peru, dan Kanada.

Bijih-bijih tembaga yang penting adalah sulfide (chalcopite, bronit, chalcocite, covelite), oxida-oxidanya (cuprite, ferronite), dan karbonat. Dari mereka, tembaga diambil dengan cara smelting, leaching, dan elektrolisis.

Bijih-bijih tembaga dapat diklasifikasikan atas tiga golongan;* Bijih Sulfida* Bijih Oksida* Bijih murni (native)

Proses pemurnian bijih tembaga dapat dilakukan dengan dua cara;

1. Proses Pyrometallurgy


Proses ini menggunakan temperatur tinggi yang diperoleh dari pembakaran bahan bakar. Bijih tembaga yang telah dipisahkan dari kotoran-kotoran (tailing) dipanggang untuk menghilangkan asam belerang dan selanjutnya bijih ini dilebur. Berikut ini diberikan gambar dapur peleburan tembaga tersebut.

Gambar 6.2 Konverter Peleburan Tembaga

Pada peleburan tersebut bijih-bijih dipisahkan dari terak dan akan dihasilkan matte, selanjutnya matte ini diproses pada converter sehingga unsur-unsur besi dan belerang dapat dipisahkan dan akan menghasilkan tembaga blister.

Tembaga blister masih mengandung sejumlah unsur-unsur besi, belerang, seng, nikel, arsen dsb. sehingga blister ini harusdiproses ulang (refining) yang pelaksanaannya dapat dilakukan pada Reverberatory.

Namun seiring dengan kemajuan teknologi, proses Phyrometalurgi sudah tidak diterapkan untuk pengolahan tembaga, karena kemudian diketahui ada suatu proses yang lebih ekonomis untuk pengolahan tembaga yaitu hidrometalurgi. Phyrometalurgi tetap digunakan tetapi dipakai pada pengolahan-pengolahan mineral lain seperti nikel, manganese, chrom dan lain-lasn.


Gambar 6.3 Diagram Alir Proses Pembuatan Tembaga

2. Proses Hydrometallurgy

Metoda ini ini dilakukan dengan cara melarutkan bijih-bijih tembaga (leaching) ke dalam suatu larutan tertentu, kemudian tembaga dipisahkan dari bahan ikutan lainnya (kotoran).

a. Untuk meleaching bijih tembaga yang bersifat oksida, digunakan asam sulfat (H2SO4), seperti ditunjukkan pada reaksi di bawah ini;

CuCO3 . Cu (OH)2 + 2 H2SO4 -> 2 CuSO4 + CO2 + 3 H2O

b. Untuk meleaching bijih yang bersifat sulfida atau native digunakan ferri sulfat (Fe2(SO4)3), seperti bijih cholcocite di bawah ini ;


Cu2S + 2 Fe2 (SO4)3 -> Cu SO4 + 4 FeSO4 + S

Untuk bijih chalcopyrite dan bornite, reaksinya berjalan lambat dan tidak dapat larut seluruhnya. Setelah hasil leaching dipisahkan dari bagian-bagian yang tidak dapat larut, kemudian larutan ini diproses secara elektrolisa, sehingga didapatkan tembaga murni.

Hidrometalurgi adalah suatu proses pengolahan tembaga dari batuan alam dengan berdasar pada air sebagai pengolahnya, namun maksud air adalah bukan air biasa melainkan air yang telah dicampur dengan suatu asam tertentu sebagai reduktor.

Hidrometalurgi dipakai karena keuntungan-keuntungannya antara lain :

Biaya pengolahan yang rendah Recovery yang tinggi Proses pengolahan relatif mudah Investasi alat yang rendah sehingga memungkinkan percepatan BEP Proses pengolahan yang relatif lebih singkat

Pada proses ini dipakai suatu asam sebagai reduktor yaitu asam sulfat ( H2SO4) yang mudah didapatkan dan rendah biaya pengolahan. Dipakainya asam sulfat sebagai pereduktor adalah bertujuan untuk membentuk tembaga sulfat ( CuSO4.5H2O).

Tembaga adalah suatu unsur yang sangat mudah membentuk sulfida. Maka dari itu asam sulfat dipakai sebagai pilihan.

Adapun prosesnya adalah sebagai berikut :

Mula-mula batuan tembaga dihancurkan hingga menjadi halus sampai mess tertentu.

Selanjutnya tempatkan pada suatu tabung yang terbuat dari bahan tahan asam (plastik, fiber, dll) lalu ditambah air dengan ukuran tertentu.

Kemudian tambahkan asam sulfat pekat sambil diaduk agar terbentuk larutan tembaga sulfat ( CuSO4.5H2O).

Setelah terbentuk larutan tembaga sulfat pindahkan pada suatu tabung elektrolisis yang bertujuan untuk mengambil ion tembaga dari larutan tembaga sulfat yang terbentuk pada proses pengasaman.

Secara bertahap ambil tembaga yang menempel pada katoda, dan tembaga hasil dari katoda adalah tembaga murni.

Selanjutnya tembaga hasil dari katoda siap untuk proses peleburan pada tungku peleburan tembaga yang mampu menghasilkan suhu 1300° C.

Dari uraian diatas dapat disimpulkan bahwa pengolahan mineral tembaga untuk saat ini yang terbaik dan termurah dari biaya produksi adalah proses hidrometalurgi yang dilanjutkan dengan proses elektrolisa kemudian dilanjutkan dengan proses peleburan.


Gambar 6.4 Layout Pengolahan Tembaga Secara Hydro

6.4 Manfaat Tembaga di Industri

Ditinjau dari sifat-sifat nya tembaga banyak dimanfaatkan dalam bidang industri diantaranya:

Produksi tembaga sebagian besar dipergunakan dalam industri kelistrikan (konduktor listrik, alat solder, pipa spiral pendingin), karena tembaga mempunyai daya hantar listrik yang tinggi. Kotoran yang terdapat dalam tembaga akan memperkecil/mengurangi daya hantar listriknya.

Selain mempunyai daya hantar listrik yang tinggi, daya hantar panasnya juga tinggi; dan tahan karat. Oleh karena itu tembaga juga dipakai untuk kelengkapan bahan radiator, ketel, dan alat kelengkapan pemanasan.

Kegunaan lain dari tembaga ialah untuk kawat-kawat jalan traksi listrik (kereta listrik, trem, dan sebagainya), unsur hantaran listrik di atas tanah, hantaran penangkal petir, untuk lapis tipis dari kolektor

Bahan dasar logam paduan, seperti: Kupronikel, terdiri dari 75% Cu dan Ni 25% , untuk membuat koin. Duralium, terdiri dari Al 96% dan Cu 4% , untuk komponen pesawat. Kuningan, terdiri dari Cu 70% dan Zn 30% , untuk alat musik dan berbagai

aksesoris. Perunggu, terdiri dari Cu 95% dan Sn 5% , untuk membuat patung dan

ornament Tembaga ( II) sulfat, CuSO4.5H2O yang dikenal dengan nama terusi atau blue

vitriol digunakan sebagai fungisida, misalnya pada kolam renang. Tembaga memiliki kegunaan yang luas sebagai racun pertanian dan sebagai algisida dalam pemurnian air.


Industri elektrik merupakan konsumen terbesar unsur ini. Campuran logam besi yang memakai tembaga seperti brass dan perunggu sangat penting. Semua koin-koin di Amerika dan logam-logam senjata mengandung tembaga.

Senyawa-senyawa tembaga seperti solusi Fehling banyak digunakan di bidang kimia analitik untuk tes gula.

Penggunaan dalam bidang bioperubatan:

Sebagai permukaan biostatik dalam hospital, dan untuk melapis bagian-bagian dalam kapal laut untuk melindunginya dari teritip dan kupang, pada asalnya digunakan dalam keadaan asli, tetapi telah digantikan dengan logam Muntz. Bakteria tidak dapat tumbuh pada permukaan tembaga kerana ia adalah biostatik. Tombol pintu tembaga digunakan oleh pihak hospital untuk mengurangkan penyebaran penyakit, dan penyebaran Penyakit Legion disekat dengan menggunakan tiub tembaga dalam sistem penghawa udara.

Penggunaan dalam bidang kimia: o larutan Fehling, mempunyai kegunaan dalam bidang kimia.o Sebagai bahan dalam sepuh seramik, dan untuk mewarnakan kaca

6.5 Tingkat Pencemaran atau Bahaya dari Tembaga

Tiga puluh gram kuprum sulfat dapat menyebabkan kematian terhadap manusia. Kadar tembaga yang tidak berbahaya dalam air minuman bagi manusia berbeda-beda mengikut sumber, tetapi biasanya dipatok pada 1.5 sampai 2 mg/L. Batas atas yang boleh diterima bagi orang dewasa dalam diet untuk diet tembaga adalah 10 mg/hari. Ketika keracunan, tembaga dapat merencat enzim dihidrofil hidratase, sejenis enzim yang terlibat dalam hemopoiesis, yaitu proses pembentukan sel-sel darah.

Sebagian besar ketoksikan tembaga dikarenakan kemampuannya untuk menerima dan mentransfer elektron tunggal apabila ia mengubah keadaan pengoksidaan. Ini memungkinkan penghasilan ion radikal yang sangat reaktif seperti radikal hidroksil dalam cara yang serupa seperti kimia Fenton. Aktivititas tembaga digunakan oleh enzim yang berkaitan dengannya, oleh itu adalah toksik hanya apabila tidak tersekuester dan tanpa perantaraan. Peningkatan dalam radikal reaktif tanpa perantaraan diberi istilah umum tegasan okisidaan dan merupakan bidang pengkajian yang aktif dalam bermacam jenis penyakit yang melibatkan tembaga sebagai penyebab utama dan lebih ketara daripada ketoksikan akut.

Penyakit disebabkan keturunan yaitu penyakit Wilson menyebabkan tubuh menyimpan tembaga, kerana ia tidak dikumuh oleh hati ke dalam empedu. Penyakit ini, jika tidak dirawat, dapat menjurus kepada kerusakan otak dan hati. Tambahan pula, kajian menunjukkan bahwa orang yang mengalami sakit jiwa seperti skizofrenia mempunyai tahap tembaga yang tinggi dalam sistem mereka. Akan tetapi pada masa ini, kita masih tidak mengetahui sama ada tembaga menyumbang kepada penyakit jiwa, atau tubuh mencoba untuk menyimpan lebih tembaga sebagai tindak balas kepada penyakit, atau tahap tinggi tembaga adalah akibat daripada penyakit jiwa itu.Kadar tembaga yang tinggi dalam air juga dapat merusakkan kehidupan laut. Kesan yang diperhatikan akibat kepekatan tinggi tembaga dalam ikan dan makhluk hidupan lain adalah kerusakan pada insang, hati, ginjal, dan sistem saraf. Logam ini, apabila


dalam keadaan serbuk, adalah bahaya api. Pada kepekatan lebih daripada 1 mg/L, tembaga dapat mengotori pakaian dan benda-benda yang dicuci dalam air.

a. Paduan Tembaga

Tembaga membentuk larutan padat dengan unsur-unsur logam lain dalam daerah yang luas, dan dipergunakan untuk berbagai keperluan. Tabel 1 menunjukkan contoh dari paduan tembaga utama untuk proses pembentukan.

Paduan untuk coran hampir mempunyai komposisi kimia yang sama tetapi untuk memperbaiki mampu cornya dan mampu mesinnya komposisi kimianya agak berbeda dalam beberapa komponen.

Tabel 6.2 Paduan Tembaga Tempaan

Logam panduan tembaga pertama adalah perunggu (Safr Isfidruf ). Perunggu merupakan panduan dari tembaga dan timah. Perunggu digunakan untuk peralatan dapur, alat-alat masak, dan barang-barang kerajinan.

Logam kedua, kuningan yakni paduan tembaga dan seng. Seng merupakan faktor tambahan untuk menghasilkan logam yang lebih kuat, lebih keras, dan lebih sukar ditempa ketimbang hanya tembaga murni. Al-Hassan dan Hill, mengatakan, berbagai jenis kuningan diperoleh dengan memvariasikan kandungan seng.

Paduan tembaga dan timah dengan penambahan sedikit aluminium, silikon, mangan, besi dan beryllium disebut bronze. Dalam prakteknya yang paling banyak digunakan adalah perunggu dengan 25 – 30% Sn.

Wrought bronze, terdiri dari paling tinggi 6% Sn dan casting bronze lebih dari 6% Sn. Special bronze, yaitu paduan dengan dasar tembaga dicampur Ni, Al, Mn, Si, Fe, Be dll.


Aluminium bronze, terdiri dari 4 – 11% Al, mempunyai sifat-sifat mekanik yang tinggi dan tahan korosi serta mudah dituang.

Bronze dengan penambahan besi dan nikel memiliki kekuatan mekanik yang tinggi, tahan panas, digunakan untuk fitting dapur dan bagian-bagian mesin yang permukaannya bersinggungan dengan metal, yaitu perunggu dengan penambahan seng. Phosphor bronze terdiri dari – 95% Cu, 5% Sn dan 0,2% P, di gunakan untuk saringan kawat, koil dan pegas pelat. Silikon bronze, memiliki sifat-sifat mekanik yang tinggi, tahan aus dan anti korosi dan mudah dituang maupun dilas. Beryllium bronze, memiliki sifat mekanik yang tinggi tahan korosi, tahan aus dan ductil, daya hantar panas/listrik yang tinggi. Monel, komposisinya 31% Cu, 66% Ni, 1,35% Fe, 0,9% dan 0,12% C sifat tertarik bagus dan ductil, tahan korosi dalam air lautan Iarutan kimia.

1. Kuningan

Kuningan berasal dari zaman romawi. Kuningan adalah paduan logam tembaga dan logam seng untuk kuningan 70-30 % berat merupakan fasa lunak dan mudah dikerjakan, sedangkan kuningan 60-40 % berat mempunyai kekuatan tinggi dan banyak paduan dari ini yang mempunyai kekuatan tarik yang tinggi. Paduan dengan kira-kira 45% Zn mempunyai kekuatan yang paling tinggi akan tetapi tidak dapat dikerjakan, jadi hanya dipergunkan untuk paduan coran.

Gambar 6.5 Asesoris dari kuningan untuk saluran air

Kuningan khusus

Kuningan yang dicampur unsur ketiga untuk memperbaiki ketahanan korosi, ketahanan aus, mampu mesin, dsb, disebut kuningan khusus. Unsur-unsur yang dipadukan terutama Mn, Sn, Fe, Al, Ni, Pb,dsb. Pb larut padat dalam kuningan hanya 0,4% dan kelebihannya mengendap dalam batas butir dan didalam butir terdispersikan secara halus yang hal ini memperbaiki mampu mesin dan membuat peermukaan yang halus oleh karena itu dipergunakan untuk roda gigi pada jam yang dibebani secara ringan.


Sn memperbaiki ketahanan korosi dan sifat-sifat mekaniknya kalo ditambahkan dalam daerah larutan padat.Al adalah efektif untuk memperhalus butir Kristal dan memperbaiki ketahanan korosi terhadap air laut jadi paduan ditambah 1,5-2,5 % Al dapat dipergunakan untuk pipa kondensor dsb.

Kuningan berkekuatan tarik yang tinggi

Kuningan yang berkekuatan tarik yang tinggi dibuat dari kuningan 60-40 dengan paduan 5% Mn, 2% Fe dan 2% Al, tidak melebihi jumlah 3-5%. Ni memberikan pengaruh sama dan memperbaiki sifat-sifatnya sesuai dengan jumlah yang ditambahkan, yang bisa ditambahkan sampai 10%.

2. Perunggu (Brons)

Paduan ini dikenal oleh manusia sejak lama sekali. Perunggu merupakan paduan antara Cu dan Sn dalam arti yang sempit. Tetapi dalam arti yang luas perunggu berarti paduan Cu dengan unsure logam lainnya selain dari Zn. Dibandingkan dengan tembaga murni dan kuningan perunggu merupakan paduan yang mudah dicor dan mempunyai kekuatan yang lebih tinggi, demikian juga ketahanan ausnya dan ketahanan korosinya oleh karena itu banyak dipergunakan untuk berbagai komponen mesin, bantalan, pegas, corak artistic,dsb.

Gambar 6.5 Baling-Baling Dari Perunggu

1. Perunggu timah putih

Sn adalah lebih mahal dari kuningan. Oleh karena itu kuningan dipergunakan sebagai bahan baku dan selanjutnya bahan yang dicampur 4-5% Sn dipergunakan untuk


keperluan khusus sedangkan hampir semua paduan perunggu ini dalam industry dipakai dalam bentuk coran. Brons timah putih mempunyai sejarah yang lama sehingga dari penggunaannya paduan dasar dengan 8-12 % Sn dinamakan Gun Metal, paduan dengan 10% Sn dan 23 % Sn dinamakan Admiralty Gun Metal, sedangkan yang mengandung 18-23% Sn disebut ”Brons Bell” dan paduan yang mengandung 30-32% disebut ‘Brons kaca’.

2. Perunggu Posfor (brons posfor)

Pada paduan tembaga posfor berguna sebagai penghilang oksida, oleh karena itu penambahan posfor 0,05-0,5% pada paduan memberikan kecairan logam yang lebih baik. Brons posfor mempunyai sifat-sifat lebih baik dalam keelastisannya, kekuatan dan ketahanan terhadap aus. Ada tiga macam brons posfor yang dipergunakan dalam industry yaitu brons biasa yang tidak mempunyai kelebihan P yang tidak dipakai dalam proses menghilangkan oksida, brons posfor untuk pegas dengan kadar 0,05-0,15% yang ditambahkan kepada brons yang mengandung Sn kurang dari 10% dan brons posfor untuk bantalan yang mengandung 0,3-1,5% P ditambahkan kepada brons yang mengandung lebih dari 10% Sn.

3. Brons Aluminium

Paduan yang dipergunakan dalam industry mengandung 6-7% Al dipergunakan untuk pabrikasi dan paduan dengan 9-10% Al dipergunakan untuk coran. Paduan ini mempunyai kekuatan yang baik dari pada brons timah putih dengan sifat mampu bentuk yang lebih dan ketahanan korosi yang baik, sehingga pengunaannya lebih luas. Tetapi mampu cornya kurang baik sehingga memerlukan teknik yang khusus pada pengecorannya.

4. Perunggu Bebas Seng

Perunggu bebas seng dinamakan juga perunggu tulen atau perunggu timah, yaitu perunggu tuang dari Cu ditambah 10%, 14%, atau 20% Sn tanpa campuran tambahan lain. Bahan itu digunakan untuk pentil yang harus mempunyai syarat tinggi terhadap korosi dan ketangguhan (10% Sn). Selain itu juga untuk bantalan-bantalan yang harus mempunyai syarat-syarat tinggi untuk sifat luncur (14% Sn) dan untuk bantalan-bantalan tekan dengan syarat tinggi untuk kekerasan (20% Sn).

5. Perunggu Bebas Seng Paduan Kepal

Mempunyai 1,5% sampai setinggi-tingginya 10% timah putih dan selain itu fosfor dalam persentase yang sangat kecil, yaitu setinggi-tingginya 0,35. Campuran ini dahulu dinamakan perunggu fosfor. Dipakai untuk profil-profil, batang-batang, kawat, pelat, dan pipa-pipa yang dicanai dan ditarik.

6. Perunggu Seng

Perunggu seng ialah perunggu tembaga timah dengan tambahan seng 2% sampai 7%. Bahan itu dipakai terutama untuk bantalan-bantalan (campuran tuang).


7. Perunggu silicon

Perunggu silicon baik sebagai paduan tuang maupun paduan kepal mempunyai kadar Si 0,5% samapai 4,5%. Selain dari itu ada bahan-bahan tambahan dari timah, nikel, mangan, besi, dan seng dalam bermacam-macam persenyawaan. Sebagian dapat dijadikan misalnya cupoder yang mempunyai tahan tarik dan kekerasan yang tinggi.

8. Perunggu Timbel

Perunggu timbel mempunyai kadar timbel (Pb) 5-35%. Jika perlu dengan tambahan Sn dan Ni sebagai blok-blok bantalan yang berupa lapisan tipis dalam bus bantalan.

9. Loyang

Loyang ialah paduan tembaga dan seng. Beberapa jenis dikenal, yaitu Loyang kepal, Loyang tuang, dan Loyang patri. Pada Loyang kepal, ada suatu perbedaan antara Loyang untuk pekerjaan potong dan Loyang canai untuk pelat, kawat, dan pipa yang mengandung Cu 60-90%, sisanya Zn.Loyang tuang mempunyai kadar Cu 60-80% , sisanya Zn. Jika benda-benda tuang kemudian banyak dikerjakan dengan perkakas potong maka benda itu dicampur dengan lebih kurang 3% timbel supaya mudah dikerjakan. Jika tidak demikian Loyang tuang terlalu rapuh. Loyang patri untuk mematri tembaga, perunggu, dan Loyang, mempunyai kadar Cu 40-60% sesanya Zn. Tambahan timah atau perak mempertinggi sifat menjadi cair dari logam patri. Perak (Ag), menjadikan Loyang patri dapat ditempa. Ada paduan-paduan dengan kadar 45% Ag untuk kerja halus.

6.6 Paduan Tembaga yang Dapat Dikeraskan dengan Presipitasi

Ada beberapa macam paduan tembaga yang mempunyai diagram fasa di mana kelarutan pada larutan padat di daerah Cu meningkat menurut temperature. Kalau paduan ini didinginkan secara tiba-tiba dari larutan padat yang homogeny pada temperature tinggi dan kemudian dituakan pada temperature yang cocok maka akan terjadi pengerasan oleh adanya fasa presipitasi yang halus yang terdispersikan. Sebagai tambahan terhadap paduan biner yaitu Cu-Ag, Cu-Cd, Cu-Zr, Cu-Cr, Cu-Ti, Cu-Zn, dan Cu-Be, telah ditemukan pula paduan dengan komponen banyak seperti Cu-Fe2P-Cd, Cu-Ni2Si, Cu-Be-Co, Cu-Ti-Sn-Cr, dsb. Diantara semua itu paduan Cu-Be mempunyai kekuatan yang paling tinggi dengan pengerasan presipitasi, pengunaannya bukan saja untuk pegas-pegas yang dapat dialiri listrik dan elektroda-elektroda untuk pengelasan titik, tetapi juga untuk palu-palu yang dipergunakan dalam pabrik-pabrik yang mengolah produk yang bisa menyala, yang menyebabkan percikan api pada waktu dipukul.


BAB VIILOGAM MAGNESIUM ( Mg ) DAN PADUANNYA

Kesimpulan

Sifat-sifat Aluminium mempunyai ketahanan korosi yang baik dan hantaran listrik yang baik. Kekuatan mekaniknya sangat meningkat dengan penambahan Cu, Mg, Si, Mn, Zn, Ni, dsb, baik secara satu-persatu atau bersama-sama, sifat-sifat baik lainnya seperti ketahanan korosi, ketahanan aus, koefisien pemuaian rendah dsb.

Material Aluminium dipergunakan di dalam bidang yang luas bukan saja untuk peralanan rumah tangga tapi juga dipakai untuk keperluan material pesawat terbang, mobil, kapal laut, konstruksi dsb.

Sifat-sifat tembaga mempunyai daya hantar listrik yang sangat baik oleh karena itu banyak dimanfaatkan dalam industry kelistrikan, selain itu tembaga juga mempunyai daya hantar panas yang baik sehingga dimanfaatkan sebagai bahan pembuatan radiator, ketel, dan perlengkapan pemanasan yang lain.

Pada akhir-akhir ini biaya produksi tembaga meningkat sehingga untuk beberapa kebutuhan diganti oleh aluminium. Walaupun konduktivitas listrik dan panasnya lebih rendah dari tembaga.



1. Mahasiswa mampu memahami sifat-sifat fisik, kimia dan mekanik logam magnesium

2. Mahasiswa mampu memahami jenis-jenis paduan logam magnesium dan penggunaannya[p


1. Mahasiswa dapat memahami sifat-sifat fisik, kimia dan mekanik logam magnesium

2. Mahasiswa dapat memahami jenis-jenis paduan logam magnesium dan penggunaannya

7.1 Pendahuluan

Magnesium adalah unsure kimia dalam table periodic memiliki symbol Mgdan nomor atom 12 serta berat atom 24,31. Magnesium adalah elemen terbanyak kedelapan yang membentuk 2% berat kulit bumi serta merupakan unsure terlarut ketiga terbanyak pada air laut. Logam alkali tanah ini terutama digunakan sebagai unsur pemadu. yang sering disebut "magnalium" atau "magnelium".

Magnesium dan paduannya merupakan bahan yang paling ringan diantara logam-logam industri. Magnesium mempunyai masa jenis kira-kira 1,8 g/cm3, karena itu biasabya magnesium dipergunakan untuk bHn pesawat terbang dan mobil. Sifat-sifat mekanik paduan magnesium tidak kurang dibandingkan dengan paduan alumunium, terutama mampu-mesinnya yang baik sekali walaupun ada keburukannya yaitu mudah menyala dan tidak tahan korosi. Dalam hal ini diperlukan perhatian khusus mengenai pembubutan dan seterusnya. Oleh karena itu penggunaan praktisnya tidak terlalu maju. Akan tetapi berkat perkembangan dalam cara-cara proses pengerjaan logam, kemurnian logam inot yang telah diperbaiki dan cara pemaduan logam yang telah maju, maka paduan magnesium dengan kekhasannya itu lebih luas penggunaannya.

Magnesium adalah suatu logam yang mempunyai sifat-sifat sama dengan aluminium. Logam ini diperoleh dengan cara elektrolisis dari magnesit (MgCO3), dolomit (MgCO3 x CaCO3) atau karlanit (MgCl2 x KCl). Magnesium terutama dipakai sebagai bagian campuran untuk aluminium. Akan tetapi ada pula paduan kepal magnesium dan paduan tuang magnesium, dengan Al (sampai 11%), Zn (sampai 4,5%), Mn (sampai 2,5%), dan Si (sampapi 2%).

Magnesium tidak tahan terhaadap asam, tetapi berlawanan dengan aluminium. Magnesium tahan terhadap alkali dan tahan pula terhadap kebanyakan zat organic, jadi terutama dipakai dalam industri kimia. Garam-garam magnesium mudah menyala. Untuk memadamkannya dipai pasir, jangan sekali-kali memakai air.Perkembangan Magnesium dan Paduannya

Logam magnesium telah dibuat secara industri sejak tahun 1930-an dengan jalan elektrolisis campuran kloridanya yang terfusikan. Setelah itu kira-kira tahun 1956, telah


dikembangkan secara industri, suatu cara yang dinamakan Pidgeon dimana campuran dolomite yang dikalsinasikan dan ferosilikon dalam bentuk bubuk direduksi dalam vakum yang sangat tinggi. Sehingga sekarang ini logam yang sangat murni lebih mudah didapat.

Logam magnesium dengan kemurnian yang biasa yang dihasilkan melalui proses elektrolisis, rusak dalam waktu singkat apabila dicelupkan ke dalam air laut atau air garam, sedangkan logam magnesium yang memiliki kemurrnian tinggi yang dihasilkan melalui proses Pidgeon dari reduksi distilasi atau padunnya sukar mengalami korosi. Ketahan terhadap korosi dari logam ini mendekati ketahan korosi paduan aluminium dan lebih baik dibandingkan baja lunak. Ketahanan korosi magnesium tergantung pada ketidakmurniannya, terutama oleh Fe, Cu dan Ni. Logam-logam ini dapat mempengaruhi sifat logam paduan magnesium walaupun dalam kadar rendah yaitu 0,01-0,05% Fe, 0,001-0,002% Cu dan 0,000-0,001% Ni. Untuk memurnikan magnesium dari logam-logam tersebut dibuat ingot murni sengan jalan distilasi sehiingga didapat Mg yang tahan korosi.

Dalam produksi paduan coran yang pejal dengan penghalusan butir kristalnya secara sempurna yang memberikan jaminan pada sifat kedap tekannya, dimungkinkan dengan mencampurkan Zr. Dengan menambah unsure Ce atau logam tanah jarang seperti Th, maka sekarang ini dapr dibuat magnesium yang tahan panas dan tahan melar pada temperature tinggi.

7.2 Sifat-Sifat Magnesium dan Paduannya

Magnesium merupakan logam yang ringan, putih keperak-perakan dan cukup kuat. Ia mudah ternoda di udara, dan magnesium yang terbelah-belah secara halus dapat dengan mudah terbakar di udara dan mengeluarkan lidah api putih yang menakjubkan.

Magnesium berkristal heksagonal susunan rapat (cph) dan mempunyai kekuatan tarik 19,0 kgf/mm2 setelah penganilan, kekuatan mulur 9,8 kgf/mm2 dan perpanjangannya 16%, kira-kira 2-3 kali lebih kuat dari Al. Bidang gesernya pada temperature biasa terbatas pada bidang { 0 0 0 1}, karena itu getas, tetapi pada temperature 2000C atau lebih terjadi bidang geser {1 0 1 1} (bidang pyramid) dan bidang geser { 1 0 1 0} (bidang prisma), hal ini membuat logam lebih liat dan lebih mudah diolah pada temperature tinggi.

