SUMMARY PADUAN LOGAM STRUKTUR POLIMER DA

SUMMARY PADUAN LOGAM, STRUKTUR POLIMER DAN APLIKASINYA

Disusun Oleh : SATRIA AUFFA DHIYA ‘ULHAQUE 140310110012 UNIVERSITAS PADJADJARAN JATINANGOR - SUMEDANG 2012

PADUAN LOGAM (METAL ALLOYS)

Types of Metal Alloys

Logam paduan merupakan pencampuran antara dua jenis logam atau lebih ,untuk mendapat sifat fisika ,mekanik ,listrik ,dan visual yang lebih baik. Padauan logam dikelompokan kedalam ferrous alloys yang meliputi steels dan cast iron dan nonferrous

A. Paduan Besi (Ferrous alloys)

Baja merupakan konstituen utama yang diproduksi dalam jumlah yang besar dibandingkan logam lainnya. Baja sangat berguna khususnya untuk teknik kontruksi material , kegunaannya yang luas tidak lepas dari tiga faktor yaitu :

1. Tersedianya bahan baku yang melimpah

2. Kemudahan untuk membentuk

3. Paduan baja dapat disesuaikan untuk memiliki berbagai sifat mekanik dan fisik

Kerugian utama dari paduan baja adalah kerentanan terhadap korosi. Skema klasifikasi berbagai jenis ferrous alloys ,sebagai berikut :

Gambar 1. skema klasifikasi jenis paduan besi

1.Steels

Baja adalah paduan besi-karbon yang mungkin mengandung konsentrasi yang cukup dari elemen paduan lainnya .Ada ribuan paduan yang memiliki komposisi yang berbeda. Sifat mekanik yang sensitif terhadap kandungan karbon, yang biasanya kurang dari 1,0% berat.

Klasifikasi umum dari baja yang sesuai dengan konsentrasi karbon :

1. Low-carbon steels (% wt of C < 0.3)

2. Medium-carbon steels (0.3 <% wt of C < 0.6)

3. High-carbon steels (% wt of C > 0.6)

4. Terdapat subclass dalam masing-masing kelompok sesuai dengan konsentrasi unsur- unsur paduan lainnya.

1.1.Low-Carbon Steels

Low-Carbon Steels terbagi atas Plain Low-Carbon Steels dan High Strengh,Low Alloy. Plain Carbon Steel Plain Carbon Steel mengandung konsentrasi residu selain karbon dan sedikit mangan. Alloy

Steel paduan unsur yang sengaja ditambahkan dalam konsentrasi tertentu. Plain Low-Carbon Steels diproduksi dalam jumlah terbesar, umumnya mengandung kurang dari sekitar 0,25% berat C, tidak responsif terhadap perlakuan panas dimaksudkan untuk membentuk martensit, penguatan dilakukan dengan cold working, mikrostruktur terdiri dari ferit dan perlit konstituen. Paduan ini relatif lunak dan lemah tetapi memiliki keuletan yang luar biasa dan ketangguhan Machinable, weldable, dan dari semua baja, merupakan yang paling mahal untuk diproduksi. Aplikasi yang umum termasuk komponen badan mobil, bentuk struktur (I- balok, saluran dan besi sudut), dan lembaran yang digunakan dalam pipa, bangunan, jembatan, dan kaleng timah. Biasanya memiliki kekuatan luluh dari 275 MPa (40.000 psi), kekuatan tarik antara 415 dan 550 MPa (60.000 dan 80.000 psi), dan daktilitas dari 25% EL.

High Strengh,Low Alloy (HSLA) steels Kelompok lain dari low-carbon alloys adalah high-strength, low-alloy (HSLA) steels,

mengandung unsur-unsur paduan lainnya seperti tembaga, vanadium, nikel, dan molibdenum dalam konsentrasi yang dikombinasikan setinggi 10% berat, memiliki kekuatan lebih tinggi dari plain low-carbon steel. Sebagian besar dapat diperkuat dengan perlakuan panas, memberikan kekuatan tarik lebih dari 480 MPa (70.000 psi). ductile, formable,dan machinable lebih tahan terhadap korosi dibandingkan baja karbon biasa mengganti baja karbon biasa dalam banyak aplikasi di mana kekuatan struktural sangat penting (misalnya, jembatan, menara, tiang penyangga dalam bangunan bertingkat tinggi).

Lembaga-lembaga standarisasi material ,yaitu :

1. AISI ( American Iron and Steel Institute )

2. SAE ( Soiety of Automotive Engineers )

3. ASTM ( American Society for Testing and Materials )

4. UNS ( Uniform Numbering System )

AISIS/SAE Steel Designation System

SAE (Society of Automotive Engineers) menetapkan standard baja yaitu SAE steel grades . Ini terdiri dari empat digit yang menjadi repsrenstasi komposisi kimia. AISI memakai standard dengan system penomoran yang sama dengan SAE, namun menambahkan huruf

untuk menujukan proses pembuatan baja. Sebagai contoh prefix “C” untuk open hea rth

furnace, basic oxygen furnace (BOF) dan “E” untuk electric arc furnace .

