FISIKA MATERIAL

KARAKTERISTIK, APLIKASI, DAN PROSES PEMBUATAN POLIMER

OLEH :

Kelompok: 12

1. Mochamad Fatchur Rozi (120322402573 )

2. Muhammad Syawaluddin A. (120322420484)

3. Muhammad Ali Zain (120322420495)

JURUSAN FISIKA

FAKULATAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS NEGERI MALANG

November 2014

1. Grafik Karakteristik Tegangan (Stress) – Regangan (Strain) untuk Tiga Macam Polimer

Sifat mekanik polimer ditandai dengan menggunakan parameter yang sama dengan logam, yaitu

modulus elastisitas, yield, dan tensile strength. Kebanyakan material polimer diuji dengan tes sederhana

untuk mengetahui karakteristik stress-stain untuk beberapa parameter yang sama. Sifat mekanik polimer

sebagian besar memiliki sensitivitas yang tinggi terhadap deformasi (laju starin), suhu, dan sifat alami

lingkungan ( kesediaan unsur oksigen dan pelarut organik). Beberapa modifikasi untuk pengujian dan

spesimen yang biasa digunakanuntuk logam juga digunakan untuk polimer khususnya untuk material yang

memilikielastisitas tinggi seperti karet.

Untuk mengetahui karakteristik stress-stain dapat dilakukan dengan uji tarik. Dari uji tarik, data yang

diperoleh adalah plot tegangan-regangan, dengan persamaan:

tegangan (stress): s = F / A0, dan

regangan (strain) : e = (L - L0) / L0

keterangan:

s : tegangan atau stress (N/mm2 atau MPa)

F : beban atau load (Newton, N)

A0 : luas penampang (mm2)

e : regangan atau strain (mm/mm atau persentase)

L : panjang setelah ditarik (mm), dan

L0 : panjang awal (mm).

Kurva tegangan-regangan dapat digunakan mendeskripsikan sifat-sifat mekanik suatu bahan. Salah

satu sifat yang dapat ditentukan dalam uji tarik ini adalah ukuran kekuatan dari suatu bahan, yaitu dengan

memperhatikan pernyataan hukum Hooke:

s = Ee

Dimana E = modulus elastisitas, yaitu suatu besaran yang mendiskripsikan ukuran kekakuan dari satu

bahan.

Berikut ini merupakan prosedur dalam uji tarik:

Ketika dilakukan uji tarik, benda uji akan bertambah panjang, sementara diameternya mengecil.

A0 = luas penampang awal

L0 = panjang awal

A = luas penampang setelah ditarik

L = panjang setelah ditarik

spesimen memanjang [stretches] :(2) (3)

timbul takikan [neck] : (4)

lalu putus (fractures) : (5)

Modulus elastisitas adalah konstanta yang nilainya berbeda untuk setiap bahan. Makin kuat suatu bahan,

makin tinggi nilai E-nya, karena untuk membuatnya bertambah panjang, diperlukan beban yang lebih besar.

Berikut ini adalah kurva karakteristik tegangan-regangan untuk 3 polimer, yaitu polimer rapuh,

polimer plastis serta polimer yang sangat elastis:

Grafik A untuk polimer rapuh, grafik B untuk polimer plastik., serta grafik C untuk polimer sangat

elastis (elastomer).

Penjelasan untuk masing-masing kurva:

kurva A

kurva A merupakan kurva karakteristik tegangan-regangan untuk polimer yang rapuh. Terlihat bahwa

kurva A merupakan kurva linier yang mendekati garis lurus (vertikal), ini menunjukkan bahwa gradien

dari kurva ini sangat kecil. Berdasarkan hukum hooke yang telah dibahas sebelumnya gradien dari

kurva tegangan-regangan merupakan modulus elastisitas, yaitu besaran yang menunjukkan ukuran

kekakuan suatu bahan. Dari sini dapat disimpulkan bahwa modulus elastisitas bahan A sangat kecil

atau tingkat kekakuannya sangat rendah. Pada polimer rapuh terjadi fraktur selama deformasi elastis.

Kurva B

Kurva B merupakan kurva karakteristik tegangan-regangan untuk polimer plastis. Karakteristik pada

polimer ini hampir mirip dengan kebanyakan karakteristik pada logam.

Pada elastic region, hubungan s dan e, yaitu:

bersifat linier

Ketika beban dilepaskan, panjang bahan akan kembali ke panjang asal

Pada plastic region:

ketika beban dilepaskan, panjang bahan tidak kembali ke asal, jadi tetap sama posisinya seperti

ketika ditarik terakhir.

Batas antara elastic region dan plastic region adalah titik y (yield point, yield stress, yield

strength). Ketika beban mencapai maksimum, tegangan mencapai yangdisebut tensile strength (TS).

Setelah itu, akan terjadi necking, lalu fracture.

Ductility adalah kemampuan bahan untuk menahan regangan, tanpa mengalami fracture. Sifat

ini perlu diperhatikan sebelum melakukan proses manufaktur.

Kurva C

Kurva C merupakan kurva karakteristik tegangan-regangan untuk polimer yang benar-benar elastis

(plastis). pada polimer jenis ini strain yang besar dapat dipulihkan pada tingkat stress yang rendah.

Polimer dengan elastisitas tabg tinggi ini juga disebut elastomer.

Karakteristik mekanik dari polimer jauh lebih sensitif terhadap perubahan suhu mendekati suhu kamar.