Adalah berguna dan penting untuk memilih unsur paduan yang diketahui memberikan pengaruh terhadap magnesium. Al memberikan pengaruh efektif untuk menghaluskan struktur coran, yang memungkinkan untuk diadakan perlakuan panas. Tetapi aluminium menyebabkan kekeroposan dan segregasi. Mn lebih berguna untuk mmperbaiki ketahanan korosi daripada sifat-sifat meknisnya. Zn memperbaiki kekuatan dan menghaluskan Kristal, juga memungkinkan perlakuan panas. Akan tetapi tanpa disertai oleh Zr mengakibatkan agak getas dan mudah terjadi kekeroposan mikro. Zr memberikan pengaruh yang efektif dalam penghalusan ukuran butir dan membuat coran pejal. Penambahan Be yang kecil menghindari oksidasi pada cairan, tetapi dalam paduan Mg-Al dan Mg-Zr membuat Kristal kasar pada coran. Penambahan unsure logam jarang (RE) memberikan pengaruh efektif pada kekuatan melar untuk waktu yang lama sampai 2500C. Tetapi, tanpa penghalusan butir dengan menambah Zr diharapkan kurang terjadi perbaikan terhadap sifat-sifat mekanisnya. Th memberikan pengaruh efektif terhadap kekuatan melar untuk waktu yang lama sampai kira-kira 3500C menghambat terbentuknya kekeroposan mikro dan kegetasan yang disebabkan


pemaduan Zn, dan memperbaiki keuletan. Ag memberikan kemampuan untuk perlakuan panas dengan batas larutan padat yang tinggi, tetapi suatu peningkatan pengaruh perlakuan panas yang lengkap tidak dapat diharapkan tanpa disertai adanya unsure logam tanah jarang (RE). Si pada mulanya diperkirakan merupakan unsure pengotor, tetapi sekarang ditemukan berguna untuk menghaluskan butir, walaupun perbaikan terhadap sifat-sifat mekaniknya tidak banyak diketahui sebelumnya.

Sifat-sifat mekanik magnesium terutama memiliki kekuatan tarik yang sangat rendah. Oleh karena itu magnesium murni tidak dibuat dalam teknik. Paduan magnesium memiliki sifat-sifat mekanik yang lebih baik serta banyak digunakan Unsur-unsur paduan dasar magnesium adalah aluminium, seng dan mangan.Penambahan Al diatas 11%, meningkatkan kekerasan, kuat tarik dan fluidity (keenceran) Panambahan seng meningkatkan ductility (perpanjangan relatif dan castability (mampu tuang) .

Penambahan 0,1 – 0,5 % meningkatkan ketahanan korosi.Penambahan sedikit cerium, zirconium dan baryllium dapat membuat struktur butir yang halus dan meningkatkan ductility dan tahan oksidasi pada peningkatan suhu.Ada dua kelomnok besar magnesium paduan a) Wrought alloy : (0,3% Al, 1,3% – 2,5% Mn ) dan (3 – 4% Al, 0,6% Zn & 0,5% Mn).b) casting allay : (5 – 7% Al, 2 – 3% Zn & 0,5% Mn) dan (8 % Al, 0,6 % Zn & 0,5 % Mn).

7.3 Proses Pembuatan Magnesium

Magnesium tergolong logam ringan, dan tahan terhadap karat berkat lapisan oksida magnesium. Magnesium alloy dapat di tuang pada cetakan pasir dan juga dapat dilas dan di mesin.Biji magnesium yang banyak kita kenal adalah Magnesit/ Magnesium karbonat) MgCO3, Dolomite CaCO3, MgCO3, carolite MgCl2KCl6 H2O. Proses pemurnian magnesium dapat dilakukan dengan metode thermal atau Electrolitic.

1. Thermal proses adalah didasarkan pada reduksi magnesium oksida dengan karbon, silikon atau unsur lain pada temperatur dan vakum yang tinggi.

-Reduksi pendahuluan bijih-Reduksi penguapan dan pengembunan uap magnesium-Peleburan kristal (condensat crystal) menjadi magnesium kasar.

Gambar 7.1 Magnesium Electrolyt Cell

a. anode b. cathode c. dinding pemisah (hood)


2. Proses Elektrolisis

Proses ini terdiri dari beberapa tingkat, yang prinsipnya adalah pengerjaan pendahuluan dari garam magnesium anhidrous murni, elektrolisa campuran dan refining.Masing-masing proses ini dibedakan menurut bijih yang digunakan (dapat juga carnalite, magnesium, chlorida, dsb), dan cara pengerjaan pendahuluannya (magnesite chlrorination,dihidration of magnesium chloride, etc).Elektrolit larutan garam magnesium dalam teknik tidak digunakan lagi karena magnesium lebih elektromagnetik dibanding dengan ion pada katoda dan tidak ada cara untuk memperbaiki teknik tersebut .

7.4 Penggunaan Magnesium

Magnesium digunakan di fotografi, flares, pyrotechnics, termasuk incendiary bombs. Ia sepertiga lebih ringan dibanding aluminium dan dalam campuran logam digunakan sebagai bahan konstruksi pesawat dan missile. Logam ini memperbaiki karakter mekanik, fabrikasi dan las aluminium ketika digunakan sebagai alloying agent. Magnesium digunakan dalam memproduksi grafit dalam cast iron, dan digunakan sebagai bahan tambahan conventional propellants. Ia juga digunakan sebagai agen pereduksi dalam produksi uranium murni dan logam-logam lain dari garam-garamnya. Hidroksida (milk of magnesia), klorida, sulfat (Epsom salts) dan sitrat digunakan dalam kedokteran. Magnesite digunakan untuk refractory, sebagai batu bata dan lapisan di tungku-tungku pemanas. Peningkatan suhu pada bumi kita akibat ”efek rumah kaca”. Hal ini terjadi karena tertahannya radiasi panas matahari pada atmosfer bumi akibat penumpukan polusi pada atmosfer bumi, yang mengakibatkan temperatur pada permukaan bumi ini meningkat. Es abadi pada daerah kutub cenderung telah banyak mencair sehingga meningkatkan level permukaan air laut. Selain dari sektor industri, salah satu penyumbang terbesar polusi udara pada bumi ini adalah sektor tranportasi.. Pengurangan polusi pada sektor transportasi akan cukup berarti dalam membantu mengurangi panas bumi yang cenderung terus meningkat.

Peningkatan berat kendaraan merupakan salah satu unsur meningkatnya jumlah emisi gas buang kendaraan. Peningkatan ini disebabkan tuntutan dari konsumen kendaraan bermotor dalam hal keamanan, kenyamanan dan kemewahan dalam berkendaraan. Permintaan ini jelas akan menambah elemen dan intrumen pada kendaraan yang berakibat penambahan berat kendaraan.

Magnesium adalah logam yang paling ringan, diantara logam yang biasa digunakan dalam suatu struktur . Unsur magnesium ditemukan pada tahun 1808 di Inggris oleh Sir Humphrey Davey, pertama kali diproduksi oleh Deville dan Caron di Perancis pada tahun 1863

Magnesium termasuk unsur yang berlimpah yang ada dibumi, sekitar 2 % terdapat pada kulit bumi dan terlarut di dalam air laut dengan konsentrasi rata-rata 0,13 %. Magnesium ditemukan dalam 60 jenis mineral, hanya dolomite, magnesite, dan carnallite, yang biasa dijadikan produk komersial.

Magnesium murni mempunyai kekuatan yang terlalu rendah bagi aplikasi teknik. Paduan magnesium mempunyai kekuatan yang rendah dibanding paduan aluminium (160 sampai 365 MPa) tetapi mempunyai masa jenis yang rendah sekitar 1750 kg/m3, artinya magnesium paduan mempunyai rasio kekuatan yang tinggi


dibanding massa jenisnya. Modulus Young's magnesium 45 GPa.Ketahanan kekuatan fatigue paduan magnesium (fatigue endurance strength) sekitar 70 to 100 MPa untuk spesimen yang halus, tetapi dengan adanya cacat pada spesimen akan banyak mengurangi ketahanan fatigue-nya. Magnesium dan Paduan Magnesium mempunyai kapasitas meredam getaran yang baik dibanding metal yang lain, sekitar tiga kali dari besi cor dan 30 kali dari alumunium

Komponen lain yang berpotensi digantikan oleh paduan magnesium antara lain panel-panel instrument, aplikasi power train. Selain itu komponen yang paling potensial mengurangi berat kendaraan adalah pada chasis. walaupun begitu kebanyakan material magnesium komersial tidak mampu diterapkan pada aplikasi-aplikasi kritis karena beberapa hal;

Terbatasnya sifat mampu cor material magnesium pada temperatur tinggi. Terbatasnya sifat mekanik pada temperatur diatas 120 °C. Mudah terjadi korosi galvanik ketika kontak dengan material metal yang lain.

Paduan magnesium yang mempunyai kestabilan pada temperatur tinggi dapat diterapkan pada aplikasi power train seperti blok mesin, gear-box, inlet atau exhaust manifolds.

Beberapa penelitian telah dilakukan untuk mengembangkan paduan magnesium yang dapat bekerja diatas temperatur 150 °C untuk material monolithic dan temperatur 200 °C untuk magnesium metal matrix composites (MMCs) .

Hasil penelitian diharapkan akan menghasilkan paduan magnesium baru yang stabil pada temperatur tinggi (tensile strength, yield strength,ductility) serta meningkatnya sifat ketahanan creep.

Wilayah lain yang cukup menarik digantikan paduan magnesium adalah pada bumper, pintu kendaran, atap. Pada komponen-komponen ini penelitian bertujuan meningkatkan optimasi proses rolling dan ekstrusi untuk mendapatkan homogenisai, rekristalisasi dan pengembangan tekstur

Penggunaan Magnesium di Industri

a. Sebagai batu bata dan lapisan di tungku-tungku pemanasb. Sebagai bahan baku dari hydrogen storage

Kebutuhan akan sumber energi yang bersih dan berkelanjutan makin meningkat akhir-akhir ini. Kebutuhan itu patut diimbangi dengan pengembangan teknologi material baru dengan biaya produksi rendah dan ramah lingkungan. Fuel cell berbahan baku hidrogen saat ini merupakan salah satu primadona di dunia riset energi. Fuel cell dipakai untuk pembangkit listrik dan industri otomotif. Di bidang otomotif fuel cell saat ini berkembang pesat dan telah masuk pada tahap komersial di negara maju. Namun, untuk aplikasi pada kenderaan bermotor, tabung penyimpanan hidrogen masih menjadi kendala. Tabung penyimpanan hidrogen (hydrogen storage) berfungsi menampung gas hidrogen, sama halnya seperti tangki bensin pada motor konvensional.Saat ini diantara tiga teknik penyimpanan (dalam bentuk gas, cair dan padat), maka metode terkini yang aktif diteliti para ilmuwan di dunia adalah dengan menyimpan hidrogen dalam bentuk padat. Teknik yang dikenal dengan sebutan solid hydrogen


storage ini dipercaya lebih aman dan murah. Teknik ini menyisipkan gas hidrogen ke dalam material tertentu. Material storage berbasis magnesium (Mg) dan paduannya saat ini merupakan salah satu material yang aktif diteliti. Magnesium diketahui, secara teoritik, memiliki kemampuan serap hydrogen dalam jumlah besar (7,6 wt%), ringan, mudah diperoleh dan harganya terjangkau. Namun Magnesium memiliki kelemahan yang menghalangi aplikasinya, yakni temperatur operasional yang sangat tinggi (> 300oC), reaksi kinetiknya sangat lambat, dimana butuh waktu minimal 60 menit untuk dapat memproduksi ~ 5 wt% hidrogen.Beberapa upaya telah dilakukan oleh para peneliti, salah satunya adalah dengan “menyisipkan” sejumlah kecil katalis ke dalam Magnesium dan paduannya. Kelompok riset kami telah berhasil melakukan sisipan katalis nikel (Ni) ke dalam material magnesium hidrida (MgH2). Nikel yang digunakan adalah dalam skala nanopartikel. Adapun teknik pemaduan digunakan reactive mechanical alloying (RMA) menggunakan planetary ball milling jenis Fristch 6. Hasil yang diperoleh cukup signifikan (lihat gambar), dimana dengan sejumlah kecil katalis Ni (2 mol%) mampu mereduksi laju reaksi kinetik dari 60 menit menjadi hanya 5 menit dan mampu menyerap hidrogen sebesar 5,3 wt%. Di sisi lain, menariknya, waktu milling secara drastic bisa ditekan menjadi hanya 2 jam. Merujuk riset sebelumnya, proses milling bisa berlangsung hingga 100 jam. Hanya saja kami masih belum dapat menurunkan temperatur operasionalnya yang masih berada pada kisaran 3000C untuk menyempurnakan proses absorpsi dn desorpsi.

c. Logam paduan magnesium-aluminium digunakan sebagai bahan baku alat produksi mie.

d. Di industri otomotif, logam paduan magnesium dijadikan bahan baku pembuatan pesawat terbang.

e. Di industri telekomunikasi, logam paduan magnesium biasa dijadikan bahan baku cashing laptop.

7.5 Bahaya Magnesium

Kebakaran dapat dengan mudah terjadi, sehingga magnesium harus ditangani secara hati-hati. Terutama jika logam ini dalam keadaan terbelah-belah secara halus. Air tidak boleh digunakan pada magnesium yang terbakar atau kebakaran yang berdasarkan magnesium.


BAB VIIILOGAM TIMAH HITAM (Pb) DAN PADUANNYA


1. Mahasiswa mampu memahami sifat-sifat fisik, kimia dan mekanik logam timah hitam

2. Mahasiswa mampu memahami jenis-jenis paduan logam timah hitam dan penggunaannya


1. Mahasiswa dapat memahami sifat-sifat fisik, kimia dan mekanik logam timah hitam

2. Mahasiswa dapat memahami jenis-jenis paduan logam timah hitam dan penggunaannya

8.1 Pendahuluan

Timbal adalah suatu unsur kimia dalam tabel periodik yang memiliki lambang Pb dan nomor atom 82. Lambangnya diambil dari bahasa Latin Plumbum. Unsur ini telah lama diketahui dan disebutkan di kitab Exodus. Para alkemi mempercayai bahwa timbal merupakan unsur tertua dan diasosiasikan dengan planet Saturn. Timbal alami, walau ada jarang ditemukan di bumi.

Sumber Timbal

Timbal didapatkan dari galena (PbS) dengan proses pemanggangan. Anglesite, cerussite, dan minim adalah mineral-mineral timbal yang lazim ditemukan.

8.2 Sifat-Sifat Timbal dan Paduannya

Timbal merupakan logam putih kebiru-biruan dengan pancaran yang terang. Ia sangat lunak, mudah dibentuk, ductile, dan bukan konduktor listrik yang baik. Ia memiliki resistasi tinggi terhadap korosi. Pipa-pipa timbal dari jaman Romawi masih digunakan sampai sekarang. Unsur ini juga digunakan dalam kontainer yang mengandung cairan korosif seperti asam sulfur dan dapat dibuat lebih kuat dengan cara mencampurnya dengan antimoni atau logam lainnya. Timbal alami adalah campuran 4 isotop: 204Pb (1.48%), 206Pb (23.6%), 207Pb (22.6%) dan 208Pb (52.3%). Isotop-isotop timbal merupakan produk akhir dari tiga seri unsur radioaktif alami: 206Pb untuk seri uranium, 207Pb untuk seri aktinium, dan 208Pb untuk seri torium. Dua puluh tujuh isotop timbal lainnya merupakan radioaktif. Campuran logam timbal termasuk solder dan berbagai logam antifriksi. Logam ini juga digunakan sebagai selimut kabel, pipa, amunisi dan pembuatan timbal tetraetil.


Tabel 8.1 Sifat-Sifat Fisik Timbal

Sifat - Sifat FisikFasa Padatmassa jenis pada suhu kamar (25oC) 11,34 g/cm³massa jenis cair pada titik lebur (600,61 K) 10,66 g/cm³titik lebur 600,61 K (327,46 °C, 621,43 °F)titik didih 2022 K (1749 °C, 3180 °F) kalor peleburan 4,77 kJ/molkalor penguapan 179,5 kJ/molkapasitas kalor (25 °C) 26.650 J/(mol·K)

Ciri – Ciri AtomStruktur Kristal cubic face centeredBilangan oksidasi 4, 2 (Amphoteric oxide)Elektronegativitas 2.33 (skala Pauling)Energiionisasi (detil) ke-1: 715.6 kJ/mol

ke-2: 1450.5 kJ/mol ke-3: 3081.5 kJ/mol

Jari-jari atom 180 pmJari-jari atom (terhitung) 154 pmJari-jari kovalen 147 pmJari-jari Van der Waals 202 pm

Lain-LainSifat magnetic diamagneticResistivitas listrik (20 °C) 208 nΩ·mKonduktivitas termal (300 K) 35.3 W/(m·K)Ekspansi termal (25 °C) 28.9 µm/(m·K)Kecepatansuara(pada wujud kawat)

(suhu kamar) (annealed)1190 m/s

Modulus Young 16 GPaModulus geser 5.6 GPaModulus ruah 46 GPaNisbah Poisson 0.44Skala kekerasan Mohs 1.5Kekerasan Brinell 38.3 MPaNomor CAS 7439-92-1

8.3 Kegunaan Timbal

Logam ini sangat efektif sebagai penyerap suara. Ia digunakan sebagai tameng radiasi di sekeliling peralatan sinar-x dan reaktor nuklir. Juga digunakan sebagai


penyerap getaran. Senyawa-senyawa timbal seperti timbal putih, karbonat, timbal putih yang tersublimasi, chrome yellow (krom kuning) digunakan secara ekstensif dalam cat. Tetapi beberapa tahun terakhir, penggunaan timbal dalam cat telah diperketat untuk mencegah bahaya bagi manusia. Timbal juga digunakan untuk sebagai bahan perpipaan, bahan aditif untuk bensin, baterai, pigmen dan amunisi. Sumber potensial pajanan timbal dapat bervariasi di berbagai lokasi.

8.4 Pencemaran Timbal

Timbal yang tertimbun dalam tubuh dapat menjadi racun. Program nasional di AS telah melarang penggunaan timbal dalam campuran bensin karena berbahaya bagi lingkungan dan efek dari racun ini ialah menurunkan daya ingat otak. Pencemaran lingkungan oleh timbal kebanyakan berasal dari aktifitas manusia yang mengekstraksi dan mengeksploitasi logam tersebut. Manusia menyerap timbal melalui udara, debu, air dan makanan.

Salah satu penyebab kehadiran timbal adalah pencemaran udara. Yaitu akibat kegiatan transportasi darat yang menghasilkan bahan pencemar seperti gas CO2, NOx, hidrokarbon, SO2, dan tetraethyl lead, yang merupakan bahan logam timah hitam (timbal) yang ditambahkan ke dalam bahan bakar berkualitas rendah untuk menurunkan nilai oktan.

8.5 Paduan Timbal

Paduan timbal dan timah yang mempunyai titik cair antara 180-370oC. Komposisi 50% Pb dan 50% Sn paling banyak digunakan untuktimah solder dimana paduan ini mempunyai titik cair pada 220o C.

Paduan timbal-antimon, yang diisi dengan suatu bahan aktif biasa digunakan untuk bahan pelat baterai. Bahan aktif yang digunakan ialah Timbal Peroksida yang berwarna cokelat sebagai pelat positif, sedangkan pada pelat negatif adalah spons-timbal yang berwarna abu-abu.

Jenis elektroda baru yang terbuat dari paduan timbal dan kalsium, dapat mencegah elektrolisis air sudah dikembangkan. Baterai modern dengan jenis elektroda ini adalah sistem tertutup dan disebut dengan baterai penyimpan tertutup yang tidak memerlukan penambahan air.

Babbit terdiri dari timah, antirron, timbal dan tembaga serta unsur lain yang memilliki sifat tahan aus. Bahan dasar babbit yang digunakan di industri adalah timbal atau logam lain sebagai pengganti timah yang mahal. Calcium babbit terdiri dari : 0,8-1,1 % Ca dan 0,75 – 1% Ni sisanya, adalah Pb.


BAB IXLOGAM NIKEL (Ni) DAN PADUANNYA


1. Mahasiswa mampu memahami sifat-sifat fisik, kimia dan mekanik logam nikel 2. Mahasiswa mampu memahami jenis-jenis paduan logam nikel dan penggunaannya


1. Mahasiswa dapat memahami sifat-sifat fisik, kimia dan mekanik logam nikel2. Mahasiswa dapat memahami jenis-jenis paduan logam nikel dan penggunaannya

9.1. Pendahuluan

Logam nikel adalah logam berwarna putih keperakan yang berkilat, keras dan dapat mulur, dapat dibentuk. Selain sifat tersebut tahan terhadap oksidasi suhu tinggi dan digunakan dalam berbagai industri. Logam nikel juga merupakan logam untuk paduan khususnya untuk superalloy dan stainless steel.Logam nikel diperoleh dalam meteorit,pentlandit dan pirotit di kawasan Ontario, sebuah daerah yang menghasilkan 30% kebutuhan dunia akan nikel.Daerah lain yang mengandung deposit nikel adalah Kaledonia Baru, Australia,Cuba,Indonesia.

9.2 Sifat-Sifat Nikel

Sifat fisik Logam Nikel

Fasa : padat Warna : putih keperak-perakan dan berkilat Massa jenis : 8,908 g/cm³(sekitar suhu kamar) Massa jenis : (cair pada titik lebur) 7,81 g/cm³ Titik lebur : 1728 K (1455 °C, 2651 °F) Titik didih : 3186 K (2913 °C, 5275 °F) Kalor peleburan : 17,48 kJ/mol Kalor penguapan : 377,5 kJ/mol Kapasitas kalor : (25 °C) 26,07 J/(mol·K) Sifat Magnetik : ferromagnetik

Sifat Mekanik Logam Nikel

Modulus Young : 200 Gpa Modulus geser : 76 Gpa Modulus ruah : 180 Gpa Skala kekerasan Mohs: 4.0


Kekerasan Vickers : 638 Mpa Kekerasan Brinell : 700 Mpa

Sifat Kimia logam Nikel

pada suhu kamar, reaksi dengan udara lambat jika dibakar, reaksi berlangsung cepat membentuk oksida NiO dengan Cl2 membentukNikel- Klorida (NiCl2) dengan steam H2O membentuk Oksida NiO dengan HCl encer dan asam sulfat encer, reaksi berlangsung lambat dengan asam nitrat dan aquaregia, Ni segera larut

Ni + HNO3 --- Ni(NO3)2 + NO + H2O

tidak beraksi dengan basa alkali bereaksi dengan H2S menghasilkan endapan hitam dalam larutan akuatik Ni(H2O) berwarna hijau

Bijih Nikel yang Utama

Millerit,NiS Smaltit(Fe,Co,Ni)As Nikolit(Ni)As Pentlandite(Ni,Cu,Fe)S Garnierite (Ni, Mg)SiO3.xH2O

9.3 Paduan Logam Nikel.

Paduan nikel banyak dibuat untuk memperoleh sifat tahan korosi dan tahan pada suhu tinggi.Unsur logam paduan untuk meningkatkan sifat logam nikel adalah Chromium,Kobalt,tembaga dan molybdenum dan lain-lain. Beberapa paduan logam nikel adalah:

Monel : nikel-tembaga Inconel : nikel-kromium Hastelloy : nikel-molibdenum-kromium

(tahan korosi dan suhu tinggi) Nikrom : nikel-kromium-besi

(tahan oksidasi, resistansi listrik besar)

9.4 Penggunaan Nikel

Pembentukan logam campuran (alloy dan superalloy), terutama pada pembentukan stainless steel.

Digunakan sebagai kawat listrik yang ditanam dalam kaca seperti pada bohlam lampu pijar.


Monel (60% Ni dan 40% Cu) : bahan pembuatan uang logam, instrumen tranmisi listrik, dan baling-baling kapal laut.

Serbuk nikel sebagai katalis seperti pada adisi H2 dalam proses pembuatan mentega, juga pada cracking minyak bumi.

Alnico (Al, Ni, Fe dan Co) : sebagai bahan pembuat magnet yang kuat. Elektroplating (pelapisan besi, tembaga : [Ni(NH3)6]Cl2, [Ni(NH3)6]SO4) Nikrom : 60% Ni, 25% Fe, dan 15% Cr : pembuatan alat-alat laboratorium

(tahan asam), kawat pada alat pemanas.


BAB XLOGAM TITANIUM (Ti) DAN PADUANNYA


1. Mahasiswa mampu memahami sifat-sifat fisik, kimia dan mekanik logam titanium2. Mahasiswa mampu memahami jenis-jenis paduan logam titanium dan

penggunaannya


1. Mahasiswa dapat memahami sifat-sifat fisik, kimia dan mekanik logam titanium2. Mahasiswa dapat memahami jenis-jenis paduan logam titanium dan

penggunaannya

10.1 Pendahuluan

Titanium adalah sebuah unsur kimia dalam tabel periodik yang memiliki symbol Ti dan nomor atom 22. Dia merupakan logam transisi yang ringan, kuat, tahan korosi termasuk tahan air laut dan chlorine dengan warna putih-metalik-keperakan. Titanium digunakan dalam alloy (terutama dengan besi dan alumunium). Salah satu karakteristik titanium yang paling terkenal yaitu bersifat sama kuat dengan baja tetapi beratnya hanya 60% dari berat baja. Sifat titanium mirip dengan zirconium secara kimia maupun fisika.

10.2 Sifat-Sifat Titanium

10.1 Tabel Sifat-Sifat Fisik Titanium

Sifat-sifat KeteranganFasa PadatMassa Jenis 4.506 g/cm3 (suhu kamar)Massa Jenis Cair 4.11 g/cm3 (pada titik lebur)Titik Lebur 1941 K (1668°C, 3034°F)Titik Didih 3560 K (3287°C, 5949°F)Kalor Peleburan 14.15 kj/molKalor Penguapan 425 kj/molKapasitas Kalor (25°C) 25.060 j/(mol.K)


10.2 Tabel Sifat-Sifat Mekanik Titanium

Sifat-sifat KeteranganModulus Young 116 GpaModulus Geser 44 GpaModulus Ruah 110 GpaNisbah Poisson 0.32Skala Kekerasan Mohs 6.0Kekerasan Vickers 970 MpaKekerasan Brinell 716 MpaNomor CAS 7440-32-6

Sifat-sifat kimia Titanium antara lain:

1. Titanium memiliki resistansi terhadap asam sulfur dan asam hidroklorida , larut dalam kebanyakan asam organic lainnya, gas klor, dan larutan klorida.

2. Jika logam ini tidak mengandung oksigen, maka ia ductile.3. Titanium merupakan satu-satunya logam yang terbakar dalam nitrogen dan

udara.

Titanium memiliki koefisien muai panas yang relative rendah diantara logam lain. Lebih keras dan kuat dibanding alumunium dan kekuatannya tetap baik pada suhu tinggi. Titanium murni mudah bereaksi sehingga menimbulkan masalah pada saat diproses, khususnya jika dalam kondisi lebur. Tetapi pada suhu biasa membentuk lapisan oksida (TiO2) yang menutupi permukaan sehingga tahan terhadap korosi.

Sifat-sifat ini menjadikan titanium digunakan untuk dua aplikasi utama, yaitu:

1. Titanium murni untuk komponen tahan korosi, seperti komponen peralatan laut dan peralatan cangkok tulang (prosthetic implant).

2. Pada Titanium digunakan sebagai komponen untuk kekuatan tinggi pada suhu 20°C sampai lebih dari 550°C. Contohnya untuk komponen pesawat terbang dan peluru kendali.

10.3 Sumber Titanium

Titanium ditemukan di meteor dan di dalam matahari. Bebatuan yang diambil oleh misi Apollo 17 menunjukkan keberadaan TiO2 sbanyak 12,1%. Garis-garis titanium oksida sangat jelas terlihat di spectrum bintang-bintang tipe M. Unsur ini merupakan unsure kesembilan terbanyak pada kerak bumi. Titanium selalu ada dalam igneous rock (bebatuan) dan dalam sedimen yang diambil dari bebatuan tersebut. Titanium juga terdapat dalam mineral rutile, ilmenite,dan sphene, dan terdapat dalam titanate dan bijih besi. Titanium juga terdapat di debu batubara, dalam tumbuhan dan dalam tubuh manusia. Sampai pada tahun 1946, proses pembuatan logam Ti di laboratorium yang dilakukan oleh Kroll menunjukkan cara memproduksi Titanium secara komersil dengan mereduksi titanium tetraklorida dengan magnesium. Selanjutnya logam titanium dapat dimurnikan dengan cara mendekomposisikan iodanya.


