struktur kimia dan sifat sifat polimer
L/O/G/O
KIMIA POLIMER
RULIANI ANSAR
F1C1 12 031
Struktur Kimia dan
Sifat-sifat Polimer
Pokok Bahasan
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Metode fabrikasi
Sifat Mekanik
Stabilitas panas
Daya nyala dan ketahanan nyala
Ketahanan kimia
Degradabilitas
Konduktivitas listrik
Bahan tambahan
1. Metode Fabrikasi
® Pada umumnya polimer dibentuk
dari tiga teknik dasar yaitu
pencetakan, ekstruksi atau
penuangan yang dikerjakan pada
suhu rendah dibandingkan untuk
membentuk baja, aluminium atau
kaca.
® Konduktifitas termal dari senyawa
polimer jelek dan lambat melebur
sehingga peralatan ban berjalan
Proses pencetakan dasar
a. Cetak
kompresi
Menggunakan panas dan tekanan untuk menekan polimer
cair yang dimasukkan antara permukaan-permukaan
cetakan berpasangan yang bergerak, menjadi bentuk
cetakan.
Proses pencetakan dasar
b. Cetak injeksi
Polimer leburan dibentuk ke dalam ruang cetakan
tertutup. Suatu ban berjalan digunakan untuk
mengumpan polimer kedalam cetakan. Cetak injeksi lebih
cepat dibandingkan cetak kompresi.
Cetak injeksi reaksi
(RIM)
Produk akhir dibuat langsung dari prekusor polimer berat
molekul rendah yang dicampur dengan cepat atau
diinjeksikan kedalam cetakan ketika rekasi polimerisasi
sedang berlangsung.
Cetak tiup
Tabung polimer (parison) ditiup dengan udara bertekanan
atau ditarik oleh vakum menjadi bentuk cetakan. Khusus
digunakan untuk botol-botol manufaktur.
Ekstruksi
® Ekstruksi melibatkan penekanan
yang kompak terhadap polimer
cair untuk memberikan objek
yang diinginkan.
® Serat (fiber) dibuat melalui
pemintalan yang mirip proses
ekstruksi.
Polimer dilewatkan ke
pelat berlubang sambil
ditekan. Pemintalan
dikerjakan baik dengan
polimer lebur
(pemintalan lebur)
dengan larutan polimer,
filamen-filamen
didinginkan dengan
cepat oleh udara dingin
dalam tangki proses.
Ketika dipakai larutan
polimer, pelarutnya
dihilangkan dalam tangki
proses oleh evaporasi
dengan panas
® Beberapa metode fabrikasi yang
lebih khusus yaitu
penggulungan filamen (filamen
winding) untuk membuat
komposit-komposit yang
diperkuat serat dan peniupan
(blowing) untuk membuat busa.
2. Sifat mekanik
Suatu polimer linier khas
yang memiliki unit ulang
seragam dan gugusgugus ujung berbeda.
Pada berat molekul
rendah, gugus-gugus
ujung secara signifikan
mempunyai kontribusi ke
seluruh struktur dan hal
ini dimanifestasikan
dalam sifat-sifat seperti
kerapatan, indeks
refraksi, dan absorpsi
spektroskopik yang
bervariasi dengan berat
molekul. Ketergantungan
pada berat molekul ini
Kekuatan tarik diukur dengan rumus :
Dimana : σ = tegangan
tarik
F = gaya
A = luas penampang
Sedangkan untuk perpanjangan tarik yaitu perubahan
panjang sampel dibagi dengan panjang awal.
Perbandingan tegangan terhadap perpanjangan
disebut modulus tarik E
kurva tegangan perpanjangan perbedaan antara
serat, plastik dan elastomer
Plastik dan serat sama-sama memperlihatkan gradien yang
curam tetapi serat bisa mempertahankan tegangan yang
lebih besar sebelum putus. Elastomer awalnya memiliki
modulus rendah tetapi sekali teregang modulusnya naik
Kurva umum tegangan tarik perpanjangan untuk
plastik seperti polietilena
Awalnya modulus tinggi hingga mencapai titik berdeformasi (yield),
sebelum mencapai titik tersebut perpanjangan dapat balik. Pada
titik tersebut juga diperlihatkan tegangan yang cukup untuk
membuat molekul-molekul terurai dan mengaliri satu sama lain,
dan perpanjangan lebih lanjut bersifat tidak dapat balik.
Jika suhu dinaikkan, modulus tersebut akan tetap tinggi
hingga dipuncak suhu transisi gelas, pada titik dimana
modulus turun dengan tajam.
Log E = skala modulus
Tg = suhu transisi gelas
Modulus yang sangat tinggi merupakan karakteristik dalam
keadaan gelas, tetapi akan menurun tajam saat molekul-molekul
memperoleh kebebasan gerak yang besar. Sampel ini tetap dalam
keadaan karet hingga suhu cukup tinggi untuk menimbulkan aliran.