• Sistem penomoran AISI/SAE : Dua digit pertama menggambarkan tipe material, yaitu element utama pada digit pertama

dan secondary element pada digit kedua. Dua digit terakhir adalah kandungan element karbon yang dinyatakan dalam seperseratus persen.

Gambar 2. Sistem penomoran AISI/SAE

Contoh 1060, artinya 1 untuk baja karbon ( carbon stee l), 0 untuk menunjukan plain (tidak ditambahkan sulfur dan phospor). Dua digit terakhir yaitu 60 adalah kandungan karbon sebesar 0,60 %.

Untuk baja karbon, digit kedua adalah: -10XX 0 menunjukan plain carbon -11XX 1 menunjukan resulfurized (ditambahkan sulfur) -12XX 2 menunjukan resulfurized dan rephosporized (ditambahkan sulfur dan phosphor)

UNS Designation System

Bila pada AISI/SAE system penomoran terdiri dari 4 digit, UNS mengunakan 6 digit untuk menggambarkan logam baik da ri komposisi kimia, proses manufaktur, dan perlakuan panas. Digit pertama terdiri dari huruf menunjukan jenis logam, yaitu:

AXXXXX A untuk aluminum CXXXXX C untuk copper dan copper alloy FXXXXX F untuk cast iron (besi cor) GXXXXX G untuk baja karbon NXXXXX N untuk nickel dan nickel alloy SXXXXX S untuk stainlles stell WXXXXX W untuk welding filler material ZXXXXX Z untuk zinck dan zinck alloy

Digit kedua sampai digit kelima adalah adaptasi dari sistem penomoran AISI/SAE. Sedangkan digit terakhir sebagai informasi ta mbahan untuk proses perlakuan pana s, tempering contohnya, atau proses manufaktur.

Contoh: UNS G10300

G menunjukan baja karbon 1030 plain carbon steel dengan kandungan karbon 0.30%

0 digit terakhir informasi tambahan mengenai heattreatment dan proses manufaktur.

1.2.Medium-Carbon Steels

Baja ini memiliki komposisi karbon antara 0,2%-0,5% C (berat). Dapat dikeraskan dengan perlakuan panas dengan cara memanaskan hingga fasa austenit dan setelah ditahan beberapa saat didinginkan dengan cepat ke dalam air atau sering disebut quenching untuk memperoleh fasa ang keras yaitu martensit. Baja ini terdiri dari baja karbon sedang biasa (plain) dan baja mampu keras. Kandungan karbon yang relatif tinggi itu dapat meningkatkan kekerasannya. Namun tidak cocok untuk di las, dengan kata lain mampu las nya rendah. Dengan penambahan unsur lain seperti Cr, Ni, dan Mo lebih meningkatkan mampu kerasnya. Baja ini lebih kuat dari baja karbon rendah dan cocok untuk komponen mesin, roda kereta api, roda gigi (gear), poros engkol (crankshaft) serta komponen struktur yang memerlukan kekuatan tinggi, ketahanan aus, dan tangguh. Perlakuan panas paduan lebih kuat daripada baja karbon rendah.

Aplikasi: roda kereta api dan truk, roda gigi, poros engkol, dan bagian mesin lainnya ,kekuatan struktural komponen yang tinggi

Gambar 3. roda gigi ,rel kereta api ,dan bagian mesin lainnya

1.3 High-Carbon Steels

Baja karbon tinggi memiliki komposisi antara 0,6- 1,4% C (berat). Kekerasan dan kekuatannya sangat tinggi, namun keuletannya kurang. baja ini cocok untuk baja perkakas, dies (cetakan), pegas, kawat kekuatan tinggi dan alat potong yang dapat dikeraskan dan ditemper dengan baik. Baja ini terdiri dari baja karbon tinggi biasa dan baja perkakas. Khusus untuk baja perkakas biasanya mengandung Cr, V, W, dan Mo. Biasanya mengandung kromium, vanadium, tungsten, dan molibdenum.

Gambar 4. Kawat baja

1.4 Stainless Steels

Stainless Steels memiliki resistansi yang tinggi terhadap korosi. Baja dibuat tahan korosi sangat dengan penambahan unsur paduan khusus, terutama minimal 12% Cr bersama dengan Ni dan Mo. Stainless steel dibagi menjadi tiga kelas berdasarkan konstituen fase dominan mikro: martensit, feritik, atau austenitic. Aplikasi yang umum termasuk sendok garpu, pisau cukur, pisau bedah, dll.

Gambar 5. Pisau stainless steels

Martensitic stainless steels  Dapat dipanaskan sedemikian rupa untuk memiliki martensit sebagai microconstituent

utama.  Penambahan elemen paduan dalam konsentrasi yang signifikan menghasilkan

perubahan dramatis dalam diagram fasa besi-besi karbida.  Baja tahan karat martensit bersifat magnetis

Ferritic & Austenitic stainless steels  Baja feritik dan austenitik yang mengeras dan diperkuat dengan pekerjaan dingin

(cold working).