10.4 Proses Pembuatan Titanium

Titanium di alam terdapat dalam bentuk bijih seperti rutil (TiO2) dan ilmenit (FeTiO3). Walau melimpah di bumi, namun untuk mendapat unsure ini membutuhkan proses yang panjang dan dengan biaya yang mahal. Salah satu metode yang digunakan dalam proses pembuatan titanium adalah Metode Kroll yang banyak menggunakan klor dan karbon. Hasil reaksinya adalah titanium tetraklorida yang kemudian dipisahkan dengan besi triklorida dengan menggunakan proses distilasi. Senyawa titanium tetraklorida, kemudian direduksi oleh magnesium menjadi logam murni. Udara dikeluarkan agar logam yang dihasilkan tidak dikotori oleh unsur oksigen dan nitrogen. Spons akan mencair pada kondisi tekanan helium atau argon yang pada akhirnya membeku dan membentuk batangan titanium murni.

10.5 Keunggulan Titanium

Beberapa keunggulan Titanium antara lain:

1. Karakteristiknya yang sama kuat dengan baja tetapi beratnya hanya 60% dari berat baja.

2. Kekuatan lelah (fatigue strength) yang lebih tinggi daripada paduan alumunium.3. Titanium tahan pada suhu tinggi. 4. Denga rasio berat-kekuatan yang lebih rendah daripada alumunium, maka

komponen-komponen yang terbuat dari titanium membutuhkan ruang yang lebih sedikit dibanding alumunium.

10.6. Titanium dan Paduannya

Titanium (Ti) mencakup sekitar 1% kerak bumi (alumunium yang terbanyak sekitar 8%). Berat jenis titanium besarnya antara alumunium dan besi. Peran titanium menjadi penting untuk aplikasi pesawat terbang karena ringan, rasio kuat dan berat cukup tinggi.

Produksi Titanium:

1. Bijih utama titanium adalah rutile mengandung 98-99% TiO2 dan ilmenite kombinasi antara FeO dengan Ti O2. Rutile lebih baik karena mengandung lebih banyak Ti.

2. Untuk mendapatkan logam dari bijih TiO2 diubah menjadi titanium tetrachloride (TiCl4) dengan memasukkan gas chlorine. Diikuti dengan proses penyulingan (distillation) untuk menghilangkan ketidakmurnian.

3. Titanium tetrachloride denga konsentrasi tinggi lalu direaksikan dengan magnesium untuk direduksi menjadi titanium, dikenal dengan proses Kroll. Sodium juga dapat digunakan sebagai zat pereduksi. Lingkungan gas mulia diperlukan untuk mencegah O2, N2 dan H2 bereaksi dengan Ti karena afinitas yang dimiliki logam agar tidak terjadi pengerasan sehingga dapat dicor dalam bentuk ingot.


10.7 Perlakuan Panas Paduan Titanium

Dilihat dari struktur mikronnya paduan titanium terdiri atas fasa , fasa +, dan fasa . Kepada fasa tidak dapat dilakukan perlakuan panas sedangkan pada fasa + dan fasa dapat dilakukan perlakuan panas.Pada fasa terutama mengandung Al dan Sn yang berguna setelah pelunakan atau penganilan dan penghilangan tegangan.

Paduan titanium dapat membentuk martensit dan fasa ’ dengan pendinginan cepat dari fasa , tetapi tidak begitu keras, yang memberikan sedikit pengaruh terhadap sifat-sifat mekanis. Pada paduan fasa + yaitu jika fasa lebih banyak, yang didinginkan pada air setelah dipanaskan sampai fasa + maka + merupakan struktur yang berbentuk bulat. Fasa yang terbentuk, merupakan fasa meta yang stabil, tidak langsung terurai menjadi fasa + tetapi melalui suatu fasa antara yaitu fasa , yang mempunyai sifat keras dan getas, presipitasi harus dihindari dalam hal ini. Biasanya dipanaskan lebih tinggi dari temperature presipitasi yang kemudian terurai menjadifasa + yang halus. Kalau fasa lebih banyak perlu dicelup dingin dari fasa untuk mendapat ’+ yang kemudian harus dipanaskan kembali untuk mendapatkan fasa menjadi struktur + yang halus. Paduan fasa dapat berubah menjadi martensit karena pencelupan dingin dan fasa yang tersisa dipanaskan ke temperatur yang lebih tinggi daripada temperature presipitasi fasa untuk membuat presipitasi fasa yang halus.

10.8 Manfaatan Titanium

Saat ini titanium umum digunakan pada bidang medis, misalnya untuk mengganti tulang yang hancur atau patah. Sudah terbukti bahwa bahan titanium kuat dan tidak berubah ataupun berkarat di dalam tubuh manusia. Di dalam tubuh manusia terdapat begitu banyak zat yang sesungguhnya dapat membuat bahan metal apapun menjadi berkarat dan tidak dapat bertahan lama, tetapi bahan titanium sudah terbukti bisa bertahan dalam tubuh manusia walaupun digunakan bertahun-tahun.

Bahan titanium juga digunakan untuk keperluan militer baik darat, laut, udara, satelit, pesawat komersial maupun pesawat tempur, bahkan alat-alat berat lainnya yang membutuhkan daya tahan titanium.

Di indusri titanium digunakan pada beberapa mesin penukar panas (heat exchanger) dan bejana bertekanan tinggi seperti pipa-pipa tahan korosi memakai bahan titanium.


BAB XILOGAM TIMAH PUTIH (Sn) DAN PADUANNYA


1. Mahasiswa mampu memahami sifat-sifat fisik, kimia dan mekanik logam timah putih

2. Mahasiswa mampu memahami jenis-jenis paduan logam timah putih dan penggunaannya


1. Mahasiswa dapat memahami sifat-sifat fisik, kimia dan mekanik logam timah putih2. Mahasiswa dapat memahami jenis-jenis paduan logam timah putih dan

penggunaannya

11.1 Pendahuluan

Timah merupakan logam dasar terkecil yang diproduksi, yaitu kurang dari 300.000 ton per tahun, apabila dibandingkan dengan produksi aluminium sebesar 20 juta ton per tahun (www.timah.com). Timah putih merupakan unsur langka, kelimpahan rata-rata pada kerak bumi sekitar 2 ppm, dibandingkan dengan seng yang mempunyai kadar rata-rata 94 ppm, tembaga 63 ppm dan timah hitam 12 ppm. Sebagian besar (80%) timah putih dunia dihasilkan dari cebakan letakan (aluvial), sekitar setengah produksi dunia berasal dari Asia Tenggara. Mineral ekonomis penghasil timah putih adalah kasiterit (SnO2), meskipun sebagian kecil dihasilkan juga dari sulfida seperti stanit, silindrit, frankeit, kanfieldit dan tealit (Carlin, 2008). Mulajadi timah di daerah jalur timah yang membentang dari Pulau Kundur sampai Pulau Belitung dan sekitarnya diawali dengan adanya intrusi granit yang berumur ± 222 juta tahun pada Trias Atas. Magma bersifat asam mengandung gas SnF4, melalui proses pneumatolitik hidrotermal menerobos dan mengisi celah retakan, dimana terbentuk reaksi: SnF4 + H2O -> SnO2 + HF2 (Pamungkas, 2006). Cebakan bijih timah merupakan asosiasi mineralisasi Cu, W, Mo, U, Nb, Ag, Pb, Zn, dan Sn. Busur metalogenik terbentuknya timah 100 - 1000 km. Terdapat tiga tipe kelompok asosiasi mineralisasi timah putih, yaitu stanniferous pegmatites, kuarsa-kasiterit dan sulfida-kasiterit (Taylor, 1979). Urat kuarsa-kasiterit, stockworks dan greisen terbentuk pada batuan beku granitik plutonik, secara gradual terbentuk stanniferous pegmatites yang ke arah dangkal terbentuk urat kuarsa-kasiterit dan greisen (Taylor, 1979). Urat berbentuk tabular atau tubuh bijih berbentuk lembaran mengisi rekahan atau celah (Strong, 1990). Tipe kuarsa-kasiterit dan greisen merupakan tipe mineralisasi utama yang membentuk sumber daya timah putih pada jalur timah


yang menempati Kepulauan Riau hingga Bangka-Belitung. Jalur ini dapat dikorelasikan dengan “Central Belt” di Malaysia dan Thailand (Mitchel, 1979). Mineral utama yang terkandung di dalam bijih timah berupa kasiterit, sedangkan pirit, kuarsa, zirkon, ilmenit, galena, bismut, arsenik, stibnit, kalkopirit, xenotim, dan monasit merupakan mineral ikutan (http://www.tekmira.esdm.go.id). Timah putih dalam bentuk cebakan dijumpai dalam dua tipe, yaitu cebakan bijih timah primer dan sekunder. Pada tubuh bijih primer, kandungan kasiterit terdapat pada urat maupun dalam bentuk tersebar. Proses oksidasi dan pengaruh sirkulasi air yang terjadi pada cebakan timah primer pada atau dekat permukaan menyebabkan terurainya penyusun bijih timah primer. Proses tersebut menyebabkan juga terlepas dan terdispersinya timah putih, baik dalam bentuk mineral kasiterit maupun berupa unsur Sn. Proses pelapukan, erosi, transportasi dan sedimentasi yang terjadi terhadap cebakan bijih timah putih pimer menghasilkan cebakan timah sekunder, yang dapat berada pada tanah residu maupun letakan sebagai endapan koluvial, kipas aluvial, aluvial sungai maupun aluvial lepas pantai. Tubuh bijih primer yang berpotensi menghasilkan sumber daya cebakan timah letakan ekonomis adalah yang mempunyai dimensi sebaran permukaan erosi luas sebagai sumber dispersi.

11.2 Sifat-Sifat Timah Putih

1. Sifat-Sifat Kimia Timah Putih

* Elektrokimia Setara : 1,1071 g/amp-jam* Elektron Fungsi Kerja : 4,42eV* Elektronegativitas : 1,96 (Pauling) ; 1,72 (Rochow Allrod)* Panas Fusion : 7.029 kJ/mol* Potensional Ionisasi

- Pertama : 7.344- Kedua : 14.632- Ketiga : 30.502

* Elektron valensi Potensi (-eV) : 83,5

2. Sifat-Sifat Fisik Timah Putih

Berat Molekul : 134,69 Spesifik Gravitasi : 6,3 Titik Lebur (600 mm Hg): 1080oC (1976oF) terurai Kelarutan : tidak larut dalam air, larut dalam asam dan alkali, sedikit

larut dalam ammonium khlorida Massa Atom Rata-rata : 118,71 Titik Didih : 2543 K (2270oC)(4118oF) Koefisien Muai Panjang : -1K N/A : Konduktivitas Listrik : 0,0917x106/Ω cm Konduktivitas Termal : 0,666 W/cm K Kerapatan : 7,31 g/cc @ 300K Kekilapan : Sangat mudah dibentuk logam perak putih membentuk


film pelindung pada permukaannya yang mencegah oksigen

Entalpi atomisasi : 01,3 kJ/mol oC Entalpi Fusion : 7,03 kJ/mol Panas Penguapan l : 290,4 kJ/mol Flamebilitas Kelas : terbakar pada rokok (kecuali sebagai debu Titik Beku : 1080oC (1976oF) : Volume Molar : 16,31 cm3/mol Refleksivitas Optik : 54% Kondisi Fisik : Solid Tekanan uap : 5,78x10-21 Pa(232,06oC) Struktur Kristal : Tetragonal

3. Sifat Mekanik

Modulus Elastisitas- Massal : 58,2/GPa- Kekakuan : 18,4/GPa- Youngs : 49,9?GPa

Skala Kekerasan - Brinell : 51 MN m-2

- Mohs : 1,5

11.3 Kegunaan Timah Putih

Penggunaan timah untuk paduan logam telah berlangsung sejak 3.500 tahun sebelum masehi, sebagai logam murni digunakan sejak 600 tahun sebelum masehi. Kebutuhan timah putih dunia setiap tahun sekitar 360.000 ton. Logam timah putih bersifat mengkilap, mudah dibentuk dan dapat ditempa (malleable), tidak mudah teroksidasi dalam udara sehingga tahan karat. Kegunaan timah putih di antaranya untuk melapisi logam lainnya yang berfungsi mencegah karat, bahan solder, bahan kerajinan untuk cendera mata, bahan paduan logam, casing telepon genggam. Selain itu timah digunakan juga pada industri farmasi, gelas, agrokimia, pelindung kayu, dan penahan kebakaran. Timah merupakan logam ramah lingkungan, penggunaan untuk kaleng makanan tidak berbahaya terhadap kesehatan manusia. Kebanyakan penggunaan timah putih untuk pelapis/pelindung, dan paduan logam dengan logam lainnya seperti timah hitam dan seng. Konsumsi dunia timah putih untuk pelat menyerap sekitar 34% untuk solder 31%.

1. Penambangan

Penambangan timah putih dilakukan dengan beberapa cara, yaitu semprot, penggalian dengan menggunakan excavator, atau menggunakan kapal keruk untuk penambangan endapan aluvial darat yang luas dan dalam serta endapan timah lepas pantai. Kapal keruk dapat beroperasi untuk penambangan cebakan timah aluvial lepas pantai yang berada pada kedalaman sekitar 15 meter sampai dengan 50. Penambangan menggunakan cara semprot dilakukan terutama pada endapan timah aluvial darat


dengan sebaran tidak luas dan relatif dangkal. Penambangan dengan menggunakan shovel/excavator dilakukan untuk menggali cebakan timah putih tipe residu, yang merupakan tanah lapukan bijih primer, umumnya berada pada lereng daerah perbukitan. Penambangan oleh masyarakat umumnya dilakukan dengan cara semprot. Banyak juga penambangan dalam sekala kecil terdiri dari satu atau dua orang, menggunakan peralatan sangat sederhana berupa sekop, saringan dan dulang, seperti penambangan oleh masyarakat di lepas pantai menggunakan sekop dengan panjang sekitar 2,5 meter, dan dilakukan pada saat air laut surut. Penambangan banyak dilakukan pada wilayah bekas tambang dan sekitarnya. Bahkan tailing yang semula dianggap sudah tidak ekonomis, kembali diolah untuk dimanfaatkan kandungan timah putihnya. Penambangan oleh masyarakat di lepas pantai selain menggunakan peralatan manual sederhana, menggunakan juga pompa hisap dan perahu.

2. Pengolahan

Untuk menghasilkan pasir timah kadar tinggi melalui beberapa tahapan proses pengolahan. Pasir timah di alam masih tercampur dengan butiran mineral-mineral lain. Timah dalam bentuk mineral kasiterit dipisahkan dari pengotor berupa mineral ringan dengan pemisahan fisik secara gravitasi. Pemisahan dilakukan dengan menggunakan sluice box, spiral, dan meja goyang. Pemisahan mineral bersifat magnetik dan bukan magnetik menggunakan separator magnetik. Pemisahan mineral bersifat konduktor dan bukan konduktor menggunakan separator tegangan tinggi. Proses untuk meningkatkan kadar bijih timah atau konsentrat yang berkadar rendah, dilakukan di Pusat Pencucian Bijih Timah (Washing Plant). Melalui proses tersebut bijih timah dapat ditingkatkan kadar (grade) Sn-nya dari 20 - 30% Sn menjadi 72% Sn untuk memenuhi persyaratan peleburan. Proses peningkatan kadar bijih timah yang berasal dari penambangan di lepas pantai maupun di darat diperlukan untuk mendapatkan produk akhir berupa logam timah berkualitas dengan kadar Sn yang tinggi dengan kandungan pengotor (impurities) yang rendah. Hasil pemisahan konsentrat, selain diperoleh kasiterit untuk dilebur, diperoleh juga mineral-mineral ikutan. Mineral-mineral terutama zirkon, monasit, ilmenit dan xenotim merupakan produk sampingan dari hasil pemisahan secara fisik yang mempunyai prospek ekonomi untuk dimanfaatkan. Pemisahan kasiterit dari pengotor, meningkatkan nilai ekonomi mineral ikutan tersebut, meskipun belum semua mineral ikutan, ekonomis untuk dimanfaatkan. Konsentrat hasil dari proses pemisahan mempunyai kadar Sn 72%, selanjutnya dilebur pada smelter timah putih. Bijih timah setelah dipekatkan lalu dipanggang sehingga arsen dan belerang dipisahkan dalam bentuk oksida-oksida yang mudah menguap. Kemudian bijih timah yang sudah dimurnikan itu direduksi dengan karbon. Timah cair yang terkumpul di dasar tanur kemudian dialirkan ke dalam cetakan untuk memperoleh timah batangan. Proses peleburan merupakan proses melebur bijih timah menjadi logam Timah. Untuk mendapatkan logam timah dengan kualitas yang lebih tinggi, maka harus dilakukan proses pemurnian terlebih dahulu dengan menggunakan suatu alat pemurnian


yang disebut crystallizer. Produk yang dihasilkan berupa logam timah dalam bentuk balok atau batangan. Produk yang dihasilkan juga dapat dibentuk sesuai permintaan.

11.4 Paduan Timah Putih

1. Timah Solder

Karakteristik timah solder ditentukan oleh dua faktor utama, yaitu komposisi campuran logam dan jenis flux yang terkandung didalam timah solder. Timah solder terbuat dari campuran lebih dari satu jenis logam, atau dikenal dengan istilah alloy. Dua jenis logam yang lazim digunakan dibidang elektronika adalah timah (Sn) dan timbal (Pb), dengan berbagai macam perbandingan campuran. Perbandingan campuran ini dinyatakan melalui angka persentase perbandingan timah/timbal (Sn/Pb), sebagai contoh 60/40 dan 63/37. Jenis logam lain, seperti perak (Ag) dan tembaga (Cu), juga dapat ditambahkan dalam jumlah kecil (dikisaran 1% - 2%) untuk mendapatkan sifat-sifat tertentu.Perbandingan campuran timah dan timbal mempengaruhi karakteristik timah solder, antara lain kekuatan sambungan solder, kelancaran aliran timah solder cair, titik lebur timah solder dan mekanisme perubahan wujud timah solder dari padat menjadi cair dan sebaliknya.

Kekuatan Sambungan Solder

Kekuatan sambungan solder dinyatakan melalui dua parameter, yaitu kekuatan tarik (tensile strength) dan kekuatan robek (shear strength). Kekuatan tarik dan robek timah solder dengan perbandingan campuran 60/40 adalah 52MPa dan 39MPa, sedangkan untuk perbandingan campuran 63/37 adalah 54MPa dan 37MPa.Dapat dilihat bahwa perbedaan kekuatan sambungan solder antara timah solder dengan perbandingan campuran 60/40 dan 63/37 tidaklah signifikan. Kedua perbandingan campuran ini, dari sudut kekuatan sambungan solder yang dihasilkan, cocok untuk digunakan dibidang elektronika. Perlu ditambahkan bahwa kekuatan dan kualitas sambungan solder dapat ditingkatkan dengan menambahkan campuran logam perak dalam jumlah kecil (berkisar diantara 1% - 2%).

Flux

Flux merupakan bagian yang tak terpisahkan dari proses penyolderan. Flux adalah senyawa yang bersifat korosif dan berfungsi untuk menghilangkan lapisan oksidasi dari permukaan benda yang disolder, mencegah pembentukan lapisan oksidasi baru saat disolder dan menurunkan ketegangan permukaan (surface tension) timah solder cair.Lapisan oksidasi menghalangi timah solder membasahi permukaan benda yang disolder, akibatnya adalah sambungan solder tidak menempel, atau dikenal dengan istilah cold joint. Sedangkan ketegangan permukaan yang lebih rendah akan memudahkan timah solder cair untuk mengalir membasahi permukaan benda yang disolder. Akibat lain dari kesalahan penggunaan flux adalah timah solder cair lengket dan tertarik oleh ujung alat solder, sehingga sambungan solder tidak rata dan berujung runcing.

Jenis-Jenis Flux


Flux, berdasarkan jenisnya, dapat digolongkan kedalam dua kategori, yaitu rosin dan senyawa asam (acid). Rosin terbuat dari getah pohon pinus atau konifer yang telah dibersihkan dan diolah. Flux senyawa asam haruslah dicuci bersih setelah proses penyolderan. Jika tidak, sisa flux yang tertinggal dan bersifat korosif akan merusak sambungan solder, kaki komponen dan permukaan papan cetak. Flux jenis ini juga bersifat menarik uap air dari udara sekitar (hygroscopic) dan jika dibiarkan akan menyebabkan arus pendek pada rangkaian elektronika.

Rosin, disisi lain, hanya aktif bekerja saat dipanaskan dengan alat solder. Setelah proses penyolderan selesai, flux rosin yang telah dingin kembali menjadi tidak aktif, tidak konduktif dan tidak korosif, sehingga dapat dibiarkan tinggal dipermukaan sambungan solder dan papan cetak tanpa perlu dicuci (no-clean flux). Selain flux rosin alami yang berasal dari getah pohon pinus, juga terdapat flux rosin buatan (synthetic rosin) dengan karakteristik menyerupai flux rosin alami.

Flux juga dapat dikategorikan berdasarkan tingkat keaktifannya, yaitu tidak aktif (inactive), aktif ringan (mildly active), aktif (active) dan sangat aktif (highly active). Flux tidak aktif hanya mencegah terbentuknya lapisan oksidasi baru saat sedang disolder. Sedangkan flux lainnya, selain mencegah, juga dapat membersihkan lapisan oksidasi yang telah terbentuk. Flux yang lebih aktif mampu membersihkan lapisan oksidasi yang lebih tebal dan noda-noda lain. Akan tetapi karena bersifat lebih korosif, flux jenis ini harus dibersihkan setelah proses penyolderan.

Kaki-kaki komponen elektronika yang baru lazimnya telah dilapisi dengan timah solder (tinned) dan dalam keadaan bersih. Oleh sebab itu, tidak diperlukan flux yang terlalu aktif. Flux yang tepat untuk digunakan dibidang elektronika adalah jenis rosin atau rosin sintetik aktif ringan yang tidak perlu dibersihkan (no-clean flux).

Flux Tambahan

Timah solder, terutama yang digunakan dibidang elektronika, sudah mengandung flux yang diisikan kedalam sejumlah saluran ditengah-tengah kawat timah solder (multi-core). Jumlah flux yang terkandung di dalam timah solder jenis ini biasanya berkisar diantara 1% - 4%, tergantung kepada jenis flux-nya. Jumlah saluran yang lebih dari satu ditujukan untuk memperbaiki dan meratakan penyebaran flux keseluruh permukaan benda yang disolder.

Flux tambahan juga tersedia dipasaran dan dapat dipakai jika benda yang disolder terlalu kotor dan timah solder cair gagal menempel. Akan tetapi, sebelum memutuskan untuk menggunakan flux tambahan, usahakan terlebih dahulu untuk membersihkan permukaan benda yang kotor dengan menggunakan sabut nilon atau ampelas yang sangat halus. Jika penggunaan flux tambahan tidak bisa dihindarkan, pastikan sisa-sisa flux dibersihkan setelah proses penyolderan.

1. Perunggu (Brons)

Paduan ini dikenal oleh manusia sejak lama sekali. Perunggu merupakan paduan antara Cu dan Sn dalam arti yang sempit. Tetapi dalam arti yang luas perunggu berarti paduan


Cu dengan unsure logam lainnya selain dari Zn. Dibandingkan dengan tembaga murni dan kuningan perunggu merupakan paduan yang mudah dicor dan mempunyai kekuatan yang lebih tinggi, demikian juga ketahanan ausnya dan ketahanan korosinya oleh karena itu banyak dipergunakan untuk berbagai komponen mesin, bantalan, pegas, corak artistic,dsb.

2. Perunggu timah putih

Sn adalah lebih mahal dari kuningan. Oleh karena itu kuningan dipergunakan sebagai bahan baku dan selanjutnya bahan yang dicampur 4-5% Sn dipergunakan untuk keperluan khusus sedangkan hampir semua paduan perunggu ini dalam industry dipakai dalam bentuk coran. Brons timah putih mempunyai sejarah yang lama sehingga dari penggunaannya paduan dasar dengan 8-12 % Sn dinamakan Gun Metal, paduan dengan 10% Sn dan 23 % Sn dinamakan Admiralty Gun Metal, sedangkan yang mengandung 18-23% Sn disebut ”Brons Bell” dan paduan yang mengandung 30-32% disebut ‘Brons kaca’.

3 Perunggu Posfor (brons posfor)

Pada paduan tembaga posfor berguna sebagai penghilang oksida, oleh karena itu penambahan posfor 0,05-0,5% pada paduan memberikan kecairan logam yang lebih baik. Brons posfor mempunyai sifat-sifat lebih baik dalam keelastisannya, kekuatan dan ketahanan terhadap aus. Ada tiga macam brons posfor yang dipergunakan dalam industry yaitu brons biasa yang tidak mempunyai kelebihan P yang tidak dipakai dalam proses menghilangkan oksida, brons posfor untuk pegas dengan kadar 0,05-0,15% yang ditambahkan kepada brons yang mengandung Sn kurang dari 10% dan brons posfor untuk bantalan yang mengandung 0,3-1,5% P ditambahkan kepada brons yang mengandung lebih dari 10% Sn.

4. Brons Aluminium

Paduan yang dipergunakan dalam industry mengandung 6-7% Al dipergunakan untuk pabrikasi dan paduan dengan 9-10% Al dipergunakan untuk coran. Paduan ini mempunyai kekuatan yang baik dari pada brons timah putih dengan sifat mampu bentuk yang lebih dan ketahanan korosi yang baik, sehingga pengunaannya lebih luas. Tetapi mampu cornya kurang baik sehingga memerlukan teknik yang khusus pada pengecorannya.

5. Perunggu Bebas Seng

Perunggu bebas seng dinamakan juga perunggu tulen atau perunggu timah, yaitu perunggu tuang dari Cu ditambah 10%, 14%, atau 20% Sn tanpa campuran tambahan lain. Bahan itu digunakan untuk pentil yang harus mempunyai syarat tinggi terhadap korosi dan ketangguhan (10% Sn). Selain itu juga untuk bantalan-bantalan yang harus mempunyai syarat-syarat tinggi untuk sifat luncur (14% Sn) dan untuk bantalan-bantalan tekan dengan syarat tinggi untuk kekerasan (20% Sn).

6. Perunggu Bebas Seng Paduan Kepal


Mempunyai 1,5% sampai setinggi-tingginya 10% timah putih dan selain itu fosfor dalam persentase yang sangat kecil, yaitu setinggi-tingginya 0,35. Campuran ini dahulu dinamakan perunggu fosfor. Dipakai untuk profil-profil, batang-batang, kawat, pelat, dan pipa-pipa yang dicanai dan ditarik.

7. Perunggu Seng

Perunggu seng ialah perunggu tembaga timah dengan tambahan seng 2% sampai 7%. Bahan itu dipakai terutama untuk bantalan-bantalan (campuran tuang).

8. Perunggu silicon

Perunggu silicon baik sebagai paduan tuang maupun paduan kepal mempunyai kadar Si 0,5% samapai 4,5%. Selain dari itu ada bahan-bahan tambahan dari timah, nikel, mangan, besi, dan seng dalam bermacam-macam persenyawaan. Sebagian dapat dijadikan misalnya cupoder yang mempunyai tahan tarik dan kekerasan yang tinggi.

9. Perunggu Timbel

Perunggu timbel mempunyai kadar timbel (Pb) 5-35%. Jika perlu dengan tambahan Sn dan Ni sebagai blok-blok bantalan yang berupa lapisan tipis dalam bus bantalan.

11.5 Bahaya Timah

Makin tinggi kandungan timah di dalam darah pada usia 30 bulan, makin buruk kemampuan membaca, menulis dan mengeja yang dicapai anak dalam Standard Assessment Tests (SATS) --ujian standard yang diakui bagi kelompok usia tersebut di Inggris.Prilaku buruk dan hiperaktif juga lebih umum pada anak yang memiliki kandungan timah lebih tinggi di dalam darah saat masih bayi."Timah adalah racun yang telah berada di lingkungan hidup selama 5.000 tahun belakangan dan tetap menjadi bahaya global bagi kesehatan," tulis Alan Emond dan rekannya di dalam jurnal "Archives of Disease in Childhood"."Pajanan (exposure) terhadap timah mungkin berinteraksi dengan faktor lain lingkungan hidup yang berkaitan dengan kerugian pendidikan sehingga menimbulkan dampak kumulatif jangka panjang,"kata mereka.Jejak keamanan saat ini ialah 10 mikrogram timah per deciliter darah --tingkat yang disarankan oleh U.S. Centers for Disease Control and Prevention pada 1991-- tapi sebagian ahli prihatin jejak itu terlalu tinggi. Kandungan timah yang melebihi tingkat tersebut dipandang sebagai mengkhawatirkan.

