BAB II TINJAUAN PUSTAKA. melibatkan memanipulasi sistem fisik heterogen, dengan maksud untuk

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Pencampuran 2.1.1. Teori Pencampuran Dalam proses rekayasa industri, pencampuran adalah operasi unit yang melibatkan memanipulasi sistem fisik heterogen, dengan maksud untuk membuatnya lebih homogen. Contoh Familiar termasuk pemompaan air di kolam renang untuk menghomogenkan suhu air, dan mengaduk adonan pancake untuk menghilangkan benjolan. Dalam kimia, suatu pencampuran adalah sebuah zat yang dibuat dengan menggabungkan dua zat atau lebih yang berbeda tanpa reaksi kimia yang terjadi (obyek tidak menempel satu sama lain). Sementara tak ada perubahan fisik dalam suatu pencampuran, properti kimia suatu pencampuran, seperti titik lelehnya, dapat menyimpang dari komponennya. Pencampuran dapat dipisahkan menjadi komponen aslinya secara mekanis. Pencampuran dapat bersifat homogen atau heterogen. Dalam proses plastic injection molding, Mixing (mencampur) merupakan langkah pertama kesiapan bahan baku untuk molding (German 1990). Kualitas bahan baku sangat penting hingga kesalahan dalam pemilihan bahan baku ini tidak dapat diperbaiki dalam proses selanjutnya. Pencampuran menetapkan karakteristik dan keseragaman yang dibutuhkan PIM dan dengan demikian tingkat

Universitas Sumatera Utara

keseragaman diharapkan dalam kondisi yang optimal dalam cetakan berikutnya dan kegiatan sintering. Tujuan pencampuran adalah untuk melapisi partikel dengan pengikat, untuk memutus aglomerat, dan untuk mencapai distribusi seragam pengikat dan ukuran partikel seluruh bahan baku. Selanjutnya beberapa komponen dari binder harus tipis dan tersebar diantara partikel, untuk mendapatkan ini beberapa detail harus menjadi pertimbangan yang penting. Untuk binder thermoplastic pencampuran dilakukan pada temperatur yang lebih tinggi/menengah karena disini gaya gunting yang terjadi cukup dominan. Pencampuran dapat diklasifikasikan menjadi beberapa jenis, yaitu sebagai berikut: a. Pencampuran cairan larut Campuran cairan larut adalah pencampuran sederhana fisik terdiri penggabungan dua atau lebih material hingga partikel, bagian, atau tetes masingmasing komponen disebarluaskan dalam satu sama lain secara memuaskan. Tingkat pencampuran atau keintiman dari partikel adalah masalah penilaian subjektif seperti apa yang diperlukan. Data yang spesifik yang dibutuhkan meliputi: •

Proporsi relatif dari cairan yang akan dicampur.

•

Waktu yang tersedia untuk mendapatkan akhir campuran. Evaluasi dari waktu yang tersedia cukup penting karena memiliki

pengaruh yang besar terhadap tenaga kuda mixer. Input tenaga kuda dipilih untuk memberikan sejumlah turnovers batch dalam periode waktu tertentu. Dengan


memperpanjang jangka waktu, tenaga kuda input bisa berkurang, atau sebaliknya meningkatkan tenaga kuda input akan mengurangi campuran waktu. Jumlah turnovers batch yang diperlukan untuk mencapai memuaskan campuran sangat variabel. Sebagai contoh, 12 turnovers harus memberikan campuran cairan mudah larut viskositas dan densitas yang sama seperti alkohol dan air. Namun, sebanyak 36 turnovers mungkin diperlukan untuk mudah larut dari viskositas cairan yang sangat berbeda seperti glukosa dan air. b. Suspensi padat Suspensi padat adalah juga pekerjaan fisik yang melibatkan pencampuran sederhana menangguhkan padatan tidak larut dalam cairan. Data yang spesifik yang dibutuhkan meliputi: •

Persentase padatan, ukuran partikel, dan kecepatan pengaturan di kaki per detik.

•

Kemudahan membasahi dari zat padat (Lihat juga Dispersi)

•

Jenis suspensi yang dibutuhkan (a) suspensi seragam dari semua partikel, atau (b) suspensi off-bawah semua padatan.

c. Dispersi Dispersi biasanya didefinisikan sebagai campuran dari dua atau lebih cairan non-larut, atau padatan dan cairan, menjadi massa pseudo-homogen yang lebih atau kurang stabil yang diukur oleh kehidupan sebelum perpisahan terlihat terjadi. Hal ini dapat mencakup berbagai jenis produk dari slurries untuk dispersi berat seperti pasta pigmen, mendempul senyawa, dll Power input per satuan


volume dapat sangat bervariasi. Baling-baling konvensional atau turbin pada baling-baling khas dan kecepatan turbin yang memadai dalam beberapa aplikasi. Di lain, impeler kecepatan tinggi memperkenalkan geser yang lebih tinggi dan intensitas yang lebih besar dari agitasi yang diinginkan untuk memenuhi masalah menyebar dalam jangka waktu yang wajar. Beberapa aplikasi dapat menyebar rutin, yang lain mungkin memerlukan data eksperimen untuk menentukan tipe terbaik dari mixer. Data tambahan yang diperlukan termasuk : •

Jenis dispersi (cair-cair, padat dalam bentuk cair, gas dalam cair).

•

Relatif jumlah setiap tahap.

•

Viskositas produk akhir, jika diketahui, bersama dengan rincian kondisi viskositas sementara atau interim yang lebih ekstrim dari kondisi awal atau akhir.

•

Tingkat penambahan satu komponen ke lain, dan di mana urutan.

•

Jika padatan yang hadir, beberapa ekspresi untuk kemudahan atau kesulitan pembasahan. Beberapa bahan yang bersifat halus cahaya cenderung mengapung di permukaan cairan, sedangkan yang lain mungkin cenderung untuk membentuk aglomerat yang menolak pembasahan lengkap. Kedua kondisi membutuhkan intensitas lebih besar agitasi untuk menyelesaikan dispersi.