Selain ketergantungan pada suhu, terdapat
dua sifat penting yang tergantung pada
waktu
1. Krip (aliran dingin) merupakan ukuran dari
perubahan perpanjangan ketika suatu
sampel polimer dikenai tegangan yang
konstan.
2. Relaksasi tegangan, mengacu pada
penurunan tegangan ketika suatu sampel
diperpanjang ke suatu ke perpanjangan
yang konstan
Tabel 1. sifat-sifat mekanik dari homopolimer umum
Sifat
Polimer
Polietilena, massa jenis
rendah
Polietilena, massa jenis tinggi
Polipropilena
Poli(vinil klorida)
Polistirena
Poli(metil metakrilat)
Politetrafluoroetilena
Nilon 66
Poli(etilena tereftalat)
Polikarbonat
Sifat-sifat tarik pada patah
Kekuatan
Modulus
Perpanjanga
(MPa)
(MPa)
n
(%)
8,3-31
172-283
100-650
22-31
1070-1090 10-1200
31-41
1170-1720 100-600
41-52
2410-4140 40-80
36-52
2280-3280 1,2-2,5
48-76
2240-3240 2-10
14-34
400-552
200-400
76-83
60-300
48-72
2760-4140 50-300
66
2380
110
Kekuatan
komprrensif
(MPa)
Kekuatan
fleksur
(MPa)
20-25
38-55
55-90
83-90
72-124
12
103
76-103
86
41-55
69-110
69-101
72-131
42-117
96-124
93
Kekuatan
impak
(N/cm)
Tidak patah
0,23-2,3
0,23-0,57
0,23-1,3
0,20-0,26
0,17-0,34
1,7
0,46-1,2
0,14-0,37
9,1
Tabel 2. sifat-sifat serat
Jenis serat
Alam
Kapas
Wol
Sintesis
Poliester
Nilon
Poliamida aromatik (aramid)
Polibenzimidazola
Polipropilena
Polietilena (kekuatan tinggi)
Anorganik
Gela
Baja
Keuletan
(N/teks)
Gaya berat
spesifik
0,26-0,44
0,09-0,15
1,50
1,30
0,35-0,53
0,40-0,71
1,80-2,0
0,27
0,44-0,79
2,65
1,38
1,14
1,44
1,43
0,90
0,95
0,53-0,66
0,31
2,56
7,7
ARIGATO
KIMIA POLIMER
RULIANI ANSAR
F1C1 12 031
Struktur Kimia dan
Sifat-sifat Polimer
Pokok Bahasan
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Metode fabrikasi
Sifat Mekanik
Stabilitas panas
Daya nyala dan ketahanan nyala
Ketahanan kimia
Degradabilitas
Konduktivitas listrik
Bahan tambahan
1. Metode Fabrikasi
® Pada umumnya polimer dibentuk
dari tiga teknik dasar yaitu
pencetakan, ekstruksi atau
penuangan yang dikerjakan pada
suhu rendah dibandingkan untuk
membentuk baja, aluminium atau
kaca.
® Konduktifitas termal dari senyawa
polimer jelek dan lambat melebur
sehingga peralatan ban berjalan
Proses pencetakan dasar
a. Cetak
kompresi
Menggunakan panas dan tekanan untuk menekan polimer
cair yang dimasukkan antara permukaan-permukaan
cetakan berpasangan yang bergerak, menjadi bentuk
cetakan.
Proses pencetakan dasar
b. Cetak injeksi
Polimer leburan dibentuk ke dalam ruang cetakan
tertutup. Suatu ban berjalan digunakan untuk
mengumpan polimer kedalam cetakan. Cetak injeksi lebih
cepat dibandingkan cetak kompresi.
Cetak injeksi reaksi
(RIM)
Produk akhir dibuat langsung dari prekusor polimer berat
molekul rendah yang dicampur dengan cepat atau
diinjeksikan kedalam cetakan ketika rekasi polimerisasi
sedang berlangsung.
Cetak tiup
Tabung polimer (parison) ditiup dengan udara bertekanan
atau ditarik oleh vakum menjadi bentuk cetakan. Khusus
digunakan untuk botol-botol manufaktur.
Ekstruksi
® Ekstruksi melibatkan penekanan
yang kompak terhadap polimer
cair untuk memberikan objek
yang diinginkan.
® Serat (fiber) dibuat melalui
pemintalan yang mirip proses
ekstruksi.
Polimer dilewatkan ke
pelat berlubang sambil
ditekan. Pemintalan
dikerjakan baik dengan
polimer lebur
(pemintalan lebur)
dengan larutan polimer,
filamen-filamen
didinginkan dengan
cepat oleh udara dingin
dalam tangki proses.
