komposit dan polimer

Bab 8 – Komposit dan Polimer 356

8 KOMPOSIT DAN POLIMER

8.1 KOMPOSIT

Material komposit yaitu suatu material yang tersusun atas suatu campuran atau

kombinasi dari dua atau lebih baik secara makro maupun mikro unsur pokok yang

berbeda dalam bentuk serta komposisi kimianya, dan pada dasarnya tidak dapat dipisah

–pisahkan antara satu dengan yang lainyya. Komposit, yang mana terdiri atas dua atau

lebih material – material tersendiri yang tergabung dalam suatu unit struktur

makroskopik, yang tyerbuat dari bermacam – macam kombinasi atas material ketiga –

tiganya

Dari kedua pengertian diatas, maka dapat disimpulkan bahwa material komposit

adalah suatu kombinasi atau campuran yang tersusun dari dua atau lebih bahan yang

mempunyai sifat berbeda – beda membentuk suatu kesatuan. Bahan yang satu berperan

sebagai penguat ( reinforcement ), biasanya berupa serbuk dan bahan lain yang lain

sebagai pengikat ( matriks ). Dengan mengkombinasikan bahan – bahan tersebut maka

akn diperoleh suatu bahan dengan sifat yang baru karena masing – masing bahan akan

saling menghilangkan sifat – sifat asalnya.

Hal yang perlu diperhatikan pada komposit yang diperkuat agar dapat

membentuk produk yang efektif adalah :

1. Komponen penguat harus memiliki modulus elastisitas yang lebih tinggi dari pada

komponen matriknya.

2. Harus ada ikatan permukaan yang kuat antara komponen penguat dan matriks. ( Sriati

Djaprie,1991).

Keuntungan penggunaan bahan komposit adalah :

MATERIAL TEKNIK

Bab 8– Pemilihan Material Komposit dan Polimer 357

1. Bobotnya ringan tapi mempunyai kekuatan dan kekakuan yang baik.

2. Hasil akhir yang lebih baik.

3. Biaya produksi lebih murah.

4. Umur pemakaian lama.

5. Tahan terhadap korosi.

Sedangkan kekurangan dari material komposit adalah :

1. Komposit tertentu peka terhadap perubahan temperatur yang drastis.

2. Beberapa penyusun bahan komposit mudah terbakar.

3. Perbaikan lebih sulit bila terjadi kerusakan.

8.1. A. Klasifikasi Material Komposit

Pengklasifikasian material komposit berdasarkan pada bentuk matriksnya.

A.Metal Matrix Composite ( MMCs )

Komposit ini menggabungkan campuran dari keramik dan logam, seperti karbid semen

atau magnesium diperkuat dengan serat yang mempunyai kekuatan tinggi.

B.Ceramic Matrix Composites ( CMCs ).

Keramik ini tidak umum digunakan sebagai matriks komposit. Oksida aluminium

karbid silicon adalah material yang dapat dilekatkan dengan serat untuk perbaikan sifat

– sifatnya, khususnya dalam aplikasi pada suhu tinggi.

C. Polymer Matrix Composites ( PMCs )

Resin thermosettimg sangat luas digunakan sebagai plymer dalam PMCs. Epoxy dan

polyester pada umumnya dicampur dengan serat penguat, dan phenolic dicampur

dengan serbuk. Thermoplastik juga diperkuat biasanya dengan serbuk.

8.1.B.. Sifat – sifat Material komposit.

Dalam Pembuatan sebuah material komposit, suatu pengkombinasian optimum

dari sifat – sifat bahan penyusunnya untuk mendapatkan sifat – sifat unggul sangat

diharapkan. Beberapa material komposit polymer diperkuat serbuk memiliki kombinasi

sifat – sifat yang ringan, kaku, kuat dan mempunyai nilai kekerasan yang cukup tinggi.

Sifat – sifat dari material komposit ditentukan oleh tiga factor :

MATERIAL TEKNIK


1. Material yang digunakan sebagai bentuk jkomponen dalam komp[osit.

2. Bentuk geometri dari unsur – unsur pokok dan akibat struktur dari sisitem

komposit.

3. Cara dimana bentuk satu mempengaruhi bentuk lainnya.

Aturan Campuran

Sifat – sifat material komposit merupakan suatu fungsi dari matrerial awalnya.

Sifat – sifat khusus material komposit dapat ditentukan dengan suatu cara yaitu suatu

aturan campuran, yang meliputi perhitungan berat rata – rata dari material unsur – unsur

pokoknya. Berat jenis merupakan suatu contoh dari aturan rata – rata. Massa dari suatu

material komposit adalah jumlah dari massa – massa matriks dan bahan penguatnya m

mc = mm + mr (8.1 )

dimana m adalah massa, lb ( kg ); dan subskript c, m , dan r melambangkan komposit,

matriks, dan bahan penguat. Dengan cara yang sama, volume dan komposit adalah

penjumlahan dari volume unsur – unsur pokoknya.

Vc = Vm+Vr+Vv (8.2 )

Dimana V adalah volume, in2, (cm2), Vv merupakan volume dari beberapa kekosongan

dalam komposit ( contohnya pori – pori ). Berat jenis dari komposit adalah massanya

dibagi dengan volumenya.

ρc= Vcmc =

Vcmm rm + (8.3 )

sehingga massa matriks dari massa bahan penguat merupakan perkalian berat jenis

dengan volumenya.

mm = ρm. Vm dan mr = ρr. Vr (8.4)

dengan mensubstitusikan faktor – faktor ini maka akan menjadi persamaan

ρc = fm . ρm + fr . ρr (8.5)

dimana fm = Vm / Vc dan fr = Vr / Vc merupakan perbandingan volume

sederhana dari matriks dan bahan penguatnya ( Groover,1996: 227 – 228 ).