•

Waktu yang tersedia untuk menciptakan dispersi. Dimana kandungan padatan rendah, padatan mudah dapat dibasahi, dan aglomerat tidak membentuk, persyaratan aplikasi dan tenaga kuda yang mirip dengan


suspensi padatan. Sebuah perubahan waktu yang tersedia memiliki pengaruh yang sangat sedikit pada tingkat daya kuda karena bahan tersebut biasanya tersebar secepat itu ditambahkan. Dalam lebih daya kuda aplikasi tingkat dan sulit waktu yang tersedia biasanya memiliki hubungan yang pasti karena tidak perlu hanya untuk geser tinggi tetapi untuk omset memadai. •

Kehalusan dispersi perlu dihasilkan oleh mixer. Hal ini berlaku untuk dispersi padat dalam cairan dan biasanya ditunjuk sebagai ukuran mikron partikel. Beberapa dispersi dianggap lengkap bila hanya halus dalam penampilan, yang lainnya mungkin memerlukan pengurangan aglomerat dengan ukuran mikron tertentu maksimal. Aglomerat terbentuk setelah entrainment awal padatan dapat dikurangi lebih mudah sampai titik tertentu, setelah pengurangan lebih lanjut menjadi sangat lambat dengan tingkat daya kuda konvensional. Dalam kondisi ini, jika waktu adalah penting, tenaga kuda tinggi khusus, geser tinggi, mixer omset tinggi akan diperlukan. Jika pengolahan berikutnya (atau pengurangan partikel dalam jenis peralatan lainnya, seperti roller, pasir atau pabrik koloid, direncanakan, ini harus dinyatakan karena akan menyederhanakan pekerjaan menyebar dibutuhkan mixer.

d. Dissolving (pembubaran) Dissolving umumnya mengacu pada melarutkan yang solid dalam cairan. Berikut kebutuhannya adalah untuk memberikan laju aliran yang baik cair masa lalu permukaan padatan. Secara umum, bahan kristal mudah larut jenis agitasi


yang menyediakan pembasahan awal dan suspensi padatan akan memuaskan semua aplikasi. Dalam kasus-kasus di mana makanan padat sulit untuk membubarkan atau mana lebih cepat melarutkan diinginkan, tingkat daya kuda yang lebih tinggi diperlukan. Jenis melarutkan berbagai masalah yang dihadapi ketika padatan adalah bahan non-kristalin seperti karet alam dan sintetis, resin padat dan polimer komersial lainnya. Bahan-bahan ini pertama melunak dan menjadi sangat lengket. Partikel-partikel ini cenderung menggumpal menjadi massa yang lebih besar atau untuk mengikuti dinding kapal. Peningkatan viskositas solusi dalam hasil pelarutan, dengan viskositas akhir menjadi sangat tinggi dalam solusi yang memiliki kandungan tinggi padat. Pembubaran aplikasi jenis ini harus mempertimbangkan faktor viskositas sebagai bagian inheren dari masalah melarutkan.

e. Ekstrasi Dalam aplikasi pencampuran, ini didefinisikan sebagai pemisahan satu atau lebih komponen dari suatu campuran dengan menggunakan cairan pelarut. Setidaknya salah satu komponen harus bercampur dengan atau hanya sebagian terlarut dalam cairan ekstraktif sehingga setidaknya dua tahap terbentuk selama dan setelah proses ekstraksi. Ekstraksi operasi umumnya dipecah menjadi berikut: •

Cair-cair ekstraksi, dimana campuran cairan dirawat dan dua fase yang terbentuk adalah kedua cairan.


•

Pencucian, di mana satu atau lebih komponen dari campuran padat dikeluarkan oleh pengobatan cair.

•

Mencuci, yang mirip dengan pencucian kecuali bahwa padatan dihapus biasanya hadir hanya pada permukaan padat daripada seluruh fasa padat.

•

Precipitive ekstraksi, di mana suatu sistem cairan homogen dari dua atau lebih komponen ini disebabkan untuk dipecah menjadi dua tahap dengan penambahan komponen ketiga. Dalam semua sistem ini, agitasi digunakan untuk meningkatkan rendemen

dengan area kontak meningkatkan dan koefisien perpindahan massa. Geser tinggi dan omset tinggi pada umumnya diberikan untuk membubarkan tahapan dalam ekstraksi cair-cair dan pencucian dengan tingkat daya kuda mirip dengan dispersi. Namun, mencuci dan ekstraksi precipitive biasanya hanya memerlukan agitasi ringan mirip dengan pencampuran. Ekstraksi dapat dilakukan di dalam sebuah bejana tahap tunggal, atau dalam serangkaian bejana. Kolom lawan ekstraksi terus menerus telah menjadi kepentingan dalam beberapa tahun terakhir karena dapat menangani cukup laju aliran tinggi melalui daerah pencampuran yang relatif kecil dengan kecepatan-di tingkat aliran proses. Ekstraksi persyaratan pemrosesan sangat bervariasi tergantung pada operasi yang akan dilakukan bahwa tidak praktis untuk mencoba untuk tabulasi data tertentu yang diperlukan. Biasanya yang terbaik adalah mencoba untuk mengklasifikasikan di bawah salah satu operasi lain seperti suspensi atau dispersi padatan.


Ada banyak metode pencampuran mengasumsikan bahwa serbuk merupakan cairan, dan pencampuran didominasi oleh difusi yang melintang terhadap bidang gaya gunting. Tetapi model difusi ini kurang sesuai untuk campuaran PIM (plactic injection molding), karena mengabaikan sifat gumpalan serbuk pada saat mixing. satu hal yang penting adalah meramalkan waktu yang diperlukian untuk mendapatkan campuran yang homogen. Proses pencampuran memungkinkan bahan pengikat untuk berpindah diantara permukaan pertikel bahan campuran untuk mencapai keseragaman. Tingkat keseragaman diperoleh berdasarkan sifat alami (dasar) dari setiap komponen campuran dan tehnik pencampurannya serta pengaruh kondisi.