Organisasi Kesehatan Dunia (WHO) memperkirakan separuh anak yang berusia di bawah lima tahun dan tinggal di kota besar serta kecil di seluruh dunia memiliki kandungan timah di atas 10mikrogram per deciliter darah.Para peneliti tersebut memperingatkan bahwa keracunan timah adalah "bahaya yang berlanjut" dan menyerukan penetapan jejak keselamatan baru ditetapkan sebanyak 5 mikrogram per deciliter darah. Dengan kandungan timah sampai batas itu, "tak ada


dampak nyata pada kemampuan intelektual atau prilaku yang tampak", kata mereka. Namun tingkat antara 5 dan 10 mikrogram berkaitan dengan prestasi yang lebih buruk dalam membaca (49 persen lebih rendah) dan menulis (51 persen lebih rendah).

Kristal cassiterite bijih timah Struktur cassiterite

Gambar 11.1 Kristal dan Struktur Bijih Timah Putih

Rumus kimia : SnO2 Warna : ungu, anggur, hitam, cokelat kemerahan atau kuning Skala Mohs : 6-7 Bobot 6,4-7,1 Karakteristik lain indeks bias tinggi sekitar 2,0

Kesimpulan

1. Timah tidak terjadi secara alami dengan sendirinya, harus diambil dari senyawa dasar.

2. Mineral yang terkandung didalam bijih timah umumnya mineral utama, yaitu cassiterite.

3. Logam timah putih bersifat mengkilap, mudah dibentuk dan dapat ditempa (malleable), tidak mudah teroksidasi dalam udara sehingga tahan karat.

4. Timah banyak digunakan untuk pelapis / pelindung logam lain agar tahan karat, dapat membuat logam campur seperti perunggu (paduan Cu,Sn) dan solder (paduan Sn, Pb), industri farmasi, gelas, agrokimia, pelindung kayu, penahan kebakaran, dan bahan kerajinan untuk cendera mata.

5. Ada 3 cara untuk memperoleh timah, yaitu penggalian dengan excavator, penggunaan kapal keruk, dan penggunaan pompa semprot (gravel pump).

6. Tahapan proses pengolahan timah, yaitu : penambangan dari alam, pemisahan bijih timah dari mineral lain, pencucian bijih timah, peleburan, dan pemurnian timah untuk mendapatkan timah dengan kualitas yang tinggi.

7. Dosis aman kandungan timah dalam tubuh ialah <5 mikrogram timah per deciliter darah.


BAB XII POLIMER TERMOSETTING


1. Mahasiswa mampu memahami sifat-sifat fisik, kimia dan mekanik polimer termosetting

2. Mahasiswa mampu memahami jenis-jenis polimer termosetting dan penggunaannya


1. Mahasiswa dapat memahami sifat-sifat fisik, kimia dan mekanik polimer thermosetting

2. Mahasiswa dapat memahami jenis-jenis polimer termosetting dan penggunaannya

12.1 Pendahuluan

Penemuan ebonit atau karet keras, pada tahun 1839 oleh Charles Goodyear dan penemuan seluloid oleh J.W. Hyatt sekitar 1869 merupakan awal perkembangan industri plastik. Pada tahun 1909 bahan yang paling penting yaitu resin fenol formaldehida dikembangkan oleh kelompok yang dipimpin Dr. L.H. Baekeland.

Setelah itu penelitian bahan sintetis meningkat dengan cepat dan mulai dikembangkan bahan buatan dengan berbagai sifat fisik. Resin urea-formaldehid dan melamin-formaldehida muncul beberapa tahun kemudian (berturut-turut, pada awal 1920-an dan 1930-an) berdasarkan suatu pengamatan, memperlihatkan bahwa 70% dari semua polimer termoset yang diproduksi terdiri dari polimer-polimer fenol-, urea-, dan melamin-formaldehida.

Pemakaian bahan plastik di Indonesia, baik untuk keperluan industri, rumah tangga, pengemasan, dan keperluan lainnya meningkat dengan cepat sekitar 1970-an. Istilah plastik mencakup semua bahan sintetik organik yang berubah menjadi plastis setelah dipanaskna dan mampu dibentuk di bawah pengaruh tekanan. Bahan ini secara bertahap mulai menggantikan gelas, kayu, dan logam di bidang industri bangunan dan digunakan juga sebagai peelapis dan serat untuk tekstil.

Plastik dapat dibagi dalam dua kelompok yaitu plastik jenis termosetting dan jenis temoplastik. Polimer termosetting terdiri dari resin fenol, resin urea formaldehid, resin melamin formaldehid, poliester, resin epoksi, dan resin poliuretan. Pada waktu pemberian bentuknya plastik termosetting memerlukan panas dengan atau tanpa tekanan


dan menghasilkan produk yang tetap keras. Mula-mula panas yang diberikan melunakkan bahan plastiknya akan tetapi panas tambahan atau bahan kimia khusus akan menimbulkan perubahan kimiawi yang disebut polimerisasi dan sesudah itu plastik tidak dapat dilunakkan lagi. Polimerisasi adalah suatu proses kimia yang menghasilkan susunan baru dengan berat molekul yang lebih besar dari bahan semula.

Fenol formaldehid adalah resol resin yang memiliki kegunaan yang sangat luas dalam bidang teknik kimia, mulai dari insulasi thermal hingga sebagai bahan adhesif dalam industri kayu. Resin ini memiliki keunggulan sifat fisis yaitu tingginya resistansi terhadap kelembapan dan cuaca, yang selanjutnya berguna dalam penggunaan pada konstruksi luar dan lembab. Sekarang, telah dikembangkan teknologi-teknologi baru untuk memproduksi bahan adhesif kayu dari bio oil. Resol resin dibuat dengan mereaksikan anatara fenol dengan formaldehid, dimana 50% dari fenol yang bereaksi disubstitusi oleh fraksi fenol.

Fenol formaldehid merupakan resin sintetis yang pertama kali digunakan secara komersial baik dalam industri plastik maupun cat (surface coating). Phenol formaldehid dihasilkan dari reaksi polimerisasi antara phenol dan formaldehid. Reaksi terjadi antara phenol pada posisi ortho maupun para dengan formaldehid untuk membentuk rantai yang crosslinking dan pada akhirnya akan membentuk jaringan tiga dimensi (Hesse, 1991).

Resin urea-formaldehid merupakan produk yang sangat penting saat ini di bidang plastik,.pelapisan dan perekat. Hasil reaksi antara urea dan formaldehida adalah resin yang termasuk ke dalam golongan thermosetting, artinya mempunyai sifat tahan terhadap asam, basa, tidak dapat melarut dan tidak dapat meleleh.

Di bidang plastik, resin urea formaldehid merupakan bahan pendukung resin fenolformaldehid yang penting karena dapat memberikan warna-warna terang. Selain itu, laju pengerasan pada temperatur kamar yang cepat membuat resin ini cocok digunakan sebagai perekat. Reaksi antara urea dan formaldehid yang menghasilkan resin urea-formadehid merupakan salah satu contoh reaksi polimerisasi yang dapat dipelajari dengan mudah dan sederhana di laboratorium.

Definisi Resin Phenol Formaldehide

Phenol formaldehid termasuk kelompok resin sintetis yang dihasilkan dari reaksi polimerisasi antara phenol dengan formaldehid. Phenol formaldehid dapat diaplikasikan sebagai vernis karena dapat membentuk lapisan film yang kering.

Resin Fenol Formaldehid termasuk polimer thermoset. Polimer Thermoset memiliki perilaku sebagaimana logam yang getas, gelas, atau keramik sebagai akibat dari struktur rantai molekulnya yang kaku dengan ikatan kovalen membentuk jejaring 3 dimensi. Pada saat polimerisasi jejaring terbentuk lengkap dan terbentuk kaitan silang tiga dimensi secara permanen.

Proses pembentukan tidak bersifat irreversible. Tidak seperti halnya polimer thermoplastik, thermoset tidak memiliki Tg (temperatur transisi gelas yang jelas.


Kekuatan dan kekerasan dari thermoset pun tidak banyak dipengaruhi oleh kenaikan temperatur dan laju deformasi.

12.2 Sifat-Sifat Polimer Termosetting

Sifat produk akhir berbeda terutama karena rumusan bahan mentahnya, jenis dan banyaknya katalis, pengisi, dan pemilihan medium dalam hal resin fenol. Keuntungannya adalah sebagai berikut :

1. Mudah dibentuk, dan menguntungkan dalam kestabilan dimensi. Kurang penyusutannya dan kurang keretakannya.

2. Unggul dalam sifat isolasi listrik.3. Relatif tahan panas dan dapat padam sendiri.4. Unggul dalam ketahanan asam

Kerugiannya adalah sebagai berikut :

1. Kurang tahan terhadap alkali2. Aslinya agak berwarna, jadi tak bebas dalam pewarnaan3. Ketahanan busur listriknya tidak baik

12.3 Jenis-Jenis Resin Phenol Formaldehide

Berdasarkan perbandingan mol reaktan dan jenis katalis yang digunakan, resin phenol formaldehid dibagi menjadi 2 jenis yaitu novolak dan resol. Resol merupakan hasil reaksi antara phenol dengan formaldehid berlebih dengan adanya katalis basa. Jenis katalis basa yang sering digunakan adalah natrium hidroksida dan ammonium hidroksida pada pH = 8-11.

Produk phenol formaldehid yang dihasilkan dengan katalis natrium hidroksida akan mempunyai sifat larut dalam air dan apabila katalis yang digunakan ammonium hidroksida akan memberikan sifat tidak larut dalam air yang dikarenakan terbentuk bis dan tris hydroksylbenzylamin (Martin, 1956).

Novolak merupakan hasil reaksi antara phenol berlebih dengan formaldehid oleh adanya katalis asam. Jenis katalis asam yang sering digunakan adalah asam sulfat, asam klorida, dan asam oksalat dengan konsentrasi rendah.

Hasil reaksi akan membentuk produk yang termoplast dengan berat molekul 500 - 900. Agar novolak menjadi bersifat termoset maka membutuhkan pemanasan dan penambahan crosslinking agent (Frisch, 1967).

Pada novolak, reaksi polikondensasi dapat berlangsung sempurna sampai membentuk rantai dengan struktur methylene link dan phenol terminate tanpa adanya gugus fungsional dan tidak dapat cure dengan sendirinya.


Pada suasana asam, reaksi kondensasi (pembentukan jembatan methylene) berjalan cepat dibanding pembentukan gugus methylol.


Besarnya pH dalam reaksi akan mempengaruhi kecepatan dan waktu reaksi pembentukan polimer. Pada jenis novolak, reaksi berlangsung pada suasana asam.

Pada suasana asam, reaksi addisi yaitu pembentukan gugus methylol akan berjalan lambat sedangkan reaksi kondensasi yaitu pembentukan jembatan methylen berjalan cepat sehingga produk yang terbentuk bersifat termoplastis.

1. Aplikasi Penggunaan Resin Phenol Forlmaldehide

Bentuk yang rumit dapat dicetak. Digunakan untuk komponen dalam bidang listrik dan komunikasi. Tabel di bawah ini menunjukan jenis, karakteristik dan penggunaan.

Tabel 12.1 Karakteristik Dan Penggunaan Polimer Termosetting


Jenis Dasar Karakteristik Penggunaan

Umum Bubuk kayu atau bubuk tanaman

Murah, isolasi listrik yang baik.

Alat listrik secara umum soket dst.

Isolasi listrik

Bubuk kayu atau bubuk tanaman

Sifat listrik dan tahan air serta sifat mekanisnya cukup baik

Komponen yang isolasi listriknya diperlukan, untuk alat komunikasi, otomotif dan mesin lainnya.

Isolasi frekuensi tinggi

Anorganik Sifat listrik yang sangat baik terutama untuk frekuensi tinggi

Komponen untuk alat komunikasi tanpa kabel, jaringan listrik frekuansi tinggi.

Mesin-mesin listrik

Bubuk kertas dan bahan berserat lainnya.

Sifat listrik dan mekaniknya baik, terutama kekuatan impaknya.

Komponen mesin-mesin listrik (kotak, tutup dan komponen lainnya untuk operasi mekanik)

Tahan panas

Asbes dan bahan anorganik lainnya.

Tahan panas, baik untuk penggunaan komponen tahan bakar dan tahan busur listrik.

Komponen untuk kapal laut, kereta api, dan peralatan listrik berat.

Selain hal di atas, resin fenol juga kadang-kadang digunakan sebagai resin tukar ion ketika gugus-gugus fungsional yang lain hadir, juga dipakai sebagai lak dan pernis, senyawa cetakan, bahan laminating (teristimewa untuk panel dinding dekorasi dan taplak meja, dan bahan perekat (khususnya untuk kayu lapir dan particle board).

2. Penggunaan Resin Phenol Forlmaldehid Sebagai Vernis

Novolak yang bersifat termoplast dan resol yang bersifat termoset. Jenis novolak dibuat pada suasana asam dengan penambahan HCl, suhu 90 oC, dan waktu reaksi 5 jam, sedangkan jenis resol dibuat pada suasana basa dengan penambahan NaOH, suhu 80 oC dan waktu reaksi 3 jam. Hasil resin phenol formaldehid diaplikasikan sebagai vernis pada kayu jati. Hasil penelitian menunjukkan bahwa dengan bertambahnya pH dan perbandingan reaktan, waktu kering semakin lama. Kondisi optimum jenis novolak diperoleh pada pH 2,5 dan perbandingan reaktan 1 : 0,8, sedangkan untuk jenis resol dicapai pada pH 10 dan perbandingan mol reaktan 1 : 2.

Aplikasi jenis novolak sebagai vernis kayu menghasilkan warna yang lebih cerah (tingkat gloss tinggi) dibanding dengan jenis resol.

Tabel 12.2 Hubungan pH dan perbandingan reaktan terhadap waktu kering


(Jenis novolak

) pH

Waktu kering (jam)

P:F = 1:0,5 P:F = 1:0,75 P:F = 1:0,8 P:F = 1:0,85 P:F = 1:0,9

1 1.5 2.5 2.25 4 5.5 2 1.5 3 4 12 24

2,5 2 4 5.25 12 48 3 4,25 5 16 24 72 4 24 24 24 48 72

Dari data tabel 12.2 dapat dilihat bahwa dengan semakin tinggi pH reaksi, waktu kering vernis semakin lama. Dengan naiknya pH maka kecepatan reaksi kondensasi semakin lambat, semakin naik pH maka rantai yang dibentuk semakin bercabang sehingga BM polimer bertambah besar. Perbandingan reaktan (rasio mol phenol : formaldehid) akan berpengaruh pada properties produk dan struktur polimer yang dihasilkan.

Tabel 12.2 juga menunjukkan bahwa semakin tinggi perbandingan reaktan (P:F), waktu kering vernis semakin lama. Semakin tinggi perbandingan P:F maka struktur rantai yang dibentuk semakin kompleks (mulai dari short chain polimers hingga high cross-linked polymers). Semakin besar BM senyawa resin yang dihasilkan, mengakibatkan waktu kering semakin lama. Karena rasio Formaldehid kurang dari satu mol per mol phenol maka walaupun mempunyai fungsionalitas yang cukup namun tidak mampu untuk membentuk produk yang termoset tetapi membentuk produk yang termoplast dengan berat molekul 500-900. Agar novolak menjadi bersifat termoset maka dibutuhkan pemanasan dan penambahan crosslinking agent (Frisch, 1967).

Pada jenis resol, reaksi berlangsung pada suasana basa. Pada suasana basa reaksi addisi berjalan dengan cepat sedangkan reaksi kondensasi (pembentukan jembatan methylen) berjalan lambat sehingga produk yang terbentuk bersifat termoset.

Tabel 12.3 Hubungan pH dan perbandingan reaktan terhadap waktu kering

(Jenis resol) pH

Waktu kering (jam) P:F = 1:1,25 P:F = 1:1,5 P:F = 1:2 P:F = 1:2,5 P:F = 1:3

9 0.5 0.75 1 1.25 1.5 10 1 1.25 1.25 1.75 1.75 11 1.5 1.67 1.67 2.25 2.25 12 2.25 2.42 2.42 3.25 3.25 13 2.5 2.87 2.87 4 4

Tabel 12.3 menunjukkan bahwa pengaruh pH dan perbandingan reaktan terhadap waktu kering vernis tidak berbeda dengan yang terjadi pada jenis novolak. Namun waktu kering vernis jenis resol lebih cepat dibanding dengan jenis novolak, karena resin jenis novolak mempunyai sifat termoplast, sedangkan resol mempunyai sifat termoset.


Nilai gloss merupakan pengamatan secara visual hasil refleksi dari permukaan suatu bahan. Semakin tinggi nilai gloss, maka permukaan bahan yang dilapisi akan semakin mengkilap. Oleh karena itu sering kali nilai gloss dapat digunakan untuk menggambarkan kualitas dari vernis. Tabel 3 dan 4 menggambarkan hasil pengukuran gloss dari resin phenol formaldehid yang digunakan sebagai vernis pada kayu jati.

Tabel 12.4 Hubungan pH dan perbandingan reaktan terhadap Nilai Gloss

(Jenis novolak)

pH

Nilai Gloss (%) P:F = 1:0,5

P:F = 1:0,75 P:F = 1:0,8 P:F = 1:0,85 P:F = 1:0,9

1 52,7 60,5 73,1 60 60 2 60,4 71 75 70,5 63

2,5 67,6 70,5 78,4 64,7 63 3 60,1 58,5 63,5 54,8 57,2 4 43,3 50,5 50 48,1 45

Tabel 12.5 Hubungan pH dan perbandingan reaktan terhadap Nilai Gloss

(Jenis resol)

pH

Nilai Gloss (%) P:F = 1:1,25 P:F = 1:1,5 P:F = 1:2 P:F = 1:2,5 P:F = 1:3

9 7,5 8,5 21,5 15 6,8 10 8 12 26,6 18,8 7 11 6 5,6 12 7,3 4,6 12 3,9 3,4 9,5 4,7 2,5 13 3 3,2 8,6 2,7 2

Data hasil penelitian menunjukkan bahwa tingkat gloss tertinggi pada jenis novolak diperoleh pada pH 2,5 (tabel 12.4), sedangkan pada resol diperoleh pada pH 10 (tabel 12.5). Pada pH semakin tinggi, selain formaldehid bereaksi dengan phenol membentuk resin phenol formaldehid, formaldehid juga akan mengadakan reaksi canizzaro menghasilkan asam formiat dan methanol sehingga reaksi polimerisasi akan berjalan lambat dan tingkat gloss menjadi turun. Pengaruh perbandingan reaktan terhadap nilai gloss menunjukkan bahwa nilai gloss tertinggi untuk novolak diperoleh pada perbandingan mol phenol : formaldehid 1:0,8 (tabel 12.4), sedangkan untuk resol pada perbandingan 1:2 (tabel 4). Nilai gloss novolak lebih tinggi dibanding resol.

Tabel 12.6 Perbandingan P:F terhadap warna vernis

Resol Novolak


P:F Warna P : F Warna 1:1,25 Merah kecoklatan 1:0,5 Kuning kecoklatan 1:1,5 Merah kekuningan 1:0,75 Kuning kecoklatan 1:2 Merah kekuningan 1:0,8 Kuning kecoklatan

1:2,5 Merah kecoklatan 1:0,85 Kuning kecoklatan 1:3 Merah kecoklatan 1:0,9 Kuning kemerahan

Tabel 12.6 menunjukkan hasil warna kayu jati yang telah divernis dengan vernis jenis novolak dan resol dari berbagai perbandingan phenol dan formaldehid. Vernis jenis resol yang memberikan warna yang lebih tua dibanding dengan vernis jenis novolak

12.4. Difinisi Resin Urea Formaldehide

Resin urea-formaldehid adalah salah satu contoh polimer yang merupakan hasil kondensasi urea dengan formaldehid. Polimer jenis ini banyak digunakan di industri untuk berbagai tujuan seperti bahan adhesif (61%), papan fiber berdensitas medium (27%), hardwood plywood (5%) dan laminasi (7%) pada produk furnitur, panel dan lain-lain.

Urea-formaldehid (dikenal juga sebagai urea-metanal) adalah suatu resin atau plastik thermosetting yang terbuat dari urea dan formaldehid yang dipanaskan dalam suasana basa lembut seperti amoniak atau piridin. Resin ini memiliki sifat tensile-strength dan hardness permukaan yang tinggi, dan absorpsi air yang rendah.

Reaksi urea-formaldehid merupakan reaksi kondensasi antara urea dengan formaldehid. Pada umumnya reaksi menggunakan katalis hidroksida alkali dan kondisi reaksi dijaga tetap pada pH 8-9 agar tidak terjadi reaksi Cannizaro, yaitu reaksi diproporsionasi formaldehid menjadi alkohol dan asam karboksilat. Untuk menjaga agar pH tetap maka dilakukan penambahan ammonia sebagai buffer ke dalam campuran.

1. Sifat Mekanik Resin Urea Formaldehide

• Memiliki massa jenis 1,47 - 1,52 (g/cm3)• Kekuatan tarik 4,2 - 9,1 (kgf/mm2)

• Perpanjangan 0,4 – 1,0 %• Modulus elastik 7 – 10,5 (kgf/mm2 x 102)

• Kekuatan tekan 17,5 – 31 (kgf/mm2 )

• Kekuatan lentur 7 – 11,2 (kgf/mm2 )

• Kekerasaan Rockwell dengan harga M110 – M120• Koefisien pemuaian panjang 2 – 4 (oC x 10-5)• Koefisien hantaran panas 7 – 10 (kal/det/cm2/(oC/cm) x 10-4)

• Ketahanan panas 75 oC • Penembusan cahaya tampak pada Resin Urea sekitar 65%

2. Bahan Baku Pembuatan Resin Urea

a. Bahan Baku


Bahan baku yang digunakan dalam membuat resin urea-formaldehid adalah urea dan formaldehid (formalin). Urea diproduksi secara besar-besaran melalui sintesis amoniak dan karbondioksida. Kedua reaktan ini dicampurkan pada tekanan tinggi menghasilkan ammonium karbamat. Amonium karbamat selanjutnya dipekatkan pada evaporator vakum menghasilkan urea.

2NH3 + CO2 NH4CO2NH2 H2N – CO – NH2

Formaldehid atau metanal adalah anggota senyawa aldehida yang pertama. Pada kondisi ruangan, formaldehid murni berada dalam fasa gas. Karena itu formaldehid disimpan dalam bentuk larutan yang mengandung 37% hingga 50% berat HCHO. Formaldehid diproduksi secara besar besaran melalui reaksi oksidasi gas alam (metana) atau hidrokarbon alifatik ringan.

Reaksi Urea dan Formaldehid

Reaksi antara urea dan formaldehid dengan katalis basa dapat menghasilkan mono-metilol urea sebagai monomer reaktan reaksi pembentukan polimer urea-formaldehid. Basa yang digunakan dapat berupa barium hidroksida ataupun kalium hidroksida.

Dimetilol urea juga dapat dibuat dengan cara yang sama tetapi menggunakan dua buah molekul formaldehid. Baik mono-metilol urea maupun dimetilol urea larut dalam air sehingga reaksi pembentukannya dilaksanakan dalam fasa pelarut air. Tahap reaksi pembentukan mono-metilol urea dan dimetilol-urea biasa dikenal dengan sebutan tahap pembuatan intermediate. Kondensasi lanjut akan menghasilkan jembatan metilen antara dua molekul urea.

Jenis kondensasi ini dapat berlanjut terus menghasilkan rantai lurus.

Reaksi penggabungan dua buah mono-metilol urea menghasilkan suatu molekul air. Apabila air tersebut dikeluarkan dari sistem reaksi, maka kesetimbangan reaksi akan bergeser ke arah pembentukan polimer. Reaksi urea dan formaldehida pada pH di atas 7 adalah reaksi metiolasi, yaitu reaksi adisi formaldehida pada gugus amino dan amido dari urea, menghasilkan metilol urea. Turunan-turunan metilol merupakan monomer


reaktan reaksi polimerisasi kondensasi. Mula-mula polimer yang dihasilkan masih berupa polimer rantai lurus dan larut dalam air. Semakin lanjut reaksi berlangsung, reaksi polimerisasi membentuk polimer tiga dimensi dan kelarutannya dalam air semakin berkurang. Pada proses curing, reaksi kondensasi tetap berlangsung terus dan polimer membentuk rangkaian tiga dimensi yang sangat kompleks sehingga terbentuk thermosetting resin. Hasil dan laju reaksi, sangat dipengaruhi oleh faktor-faktor : perbandingan jumlah mol reaktan, katalis (pH sistem reaksi), temperatur, dan waktu reaksi. Kondisi reaksi ini sangat menentukan jenis produk yang dihasilkan, sehingga pada kondisi yang berbeda akan dihasilkan prouduk yang mempunyai sifat fisik, kimia dan mekanik yang berbeda pula. Karena itu kondisi operasi ditentukan oleh produk akhir yang dikehendaki. Pada prinsipnya pembuatan produk-produk urea-formaldehid dapat dilaksanakan dalam beberapa tahap berikut ini :

1. Tahap pembuatan intermediate, yaitu sampai diperoleh resin yang masih berupa cairan atau yang larut dalam air/pelarut lain.

2. Tahap persiapan (preparation sebelum proses curing), yaitu penambahan bahan-bahan lain seperti filler dll.

3. Tahap curing, yaitu proses terakhir yang dipengaruhi oleh katalis, panas dan tekanan tinggi. Pada proses ini, resin diubah menjadi resin thermosetting.

b. Faktor-faktor yang Mempengaruhi Reaksi Urea-Formaldehid

KatalisPenggunaan katalis pada suatu reaksi akan meningkatkan laju reaksi tersebut. Begitu juga yang terjadi pada reaksi urea-formaldehid ini. Laju reaksinya akan meningkat jika digunakan katalis. Katalis yang diguanakan pada percobaan ini adalah NH4OH karena reaksi ini berlangsung pada kondisi basa.

TemperaturKenaikan temperatur selalu mengakibatkan peningkatan laju suatu reaksi. Namun, kenaikan temperatur ini dapat mempengaruhi jumlah produk yang terbentuk, bergantung pada jenis reaksi tersebut (eksoterm atau endoterm). Oleh karena itu, diperlukan suatu optimasi untuk mencapai hasil yang diinginkan. Kenaikan temperatur juga dapat menurunkan berat molekul (Mr) resin urea-formaldehid. Hal tersebut dikarenakan adanya pembentukan pusat-pusat aktif yang baru, sehingga memperkecil ukuran molekul resin.

Waktu ReaksiJumlah dan sifat produk yang dihasilkan dari suatu reaksi juga dipengaruhi oleh waktu reaksi. Makin lama waktu reaksi, jumlah produk yang dihasilkan makin banyak akibatnya, resin yang dihasilkan akan berkadar tinggi dan memiliki Mr tinggi.

4. Kegunaan Resin Urea Formaldehide

Resin urea sendiri lebih jelek dari pada resin fenol dalam hal ketahanan air dan ketahanan terhadap penuaan,karena itu beberapa bahan lain ditambahkan, untuk memperbaiki sifat sifat tersebut.


Bila benda cetakan kaku,tahan terhadap pelarut dan busur listrik,jernih dan dapat diwarnai secara bebas,maka bahan ini digunakan untuk barang barang kecil yang diperlukan sehari hari seperti pelindung cahaya , soket , alat alat listrik ,kancing , tutup wadah , kotak , baki , dan wadah.beberapa permasalahan masih terdapat dalam resin ini ketahanan air dan ketahanan penuaan.

Urea-formaldehid resin adalah hasil kondensasi urea dengan formaldehid. Resin jenis ini termasuk dalam kelas resin thermosetting yang mempunyai sifat tahan terhadap asam, basa, tidak dapat melarut dan tidak dapat meleleh. Polimer termoset dibuat dengan menggabungkan komponen-komponen yang bersifat saling menguatkan sehingga dihasilkan polimer dengan derajat cross link yang sangat tinggi. Karena sifat-sifat di atas, aplikasi resin urea-formaldehid yang sangat luas sehingga industri urea-formaldehid berkembang pesat. Contoh industri yang menggunakan industri formaldehid adalah addhesive untuk plywood, tekstil resin finishing, laminating, coating, molding, casting, laquers, dan sebagainya

5. Pengaruh Resin Terhadap Badan

Karena formaldehida dipakai dalam bahan konstruksi seperti kayu lapis/tripleks, karpet, dan busa semprot dan isolasi, serta karena resin ini melepaskan formaldehida pelan-pelan, formaldehida merupakan salah satu polutan dalam ruangan yang sering ditemukan. Apabila kadar di udara lebih dari 0,1 mg/kg, formaldehida yang terhisap bisa menyebabkan iritasi dan, yang menyebabkan keluarnya air mata, pusing, teggorokan serasa terbakar, serta kegerahan. Jika terpapar formaldehida dalam jumlah banyak, misalnya terminum, bisa menyebabkan kematian. Dalam tubuh manusia, formaldehida dikonversi menjadi yang meningkatkan keasaman darah, tarikan nafas menjadi pendek dan sering, juga, atau sampai kepada kematiannya.