Berikut ini (gambar 15.3) merupakan kurva karakteristik tegangan-regangan untuk

poli(metilmetaklirat)(kaca) antara suhu 4 dan 60 ̊C (40 sampai 140 ̊F). Kenaikan temperatur menghasilkan:

a) Penurunan modulus elastisitas

b) Penurunan kekuatan tarik

c) Kenaikan ductility

Pada temperatur 4 C̊ (40 ̊F) bahan benar-banar rapuh, sedangkan pada suhu 50 dan 60 ̊C (122 dan

140 ̊F) ada deformasi plastis yang cukup besar.

Pengaruh laju regangan juga penting untuk sifat mekanik bahan. Secara umum, penurunan laju

deformasi memiliki pengaruh yang sama pada karakteristik tegangan-regangan seperti peningkatan suhu,

yaitu, material menjadi lebih lembut dan lebih ulet.

2. Tahapan Deformasi Elastis dan Deformasi Plastis pada Semicrystalline Suatu (Spherulitic) Polimer.

Tahapan deformasi elastis dan deformasi plastis pada semikristalin suatu polimer pada suatu bahan

didiskripsikan melalui grafik tegangan-regangan seperti berikut ini:

Beberapa aspek makroskopik deformasi polimer semikristal patut kita perhatikan. Kurva tarik antara

tegangan dan regangan untuk bahan semikristal pada awalnya tidak mengalami deformasi. Diatas titik yeald,

bentuk leher kecil di dalam bagian alat ukur. Rantai mengalami orientasi yaitu rantai sumbu menjadi sejajar

dengan arah pemanjangan yang mengarah pada penguatan lokal (dapat dilihat pada gambar 15.13d).

Akibatnya, ada perlawanan untuk mengalami deformasi pada titik ini dan hasil pemanjangan spesimen oleh

propagasi daerah leher ini sepanjang panjang ukur, fenomena orientasi rantai menyertai ekstensi pada leher.

3. FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI SIFAT MEKANIK DARI SUATU BAHAN

POLIMER (sub bab 15.8)

Sifat mekanik dari sebuah bahan polimer dapat dipengaruhi oleh beberapa hal yang struktural atau

pemrosesan. Sifat mekanik yang dimaksud disini adalah tentang sifat kekuatan dan modulus dari bahan

polimer itu sendiri. Faktor-faktor yang dapat mempengaruhi sifat mekanik dari polimer antara lain:

Berat Molekul

Berat molekul dari polimer tidak terlihat secara langsung mepengaruhi sifat modulusnya. Namun,

beberapa penelitian telah membuktikan bahwa kekuatan suatu polimer akan bertambah seiring

bertambahnya berat molekul. Hal ini dikarenakan Panjang rata-rata dari rantai polimer dapat dilihat

dari berat molekul (molecular weight) polimer. Berat molekul dari polimer pada dasarnya adalah

penjumlahan dari berat molekul-molekul mer-nya. Jadi semakin tinggi berat molekul dari suatu

polimer tertentu, semakin besar panjang rata-rata dari rantai polimernya. Makin bertambahnya panjang

rantai, maka jumlah tempat (sites) yang berinteraksi di anatara berbagai rantai tersebut juga akan

bertambah. Hal ini menyebabkan sifat kimia, fisika, dan mekanik dari suatu polimer akan bervariasi.

Manfaat dari mengetahui berat molekul polimer antara lain:

Menentukan aplikasi polimer tersebut

Sebagai indikator dalam sintesa dan proses pembuatan produk polimer

Studi kinetika reaksi polimerisasi

Studi ketahanan produk polimer dan efek cuaca terhadap kualitas produk

Secara matematis kekuatan tarik dari sebuah polimer dapat dituliskan sebagai berikut :

Dimana,

merupakan keuatan tarik berat molekul tak terbatas

merupakan jumlah molekul rata-rata

A merupakan ksebuah konstanta

Derajat Kristalinitas

Untuk polimer tertentu, derajat kristalinitas dapat memiliki pengaruh yang signifikan terhadap

sifat mekanik, karena mempengaruhi sejauh mana ikatan antarmolekul sekunder. Untuk daerah kristal

di mana rantai molekul yang dikemas/ tersusun erat dalam suatu pengaturan teratur dan paralel, ikatan

sekunder ekstensif biasanya ada antara segmen rantai yang berdekatan. Sebagai akibatnya, untuk

polimer semicrystalline, modulus tariknya akan meningkat secara signifikan dengan derajat

kristalinitas. Selain itu, meningkatkan kristalinitas dari polimer umumnya akan meningkatkan

kekuatan namun material cenderung menjadi lebih rapuh.

Pre-Deformasi Dengan Penarikan (drawing)

Salah satu cara yang paling sering digunakan untuk meningkatkan kekuatan mekanik dan modulus

tarik dari suatu bahan polimer adalah dengan deformasi permanen pada polymer. Metode ini biasa

disebut dengan penarikan (Drawing). Proses ini sesuai dengan proses perpanjangan leher yang

tegambar sebagai berikut :

Selama proses penarikan(Drawing) rantai-rantai molekular menyelinap melewati satu sama lain dan

menjadi sangat berorientasi, karena rantai bahan semicrystalline mengasumsikan konformasi yang

sama dengan Gambar

Derajat kekuatan dan kekakuan dari suatu polimer bergantung pada tingkat deformasi (ekstensi)

dari bahan itu sendiri. Sifat bahan yang telah mengalami proses drawing sangatlah anisotropic. Untuk

bahan yang ditarik dalam ketegangan uniaksial, modulus tarik dan nilai-nilai kekuatan secara

signifikan lebih besar dalam arah deformasi dibandingkan lainnya. Untuk polimer amorf pada suhu

tinggi, struktur molekul terorientasi dipertahankan hanya ketika material didinginkan dengan cepat ke

ambient, prosedur ini menimbulkan efek penguatan dan kaku dijelaskan dalam paragraf sebelumnya.