Material komposit mempunyai beberapa karakteristik yang berbeda dari material

– mnaterial teknik lainnya. Beberapa sifat material komposit merupakan modifikasi dari

MATERIAL TEKNIK


sifat – sifat material biasa, dan yang lainnya merupakan penemuan baru yang perlu

diadakan penganalisaannya.

Material komposit merupakan material inhomogenous ( heterogen ) karena

terdiri dari bahan – bahan yang berbeda dan nonisotropik. Material komposit

mempunyai sifat mekanik yang baik sebagai akibat dari perpaduan antara bahan

pengikat ( matriks ) dengan bahan penguat ( reinforcement agent ), yang saling

memberikan sifat – sifat menguntungkan dibandingkan dengan material teknik biasa

lainnya.

Suatu benda yang inhomogenous mempunyai sifat yang tidak seragam, yaitu

sifatnya merupakan suatu fungsi dari posisi dalam benda. Material orthotropik

mempunyai sifat – sifat material yang berbeda dalam tiga arah yang saling tegak lurus

pada satu titik dalam benda, dan mempunyai tiga bidang yang saling tegak lurus dari

simetri benda. Material anisotropik mempunyai sifat yang berbeda dalam semua arah

pada suatu titik dalam benda , mereka tidak sebidang secara simetris.

Dengan sifat non homogennya maka bahan komposit sering dipelajari dari dua

sudut pandang yang berbeda yaitu secara mikro mekanik serta secara makro mekanik.

Mikro Mekanik

Pengkajian bahan komposit dengan menitikberatkan pada interaksi atau

hubungan antara bahan – bahan pembentuknya. Pengkajian ini dalam skala

makroskopik.

Makro mekanik.

Kaji bahan komposit dimana bahan dianggap hpmogen dan pengaruh bahan –

bahan pembentuknya hanya dideteksi sebagai sifat yang tampak secara keseluruhan pada

bahan komposit. Dalam hal ini tidak diperhatikan secara sendiri – sendiri.( Jones :10 –

14).

8.1.C. Bahan – bahan Penyusun Material Komposit

Material komposit tersusun atas beberapa bahan penyusun diantaranya yaitu :

bahan pengikat ( matriks ), bahan penguat ( reinforcement agent ), bahan aditif, dan

bahan penyusun lainnya.

MATERIAL TEKNIK


A. Pengertian bahan pengikut.

Bahan pengikut ( matriks ) merupakan suatu bahan penyusun material komposit

yang fungsinya untuk mengikat bahan pengikat secara bersama – sama membentuk

suatu unit struktur atau elemen material komposit yang mampu menerima beban.

Bahan yang umum digunakan sebagai matriks adalah berupa bahan metal atau

polimer. Untuk saat ini polimer cenderung digunakan karena lebih ringan dan lebih

tahan terhadap abrasi.

Fungsi matriks dalam material komposit adalah :

1. Menjaga agar filler atau pengisi tetap dalam struktur kompositnya.

2. Membantu mendistribusikan beban yang diterima oleh komposit.

3. Melindungi filler dari kerusakan yang ditimbulkan lingkungan sekitarnya.

B. Sifat – sifat bahan pengikat.

Matriks mengikat serat – serat secara bersama – sama untuk membentuk susunan

elemen yang mampu menerima beban, melindungi dari kerusakan, memindahkan, serta

mendistribusikan pembebanan pada serbuk – serbuk, dan pada banyak keadaan

memberikan sifat – sifat yang dibutuhkan seperti : mampu terhadap pukulan ( ductility ),

mempunyai nilai kekerasan ( toughness), penyekat listrik ( electric insulation ) bagi

matriks polymer. Dari sifat – sifatnya diatas, maka matriks berfungsi sebagai

penyokong, pelindung, pemindah, serta pendistribusi pembebanan kepada bahan penguat

material komposit ( Gibson,1994:11-12 ).

C. Macam – macam bentuk bahan pengikat.

Ada beberapa bentuk matriks yang digunakan sebagai bahan pengikat dalam

pembuatan material komposit, yaitu : logam, keramik, dan polymer. Suatu kombinasi

yang dimungkinkan dari penggabungan dua bahan penyusun material komposit

diperlihatkan pada tabel 2.1.

Suatu kombinasi yang tidak mudah untuk dilakukan yaitu penggabungan antara

bahan polymer dengan bahan matriks loga. Sedangkan yang mungkin untuk dilakukan

pengkombinasian yaitu antara komponen – komponen dari jenis material yang sama

seperti : serat – serat Kevlar ( polymer ) dengan matriks plastik ( polymer)

MATERIAL TEKNIK


1). Matriks Logam

Logam digunakan sebagai bahan matriks dalam material komposit matriks logam

( MMCs ) yang diperkuat dengan bahan penguat diantaranya yaitu : partikel keramik,

serat dari bermacam – macam material.

2). Matriks keramik

Keramik mempunyai beberapa sifat yang menarik, yaitu : mempunyai kekuatan

tinggi, kekerasan yang tinggi, dan kekuatan pemampatan yang baik serta berberat jenis

rendah. Dengan sifat – sifatnya tersebut, keramik mempunyai beberapa kekurangan

yaitu : sebagian besar keuletan dan kekuatan tariknya rendah, serta rentan terhadap

keretakan akibat panas ( Groover,1996: 230 – 234 ).

