Common Material for Process Equipment ( MaterialSelection ) II

ARIANAemail: ari_fujiwara@yahoo.com

UNIVERSITAS SRIWIJAYA

Material Polymer

Jika korosi adalah faktor penting dalam mendesain peralatan dan apabila proses tersebut dioperasikan pada temperaturekurang dari 250 F, maka material berbahan polimer seperti karet, plastik menjadi pilihan yang patut untuk dipertimbangkan,karena bahan ini adalah material atau bahan yang cukup ekonomis. Material polimer ini dapat berupa polimer itu sendiridapat pula dikombinasikan dengan material lain seperti fiber maupun carbon steel, panambahan bahan lain tersebutmemberikan perbaikan sifat – sifat bahan sehingga sesuai dengan sifat yang diinginkan. Jika dikombinasikan denganmaterial berserat ( fibrous ) misalnya fiberglass, campuran tersebut dinamakan fiberglass-reinforced plastic ( FRP ), dapatbertahan terhadap tekanan lebih dari 150 psig. Pencampuran dengan carbon steel ( lining to carbon steel ) akan memberikansifat tahan terhadap tekanan serta korosi.

Terdapat beragam jenis material polymer, umumnya adalah berbahan orgranik kecuali silcones ( silicone-based ).Kelemahan dari bahan ini adalah mudah terbakar namun begitu haloganated polymer dan silcones tidak mudah terbakar.Secara garis besar material polymer dibagi dua, yaitu : Plastik dan Elastomer. Sifat  - sifat plastik bervariasi tergantungproses polimerisasi serta monomer yang membentuknya. Secara umum semakin panjang rantai polimernya maka semakintinggi berat molekul, titik leleh, tensile strenght. Jika susunan rantai polimernya adalah Cross-linked, maka tingkat stiffnessdan brittleness material tersebut meningkat.

Plastik dapat dibagi menjadi dua yaitu : Thermoplastic dan Thermosetting. Thermoplastic cenderung untuk meleleh apabilatemperature dinaikkan dan kembali menjadi mengeras ( resolidify )  apabila didinginkan . Jenis plastik ini adalah  : Polyolefin,vinyls, fluorocarbons, polyamides, polystyrene, polyimides, polyacetals, polycarbonates dan cellulosics. Plastik thermosettingmemiliki susunan cross –linked, tahan terhadap pemanasan, tidak meleleh apabila dipanaskan kembali namun akanterbakar. Kategori jenis plastik ini antara lain : polyurethane, epoxies, phenolics, silicone, polyester, dan vinyl ester. Namunbegitu tergantung dari monomer penyusunnya, polyurethane, polyester dan elastomer dapat menjadi thermoplastik maupunthermosetting.

Polyolefins. Dihasilkan dari polimerisasi olefin ( ethylene, propylene, dan butylene ), material ini memiliki tingkat strenghtyang paling rendah dari semua grup polymer namun tahan terhadap korosi dengan sangat baik oleh asam kuat. Digunakanpada  saluran pipa laboratirum kimia serta  konstruksi tanki penyimpanan skala kecil untuk bahan – bahan korosif.Polypropylene sedikit lebih mahal daripada polyethylene , tapi memiliki daya tahan korosi dan strenght lebih yang tinggi.Mudah dibentuk menjadi pipa maupun vessel. Apabila dikombinasikan dengan carbon steel , maka dapat digunakan untukperalatan  - peralatan proses bertekanan tinggi.

Polyvinyl Chloride ( PVC ). Dibentuk dari monomer vinyl chloride. Lebih kuat dibandingkan dengan polyolefins, dan memilikidaya tahan korosi yang sangat baik. Material ini sebaiknya tidak digunakan bersama ketones, aromatic atau chlorinatedhydrocarbon. Digunakan untuk pembuatan lined piping  dan fitting.