2.1.2. Metode Pencampuran Proses pencampuran memungkinkan bahan pengikat untuk berpindah diantara permukaan pertikel bahan campuran untuk mencapai keseragaman. Tingkat keseragaman diperoleh berdasarkan sifat alami (dasar) dari setiap komponen campuran dan tehnik pencampurannya serta pengaruh kondisi. Beberapa tehnik dalam proses pencampuran dapat diuraikan sebagai berikut :

1. Pencampuran Reaksi Metode pencampuran reaksi merupakan satu metode yang begitu inovatif. Penggunaan metode ini memudahkan dalam penyamarataan sifat dan karakteristik


bila terdapat material baru yang memiliki ketidaksesuaian yang tinggi. Proses ini seringkali melibatkan penambahan bahan reaktif ketiga, seperti bahan multifungsional co-polimer atau katalis trans-reactive. Peningkatan kemampuan campuran reaktif untuk memperlihatkan efek emulsi rantai plastik atau bahan copolimer tambahan yang terbentuk selama proses pencampuran. Campuran yang lebih sempurna dengan tingkat produktif yang tinggi dapat diperoleh dengan metode ini, tetapi harus melalui pengendalian proses produksi yang lebih intensif. 2. Polimerisasi Metode polimerisasi digunakan untuk mempersiapkan campuran bahan plastik, terutama pada polimerisasi emulsi. Bahan-bahan plastik dibutuhkan dalam bentuk latek atau emulsi. Proses pencampuran bahan latek yang ukurannya sangat kecil, akan berkurang dalam skala satu mikron atau lebih, saat pemisahan yang sempurna oleh air. Tidak ada pengaruh panas, tegangan dan bahan pengikat, jika latek diuapkan atau dibekukan. Campuran bahan plastik yang padat biasanya dapat diperoleh dengan proses pemisahan antara kedua komponen. 3. Pencampuran secara Mekanik Pencampuran antara dua atau lebih bahan plastik pada titik cairnya merupakan praktek proses pemesinan secara langsung. Komposisi campuran sudah ditemukan dan ditentukan dengan jelas. Pencampuran mekanik molekul plastik pada titik cairnya diperkirakan akan berjalan lambat dan tidak utuh. Suhu pencampuran harus diatas suhu cair (Tm) dari unsur plastik yang menjadi komponen dalam campuran. Untuk alasan ekonomi, pencampuran secara mekanik lebih mendominasi. Ukuran partikel pada fase pemisahan sangat perlu


dipertimbangkan

untuk

mengoptimalkan

kinerja

campuran.

Biasanya

pencampuran mekanik hanya memproduksi campuran kasar. Sifat campuran sangat dipengaruhi oleh kecepatan dan suhu pencampuran. Keseragaman campuran hanya dapat dicapai setelah tahap proses pencairan. Contoh mesin yang digunakan pada pencampuran mekanik, antara lain :  Two Roll Mill Two-roll mill terdiri dari dua buah roll horizontal yang paralel dan berputar pada arah yang berbeda. Jarak antara kedua roll dibuat dengan jarak tertentu sehingga dapat diatur/distel karena memiliki bantalan blok pada sisi bagian depan secara berlawanan dengan setelan screw. Roll balik berputar lebih cepat ketimbang roll maju sesuai perbandingan yang disebut ”friction ratio”. Friction rasio yang tinggi digunakan untuk menyaring campuran. Putaran roll menarik campuran kearah jepitan, yang merupakan pembersih pada roll. Permukaan sisa bagian roll digunakan untuk mengangkut kembali bahan mentah kearah jepitan untuk proses pencampuran berikutnya. Sebahagian besar kerja dilakukan dengan lambat pada roll bagian depan selama proses penggabungan campuran. Air dingin dialirkan melalui rongga roll untuk mendinginkan material masuk yang mengalami kontak langsung dengan permukaan roll selama proses pencampuran.


Gambar 2.1 Proses pencampuran pada mesin two roll mill

 Internal Mixer Alat penekan bertekanan tinggi seperti internal mixer digunakan untuk memanaskan dan mestabilkan perubahan campuran. Alat ini terdiri dari dua buah rotor horizontal yang terbungkus. Kerja yang dilakukan mesin ini terjadi antar rotor dan antara rotor dengan jaket. Bentuk rotor ini menyerupai bentuk mesin pencampur axial sepanjang arah maju. Campuran masuk ke ruang pencampur melalui saluran masuk vertikal yang ditempatkan pada pengarah penekan yang bergerak secara hidrolik. Permukaan penekan sebelah bawah merupakan bagian dari ruang pencampuran. Campuran yang sudah merata disalurkan melalui bagian bawah dinding ruang pencampuran. Terdapat rongga yang kecil antara kedua rotor yang biasanya dijalankan pada kecepatan yang berbeda antara rotor dan dinding ruang pencampuran. Dari bentuk rotor dan gerakan penekan selama proses dapat dipastikan semua partikel campuran mengalami shear stress yang intensif pada celah (rongga) antara kedua rotor.


Gambar 2.2 Proses Pencampuran padaInternal Mixer

4. Solusi Pencampuran (Solution Mixer) Pada metode ini, bahan plastik yang dicampur akan menyatu bersama dengan pelarut. Hal ini akan menghilangkan atau paling tidak meminimalisir permasalahan kinetik yang terjadi selama proses pencampuran yang tidak sempurna dan perubahan struktur kimia yang disebabkan oleh panas dan shear stress. Solusi pencampuran sangat bermanfaat untuk pembelajaran mekanisme dasar kristalisasi dan parameter interaksi.