3). Matriks Polymer

Polymer merupakan molekul dengan berat yang besar dan terbentuk oleh satuan

struktur secara berulang yang disebut monomer. Dengan berat yang dimilikinya maka

polimer akan mencair dengan sangat kental jika dipanaskan, dan pada temperatur yang

relatif rendah bahan ini dapat dicetak dengan ekstrusi , penekanan dan injeksi yang

menyebabkan ongkos pembuatannya lebih rendah dibandingkan dengan bahan logam

dan kerami. Proses dengan biaya yang relatif murah membuat bahan polymer mudah

ditemui dalam berbagai pemanfaatan. Berdasarkan bentuk ikatannya polymer dibagi tiga

yaitu: ( Young, RJ and P.A level,1992:10 )

8.2 POLIMER

Seperti pada bahasan di atas, polymer merupakan molekul dengan berat yang

besar dan terbentuk oleh satuan struktur secara berulang yang disebut monomer. Untuk

mempelajari polimer maka perhatikan bagan dan pengertian-penertian dasar tentang

polimer berikut :

MATERIAL TEKNIK


Bagan Sederhana Ilmu dan Teknologi Polimer

Proses Polimerisasi

Mekanisme dan Kenetika Polmerisasi

Polikondensasi

Poliadisi

Metoda Polimerisasi dalam Industri

Polimerisasi Emulsi

Polimerisasi Suspensi

Polimerisasi Massa (bulk)

Teknologi Polimer/Polimer engineering polymers processing

Struktur Polimer / Plastik

Sifat-sifat lelehan polimer/plastik

Sifat-sifat mekanis plastik: viskoelastisitas creep, hardness, facture dan sebagainya

Polimerisasi Larutan

Pemprosesan plastik

Ekstrusi

Cetak injeksi (injection moulding)

Thermoforming

Calendering

Rotation moulding

Compression moulding

Trasfer moulding

Reinforce plasties

Fabrikasi dan Finishing

Machining dari plastik

Perakitan

Decorating

Ilmu dan Teknologi Polimer

MATERIAL TEKNIK


Beberapa pengertian dasar polimer :

1. Segmen( Satuan berulang /repeating unit) adalah radikal polivaten berulang

(repeating polyvalent radikal) yang berasal dari molekul-molekul fungsional

asal.

2. Monomer adalah bila segmen atau struktur berulang polifungsional diturunkan dari

satu jenis molekul tunggal.

Dengan perkataan lain bila bahan asal sebagai suatu jenis molekul bepolimerisasi

sendiri pada kondisi-kondisi percobaan tertentu yang menghasilkan segmen dari

polimer tertentu disebut monomer.

Contoh: Segmen, Monomer

Polimer Segmen Monomer

-CH2-CH(CH2-CH)2-CH2-CH- -CH2 CH- CH2 = CH

| | | |

Polisstirin

NH2-(CH2)5-Co-(NH(CH2)5)Co -NH(CH2)5-CO- NH2 (CH2)5CooH

| t-amono

Polikapro laktam (H2C)5-NH caproic acid

|

O=C-OH

Ho-(oc(CH2)4 – (Coo)n - H -OC-(CH2)4COO- Hooc-(CH2)4CooH

polyadipic annydride asam adipat

O O O O

MATERIAL TEKNIK


3...Komer (comer) berasal dari perkataan Co dengan dan mer (bagian lain)

Contoh:

n Ho – (CH2) – n Hooc – (cHn) – mCooH

H – (O(CH2)n – OOC (CH2)m CO)n – OH

segmen dalam polimer

komonomer = suatu monomer yang berpolmerisasi dalam lingkungan monomer

atau komer lain.

Contoh:

a) n H2 = CH - CH2 – CH2 – CH – (CH2 – CH)- (n-1)

| | |

monomer polimer

b) n CH2 = CH - CH2 – CH – (CH – 2CH) –(n-1)

| |

CH CN

c) m CH2 = CH + n CH2 = CH

| |

CN

komonomer komonomer

- CH2 – CH – CH2 – CH- (CH2 CH)-(m-1) (CH2 – CH)-

(n-1)

| | | |

CN CN

d) HC = CH tidak terjadi polimerisasi

| |

O=C C=O \ / O

O O O

O

O O

MATERIAL TEKNIK


e) n CH2 = CH + n HC = CH – (CH2 – CH – HC = CH)-(n-1)

| | | | | | polimer

o=c c=o co co

\ / \ /

o o

komonomer komer CH2 – CH – HC – CH | | | co co \ / o

f) n CH2 = CH2 + n CO (CH2 – CH2 – Co)n-

komonomer komer polimer

g) n CH2 = CCL2 – n O2 - (CH2 – CCL2 – O – O)n-

komonomer komer polimer

4. Telomer adalah suatu persenyawaan kimia yang dapat membentuk bagian akhir dan

polimer (end part, end group) biasanya bersifat monofungsional atau dapat

menghasilkan radikal radikal monofungsional.

Contoh:

a) n HO (CH2)y OH + (n + 1) HOOC (CH2)y COOH + 2 ROH

komer komer telomer

ROOC (CH2)y CO (O(CH2)y – OOC(CH2)y – OC)n – RO

Telomerised polymer

b) n CH2 = CH + CCL4 (CHH2 – CH)n – CCL9

| telomer |

monomer

O O

O

O O

MATERIAL TEKNIK


atau – ( CH2 – CH)n – cl

|

ccl – telomerised polyetrene

5. Polimer adalah senyawa molekul-molekul besar yang terjadi berdasarkan reaksi kimia kontinu dari molekul-molekul kecil sehingga terbentuk ikatan kimia yang kuat.