Polyvinylidene Chloride ( PVDC ). Tersusun dari monomer vinylidene chloride. Strenght material ini lebih baik daripadaPVC dan daya tahan terhadap korosinya ditingkatkan lebih baik daripada PVC. Dapat digunakan untuk mengalirkan fluidakorosif panas ( kurang dari 180 F ) .

Fluorocarbons. Adalah hydrocarbon dimana atom hidrogennya telah secara keseluruhan atau sebagian diganti denganatom fluorine. Contoh umum fluorocarbon adalah : Tetrafluoroethylene ( TFE atau Telfon ), Trifluorochloroethylene ( TFCE ),Hexafluoropropylene ( FEP ) dan vinylidene fluoride ( Kynar ). Material ini tahan terhadap temperature tinggi dengan limit

temperature maksimum antara 140  - 250 F. Digunakan sebagai mechanical seals, gasket, bearing, fitting dan peralatan– peralatan pada industri makanan , farmasi dan chemical process industry.

Polystyrenes. Dihasilkan dari reaksi polimerisasi antara ethylene dengan styrene. Material ini low-strenght sehingga mudahpatah atau rusak. Digunakan sebagai foam untuk instulation. Strenght material ini dapat ditingkatkan jika dikopolimerisasidengan acrylonuitrile dan butadiene hasilnya adalah Acrylonitrile butediene styrene ( ABS ). ABS ini digunakan untukperalatan – peralatan elektrik rumah tangga, pipa ,vents dan sistem transmisi gas.

Polyethers. Polyether yang banyak digunakan adalah Penton yang merupakan nama dagang chlorinated polyether. Memilikiketahanan korosi yang sangat baik terhadap kebanyakan asam, alkali, dan garam. Digunakan untuk piping, fittinf dan vessel.

Acrylic. Adalah plastik jernih ( cleaer ) memiliki ketahanan tingkat menengah terhadap bahan – bahan kimia namunmemiliki tensile strenght serta daya bentur yang baik. Polymer acrylic yang umum digunakan adalah Polyemethylmethacrylate , material ini memiliki sifat – sifat optik yang sangat baik, dan digunakan untuk safety glass.

 Polyamines. Polyamines adalah plastik yang tebentuk dalam bentuk kondensat amine dnegna senyawa organic lainnya.Apabila senyawa organic tersebut adalah asam organic maka akan dihasilkan senyawa polyamide, jika reaksi yang terjadiadalah antara asam dianhydride dan aromatic diamine, maka polymer tersebut dinamakan dengan polyimide. Nylon adalahcontoh dari polyamides. Material tersebut ringah, tough, dan tahan abrasi dan memiliki koefisien friksi rendah. Polyimedesdigunakan untuk ball-bearing separator, mechanical seal.

Polyurethanes.dihasilkan dari reaksi diisocyanate dengan low-molecular-weight (berat molekul rendah ) alcohol. Material inidapat memiliki bertindak atau memiliki sifat seperti elastomer maupun thermoset ( hard structure ). Hard-structurepolyurethane digunakan sebagai insulation foam.

Polycarbonates. Reaksi antara diphenyl carbonate dengan ester akan membentuk polycarbonates. Memiliki sifat –sifat seperti transparan, impact strenght yang  sangat baik serta tahan terhadap temperature tinggi. Aplikasi dari material inisama seperti pada acrylic , namun begitu material ini mahal.

Phenolics. Dibentuk dari condensation-polymerization reaction antara senyawa phenolic dan aldehid.  Untuk tipe lainnyadihasilkan dari kombinasi antara phenol furfural dan resornicol formaldehyde. Merupakan thermoset dengan tingkatkekerasan yang tinggi, strenght yang baik, tahan terhadap benturan serta tahan terhadap chemical-corrosion. Digunakanpada komponen elektrik seperti insulator, switch plates, aplikasi mekanikalnya meliputi pipa tahan korosi dan brake lining.

