Polymer

Saat ini material Polymer dapat menggantikan material logam dalam beberapa jenis produk.

Beberapa contoh jenis material Polymer :– ABS– PE– PP– PVC– PS

• Karakter penting dari polimer– Ukuran

• Sebuah molekul polymer biasanya mempunyai berat antara 10,000 dan 1,000,000 g/mol-

• Mekanik profil dari polymer sangat dipengaruhi oleh berat molekular tersebut.

• Semakin berat molekularnya berarti semakin bagus properti engineeringnya.

• Thermal Transitions. – Titik pelunakan (glass transition temperature) dan titik

lebur sebuah polymer akan menentukan proses dan kegunaan yang cocok baginya. Biasanya temperatur ini menentukan batas atas sebuah polymer akan digunakan.

– Sebagai contoh banyak polymer yang penting bagi industri mempunyai glass transition temperatures mendekati titik didih air (100C, 212F), dan sangat berguna bila dipakai pada suhu ruang. Beberapa polymer khusus dapat menahan panas sampai dengan 300 C (572 F).

• Terdapat beberapa proses untuk membuat produk dengan material dasar Polymer.

• Proses untuk suatu material Polymer belum tentu cocok dengan material lain.

• Secara umum material polymer pada bidang industri dibagi dua :– Thermoplastic– Thermoset

• Material thermoplastic lebih banyak jenisnya dibandingkan thermoset.

• Thermosets– Thermoset polymers mempunyai ikatan yang

sama pada tiga dimensi yang menghubungkan rantai polymer. Hubungan ini menahan rantai untuk menyelip antara satu dengan yang lain, yang menyebabkan polymer memiliki nilai modulus yang lebih tinggi dan ketahanan terhadap creep yang lebih baik. Biasanya thermosets lebih getas dibandingkan dengan thermoplastics.

• Thermoset formation – Thermosets dibentuk dari rantai thermoplastic

polymer yang kemudian diikat dengan sama antara satu dengan yang lain pada proses yang disebut crosslinking.

– Thermoplastic polymer dapat mengalir dengan mudah sehingga dapat berubah bentuk

• Thermoset formation– Setelah bahan dasar dibentuk sesuai cetakan

maka polymer akan di crosslink, membuatnya menjadi thermoset material.

– Crosslink dapat dimulai dengan panas, sinar atau ditambah dengan bahan kimia lain. Proses ini tidak dapat dibalik sehingga menghasilkan material yang tidak dapat didaur ulang.

Material - Thermosets

• Contoh-contoh material thermosets yang dipakai dalam industri :

UP Alkyds Allylics EP Furan Melamine Phenolics Polyurethane Vinyl ester

Material - Thermosets

• Dalam industri material Thermosets yang biasanya digunakan dalam industri mekanik yaitu :

Alkyds Allylics EP Furan Polyurethane Vinyl ester

• Alkyds– Sifat :

• Rigid, kuat, tahan panas.• Stabilitas ukuran bagus dan tahan lama.• Taham terhadap jamur, bila diwarnai, warnanya

akan tahan lama.

– Contoh penggunaan :• Tutup distributor pada mobil.• Pemutus aliran listrik.• Peralatan rumah tangga yang berwarna.

• Allylics– Sifat :

• Keras, transparan, taham terhadap kikisan.• Tidak menghantar listrik (walaupun dalam keadaan

lembab), mempunyai chemical/mechanical properties dan stabilitas ukuran yang bagus.

– Contoh penggunaan :• Pelapis optik, penutup muka.• Sealants for metal castings.

• EP– Epoxies– Sifat :

• Rigid, jernih, sangat liat, tahan terhadap bahan kimia.• Mempunyai daya rekat yang baik, tingkat penyusutan kecil.

– Contoh penggunaan :• Perekat, pelapis, encapsulation.• Komponen elektronik, alat pacu jantung.• Penggunaan pada bidang ruang angkasa.