Monomer berasal dari kata mono = satu dan meros = bagian

Makromolekul yang disebut polimer berasal dari kata poly = banyak dan meros =

bagian

Sehinga Kopolimer = suatu polimer lebih daris satu jenis segmen

Contoh:

a) n CH2 – CH2 + m CH2 – CH2 ( CH2CH2O)n – (CH2 CH2 NH)m-

\ / \ /

O NH

b) n CH2 = CH + m CH2 = CH - (CH2 – CH)n – (CH – CH)m-

| | | |

COOH COOH

Heteropolimer adalah polimer-polimer yang diperoleh dengan jalan mereaksikan definisi tertentu dengan zat lain seperti maleicanhydrida yang tidak berpolimerisasi.

Contoh:

a) Stilbene + maleic anhydride didihkan>

−

−−−

−

n

HC2

o/\cocoHC6

||||CHHCCHCH

56 hanya mengandung satu jenis segmen

O

O O

MATERIAL TEKNIK


b) Olefin (R2 C = CH2) + maleic anhydrazide

OO/\/\COCORRCOCO||||||CH)HCC(CCHHC

||RR

−−−−−−−

6. Derajat polimerisasi rata-rata = DP

DP = Jumlah rata-rata satuan monomer dalam suatu molekul polimer

= Jumlah rata-rata molekul yang beraksi dengan pusat aktif (active centre)

mulai dari pembentukan hingga pengakhirannya.

Definisi kinetis

DP = awalreaksiKecepatan

nkeseluruhareaksiKecepatan

= RiRp

Derajat polimerisasi jumlah rata-rata = DPn

DPn = ∑

∑

=

=~

oi

~

oi

ni

DPcni

DPc = Derajat polimerisasi polimer dengan rantai

Derajat polimerisasi berat rata-rata = DPw

DPw = DPini

DPini

~

oi

~

oi

2

∑

∑

=

=

Derajat polimerisasi Z rata-rata = 2DP

MATERIAL TEKNIK


2DP =2

~

oi

~

oi

9

DPini

DPini

∑

∑

=

=

5. a). m w = wiΣmiΣwi

miminiΣmiminiΣ =

n1m12

= 2 x (19000)2 = 722.106

n2m22

= 3 x (19500)2 = 1140750000

n3m32

= 4 x (20000)2 = 1600.106

n4m42

= 2 x (21000)2 = 882.106

ni mi mi = 4344750000

nimi=

2 x 19000 = 38000

3 x 19500 = 58500

4 x 20000 = 80000

2 x 21000 = 42000

nimi = 218500

M w =

∑

∑

=

=

oi

~

oi

2

mini

mini= 43936,19884

2185004344750000 =

M w =

∑

∑

=

=

oi

~

oi

ni

mini= 63636,19863

11218500 =

nmwm =

63636,1986343936,19884

= 1,001047291 = 1 (monodisperse)

MATERIAL TEKNIK


b) Pertambahan 4 molekul dengan B.M = 1000

ni Mi Mi = 4.344.750.000 + 4 (1000)2 = 4348750000

ni MI = 218500 + 4 (1000)2 = 4218500

15

218500

0

~

0 =Σ

Σ=

=

=−

ni

miniwM

i

i -

= 14566,66667

66667,14566

746,19902=mnmw

= 1,366321235

c. Penahanan 4 molekul dengan M = 10000

ni Mi Mi = 4344750000 + 4 (100000)2 = 4,434475 . 1010

ni mi = 218500 + 4 (100000)2 = 4,0000218 . 1010

10

10

0

2~

0

10.0000,410.434475,4=

Σ

Σ=

=

=

mini

miniwm

i

i

= 1,108612708

15

10.0000218.4 10

0

~

0 =Σ

Σ=

=

=

mini

mininm

i

i

= 2666681200

2666681200108612708,1=

nmwm

= 4,1572749 . 1010

Kesimpulan : Penambahan 4 molekul baru dengan masing-masing B.M 1000 dan

100000 ternyata berpengaruh pada nMwMdannMw,M

6. Asal : Polimer alam dan polimer sintetik

MATERIAL TEKNIK


Contoh :

Polimerisasi : Alkohol + asam eater + air

Polidisi : n CH2 = CHCI (CCH2 – CH - )n

* Struktur

ada tiga jenis

1. Linier

2. Bercabang

3. Berikatan silang

Polimerisasi Kondinsasi

Reaksi sintetik Reaksi polimerisasi

Polimerisasi adisi

(Polikondensasi) (poliadisi)

n HO - CH2 - CH2 - OH + n

O

C

O

- O - C

O

OH

CI P.V.C

MATERIAL TEKNIK


* Geometri

Contoh :

CIS – Polisoprin = Karet alam (elastomer) trans – polisoprin (gutta

percha, plastik).

b. nead to tail – nead – to – nead tail – to – tail

s kontinu acak Konfirmasi acak

atau :

Isotatik : (dd, dd, dd,

II, II, II)

Sindotaktik : (dl, dl, dl)

Atatik : (dl, dl, Id, dl)

Geometri

Konfigurasi Konformasi

a. CIS – Trans atau d – dan I -

MATERIAL TEKNIK


* Kristalinitas

* Komposisi

Berdasarkan susunan unit uang :

a. Homopolimer

b. Heteropolimer

7. Penggunaan polimer

Penggunaan polimer tergantung pada sifat-sifat polimer lain = berat molekul,

temperatur transisi gelas (Tg) titik lelah (Tm).

Hubungan antara = B. Mg Tg, Tm dan sifat polimer.