 Baja austenitik paling tahan terhadap korosi, dan diproduksi dalam jumlah besar.  Baja austenitik tidak besifat magnetis seperti baja feritik dan martensit, yang bersifat

magnetis. Beberapa baja stainless yang sering digunakan pada suhu tinggi dan dalam lingkungan yang

parah karena baja ini menolak oksidasi dan menjaga integritas mekanik di bawah kondisi seperti di atas batas suhu atmosfer pengoksidasi sekitar 1000 ° C. Peralatan yang menggunakan baja meliputi turbin gas, ketel uap suhu tinggi, pesawat, rudal, dan unit pembangkit tenaga nuklir.

Gambar 6. Turbin Gas

Penomoran Baja

Titik pembagi antara baja dan besi cor adalah kandungan karbon baja adalah 2,11%, dimana pada daerah ini bisa terjadi reaksi eutektik . Pada baja, kita konsentrasi di daerah eutektik (Gambar 12.2) dimana garis kelarutan dan isotermal eutektoid terlihat. A 3 memperlihatkan temperatur dimana ferit mulai terbentuk pada proses pendinginan; A cm memperlihatkan temperatur dimana sementit mulai terbentuk; dan A 1 adalah temperatur eutektoid.

Hampir semua perlakuan panas baja diarahkan untuk mendapatkan struktur campuran ferit dan sementit . Gambar 12.3 memperlihatkan tiga susunan struktur mikro ferit dan sementit yang biasanya dibuat. Pearlit mempunyai struktur lamellar (berlapis) ferit dengan sementit. Pada Bainit , sementit lebih bulat daripada pearlit. Martensit mempunyai struktur campuran halus dan hampir bulat sementit di dalam ferit.

AISI (American Iron and Steel Institute) dan SAE (Society of Automotive Engineers) mempunyai sistem pengelompokan seperti pada tabel 1. Dimana digunakan 4 atau 5 digit angka. Dua angka pertama merujuk pada elemen pemadu utama, dan dua atau tiga angka berikutnya merujuk kepada persentase karbon. Misal: baja AISI 1040 adalah baja karbon dengan kandungan karbon 0,40%.

Tabel 1. Komposisi beberapa baja BS dan AISI-SAE.

Perlakuan Panas Sederhana

Empat perlakuan panas sederhana yaitu: annealing proses, annealing, normalising, dan pheroidising umum dipakai pada baja (Gambar 12.4). Perlakuan panas ini bertujuan untuk mencapai salah satu dari: 1. menghilangkan efek pengerjaan dingin, 2. mengontrol penguatan dispersi dan 3. meningkatkan kemampumesinan.

Annealing proses - Menghilangkan efek pengerjaan dingin. Perlakuan panas rekristalisasi digunakan untuk menghilangkan efek pengerjaan dingin pada baja yang kandungan

karbonnya kurang dari 0,25% dan disebut Anneal proses . Anneal proses dilakukan pada suhu 800C hingga 1700C dibawah temperatur A 1. Ini

diatas temperatur rekristalisasi ferit.

Annealing dan Normalising - Penguatan Dispersi. Baja bisa diperkuat dengan dispersi dengan mengatur kehalusan butir pearlit. Baja pertama-tama dipanaskan untuk menghasilkan austenit yang homogen, langkah ini disebut austenising . Annealing atau anneal penuh (full anneal) adalah mendinginkan baja secara perlahan pada dapur pemanas sehingga menghasilkan butiran pearlit kasar. Normalising adalah mendinginkan baja secara cepat, di udara, sehingga menghasilkan butiran pearlit halus. Gambar 12.5 memperlihatkan sifat-sifat yang diperoleh pada proses annealing dan normalising pada baja karbon biasa.

Pada annealing, pembentukan austenit (austenising) baja hypoeutectoid dilakukan kira-kira 300C diatas A 3, menghasilkan 100% . Austenising untuk baja hypereutectoid dilakukan pada kira-kira 300C diatas A 1, menghasilkan austenit dan Fe3C; proses ini mencegah

pembentukan bentukan yang getas, lapisan tipis kontinyu Fe3C di batas butir yang terjadi pada pendinginan pelan dari daerah 100% . Pada kedua kasus ini dihasilkan pearlit kasar dengan kekuatan rendah namun keuletan tinggi. Pada normalising, austenising dilakukan pembentukan bentukan yang getas, lapisan tipis kontinyu Fe3C di batas butir yang terjadi pada pendinginan pelan dari daerah 100% . Pada kedua kasus ini dihasilkan pearlit kasar dengan kekuatan rendah namun keuletan tinggi. Pada normalising, austenising dilakukan

Spheroidising - Meningkatkan Kemampuan pemesinan. Baja karbon tinggi yang mengandung sejumlah besar Fe3C mempunyai karakteristik pemesinan rendah. Selama

perlakuan spheroidising , yang dilakukan beberapa jam pada suhu kira- kira 300C dibawah

A 1, Fe3C berubah bentuk menjadi partikel besar, speris yang mengurangi area butir. Struktur mikronya disebut karbida spheroid, mempunyai matriks ferit kontinyu yang lunak dan

mampu dimesin (gambar 6). Struktur sejenis didapatkan bila martensit di temper sedikit dibawah A 1 untuk waktu yang lama.