2.1.3. Mekanisme Pencampuran Dalam bentuk bubuk pencampuran dua dimensi yang berbeda dalam proses pencampuran dapat ditentukan konvektif pencampuran dan intensif pencampuran. Dalam kasus bahan campuran konvektif di mixer diangkut dari satu


lokasi ke lokasi lain. Jenis proses pencampuran akan menyebabkan keadaan kurang memerintahkan di dalam mixer, komponen yang harus dicampur akan didistribusikan ke komponen lainnya. Dengan maju waktu campuran akan menjadi lebih dan lebih secara acak dipesan. Setelah waktu pencampuran tertentu negara acak utama tercapai. Biasanya jenis ini diterapkan untuk pencampuran bahan-bahan

gratis-mengalir

dan

kasar.

Kemungkinan

ancaman

selama

pencampuran makro adalah-de pencampuran komponen, karena perbedaan dalam ukuran, bentuk atau densitas dari partikel yang berbeda dapat menyebabkan segregasi. Dalam rentang pencampuran konvektif, Hosokawa memiliki beberapa proses yang tersedia dari mixer silo ke mixer horizontal dan pencampur kerucut. Jenis yang paling terkenal adalah Vrieco-Nauta ® mixer, karena kemampuannya itu untuk campuran bahan tanpa segregasi. Ketika bahan kohesif, yang merupakan kasus dengan misalnya partikel halus dan juga dengan material yang basah, konveksi pencampuran tidak lagi cukup untuk mendapatkan campuran secara acak dipesan. Yang kuat relatif antarpartikel kekuatan akan membentuk benjolan, yang tidak rusak oleh kekuatan transportasi ringan di mixer konvektif. Dalam rangka memperkecil ukuran benjolan pasukan tambahan yang diperlukan; energi lebih intensif yaitu pencampuran diperlukan. Pasukan tambahan ini dapat menjadi dampak kekuatan atau gaya geser.


2.2. Defenisi Hot Press

Hot press merupakan suatu perlakuan dengan menggunakan mesin press panas yang digunakan untuk menyampaikan konsep tekanan dengan aplikasi panas untuk melelehkan bahan, (seperti termoplastik) yang juga disebut termo pembentuk, prosedur ini menciptakan produk dengan tekstur, atau bentuk dapat dipakai sebagai hasil langsung. Operasi ini dicapai melalui penggunaan hidrolik atau dengan operasi dari sebuah proses sekrup disesuaikan untuk mentransfer energi, (dalam bentuk tekanan), untuk materi. Suhu berkisar diperlukan tergantung pada respon panas dari bahan yang digunakan. Contoh dari produk jadi akan menjadi dash board plastik dari sebuah mobil ekonomi atau sejumlah berbentuk potongan yang membentuk mobil, mesin, furnitur, dll. Menekan telah digunakan selama ratusan tahun, jauh sebelum penerapan listrik dan hidrolika. Pengolahan cair dari buah-buahan dan sayuran, seperti zaitun dan anggur telah bekerja hand-made, menekan sekrup kayu dan perangkat serupa lainnya yang akan memberikan tekanan yang cukup untuk membuat jus atau minyak. Salah satu jenis tertua mesin press adalah mesin cetak. Asli terdiri dari basis perancah yang kertas ditempatkan. Pada sebuah pelat atas, (platen), bentuk cetak ketik ditempatkan, tangan tinta, dan menurunkan untuk menghubungi kertas di bawah ini.


Dengan mengencangkan pelat terhadap kertas menggunakan sebuah gelendong, tekanan diberikan dan mencetak didirikan. Selama berabad-abad, platen yang modern. Kemudian silinder menekan dan menekan rotary dikembangkan yang sangat meningkatkan tingkat produksi.

2.3. Definisi Plastic Injection Molding

Plastic Injection Molding ( PIM ) merupakan salah satu proses injection molding yang sering digunakan untuk menghasilkan atau memproses komponenkomponen yang kecil dan berbentuk rumit (Boses 1995),

Proses Injection

Molding mampu menghasilkan bentuk rumit dalam jumlah besar maupun kecil pada hampir semua jenis bahan termasuk logam, keramik, campuran logam dan plastik. Secara umum proses PIM dibagi menjadi beberapa tahap seperti pada gambar 2.1 (German 1990). Proses ini dimulai dengan mencampur bahan baku plastik. Kemudian campuran ini dibutirkan lalu disuntik ke dalam cetakan (mould) sesuai dengan bentuk yang diinginkan.


Serbuk Campuran

Butiran

Binder

Pencetakan

Debinding

Sintering

Selesai

Keluaran

Gambar 2.3 Tahapan Proses Plastic Injection Molding ( PIM ) (German 1990 )

2.4. Pengenalan Bahan Baku

Istilah plastik dan polimer sering kali dipakai secara bergantian. Faktanya, plastik adalah suatu material hasil rekayasa yang tidak sederhana dalam struktur molekulnya melainkan memiliki komposisi yang rumit, yang dengan sengaja diatur untuk memenuhi aplikasi – aplikasi spesifik yang diinginkan. Plastik merupakan polimer yang ditambah kan dengan aditif, dimana aditif merupakan material yang dapat meningkatkan kemampuan (properties) polimer. Struktur penting pada polimer antara lain:


1. Crystallinity (kristalinitas) Struktur polimer yang tidak tersusun secara teratur umumnya memiliki warna transparan. Karakteristik ini membuat polimer dapat digunakan untuk berbagai aplikasi seperti pembungkus makanan, kontak lensa dan sebagainya. Semakin tinggi derajat kristalisasinya, semakin sedikit cahaya yang dapat melewati polimer tersebut.

2. Thermosetting dan Thermoplastic (Daya tahan terhadap panas) Berdasarkan ketahanannya terhadap panas, polimer dibedakan menjadi polimer thermoplastic dan thermosetting. Polimer thermoplastic dapat melunak bila dipanaskan, sehingga jenis polimer ini dapat dibentuk ulang. Sedangkan polimer thermosetting setelah dipanaskan tidak dapat dibentuk ulang. Ketahanan polimer terhadap panas ini membuatnya dapat digunakan pada berbagai aplikasi antara lain untuk insulasi listrik, insulasi panas, penyimpanan bahan kimia dan sebagainya.