Di sisi lain, jika, setelah peregangan, polimer ini tempatkan pada suhu drawing, rantai molekul akan

relaks sebagai akibatnya, proses penarikan tidak akan berpengaruh pada karakteristik mekanik

material.

Perlakuan Panas

Perlakuan panas (anniling) pada polymer semikristalin dapat menyebabkan adanya peningkatan persen

kristalinitas, ukuran kristal, dan kesempurnaan serta struktur sferulit.

Untuk bahan undrawn (tidak ditarik ) yang diberi perlakuan panas pada waktu konstan, peningkatan

suhu anniling dapat memicu beberapa hal antara lain :

Meningkatnya modulus tarik

Meningkatnya yield strenght

Penurunan duktilitas (keuletan)

Untuk beberapa serat polimer yang telah ditarik, peningkatan suhu anniling memberikan dampak yang

berlawanan dengan bahan polimer yang tidak mengalami penarikan, yaitu turunnya nilai modulus tarik

bahan karena bahan kehilangan orientasi rantai dan mengalami keregangan yang diakibatkan

kristalinitas.

4. DEFORMATION OF ELASTOMERS (Describe the molecular mechanism by which elastomeric polymers deform elastically.)

Salah satu sifat menarik dari material elastomeric adalah karet, karena bersifat elastisitas. Artinya,

mereka memiliki kemampuan untuk mengubah bentuk cukup besar dan kemudian secara elastis kembali ke

bentuk aslinya. Ini merupakan hasil dari persilangan dalam polimer yang memberikan gaya untuk

mengembalikan rantai ke bentuk asal.

Dalam keadaan tanpa tekanan, elastomer tidak akan terbentuk dan menyusun rantai silang molekul

yang rangkaiannya sangat membelit, tertekuk, dan melingkar. Deformasi elastis,merupakan aplikasi dari

regangan sebuah beban. Setelah pelepasan tekanan, rangakaian kembali ke posisi atau keadaan saat sebelum

mendapatkan tekanan, dan bagian makroskopik kembali ke bentuk aslinya.

Bagian dari gaya pendorong untuk deformasi elastis merupakan parameter termodinamika, yang

disebut entropi (merupakan ukuran dari tingkat keadaan yang tidak teratur dalam sistem). Entropi dapat

meningkat dengan meningkatnya tingkat keadaan yang tidak teratur. Sebagai sebuah elastomer peregangan

dan pelurusan rangkaian menjadi lebih selaras, sehingga sistem menjadi lebih teratur. Dua fenomena menarik

hasil dari efek entropis. Pertama, ketika meregang, elastomer mengalami kenaikan suhu, kedua, modulus

elastisitas meningkat dengan meningkatnya suhu, yang berlawanan dengan perilaku yang ditemukan dalam

bahan lainnya. Beberapa kriteria yang harus dipenuhi untuk menjadi polimer elastomer:

(1) Tidak mudah mengkristal, bahan elastomer tidak berbentuk, memiliki rantai molekul alami yang

menggulung dan tertekuk pada keadaan tanpa tekanan.

(2) Rantai ikatan rotasi harus relatif bebas untuk rantai yang menggulung agar siap bereaksi terhadap

gaya yang diterapkan.

(3) Elastomer mengalami deformasi elastis relatif besar yang pada awalnya deformasi plastik harus

tertunda.

(4) Elastomer harus berada di atas suhu transisi kaca (antara 50° C dan 90° C.)

5. FAKTOR YANG MEMPENGARUHI PELEBURAN DAN TRANSISI SUHU GLASS

Peleburan pada sebuah kristal polimer sama dengan transformasi dari solid

material,yang memiliki struktur molekul selaras dan berantai,sedangkan untuk sebuah cairan kental

strukturnya sangat acak. Fenomena ini terjadi, saat pemanasan, pada suhu leleh (Tm). Sehingga jelaslah

bahwa peleburan (melting) merupakan fungsi dari laju pemanasan, peningkatan suhu leleh.

Transisi kaca terjadi dalam polimer amorf (atau glass) dan semicrystalline dan karena pengurangan

gerak segmen besar rantai molekul dengan penurunan temperatur. Setelah pendinginan, transisi kaca sesuai

dan bertahap dari transformasi suatu cairan dengan bahan karet dan akhirnya menjadi padat dan kaku. Suhu

di mana polimer mengalami transisi dari karet untuk

kembali kaku disebut suhu transisi gelas, Tg.

Peleburan dan transisi suhu glass dipengaruhi oleh empat karakteristik atau komponen struktural dari

polimer yaitu:

1. Sisi kelompok berukuran besar

Ukuran dan jenis kelompok side mempengaruhi rantai rotasi kebebasan dan fleksibilitas, sisi kelompok

yang besar cenderung untuk membatasi rotasi molekul dan meningkatkan Tm serta Tg.