Kristalinitas

Fasa Kristalin ada

drajat kristalinitas

Semi kristalin Fasa amorf

Fluida mobil Fluida kental

Karet

Plastik kenyal

Plastik yang

kristalin sebagian

Tm

Tg

10.000.000105 109 10

T°C

MATERIAL TEKNIK


Tanda panah : arah perubahan keadaan interelasi keadaan “bulk polymer”

8. Metode polimerisasi dalam industri dan masalah – masalahnya.

a. Sejak penemuan polimersintetis pertama yang dibuat oleh Leo Beake Lavid, yakni

polifenol Formaldehida (Bakelit) pada tahun 1907 maka banyaknya jenis polimer

sebagai hasil riset laboratorium meningkat secara eksponensial.

b. Sarjana teknik kimia harus memiliki atau menentukan hal-hal yang menarik dari

produk-produk baru, dan bilamana produk baru itu berharga dan berfaedah – maka

dia dapat memproduksi bahan tersebut secara komersial.

c. ada 4 cara polimerisasi dalam industri yang digunakan pada proses – proses

polimerisasi berdasarkan pada proses polimerisasi adisi atau polikondensasi dalam

sistem fasa homogen atau heterogen yakni:

1. Polimerisasi secara susensi (suspensian polymerisation)

2. Polimerisasi secara emulsi (simulsion polymerisation)

3. Polimerisasi secara massa atau “bulk” (bulk polymerisation).

4. Polimerisasi secara larutan (solution polymerisation).

Dalam proses khususnya untuk membuat suatu polimer tertentu perlu dipikirkan

dan diperhatikan:

- Cara atau teknik yang harus dipergunakan

Karet atau plastik fleksibel Termoset Lelehan

Plastik industri (engineering plastic)

Gelas Plastik kristal Serat

Tinggi Tenaga inter molekul Rendah

Rendah

Temperatur

Tinggi

MATERIAL TEKNIK


- Kebaikan–kebaikan dan keburukan-keburukan dari masing-masing cara

tersebut diatas.

- Jenis pelarut, katalis, inisiator, innibitor, dan aditif yang harus dipilih

- Jenis reaktor dan alat-alat yang dipergunakan

- Kondisi-kondisi operasi yang harus dipilih supaya sistem produksi menjadi

efisien dan efektif.

d. Susunan dari sistem polimerisasi suspensi, berdasarkan pada jenis dan banyaknya

bahan-bahan stabilisator dan pendispersi yang dipakai adalah faktor yang

menentukan dalam merencanakan pabrik polimer untuk membuat temoplastik

e. Pada cara polimerisasi emulsi “pelarutan” dari” monomer-monomer” dengan

menggunakan bahan-bahan pengemulsi (emulsifier) dalam air sebagai suatu fasa

kontinu adalah syarat utama untuk berhasilnya polimerisasi dan monomer-

monomer atau pasangan monomer-monomer untuk menghasilkan bermacam-

macam polimer dan kopolimer.

f. Penelitian mekanisme-mekanisme reaksi polimerisasi dari monomer – monomer

murni dalam sistem homogen atau heterogen menghasilkan dasar analisa teknologi

dari proses polimerisasi massa (bulk polymerisation).

g. Masalah utama yang terdapat dalam industri – industri polimer ialah sebagai

contoh :

- Masalah yang terdapat dalam sistem reaktor.

- Produk dan hasil buangannya

- Pemanfaatan kembali (daur ulang) dari monomer yang berbahaya.

- Pengaduan dan gangguan-gangguan dalam sistem reaktor batch

- Sistem pengeringan yang mempengaruhi kualitas produk.

9. Pembuatan polietin linier dengan proses phillips

Proses philips menggunakan tekanan rendah untuk membuat polietilin linier atau high density polyethylene dan kopolimer polietilin dengan butene – i. inti prosesnya adalah penggunaan katalis padat : chromium oxide on silica – alumina base.

Setelah pemurnian, monomer-monomer dan katalis diumpankan secara kontinu

kedalam reaktor yang beroperasi pada tekanan 400 Psig dan 300°F. luluk (Slurry)

MATERIAL TEKNIK


katalis yang masuk kedalam reaktor mengandung 1% berat katalis. Sikloheksana

dipakai bahan atau medium pengangkut polimer dan medium pemindah medium

pemindah panas.

Pada proses polimerisasi larutan seperti phillips ini, polimerisasi berlangsung

pada permukaan tetapi polimernya segera larut begitu dia terbentuk. Umumnya

berat–molekul polimer polimer naik sesuai dengan tekanan dan sesuai dengan

turunannya temperatur reaktor.

Katalis dipisahkan dari larutan dengan penambahan air. Steam stripping

menghilangkan pelatur sikoheksana.

Setelah stripping maka polimernya dipisahkan dari air dan dikeringkan dalam

pengering putar dengan pemanas kukus yang mengurangi kelembaban menjadi di

bawah 2% polimernya sekarang berupa remah kering. Remah kering tersebut

kemudian dimasukkan ke dalam ekstroder dimana sisa kelembabannya dihilangkan

dan dibubuhi antioksidan.

Hasil ekstrusi yang berupa lelahan kemudian didinginkan dan dipotong dengan

chipper lalu dibungkus untuk dijual.

10.Sekarang banyak pendisain material dan para ahli teknologi yang menaruh perhatian

pada plastik karena: plastik dapat menghasilkan sifat-sifat gabungan yang tidak

mungkin diperoleh pada jenis bahan-bahan lain.

Sifat-sifat menguntungkan dari plastik

- Ringan

- Tangguh (Resihence)

- Tahan korosi

- Warna yang tahan lama

- Transparan

- Mudah memprosesnya.

Ada dua golongan plastik yang penting

1. Bahan-bahan termoplastik

a. Pada termoplastik rantai-rantai yang panjang dilihat oleh gaya /tenaga van der

waals yang relatif lemah.