2. BESI TUANG

Besi tuang adalah paduan besi dengan kadar karbon diatas 2.1%wt. Umumnya kadar karbon berkisar antara 3,0-4,5wt%.

 titik leleh : 11500-13000 c, lebih rendah dari baja  mempunyai sifat rapuh/getas.  pembentukan grafit dipengarui oleh : kadar si>1%.  besi tuang umumnya berupa : besi tuang kelabu, besi tuang nodular, besi tuang putih,

dan besi tuang maliable.

2.1 Besi tuang kelabu (gray cast iron)

diproses melalui pendinginan. Struktur : ferit+perlit dan grafit yang berbentuk panjang serpihan. Sifat besi tuang sangat dipengaruhi oleh bentuk grafit. Jenis Besi Tuang ini sering dijumpai (sekitar 70% besi tuang berwarna abu-abu). Mempunyai graphite yang berbentuk FLAKE. Sifat dari Besi Tuang ini kekuatan tariknya tidak begitu tinggi dan keuletannya rendah sekali (Nil Ductility). aplikasi : blok mesin, rangka mesin, perkakas, rangka mesin-mesin lainnya.

2.2 Besi tuang nodular (nodular cast iron)

Perbedaan dengan besi tuang kelabu adalah bentuk grafitnya berbentuk bulat. Bentuk grafitnya yang bulat karena dengan bahan sejumlah kecil magnesium (Mg), cerium (Ce) kedalam besi tuang kelabu. Keuletan dan kekuatan besi tuang nodular lebih tinggi dari besi tuang kelabu.

2.3 Besi tuang putih (White cast iron)

Pada besi tuang putih, kandungan karbonnya tidak membentuk grafit melainkan karbida (Fe3c). Sifat besi tuang ini sangat keras dan cocok untuk digunakan pada peralatan dengan ketahanan aus tinggi seperti alat- alat penghancur (crusher), alat-alat pertambangan, dll.

2.4 Besi tuang mampu tempa (Malleable cast iron)

Besi Tuang jenis ini dibuat dari Besi Tuang Putih dengan melakukan heat treatment kembali yang tujuannya menguraikan seluruh gumpalan graphit (Fe3C) akan terurai menjadi matriks Ferrite, Pearlite dan Martensite. Mempunyai sifat yang mirip dengan Baja.

2.5 Besi tuang graphite yang dipadatkan (Compacted Graphite Cast Iron)

Grafit besi dipadatkan (CGI), juga dikenal sebagai besi grafit vermicular (GJV, VG, JV atau ggv dari Jerman : "Gusseisen mit Vermiculargraphit" ) besi grafit dipadatkan berbeda dalam struktur dari yang di besi abu-abu karena partikel grafit lebih pendek dan lebih tebal. Hal ini mengakibatkan adhesi yang lebih kuat antara grafit dan besi ,sehingga memberikan materi yang lebih besar kekuatan tariknya

B. PABRIKASI LOGAM

1. Forming operation : adalah dimana bentuk potongan logam dirubah dengan proses defomasi plastis.

Jika proses deformasi plastis dilakukan diatas temperatur reskristalisasi maka proses disebut pengerjaan panas (hot working), sedangkan jika dilakukan dibawah temperatur reskristalisasi disebut pengerjaan dingin (cold working).

- pengerjaan panas

dimungkinkan untuk terjadinya deformasi yang lebih besar

energi untuk melakukan deformasi lebih kecil

dari cold working

permukaan logam mengalami oksidasi - pengerjaan dingin :

kualitas permukaan logam yang lebih baik

kontrol dimensi lebih mudah -

Proses forging, rolling, exrusion dan drawing bisa dilihat pada gambar dibawah ini

Forging:

Dilakukan dengan cara memukul potongan logam. Gaya diberikan pada cetak yang mmbentuk produk logam. Contoh produk forging al: pada roda kereta api , kunci kunci, crank shft mobil dll.

Rolling

Proses dilakukan degan melewatkan logam pada 2 buah logam yang aikan mengkompresi logam sehngga tebalnya berkurang. Produk yang di hasilkan bisa berupa bulat, tiang 1 dan rel kereta api, plat dll.

Extrusion

Batangan logam didorong melalui cetakan dan produk akan berbentuk sesuai yang dikehandaiki dan penampang yang lebih kecil. Produk extrusion al ; batangan logam/ kawat, tube, dll.

Drawing

Dilakukan dengan cara menarik potongan logam pada sisi keluar cetakan. Batangan logam,kawat, tube adalah produk produk yang bisa di hasaijkan dengan drawing.

2. Casting

Adalah proses pabrikasi di mana logam cair dituang. Casting dilakukan jika :

1. Bentuk akhir besar atau complicated

2. Kualitas dan kekuata bukan merupakan pertimbangan utama

3. Bahan logam mempunyaikeuletan rendah sehingga tidak bisa dilakukan “forming operation “.

4. Paling ekonomis .

Sand casting (cetakan pasir )

Adalah metoda yang paling umum. Pasir digunakan sebagai bahan cetakan potongan cetakan pasir di buat dengan memadatkan pasir ke pola yang berbentuk dimensi yang diinginkan. Proses pencetakan dilakukan dengan mengalirkan logam cair kedalam cetakan. Contoh produk : silinder blok mobil, fire hydrant, fitting pipa yang besar-besar.