2. Gugus polar

Keberadaan gugus polar (Cl, OH, dan CN), meskipun tidak terlalu besar,akan tetapi menyebabkan

gaya ikat antarmolekul yang signifikan dan Tms yang relatif tinggi

3. Ikatan ganda dan kelompok aromatik pada polimer, yang cenderung menyebabkan rantai polimer kaku

dan polimer menurunkan kekuatan fleksibilitas rantai serta menyebabkan peningkatan Tm an Tg.

4. Peningkatan berat molekul juga cenderung menaikkan suhu transisi gelas (Tg) dan juga suhu peleburan

(Tm).

Yaitu jika berat molekulnya meningkat,maka suhu transisi glass akan meningkat pula,begitu juga

sebaliknya.

6. Tujuh Aplikasi Polimer

a. Plastik

Plastik merupakan

polimer yang dapat dicetak menjadi berbagai bentuk yang berbeda. Berdasarkan sifat termal,

plastik dibedakan menjadi 2, yaitu:

Termoplastik

Polimer termoplastik adalah polimer yang mempunyai sifat tidak tahan terhadap panas. Jika

polimer jenis ini dipanaskan, maka akan menjadi lunak dan didinginkan akan mengeras. Proses

tersebut dapat terjadi berulang kali, sehingga dapat dibentuk ulang dalam berbagai bentuk melalui

cetakan yang berbeda untuk mendapatkan produk polimer yang baru.

Polimer yang termasuk polimer termoplastik adalah jenis polimer plastik. Jenis plastik ini tidak

memiliki ikatan silang antar rantai polimernya, melainkan dengan struktur molekul linear atau

bercabang.

Polimer termoplastik memiliki sifat – sifat khusus sebagai berikut:

Berat molekul kecil

Tidak tahan terhadap panas

Jika dipanaskan akan melunak

Jika didinginkan akan mengeras

Mudah untuk diregangkan

Fleksibel

Titik leleh rendah

Dapat dibentuk ulang (daur ulang)

Mudah larut dalam pelarut yang sesuai

Memiliki struktur molekul linear/bercabang

Contoh: Polyethylene (PE), polyvinylchloride (PVC), polypropylene (PP), polystyrene (PS),

dan nylon.

Termoset

Polimer termosetting adalah polimer yang mempunyai sifat tahan terhadap panas. Jika polimer

ini dipanaskan, maka tidak dapat meleleh. Sehingga tidak dapat dibentuk ulang kembali. Susunan

polimer ini bersifat permanen pada bentuk cetak pertama kali (pada saat pembuatan). Bila polimer

ini rusak/pecah, maka tidak dapat disambung atau diperbaiki lagi.

Polimer termosetting memiliki ikatan-ikatan silang yang mudah dibentuk pada waktu

dipanaskan. Hal ini menyebabkan polimer menjadi kaku dan keras. Semakin banyak ikatan silang

pada polimer ini, maka semakin kaku dan mudah patah. Bila polimer ini dipanaskan untuk kedua

kalinya maka akan menyebabkan rusak atau lepasnya ikatan silang antar rantai polimer.

Sifat polimer termosetting sebagai berikut:

Keras dan kaku (tidak fleksibel)

Jika dipanaskan akan mengeras

Tidak dapat dibentuk ulang (sukar didaur ulang)

Tidak dapat larut dalam pelarut apapun

Jika dipanaskan akan meleleh

Tahan terhadap asam basa

Mempunyai ikatan silang antarrantai molekul

Contoh: PU (Poly Urethene), UF (Urea Formaldehyda), MF (Melamine Formaldehyde),

polyester, epoksi dll).

Trade Names, Characteristics, and Typical Applications for a Number of Plastic Materials

b. Elastomer

Elastomer merupakan maaterial yang mampu memanjang secara elastis ketika dikenakan

tegangan mekanis yang relatif rendah. Elastomer Lebih umum dikenal sebagai karet (rubber).

Beberapa elastomer dapat diregangkan hingga 10 kali lipat dan masih mampu kembali sempurna ke

ukuran asal. Meskipun perilakunya cukup berbeda dengan termoset, namun elastomer memiliki

struktur yang lebih mirip dengan termoset, dibandingkan dengan termoplastik.

Karet dibedakan menjadi karet alam dan karet sintesis. Keunggulan yang dimiliki karet alam

sulit ditandingi oleh karet sintetis. Adapun keunggulan – keunggulan yang dimiliki karet alam

dibanding karet sintetis adalah :

1. Memiliki daya elastis atau daya lenting yang sempurna,

2. Memiliki plastisitas yang baik sehingga pengolahannya mudah,

3. Mempunyai daya aus yang tinggi,

4. Tidak mudah panas (low heat build up), dan

5. Memiliki daya tahan yang tinggi terhadap keretakan (groove cracking resistance).

Walaupun demikian, karet sintetis memiliki kelebihan seperti tahan terhadap berbagai zat

kimia dan harganya yang cenderung bisa dipertahankan supaya tetap stabil. Karet sintetis sebagian

besar dibuat dengan mengandalkan bahan baku minyak bumi. Biasanya tiap jenis memiliki sifat

tersendiri yang khas. Ada yang tahan tehadap panas atau suhu tinggi, minyak, pengaruh udara, dan

bahkan ada yang kedap gas. Contoh karet alam: vulcanized natural rubber. Sedangkan karet sintetis:

Styrene-Butadiene (SBR), Nitrile butadiene rubber (NBR), Silicone rubber. Elastomer silikon

memiliki tingkat fleksibilitas yang tinggi pada suhu rendah -90℃, tahan terhadap pelapukan dan

minyak pelumas.

c. Fiber (serat)

Serat adalah polimer yang perbandingan panjang terhadap diameter molekulnya kira-kira

100:1. Serat dapat mengalami berbagai mekanik deformasi-peregangan, memutar, geser, dan abrasi.