MATERIAL TEKNIK


b. Bila bahan dipanaskan maka tenaga-tenaga intra molekul menjadi lemah,

sehingga bahan menjadi lemah dan fleksibel, dan pada tempat tinggi bahan

tersebut menjadi lelehan yang viskos.

c. Bila lelahan termoplastik didinginkan maka bahan terebut menjadi padat /beku

kembali cycle pelunakan karena pemasaran dan pembekuan karena pendinginan

dapat dilakukan berulang-ulang (teoristis tanya batas) dari hal tersebut

sebetulnya merupakan dasar dari metode-metode proseesing untuk bahan

termoplastik. Hal tersebut berarti bahwa sifat termoplastik adalah sensitif

terdapat panas yang sekaligus merupakan sifat buruk (Analogi) = lelehan yang

dilelehkan oleh panas dan beku oleh pendinginan.

Contoh bahan termoplastik

Polietilin, polivinilkularida, pdistirena, nilon, selulosa asetat, asetat

polikarbonat, polimetil meta krilat dan poliprop lina dan polikopilina.

2. Bahan-bahan Termoplastik

Bahan termoplastik dihasilkan dengan cara reaksi kimia alam dua tahap.

Tahap pertama

Menghasilkan rantai-rantai molekul pajang serupa dengan termoplastik, tetapi dia

dapat bereaksi lebih lanjut.

Tahap kedua

Terjadi pada waktu proses mencetak (maolding), biasanya dengan menggunakan

panas dan tekanan.

8.3 TERMOPLASTIK

Jenis polimer yang mempunyai bentuk ikatan lurus. Apabila polimer

thermoplastik dipanaskan kenaikan temperatur akan meningkatkan gerakan atom

untuk saling memisahkan diri sehingga gaya ikat akan menurun yang

mengakibatkan bahan melunak dan mudah dibentuk.Berdasarkan struktur

molekulnya termoplastik dibagi 2 yaitu :

a. Polimer kristal

MATERIAL TEKNIK


Termasuk jenis ini polietylen nilon, polipropilene yang mempunyai molekul

tersusun secara teratur yang membentuk kristal. Tetapi pada kenyataannya sulit

ditemukan material murni kristalin, kebanyakan semi kristalin dengan derajat

kristalinitas tertentu.

b. Polimer Amorf

Polimer yang memiliki susunan molekul yang tidak teratur, contoh polimetil

matakrilot.

8.3.A. Termoset

Polimer yang mempunyai bentuk silang ( crosslingking ) dimana rantai – rantai

molekul saling dihubungkan, sehingga walaupun mengalami pemanasan dan penekanan

masing – masing rantai molekul tidak bisa saling bergerak aktif. Dengan demikian

proses pembentukan termoset dilakukan sebelum terjadi hubungan silang yaitu dengan

resin – resinnya. Contoh dari polimer termoset yaitu resin polyester, resin epoksi, resin

renol dan sebagainya.

8.3.B. Elastomer

Polimer berantai panjang yang mempunyai deformasi elastis yang besar dengan

bentuk ikatan seperti kumparan terpuntir.

8.3.C. Sifat – sifat polymer

Sifat – sifat khas bahan polymer pada umumnya adalah :

a. Mampu cetaknya baik, pada temperatur relatif rendah bahan dapat dicetak

dengan penyuntikan, penekanan, ekstrusi,. Sehingga ongkos pembuatan relatif lebih

rendah daripada logam dan keramik.

b. Produk yang ringan dan kuat dapat dibuat. Berat jenis polymer lebih rendah

daripada logam dan keramik.

c. Banyak diantara polymer bersifat isolasi listrik yang baik. Polymer mungkin juga

dibuat konduktor dengan jalan mencampurkannya dengan serbuk logam, butiran karbon,

dan sebagainya.

MATERIAL TEKNIK


d. Baik sekali dalam ketahanan air dan ketahanan zat kimia.

e. Produk – produk dengan sifat yang cukup berbeda dapat dibuat tergantung pada

cara pembuatannya. Dengan mencampur pemlastik, pengisi, agar sifat – sifatnya dapat

berubah dalam daerah yang luas.

f. Umumnya bahan polymer lebih murah

g. Kurang tahan terhadap panas. Hal ini sangat berbeda dengan logam dan keramik

h. Kekerasan permukaannya sangat kurang. Bahan polymer yang keras ada namun

masih jauh dibawah logam dan keramik.

i. Kurang tahan terhadap pelarut. Umumnya larut dalam zat pelarut tertentu kecuali

beberapa bahan khusus seperti polytetrafluorethylene, jika tidak dapat larut maka akan

mdah retak karena kontak yang terus menerus dengan pelarut dan disertai dengan

adanya tegangan.

j. Mudah termuati listrik secara elektrostatik

k. Beberapa bahan tahan abrasi, atau mempunyai koefisien gesek yang kecil.

( Surdia dan saito,1999 : 173 )

MATERIAL TEKNIK


Tabel 8.1 Sifat fisik dan kimia polimer

Umumnya pada bahan polymer modulus elastik untuk tekanan berbeda denagan

tarik, tegangan tekan yang besar terjadi pada bagian yang mengalami tegangan tekan.

Selanjutnya pada bahan polymer kekuatan tekan jauh lebih besar daripada kekuatan

tariknya, hal inilah yang menyebabkan patah karena tekukan pada bagian yang

mengalami tegangan tarik. Hal ter sebut ditunjukkan pada tabel ...

MATERIAL TEKNIK


Kekuatan impak pada bahan polymer pada umumnya lebih kecil daripada

kekuatan impak bahan logam. Jika ikatan antar molekulnya, atau berat molekulnya

besar, kekuatan impak biasanya juga besar. Namun tidak sesederhana itu, contohnya

polietilene yang berkristal dan mempunyai daya tarik – menarik antar molekulnya

lemah, namun tidak patah pada pengujian impak, hanya mengalami bengkok.