3. Branching (percabangan) Semakin banyak cabang pada rantai polimer maka densitasnya akan semakin kecil. Hal ini akan membuat titik leleh polimer berkurang dan elastisitasnya bertambah karena gaya ikatan intermolekularnya semakin lemah.

4. Tacticity (taktisitas)


Taktisitas menggambarkan susunan isomerik gugus fungsional dari rantai karbon. Ada tiga jenis taktisitas yaitu isotaktik dimana gugus-gugus subtituennya terletak pada satu sisi yang sama, sindiotaktik dimana gugus-gugus subtituennya lebih teratur, dan ataktik dimana gugus-gugus subtituennya terletak pada sisi yang acak. Pada dasarnya plastik secara umum digolongkan ke dalam 3 (tiga) macam dilihat dari temperaturnya, yakni : 1. Bahan Thermoplastik (Thermoplastic) yaitu akan melunak bila dipanaskan dan setelah didinginkan akan dapat mengeras. Contoh bahan thermoplastik adalah : Polistiren, Polietilen, Polipropilen, Nilon, Plastik fleksiglass dan Teflon. 2. Bahan Thermoseting (Thermosetting) yaitu plastik dalam bentuk cair dan dapat dicetak sesuai yang diinginkan serta akan mengeras jika dipanaskan dan tetap tidak dapat dibuat menjadi plastik lagi. Contoh bahan thermosetting adalah : Bakelit, Silikon dan Epoksi. 3. Bahan Elastis (Elastomer) yaitu bahan yang sangat elastis. Contoh bahan elastis adalah : karet sintetis. Beberapa keuntungan plastik adalah : 1. Massa jenis rendah (0,9-2,2 [g/cm3]) 2. Tahan terhadap arus listrik dan panas, memiliki sedikit elektron bebas untuk mengalirkan panas dan arus listrik. 3. Tahan terhadap korosi kimia karena tidak terionisasi untuk membentuk elektron kimia. Pada umumnya tahan terhadap larutan kimia, dan logam juga sangat sukar untuk larut.


4. Mempunyai permukaan dan penampakan yang sangat baik dan mudah diwarnai. Kerugian plastik adalah : 1. Modulus elastisnya rendah. 2. Mudah mulur (Creep) pada suhu kamar. 3. Maksimum temperatur nominalnya rendah. 4. Mudah patah pada sudut bagian yang tajam.

2.5. Pemanfaatan Polimer Penggunaan polimer dalam kehidupan sehari – hari yang telah dikenal dan digunakan secara umum yaitu: 1. Polyurethanes Polyurethanes banyak digunakan untuk produk-produk yang terbuat dari foam, serat, dan yang digunakan untuk elastomer dan pelapis (coating).Aplikasinya dalam kehidupan sehari-hari misalnya untuk pembuatan wadah dari foam, untuk industri garmen, untuk aplikasi bahan bangunan dan sebagainya. 2. Polyester Poliester dibentuk dari monomer-monomer ester.Salah satu contoh polimer ini adalah dakron.Dakron digunakan sebagai serat tekstil. Selain dakron dikenal pula Mylar, yang digunakan sebagai pita perekam magnetik


3. Polypropylene (PP) Biasanya digunakan untuk membuat karung, tali, botol dan sebagainya. 4. Polyethylene (PE) Biasanya digunakan untuk pembungkus makanan, kantung plastik, ember dan sebagainya. 5. Akrilat (flexiglass) Beberapa

polimer

dibuat

dari

asam

akrilat

sebagai

monomernya.Polimetilmetakrilat atau flexiglass merupakan plastik bening, keras tetapi ringan.Polimer jenis ini banyak digunakan untuk kaca jendela pesawat terbang dan mobil. 6. Bakelit Bakelit banyak digunakan untuk alat-alat listrik. 7. PVC PVC (polivinilklorida) biasanya digunakan untuk membuat pipa, selang, pelapis lantai dan sebagainya 8. Teflon Teflon atau politetrafluoroetilena memiliki sifat yang tahan terhadap bahan kimia dan panas, sehingga seringkali digunakan untuk pelapis tangki atau panci anti lengket 9. Karet alam dan karet sintetis Karet diperoleh dari getah pohon karet (lateks).Karet alam merupakan polimer isoprena.Karet sintetis terdiri dari beberapa macam, misalnya polibutadiena, polikloroprena dan polistirena.Karet sintetis yang telah


banyak dikenal yaitu SBR. SBR terdiri dari monomer stirena dan 1,3butadiena, banyak digunakan untuk pembuatan ban mobil.

Berikut contoh penggunaan polimer dalam kehidupan sehari – hari:

Gambar 2.4 Penggunaan polimer dalam kehidupan sehari- hari

Faktor utama yang perlu diperhatikan dalam memilih bahan plastik meliputi :


1. Aplikasi Sebelum memilih bahan plastik, perlu dipertimbangkan apakah bahan tersebut

memenuhi

kebutuhan

aplikasi.

Empat

hal

dapat

dipertimbangkan sebagai parameter/kondisi untuk penggunaan •

Lingkungan penggunaan Perlu meneliti pengaruh lingkungan terhadap produk yang dibuat dari bahan plastik yang digunakan. Pengaruh lingkungan tersebut meliputi suhu, kelembaban dan daerah kerja, kemungkinan kontak dengan gas, unsur kimia, atau larutan kimia, maupun keterbukaan alam (matahari, hujan atau radiasi)

•

Jenis gaya eksternal yang dikenakan padanya Perlu dianalisa jenis gaya eksternal seperti gaya tarik, lentur, kompresi, geser atau friksi yang dikenakan di bawah lingkungan tersebut di atas dan bagaimana kombinasi dari gaya-gaya di atas. Perlu diteliti apakah gaya-gaya ini dikenakan sebagai beban tumbukan, tegangan berulang atau gaya dinamis. Setelah mempertimbangkan faktor-faktor ini baru memilih bahan-bahan plastik yang memiliki ketahanan terhadap gaya eksternal.