Akibatnya , harus memiliki kekuatan tarik tinggi (pada rentang suhu yang relatif lebar) dan modulus

elastisitas yang tinggi, serta tahan abrasi.

Berat molekul bahan serat harus relatif tinggi atau bahan cair akan terlalu lemah dan akan

hancur selama drawing process. Juga karena kekuatan tarik meningkat dengan derajat kristalinitas,

struktur dan konfigurasi dari rantai harus memungkinkan produksi polimer yang sangat kristal. Yang

menerjemahkan ke dalam persyaratan untuk rantai linier dan bercabang yang simetris dan memiliki

unit ulangi secara teratur. Gugus polar dalam polimer juga meningkatkan serat pembentuk sifat baik

dengan meningkatkan kristalinitas dan gaya antarmolekul antara rantai.

Sifat Mekanika nylon (serat):

1. Secara umum nylon bersifat keras, berwarna cream, sedikit tembus cahaya.

2. Berat molekul nylon bervariasi dari 11.000-34.000

3. Nylon merupakan polimer semi kristalin dengan titik leleh 350-570 oF. titik leleh erat kaitannya

dengan jumlah atom karbon. Jumlah atom karbon makin besar, kosentrasi amida makin kecil, titik

lelehnyapun menurun.

4. Sedikit higroskopis : oleh karena itu perlu dikeringkan sebelum dipakai, karena sifat mekanis

maupun elektriknya dipengaruhi juga oleh kelembaban relative dari admosfir.

5. Nylon relative tidak dipengaruhi oleh waktu simpan yang lama pada suhu kamar. Tetap pada suhu

yang lebih tinggi akan teroksidasi menjadi berwarna kuning dan rapuh. Demikian juga sinar

matahari yang kuat akan kurang baik terhadap sifat mekanikalnya.

6. Penambahan aditif dalam nylon dimaksud untuk memperbaiki sifat-sifat nylon.

Penggunaan:

Mobil : pelampung tangki bahan baker, blok bantalan, komponen motor, speedometer, gear,

pengisi udara karburator, kerangka kaca, penutup tangki bahan baker, reflector lampu depan,

penutup stir, dop roda mobil, dll.

Tekstil : bobbin (gelondong benang), perkakas tenun, ring yang dapat dipindah-pindah, gear,

dll.

Peralatan rumah tangga : furniture, peralatan dapur, folding door, komponen mesin jahit,

kancing, pegangan pisau, kerangka pencukur elektrik.

Mesin- mesin industri : gear, bantalan (bearing), pulley, impeller pompa motor, sprocket, rol,

tabung, alat pengukur pada pompa bensin.

d. Pelapisan (Coatings)

- Fungsi :

1. untuk melindungi item dari lingkungan yang dapat menghasilkan korosif

2. untuk meningkatkan penampilan item

3. untuk memberikan isolasi listrik

- Contoh : cat, pernis, enamel, lak, lateks.

- Lateks banyak digunakan karena tidak mengandung pelarut organik dalam jumlah besar tetapi

memiliki senyawa organik volatil rendah (VOC) emisi. VOC bereaksi di atmosfer menghasilkan kabut

asap sehingga penggunaan emisi VOC dikurangi untuk mematuhi peraturan lingkungan.

e. Perekat

- Perekat adalah zat yang digunakan untuk obligasi bersama-sama permukaan dari dua bahan padat.

- Ada dua jenis mekanisme ikatan: mekanik dan kimia. Dalam ikatan mekanik ada penetrasi perekat

dalam pori-pori dan celah-celah permukaan. Ikatan kimia melibatkan gaya antarmolekul antara perekat

dan adherend, ikatan yang mungkin kovalen atau van der Waals, ikatan van der Waals meningkat

ketika bahan perekat mengandung gugus polar.

- Contoh perekat:

1. Alami yaitu lem hewan, kasein, pati dan damar.

2. Sintetik yaitu poliuretan, polisiloksan (silikon), epoxies, poliimida, akrilik, dan bahan karet

- Faktor-faktor yang mempengaruhi penggunaann perekat:

1. material yang akan terikat dan porositas

2. sifat perekat yang dibutuhkan (sementara atau permanen)

3. temperatur yang maksimum atau minimum

4. kondisi pengolahan

- Keunggulan perekat :

1. ketahanan lelah yang lebih baik

2. manufaktur lebih rendah biaya

3. komponen tipis

- Kelemahan :

1. polimer menjaga integritas mekanik mereka hanya pada suhu relatif rendah

2. kekuatan menurun dengan cepat dengan meningkatnya temperatur

- Aplikasi perekat pada otomotif, dan industri konstruksi dan beberapa barang rumah tangga.

f. Film

- Ciri-ciri:

1. Film memiliki ketebalan antara 0,025 dan 0,125 mm (0,001 dan 0,005 in)

2. Film memiliki kepadatan rendah

3. Tingkat fleksibilitas yang tinggi

4. Kekuatan tarik dan sobek yang tinggi

5. Ketahanan terhadap kelembaban dan bahan kimia lainnya,

6. Permeabilitas yang rendah untuk beberapa gas terutama air

- Aplikasi pada tas untuk kemasan produk makanan, produk tekstil

- Beberapa polimer yang memenuhi kriteria dan dapat diproduksi dalam bentuk film adalah polietilena,

polipropilena, plastik, dan selulosa asetat.

g. Karet Busa (Foams)

Busa adalah bahan plastik yang mengandung persentase volume yang relatif tinggi kecil pori-pori dan

gelembung gas terperangkap. Kedua bahan termoplastik dan termoset yang digunakan sebagai busa,

ini termasuk poliuretan, karet, plastik, dan poli (vinil klorida). Busa biasanya digunakan sebagai bantal

di mobil dan furnitur serta seperti dalam kemasan dan insulasi termal.