Die casting

Pada die casting, logam didorong masuk cetak pada tekanan tertentu dan kecepatan tinggi dan kemudian logam membeku

dengan menjaga tekanan. Cetakannya biasanya dari baja. Cetakan bisa di gunakan berulang-ulang. Logam coran biasanya dipakai yang mempunyai tiik leleh rendah seperti:

seng, almunium, dan magnesium.

Investment casting

Pola untuk membuat cetakan biasanya dipakai lilin atau palstik. Disekililing pola dituang lumpur cair biasanya dari bahan gips. Setelah mengeras cetakan dipanaskan sehingga lilin didalamnya menguap. Cetakan siap digunakan . Teknik ini biasanya digunakan untuk cetakan dengan dengan kualitas tinggi. Dan produk akhir yang tinggi. Contohnya : perhiasan, gigi palsu dll.

3. TEKNIK-TEKNIK LAIN

Metalurgi bubuk (powder methallurgy)

Dipakai untuk menghasilkan produk akhir yang tingkat kerapatan nya tinggi. Proses dilakukan dengan memanfaatkan bubuk logam dan diikui dengan perlakuan panas.

Pengelasan (Welding)

Pengelasan dilakukan untuk menyambung dua atau lebih potongan menjadi satu potongan logam. Pengelasan dilakukan apabila membentuk potongan logam menelan biaya tinggi atau susah untuk dilakukan.

Fungsi – Fungsi Zat Tambahan :

Untuk mendapatkan baja yang lebih baik lagi, diantaranya dilakukan penambahan beberapa zat-zat berikut:

Molibdenum (Mo)

Penambahan Molibdenum (Mo) bertujuan untuk memperbaiki ketahanan korosi pitting dan korosi celah Unsur karbon rendah

Kromium (Cr)

Penambahan kromium (Cr) bertujuan meningkatkan ketahanan korosi dengan membentuk

lapisan oksida (Cr 2 O 3 ) dan ketahanan terhadap oksidasi temperatur tinggi.

Krom membentuk sebuah lapisan tidak aktif Kromium(III) Oksida (Cr 2 O 3 ) ketika bertemu oksigen. Lapisan ini terlalu tipis untuk dilihat, sehingga logamnya akan tetap berkilau. Logam ini menjadi tahan air dan udara, melindungi logam yang ada di bawah lapisan tersebut. Fenomena ini disebut Passivation

Nikel (Ni)

Penambahan nikel (Ni) bertujuan untuk meningkatkan ketahanan korosi dalam media pengkorosi netral atau lemah. Nikel juga meningkatkan keuletan logam. Penambahan nikel meningkatkan ketahanan korosi tegangan.

Aluminium (Al)

Unsur aluminium (Al) meningkatkan pembentukan lapisan oksida pada temperature tinggi.

Titanium atau Niobium

penambahan unsur penstabil karbida (titanium atau niobium) bertujuan menekan korosi batas butir pada material yang mengalami proses sensitasi.

Hot dan Cold Working

Hot working didefinisikan sebagi deformasi plastis logam di atas suhu rekristaliasinya. Yang perlu diingat bahwa beda material beda suhu rekristalisasinya.

Misalnya tin / timah putih (Sn) pada suhu kamar, baja pada suhu 2000 0

F, tungsten pada suhu sampai 4000 0 F belum mencapai daerah hot working. Kenaikan suhu berpengaruh terhadap

penurunan tegangan yield logam dan meningkatkan keuletannya.

Keuntungan Hot working

 Pada suhu hot working, rekristalisasi mengeliminasi efek dari strain hardening (pengerasan regang) sehingga tidak ada keniakan signifikan dalam kekuatan yield atau

kekerasan atau penurunan keuletan.  Kurva stress-strain sebenarnya mendatar di atas titik yield dan deformasi dapat

dipakai mengubah secara drastic bentuk logam tanpa takut akan retak atau diperlukan gaya yang sangat besar.

 Mengurangi atau menghilangkan ketidakhomogenan kimiawi  Pori-pori dapat dilas atau direduksi ukurannya selama deformasi  Struktur metalurgis dapat diubah untuk meningkatkan sifat akhir  Pada baja pada suhu rekristalisasi deformasi terjadi pada struktur Krista austenit FCC

yang lemah dan ulet dari pada ferrit BCC yang kuat dan stabil pada suhu rendah.

Kelemahan Hot working

 Suhu tinggi dari hot working meningkatkan reaksi logam dengan sekitarnya  Toleransi yang miskin karena pemendekan termal dan kemungkinan pendinginan

yang tidak uniform  Struktur metalurgis mungkin juga tidak uniform Karena ukuran butir akhir tergantung

pada reduksi, suhu pada akhir deformasi dan faktor yang lain yang bervariasi sepanjang benda kerja

Cold working adalah deformasi plastis logam di bawah suhu rekristalisasi. Proses biasanya pada suhu kamar, tetapi penaikan suhu ringan biasa digunakan untuk meningkatkan keuletan dan mengurangi kekuatan.