•

Situasi khusus Setiap negeri mempunyai standar kualitas tidak sama, sehingga bahan yang dipilih harus memenuhi persyaratan standar di negara masing-masing, misalnya bahan plastik yang digunakan dalam bidang kelistrikan untuk di ekspor ke Amerika Serikat harus


memenuhi persyaratan “Standar UL” untuk keamanan termal dan listrik. •

Pengguna dan tujuan pemakaian Faktor tersebut pantas memperoleh perhatian siapa pengguna produk tersebut misalnya anak-anak, atau orang dewasa baru dipertimbangkan pemilihan bahan yang sesuai atau tidak membahayakan. Selanjutnya mempertimbangkan di mana produk tersebut akan digunakan, apakah untuk tujuan produksi atau untuk konsumen umum, baru kemudian memilih jenis bahan plastik yang di kehendaki.

2. Sifat-sifat Bahan Plastik Dengan mempertimbangkan faktor yang memenuhi aplikasi pemilihan bahan plastik, barulah memilih bahan plastik yang memiliki sifat-sifat bahan tersebut seperti berat spesifik, warna, transparansi, sifat, mekanik, elektronik, termal, kimiawi, durabilitas dan prosesabilitas. 3. Pertimbangan Ekonomis Harga merupakan salah satu faktor penentu dalam pemilihan jenis bahan plastik baik dengan membandingkan harga produk saingan maupun dengan bahan plastik lain setelah mempertimbangkan biaya proses fabrikasi.


4. Keamanan dan Kesehatan Merupakan salah satu faktor penting mempertimbangkan kesehatan dan keamanan orang yang bekerja pada proses fabrikasi dan atau pengguna prosuk akhir. 5. Limbah Hal ini penting di carikan jalan keluar penanganannya, disertai kegiatan promosi daur ulang dalam proses proses produksi.

2.6. Bahan baku a. Polyethylene (PE) Polyethylene merupakan polimer termoplastik yang mudah diolah maka dari itu sering di cetak dengan penekanan, injeksi, ekstruksi, peniupan dan hampa udara. Polyethylene massa jenis terendah terutama digunakan dalam bentuk tipis atau lembaran, misalnya : tas, botol-botol yang dapat dijepit tabung tinta pada pena, tali senar/dawai, isolator kabel, wadah alat dapur, botol minyak tanah, dan kantong tempat sampah. Sedangkan polyethylene massa jenis tinggi digunakan untuk perpipaan, mainan, filament tenunan dan peralatan rumah tangga. Pada polyethylene massa jenis rendah, molekul-molekulnya tidak mengkristal secra baik tetapi memiliki banyak cabang. Polyethylene mengandung unsur kimia karbon dan hidrogen dan juga dibuat melalui polimerisasi etena.. Disisi lain polyethylene tekanan rendah kurang bercabang dan merupakan rantai lurus karena itu massa jenisnya lebih besar sebab mengkristal secara baik sehingga memiliki kristalinitas tinggi. Karena kristal yang berbentuk baik itu


mempunyai gaya antar molekul yang kuat, maka bahan ini memiliki kekuatan mekanis yang tinggi dan titik lunak yang tinggi pula. Polyethylene ini dibuat dengan jalan polimerisasi gas etilen yang dapat diperoleh dengan memberi hydrogen gas petroleum pada pemecahan minyak (nafia), gas alam atau asetelin.Melihat kristalinitas dan massa molekul, titik leleh, dan transisi gelas sulit melihat sifat fisik polietilena. Temperatur titik tersebut sangat bervariasi bergantung pada tipe polietilena. Pada tingkat komersil, polietilena berdensitas tinggi, titik lelehnya 135oC. Titik leleh polietilen HDPE mempunyai tingkat resistansi kimia yang sangat baik dan tidak larut pada temperatur ruang karena sifat kristalinitas mereka. Polietilena umumnya bisa dilarutkan pada temperatur yang tinggi dalam hidrokarbon aromatik seperti toluena atau xilena, atau larutan terklorinasi seperti trikloroetana atau triklorobenzena. Produknya mempunyai fleksibilitas pada suhu ruang maupun rendah, kedap air, tidak ber- reaksi dengan zat kimia, dapat disambung dengan cara dipanaskan dan dapat diberi warna. Produknya mencakup: cetakan es, baki, pencuci film, kain, kemasan, botol susu bayi, selang air, kabel koaksial dan bahan isolasi atau peredam getaran untuk frekwensi tinggi. Semua produk-produk diatas, dibuat dengan cara: cetak-injeksi, cetak-tiup atau ekstrusi.


Table 2.1 Sifat fisik, mekanis dan thermal dari Polyethylene

TYPICAL PROPERTIES of POLYETHYLENE ASTM or UL test

Property

LDPE HDPE UHMW

PHYSICAL D792

Density (lb/in³) (g/cm³)

0.033 0.92

0.035 0.95

0.034 0.93

D570

Water Absorption, 24 hrs (%)

<0.01

0

0

MECHANICAL 1,8004,600 2,200

D638

Tensile Strength (psi)

3,100

D638

Tensile Modulus (psi)

-

-

125,000

D638

Tensile Elongation at Yield (%)

600

900

-

D790

Flexural Strength (psi)

-

-

-

D790

Flexural Modulus (psi)

-

D695

Compressive Strength (psi)

-

-

2,000

D695

Compressive Modulus (psi)

-

-

-

D785

Hardness, Shore D

D41D50

D69

D62D66

D256

IZOD Notched Impact (ft-lb/in)

No Break

3

No Break

3

6

11

200,000 125,000

THERMAL

D696

Coefficient of Linear Thermal Expansion (x 10-5 in./in./°F)

D648

Heat Deflection Temp (°F / °C) at 66 psi

120 / 48

170 / 203 / 95 76


at 264 psi

D3418

105 / 36

Approx. Melting Temperature (°F 230 / / °C) 110 160 / 71

150 / 180 / 82 40 260 / 125

280 / 138

180 / 180 / 82 82

-

Max Operating Temp (°F / °C)

C177

Thermal Conductivity (BTU-in/ft²-hr-°F) (x 10-4 cal/cm-sec-°C)

-

-

2.92 10.06

UL94

Flammability Rating

n.r.

n.r.