7. Proses Pembentukan Polimer (polimerisasi)

Proses pembentukan rantai molekul raksasa polimer dari unit-unit molekul

terkecilnya (mer atau meros) melibatkan reaksi yang kompleks. Proses

polimerisasi tersebut yang secara umum dapat dikelompokkan menjadi dua

jenis reaksi, yaitu:

a. Polimer adisi (Addition)

polimerisasi adisi adalah polimer yang terbentuk dari reaksi polimerisasi disertai dengan pemutusan

ikatan rangkap diikuti oleh adisi dari monomermonomernya yang membentuk ikatan tunggal. Dalam

reaksi ini tidak disertai terbentuknya molekul-molekul kecil seperti H2O atau NH3.

Dalam reaksi polimerisasi adisi, umumnya melibatkan reaksi rantai. Mekanisme polimerisasi adisi

dapat dibagi menjadi tiga tahap yaitu:

Sebagai contoh mekanisme polimerisasi adisi dari pembentukan polietilena

Inisiasi, untuk tahap pertama ini dimulai dari penguraian inisiator dan adisi molekul

monomer pada salah satu radikal bebas yang terbentuk. Bila kita nyatakan radikal bebas

yang terbentuk dari inisiator sebagai R’, dan molekul monomer dinyatakan dengan CH2 =

CH2, maka tahap inisiasi dapat digambarkan sebagai berikut:

Propagasi, dalam tahap ini terjadi reaksi adisi molekul monomer pada radikal monomer

yang terbentuk dalam tahap inisiasi

Bila proses dilanjutkan, akan terbentuk molekul polimer yang besar, dimana ikatan rangkap

C= C dalam monomer etilena akan berubah menjadi ikatan tunggal C – C pada polimer

polietilena

Terminasi yaitu tahap deaktivasi pusat aktif sehingga menghentikan pertumbuhan tiap

rantai.

contoh polimer yang terbentuk dari polimerisasi adisi dan reaksinya antara lain:

Polivinil klorida

n CH2 = CHCl → [ - CH2 - CHCl - CH2 - CHCl - ]n

Poliakrilonitril

n CH2 = CHCN → [ - CH2 - CHCN - ]n

Polistirena

b. Polimer Kondensasi

Polimer kondensasi terjadi dari reaksi antara gugus fungsi pada monomer yang sama atau

monomer yang berbeda. Dalam polimerisasi kondensasi kadang-kadang disertai dengan terbentuknya

molekul kecil seperti H2O, NH3, atau HCl.

Di dalam jenis reaksi polimerisasi yang kedua ini, monomer-monomer bereaksi secara adisi

untuk membentuk rantai. Namun demikian, setiap ikatan baru yang dibentuk akan bersamaan dengan

dihasilkannya suatu molekul kecil – biasanya air – dari atom-atom monomer. Pada reaksi semacam

ini, tiap monomer harus mempunyai dua gugus fungsional sehingga dapat menambahkan pada tiap

ujung ke unit lainnya dari rantai tersebut. Jenis reaksi polimerisasi ini disebut reaksi kondensasi.

Dalam polimerisasi kondensasi, suatu atom hidrogen dari satu ujung monomer bergabung

dengan gugus-OH dari ujung monomer yang lainnya untuk membentuk air. Reaksi kondensasi yang

digunakan untuk membuat satu jenis nilon ditunjukkan pada:

Gambar diatas merupakan kondensasi terhadap dua monomer yang berbeda yaitu 1,6 –

diaminoheksana dan asam adipat yang umum digunakan untuk membuat jenis nylon. Nylon diberi

nama menurut jumlah atom karbon pada setiap unit monomer. Dalam gambar ini, ada enam atom

karbon di setiap monomer, maka jenis nylon ini disebut nylon 66.

Contoh lain, mempertimbangkan pembentukan poli poliester (etilena tereftalat) (PET), dari

reaksi antara etilena glikol dan asam tereftalat, reaksi antarmolekul adalah sebagai berikut:

Proses bertahap ini berturut-turut diulang, menghasilkan molekul linier. Selain itu, waktu

reaksi untuk kondensasi umumnya lebih lama dibandingkan polimerisasi adisi.Untuk reaksi

kondensasi sebelumnya, baik etilena glikol dan asam tereftalat adalah bifunctional. Namun, reaksi

kondensasi dapat meliputi monomer fungsional trifunctional atau lebih tinggi mampu membentuk

silang dan polimer jaringan.

Monomer yang dapat mengalami reaksi polimerisasi secara kondensasi adalah monomer-

monomer yang mempunyai gugus fungsi, seperti gugus -OH; -COOH; dan NH3.

8. Lima jenis polimer aditif (15.21)

a. Pengisi (Filler)

- Tujuan penambahan bahan pengisi pada polimer adalah untuk meningkatkan kekuatan tarik dan

tekan, ketahanan abrasi, ketangguhan, stabilitas dimensi dan termal.