• Furan– Sifat :

• Rigid, rapuh, tidak tembus pandang, mempunyai kekuatan yang tinggi pada suhu tinggi, tahan terhadap bahan kimia.

• Bila terbakar dapat padam sendiri, sedikit berasap.

– Contoh penggunaan :• Tangki bahan kimia.• Busa penahan khusus, pelapis pada tangki,

khususnya tahan terhadap alkalis.

• Polyurethane– Cast Elastomer– Sifat :

• Elastis, tahan kikisan dan bahan kimia, impervious to gases, • Dapat diproduksi dengan tingkat kekerasan yang berbeda.

– Contoh penggunaan :• Ban pada peralatan cetak, ban padat, roda, tumit sepatu.• Bumper mobil (cocok untuk diproduksi dengan jumlah

sedikit).

• Vinyl Ester– Sifat :

• Rigid, tembus cahaya.• Tahan terhadap korosi.• Viskositas rendah.

– Contoh penggunaan :• Tangki bahan kimia. • pipa, peralatan pemrosesan pada lingkungan yang

berbahan kimia korosif.

Material - Thermoplastic

• Contoh-contoh material thermoplastic yang dipakai dalam industri :

Nylon PPS PP PVC ABS POM PE EVA FluoroPlastic PMP

PEEK PC Polyester Thermoplastic elastomer SAN & ASA Aramids PI Cellulosic Polystyrene PPO

Material - Thermoplastic

• Sekitar 85% dari konsumsi bahan plastik dunia terdiri dari 4 macam polymer .

• Polymer ini mempunyai tingkat produksi yang tinggi dan dengan harga yang rendah, semuanya dari jenis thermoplastic.

• Yaitu : – Nylon– PE– PP– PS– PVC

Material - Thermoplastic

PE PP

PSPVC

• Nylon:– Disebut juga PolyAmides (PA)– Secara umum tidak berwarna (bening)dan

kuat– Mempunyai ketahanan terhadap panas dan

bahan kimia yang baik– Contoh pemakaian :

• Bahan dasar tekstil• Tali pancing• Food packaging

• PHYSICAL PROPERTIES– Tensile Strength 90 - 185N/mm²– Notched Impact Strength 5.0 - 13Kj/m²– Thermal Coefficient of expansion 90 - 20/70x

10-6

– Max Cont Use Temp 150 - 185°C– Density 1.13 - 1.35/1.41g/cm

• PP– PolyPropylene– Sifat :

• Rigid dan kuat• Tembus pandang• Tahan bahan kimia• Tahan terhadap kelelahan• Tahan terhadap panas

– Contoh penggunaan :• Bumper mobil• Packaging

• PHYSICAL PROPERTIES– Tensile Strength 0.95 - 1.30N/mm²– Notched Impact Strength 3.0 - 30.0Kj/m²– Thermal Coefficient of expansion 100 - 150x10-

6

– Max Cont Use Temp 80°C– Density 0.905g/cm3

• PVC– PolyVinyl Chloride– Sifat :

• Mudah bergabung dengan bermacam-macam bahan perekat.

• Dapat diberi pewarna• Dapat bersifat rigid atau flexibel

– Contoh penggunaan :• Pipa air• Sepatu• Kulit sintetis

• PHYSICAL PROPERTIES– Tensile Strength 2.60N/mm²– Notched Impact Strength 2.0 - 45Kj/m²– Thermal Coefficient of expansion 80x10-6

– Max Cont Use Temp 60°C– Density 1.38g/cm3

• PE– Poly Ethylene– Terdapat dua jenis polyethylene yaitu :

• High Density Polyethylene (HDPE)• Low Density Polyethylene (LDPE)

– Perbedaan utama adalah densitas dari material tersebut yaitu :

• HDPE : 0.944 - 0.965g/cm3

• LDPE : 0.917 - 0.930g/cm3

Polymer Processing

• Untuk dapat dipakai, material plastik harus melewati proses manufaktur.