8.4 POLIETILEN

1). Jenis dan cara produksi

Polietilene dibuat dengan cara polimerisasi gas etilene yang dapat kita peroleh

dengan memberi gas petrolium pada pemecahan minyak ( nafta ), gas alam atau asiteli.

Polimerisasi etilen ditunjukkan pada reaksi dibawah

Gambar 8.1 Struktur atom polietilen

( Sumber :Tata Surdia, Saito Shinroku, Pengetahuan Bahan Teknik, 2000 : 171 )

Yang digolongkan menjadi polietilene tekanan tinggi, tekanan medium dan

tekanan rendah oleh tekanan pada polimerisasinya atau masing – masing menjadi

polietilene masa jenis rendah ( LDPE ) dengan masa jenis 0.910 – 0,926, politilene masa

jenis medium ( MDPE ) dengan masa jenis 0,926 – 0,940 dan polietilene masa jenis

tinggi ( HDPE ) dengan masa jenis 0.941 – 0.965. Menurut masa jenisnya , karena sifat

– sifatnya erat hubungannya dengan masa jenisnya ( kristalinitas ), termasuk

polipropilen yang sama disebut poliolefin. Sebgai tambahan semuanya adalah polietilene

denagn berat molekul rendah ( 1000 – 12.000 ), polietilene dengan berat molekul sangat

tinggi ( 1 – 4 juta ) demikian juga polietilene yang dikopolimerkan, polietilene yang

diikat silangkan dan polietilene dibusakan.

MATERIAL TEKNIK


Polimer HDPE ( High Density Polyethilene )

Pada penelitian ini matriks yang digunakan yaitu matriks polimer polietilen jenis

HDPE ( High Density Polyetilene ). Polietilen dibuat dengan jalan polimerisasi dari gas

etilen yang diperoleh dengan memberi hidrogen gas petroleum pada pemecahan minyak,

gas alam atau asitelin.

Sifat- sifat dari polietilen adalah sebagai berikut :

- Massa jenisnya yang rendah yaitu berkisar 910 – 960 kg/m3.

- Kekuatan tariknya semakin tinggi bila massa jenisnya naik tetapi berbanding terbalik

dengan kekuatan impact.

- Memiliki sifat isolasi listrik yang baik.

- Mempunyai sifat- sifat kimia yang stabil dan tahan terhadap berbagai bahan kimia

kecuali kalida dan oksida kuat.

- Mempunyai mampu cetak yang baik.

Material ini mempunyai berat molekul terendah 1.000- 12.000 sedangkan untuk

berat tertingginya 1-4 juta begitu juga dengan polietilen yang dipolimerkan dan

polietilen yang disilangkan juga dibusakan karena berat molekul yang tinggi sifatnya

sama dengan sifat parafin yang mudah terbakar, menjadi cair dan rata bila terjatuh diatas

air.

HDPE ( High Density Polyetilene ) mempunyai kepadatan pada range 935- 965

Kg/m3 dan memiliki permukaan yang jernih dibandingkan dengan jenis LDPE ( Low

Density Polyethilene ). Kelebihan bahan HDPE yaitu mempunyai kekuatan dan

kekakuan lebih baik. Polietilene jenis HDPE mempunyai kristalinitas tinggi mencapai

85- 95 % sehingga gaya antar molekulnya kuat bahan ini memiliki kekuatan mekanik

yang baik dan titik lunak yang tinggi. Sifat kimianya cukup stabil dan tahan terhadap

jenis bahan kimia. Adapun kekurangan dari bahan ini adalah dalam pembuatan produk

diperlukan tekanan kompresi dan temperatur yang tinggi untuk melunakkan.

MATERIAL TEKNIK


Gambar 8.2 Biji Plastik HDPE

Sumber : http://www.indonetwork.co.id/all.ch/0.html

2) Sifat – Sifat Polietilene

Secara kimia polietilene memerupakan parafin yang mempunyai berat molekul

yang sangat tinggi. Karena itu sifat – sifatnya serupa dengan parafin. Terbakar kalau

dinya;lakan dan menjadi rata kalau dijatuhkan diatas air.

a. Hubungan dengan masa jenis

Dengan cara polimerisasi etilen yang berbeda didapat struktur molekul yang

berbeda pula pada polietilene masa jenis rendah, molekul – molekulnya tidak

mengkristal secara baik tetapi mempunyai banyak cabang. Di pihak lain

polietilene tekanan rendah kurang bercabang dan merupakan rantai lurus, karena

itu masa jenisntya lebih besar sebab mengkristal secara baik sehingga

mempunyai kristalinitas tinggi. Karena kristal yang terbentuk baik itu

mempunyai gaya molekul kuat, maka bahan ini memeiliki kekuatan mekanik

yang tinggi dan titik lunak yang tinggi pula.

MATERIAL TEKNIK


Tabel 2.3 Sifat Polietilene Menurut Massa Jenis

b) Hubungan Dengan Berat Molekul

Sifatnya cukup berubah oleh perubahan massa jenis, kalau massa jenis

(kristalinitas) sama, sifat – sifat mekanik dan mampu olahnya berbeda menurut ukuran

molekul. Karena berat molekul kecil, kecairannya pada waktu cair lebih baik sedangkan

ketahanan akan zat pelarut dan kekuatannya menurun.Umumnya indeks cair ( MI )

dipergunakan untuk menyatakan berat molekul. Polietilene pada temperatur tetap 1900C

diekstrusi melalui lubang dengan diameter 2,1 mm dan panjang 8 mm, memberikan

2161 g selama 10 menit. Jumlah yang terekstrusikan dalam gram adalah indeks cair.