- Bahan yang digunakan sebagai pengisi termasuk tepung kayu (halus bubuk serbuk gergaji), silika

tepung dan pasir, kaca, tanah liat, bedak, kapur dan beberapa polimer sintetik.

- Ukuran partikel berkisar dari 10 nm.

b. Plasticizers

- Plasticizers umumnya cairan yang memiliki tekanan uap rendah dan berat molekul rendah.

- Tujuan penambahan plasticizers pada polimer adalah

1. untuk meningkatkan fleksibilitas (kelenturan), keuletan, dan ketangguhan polimer

2. untuk mengurangi kekerasan dan kekakuan

- Plasticizers yang umum digunakan dalam polimer secara intrinsik rapuh pada suhu kamar, seperti

poli (vinil klorida) dan beberapa asetat copolymers.

- Aplikasi dari plasticizers: lembaran atau film tipis, tabung, jas hujan, dan tirai.

c. Penyeimbang (Stabilizer)

- Aditif yang melawan proses yang memburuk (cepat mengalami kerusakan) disebut stabilisator.

- Contoh :

UV/LIGHT STABILIZER

Bahan yang digunakan untuk mengantisipasi terjadinya reaksi akibat photo oxidation

oleh sinar ultra ungu dan sinar tampak terhadapmaterial plastik

Radiasi ultraviolet menyebabkan pemutusan dari beberapa ikatan kovalen sepanjang rantai molekul,

yang juga dapat mengakibatkan terjadinya polimer silang.

Fungsi UV-Stabilizer:

• M e l i n d u n g i p o l i m e r d a r i r a d i a s i s i n a r UV d a n s i n a r l a i n ya n g

d a p a t menyebabkan polimer terdegradasi

• M a k i n p e n d e k p a n j a n g ge l o m b a n g , m a k i n b e s a r k e ru s a k a n ya n g

d a p a t ditimbulkan, karena energi radiasi yang dihasilkan pun semakin besar

Ada dua pendekatan utama untuk stabilisasi UV:

# Yang pertama adalah dengan menambahkan bahan penyerap UV.

Bahan penyerap UV pada dasarnya bertindak sebagai tabir surya dan menghalangi radiasi UV

sebelum dapat menembusn ke dalam dan merusak polimer.

# Pendekatan kedua adalah dengan menambahkan bahan-bahan yang

bereaksi dengan obligasi rusak oleh radiasi UV sebelum mereka dapat bereaksi yang menyebabkan

kerusakan polimer tambahan.

d. Pewarna (Colorants)

- Pewarna memberikan warna tertentu untuk polimer, mereka dapat ditambahkan dalam bentuk

pewarna atau molekul pigments.

- Pigmen adalah pengisi bahan yang tidak larut, namun tetap sebagai fase terpisah; biasanya

mereka memiliki ukuran partikel kecil dan indeks bias dekat yang dari polimer induk.

e. Flame retardants (Ketahanan terhadap kebakaran)

- Flame Retardant: bahan yang dapat membantu plastik agar tidak mudah terbakar

Kebanyakan polimer mudah terbakar dalam bentuk murni kecuali didalamnya yang mengandung

klorin dan fluor, seperti poli(vinil klorida) dan polytetrafluoroethylene.

- Retardants dapat berfungsi dengan mengganggu proses pembakaran melalui fase gas, atau dengan

memulai reaksi pembakaran yang berbeda menghasilkan lebih sedikit panas

sehingga mengurangi suhu, ini menyebabkan perlambatan atau penghentian terbakar.

- Flame retardant biasanya ditambahkan dalam produk plastik,khususnya plastik untuk fasilitas umum

seperti Bahan bangunan & konstruksi, Barang-barang elektronik (kulkas, TV), Transportasi (mobil, pesawat,

kapal, KA).

- Fungsi flame retardant:

• Mencegah terjadinya kebakaran

• Memperlambat pembakaran dan perusakan polimer

• Mengurangi emisi asap

• Mencegah terjadinya percikan api

Sumber :

Callister, William D and David G.2010.Materials Science And Engineering An Introduction, 8th edition.The

United States of America: John Willey and Sons,Inc.

http://www.scribd.com/doc/66776472/Aditif-Dalam-Material-Plastik-MC-2011-Compatibility-Mode

9. LIMA TEKNIK FABRIKASI UNTUK PEMBUATAN POLYMER PLASTIS (sub bab 15.22)

Dalam pembuatan bahan polymer terdapat beberapa teknik yang digunakan. Teknik-teknik ini bergantung

pada beberapa faktor antara lain :

1. Jenis material, termasuk termoplastis atau termoseting

2. Jika termoplastik, suhu dipilih yang dapat melunakan bahan

3. Stabilitas atmosfer dari material yang terbentuk

4. Geometri dan ukuran produk yang dihasilkan

Molding merupakan metode yang paling umum untuk membentuk polimer plastik. Molding sendiri dibagi

dalam beberapa teknik lagi yaitu dengan molding kompresi, transfer, pukulan, injeksi, juga ekstrusi. Namun

pada umumnya semua teknik itu sama yaitu butir atau granula bahan plastik di tekan atau diberi gaya pada

suhu tinggi dengan tekanan untuk memasukan kedalam rongga cetakan lalu mengisi dan membentuk sesuai

dengan bentuk rongga cetakan.

Molding Kompresi Dan Transfer

Dalam proses Molding kompresi dibutuhkan campuran yang tepat antara Polimer dan aditif yang

kemudian ditempatkan antara Mold Plunger dan Mold Cavity sperti yang ditunjukkan pada gambar

berikut:

Kedua bagian pada cetakan tersebut telah dipanaskan, namun hanya satu saja yang dapat digerakkan.