Epoxies. Polymer ini memiliki rantai polimer terpendek dari polimer yang lainnya, namun begitu apabila ditambahkan suatubahan harndener, rantai pendek tersebut menjadi highly cross-linked, memiliki ketahan terhadap temperature tinggi sertatahan terhadap korosi. Digunakan sebagai pelapis permukaan anti korosi serta digunakan juga untuk menyambung metal kepolyester.

Polyester. Adalah produk kondensasi dimethyl terepthalate atau terepthalatic acid dengan ethylene glycol. Polyester adalahnama lain dari polyethylene terepthalate. Meterial ini dapat sebagai thermosetting atau thermoplastic tergantung dari asamdan kombinasi alkohol yang digunakan. Polyester memiliki strength yang baik, tahan terhadap bahan kimia serta digunakanpada konstruksi tanki FRP an pipa.

Elastomer. Elastomer digunakan untuk pembuatan gasket, dan elektric insulation. Diantara contoh elastomer adalah :fluoroelastomer, polychloroprene, polyisoprene, silicone rubber dan lain – lain.

 

Material Keramik

Material ini biasanya digunakan  untuk proses – proses yang memerlukan temperature tinggi dan tahan korosi. Istilahkeramik digunakan terhadap sekumpulan inorganic meterial rapuh dimana didalamnnya termasuk true ceramic, cermet, glassdan graphite.

Ceramic dan Cermet. Ceramic adalah material dengan titik leleh yang tinggi sehingga material ini tahan terhadappemanasan, tahan terhadap korosi, namun cenderung untuk rapuh , hal ini disebabkan oleh low impact dan tensile strenght.Cermet adalah campuran ceramic dan metal, sehingga sifat –sifat bahan ini terletak diantara dua campuran bahantersebut. Secara umum perbandingan sifat antara keramik dan cermet sebagai berikut : brittleness ( sama keduanya ), hightemperature resistance ( sama ), ductilty ( > cermet ), mechanical  dan thermal shock resistance ( > cermet ), corrosionresistance ( sama ).

Jenis – jenis cermet antara lain : Al-Al2O3, TiC-Ni, B4C-stainless steel.

Graphite. Material ini bersifat : low tensile strenght, low impact strenght dan kurang tahan terhadap abrasi, namun bahan inimemiliki konduktivitas termal yang sangat baik, serta tahan korosi.  Oleh karena memiliki konduktivitas termal yang baik,maka material ini dapat digunakan untuk konstruksi heat exchanger. Temperature maksimum yang dapat digunakan adalahsebesar 340 F. tahan terhadap cholride, fluorides , hydrofluoric acid, hot caustic, namun tidak direkomendasikan untukpenggunaan dengan free halogen, chromic acid dan sulfur trioxide.

Glasses. Dapat juga dikategorikan sebagai ceramic, walaupun begitu, sifat – sifat yang dimilikinya berbeda denganceramic, metal maupun plastic. Glass adalah amorphorus solid yang dibentuk oleh pendinginan lanjut ( subcooling ) faseliquidnya. Material ini keras, rapuh dan memiliki konduktivitas termal rendah. Sehingga dapat digunakan sebagai insulatingelektrik. Material ini juga tahan korosi terhadap berbagai jenis bahan kimia.

4 jenis glasses yang sering digunakan untuk konstruksi peralatan proses yaitu : fused silica, borosilicate glass, glass ceramic,dan fiberglass. Material ini tahan terhadap asam –asam kuat namun tidak tahan terhadap hydrofluoric acid, acidicfluoride compounds dan hot alkaline.

Sumber :

1. Henry J. Sandler dan Edward T. Luckiewicz, Practical Process Engineering A working Approach to Plant Design, 1987,McGraw Hill

2. Nicholas P. Cheremisinoff,  Material Selection Deskbook, 1996 , Noyes Publication3. Lawrence H.Van Vlack, Ilmu dan Teknologi Bahan Ed.5, terjemahan, 1985, Erlangga4. Alexandre C. Dimian dan Costin Sorin Bildea, Chemical Process Design, 2008, Wiley VCH