H-B

ELECTRICAL D149

Dielectric Strength (V/mil) short time, 1/8" thick

460700

450500

900

D150

Dielectric Constant at 1 kHz

2.252.30

2.302.35

2.302.35

D150

Dissipation Factor at 1 kHz

D257

Volume Resistivity (ohm-cm) at 50% RH

1015

1015

D495

Arc Resistance (sec)

135160

200250-350 250

0.0002 0.0002 0.0002 1018

Sumber : Boedeker.com


b. Polyprophylene (PP) Polipropilen dibentuk dengan berbagai tekni termoplastik, memiliki sifat-sifat listrik yang baik, tahan terhadap impak, kekuatan nya tinggi dan tahan terhadap suhu tinggi serta zat-zat kimia. Serat polipropilen dapat dijalin untuk dijadikan tali/tambang, jala dan tekstil. Sering juga digunakan untuk membuat peralatan rumah sakit, laboratorium, mainan anak-anak, koper, perabotan, kemasan makanan, kotak TV dan isolasi listrik. Polypropylene memiliki sifat – sifat yang serupa dengan polyethylene Sifat mekaniknya dapat ditingkatkan sampai batas tertentu dengan jalan mencampurkan serat gelas dan pemuaian termal juga dapat diperbaiki sampai setingkat dengan bahan thermoseting. Sifat- sifat listriknya hampir sama dengan sifat-sifat pada polyethylene. Tahan kimianya kira-kira sama bahkan lebih baik dari pada polyethylene massa jenis tinggi. Polypropylene paling umum digunakan untuk cetakan plastik, dimana hal ini disuntikkan ke dalam cetakan sementara cair, membentuk bentuk kompleks dengan biaya yang relatif rendah dan volume tinggi; contoh termasuk tutup botol, botol, dan alat kelengkapan. Polypropylene memiliki rumus molekul (C3H6)n. Massa jenisnya rendah (0,90 - 0,92) termasuk kelompok yang paling ringan diantara bahan polimer, dapat terbakar bila dinyalakan dibandingkan polyethylene massa jenis tinggi. Titik lelehnyanya tinggi sekali (176°C), kekuatan tarik, kekuatan lentur dan kekuatannya lebih tinggi tetapi tahan impaknya lebih rendah terutama pada temperatur rendah.


Table 2.2 Sifat fisik, mekanis dan thermal dari Polpropylene TYPICAL PROPERTIES of POLYPROPYLENE ASTM or UL test

Property

Homopolymer

CoFlame Polymer Retardant

PHYSICAL D792

Density (lb/in³) (g/cm³)

0.033 0.905

0.033 0.897

0.035 0.988

D570

Water Absorption, 24 hrs (%)

<0.01

0.01

0.02

MECHANICAL D638

Tensile Strength (psi)

4,800

4,800

4,300

D638

Tensile Modulus (psi)

195,000

-

-

D638

Tensile Elongation at Yield (%)

12

23

28

D790

Flexural Strength (psi)

7,000

5,400

-

D790

Flexural Modulus (psi)

180,000

D695

Compressive Strength (psi)

7,000

6,000

-

D695

Compressive Modulus (psi)

-

-

-

D785

Hardness, Rockwell R

92

80

-

D256

IZOD Notched Impact (ft-lb/in)

1.9

7.5

0.65

6.2

6.6

-

160,000 145,000

THERMAL

D696

Coefficient of Linear Thermal Expansion (x 10-5 in./in./°F)

D648

Heat Deflection Temp (°F / °C) at 66 psi at 264 psi

210 / 99 125 / 52

D3418

Melting Temperature (°F / °C)

327 / 164

173 / 78 106 / 41 110 / 43 57 / 14 327 /

327 / 164


164 -

Max Operating Temp (°F / °C)

180 / 82

170 / 77 180 / 82

C177

Thermal Conductivity (BTU-in/ft²-hr-°F) (x 10-4 cal/cm-sec-°C)

0.76-0.81 2.6-2.8

-

-

UL94

Flammability Rating

HB

n.r.

V-O

ELECTRICAL D149

Dielectric Strength (V/mil) short time, 1/8" thick

500-660

475

500-650

D150

Dielectric Constant at 1 kHz

2.25

2.2-2.36

2.3

D150

Dissipation Factor at 1 kHz

D257

Volume Resistivity (ohm-cm) at 50% RH

8.5 x 1014

2 x 1016

1015

D495

Arc Resistance (sec)

160

100

-

0.0005-0.0018 0.0017

-

Sumber : Boedeker.com 2.7. Sifat Mekanik Polimer 2.7.1. Kekuatan (Strength) Kekuatan merupakan salah satu sifat mekanik dari polimer. Ada beberapa macam kekuatan dalam polimer, diantaranya yaitu: A. Kekuatan Tarik (Tensile Strength) Kekuatan tarik adalah tegangan yang dibutuhkan untuk mematahkan suatu sampel. Kekuatan tarik penting untuk polymer yang akan ditarik, contohnya fiber, harus mempunyai kekuatan tarik yang baik.