Kemudian cetakan ditutup kemudian bahan diberikan tekanan pada saat suhu tinggi, seingga plastik

menjadi kental lalu mengalir mengisi rongga cetakan dan membentuk sesuai bentuk cetakan yang

digunakan. Sebelum pencetakan bahan dapat melalui proses Preform (proses pencampuran bahan

bakudan ditekan dingin pada sebuah disc (potongan). Proses ini akan mengakibatkan berkurangnya

waktu molding dan tekanan, memperluas die life-time, serta dapat menghasilkan potongan yang lebih

seragam. Teknik cetakan ini cocok untuk pembuatan polimer termoplastik dan termoset baik, namun

penggunaannya dengan termoplastik lebih memakan waktu dan mahal daripada ekstrusi yang lebih

umum digunakan atau teknik injeksi molding. Dalam molding transfer (variasi dari Molding

kompresi), pada awalnya bahan padatan terlebih dahulu dilelehkan dalam sebuah wadah perpindahan

panas. Setelah itu, bahan yang sudah berubah menjadi cairan disuntikan ke dalam ruangan cetak,

kemudian diberikan tekanan yang merata pada seluruh permukaaannya. Teknik ini digunakan dengan

polimer-polimer termoseting yang memiliki geometri yang kompleks.

Molding Injeksi

Molding Injeksi adalah teknik yang paling banyak digunakan untuk fabrikasi bahan termoplastik.

Sebuah penampang skematik dari alat yang digunakan diilustrasikan pada Gambar

Bijih plastik (pellet) dimasukan pada feed hopper kemudian bahan akan masuk dalam silinder dengan

gerakan pendorong atau ram. Bahan didorong maju ke dalam ruang pemanas yang mana diberikan

tekanan di sekitar spreader sehingga dapat melakukan kontak yang lebih baik dengan dinding yang

telah dipanaskan. Akibatnya, bahan termoplastik meleleh membentuk cairan kental. Selanjutnya,

plastik cair didorong lagi oleh gerak ram, melalui mulut pipa ke dalam rongga cetakan tertutup;

tekanan dipertahankan sampai molding telah dipadatkan. Akhirnya, cetakan dibuka, potongan

dikeluarkan, cetakan ditutup, dan seluruh siklus diulang. Mungkin fitur yang paling menonjol dari

teknik ini adalah kecepatan produksi potongan. Untuk termoplastik, pemadatan muatan disuntikkan

sesegera mungkin, akibatnya, siklus untuk proses ini sangatlah singkat (biasanya dalam kisaran 10

sampai 30 s). Thermosetting polimer mungkin jugadibentuk melalui teknik ini, namun dibutuhkan

waktu siklus lebih lama dibandingkan proses thermoplastics karena harus ada proses curing pada

bahan setelah berada dibawah tekanan dalam cetakan yang dipanaskan. Proses ini kadang-kadang

disebut reaksi injection molding (RIM) dan umumnya digunakan untuk bahan seperti polyurethane.

Molding Ekstrusi

Proses ekstrusi merupakan teknik pencetakan termoplastik kental di bawah tekanan melalui cetakan

terbuka, mirip dengan ekstrusi logam (Gambar 11.8c).

Sebuah sekrup mekanis atau auger (gurdi) mendorong bahan pelet (bijih plastik) melalui ruang, yang

berturut-turut dipadatkan, meleleh , dan dibentuk menjadi muatan kontinu cairan kental (Gambar

15,25).

Ekstrusi terjadi karena massa cair dipaksa melalui lubang cetakan. Pemadatan dari bahan yang

diekstrusi dipercepat oleh blower, semprotan air, atau bath. Teknik ini biasa digunakan dalam

memproduksi bahan yang berbentuk panjang yang memiliki penampang geometri konstan misalnya,

batang, tabung, selang saluran, lembaran, dan filamen.

Blow Molding

Proses blow-molding untuk pembuatan wadah plastik mirip dengan yang digunakan untuk meniup

botol kaca, seperti yang digambarkan dalam Gambar 13.8.

Gambaran proses blow molding secara umum

Pertama parison atau pipa panjang polimer, diekstrusi. Ketika masih dalam keadaan semileleh,

parison ditempatkan dalam cetakan dua potong memiliki konfigurasi (bentuk) kontainer yang

diinginkan. Bentuk bahan yang berongga dibentuk dengan meniupkan udara atau uap di bawah

tekanan ke parison, sehingga mendorong dinding tabung agar sesuai dengan kontur cetakan. Suhu

dan viskositas parison harus diatur dengan cermat.

Casting (Cetakan)

Layaknya pada logam, polymer pun juga dapat dibentuk melalui teknik cetakan (casting), seperti

bahan plastik cair yang dituangkan dalam cetakan dan dibiarkan mengeras. Baik polymer

termoplastis atau termoseting dapat digunakan dalam metode ini. Untuk bahan termoplastis

pembekuan terjadi pada pendinginan dari keadaan cair. Sedangkan untuk bahan yang termoseting

pengerasan adalah konsekuensi dari polimerisasi yang sebenarnya atau proses curing, yang biasanya

dilakukan pada suhu tinggi.

Sumber :

Callister, William D and David G.2010.Materials Science And Engineering An Introduction, 8th

edition.The United States of America: John Willey and Sons,Inc.)