• Prinsip pemrosesan material plastik hampir sama dengan proses tuang (casting).

• Proses manufaktur dibagi dalam dua macam, disesuaikan dengan materialnya :

• Thermoplastic processing• Thermosets processing

• Perbedaan dari kedua proses tersebut adalah keadaan awal material :

• Proses Thermoplastic :– Material awal berbentuk Pellets atau granular yang dapat

dicairkan kembali.

• Proses Thermosets :– Material awal berbentuk cairan seperti sirup.– Biasanya disebut Resin.– Bila dipanasi kembali tidak akan melunak.

• Heating– Thermoplastic

• Proses pemanasan untuk mencairkan pellets sehingga dapat dibentuk sesuai cetakan.

– Thermosets• Proses pemanasan untuk membentuk cairan resin

sehingga material dapat dibentuk sesuai cetakan.

• Shaping– Thermoplastic

• Proses pembentukan material sesuai dengan cetakan.• Pada proses ini material biasanya tidak dicampur unsur

kimia lain.

– Thermosets• Proses pembentukan resin sesuai dengan cetakan.• Biasanya dicampur dengan bahan kimia lain.• Kadang kala proses tersebut menimbulkan panas sehingga

dibutuhkan cooling.

• Cooling– Cooling merupakan salah satu area kritis

dalam polymer process.– Cooling juga area yang oleh banyak pihak

dalam dunia industri plastik ditargetkan untuk menghemat energi.

• Cooling– Thermoplastic

• Proses pendinginan sehingga material memadat dan berbentuk sesuai dengan cetakan.

• Biasanya memakai media minyak.

– Thermosets• Proses pendinginan material supaya tidak berubah

saat cetakan dibuka.• Menjaga temperatur cetakan tidak terlalu panas

saat proses shaping• Media yang dipakai juga minyak.

• Selain proses awal (pembentukan), juga terdapat proses tambahan yaitu :– Machining.– Welding.– Product decoration.– Recycling.

• Faktor yang harus dipertimbangkan dalam pemilihan proses, yaitu:– Jumlah dan tingkat produk.– Keakuratan ukuran dan kualitas permukaan. – Bentuk dan detail dari produk.– Sifat material.– Ukuran dari produk

Process - Thermoplastic

• Terdapat beberapa cara untuk memproses material Thermoplastic, yaitu :

– Structural Foam– Rotational Molding– Injection molding– Gas assisted injection

molding– Injection blow molding– Injection stretch blow

molding

– Extrusion blow molding– Thermoforming– EPS molding– Vacuum forming– Blown film– Extrusion

• Structural Foam– Istilah ini dipakai untuk meyebutkan

komponen thermoplastic yang memiliki inti berbentuk ruangan-ruangan kecil (cellular core).

– Disebut cellular plastic karena lapisan luar lebih padat daripada lapisan dalam. Intinya berbentuk seperti sarang lebah.

– Gabungan bentuk ini mempunya rasio kekakuan yang tinggi.

Saat ini terdapat dua macam cara pembuatan, yaitu :

• Mesin injeksi khusus– Low pressure process : gas di suntikkan kedalam cairan

plastik, bilamana ditekan kedalam cetakan akan membentuk busa pada material plastik.

• Mesin injeksi biasa– Injection process : material mentah dicampur dengan

pembusa (blowing agent). Bila campuran ini dipanaskan maka akan terbentuk gas yang dapat membuat busa.

– Rotational Molding

– Injection Molding

– Injection Blow Molding (IBM)

Process - Thermoplastic

• Rotational Molding– Proses yang dipakai untuk membuat produk

plastik yang berlubang ditengah.– Proses pembuatannnya berbeda dengan

proses lainnya karena pemanasan, peleburan, pembentukan dan pendinginan dilakukan setelah material mentah dimasukan kedalam cetakan sehingga tidak diperlukan tekanan dari luar.