Keunggulan cold working dibanding hot working  Tidak diperlukan panas

 Permuakan akhir yang diperolehlebih bagus  Kontrol dimensi lebih bagus sehingga sedikit/tidak memerlukan pemesinan lanjutan  Produk memiliki kemampuan reproduksi dan mampu tukar yang lebih bagus  Sifat kekuatan, kelelahan dan keausan ditingkatkan melalui strain hardening  Sifat terarah dapat diberikan  Problem kontaminasi diminimisasi

Kelemahan cold working

 Diperlukan gaya yang lebih besar untuk memulai dan menyelesaikan proses cold work  Diperlukan perangkat yang lebih berat dan lebih kuat  Kurang keuletan  Permukaan logam harus bersih bebas sisik  Anneal antara mungkin diperlukan untuk mengkompen-sasi hilang keuletan yang

menyertai strain hardening  Pemberian sifat yang terarah mungkin merusak

 Tegangan sisa yang tak diinginkan mungkin diproduksi

Sifat logam pada cold working

Kesesuaian suatu logam untuk dicold work ditentukan oleh sifat keuletan, di mana sifat ini merupakan konsekuensi langsung dari struktur metalurgis. Kemudian proses cold work mengubah struktur logam dan pada akhirnya mengubah sifat keuletan produk

STRUKTUR POLIMER DAN APLIKASINYA STRUKTUR POLIMER

Menurut Bahasa Latin polimer berasal dari dua kata yaitu poli dan meros. Poli berarti banyak sedangkan meros berarti bagian, polimer berarti banyak bagian, terdiri dari banyak monomer yang membentuk polimer. Sedangkan monomer adalah molekul sederhana dan kecil yang menjadi penyusun molekul dan senyawa yang lebih besar dan kompleks.

 MOLEKUL HIDROKARBON Karena polimer kebanyakan adalah organic, bahan organik banyak berupa hidrokarbon,

yaitu mereka terdiri dari hidrogen dan karbon. Selanjutnya, ikatan intramolekul yang kovalen. Setiap atom karbon memiliki empat elektron yang dapat berpartisipasi dalam ikatan kovalen, sedangkan setiap atom hidrogen hanya memiliki satu elektron ikatan.

Sebuah ikatan kovalen tunggal terjadi ketika masing-masing dua atom ikatan menyumbangkan satu elektron, sebagaimana sebuah molekul gas metana (CH4). Ikatan ganda dan tiga antara dua atom karbon melibatkan berbagi dua dan tiga pasang elektron, masing-masing. Misalnya, dalam etilena, yang memiliki rumus kimia C2H4, dua atom karbon ganda terikat bersama, dan masing-masing juga tunggal terikat pada dua atom hydrogen yang menunjukkan ikatan kovalen tunggal dan ganda, masing-masing. Contoh dari ikatan rangkap tiga ditemukan dalam asetilena, C2H2.

Molekul yang memiliki ikatan kovalen dua dan tiga yang disebut tak jenuh. Artinya, setiap atom karbon tidak terikat pada atom maksimum (empat) lainnya, karena itu, adalah mungkin untuk atom lain atau kelompok atom untuk menjadi melekat pada molekul aslinya. Selain itu, untuk hidrokarbon jenuh, semua ikatan adalah yang tunggal, dan tidak ada atom baru dapat bergabung tanpa penghapusan lain yang sudah terikat.

 MOLEKUL POLIMER Molekul-molekul dalam polimer raksasa dibandingkan dengan molekul hidrokarbon

yang sudah dibahas, karena ukuran mereka mereka sering disebut sebagai makromolekul.Dalam setiap molekul, atom-atom terikat bersama oleh ikatan kovalen interatomik.

Untuk rantai karbon polimer, tulang punggung setiap rantai adalah string dari atom karbon. Seringkali masing-masing atom tunggal karbon berikatan dengan dua atom karbon yang berdekatan di kedua sisi, hal ini diwakili bagan dalam dua dimensi sebagai berikut:

Pertimbangkan lagi etilen hidrokarbon (C2H4), yang merupakan gas pada suhu kamar dan tekanan dan memiliki struktur molekul berikut:

Jika gas etilen direaksikan dalam kondisi yang tepat, itu akan mengubah ke polyethylene (PE), yang merupakan bahan polimer padat. Proses ini dimulai ketika sebuah pusat aktif dibentuk oleh reaksi antara inisiator atau spesies katalis (R.) dan monomer etilen, sebagai berikut:

Rantai polimer kemudian membentuk dengan penambahan berurutan unit monomer ini molekul rantai aktif tumbuh. Situs aktif, atau elektron tidak berpasangan (dilambangkan dengan. ), ditransfer ke masing-masing monomer akhir berturut-turut seperti yang terkait dengan rantai. Hal ini dapat diwakili bagan sebagai berikut:

Hasil akhir, setelah penambahan unit monomer etilen banyak, adalah molekul polyethylene. Ini struktur rantai polyethylene juga dapat direpresentasikan sebagai:

Representasi pada Gambar tidak sepenuhnya benar bahwa sudut antara atom karbon tunggal berikat tidak 180 ˚ seperti yang ditunjukkan, melainkan dekat dengan 109˚.Sebuah model tiga dimensi yang lebih akurat adalah salah satu di mana atom karbon membentuk pola zigzag.