MATERIAL TEKNIK


Tabel 2.4 Perubahan Sifat Polietilene Oleh Massa Jenis Dan Indeks Cairan ( MI )

c ) Sifat – sifat Listrik

Polietilene merupakan polimer non polar yang khas memiliki sifat – sifat

listrik yang baik. Terutama sangat baik dalam sifat khas frekwensi tinggi, banyak

dipakai sebagai bahan isolasi untuk rada, TV dan berbagai alat komunikasi. Akan

mempunyai sifat lebih baik lagi kalau masa jenisnya tinggi.

MATERIAL TEKNIK


Tabel 2.5 Sifat listrik isolator polimer

d) Sifat – Sifat Kimia

Polietilene adalah bahan polimer yang sifat – sifat kimianya cukup stabil tahan

berbagai bahan kimia kecuali kalida dan oksida kuat. Ia larut dalam hidrokarbon

aromatik dan larutan hidrokarbon yang terklorinasi diatas temperatur 700C, tetapi tidak

ada pelarut yang dapat melarutkan polietilene secara sempurna pada temperatur biasa.

Karena bersifat non polar polietilene tidak mudah diolah dengan merekat dan mencap.

Perlu perlakuan tambahan tertentu seperti oksidasi pada permukaan atau pengubahan

struktur permukaannya oleh sinar elektron yang kuat. Kalau dipanaskan tanpa

berhubungan dengan oksigen, hanya mencair sampai suhu 3000C, kemudian terurai

karena thermal kalau melampaui temperatur tersebut. Tetapi kalau dipanaskan dengan

MATERIAL TEKNIK


disertai adanya oksigen akan teroksidasi walaupun baru 500C. Karena polietilene lemah

terhadap sinar UV, bahan anti oksida seperti turunan naftilamin, atau bahan pengabsorb

UV seperti serbuk karbon, bensofenon, ester asam salisil, dicampurkan untuk

memperbaiki ketahanan UV, perlu menjadi perhatian karena polietilene akan retak di

bawah pengaruh tegangan apabila berhubungan dengan berbagai surfakta, minyak

mineral, alkali, alkohol dan sebagainya.

Tabel 2.6 Sifat – sifat kimia plastis

MATERIAL TEKNIK


e) Permeabilitas Gas

Film polietilene sangat sukar ditembus air, tetapi mempunyai permeabilitas

cukup tinggi terhadap CO2, pelarut organik, parfum, dan sebagainya. Polietilene masa

jenis tinggi kurang permeabel daripada polietilene dengan masa jenis rendah.3) 3)

Polietilene Keperluan Khusus

a) Polietilene berberat molekul rendah ( 1000 – 1200 )

Dapat diperoleh berbagai mutu mulai dari pelumas pada temperatur sampai

bahan dengan titik cair 1000C tergantung pada masa jenis dan berat molekulnya.

Dipergunakan untuk memperbaiki mampu cetak denagn mencampur atau dipakai untuk

membuat kertas tahan air, kain tanpa tenunan, pelapis dan seterusnya, dengan jalan

pelapisan.

b) Polietilene berberat molekul sangat tinggi ( 1 – 4 juta )

Bahan ini sukar untuk diolah karena kecairannya yang buruk, walaupun agak

lunak denagn meningkatnya temperatur. Tetapi ia mempunyai ketahanan impak yang

baik, ketahanan abrasi yang sangat baik, mempunyai sifat mekanik yang baik dan

pemelaran yang kecil pada temperatur sekitar 1000C.

c) Polietilene berikatan silang

Kalau secara antar molekul diikat silangkan oleh penyinaran radioaktif energi

tinggi seperti sinar elektron, beta atau gama. Kekuatan tarik, ketahanan retak tegang

menjadi lebuh baik dan titik lunaknya meningkat 2500C.

d) Polietilene busa

Kalau polietilene diikat silangkan dan dan dibusakan, masa jenisnya bervariasi

dari daerah yang cukup lebar. Maka bahan ini dapat dipergunakan untuk isolasi dan

bahan akustik. Bhan busa rendah dipakai sebagai bahan pengganti kayu.

4) Mampu Olah

Polietilene mudah diolah, maka dari itu sering dicetak dengan penekanan,

injeksi, ekstrusi peniupan dan dengan hampa udara. Perlu diperhatikan bahwa

penyusutannya tinggi.

5) Penggunaan

MATERIAL TEKNIK


Pada temperatur rendah bersifat fleksibel tahan impak dan tahan terhadap

bahan kimia. Karena itu dipakai untuk berbagai keperluan termasuk untuk pembuatan

berbagai wadah, alat dapur, berbagai barang kecil botol – botol, tempat minyak tanah,

film, pipa, isolator kabel listrik, serat, kantong tempat sampah dan sebagainya. ( Tata,

Surdia:209-212 )

8.5 PENGISI ( FILLER )

Pengisi adalah bahan yang banyak digunakan untuk ditambahkan pada bahan

polimer untuk meningkatkan sifat- sifatnya dan kemampuan pemprosesan atau untuk

mengurangi ongkos produksi ( Surdia, 2000 : 246 ). Filler dalam komposit digunakan

sebagai penguat matrik resin polimer. Mekanisme filler dalam meningkatkan kekuatan

adalah dengan membatasi pergerakan rantai polimer. Beberapa jenis filler ditambahkan

dengan alasan meningkatkan stabilitas dimensi, antioksodan, penyerab UV dan pewarna.

komposit dan polimer

Documents