CARA PEMROSESAN

• Pengisian Mold

• Pemanasan & peleburan

• Pembentukan dan pendinginan

• Pengeluaran

Process - Thermoplastic

• Injection Molding– Hampir keseluruhan polymer dapat diproses

dengan injection.– Material yang umum diproses adalah : ABS,

PC, PP, GPPS, PA.– Proses injection cukup cepat dan

menghasilkan banyak produk yang identik.

CARA PEMROSESAN

• Polymer yang telah dipanaskan pada barrel dimasukan melewati sprue dan dialirkan kedalam cetakan dengan tekanan.

• Cairan plastik akan memenuhi cetakan hingga menjadi seperti yang diinginkan. Tekanan yang terjadi dapat mencapai ratusan bar, tergantung dari bentuk produk.

• Setelah terbentuk dan cukup dingin, produk akan dikeluarkan dari cetakan.

– Ukuran mesin : • Pada umumnya cetakan ditutup oleh kombinasi

dari tuas penekan dan tekanan hidrolik.• Hal ini dikenal dengan sebutan “Locking Force”.

Pada mesin yang besar, gaya tekan tersebut dapat mencapai ribuan ton dan tersebar ke luas dari permukaan cetakan.

• Untuk mengimbangi tekanan injeksi, sebuah cetakan dengan luas permukaan yang besar memerlukan “locking force” yang lebih besar dibandingkan dengan cetakan yang kecil

Process - Thermoplastic

• Injection Blow Molding (IBM)– Injection blow moulding dipakai untuk memproduksi

barang berongga dengan jumlah banyak. – Khususnya botol, jerigen dan alat penyimpan lainnya.

Injection blow moulding menghasilkan botol dengan visual yang bagus dan ukuran yang stabil dibandingkan dengan extrusion blow moulding.

– Proses ini ideal untuk memproduksi tempat penyimpanan dengan lubang sempit dan lebar serta langsung jadi.

• Proses pembuatannya melalui tiga tahapan yaitu :– Injection : polymer yang sudah meleleh

dimasukan kedalam cetakan.– Blowing : setelah seluruh bahan berada

dalam cetakan, udara akan ditiupkan kedalam cetakan sehingga polymer akan berbentuk sesuai cetakan.

– Ejection : bila produk sudah cukup dingin maka akan dikeluarkan dari cetakan.

• Material yang cocok untuk diproses IBM : – Polyethylene (Low Density) LDPE,

LLDPE– Polypropylene PP– Polyethylene - Terephthalate PET– Polyvinyl chloride PVC– Polyethylene (High Density) HDPE

• Contoh produk :– Botol air kemasan.– Jerigen minyak.

Process - Thermosets

• Terdapat beberapa cara untuk mengolah atau membuat produk dari material thermoset :– DMC/SMC molding– Compression molding– GRP molding

Process - Thermoplastic

• DMC/SMC molding :– DMC : Dough molding compound adalah

bahan campuran untuk membuat produk berbahan dasar plastik thermoset.

– SMC : Sheet molding compound adalah DMC yang berbentuk lembaran.

• DMC/SMC molding :– Bahan dari DMC adalah

Bahan Keterangan

Synthetic resin Cairan Thermosetting

Organic Peroxide

katalis

Pigment pewarna

Stearate Zat pelepas dari cetakan

Inorganic filler Calcium carbonat utnuk meningkatkan kekakuan sehingga menurunkan biaya

Aluminium hydroxides supaya tidak gampang terbakar

Glass fibre Memberikan kekuatan mekanis

Process - Thermoplastic

• Base Resins– DMC/SMC tersedia dalam berbagai tingkatan

dan tipe. Tiga base resin yang umum dipakai adalah :

• Orthophthalic : biasanya dipakai untuk produk yang harganya murah dan tuntutan kekuatannya biasa saja.

• Isophthalic : mempunyai heat, chemical dan toughness properties yang bagus

• Maleic : dipakai untuk menghasilkan permukaan produk yang sangat bagus.

SEKIAN

TERIMA KASIH