 BERAT MOLEKULER

Berat molekul rata-rata dapat ditentukan dengan pengukuran berbagai sifat fisik seperti viskositas dan tekanan osmotik. Ada beberapa cara untuk mendefinisikan berat molekul rata- rata. Berat molekul rata-rata diperoleh dengan membagi rantai menjadi serangkaian rentang ukuran dan kemudian menentukan fraksi jumlah rantai dalam setiap berbagai ukuran gambar

a. Jumlah berat molekul rata-rata dinyatakan sebagai:

M i merupakan berat molekul rata-rata dari berbagai ukuran i, dan x i adalah fraksi dari jumlah total rantai dalam berbagai ukuran yang sesuai. Berat rata-rata molekul didasarkan pada fraksi berat molekul dalam rentang berbagai ukuran (Gambar b). Hal ini dihitung berdasarkan:

Dimana M i adalah berat molekul rata-rata dalam berbagai ukuran, sedangkan w i menunjukkan fraksi berat molekul dalam interval ukuran yang sama. Sebuah cara alternatif untuk mengungkapkan ukuran rata-rata rantai polimer adalah sebagai derajat polimerisasi, DP, yang merupakan rata-rata jumlah unit berulang dalam rantai. DP berkaitan dengan berat rata-rata jumlah molekul dengan persamaan:

dimana m adalah berat molekul unit berulang. Kebanyakan sifat polimer dipengaruhi oleh panjang rantai polimer. Sebagai contoh, peningkatan suhu leleh atau pelunakan dengan berat molekul meningkat (sampai sekitar 100.000 g/mol). Pada suhu kamar, polimer dengan rantai yang sangat singkat (yang memiliki berat molekul pada urutan 100 g/mol) pada umumnya akan berbentuk sebagai cairan. Mereka yang memiliki berat molekul sekitar 1000 g/mol akan berbentuk padatan lilin (seperti lilin parafin) dan resin lembut. Polimer padat (kadang-kadang disebut polimer tinggi), yang menjadi perhatian utama di sini, umumnya memiliki berat molekul berkisar antara 10.000 dan dimana m adalah berat molekul unit berulang. Kebanyakan sifat polimer dipengaruhi oleh panjang rantai polimer. Sebagai contoh, peningkatan suhu leleh atau pelunakan dengan berat molekul meningkat (sampai sekitar 100.000 g/mol). Pada suhu kamar, polimer dengan rantai yang sangat singkat (yang memiliki berat molekul pada urutan 100 g/mol) pada umumnya akan berbentuk sebagai cairan. Mereka yang memiliki berat molekul sekitar 1000 g/mol akan berbentuk padatan lilin (seperti lilin parafin) dan resin lembut. Polimer padat (kadang-kadang disebut polimer tinggi), yang menjadi perhatian utama di sini, umumnya memiliki berat molekul berkisar antara 10.000 dan

 BENTUK MOLEKULER Ikatan rantai tunggal mampu berputar dan membungkuk dalam tiga dimensi. Perhatikan

atom rantai pada Gambar a, sebuah atom karbon ketiga mungkin terletak pada setiap titik pada kerucut dari revolusi dan masih subtend sekitar sudut 109 ˚ dengan ikatan antara dua atom lainnya. Sebuah hasil segmen rantai lurus ketika atom rantai berurutan diposisikan seperti pada Gambar b. Di sisi lain, rantai membungkuk dan memutar mungkin terjadi ketika ada rotasi atom rantai ke posisi lain, seperti digambarkan pada Gambar c

Polimer terdiri dari sejumlah besar rantai molekul, yang masing- masing dapat menekuk, terlilit, dan kusut seperti pada Gambar di samping. Hal ini menyebabkan terjalinnya belitan rantai molekul, situasi yang sama dengan benang pancing yang sangat kusut. Lilitan acak ini dan keterbelitan molekul bertanggung jawab untuk sejumlah

karakteristik penting dari polimer, untuk menyertakan ekstensi elastis besar ditampilkan oleh bahan karet.

 STRUKTUR POLIMER

- POLIMER LINEAR Polimer linier adalah mereka di mana unit berulang yang bergabung bersama-sama ujung ke ujung dalam rantai tunggal. Ini rantai panjang yang fleksibel, yang diwakili secara skematik pada Gambar a, di mana setiap lingkaran mewakili unit berulang. Untuk polimer linier, mungkin ada ikatan hidrogen antara rantai. Beberapa polimer

umum bahwa form dengan struktur linear adalah polietilen, poli (vinil klorida), polystyrene, poli (metil metakrilat), nilon, dan fluorocarbons.

