Karakteristik, Aplikasi, dan Proses Pembuatan Polimer

[Edisi Rangkuman]

Prilaku Tegangan-Regangan

Berdasarkan prilaku tegangan regangannya, polimer terbagi 3 yaitu, brittle, plastik, dan sangat elastis. Polimer tidak sekuat dan sekaku logam. Namun, fleksibilitasnya yang sangat tinggi, densitas rendah, tahan karat membuat material ini digunakan untuk aplikasi yang sangat luas. Sifat mekanik polimer sangat dipengaruhi oleh teperatur dan laju regangan. Dengan naiknya temperatur atau turunnya laju peregangan maka madulus elastis menurun, kekuatan tarik menurun, dan keuletan naik.

Deformasi Viskoelastis

Prilaku mekanik viskoelastis adalah sifat pertengahan antara elastis sempurna dan viskos sempurna. Prilaku tersebut dikarakterisasi dengan modulus relaksasi, modulus elastisitas yang tergantung waktu. Besarnya modulus relaksasi sangat sensitif terhadap temperatur. Gelas, karet dan aliran viskos dapat diidentifikasi pada plot logaritmik dari modulus relaksasi terhadap temperatur. Kecenderungan Modulus relaksasi terhadap temperatur sangat dipengaruhi oleh konfigurasi molekul – tingkat kristalinitas, keberadaan ikat silang, dsb.

Kegagalan pada Polimer

Kekuatan patah material polimer relatif lebih rendah dibanding logam dan ceramic. Patahan brittle maupun ulet mungkin terjadi. Beberapa material termoplastik pada transisi ulet ke getas seiring dengan turunnya temperatur maka laju peregangan semakin menurun dan ketebalan serta geometri berubah. Pada beberapa material termoplastik, proses terjadinya crack dapat dialihkan menjadi crazing. Daerah craze adalah daerah yang terjadi deformasi lokal dan menyebabkan terbentuknnya microvoid. Crazing dapat meningkatkan keuletan dan ketangguhan material.

Deformasi pada Polimer Semi-kristalin

Selama terjadi deformasi elastis, polimer semikristalin memiliki struktur sperulitik yang mana molekul dalam keadaan amorfus memanjang pada arah tegangan yang diberikan. Deformasi plastik pada polimer spherulitik terjadi beberapa tahap, bagian amorf dan kristalin menjadi terotientasi terhadap arah tensile. Selama deformasi, bentuk dari spherulit berubah relatif terhadap tingkat deformasi yang akan merusak spherulit untuk membentuk struktur yang lurus.

Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Sifat Mekanik Polimer Semi-kristalin

Prilaku mekanik polimer dapat dipengaruhi oleh faktor struktural dan pembuatan. Peningkatan temperatur atau penurunan laju regangan akan menurunkan modulus elastisitas dan kekuatan tarik dan meningkatkan kauletan selain itu faktor yang lain adalah:

  1. Berat molekul

Modulus tarik sangat sensitif terhadap berat molekul. Kekuatan tarik naik seiring dengan naiknya Mn

  1. Tingkat kristalinitas

Modulus tarik dan kekuatan akan meningkat seiring dengan meningkatnya persentase kristalinitas.

  1. Predeformasi

Kekakuan dan kekuatan dapat ditingkatkan dengan deformasi permanen dengan mengenakan tekanan pada polimer

  1. Perlakuan panas

Perlakukan panas polimer semikristalin dapat meningkatkan kekakuan dan kekuatan serta menurunkan keuletan.

Deformasi pada Elastomer

Pemanjangan yang sangat besar sangat mungkin terjadi pada material elastomer yang bersifat amorf dan sedikit ikat silang. Deformasi berhubungan dengan rantai yang tidak terlilit. Adanya ikat silang sering dicapai dengan proses vulkanisasi. Ikat silang meningkatkan modulus elastisitas dan kekuatan tarik pada elastomer. Kebanyakan elastomer adalah jenis kopolimer. Elastomer silicone sebenarnya adalah material anorganik.

Kristalisasi

Ketika proses kristalisasi polimer, molekul fasa cair yang acak bertransformasi menjadi kristal yang tersusun membentuk struktur polimer.