B. Compressive strength Adalah ketahanan terhadap tekanan.Beton merupakan contoh material yang memiliki kekuatan tekan yang bagus.Segala sesuatu yang harus menahan berat dari bawah harus mempunyai kekuatan tekan yang bagus. C. Flexural strength Adalah ketahanan pada bending (flexing).Polimer mempunyai flexural strength jika dia kuat saat dibengkokkan. D. Impact strength Adalah ketahanan terhadap tegangan yang datang secara tiba-tiba.Polimer mempunyai kekuatan impak jika dia kuat saat dipukul dengan keras secara tiba-tiba seperti dengan palu. 2.7.2. Elongation Semua jenis kekuatan memberitahu kita berapa tegangan yang dibutuhkan untuk mematahkan sesuatu, tetapi tidak memberitahu kita tentang apa yang terjadi pada sampel kita saat kita mencoba untuk mematahkannya, itulah kenapa kita mempelajari elongation dari polimer. Elongasi merupakan salah satu jenis deformasi. Deformasi merupakan perubahan ukuran yang terjadi saat material di beri gaya.% Elongasi adalah panjang polimer setelah di beri gaya (L) dibagi dengan panjang sampel sebelum diberi gaya (Lo) kemudian dikalikan 100%. Elongation-to-break (ultimate elongation) adalah regangan pada sampel pada saat sampel patah.Elastomer memiliki ultimate elongation yang tinggi. 2.7.3. Modulus Modulus diukur dengan menghitung tegangan dibagi dengan elongasi. Satuan modulus sama dengan satuan kekuatan (N/cm2).


2.7.4. Ketangguhan (Toughness) Ketangguhan adalah pengukuran sebenarnya dari energi yang dapat diserap oleh suatu material sebelum material tersebut patah. Pengukuran dibawah kurva stress-strain menunjukkan toughness (ketangguhan).

2.8. Perilaku Thermoplastik Saat Dideformasi Perilaku mekanika polimer thermoplastik sebagai respon terhadap pembebanan secara umum dapat dijelaskan dengan mempelajari hubungan antara struktur rantai molekulnya dan fenomena yang teramati.

Gambar 2.5 Spesimen Uji Tarik Dan Perilaku Polimer Thermoplastik Saat Mengalami Pembebanan Di Mesin Uji Tarik (Rahmat Saptono, 2007 )


Perilaku mekanik dari polimer thermoplastik secara umum dapat dikelompokkan menjadi 3 bagian, yaitu: (1) Perilaku Elastik, (2) Perilaku Plastik, dan (3) Perilaku Visko-Elastik. Berikut Kurva Tegangan Regangan Suatu Polimer Thermoplastik:

Gambar 2.6 Kurva Tegangan Regangan Suatu Polimer Thermoplastik (Rahmat Saptono, 2007 ) Perilaku thermoplastik secara umum adalah elastik non-linear yang tergantung pada waktu (time-dependent). Hal ini dapat dijelaskan dari 2 mekanisme yang terjadi pada daerah elastis, yaitu: (1) distorsi keseluruhan bagian yang mengalami deformasi, dan (2) regangan dan distorsi ikatan-ikatan kovalennya. Perilaku elastik non-inear atau non-proporsional pada daerah elastis terutama berhubungan dengan mekanisme distorsi dari keseluruhan rantai molekulnya yang linear atau linear dengan cabang.


Gambar 2.7 Perilaku Elastik Polimer Thermoplastik (Rahmat Saptono, 2007 )

Perilaku plastis pada polimer thermoplastik pada umumnya dapat dijelaskan dengan mekanisme gelinciran rantai (chain sliding). Ikatan sekunder sangat berperan dalam mekanisme ini sebagaimana diilustrasikan dalam gambar. Mula-mula akan terjadi pelurusan rantai liner molekul polimer yang keadaannya dapat diilustrasikan seperti ‘mie’ dengan ikatan sekunder dan saling kunci mekanik. Selanjutnya akan terjadi gelinciran antar rantai molekul yang telah lurus pada arah garis gaya. Ikatan sekunder dalam hal ini akan berperan sebagai semacam ‘tahanan’ dalam proses gelincir atau deformasi geser (shear) antar rantai molekul yang sejajar searah dengan arah garis gaya. Dengan demikian dapat dijelaskan bahwa ikatan sekunder sangat menentukan ketahanan polimer thermoplastik terhadap


deformasi plastik atau yang selama ini kita kenal dengan kekuatan (strength) dari polimer. Gelinciran rantai molekul polimer thermoplastik dapat pula dilihat sebagai aliran viskos dari suatu fluida. Kemudahan molekul polimer untuk dideformasi secara permanen dalam hal ini berbanding lurus dengan viskositas dari polimer. Dari persamaan umum dapat dilihat bahwa tegangan geser akan menyebabkan gradien kecepatan antar rantai molekul yang dapat menyebabkan deformasi permanen tergantung pada viskositasnya.

Gambar 2.8 Perilaku Plastik Polimer Thermoplastik (Rahmat Saptono, 2007 ) Perilaku penciutan (necking) dari polimer thermoplastik amorphous agak sedikit berbeda dengan perilaku penciutan logam pada umumnya. Hal ini disebabkan karena pada saat terjadi penciutan akan terjadi kristalisasi yang menyebabkan penguatan lokal pada daerah tersebut dan penurunan laju deformasi.


Gambar 2.9 Penciutan dan Kristalisasi Polimer Thermoplastik Amorphous pada Pengujian Tarik (Rahmat Saptono, 2007 )

Visko-elastisitas berhubungan perilaku polimer thermoplastik saat dideformasi yang terjadi dengan deformasi elastis dan aliran viskos ketika beban diaplikasikan pada bahan. Hal ini berhubungan dengan ketergantungan perilaku bahan terhadap waktu pada saat deformasi elastis dan plastis. Secara sederhana perilaku viskoelastis dapat disimulasikan dengan mengkombinasikan persamaan Pegas Hooke dan Dashspot. Regangan, misalnya, dapat diasumsikan seri atau paralel, menggunakan Elemen Maxwell dan Elemen Voight-Kelvin.


Gambar 2.10 Deformasi pada polimer setelah pengujian tarik (Callister) Keterangan Gambar 2.11: A. Elastis – Getas B. Elastis – Plastik C. Elastisitas tinggi

Gambar 2.11 Perbandingan kekuatan baja dengan termoplastik (David O.Kazmer, 2005)


BAB II TINJAUAN PUSTAKA. melibatkan memanipulasi sistem fisik heterogen, dengan maksud untuk

Recommend Documents