Di dalam tubuh, formaldehida bisa menimbulkan terikatnya oleh, sehingga mengganggu ekspresi yang normal. Binatang percobaan yang menghisap formaldehida terus-terusan terserang dalam dan, sama juga dengan yang dialami oleh para pegawai pemotongan papan artikel. Tapi, ada studi yang menunjukkan apabila formaldehida dalam kadar yang lebih sedikit, seperti yang digunakan dalam bangunan, tidak menimbulkan pengaruh terhadap makhluk hidup yang terpapar zat tersebut.

12.5 Resin Melamin Mengenal Resin Melamin

Pada bahan polimer kita mengenal istilah resin termostet, jenis - jenisnya-pun banyak. Ada resin fenol, resin urea dan resin melamin yang dihasilkan dari kondensasi formalin pada pemanasan dan resin epoksi dihasilkan dari polimerisasi adisi pada pemanasan dengan adanya katalis amino (makanya jika ("disalahgunakan") ditambahkan pada susu akan menaikkan kadar protein karena gugus aminonya sangat tinggi sedangkan kandungan formalinnya akan membuat susu awet atau tahan lama) . Dalam setiap hal resin yang dipanas-awetkan mempunyai ikatan dengan struktur jaringan, sukar larut dalam pelarut dan tak dapat dilelehkan oleh panas. Bahan ini terutama digunakan untuk


bahan - bahan teknik seperti komponen listrik dan mekanik, pelapis hiasan, dsb. Resin melamin lebih unggul dalam berbagai sifat daripada resin urea.

Melamin merupakan senyawa organik yang sering dikombinasikan dengan formaldehida untuk memproduksi resin melamin, sintetis polimer yang tahan api dan memiliki toleransi terhadap panas. Resin melamin adalah bahan yang sangat fleksibel dengan struktur yang sangat stabil. Barang-barang yang menggunakan resin melamin termasuk diantaranya papan tulis, lantai keramik, dapur, bahan penghambat api, dan komersial filter. Melamin dapat dengan mudah dibentuk selagi hangat, tapi akan menetapkan menjadi sebuah bentuk tetap. Properti ini membuat ideal untuk aplikasi industri tertentu.

1. Sifat Fisik, Sifat Kimia dan Sifat Mekanik Resin Melamin

o Bentuk : Solido Appearance : White free flowing powdero Odour : Slight formaldehyde odouro Titik Leleh : 90-100 °Co Solubility in Water : sedikito Specific Gravity : 0.60-0.70 (powder)o pH Value : 8.5 -10o Vapour Pressure : <1 mm Hg @20 °C o Flash Point : >93 °Co Flammability : Combustible.o Chemical Stability : stabil pada kondisi normalo Conditions to Avoid : panas, nyala apio Incompatible Materials : oksidator kuat, Oksida dari karbon (CO2 dan CO), hidrokarbon, oksida nitrogen (NOx), ammonia, formaldehyde (when burned).Sifat mekanik: keras, tahan abrasi, tahan bakar

4. Cara Produksi

Sintesis Melamin

Melamin pertama kali disintesis oleh kimiawan Jerman Justus von Liebig pada 1834. Pada awal produksi, pertama kalsium sianamida diubah medicyandiamide,kemudian dipanaskan di atas suhu lelehnya untuk memproduksi melamin. Namun, saat ini kebanyakan pabrik industri menggunakan urea dalam reaksi berikut untuk menghasilkan melamin:

6 (NH2) 2 CO C3H6N6 + 6 NH3 + 3 CO2

Hal ini dapat dipahami sebagai dua langkah.

Pertama-tama, urea terurai menjadi asam cyanic dan amonia dalam reaksi endotermik:

(NH2) 2 CO HCNO + NH3 Kemudian, asam cyanic polimerisasi untuk membentuk melamin dan karbon dioksida:


6 HCNO C3H6N6 + 3 CO2

Reaksi kedua adalah eksotermik, namun keseluruhan proses endotermik.

Reaksi di atas dapat dilakukan oleh salah satu dari dua metode: dikatalisasi fase gas produksi atau tekanan tinggi fase cair produksi. Dalam satu metode, urea cair diperkenalkan ke atas fluidized bed dengan katalis untuk reaksi. Gas amonia panas juga hadir untuk fluidize bed dan menghambat deammonization. Limbah kemudian didinginkan. Amonia dan karbon dioksida di gas keluaran dipisahkan dari slurry yang mengandung melamin. slurry lebih lanjut yang terkonsentrasi dan mengkristal untuk menghasilkan melamin.

Sintesis Resin Melamin

1. Cara produksi :

Karena melamin mempunyai 3 gugus amino, maka 6 mol formaldehid dapat bereaksi dengan 1 mol melamin, tetapi pada umumnya 3 - 5 mol formaldehid digunakan untuk membuat resin. Bahan bereaksi secara termal dengan katalis. Untuk membuat bahan cetakan, 6gram (1 mol) melamin direaksikan dengan 243 g formalin 37% (3 mol sebagai formaldehid) diatur sampai pH 8 - 9 dengan larutan natrium karbonat dalam air. Setelah 60 - 90 menit bahan dipindahkan ke alat penekan, dicampur dengan 55 - 85 g pulp 30 - 40%, pengeras 0.05 - 1% (bahan asam lemah seperti ftalat anhidrid atau garamnya) dan 0.5 - 2% bahan pewarna. Berbagai bahan dapat dibuat dengan kondensasi yang sesuai untuk memenuhi kegunaan yang bersangkutan, seperti perekat, lapisan hiasan, lembaran yang laminasi, cat, kertas dan serat.

2. Pencetakan

Seperti halnya resin urea, dilakukan pencetakan : tekanan, pengalihan, dan injeksi. Suhu pencetakan 10 - 20oC lebih tinggi daripada resin urea. Sebagai kondisi pencetakan st r, digunakan temperatur pencetakan 150 - 170oC, tekanan pencetakan 150 - 250 kgf/cm2, waktu pencetakan 1 menit pada 160oC atau 4 detik pada 170oc per 1 mm tebal bahan. Dalam produksi alat - alat makan, pengerjaan kurang sesuai menghasilkan formalin sisa yang mengganggu dan merusak kemampuan pengguaan, karena itu pada umumnya barang cetakan dibiarkan dalam termostat pada 80 - 120oC selama 30 - 60 menit agar pemantapan dapat berlangsung secukupnya (pemanggangan akhir). Proses yang cocok digunakan untuk pencetakan pelapis hiasan dan lembaran - lembaran yang dilapisi, perekat, pengecatan, pelapisan resin pada serat dan kertas, dsb. untuk memenuhi berbagai keperluan.

4. Penggunaan Resin Melamin

Pelapis hiasan: Untuk pelapis hiasan didapatkan hasil yang baik dalam warna, kilap dan desain. Penerapannya luas karena unggul dalam ketahanan abrasi, ketahanan bakar, ketahanan pelarut, ketahanan kimia, dsb. Lembaran pelapis banyak digunakan sebagai komponen teknik.


Barang-barang kebutuhan rumah tangga, contoh: piring, mangkok dan sendok dari melamin: Barang - barang cetakan dari resin melamin dapat diwarnai secara bebas. Karena unggul dalam ketahan air (khususnya tahan terhadap air mendidih), ketahanan panas, ketahanan terhadap isolasi listrik, ketahanan busur listrik, bahan ini kegunaannya luas. Peggunaan utama adalah untuk alat - alat makan meskipun tidak sukup anti penodaan (mudah dinoadai oleh kopi, lipstik, dsb), bagian - bagian komponen listrik dan mekanik.

Sebagai perekat: Sebagai perekat banyak digunakan untuk kayu lapis, pengerjaan kayu, dsb. karena kelekatannya sangat tahan air dan tahan terhadapa proses penuaan. Karena mudah menyebabkan keretakan pada pelapisan dan kelekatannya terhadap logam tak selalu menguntungkan, maka bahan dicampur sehingga terjadi resin alkid, resin akrilik, resin epoksi atau dimodifikasi dengannya bila digunakan sebagai bahan cat. Bahan tersebut terutama digunakan sebagai cat bakar untuk mobil, komponen listrik dan komponen kereta api.

Sebagai konstituen utama tekanan tinggi laminasi, seperti formika dan Arborite, dan laminate flooring. Resin melamin-panel dinding keramik juga dapat digunakan sebagai papan tulis. Melamin resin digunakan dalam konstruksi serupa formika dan produk yang dibuat dari bahan komposit. Formika dibuat menggunakan melamin resin, yang digunakan untuk melapisi serat di lapisan atas produk konstruksi. Melamin resin membuat hasil akhir tahan panas, sehingga benda-benda panas dapat diatur di atas meja tanpa perhatian. Permukaan material dirancang untuk dapat dengan mudah dihapus dan dibersihkan, menciptakan produk rumah tangga awet.

Resin melamin kerap digunakan untuk merendam kertas hias yang secara langsung dilaminasi ke papan partikel

komersial filter.

5. Bahaya dan Pencemaran yang Ditimbulkan

Sifat racun dari formaldehid dapat muncul bila resin melamin mengalami depolimerisasi, misalnya karena paparan panas, sinar ultraviolet, gesekan dan tergerusnya permukaan melamin hingga partikel formaldehid terlepas. Formaldehid ini tidak berasa sehingga pemaparannnya tidak akan terasa dalam jangka pendek.

Menghirup uap atau abu produk dapat mengakibatkan iritasi pada hidung, kerongkongan dan sistem pernapasan.

Produk yang termakan dapat mengiritasi lambung dan dapat menyebabkan mual serta muntah.

Iritasi pada kulit dapat menyebabkan kulit kemerahan dan penyakit gatal-gatal.Kontak pada mata dapat menyebabkan mata berair, pedih, penglihatan menjadi kabur, dan mata merah.

Pemaparan pada tubuh secara berkepanjangan dapat menyebabkan gagal ginjal, berbagai jenis kanker, serta gangguan sistem imun.

Resin melamin yang dibuang begitu saja ke badan sungai dapat menyebabkan penyumbatan aliran sungai, sehingga dapat berdampak pada kualtas eir sungai serta dapat menyebabkan banjir di musim penghuan.

Membuang sampah sembarangan dapat menyebabkan pencemaran tanah dan dapat merembes ke aliran air tanah serta mencemarinya.


6. Pencegahan dan Penanganan Pencemaran

Untuk menghindari dan meminimalisir bahaya yang dapat ditimbulkan dari pemakaian peralatan makan berbahan dasar resin melamin, perlu diwaspadai bahkan dihindari menggunakan peralatan tersebut untuk wadah makanan atau hidangan panas karena panas tadi bisa merusak ikatan formalin dan larut dalam makanan. Buruknya lagi karena formalin tidak berasa, kita tidak akan menyadari bahwa makanan kita sudah tercampur formalin. Jika hal ini sampai terjadi, sama saja dengan memberi bumbu pada makanan kita dengan formalin.Ketika kita bekerja di industri yang memproduksi resin melamin ataupun menggunakan resin melamin sebagai bahan baku, penggunaan PPE (Personal Protectif Equipment menjadi suatu kewajiban untuk menghidari segala bentuk bahaya yang dapat terjadi. Apabila debu atau abu produk terhirup oleh pekerja, pertolongan pertama yang bisa dilakukan adalah dengan memindahkan orang tersebut dari area yang telah terkontaminasi ke tempat berudara segar. Jika terjadi iritasi beritahu tim medis. Jika sulit bernafas, yakinkan jalur udaranya bersih dan ada orang yang benar-benar ahli untuk memberikan oksigen melalui facemask. Jika tertelan, biarkan dimuntahkan. Jangan memberikan apapun lewat mulut jika korban yang setengah sadar ataupun tidak sadar. Bersihkan mulut korban dengan air. Jika tercemar melalui kulit, cuci dengan sabun dan air.

Ganti pakaian yang telah terkontaminasi dan cuci sebelum digunakan kembali. Jika terjadi kontak dengan mata,cuci dengan air keran yang mengalir. Hati-hati jangan sampai mata yang tidak terpapar menjadi terpapar karena membilas dengan air yang terkontaminasi.Untuk menghindari pencemaran lingkungan, sebaiknya lakukan recycle pada barang-barang bekas yang terbuat dari resin melamin. Misalnya dengan mengolahnya menjadi hiasan atu pernak-pernik dan dapat juga di bentuk menjadi peralatan rumah tangga lain yang memiliki daya guna serta nilai estetika yang tinggi.

Mengingat sifat resin melamin yang keras namun mudah untuk dicetak serta mudah diwarnai. Selain itu jangan membuang sampah sembarangan ke sungai karena selain dapat mencemari badan air juga dapat menyebabkan penyumbatan aliran sungai yang berimbas pada terjadinya banjir ketika hujan besar dating.

12.6. Resin Epoksi

Pengertian Resin Epoksi

Epoxy resin adalah termasuk kelompok plastik thermosetting. Yaitu tidak meleleh lagi jika dipanaskan. Pengerasannya terjadi karena reaksi polimerisasi, bukan pembekuan. Oleh karena itu epoksi resin tidak mudah di-recycle.

Resin epoksi merupakan salah satu jenis polimer yang banyak digunakan sebagai material struktur. Resin epoksi ini terbentuk dari reaksi antara epiklorohidrin dengan biphenilpropana (bisphenol A) (Joel R. Fried, 1995).


Resin epoksi memiliki sifat yang unggul diantaranya kekuatan mekanik yang bagus, tahan terhadap bahan kimia, adesif, dan mudah diproses. Berdasarkan pada keunggulan ini,maka resin epoksi dipilih untuk imobilisasi limbah radioaktif tersebut.

Kekuatan polimer dipengaruhi oleh komposisi antara resin epoksi dengan hardener. Pada polimerisasi, terjadi perubahan fase cair dan pasta menjadi padat yang disebut “curing” atau pengeringan. Hardener sebagai curing agentnya. Proses curing dapat terjadi secara reaksi eksotermik, dengan pemanasan, atau dengan iradiasi menggunakan sinar gamma. Pada penelitian ini proses curing berlangsung dengan reaksi polimerisasi yang bersifat eksotermis. Proses ini lebih sederhana, walaupun kadang-kadang curing dalam proses ini perlu waktu yang lama. Reaksi polimerisasi dimulai dengan adanya radikal bebas yang terbentuk karena dekomposisi bahan yang tidak stabil oleh suhu maupun katalis. Radikal bebas dengan monomer akan mengadakan reaksi polimerisasi dan akhirnya jika radikal bebas bereaksi maka terjadi reaksi terminasi yang menghasilkan polimer (Joel R. Fried, 1995).

A. Pembuatan Resin Epoksi

Resin epoksi bereaksi dengan pengeras dan menjadi unggul dalam kekuatan mekanik dan ketahanan kimia. Sifatnya bervariasi bergantung pada jenis, kondisi dan pencampuran dengan pengerasnya. Banyaknya campuran dihitung dari ekivalen epoksi (banyaknya resin yang mengandung 1 mol gugus epoksi dalam gram)

Tabel 12.7 Penggunaan Dan karakteristik Resin Epoksi

PengerasPengeras

PenggunaanSifat-sifat resin kaku

Keterangantemperature Wakt

u

Temperatur deformasi panas (oC)

Karakteristik

Dietilen triamin -115 100 – 0,5

Penempelan, pelapisan, pengecoran, pengecatan

120 Sedikit kurang dalam listriknya.

Sangat reaktif dan higroskopik. Sukar


Agak getas diproses bersifat racun

Trietilen triamin -100 100-0,5

Penempelan, pelapisan, pengecoran, pengecatan

120 Sedikit kurang dalam listriknya. Agak getas

Sangat reaktif dan higroskopik tapi kurang bersifat racun

Dietilaminopropilamin 65-115 4-1 Penempelan, pelapisan, pengecoran,

85 Sifat listriknya baik pada temperature kamar. Ketahanan dingin yang baik

Agak lemah dalam reaksi, mudah diolah

m-fenilen diamin 120-150 3-1 Penempelan, pelapisan, pengecoran

150 Tahanan panas yang baik. Baik sifat listrik dan mekaniknya pada temperature tinggi

Cenderung menjadi hitam setelah dikeraskan

DiaminodifenilSulfon

110-120 4-2 Penempelan, pelapisan, pengecoran

175 Tahanan panas yang baik. Baik sifat listrik dan mekaniknya pada temperature tinggi

Curing agak lambat

Disiandiamid 160 0,5 Pelapisan - Sifat listriknya baik. Cukup sifat mekaniknya pada 100oC atau lebih

Hanya dipakai untuk pelapisan kering (pengeras laten)

BF3-monoetilamin 110-200 3-1 Penempelan, pelapisan, pengecoran

170 Baik sifat panas dan sifat ketahanan zat kimianya

Pengeras laten

Poliamid 60-150 3-0,5 Penempelan, pelapisan, pengecoran, pengecatan

- Cukup baik sifat listriknya

Sifat mekaniknya dapat berubah setelah pengerasan oleh perbandngan campuran poliamid


Anhidrida ftalat 150 8 Pelapisan dan pengecoran

140 Baik sifat listriknya

Murah, terjadi sublimasi

2.Sifat fisik, kimia dan mekanik resin epoksi

Sifat-Sifat Fisik :

Viscocity : (BH type cps/25℃) 11000~15000 Colourity : < 2 Specific gravity : 1.16~1.18 /20℃ (EEW) : 185~195 Epoxy equivalent : ≦ 1000ppm

Sebagaimana jenis plastik lain, kebanyakan plastik adalah isolator listrik dan konduktor panas yang buruk. Kelekatannya terhadap bahan lain baik sekali. Pada proses pengawetan tidak dihasilkan produk tambahan seperti air dan penyusutan volume kurang.

Sifat kimia

Sebagaimana umumnya plastik juga, secara kimia plastik termasuk inert. Dalam jangka lama, sinar ultraviolet mempengaruhi struktur kimia plastik. Sangat tahan terhadap zat kimia dan stabil terhadap banyak asam kecuali asam pengoksid yang kuat dan asam alifatik rendah, alkali dan garam. Karena tak diserang oleh hampir semua pelarut, bahan ini baik digunakan sebagai bahan yang non-korosif.

Sifat mekanik

Dalam bentuk asli epoksi resin keras dan getas. Tetapi dalam penggunaan, plastik hampir selalu mengandung bahan campuran lain untuk menyesuaikan sifat mekaniknya. Sifat mekanik sangat banyak dimodifikasi sifatnya. Baik dari sisi kekuatan, kekenyalan, keuletan, sampai ke arah sobekan.

3. Penggunaan Resin Epoksi

1. Perekat

Resin epoxy ini digunakan sebagai adhesive . Karena tingkat kelengketannya sangat tinggi maka digunakan dalam konstruksi pesawat terbang, automobiles,sepeda, perahu,golf, ski, snowboard dan aplikasi lainnya dimana membutuhkan kekuatan yang tinggi. Perekat epoksi adalah perekat yang luar biasa untuk kayu, logam, kaca, batu, dan beberapa plastik.. Epoxy dapat dibuat fleksibel atau kaku, transparan atau buram / warna, cepat atau sangat lambat menetapkan pengaturan. Epoxy adhesives are almost unmatched in heat and chemical resistance among common adhesives. Perekat epoxy hampir tak tertandingi di panas dan kimia perekat di kalangan perlawanan. In general, epoxy adhesives cured with heat will be more heat- and chemical-resistant than those


BAB XIIIPOLIMER TERMOPLASTIS

cured at room temperature. Secara umum, perekat epoksi disembuhkan dengan panas akan menjadi lebih panas dan tahan kimia daripada sembuh pada suhu kamar. The strength of epoxy adhesives is degraded at temperatures above 350 °F (177 °C). Kekuatan perekat epoksi yang terdegradasi pada suhu di atas 350 ° F (177 ° C).


1. Mahasiswa mampu memahami sifat-sifat fisik, kimia dan mekanik polimer termoplastis

2. Mahasiswa mampu memahami jenis-jenis polimer termoplatis dan penggunaannya



3. Mahasiswa dapat memahami sifat-sifat fisik, kimia dan mekanik polimer thermoplastis

4. Mahasiswa dapat memahami jenis-jenis polimer termoplastis dan penggunaannya

13.1 Pendahuluan

Saat ini pengunaan plastik di berbagai aspek kehidupan dari hari ke hari semakin meningkat seiring bertambahnya produk-produk yang terbuat dari plastik. Dari berbagai jenis plastik yang berada dipasaran, ada beberapa macam jenis plastik yang sudah mendapat nomor kode identifikasi resin sebagai tanda bahwa plastik tersebut telah mendapat lisensi untuk dapat dimanfaatkan secara luas bagi manusia pada umumnya. Salah satu plastik yang sering digunakan adalah yang terbuat dari bahan dasar polipropilen. Ditinjau dari sifat fisik, kimia, mekanis, termal dan listrik, polipropilen memiliki keunggulan dan lebih aman dipakai.

Polipropilen sering digunakan untuk wadah makanan, Titik leleh polipropilen sangat tinggi dibandingkan dengan plastik lainnya, pada 320 ° F (160 ° C), yang berarti bahwa air panas yang digunakan saat mencuci piring tidak akan menyebabkan polipropilen dishware melengkung. Ini berbeda dengan polietilen, untuk wadah plastik yang memiliki titik lebur yang jauh lebih rendah.

Polipropilen juga sangat mudah ditambahkan zat pewarna kedalam produk polipropilen dan sering digunakan sebagai serat karpet kasar dan tahan lama, seperti karpet .Tidak seperti nilon, polipropilen sering digunakan sebagai serat untuk karpet kasar, polipropilen tidak menyerap air.

1. Definisi Polipropilen

Polipropilen adalah polimer termoplastik yang berstuktur linier C3H6 berdasarkan monomer CnH2n. polimer diproduksi oleh industri kimia yang penggunaanya banyak dimanfaatkan di kehidupan sehai-hari.

Polipropilen merupakan produksi samping dari proses penyulingan minyak bumi. Polipropilene mudah teroksidasi pada suhu tinggi dan hal ini sering terjadi pada proses pencetakkan atau molding. Polipropilen memiliki tiga bentuk gugus isomer, yaitu isotactic, syndiotactic dan atactic.


Gambar 13.1 Jenis polipropilen gugus syndiotactic

Polyprolpilene memiliki tingkat kristalinitas menengah antara Low Density Polyethylene dan High Density Polyethylene. Polypropylene resin pertama kali diproduksi oleh Giulio Natta di Spanyol, meskipun produksi komersial baru dimulai pada tahun 1957. PP biasanya tangguh dan fleksibel, terutama ketika dikopolimerisasi dengan etilen. Hal ini memungkinkan polypropylene untuk digunakan sebagai bahan teknik jenis plastik, bersaing dengan bahan-bahan seperti ABS. Polypropylene tidak transparan seperti plastik, aklirik dan plastik lain yang pada umumnya, malah polypropylene cenderung buram. Namun polypropylene bisa ditambahkan zat pewarna untuk menambah warna agar lebih menarik. Polypropilene dapat didaur ulang dengan nomor 5 sebagai kode identifikasi resin.

Untuk jenisnya sendiri polimer dibagi menjadi tiga macam yaitu homopolymer, random copolymer, block copolymer. Secara umum homopolymers (yaitu dengan hanya satu jenis monomer) dapat digunakan untuk perumahan, peralatan rumah tangga, kemasan, pemegang kaset dan serat, monofilamen dan film rekaman. sedangkan kopolimer (yaitu monomer yang berbeda ) lebih disukai

untuk semua aplikasi untuk pipa, container. Dipasaran, polypropylene bisa dalam bentuk molding bubuk, diekstruksi lembaran, cast film, serabut tekstil dan benang filament yang berkesinambunngan.

Polipropilen dalam pemanfaatannya sering ditambahkan zat aditif untuk menambah atau mengurangi sifat-sifat yang dimilki oleh polypropylene sesuai dengan produk yang ingin dihasilkan. Penambahan zat aditif itu antara lain:

1. Pigmen2. Karbon hitam. Penggunaan karbon hitam ini ditujukan untuk memberikan

perlindungan dari paparan sinar UV. 3. Karet4. Antioksidan, ini ditambahkan untuk mencegah degradasi polimer5. UV stabilizer


3. Sifat-Sifat Polipropilen

Polypropylen memiliki sifat-sifat yang khas dibandingkan dengan jenis plastik lainnya yang mebuat produk dari bahan polypropylene lebih unggul

Tabel 13.1 Sifat Polypropilen-Sifat

ASTM or UL test

PropertyUnmodified resin

PHYSICALD792 Specific gravity 0.905D792 Specific volume (in.³/lb.) 30.8-30.4

D570Water absorption, 24 hours, 1/8 inch thick (%)

0.01-0.03

MECHANICALD638 Tensile strength (psi) 5,000D638 Elongation (%) 10-20D638 Tensile modulus (10~5 psi) 1.6D790 Flexural modulus (10~5 psi) 1.7-2.5D256 Impact strength, izod (ft-lb/in. of notch) 0.5-2.2D785 Hardness, Rockwell R 80-110THERMAL

C177Thermal conductivity (10~4 cal-cm/sec-cm~2-°C)

2.8

D696Coefficient of thermal expansion (10~5 in./in.-°F)

3.2-5.7

D648Deflection temperature (°F)At 264 psiAt 66 psi

125-140200-250

UL94 Flammability rating HBELECTRICAL

D149Dielectric strength (V/mil) short time, 1/8-in. thick

500-660

D150 Dielectric constant At 1kHz 2.2-2.6D150 Dissipation factor At 1kHz 0.0005-0.0018

D257Volume resistivity (ohm-cm) At 73°F, 50% RH

10~17

D495 Arc resistance(s) 1604. Pembuatan Polipropilen

Ada beberapa macam cara pembuatan polipropilen. Salah satunya yang sering digunakan secara komersial polipropilen adalah dibuat dengan menggunakan katalis Ziegler-Natta, yang memproduksi sebagian besar isotactic polipropilen. Dengan metil secara konsisten di satu sisi, molekul-molekul seperti coil cenderung menjadi bentuk


heliks; heliks ini kemudian berbaris di samping satu sama lain untuk membentuk kristal yang memberikan polipropilen banyak digunakan secara komersil. Namun tidak seperti pada polietilen, polipropilen tidak dapat dibuat oleh polimerisasi radikal karena reaktivitas yang lebih tinggi dari allylic hidrogen (yang mengarah ke dimerization) selama polimerisasi.