Melting

Melting pada daerah kristalin berhubungan dengan transformasi material padatan yang memiliki struktur yang teratur menjadi liquid yang memiliki struktur sangat acak.

Transisi Gelas

Transisi gelas akan terjadi pada daerah amorfus polimer. Selama pendinginan, fenomena tersebut berhubungan dengan transformasi dari liquid menjadi material rubber dan akhirnya menjadi material padat. Dengan penurunan temperatur terdapat penurunan gerak segmen-segmen rantai molekul.

Temperatur Melting dan Transisi Gelas

Temperatur melting dan transisi gelas dapat ditentukan melalui plot spesific volume terhadap temperatur. Parameter tersebut penting. Relatif terhadap kisaran temperatur yang dipakai pada polimer tersebut.

Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Temperatur Melting dan Transisi Gelas

Besarnya Tm dan Tg meningkat seiring dengan peningkatan kekakuan rantai. Kekakuan dapat ditingkatkan dengan membentuk ikatan rangkap dan gugus cabang yang bsar dan polar. Pada material dengan berat molekul rendah, Tm dan Tg meningkat seiring dengan meningkatnya M.

Jenis Polimer

Polimer dapat diklasifikasikan berdasarkan penggunaannya, yaitu: plastik, serat, pelapis, adhesif, film, busa, dan advance. Material plastik mungkin polimer yang paling banyak digunakan, misalanya: polyethylene, polypropylene, poly(vinyl chloride), polystyrene, dan the fluorocarbons, epoxies, phenolics, and polyesters. Material polimer dapat dipintal menjadi serat yang biasanya digunakan untuk tekstil. Sifat mekanik, termal, dan kimia material ini biasanya sangat kritis. Material advance yang didiskusikan disini antara lain: ultra-high-molecular-weight polyethylene, polimer kristal cair, dan elastomer termoplas. Material ini memiliki sifat yang unik dan digunakan untuk aplikasi teknologi tinggi.

Polimerisasi

Sintesis polimer dengan berat molekul yang besar dapat dilakukan dengan polimerisasi dengan dua metode yaitu adisi dan kondensasi.

Polimerisasi adisi dilakukan dengan unit monomer yang disambung menjadi rantai melekul linier yang panjang.

Polimerisasi kondensasi terbentuk dengan reaksi kimia intermolekul yang biasanya terdiri lebih dari satu spesies molekul.

Zat Aditif Polimer

Sifat polimer dapat dimodifikasi dengan penambahan aditif, seperti: filler, plasticizer, stabilizer, colorant, dan flame retardant.

Filler ditambahkan untuk meningkatkan kekuatan, ketahanan abrasi, ketangguhan, dan stabilitas termal polimer

Plasticizer ditambahkan untuk meningkatkan fleksibilitas, keuletan, dan ketangguhan.

Stabilizer ditambahkan untuk meningkatkan ketahanan terhadap serangan dari luar misalnya cahaya dan gas di atmosfer.

Colorant digunakan untuk memberi warna polimer

Flame retardant digunakan untuk meningkatkan ketahanan terhadap api

Teknik Pembentukan Plastik

Fabrikasi polimer plastik biasanya diselesaikan dengan pembentukan material pada bentuk molten pada temperatur tertentu menggunakan teknik molding, seperti: compression, transfer, injection, blow moding. Extrusion dan pengecoran juga memungkinkan.

Fabrikasi Serat dan Film

Serat dipintal dari liquid viskos setelah itu menjadi plastik selama proses drawing. Hal ini dapat meningkatkan kekuatan mekanik. Film dapat dibentuk melalui ekstrusi dan blowing atau calendering.

Persamaan

persamaan

Simbol-Simbol

simbol

Translated from:

Callister, William D dan David G Rethwisch. 2010. Materials Science and Engineering an Introduction 8th Edition. John Wiley & Sons: USA

Advertisements

4 thoughts on “Karakteristik, Aplikasi, dan Proses Pembuatan Polimer

Kritik, saran, dan masukan anda sangat berharga bagi kami

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s