Ketika dipakai larutan
polimer, pelarutnya
dihilangkan dalam tangki
proses oleh evaporasi
dengan panas
® Beberapa metode fabrikasi yang
lebih khusus yaitu
penggulungan filamen (filamen
winding) untuk membuat
komposit-komposit yang
diperkuat serat dan peniupan
(blowing) untuk membuat busa.
2. Sifat mekanik
Suatu polimer linier khas
yang memiliki unit ulang
seragam dan gugusgugus ujung berbeda.
Pada berat molekul
rendah, gugus-gugus
ujung secara signifikan
mempunyai kontribusi ke
seluruh struktur dan hal
ini dimanifestasikan
dalam sifat-sifat seperti
kerapatan, indeks
refraksi, dan absorpsi
spektroskopik yang
bervariasi dengan berat
molekul. Ketergantungan
pada berat molekul ini
Kekuatan tarik diukur dengan rumus :
Dimana : σ = tegangan
tarik
F = gaya
A = luas penampang
Sedangkan untuk perpanjangan tarik yaitu perubahan
panjang sampel dibagi dengan panjang awal.
Perbandingan tegangan terhadap perpanjangan
disebut modulus tarik E
kurva tegangan perpanjangan perbedaan antara
serat, plastik dan elastomer
Plastik dan serat sama-sama memperlihatkan gradien yang
curam tetapi serat bisa mempertahankan tegangan yang
lebih besar sebelum putus. Elastomer awalnya memiliki
modulus rendah tetapi sekali teregang modulusnya naik
Kurva umum tegangan tarik perpanjangan untuk
plastik seperti polietilena
Awalnya modulus tinggi hingga mencapai titik berdeformasi (yield),
sebelum mencapai titik tersebut perpanjangan dapat balik. Pada
titik tersebut juga diperlihatkan tegangan yang cukup untuk
membuat molekul-molekul terurai dan mengaliri satu sama lain,
dan perpanjangan lebih lanjut bersifat tidak dapat balik.
Jika suhu dinaikkan, modulus tersebut akan tetap tinggi
hingga dipuncak suhu transisi gelas, pada titik dimana
modulus turun dengan tajam.
Log E = skala modulus
Tg = suhu transisi gelas
Modulus yang sangat tinggi merupakan karakteristik dalam
keadaan gelas, tetapi akan menurun tajam saat molekul-molekul
memperoleh kebebasan gerak yang besar. Sampel ini tetap dalam
keadaan karet hingga suhu cukup tinggi untuk menimbulkan aliran.
Selain ketergantungan pada suhu, terdapat
dua sifat penting yang tergantung pada
waktu
1. Krip (aliran dingin) merupakan ukuran dari
perubahan perpanjangan ketika suatu
sampel polimer dikenai tegangan yang
konstan.
2. Relaksasi tegangan, mengacu pada
penurunan tegangan ketika suatu sampel
diperpanjang ke suatu ke perpanjangan
yang konstan
Tabel 1. sifat-sifat mekanik dari homopolimer umum
Sifat
Polimer
Polietilena, massa jenis
rendah
Polietilena, massa jenis tinggi
Polipropilena
Poli(vinil klorida)
Polistirena
Poli(metil metakrilat)
Politetrafluoroetilena
Nilon 66
Poli(etilena tereftalat)
Polikarbonat
Sifat-sifat tarik pada patah
Kekuatan
Modulus
Perpanjanga
(MPa)
(MPa)
n
(%)
8,3-31
172-283
100-650
22-31
1070-1090 10-1200
31-41
1170-1720 100-600
41-52
2410-4140 40-80
36-52
2280-3280 1,2-2,5
48-76
2240-3240 2-10
14-34
400-552
200-400
76-83
60-300
48-72
2760-4140 50-300
66
2380
110
Kekuatan
komprrensif
(MPa)
Kekuatan
fleksur
(MPa)
20-25
38-55
55-90
83-90
72-124
12
103
76-103
86
41-55
69-110
69-101
72-131
42-117
96-124
93
Kekuatan
impak
(N/cm)
Tidak patah
0,23-2,3
0,23-0,57
0,23-1,3
0,20-0,26
0,17-0,34
1,7
0,46-1,2
0,14-0,37
9,1
Tabel 2. sifat-sifat serat
Jenis serat
Alam
Kapas
Wol
Sintesis
Poliester
Nilon
Poliamida aromatik (aramid)
Polibenzimidazola
Polipropilena
Polietilena (kekuatan tinggi)
Anorganik
Gela
Baja
Keuletan
(N/teks)
Gaya berat
spesifik
0,26-0,44
0,09-0,15
1,50
1,30
0,35-0,53
0,40-0,71
1,80-2,0
0,27
0,44-0,79
2,65
1,38
1,14
1,44
1,43
0,90
0,95
0,53-0,66
0,31
2,56
7,7
ARIGATO