5. Penggunaan Polipropilen

Polipropilen tidak begitu kuat seperti polietilen, tetapi memiliki manfaat yang membuat polipropilen menjadi pilihan yang lebih baik dalam beberapa situasi. Salah satunya adalah menciptakan situasi engsel dari plastik, seperti tutup plastik cangkir. Seiring berjalannya waktu, plastik mengalami kelelahan dari stres yang berulang-ulang ketika dibuka dan ditutup dan akhirnya akan pecah. Polipropilen sangat resisten terhadap stres semacam ini, oleh karena itu polipropilen adalah plastik yang paling sering digunakan untuk kelopak dan topi yang memerlukan mekanisme buka-tutup. Polipropilen juga dapat dibuat menjadi botol sekali pakai berisi cairan, bubuk atau produk konsumen yang serupa, meskipun HDPE dan polietilen tereftalat biasanya juga digunakan untuk membuat botol. Ember plastik, mobil baterai, keranjang sampah, kontainer pendingin, piring dan kendi sering terbuat dari polipropilen atau HDPE, yang keduanya umumnya memiliki penampilan dan sifat yang saling menyerupai.Polipropilen adalah polimer utama yang digunakan dalam produk non-woven dengan lebih dari 50% yang digunakan. Biasa dipakai untuk popok atau produk saniter yang berguna untuk menyerap air (hidrofilik). Polipropilen hidrofilik juga sangat ideal untuk menyerap tumpahan minyak yang mengambang dilaut ketika terjadi kebocoran. Aplikasi umum untuk polipropilen adalah berorientasi pada Biaxially polipropilen (BOPP). Lembaran BOPP ini digunakan untuk membuat berbagai bahan termasuk tas, kemasan yang sangat baik untuk artistik dan produk eceran. Polipropilen juga sangat colorfast atau tidak mudah luntur.sehingga digunakan dalam pembuatan karpet dan tikar untuk digunakan di rumah. Polipropilen juga digunakan dalam cuaca hangat-perlengkapan seperti penyerap beberapa pakaian, yang dapat dengan mudah mentransportasikan keringat dari kulit. Meskipun pakaian polipropilen tidak mudah terbakar, mereka dapat meleleh, yang dapat mengakibatkan luka bakar jika terkena ledakan atau kebakaran jenis apapun. Serta karena sifatnya yang ringan dan mampu mengambang dipermukaan air, polypropylene digunakan sebagai tali.Polipropilen digunakan sebagai alternatif polivinil khlorida (PVC) sebagai isolasi untuk kabel listrik untuk kabel LSZH ventilasi rendah lingkungan, terutama terowongan. Ini karena polipropilen mengeluarkan lebih sedikit asap dan bersifat halogen tak beracun, yang dapat menyebabkan produksi asam dalam kondisi temperatur tinggi. Polipropilen ini paling sering digunakan untuk moldings plastik di mana. PP cair disuntikkan ke dalam cetakan membentuk bentuk yang kompleks dengan biaya yang relatif rendah. Akhir-akhir ini telah diproduksi juga PP dalam bentuk lembaran dan telah banyak digunakan untuk produksi stasioner folder, kemasan dan kotak penyimpanan. Rentang warna yang lebar, keawetan dan ketahanan terhadap kotoran membuatnya ideal sebagai pelindung untuk kertas dan bahan lainnya.Polipropilen digunakan dalam pembuatan loudspeaker drive unit. Penggunaannya dipelopori oleh para insinyur di BBC dan hak paten kemudian dibeli oleh Misi Elektronika untuk digunakan dalam Kebebasan Misi revolusioner mereka, Loudspeaker


dan Misi Renaissance 737 loudspeaker. Pada tahun 2008, peneliti di Kanada menyatakan bahwa amonium kuaterner biocides dan oleamide yang bocor keluar dari polypropylene labware tertentu, yang mempengaruhi hasil eksperimen. 13.2 Polikarbonat

Polikarbonat adalah suatu kelompok, mudah dibentuk dengan menggunakan. Plastik jenis ini digunakan secara luas dalam saat ini. Plastik ini memiliki banyak keunggulan, yaitu ketahanan termal dibandingkan dengan plastik jenis lain, tahan terhadap benturan, dan sangat bening. Dalam polikarbonat berada pada nomor 7.Polikarbonat disebut demikian karena plastik ini terdiri dari dengan gugus (-O-(C=O)-O-) dalam rantai yang panjang. Tipe polikarbonat yang paling umum adalah (BPA). Polikarbonat adalah material yang tahan lama dan dapat dilaminasi. Meski memiliki ketahanan yang tinggi terhadap benturan, namun polikarbonat cukup mudah tergores sehingga dibutuhkan pelapisan keras (untuk membuat kaca mata dan eksterior otomotif menggunakan polikarbonat dan material optis lainnya karena polikarbonat sangat bening dan memiliki kemampuan mentransmisikan yang sangat baik dibandingkan dengan jenis lainnya. Sifat polikarbonat mirip dengan (akrilik), namun polikarbonat lebih kuat dan dapat digunakan pada suhu tinggi, meski lebih mahal.

Polikarbonat akan mengalami pada temperatur 150 oC sehingga polikarbonat akan menjadi lembek secara bertahap di atas temperatur ini, dan mulai mencair pada temperatur 300 oC. Penjelasan tentang plastik polikarbonat meliputi: definisi plastic polikarbonat, sifat fisik plastik polikarbonat, sifat kimia plastic polikarbonat, pembuatan plastic polikarbonat, dan kegunaan atau aplikasi plastik polikarbonat pada kehidupan sehari-hari.

2. Definisi polikarbonat

Polikarbonat merupakan salah satu jenis dari thermoplastic polimer. Sifatnya mudah dikerjakan (easily worked), dicetak (easily moulded) dan mudah terbentuk dengan panas (easily thermoformed). Material ini banyak digunakan pada industri kimia modern. Material ini memiliki identifikasi kode plastik 7.Taking into consideration the C1- polycarbonates can be divided into poly(aromatic carbonate)s and poly(aliphatic carbonate)s .

Polikarbonat

Mempertimbangkan unsure C 1-synthon polikarbonat dapat dibagi menjadi poli aromatik karbonat dan poli alifatik karbonat . The latter are a product of the reaction of . The working systems are based on as organic, chelating as the metal centres. Sistem kerja berdasarkan porphyrins, alkoxides, carboxylates, salens dan ] Poly (alifatik


karbonat) menunjukkan penampilkan karakteristik, memiliki yang lebih baik biodegradability daripada yang aromatik dan dapat digunakan untuk mengembangkan polimer khusus lainnya.

The most common type of polycarbonate plastic is made from , though “bullet-resistant” would be more accurate.Jenis yang paling umum dari plastik polikarbonat dibuat dari bisphenol A (BPA). The characteristics of polycarbonate are quite like those of ), but polycarbonate is stronger, usable in a larger temperature range and more expensive.Ciri polikarbonat seperti polimetil metakrilat (PMMA; akrilik), tetapi polikarbonat lebih kuat, dapat digunakan dalam rentang temperatur yang lebih besar dan lebih mahal. This polymer is highly and has better light transmission characteristics than many kinds of is a specific polycarbonate material — although it is usually referred to as CR-39 plastic — with good optical and mechanical properties, frequently used for eyeglass lenses.

Polimer ini sangat transparan dan tembus cahaya dan memiliki karakteristik transmisi cahaya yang lebih baik daripada jenis kaca. CR-39 adalah bahan polikarbonat tertentu biasanya disebut sebagai CR-39 plastik yang merupakan bahan untuk optik dengan sifat mekanik baik ,sering digunakan untuk kacamata lensa.

Polikarbonat lebih banyak dikenal sebagai penutup atap. Sebenarnya ada banyak kegunaan bahan yang kuat dan tahan panas ini. Mungkin anda sudah sering melihat penutup atap pergola yang terbuat dari bahan semitransparan berwarna-warni.

Resin polikarbonat mempunyai daya tahan terhadap bahan-bahan kimia,tahan panas, tahan benturan dan cuaca. Termoplastik ini digunakan untuk membuat bermacam-macam komponen pesawat terbang, mobil dan mesin-mesin dagang, dan juga banyak digunakan untuk alat-alat listrik dan elektronika..

Sintesis polikarbonat

Polikarbonat dapat disintesis dari bisphenol A dan phosgene (karbonil dichloride, COCl2 Langkah pertama dalam sintesis polikarbonat dari bisphenol A adalah perlakuan terhadap bisphenol A dengan natrium hidroksida


http://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&langpair=en%7Cid&u=http://en.wikipedia.org/wiki/File:Bisphenol_A_plus_NaOH.PNG&rurl=translate.google.co.id&usg=ALkJrhg13-m5uQYNhcc-JUyterRrERPgOw

Deprotonasi oksigen yang bereaksi dengan phosgene melalui adisi karbonil untuk menciptakan sebuah tetrahedral intermediet,dan oksigen yang bermuatan negatif digantikan ion klorida (Cl - ) untuk membentuk sebuah khloroformat bisfenol A.

Khloroformat kemudian diserang oleh deprotonasi bisphenol A, menghilangkan ion klorida yang tersisa dan membentuk suatu dimer dari bisphenol A dengan karbonat yang saling berhubungan.

Karakteristik

Densitas = 1,2-1,22 g/cm3 Index Bias = 1,584Kesetimbangan Absorpsi Air = 0,16-0,35 %Titik Leleh = 265 - 267oCTitik lebur: 310 ° F Kekuatan tarik 9,000 psi

Koefisien perpindahan panas = 0.21 W/(m2·K)Poisson’s Ratio = 0,37Modulus young = 2,38 Gpa Specific Gravity = 1,2Tensile strenght = 62,8 – 72,4 Mpa Yield Strength = 62,1 Mpa


http://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&langpair=en%7Cid&u=http://en.wikipedia.org/wiki/File:Bisphenolate_A_plus_Phosgene.PNG&rurl=translate.google.co.id&usg=ALkJrhgGiko0Qtlx6UhAL1iROPZ699mJUw

http://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&langpair=en%7Cid&u=http://en.wikipedia.org/wiki/File:Adding_Bisphenolate_A_to_Chloroformate.PNG&rurl=translate.google.co.id&usg=ALkJrhifF52MlCCRzAtNRq-EW6DhnHpMgw

Heat capacity = 1.2-1.3 kJ/kg·K Konduktivitas suhu(23) °C = 0.19-0.22 W/(m·K)

elongation = 110 – 150 %

Karakteristik ini membuat polikarbonat cocok untuk banyak aplikas antara lain:

Injection Molding : untuk pembuatan compact disc, DVD, botol minuman,gelas, pealatan laboratorium, pencahayaan lensa, kacamata lensa, kacamatapengaman, headlamp, casingMP3.digital audio player.

Anak tangga, polikarbonat pada anak tangga mempunyai ketebalan tertentu kurang lebih 16mm sehingga kuat untuk pijakan.

Penutup atap /kanopi Greenhouse,karena polikarbonat mempunyai kemampuan menahan panas dan

sinar ultra violet,tetapi dapat meneruskan cahaya karena sifat polikarbonat yang transparan

1. Pengolahan

There are two dominant processes involved in making products from polycarbonate: Ada dua proses dominan yang terlibat dalam membuat produk dari polikarbonat:

Extrusion : The polymer melt is continuously pressed through an orifice called a "die", which gives the molten polymer its final shape.Ekstrusi: The polimer lelehan terus ditekan melalui lubang yang disebut "mati", yang memberikan polimer cair membentuk benda akhir. Proses ini memungkinkan untuk membuat pipa-pipa panjang tak terhingga, profil atau lembaran.This process makes it possible to create infinitely long pipes, profiles or sheets.


Gambar 13.2 Proses Ekstruksi Polikarbonat

Injection moulding : The hot polymer melt is pressed into a mould.Injection moulding: polimer panas meleleh ditekan ke dalam cetakan. The mould is then cooled, and the hot polymer solidifies taking on all the characteristics of the mould. Cetakan kemudian didinginkan, dan polimer panas membeku mengambil semua karakteristik dari cetakan. This process is used to make single-end products, such as housings, plates, bottles and many other applications.Proses ini digunakan untuk membuat satu produk akhir, seperti perumahan, piring, botol dan banyak aplikasi lainnya.

Gambar 13.3 Mesin Molding Injeksi

2. Aplikasi

Polikarbonat menjadi material pembentuk alat-alat rumah tangga yang umum, sama halnya seperti di industri dan laboratorium, terutama dalam aplikasi yang berhubungan dengan kemampuan material ini, yaitu ketahanan terhadap benturan keras, ketahan terhadpa temperatur, dan sifat optisnya.

Teknik transformasi utama polikarbonat resin:


BAB XIVPOLIMER ALAM (KARET)

ekstrusi dengan silinder menjadi lembaran (0.5-15 mm (0,020-0,59 dalam)) dan film (di bawah 1 mm (0,039 in)), yang dapat digunakan secara langsung atau dibuat menjadi bentuk lain dengan menggunakan atau teknik fabrikasi sekunder, seperti membungkuk, pengeboran, routing, laser cutting dll


2. Mahasiswa mampu memahami sifat-sifat fisik, kimia dan mekanik polimer alam (karet)

3. Mahasiswa mampu memahami jenis-jenis polimer alam (karet) dan penggunaannya


1. Mahasiswa dapat memahami sifat-sifat fisik, kimia dan mekanik polimer alam (karet)

2. Mahasiswa dapat memahami jenis-jenis polimer alam (karet) dan penggunaannya

14.1 Pendahuluan

Istilah ini digunakan untuk menyatakan jenis bahan dengan kekenyalan seperti karet dan bersifat lentur, dapat dideformasikan beberapa kali lebih panjang dan dapat dikembalikan ke bentuk semula.

Karet dibuat dari sari getah pohon. Sari yang berupa susu dipanaskan sampai kering untuk dibuat karet mentah, kemudian dimastikasi, diplastiskan agar dapat diproses dengan lebih mudah, dan dicampur pengisi seperti karbon hitam, zat pewarna, belerang, dibuat campuran, dibentuk dengan tekanan, dan divulkanisasi oleh reaksi penyilangan sambil dipanaskan untuk mendapatkan benda cetakan.

Karet alam dianggap polimer dari poliisopren, dengan rumus sebagai berikut:


Karet alam baik dalam kekenyalam, tinggi kekuatan tariknya dan rendah titik transisi gelasnya (T9 kira-kira -78°C) yang menunjukkan kekenyalan karet yang menguntungkan pada temperature biasa.

1. Sifat-sifat

Warnanya agak kecoklat-coklatan, tembus cahaya atau setengah tembus cahaya, dengan berat jenis 0,91-0,93. Sifat mekaniknya tergantung pada derajat vulkanisasi, sehingga dapat dihasilkan banyak jenis sampai jenis yang kaku seperati ebonite. Temperatur penggunaan adalah sekitar 99°C paling tinggi, melunak pada 130°C dan mengurai pada kira-kira 200°C. Sifat isolasi listriknya berbeda karena perbandingan pencampuran dengan aditif, tetapi pada umumnya menguntungkan. Namun demikian, karakteristik listrik pada frekuensi tinggi, jelek. Sifat kimianya jelek terhadap ketahanan minyak dan ketahanan pelarut. Zat tersebut kurang tahan terhadap pelarut hidrokarbon, eter asam asetat, dsb. Karet yang kenyal agak mudah didegradasi oleh sinar UV dan ozon. Sejak digunakan selama ini, tak ada masalah dalam kemampuan cetaknya.

2. Penggunaan

Bahan ini digunakan secara luas untuk ban mobil, pengemas karet, penutup isolasi listrik, sol sepatu dan lain-lainnya.

3. Turunan dari karet alam

a. Ebonit

Ebonit adalah karet kaku yang dibuat dari karet ala m yang ditambah dengan belerang (30-40%), kemudian dipanaskan agar terjadi ikatan silang antara molekul dengan belerang. Terbentuklah bahan seperti resin yang kaku dan hitam. Bahan ini digunakan secara luas sebagai komponen dari alat listrik atau untuk industry kimia, tetapi sekarang kebanyakan dari bahan tersebut dapat diganti oleh resin sintetik yang baru.

b. Karet Hidroklorida

Untuk membuat karet hidroklorida, karet mentah diperlukan dengan asam hidroklorida. Karena tahanannya besar terhadap asam, alkali dan minyak, maka bahan ini digunakan untuk film pembungkus dengan sifat tahan air, ketahanan minyak, dan ketahanan kelembaban.

Karet Sintetis.

14.2 Karet Butadien.

1. Kopolimer stiren butadiene (SBR)

Karet SBR adalah bahan kenyal yang dibuat secara kopolimerisasi butadiene dan stiren. Sifatnya bervariasi, bergantung pada perbandingan mol kedua bahan tersebut. Secara


umum campuran terdiri dari 5- 6 mol butadiene dan 1mol stiren. Bila stiren melebihi 50 % , kekenyalannya akan hilang dan bahan menjadi kaku. Unsur belerang (S) digunakan sebagai zat vulkanisasi untuk membuat jaringan tiga dimensi.

a. Sifat-sifat.

Bahan SBR tak berwarna dan tembus cahaya. Berat jenisnya 0,92. Mempunyai sifat mekanik tahan abrasi pada temperatur rendah dan temperatur tinggi dibandingkan dengan karet alam. Bahan ini umumnya digunakan pada temperatur 30 - 150°C. Tahan terhadap minyak, tetapi mudah larut dalam hidrokarbon aromatic dan pelarut terklorinasi.

b. Penggunaan.

Karet SBR digunakan lebih banyak dari pada karet alam, antara lain untuk pengemas tahan panas, ban mobil, belt conveyer, kabel frekuensi tinggi, dan kabel yang tahan panas dan dingin dan sol sepatu.

2. Karet nitril (Butadien akrilonitril ,BUN , NBR)

Butadien dan alkrilonitril dikopolimerisasi menurut perbandingan yang bervriasi sehingga mempunyai sifat berbeda. Jika akrilonitril bertambah bahan bertambah kaku ,kekenyalannya makin tinggi dan perpanjangannya makin rendah.

a. Sifat-sifat

Bahan berwarna kecoklatan dan transparan. Densitasnya 0,92; ketahanan abrasinya baik. Tahan pada suhu rendah dan akan rapuh pada suhu sekitar 30°C. Bersifat gugus polar maka zat ini akan larut dalam pelarut polar tetapi tidak larut dalam pelarut nonpolar dan bensin. Mempunyai sifat listrik lebih unggul dari pada karet alam.

b. Penggunaan

Bahan ini digunakan untuk selang yang tahan minyak, ban, dan sepatu. Dengan penambahan beberapa bahan penghantar listrik, dapat dibuat karet yang dapat menghantarkan listrik dan juga yang dapat digunakan untuk perekat. Pencampuran dengan resin fenol meningkatkan kekuatan impaknya.

14.3 Karet Polisulfida (Tiokol)

Tiokol dibuat secara kondensasi pada reaksi polihalida dan alkali polisulfida. Reaksi kondensasi sebagai berikut :

Cl – CH2—CH2—Cl + Na2S4 ----- CH2 – CH2—S – S --

S S n


BAB XVBAHAN GELAS, REFRAKTORI, INTAN DAN GRAFIT

Gelas, Refraktori, Grafit dan Intan

Etan diklorida Tiokol A

Bahan tiokol merupakan benda kenyal seperti karet, dengan masa jenis 1,5 – 1,6. Mempunyai sifat tahan terhadap minyak, cuaca dan ozon. Tetapi kurang baik untuk kekuatan tariknya dan kekenyalannya.

14.4. Karet Etilen –Propilen.

Bahan ini merupakan kopolimer etilen dan propilen, dengan kadar etilennya 40 -70 %, mempunyai sifat tahan terhadap ozon, cuaca panas, tegangan listrik dan uap.


1. Mahasiswa mampu memahami sifat-sifat fisik, kimia dan mekanik bahan gelas, refraktori, intan, dan grafit

2. Mahasiswa mampu memahami jenis-jenis bahan gelas, refraktori, intan,grafit dan penggunaannya


1. Mahasiswa dapat memahami sifat-sifat fisik, kimia dan mekanik bahan gelas, refraktori, intan dan grafit

2. Mahasiswa dapat memahami jenis-jenis bahan gelas, refraktori, intan, grafit dan penggunaannya

15.1 Pendahuluan

Bahan Gelas

Gelas adalah benda yang, lumayan kuat, biasanya tidak bereaksi dengan barang, dan tidak aktif secara yang bisa dibentuk dengan permukaan yang sangat halus dan kedap air. Oleh karena sifatnya yang sangat ideal gelas banyak digunakan di banyak bidang kehidupan. Tetapi gelas bisa pecah menjadi pecahan yang tajam. Sifat kaca ini bisa dimodifikasi dan bahkan bisa diubah seluruhnya dengan proses kimia atau dengan pemanasan.


Gambar 15.1 Contoh Penggunaan Bahan Gelas

Ada beberapa sifat gelas yang bisa dikatakan memiliki kelebihan dibanding dengan material lainnya, antara lain:

1. Sifat estetika atau keindahan2. Sifat tembus pandang secara optik (transparan)3. Sifat elastik4. Sifat ketahanan terhadap zat/reaksi kimia

Namun kekurangan dari gelas adalah sifatnya yang getas dan mudah pecah.

Difinisi Teknik

Gelas mempunyai beberapa definisi teknis yang tergantung dari proses pembentukan gelas, struktur atom dan keadaan termodinamisnya.Secara empirisGelas adalah material non-organik hasil dari proses pendingan tanpa melalui proses kristalisasi.

Definisi berdasarkan struktur

Gelas adalah benda padat yang tidak mempunyai struktur seperti halnya keramik atau logam.


Gambar 15.2 Macam-macam peralatan laboratorium dari gelas :

Bahan Refraktori

Refraktori secara umum dapat didefinisikan sebagai suatu bahan tahan terhadap suhu tinggi yang berbentuk bata dan bubuk (powder), sedangkan refraktori menurut ilmu material adalah bahan anorganik yang tidak meleleh atau melebur pada suhu tinggi, sering juga disebut high temperature material.

Dalam industri, refraktori adalah sebagai bahan anorganik dalam konstruksi peralatan yang digunakan untuk memanaskan, membakar, atau melebur bahan industri seperti bahan tungku dan sebagainya (Hari, 2002).

Persyaratan umum bahan refraktori adalah:

Tahan terhadap suhu tinggi Tahan terhadap Perubahan suhu yang mendadak Tahan terhadap lelehan terak logam, kaca, gas panas, dll. Tahan terhadap beban pada kondisi perbaikan Tahan terhadap Persyaratan beban dan gaya abrasi Menghemat panas Memiliki koefisien ekspansi panas yang rendah Tidak boleh mencemari bahan yang bersinggungan

Bahan Intan

Intan adalah yang secara merupakan bentuk, atau, dari. Dalam hal ini karbon mempunyai allotrop arang, grafit dan intan, walaupun ketiganya berasal dari karbon namun mempunyai karakteristik yang jauh berbeda. Yang membedakan diantara ketiganya adalah susunan atom di dalamnya. Intan mempunyai sifat yang sangat keras karena terdiri dari susunan atom yang kokoh berbentuk tetrahedral.

Gambar 15.3 Intan yang sudah diasah


Intan terkenal karena memiliki sifat-sifat fisika yang istimewa, terutama faktor kekerasannya dan kemampuannya . Sifat-sifat ini yang membuat intan digunakan dalam perhiasan dan berbagai penerapan di dalam dunia.

Intan terutama ditambang di tengah dan selatan, walaupun kandungan intan yang signifikan juga telah ditemukan di, (26.000 kg) intan ditambang setiap tahun, yang berjumlah kira-kira $9 milyar dolar Amerika. Selain itu, hampir empat kali berat intan dibuat di sebagai (synthetic diamond).

Struktur Intan kovalen raksasa dari intan

Karbon memiliki susunan elektronik 2,4. Pada intan, tiap atom karbon berbagi elektron dengan empat atom karbon yang lain – membentuk empat ikatan tunggal.

Gambar 15.4 Struktur Kristal Intan

Pada diagram beberapa atom karbon terlihat hanya membentuk dua ikatan (atau bahkan satu ikatan), tetapi hal ini bukanlah kasus yang sebernarnya. Struktur tersebut merupakan struktur kovalen raksasa – yang mana struktur tersebut terus berlanjut pada struktur tiga dimensi. Struktur ini bukan sebuah molekul, karena jumlah atom yang pada intan yang sebenarnya sangatlah bervariasi – tergantung pada ukuran kristal.

Bahan Grafit

Grafit, sebagaimana berlian, adalah bentuk alotropik karbon, karena kedua senyawa ini mirip namun struktur atom mempengaruhi sifat kimia dan fisika. Grafit terdiri atas lapisan atom karbon, yang dapat menggelincir dengan mudah. Artinya, grafit amat lembut, dan dapat digunakan sebagai pelumas, untuk membuat peralatan mekanis bekerja lebih lancar. Grafit sekarang umum digunakan sebagai "timbal" pada pensil.


Grafit adalah mineral yang dapat berasal dari batuan beku, sedimen, dan metamorf. Secara kimia, grafit sama dengan intan karena keduanya berkomposisi karbon, yang membedakannya adalah sifat fisik. Intan dikenal sangat keras, langka, dan transparan, sedangkan grafit agak lunak, mudah ditemukan, dan opak.

Grafit berwarna kelabu. Akibat delokalisasi antarpermukannya, grafit dapat berfungsi sebagai konduktor listrik. Secara alamiah, grafit ditemukan di Srilanka dan Kanada, dan Amerika Serikat. Grafit juga disebut sebagai timbal hitam. Grafit dinamai oleh Abraham Gottlob pada tahun 1789 dengan mengambil kata dari bahasa Yunani..

Gambar 15.5 Grafit

A. Struktur Grafit

a. Struktur kovalen raksasa dari grafit

Grafit memiliki struktur lapisan (layer structure) yang sedikit sulit untuk digambarkan secara meyakinkan pada bentuk tiga dimensi. Diagram dibawah ini menunjukkan susunan atom pada tiap lapisan, dan cara lapisan menempati ruang

b. Ikatan pada grafit

Tiap atom karbon menggunakan tiga elektron yang dimilikinya untuk membentuk ikatan yang sederhana pada tiga atom karbon tetangga terdekatnya. Keadaan seperti ini membiarkan elektron keempat berada pada tingkat ikatan. "Cadangan" elektron pada tiap atom karbon tersebut menjadi terdelokalisasi pada seluruh bagian lembaran atom


pada satu lapisan. Cadangan elektron tersebut tidak berhubungan secara langsung dengan pasangan atom tertentu, tetapi elektron tersebut bebas mengembara melintasi seluruh bagian lembaran atom. Sesuatu hal yang penting bahwa elektron yang terdelokalisasi tersebut bebas bergerak ke bagian mana saja pada lembaran atom, tiap elektron tidak terpaku pada atom karbon tertentu. Keadaan ini, bagaimanapun, tidak terjadi kontak secara langsung antara elektron yang terdelokalisasi pada suatu lembaran atom tertentu dengan elektron yang lain pada lembaran atom tetangganya.Atom-atom yang terletak pada suatu lembaran berikatan satu sama lain melalui ikatan kovalen yang kuat – lebih kuat, pada faktanya, dibandingkan dengan ikatan pada intan karena adanya tambahan kekuatan ikatan yang disebabkan oleh elektron yang terdelokalisasi.

15.2 Sifat-Sifat Gelas

Sifat-Sifat Kimia

Gelas sangat mudah rusak oleh lelehan alkali, alkali karbonat, (pH10), , fluorida, dan agak mudah rusak oleh basa panas dengan pH 7 – 10, serta panas asam anorganik yang mengandung air, misalnya HCl 30%. Pengolahan dan penggunaan: Gelas dapat dibentuk dengan cara memanaskannya lagi (peniupan kaca). Selain itu gelas dapat digerinda dingin, dibor, dipotong, direkat, diperkuat (dengan plastik/serat gelas) dan bisa diberi tegangan (kaca pengaman) dengan pengerjaan panas.Penggunaan: Gelas digunakan sebagai bahan bila dibutuhkan peralatan yang tembus pandang dan mempunyai ketahanan kimia yang tinggi. Contohnya pipa, kaca pengintip, organ penyekat, bejana kecil dalam operasi, botol keranjang, botol kecil, alat penukar panas, pompa,siklon, filter sinter, dan alat laboratorium. Secara khusus, gelas dapat digunakan sebagai kaca pengaman, bahan isolasi, kaca optik (misalnya untuk filter), kaca jendela, dan cermin.Keamanan: Botol biasa dan botol keranjang tidak holeh diberi beban tekanan. Bila tidak ada petunjuk kerja intern maka petunjuk kerja yang dikeluarkan oleh perusahaan pembuat gelas kimia harus diberlakukan.

Sifat-Sifat Fisik Gelas

Gelas merupakan bahan yang dapat ditembus oleh cahaya tampak dan sinar infra merah, tetapi tidak oleh sinar ultraviolet. Gelas yang mengandung Pb tidak dapat dilewati oleh sinar Rontgen. Pemanasan akan menyebabkan pemuaian gelas yang besarnya sangat berbeda satu sama lain (tergantung koefisien pemuaian). Bila pemanasan atau pendinginan berlangsung terlalu cepat atau terkonsentrasi pada satu titik, akan terjadi tegangan. Karena gelas bersifat rapuh, tegangan tersebut dapat menimbulkan retakan. Bahan aditif khusus seperti boron oksida dapat membuat gelas kimia lebih tahan terhadap bahan kimia dan perubahan temperatur. Kuarsa memiliki sifat tennis yang lebih baik karena koefisien pemuaiannya sangat kecil.Gelas merupakan isolator listrik yang baik dan penghantar panas yang buruk (terutama glass wool). Gelas kimia akan berubah sifatnya setelah digunakan bertahun-tahun atau dalam waktu yang lebih singkat lagi bila dipakai untuk temperatur yang lebih dari 150oC. Perubahan ini dimulai dengan


teradinya kristalisasi pada beberapa tempat dan akhimya pada seluruh tempat. Dengan demikian, gelas menjadi lebih rapuh dan tidak dapat digunakan.

A. Proses Pembuatan Gelas

Bahan baku pembuatan gelas

Pada dasarnya, bahan baku pembuatan gelas terdiri atas 3 jenis yang masing-masing memiliki peranan pada kualitas dan hasil akhir dari produk gelas secara keseluruhan. Ketiga bagian tersebut yaitu : 1. Bahan pembentuk gelas.

Bahan baku jenis ini terdiri dari :

a. pasir kuarsa/silika dengan kemurnian SiO2 99.1 – 99.7% b. sodium karbonat/soda abu (Na2CO3) c. asam borat/borax d. phosfor pentaoksida e. dolomit (CaCO3.MgCO3) f. feldspar, dengan rumus molekul R2O.Al2O3.6SiO2 di mana R2O mewakili Na2O

atau K2O atau gabungan keduanya. g. cullet, merupakan pecahan-pecahan kaca atau kaca yang berasal dari produk

tak lolos quality control.

Cullet berfungsi untuk menurunkan temperatur leleh dari bahan baku. Cullet yang diumpankan sebanyak 25% dari total bahan baku.

2. Bahan stabiliser, merupakan bahan yang mampu menurunkan kelarutan di dalam air, tahan terhadap serangan bahan kimia lain termasuk materi-materi lain yang terdapat di atmosfer.

Contoh bahan stabiliser yang biasa dipakai di industri gelas adalah :

a. kalsium karbonat, membuat produk akhir menjadi tidak larut di dalam air. b. barium karbonat, meningkatkan berat spesifik dan indeks bias. c. timbal oksida, membuat produk menjadi transparan, mengkilat, dan memiliki

indeks bias yang tinggi. d. seng oksida, membuat gelas tahan terhadap panas yang mendadak, memperbaiki

sifat-sifat fisik dan mekanik, dan meningkatkan indeks bias. e. aluminium oksida, meningkatkan viskositas gelas, kekuatan fisik, dan ketahahan

terhadap bahan kimia.

3. Komponen sekunder, di antaranya adalah :


a. Refining agent, menghilangkan gelembung-gelembung gas pada saat pelelehan bahan baku. Bahan yang biasa digunakan sebagai refining agent pada industri gelas adalah sodium nitrat dan sodium sulfat atau arsen oksida (As2O3).

b. Penghilang warna (decolorant), menghilangkan warna yang biasanya diakibatkan oleh kehadiran senyawa besi oksida yang masuk bersama bahan baku. Bahan penghilang warna yang digunakan adalah mangan dioksida (MnO2), logam selenium (Se), atau nikel oksida (NiO).

c. Pewarna (colorant), digunakan untuk membuat gelas khusus sesuai dengan warna yang dikehendaki.

d. Opacifiers. Bahan yang digunakan sebagai opacifier adalah fluorite (CaF2), kriolit (Na3AlF6), sodium fluorosilika (Na2SiF6), timah phospat, seng phospat (Zn3(PO4)2), dan kalsium phospat (Ca3(PO4)2).

Proses pembuatan gelas di dalam industri meliputi tahap-tahap sebagai berikut:

1. Persiapan bahan baku (batching) Pada tahap ini dilakukan penggilingan, pengayakan bahan baku serta pemisahan dari pengotor-pengotornya. Serbuk bahan baku ditimbang sesuai komposisi, termasuk bahan-bahan aditif lain yang diperlukan seperti zat pewarna atau zat-zat sesuai dengan produk kaca yang dikendaki. Pengadukan campuran bahan baku dalam suatu mixer dilakukan agar campuran menjadi homogen sebelum dicairkan.

2. Pencairan (melting/fusing) Bahan baku yang sudah homogen, diayak dahulu sebelum dimasukkan ke dalam tungku (furnace) bersuhu sekitar 1500oC sehingga campuran akan mencair. Selama proses pencairan, masing-masing bahan baku akan saling berinteraksi membentuk reaksi-reaksi kimia berikut :

Reaksi-reaksi penguraian :

Na2SO3 → Na2O + CO2 (1) CaCO3 → CaO + CO2 (2) Na2SO4 → Na2O + SO3 (3) MgCO3.CaCO3 → MgO + CaO + 2CO2 (4)

Reaksi antara SiO2 dengan Na2CO3 pada suhu 630 – 780oC

Na2CO3 + aSiO2 → Na2O.aSiO2 + CO2 (5)

Reaksi antara SiO2 dengan CaCO3 pada suhu 600oC CaCO3 + bSiO2 → CaO.bSiO2 + CO2 (6)

Reaksi antara CaCO3 dengan Na2CO3 pada suhu di bawah 600oC


CaCO3 + Na2CO3 → Na2Ca(CO3)2 (7)

Reaksi antara Na2SO4 dengan SiO2 pada suhu 884oC

Na2SO4 + nSiO2 → NaO.nSiO2 + SO2 + 0.5O2 (8)

Reaksi utama

aSiO2 + bNa2O + cCaO + dMgO → aSiO2.bNa2O.cCaO.dMgO (9)

leburan kaca Tungku sebagai tempat mencairkan campuran b sekitar 2 ton atau lebih rendah. Pot terbuat dari bata silica-alumina (lempung) khusus atau platina. Tank furnace, digunakan pada industri gelas skala besar dan terbuat dari bata refraktori (bata tahan panas). Furnace ini mampu menampung sekitar 1350 ton cairan gelas yang membentuk kolam di jantung furnace. 3. Pembentukan (forming/shaping)

Bahan kaca yang berbentuk cair lalu dialirkan ke dalam alat-alat yang berfungsi untuk membentuk kaca padat sesuai yang diinginkan. Ada beberapa jenis proses pembentukkan kaca, di antaranya adalah :

a. Proses Fourcault.

Bahan cair dialirkan secara vertikal ke atas melalui sebuah bagian yang dinamakan "debiteuse". Bagian ini terapung di permukaan kaca cair dengan celah sesuai dengan ketebalan kaca yang diinginkan. Di atas debiteuse terdapat bagian sirkulasi air pendingin yang akan mendinginkan kaca hingga 650 – 670oC. Pada suhu tersebut kaca berubah menjadi pelat padat dan akan bergerak dengan didukung oleh roda pemutar (roller) yang menarik kaca tersebut ke atas. Gambar di bawah ini melukiskan skema proses Fourcault.

b. Proses Colburn (Libbey-Owens)

Jika proses Fourcault , gerakan kaca berlangsung secara vertikal, maka pada proses Colburn kaca akan bergerak secara vertical kemudian diikuti gerakan horizontal setelah melewati roda-roda penjepit yang membentuk leburan gelas menjadi lembaran-lembaran.

c. Proses Pilkington (float process)

Bahan cair dialirkan ke dalam sebuah kolam berisi cairan timah (Sn) panas. Kecepatan aliran bahan cair ini merupakan pengatur tebal tipisnya kaca lembaran yang akan


diproses. Kaca akan mengapung di atas cairan timah karena perbedaan densitas di antara keduanya. Kaca ini tetap berupa cairan dengan pasokan panas yang berasal dari pembakar di bagian atas kolam. Pengendalian temperatur di dalam kolam dilakukan agar kaca tetap rata di kedua sisinya serta pararel. Bahan yang biaanya digunakan untuk keperluan ini adalah gas nitrogen murni. Selanjutnya, aliran kaca melewati daerah pendinginan (masih di dalam kolam) dan keluar dalam bentuk kaca lembaran bersuhu 600oC. Proses a – c di atas dikenal dengan proses mekanik. .

d. Proses tiup (blow)

Proses ini digunakan untuk membuat botol kaca, gelas kemasan, atau aneka bentuk kaca seni lainnya (lihat gambar 6.7.).

4. Annealing

Fungsi tahapan ini adalah untuk mencegah timbulnya tegangan-tegangan antar molekul pada kaca yang tidak merata sehingga dapat menimbulkan kepecahan. Proses annealing kaca terdiri dari 2 aktivitas, yaitu :

1. menahan kaca dengan waktu yang cukup di atas temperatur kritik tertentu untuk menurunkan regangan internal, dan

2. mendinginkan kaca sampai temperatur ruang secara perlahan-lahan untuk menahan regangan sampai titik maksimumnya.

Proses ini berlangsung di dalam "annealing lehr". Untuk jenis kaca lembaran, annealing lehr ini dilewati oleh kaca-kaca yang bergerak di atas roda berjalan.

5. Finishing dan pengendalian kualitas (Quality Control) Beberapa proses penyelesaian akhir pada industri gelas adalah cleaning and polishing, cutting, enameling, dan grading.

A. Penggunaan Di Dalam Kehidupan

Penggunaan gelas di dalam kehidupan jika dilihat dari klasifikasinya dapat dilihat pada tabel sebagai berikut:

Tabel 15.1 Penggunaan Dan Klasifikasi Gelas

Macam Nama PenggunaanGelas rata :

Gelas rata umum

Gelas rata khusus

Gelas rata berbentuk

Gelas rata biasa, gelas rata berukir, gelas lebar.Gelas kawat, gelas penyerap panas. Gelas beralur, gelas kerut berkawat.

Kaca jendela, cermin


Gelas wadah: Gelas peralatan

makan

Botol bermulut lebar, botol bermulut sempit, gelas, gelas bergagang, piring, mangkuk.

Berbagai wadah

Gelas optik Gelas mahkota (crown), gelas batu api (flint), gelas barium, gelas lantan, gelas fosfat, gelas yang mengandung flour.

Berbagai instrument optic

Gelas fisikokimia : Gelas umum Gelas kedokteran

untuk termometer

Gelas kuarsa, gelas borosilikat, gelas silikat tinggi, gelas ampul, gelas botol obat.

Untuk penggunaan fisikokimia dan kedokteran

Gelas listrik : Gelas penerangan

Gelas tabung elektronik

Gelas alat listrik berat

Gelas penerangan, gelas lampu fluoresensi, gelas lampu busur merkuri, lampu uap natriumGelas untuk tabung sinar katoda, tabung pemancar, tabung sinar-X dan tabung khususGelas mikaleks, gelas isolator gelas

Peralatan listrik

Gelas pengkapsul Berbagai pengkapsulanSerat gelas Gelas monofilament,gelas

filament panjang,gelas untuk komunikasi foto

Isolator, komunikasi foto

B. Tingkat Pencemaran

Pencemaran oleh gelas terjadi karena manusia yang membuang sampah gelas sembarangan. Gelas mempunyai ketahanan kimia yang tinggi dan bahan gelas susah terurai oleh alam, sehingga akan bercampur dengan tanah dalam bentuk pecahan-pecahan.

C. Penanganan

Membuang sampah gelas pada tempatnya. Sampah gelas dapat didaur ulang sebagai bahan baku dalam pembuatan gelas, sehingga kita bisa mengumpulkan untuk selanjutnya diolah sehingga tidak mengotori tanah.

Kesimpulan


Bahan kaca (gelas) memiliki manfaat yang sangat banyak di dalam kehidupan kita, dan pemanfaatannya pun sangat luas mulai dari rumah tangga sampai industri, selain itu gelas dapat didaur ulang sehingga pencemaran dapat dikurangi

15.3 Sifat-Sifat Bahan Refraktori

Sifat dan penggunaan refraktori mempunyai variasi yang luas dan terlalu banyaknya jenis sangat menyukarkan penggolongan yang sistematis. Refraktori kemudian digolongkan berturut-turut berdasarkan bahan bakunya, mineral penyusun utamanya, sifat kimia, penggunaan dan bentuknya. Yang mempunyai bentuk khas disebut bata tahan api dan lainnya tanpa bentuk khas disebut refraktori bebas. Ini adalah penggolongan refraktori secara morfologi.

Refraktori bersilika mempunyai kadar SiO2 94-98% dengan kadar Al2O3 dan alkali yang kecil, lebih baik. Sebagai bahan baku digunakan kuarsit alamiah, cert, kuarsa berurat dan sebagainya.

Refraktori lempung dibuat terutama dari kaolinit, pirofilit, dan mineral lempung lainnya dari aluminium silikat terhidrasi. Komponen kimia utama adalah SiO2 dan Al2O3. Secara umum kadar Al2O3 kurang dari 50%.

Beberapa refraktori alumina tinggi mengandung lebih dari 50% alumina, dan sifat refraktorinya lebih tinggi dari SK 35. Ada bata silimanit yang dibuat dari kianit alamiah (Al2O3.SiO2) dan mulit (3 Al2O3.2SiO2)-korundum (Al2O3), bata dibuat dengan peleburan listrik. Bata dari komposisi Al2O3 yang hampir murni disebut bata alumina dan dibuat secara penyinteran atau secara peleburan listrik.

Refraktori krom mempunyai spinel krom (FeO.Cr2O3, MgO.C2O3) sebagai mineral penyusun dasar. Ada refraktori krom yang dibuat secara penyinteran dari kromit sebagai bahan baku utama dengan aditif lempung, dan ada yang dibuat secara penyinteran dari kromit dengan klinker magnesia sebagai aditif. Baik magnesia krom maupun refraktori magnesia dan krom terdiri dari periklas (MgO), forsterit (Mg2SiO4), spinel (MgO. Al2O3) dan fasa gelas yang mengandung lebih dari 50% magnesia disebut refraktori magnesia-krom dan yang mengandung kurang dari 50% magnesia disebut refraktori krom-magnesia. Bahan tersebut dibuat dengan penyinteran kromit dan klinker magnesia.

Refraktori magnesia dibuat dari klinker magnesia sebagai bahan baku utama, dan mineral penyusun dasar adalah periklas (MgO). Klinker magnesia yang sangat murni mengandung kira-kira 99% MgO. Bata magnesia yang dibuat dari klinker ini disinter pada temperatur tinggi yaitu setinggi kira-kira 18000C.

Refraktori karbida silika terutama terdiri dari karbida silikon (SiC), mulit ( 3 Al2O3.

2SiO2) dan fasa gelas. Bahan baku utamanya adalah karbida silika, yang dibuat dari batu bersilika (SiO2) dan kokas yang dipanaskan dalam tungku tahanan listrik atau di atas 22000C.

Kandungan Senyawa Refraktor


Bahan-bahan yang terdapat dalam refraktori, biasanya merupakan senyawa oksida logam yang memiliki daya tahan terhadap suhu tinggi. Berikut ini beberapa senyawa oksida yang terdapat dalam refraktori:

Nama Material Titik Lebur (oC) Nama Material Titik Lebur (oC)

Silikon Oksida,Kalsium Oksida,Magnesium Oksida Besi (III) OksidaAlumunium Oksida

1713, 2572, 2800 15802050

Vanadium, Wolfram, Karbon

Krom Oksida

1900, 3410, 3727

2275

Tabel 15.2 Kandungan yang terdapat dalam refraktori

1. Silikon Oksida

Silikon oksida banyak dijumpai dalam bebatuan dan mineral-meneral, mempunyai titik leleh 1713 oC. Silikon oksida juga dapat dibentuk dari silikon yang direaksikan dengan oksigen membentuk dioksida.

2. Kalsium Oksida

Senyawa padat putih dengan titik leleh 2572 °C dibentuk melalui pemanasan kalsium dengan oksigen atau dari penguraian kalsium karbonat (batu kapur).

3. Magnesium Oksida

Magnesium oksida mempunyai titik leleh 2800°C, dapat dibuat dengan memanaskan magnesium dengan oksigen, atau dari penguraian garam Mg-nya seperti Mg(OH)2, MgCO3, Mg(NO3)2.

4. Besi (III) Oksida

Suatu zat padat berwarna coklat kemerah-merahan dengan titik leleh 1580 oC, yang dapat diperoleh dengan memanaskan Fe(OH)3 atau FeSO4 pada suhu tinggi (Sunarya, 2003).

Sifat Kimia Bahan Refraktori

Aksi kimia mugkin terjadi karena kontak dengan kerak, abu bahan bakar, gas tanur, atau dengan produk-produk seperti kaca atau baja. Oleh karena itu, untuk penggunaan refraktori perlu diperhatikan bahan baku yang digunakan, suhu pengerjaan didalam


tanur, dan beban yang diberikan pada waktu pemanasan, serta reaksi kimia yang berlangsung.

Sifat-Sifat Fisik Bahan Refraktori

a. Titik lebur.

Kebanyakan refraktori komersial melunak secara berangsur dalam jangkauan suhu yang cukup luas dan tidak mempunyai titik cair yang tajam, karena biasanya terdiri dari berbagai mineral.

Seperti pada refraktori untuk dinding tanur, biasanya refraktori melunak secara berangsur akibat adanya aksi kimia yang disebabkan berbagai kondisi pada tanur.

Titik lebur dari beberapa contoh umum refraktori, baik yang berupa zat murni maupun produk teknis, dapat dilihat pada Tabel 15.3..

Tabel 15.3 Titik lebur berbagai refraktori

Bahan Titik Lebur (0C)

Bata lempung api, Kaolinit, Bata silika Bata bauksitBata lempung alumina tinggiMulitSilimaniForsteritKromitBata kromAluminaSilikon karbidaBata magnesiaBata zirkoniaBoron nitride

1600 – 1750, 1785, 1700 1732 – 18501802 – 188018101816189017701950 – 22002050270022002200 – 27002720

b. Porositas

Porositas merupakan volume pori-pori yang terbuka, dimana cairan dapat menembus, sebagai persentase volum total refraktori. Sifat ini penting ketika refraktori melakukan kontak dengan terak dan isian yang leleh. Porositas yang nampak rendah mencegah


bahan leleh menembus refraktori. Sejumlah besar pori-pori kecil biasanya lebih disukai daripada sejumlah kecil pori-pori yang besar. Porositas berkaitan langsung dengan berbagai sifat fisika bata lainnya, termasuk ketahanan terhadap serangan kimia. Makin tinggi porositas suatu bata, makin mudah bata tersebut dipenetrasi oleh fluks cair dan gas. Untuk setiap jenis bata tertentu, bata yang porositasnya paling rendah adalah yang paling keras dan paling tinggi konduktivitas termal dan kapasitas kalornya.

c. Ketahanan terhadap perubahan suhu

Bata yang mempunyai ekspansi termal paling rendah dan teksturnya paling kasar, sangat tahan terhadap perubahan termal yang berlangsung mendadak dan juga paling sedikit mengalami regangan (Austin, 1996).

d. Ukuran

Bentuk dan ukuran refraktori merupakan bagian dari rancangan tungku, karena hal ini mempengaruhi stabilitas struktur tungku. Ukuran yang tepat sangat penting untuk memasang bentuk refraktori dibagian dalam tungku dan untuk meminimalkan ruang antara sambungan konstruksinya.e. Bulk density

Bulk density merupakan sifat refraktori yang penting, yakni jumlah bahan refraktori dalam suatu vo lum (kg/m3). Kenaikan dalam bulk density refraktori akan menaikan stabilitas volum, kapasitas panas dan tahanannya terhadap penetrasi terak.Tabel 15.3 membandingkan sifat-sifat panas bahan refraktori dengan densitas tinggi dan rendah.

Tabel 15.4 Sifat-sifat Refraktori (The Carbon Trust, 1993)

SifatMassa Panas Tinggi

(Refraktori dengan densitas tinggi)

Massa Panas Rendah(Serat Keramik)

Konduktivitas panas (W/m K)

1,2 0,3

Panas jenis (J/kg K) 1000 1000Densitas (kg/m3) 2300 130

Jenis refraktori yang digunakan tergantung pada area penggunaannya seperti boiler, tungku, kiln, oven dll., suhu dan tekanan yang dibutuhkan. Pemasangan refraktori ditunjukkan dalam gambar 15.6a dan gambar 15.6b.


Gambar 15.6a. Lining refraktori Gambar 15.6b. Dinding bagian dalam Tungku busur/ arc (BEE, 2005) refraktori dengan blok burner (BEE,2005)

f. Ekspansi panas dapat balik:

Bahan apapun akan mengembang jika dipanaskan, akan menyusut jika didinginkan. Pengembangan/ekspansi panas yang dapat balik merupakan cerminan perubahan fase yang terjadi selama pemanasan dan pendinginan.

g. Konduktivitas panas:

Konduktivitas panas tergantung pada komposisi kimia dan mineral dan kandungan silika pada refraktori dan pada suhu penggunaan. Konduktivitas biasanya berubah dengan naiknya suhu. Konduktivitas panas refraktori yang tinggi dikehendaki bila diperlukan perpindahan panas yang melalui bata, sebagai contoh dalam recuperators, regenerators, muffles, dll. Konduktivitas panas yang rendah dikehendaki untuk penghematan panas seperti refraktori yang digunakan sebagai isolator. Isolasi tambahan dapat menghemat panas namun pada saat yang sama akan meningkatkan suhu panas permukaan, sesampai diperlukan refraktori yang berkualitas lebih baik. Oleh sebab itu, atap bagian luar dari tungku dengan perapian terbuka/tungku open hearth biasanya tidak diisolasi, karena akan menyebabkan runtuhnya atap.

Refraktori yang ringan dengan konduktivitas panas yang rendah digunakan secara luas pada tungku perlakuan panas suhu rendah, sebagai contoh dalam tungku jenis batch dimana kapasitas panas struktur refraktori yang re ndah meminimalkan panas tersimpan selama siklus pemanasan dan pendinginan. Refraktori untuk isolasi memiliki konduktivitas panas yang sangat rendah. Hal ini biasanya dicapai dengan penjebakan sebagian besar udara kedalam struktur. Beberapa contohnya adalah:

Bahan yang terjadi secara alami seperti asbes merupakan isolator yang baik namun bukan merupakan satu-satunya refraktori yang baik.

Wool mineral yang tersedia yang memadukan sifat isolasi dengan resistansi yang baik terhadap panas namun bahan ini tidak kaku


Batu bata berpori yang kaku pada suhu tinggi dan memiliki konduktivitas panas rendah.

Sifat Mekanik Bahan Refraktori

Cold crushing strength: Cold crushing strength merupakan resistansi refraktori terhadap kehancuran yang sering terjadi selama pengiriman. Hal ini hanya keterkaitan tidak langsung terhadap kinerja refraktori, dan digunakan sebagai salah satu indikator resistansi terhadap abrasi. Indikator lainnya adalah bulk density dan porositas.

a. Kerucut pyrometric dan kerucut pyrometric eqivalen/ Pyrometric Cones Equivalent (PCE)

Kerefraktorian’ batu bata (refraktori) adalah suhu dimana refraktori melengkung yang disebabkan tidak dapat menahan beratnya lagi, Kerucut pyrometric digunakan di industri keramik untuk menguji kerefraktorian batu bata (refraktori). Kerucut ini terdiri dari campuran oksida yang dikenal meleleh pada kisaran suhu yang sempit. Kerucut dengan komposisi berbagai oksida diletakkan berurutan sesuai dengan suhu lelehnya sepanjang bata refraktori dalam tungku. Tungku dibakar dan suhunya akan naik. Satu kerucut akan melengkung bersama bata refraktori. Nilai ini merupakan kisaran suhu dalam oC, dimana diatas suhu tersebut refraktori tidak dapat digunakan. Hal ini disebut suhu Kerucut Pyrometric Ekivalen.

b. Creep pada suhu tinggi:

Creep merupakan sifat yang tergantung pada waktu, yang menentukan rusaknya bentuk pada waktu dan suhu yang diberikan pada bahan refraktori dengan penekanan.

c. Stabilitas volum, pengembangan, dan penyusutan pada suhu tinggi:

Kontraksi atau ekspansi refraktori dapat berlangsung selama umur pakai. Perubahan yang permanen dalam ukurannya dapat disebabkan oleh:

Perubahan dalam bentuk allotropic, yang dapat menyebabkan perubahan dalam specific gravity

Reaksi kimia, yang menghasilkan bahan baru dari specific gravity yang berubah Pembentukan fase cair Reaksi sintering Penggabungan debu dan terak atau karena adanya alkali pada refraktori semen

tahan api, membentuk basa alumina silikat. Hal ini biasanya teramati pada blast furnace.


A. Proses Pembuatan Bahan Refraktori

Kaedah pembuatan refraktori :

1. Cara biasa

Cara biasa tidak 100% tumpah, campuran 40% kasar (> 1.2 mm), 30% sederhana (0.25-1.25 mm) dan 30% halus (<0.25mm) plus bahan pengikat dan dibentuk dengan tekanan

2. Cara Tuangan lakuran

Tuangan lakuran untuk Al2O3, bermula tahun 1909 dilakukan pada suhu >1750°C Liang yg sedikit, ukuran butir yg lebih kasar, jika ada fasa berketumpatan tinggi

(ZrO2,Cr2O3) akan mendak lebih dahulu Lebih mahal tetap rintangan terhadap tindakan kimia yg baik Contoh – AZS – utk tangki peleburan kaca

Teknologi lain untuk menghasilkan bahan mentah refraktori1. Sintesis melalui pembakaran & pengoksidaan logam lebur (Lanxide)

AB → A + B Merupakan Proses eksotermik utk menghasilkan fasa tunggal dfengan hasil yang berketulenan tinggi .Conto : borida, karbida, karbonitrida, nitrida

B. Jenis-Jenis Refraktori

Refraktori dapat digolongkan berdasarkan komposisi kimianya, pengguna akhir dan metoda pembuatannya sebagaimana diperlihatkan dibawah ini.

Tabel 15.5. Klasifikasi Refraktori berdasarkan komposisi kimianya (Gilchrist)

Metoda klasifikasi Contoh

Komposisi kimiaASAM, yang siap bergabungdengan basa

Silika, Semisilika, Aluminosilikat

BASA, terutama yangmengandung oksida logamyang tahan terhadap basa

Magnesit, Khrom- magnesit, Magnesit-chromit, Dolomit

NETRAL, yang tidakbergabung dengan asamataupun basa

Batu bata tahan api, Khrom, Alumina Murni

Khusus Karbon, Silikon Karbid, Zirkon


Pengguna Akhir Blast furnace casting pitMetoda pembuatan Proses kempa kering, fused cast, cetakan

tangan, pembentukan normal, ikatan dengan pembakaran atau secara kimiawi, tidak dibentuk (monolitik, plastik, ramming mass, gunning castable, penyemprotan)

1. Refraktori semen tahan api

Batu bata tahan api merupakan bentuk yang umum dari bahan refraktori. Bahan ini digunakan secara luas dalam industri besi dan baja, metalurgi non besi, industri kaca, kiln barang tembikar, industri semen, dan masih banyak yang lainnya.Refraktori semen tahan api, seperti batu bata tahan api, semen tahan api silika dan refraktori tanah liat alumunium dengan kandungan silika (SiO2) yang bervariasi sampai mencapai 78 persen dan kandungan Al2O3 sampai mencapai 44 persen. Tabel 15.6 memperlihatkan bahwa titik leleh (PCE) batu bata tahan api berkurang dengan meningkatnya bahan pencemar dan menurunkan Al2O3. Bahan ini seringkali digunakan dalam tungku, kiln dan kompor sebab bahantersebut tersedia banyak dan relatif tidak mahal.

Tabel 15.6 Sifat-sifat batu bata tahan api (BEE, 2005)

Jenis batu bataPersentase

SiO2

PersentaseAl2O3

Persentasekandungan

lainnyaPCE oC

Super Duty 49-53 40-44 5-7 1745-1760High Duty 50-80 35-40 5-9 1690-1745Menengah 60-70 26-36 5-9 1640-1680High Duty (Silika) 65-80 18-30 3-8 1620-1680Low Duty 60-70 23-33 6-10 1520-1595

2. Refraktori alumina tinggi

Refraktori silikat alumina yang mengandung lebih dari 45 persen alumina biasanya dikatakan sebagai bahan-bahan alumina tinggi. Konsentrasi alumina berkisar dari 45 sampai 100 persen. Penerapan refraktori alumina tinggi meliputi perapian dan batang as tungku hembus, kiln keramik, kiln semen, tangki kaca dan wadah tempat melebur berbagai jenis logam.

3. Batu bata silika


Batu bata silika (atau Dinas) merupakan suatu refraktori yang mengandung paling sedikit 93 persen SiO2. Bahan bakunya merupakan batu yang berkualitas. Batu bata silika berbagai kelas memiliki penggunaan yang luas dalam tungku pelelehan besi dan baja dan industri kaca. Sebagai tambahan terhadap refraktori jenis multi dengan titik fusi yang tinggi, sifat penting lainnya adalah ketahanannya yang tinggi terhadap kejutan panas (spalling) dan kerefraktoriannya. Sifat batu bata silika yang terkemuka adalah bahwa bahan ini tidak melunak pada beban tinggi sampai titik fusi terdekati. Sifat ini sangat berlawanan dengan beberapa refraktori lainnya, contohnya bahan silikat alumina, yang mulai berfusi dan retak pada suhu jauh lebih rendah dari suhu fusinya. Keuntungan lainnya adalah tahanan flux dan stag, stabilitas volum dan tahanan spallingtinggi.

4. Magnesit

Refraktori magnesit merupakan bahan baku kimia, yang mengandung paling sedikit 85 persen magnesium oksida. Tersusun dari magnesit alami (MgCO3). Sifat-sifat refraktori magnesit tergantung pada konsentrasi ikatan silikat pada suhu operasi. Magnesit kualitas bagus biasanya dihasilkan dari perbandingan CaO-SiO2 yang kurang dari dua dengan konsentrasi ferrit yang minimum, terutama jika tungku yang dilapisi refraktori beroperasi pada kondisi oksidasi dan reduksi. Perlawanan terak sangat tinggi terutama terhadap kapur dan terak yang kaya dengan besi.

5. Refraktori Khromit

Dibedakan dua jenis refraktori khromit:

Refraktori Khrom- magnesit, yang biasanya mengandung 15-35 persen Cr2O3 dan 42-50 persen MgO. Senyawa-senayawa tersebut dibuat dengan kualitas yang bermacam- macam dan digunakan untuk membentuk bagian-bagian kritis pada tungku bersuhu tinggi.Bahan tersebut dapat tahan terhadap terak dan gas yang korosif dan memiliki sifat refaktori yang tinggi.

Refraktori Magnesit-khromit, yang mengandung paling sedikit 60 persen MgO dan 8-18 mpersen Cr2O3. Bahan tersebut cocok untuk pelayanan pada suhu paling tinggi dan untuk kontak dengan terak/slag yang sangat dasar yang digunakan dalam peleburan baja. Magnesitkhromit biasanya memiliki tahanan spalling yang lebih baik daripada khrom- magnesit.

6. Refraktori Zirkonia

Zirkonium dioksida (ZrO2) merupakan bahan polymorphic. Penting untuk menstabilkan bahan ini sebelum penggunaannya sebagai refraktori, yang dicapai dengan mencampurkan sejumlah kecil kalsium, magnesium dan cerium oksida, dll. Sifatnya tergantung terutama pada derajat stabilisasi, jumlah penstabil/stabiliser dan jumlah bahan baku orisinalnya. Refraktori zirkonia memiliki kekuatan yang sangat tinggi pada suhu kamar, yang dicapai sampai suhu setinggi 15000C. Oleh karenanya bahan tersebut berguna sebagai bahan konstruksi bersuhu tinggi dalam tungku dan kiln. Konduktivitas panas zirkonium dioksid lebih rendah dari kebanyakan refraktori oleh karena itu bahan ini digunakan sebagai refraktori isolasi suhu tinggi. Zirkonia memperlihatkan


kehilangan panas yang sangat rendah dan tidak bereaksi dengan logam cair, dan terutama berguna untuk pembuatan wadah tempat melebur logam pada refraktori dan tempat lainnya untuk keperluan metalurgi. Tungku kaca menggunakan zirkonia sebab bahan ini tidak mudah basah oleh kaca yang meleleh dan tidak mudah bereaksi dengan kaca.

7. Refraktori oksida (Alumina)

Bahan refraktori alumina yang terdiri dari alumunium oksida dengan sedikit kotoran dikenal sebagai alumina murni. Alumina merupakan satu dari bahan kimia oksida yang dikenal paling stabil. Bahan ini secara mekanis sangat kuat, tidak dapat larut dalam air, steam lewat jenuh, dan hampir semua asam inorganik dan alkali. Sifatnya membuatnya cocok untuk pembentukan wadah tempat melebur logam untuk fusi sodium karbonat, sodium hidroksida dan sodium peroksida. Bahan ini memiliki tahanan tinggi dalam oksidasi dan reduksi pada kondisi atmosfir. Alumina digunakan dalam industri dengan proses panas. Alumina yang sangat berpori digunakan untuk melapisi tungku dengan suhu operasi sampai mencapai 1850oC.

8. Refraktori MonolitikRefraktori monolitik adalah sebuah cetakan tunggal dalam pembentukan peralatan,

seperti sendok besar seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 9. Refraktori ini secara cepat menggantikan refraktori jenis kovensional dalam banyak digunakan termasuk tungku-tungku industri. Keuntungan utama monolitik adalah:

Penghilangan sambungan yang merupakan titik kelemahan Metoda penggunaannya lebih cepat Tidak diperlukan keakhlian khusus untuk pemasangannya Mudah dalam penanganan dan pengangkutan Cakupan yang lebih baik untuk mengurangi waktu penghentian dalam perbaikan Cakupannya sungguh mengurangi tempat penyimpanan dan menghilangkan

bentuk khusus Penghematan panas Tahanan spalling yang lebih baik Stabilitas volum yang lebih besar

Penempatan monolitik menggunakan berbagai macam metoda, seperti ramming, penuangan, gunniting, penyemprotan, dan sand slinging. Ramming memerlukan tool yang baik dan kebanyakan digunakan pada penggunaan dingin dimana penggabungan bahan merupakan hal yang penting. Dikarenakan semen kalsium aluminat merupakan bahan pengikat, maka bahan ini harus disimpan secara benar untuk mencegah penyerapan kadar air. Kekuatannya mulai berkurang setelah 6 sampai 12 bulan.


Gambar 15.7 Pelapisan Monolitik untuk Ladel

Refraktori monolitik memiliki prospek pasar yang baik di masa akan datang untuk itu diperlukan penelitian lebih lanjut dalam perkembangannya. Masalah yang dihadapi refraktori jenis monolitik saat ini adalah bagaimana mencari refraktori monolitik yang memiliki sifat mekanik yang sama atau mendekati sifat refraktori jenis bata. Bahan baku yang digunakan dalam pembuatan monolitik tidak berbeda dengan yang digunakan dalam proses pembuatan refraktori jenis bata. Penelitian dan pengembangan terhadap proses dan penentuan komposisi bahan refraktori monolitik untuk memperoleh sifat refraktori monolitik yang lebih baik. Dalam penelitian ini dibuat refraktori monolitik dari bahan castable yang terdiri dari oksida (MgO = 86% berat), grafit dan 3-7 % berat (terhadap castable) antioksidan yang terdiri dari berbagai jenis logam (Al, Mg, Si, Al-Mg dan Al-Si). Minyak tar batubara, resin fenolik dan kombinasinya digunakan sebagai pengikat. Semua sampel refraktori MgO-C monolitik dipanaskan hingga temperatur 1400oC dalam kondisi atmosferik sebelum dilakukan penentuan densitas, porositas, Cold Crushing Strength (CCS), Modulus of Rupture (MOR) dan Hot Modulus of Rupture (HMOR) yang mengacu pada standar pengujian ASTM. Penentuan struktur bahan dilakukan dengan menggunakan peralatan X-Ray Difractometer (XRD), Fourier Transporm Infrared (FT-IR), Scanning Electron Microscope/Energy Dispersive X-Ray Spectrometer (SEM/EDS), Differential Thermal Analysis (DTA) dan Thermogravimetri Analysis (TGA).

B. Penggunaan Di Dalam Kehidupan

Tabel.15.7 Hubungan antara karakteristik dan penggunaan bata tahan api utama

Macam Karakteristik Penggunaan

Monolitik MgO-C memiliki ketahanan baik Refraktori MgO-C banyak


terhadap korosi yang disebabkan oleh slag dan juga terhadap tegangan termal. Kontak langsung antara MgO-C dengan logam cair menurunkan kandungan karbon karena oksidasi karbon menghasilkan gas CO2. Pembentukan lapisan padat MgO di permukaan refraktori mencegah reduksi karbon selanjutnya dan penetrasi slag dan logam cair. Kompetisi antara pembentukan MgO dan oksidasi karbon meningkatkan pembentukan pori dan sangat menurunkan kekuatan mekanik refraktori

digunakan dalam industri pengolahan logam, seperti pada lapisan dinding Basic Oxygen Furnace (BOF), Tungku Busur Listrik (Electric Arc Furnace/EAF), maupun Tanur Pemurni (Converter

Kesimpulan

Refraktori memiliki jenis yang bermacam-macam dan pemanfaatannya sangat luas dalam dunia industri terutama untuk industri pengolahan temperatur tinggi seperti pembuatan campuran logam.

15.4 Sifat-Sifat Intan

a. Sifat Fisik Intan

Sruktur KristalBerlian biasanya berkristal dalam bentuk dan terdiri daripada atom karbon ikatan tetrahedron. Bentuk kedua dikenali sebagai dengan simetri hexagonal amat jarang dijumpai dalam bentuk jadi, tetapi merupakan ciri-ciri. Bagaimanapun bentuk lain berlian dikenali sebagai; ini adalah. Berlian jernih, kelabu, atau hitam dengan struktur berputar (radial) seni adalah.Susunan atom tetrahedral dalam kristal berlian adalah sumber kebanyakan ciri-ciri berlian;, bentuk karbon lain, mempunyai struktur kristal dan hasilnya menunjukkan ciri-ciri fisik dramatic/berlainan dengan berlian, grafit merupakan galian amat lembut, kelabu gelap lut-cahaya.

Memiliki titik leleh yang sangat tinggi (hampir 4000°C). karbon-karbon yang sangat kuat pada seluruh struktur harus diputuskan seluruhnya terlebih dahulu sebelum terjadinya pelelehan.

Sangat keras. Sekali lagi hal ini membutuhkan pemutusan ikatan kovalen yang sangat kuat pada.

Tidak menghantarkan listrik. Semua elektron berikatan dengan sangat rapat antara atom-atomnya, dan elektron-eklektron tersebut tidak dapat bergerak dengan leluasa.

Tidak larut dalam air dan pelarut organik. Dalam hal ini tidak memungkinkan terjadinya dayatarik antara molekul pelarut dan atom karbon yang dapat membongkar dayatarik antara atom-atom karbon yang berikatan secara kovalen.


Tidak seperti kebanyakan insulator listrik, intan murni adalah konduktor panas yang baik karena yang kuat di dalam kristalnya. Konduktivitas termal intan alami adalah yang tertinggi diantara material solid yang pernah diketahui. Kristal tunggal intan sintetis dengan kemurnian 99,9% memiliki konduktivitas termal sebesar 30 W/cm K pada temperatur ruangan, lima kali lebih tinggi dibandingkan yang merupakan logam penghantar panas yang baik. Konduktivitas termal intan akan berkurang sebanyak 1,1% dengan kehadiran atom.

Massa molar : 12,01 g / mol Indeks bias : 2,418 (di 500 nm) Massa jenis : 3.5–3.53 gr/cm3

120 kJ/mol

b. Sifat Mekanik Intan Intan adalah material terkeras, di mana kekerasan didefinisikan sebagai ketahanan

terhadap gesekan dan diperingkatkan dalam nilai 1 hingga 10 (terkeras) menggunakan. Intan memiliki kekerasan 10 dalam skala ini. Kekerasan intan dintetis bergantung pada kemurnian dan kesempurnaan struktur kristal. Intan nanokristalin yang diproduksi melalui CVD dapat memiliki tingkat kekerasan antara 30 hingga 75 persen dari intan sesungguhnya, dan tingkat kekerasan dapat diatur dengan aplikasi spesifik. Beberapa intan sintetis kristal tunggal dan intan nanokristalin HPHT dapat memiliki tingkat kekerasan melebihi intan alami.

nilai kekerasan mutlak (absolute hardness) antara 167 dan dalam berbagai jenis uji.

Ketangguhan : 2,0 MPa m1 / 2

faktor intensitas tegangan kritis : 3,4 MN · m-3 / 2

c. Sifat Kimia Tahan asam dan alkali

A. Pembentukan Intan

Alam

Pembentukan intan alami memerlukan kondisi yang sangat spesifik pada tekanan 45-60 kilobar dan suhu yang relatif rendah berkisar antara kira-kira 900-1.300 ° C. Kondisi ini bertemu di dua tempat di bumi, yaitu di dalam lapisan litosfer dan di lokasi tempat terjadinya tumbukan antarmeteor.

a. Pembentukan intan di lapisan litosfer

Intan terbentuk pada lapisan litosfer pada kedalaman yang diperkirakan antara 140-190 km. Secara khusus, di bawah piring samudera suhu naik lebih cepat dengan kedalaman, di luar jangkauan yang diperlukan untuk pembentukan intan di kedalaman yang diperlukan. Daerah dalam litosfer dimana intan tersebut tumbuh dikenal sebagai cratons. Semakin lama intan berada di dalam cratons memungkinkan intan tumbuh lebih besar. Intan terbentuk selama 1 miliar- 3.3 miliar tahun.


Gambar 15.8 Pembentukan di kawah meteorit

Intan juga dapat terbentuk di alam lainnya akibat tekanan yang tinggi. Intan yang terbentuk pada kawah meteorit ini umumnya berukuran mikrometer atau nanometer, dikenal sebagai microdiamonds dan nanodiamonds.

b. Proses Pengangkutan Intan oleh Magma

Gambar 15.9 Skema Pembentukan Intan

Intan dibawa mendekati permukaan bumi oleh magma yang berasal dari letusan gunung berapi

Magma tersebut berasal dari kedalaman ±150 km (93 mil) dimana intan tersebut berada

Biasanya, kawah kecil gunung berapi yang terbentuk akan memperluas permukaan ke bawah dalam formasi yang dikenal sebagai pipa vulkanik


Di dalam pipa, terkandung bahan yang akan dibawa menuju ke permukaan melalui tindakan vulkanik, tetapi bahan tersebut tidak dikeluarkan sebelum aktivitas gunung berapi berhenti.

Selama letusan, pipa terbuka ke permukaan, sehingga sirkulasi menjadi terbuka ; banyak xenoliths dari batuan permukaan, bahkan kayu dan fosil ditemukan dalam pipa vulkanik

Bantalan intan pipa vulkanik berhubungan erat dengan wilayah kerak benua (cratons)

Tidak semua pipa mengandung intan, dan bahkan lebih sedikit Magma dalam pipa vulkanik mendingin dan menjadi batuan beku yang dikenal

sebagai kimberlite atau lamproite Magma itu sendiri tidak mengandung intan, melainkan ia bertindak sebagai lift

yang membawa batuan xenoliths, mineral (xenocrysts), dan cairan ke atas permukaan. Batu-batuan ini kaya magnesium-bantalan olivin, pyroxene, dan amphibole mineral.

Setelah intan diangkut ke permukaan oleh magma dalam pipa vulkanik, intan tersebut mungkin mengikis keluar dan akan didistribusikan ke daerah yang besar

Sebuah pipa vulkanik yang mengandung intan dikenal sebagai sumber utama intan. Sumber-sumber sekunder intan mencakup semua bidang di mana sejumlah besar intan telah terkikis keluar dari kimberlite atau lamproite, dan terakumulasi karena tindakan air atau angin

c. Penambangan intan

Intan yang terdapat di alam diperoleh dengan cara penambangan. Ketika gunung api mendingin, tersisalah saluran batuan beku yang sangat dalam. Intan terutama ditambang dari pipa-pipa vulkanis, tempat kandungan intan yang berasal dari bahan-bahan yang dikeluarkan dari dalam Bumi karena tekanan dan temperaturnya sesuai untuk pembentukan intan.

Intan terdapat dari dalam perut bumi yang digali baik secara manual maupun dengan mekanisasi. Sekarang kebanyakan para penambang intan sudah menggunakan mekanisasi, yaitu dengan menggunakan mesin penyedot untuk menyedot tanah yang sudah digali.

Tanah yang disedot bersama air, dipilah melalui tapisan. Dengan keterampilannya, si penambang bisa membedakan batu biasa, pasir, atau intan. Intan yang baru didapat ini disebut “galuh” di daerah Banjarmasin. Galuh ini masih merupakan intan mentah. Untuk menjadikannya siap pakai, intan harus digosok terlebih dahulu. Penggosokkan intan yang ada di masyarakat sebagian besar masih dengan alat tradisional.

Intan tembus pandang yang berkualitas bagus digunakan untuk perhiasan. Intan jenis lain dimanfaatkan untuk industri. Intan tersebut digunakan untuk memotong logam atau batu karang yang sangat keras.


Argyle merupakan satu-satunya tambang berlian di Australia. Produksinya sangat tinggi sehingga sekarang ini Australia menjadi pengekspor berlian terbesar kelima di dunia. Urutannya adalah: Rusia, Bostwana, Afrika Selatan, Zaire, dan Australia.

Gambar 15.10 Proses penambangan intan secara tradisional

Sintetik

Terdapat beberapa metode yang digunakan untuk memproduksi berlian sintetis. Metode pertama menggunakan tekanan dan temperatur tinggi (HPHT) dan masih dipergunakan secara luas karena rendah biaya produksinya. Proses ini melibatkan tekanan yang cukup besar hingga mencapai tekanan 5 GPa pada temperatur 1500 oC. Metode kedua menggunakan deposisi uap kimia (CVD), menciptakan karbon di atas substrat di mana karbon akan dijadikan berlian. Metode lainnya yaitu metode peledakkan dan.

Metode High Pressure-High Temperature (HPHT)

Intan dapat dibuat secara sintetik dengan mengubah struktur grafit. Grafit dilarutkan dalam campuran, cair. Logam-logam tersebut berperan sebagai katalis larutan, yang melarutkan karbon serta mempercepat konversi menjadi intan.

Kristal intan sekelas batu perhiasan pertama kali diproduksi di tahun 1970 oleh GE, Material ditempatkan di tengah dan logam terlarut) di antara grafit dan benih intan. Kontainer dipanaskan dan tekanan meningkat hingga 5,5 GPa dan temperatur 1500oC. Meningkatkan lamanya proses akan menghasilkan kristal yang berukuran lebih besar. Pada awalnya, proses penumbuhan yang memakan waktu selama satu minggu menghasilkan intan berukuran 5 mm (1 karat, 0,2 gram), dan kondisi proses harus stabil.

Kondisi HPHT yang stabil dijaga selama enam minggu untuk menghasilkan intan berkualitas tinggi, namun jika untuk tujuan komersial, penumbuhan biasanya dihentikan ketika intan mencapai berat 1 karat (0,2 gram) hingga 1,5 karat (0,3 gram).

Intan yang diproduksi berwarna kuning hingga coklat akibat kontaminasi. Inklusi atau penambahan mineral umum dilakukan. Memindahkan seluruh nitrogen dari proses dengan menambahkan menghasilkan intan tak berwarna, dan pemindahan nitrogen


disertai penambahan akan menghasilkan intan berwarna biru. Memindahkan nitrogen dari proses juga memperlambat proses dan mengurangi kualitas kristalin, sehingga proses umumnya dilakukan dengan kehadiran nitrogen dalam proses.

Gambar 15.11 Pengepresan produk intan

Metode CVD (Chemical Vapour Deposition)

Metode ini telah ada sejak tahun 1959 namun baru dipakai sejak tahun 1993 . Pada proses ini carbon disiapkan dengan lapisan partikel logam katalis, seperti nikel, kobalt, besi, atau kombinasinya dan dikondisikan pada suhu sekitar 700 oC dan tekanan di bawah 27 kPa. Sementara itu 2 jenis gas, yaitu gas untuk proses seperti dan sebagainya serta gas yang mengandung carbon seperti acetylene, ethylene, ethanol, methane, dan sebagainya, dialirkan ke dalam proses.

Gambar 15.12 Reaktor Pembentukan Metode CVD

Kualitas intan yang dihasilkan lebih rendah dari intan yang dihasilkan dengan metode HPHT. Intan yang dihasilkan mengandung kontaminan berupa silikon, boron, dll.

A Jenis Intan


http://2.bp.blogspot.com/_bRDiv2hJBuE/Ri8IlJIEq7I/AAAAAAAAAB8/9lePlGppM60/s1600-h/image024.j

Tiga Jenis Diamond:

1. Original Diamond: Ini adalah asli, berlian berharga. Mereka diukur dalam karats. Satu karat sama dengan 0,205 gram. Mereka digunakan sebagai perhiasan.

2. Bort: A semi-transparan dan lurik berlian. Lebih sulit daripada berlian asli dan digunakan untuk mengukir kualitas tinggi berlian. Dalam industri pengeboran, berlian ini digunakan untuk bor.

3. Carbonado: Ini adalah hitam, uncarved berlian. Lebih sulit daripada berlian asli dan digunakan dalam pembuatan peralatan pengeboran.

Menurut metode pembuatannya, dibagi menjadi :

1. HPHT (High Pressure High Temperature) Diamond GritBerbentuk menyerupai kristal dengan pasir halus yang menyebar. Pasir halus ini normalnya berwarna kuning yang berasal dari Nitrogen. Dalam proses HPHT, nitrogen sangat berguna.

2. HPHT Polycrystalline Compact Diamond (PCD)Cara pembuatan berlian PCD sama seperti pembuatan dengan tekhnik HPHT. Menghasilah berlian berwarna hitam besar yang bisa digunakan juga sebagai alat pemoles/penggosok.

3. HPHT Large Single Crystal DiamondBerlian sintetik yang satu ini lebih besar dari berlian sintetik umumnya, bahkan panjangnya bisa mencapai 10 mm. Untuk membuat berlian sintetik berkualitas baik, diperlukan tekhnik HPHT dengan proses yang lebih lama dan tingkat kesulitannya lebih tinggi. Tipe berlian sintetik ini aplikasi pembuatannya sama dengan PDC. Hanya saja memakan biaya lebih banyak untuk performa yang baik. Berlian sintetik ini warnanya mendekati kekuning-kuningan.

4. CVD (Chemical Vapor Deposition) Polycrystalline DiamondBerlian ini berbentuk sangat tipis berukuran 5 mm. Berlian ini bisa mencapai 30 cm jika dikembangkan dengan tekhnologi. Warnanya hitam dengan bentuk 3 dimensi. Aplikasinya cukup lebar dan digunkan sebagai alat optik pada ilmu kedokteran.

5. CVD Single Crystal DiamonBerlian sintetik ini berbentuk dan warnanya seperti batu safir. Berlian ini biasa digunakan sebagai alat penggosok/pemoles, elektronik, aplikasi sensor dan alat detektor.

Adanya industri pertambangan berlian sintetik ini merupakan alternatif untuk mendapatkan berlian yang lebih murah. Kualitas berlian sintetik secara visual tidak bisa dibedakan dengan berlian original. Cara membedakannya yaitu dengan spektroscopy menggunakan infra merah, sinar ultraviolet, dan sinar X-ray

B. Aplikasi

Pemanfaatan intan terbagi menjadi dua, yaitu untuk perhiasan dan dimanfaatkan untuk industri. Intan yang dimanfaatkan sebagai perhiasan adalah intan yang tembus pandang


dan berkualitas bagus. Sedangkan, intan yang dimanfaatkan untuk industry adalah intan yang berwarna buram (burt).

a. Mesin dan Alat Pemotong

Sebagian besar aplikasi industri dari intan sintetis berkaitan dengan sifat ini sangat cocok sebagai material pembuat alat pemotong. Sebagai material terkeras, intan dapat digunakan untuk menghaluskan, memotong, dan lain sebagainya. Intan sintetis dapat dijadikan bahan untuk membuat ujung mata pisau pemotong, gergaji logam, hingga abrasif. Umumnya, intan HPHT lebih disenangi karena memiliki sifat mekanis yang lebih baik dari intan alami. Namun intan tidak dapat digunakan pada mesin pemotong berkecepatan tinggi untuk memotong logam dari besi karena karbon larut dalam besi cair pada temperatur tinggi yang tercipta oleh kinerja mesin pemotong berkecepatan tinggi.

Gambar 15.13 Pisau bedah dan penggilingan

b. Konduktor panas

Di mana kebanyakan material yang memiliki yang tinggi juga memiliki yang tinggi, intan sintetik maupun murni memiliki konduktivitas termal yang tinggi namun memiliki konduktivitas listrik yang dapat diabaikan. Dua sifat ini bermanfaat untuk di mana intan digunakan sebagai untuk berkekuatan tinggi dan berkekuatan tinggi. Disipasi panas yang efisien memperpanjang usia peralatan elektronik tersebut, dan harga yang mahal setara dengan manfaat yang didapatkannya. Dalam, penyebar panas yang terbuat dari intan sintetis mencegah dan material lainnya dari kelebihan panas.

c. Material optik

Intan sangatlah keras, secara kimiawi inert, dan memiliki konduktivitas termal yang tinggi serta rendah. Sifat ini menjadikan intan sangat baik untuk dijadikan bahan pembuat material optik untuk mentransmisikan dan radiasi. Setelah diketahui sifat intan tersebut, intan sintetis mulai menggantikan sebagai material optik dalam [[laser CO2]] dan. Intan sintetis tersebut dibentuk cakram berdiameter besar (sekitar 10 cm untuk gyrotron) dengan ketebalan yang sangat tipis (untuk mengurangi penyerapan cahaya dan energi) dan hanya dapat diproduksi dengan teknik CVD. Penemuan terbaru dari teknik sintesis HPHT dan CVD meningkatkan kemurnian dan kesempurnaan struktur kristalografik dari intan kristalin tunggal yang cukup untuk menggantikan silikon sebagai material optik pada sumber radiasi berenergi tinggi seperti.


d. Perhiasan

Gambar 15.14 Perhiasan cincin berlian

Intan terkenal karena memiliki sifat-sifat fisika yang istimewa, terutama faktor kekerasannya dan kemampuannya. Sifat-sifat ini yang membuat intan digunakan dalam perhiasan.

Selain dari yang telah disebutkan di atas, intan juga memiliki kegunaan sebagai mata bor, pemotong kaca, cetakan pembuatan kawat, gergaji intai, gerinda perkakas, dll.

A. Pencemaran

Keberadaan penambangan intan memunculkan dampak pencemaran yang luar biasa. Efeknya, mengancam ketahanan pangan. Penyebabnya tak lain pengelolaan tambang yang carut marut dimana perencanaan pertambangan tidak mengakomodir kepentingan masyarakat sekitar dan terkesan arogan. Dampak langsung yang dapat ditangkap adalah penurunan kualitas air yang menyebabkan rusaknya fungsi biologis. Jika hal ini terus dibiarkan dapat mengakibatkan penurunan kualitas air yang akan mengancam kepunahan biota air. Sungai yang tidak berfungsi sebagai pengatur tata air akan mengakibatkan krisis yang lebih jauh dan berdampak besar berupa krisis ketahanan pangan yang dapat mengakibatkan krisis ekonomi.

KesimpulanIntan adalah mineral yang sangat berharga selain dari keindahannya intan juga dikenal dengan kekerasannya, selain digunakan sebagai perhiasan intan juga digunakan sebagai alat pemotong karena kekerasannya yang sangat tinggi

15.4 Sifat-Sifat Grafit


a. Sifat Fisik Grafit

Memiliki titik leleh tinggi, yaitu 3652oC hampir sama seperti intan. Untuk melelehkan grafit, tidak hanya cukup memisahkan salah satu lembaran atom dari lembaran atom yang lainnya. Kita harus memutuskan seluruh ikatan kovalen yang terdapat pada seluruh bagian struktur grafit.

Memiliki sifat lunak, terasa licin, dan digunakan pada pensil dan sebagai pelumas kering seperti pada kunci.

Memiliki kerapatan yang lebih rendah dibandingkan intan. Hal ini disebabkan karena terdapat ruangan dalam jumlah yang relatif banyak yang mana ruangan tersebut merupakan "sampah" di antara lembaran-lembaran atom.

Tidak larut dalam air dan pelarut organik – dengan alasan yang sama seperti intan yang tidak larut. Daya tarik antara molekul pelarut dan atom karbon tidak akan pernah cukup kuat untuk melampaui ikatan kovalen yang kuat pada grafit.

Menghantarkan listrik. Elektron yang terdelokalisasi bebas bergerak di seluruh bagian lembaran atom. Jika setiap bagian grafit terhubung pada suatu sirkuit, elektron akan dapat berpindah dari ujung lembaran dan dapat digantikan oleh elektron yang baru pada ujung yang lain.

berat jenis 2,1 – 2,3 gr/cm3 Tidak berbau dan tidak beracun hanya dapat dilarutkan dalam senyawa organic Pada temperatur yang lebih tinggi, grafit teroksidasi oleh asam nitrat berasap,

khlor atau. Tahan terhadap semua asam dan sebagian besar basa hingga di atas 100°C. Konduktivitas termal (300 K) 119–165 W/(m· Konduktivitas listrik (10-30Ω )

b. Sifat Mekanik

kekerasan 1 – 2 (skala Mohs)

A. Pembentukan Grafit Secara Sintetik

Grafitisasi adalah proses perubahan dari bahan karbon yang strukturnya relative tak teratur menjadi bahan karbon dengan struktur yang teratur yang disebut dengan struktur grafit. Proses grafitisasi terjadi dalam tiga tahapan, yaitu:

i. tahapan karbonasi atau kalsinasi yang terjadi pada temperature 10000Cii. tahapan perubahan dari struktur turbostratik menjadi struktur grafit yang terjadi

pada temperature 1800 0 Ciii. tahapan peningkatan kekuatan grafit yang terjadi dari temperature 22000C hingga

temperature lebih besar dari 25000C.persamaan reaksi :

Bahan baku kokas karbon amorf grafit ( T = 2500oC)

B. Aplikasi

Grafit digunakan sebagai elektroda, bantalan luncur, ring penyekat, dan aditif untuk bahan pe-lumas. Grafit juga mempertinggi kemampuan lumas teflon. Barang yang seluruhnya dibuat dari grafit adalah alat penukar panas, cawan lebur, batu filter, pompa,


dan pelat pecah. Grafit juga digunakan sebagai bahan pengisi. Pada alat penyekat dan penghitung volume, sebagian peralatannya dibuat dari grafit (misalnya torak). Serat grafit dimanfaatkan untuk pelepasan muatan elektrostatik pada selubung ventilasi. Grafit juga digunakan untuk pembuatan pensil, joran pancing dan campuran dalam pembuatan logam.

Gambar 15.15 Alat Penukar Panas Dari Blok Dari Grafit

Kesimpulan

Grafit merupakan mineral yang sangat bermanfaat dalam kehidupan, pemanfaatannya sangat luas mulai dari pensil sampai peralatan industri yang sangat besar.


buku ajar pengetahuan bahan revisi 2

Documents