- POLIMER BERCABANG

Polimer dapat disintesis di mana sisi-cabang rantai yang terhubung ke yang utama, seperti yang ditunjukkan secara skematik pada Gambar b, ini adalah dengan tepat disebut polimer bercabang. Cabang-cabang dianggap sebagai bagian dari molekul-rantai utama, mungkin hasil dari reaksi samping yang terjadi selama sintesis polimer. Efisiensi kemasan rantai dikurangi dengan pembentukan cabang samping, yang menghasilkan penurunan kepadatan polimer. Polimer yang membentuk struktur linear juga dapat bercabang. Misalnya, high-density polyethylene (HDPE) terutama polimer linier, sedangkan low-density polyethylene (LDPE) mengandung cabang rantai pendek.

- POLIMER SILANG Dalam polimer silang, rantai linear berdekatan bergabung satu sama lain di berbagai

posisi oleh ikatan kovalen, yang diwakili dalam Gambar c. Proses dari silang dicapai baik selama sintesis atau dengan reaksi kimia nonreversible. Seringkali, ikatan silang ini dilakukan dengan atom yang terikat secara kovalen pada rantai. Banyak dari bahan karet elastis mempunyai ikatan silang, dalam karet ini disebut vulkanisasi.

- POLIMER JARINGAN Monomer multifungsi membentuk tiga atau lebih ikatan kovalen aktif membuat tiga-

dimensi jaringan (Gambar d) dan disebut polimer jaringan. Sebenarnya, polimer yang sangat silang juga dapat diklasifikasikan sebagai polimer jaringan. Bahan-bahan ini memiliki sifat mekanik dan termal yang khas, sedangkan epoksi, poliuretan, dan fenol-formaldehid merupakan anggota grup ini.

 KONFIGURASI MOLEKULER Untuk polimer yang memiliki lebih dari satu atom samping atau kelompok atom terikat

pada rantai utama, keteraturan dan simetri susunan gugus samping dapat secara signifikan mempengaruhi sifat. Misal :

dimana R merupakan gugus atom atau sisi lain dari hidrogen (misalnya, Cl, CH 3 ). Salah satu pengaturan yang mungkin ketika kelompok sisi R dari unit berulang berturut terikat pada atom karbon alternatif sebagai berikut:

Hal ini ditetapkan sebagai konfigurasi kepala hingga-ekor. Komplemennya, konfigurasi

Dalam polimer kebanyakan, konfigurasi kepala hingga ekor mendominasi, sering terjadi tolakan kutub antara kelompok R untuk head to head konfigurasi. Isomerisme juga ditemukan dalam molekul polimer, konfigurasi atom dimana berbeda yang mungkin untuk komposisi yang sama.

- STEREOISOMERISM Stereoisomerism menunjukkan situasi di mana atom dihubungkan bersama dalam

urutan yang sama (kepala hingga-ekor), tetapi berbeda dalam penataan ruang mereka. Untuk satu stereoisomer, semua kelompok R yang terletak di sisi yang sama dari rantai sebagai berikut:

Ini disebut konfigurasi isotaktik. Diagram ini menunjukkan pola zigzag dari atom karbon rantai. Selanjutnya, representasi dari geometri struktur dalam tiga dimensi penting, seperti yang ditunjukkan oleh yang berbentuk irisan ikatan. Dalam konfigurasi sindiotaktis, kelompok R sisi alternatif rantai:

ATAU

Konversi dari satu stereoisomer yang lain (misalnya, isotaktik ke sindiotaktis) tidak mungkin dengan rotasi sederhana tentang ikatan rantai tunggal, ikatan ini harus terlebih dahulu dipotong, kemudian setelah rotasi yang tepat, mereka kembali terbentuk. Pada kenyataannya, polimer tertentu tidak menunjukkan hanya satu dari konfigurasi ini, bentuk dominan tergantung pada metode sintesis.

- ISOMERISME GEOMETRIS Isomer geometri, yang mungkin dalam unit berulang yang memiliki ikatan rangkap

antara atom-atom rantai karbon. Terikat pada setiap atom karbon berpartisipasi dalam ikatan rangkap adalah kelompok sisi, yang dapat terletak di salah satu sisi rantai atau sebaliknya. Pertimbangkan unit isoprena berulang memiliki struktur: antara atom-atom rantai karbon. Terikat pada setiap atom karbon berpartisipasi dalam ikatan rangkap adalah kelompok sisi, yang dapat terletak di salah satu sisi rantai atau sebaliknya. Pertimbangkan unit isoprena berulang memiliki struktur:

struktur trans, yang CH 3 dan H berada di sisi berlawanan dari ikatan rangkap. Trans- poliisoprena, kadang-kadang disebut getah perca, memiliki sifat yang jelas berbeda dari karet alam sebagai akibat dari konfigurasi perubahan ini. Konversi trans ke cis, atau sebaliknya, tidak mungkin oleh rotasi ikatan rantai sederhana karena ikatan rantai ganda sangat kaku.

Meringkas bagian sebelumnya, molekul polimer dapat dicirikan dalam hal ukuran, bentuk dan struktur. Ukuran molekul ditentukan dalam hal berat molekul (atau derajat polimerisasi). Bentuk molekul berhubungan dengan derajat memutar rantai, melingkar, dan membungkuk. Struktur molekul tergantung pada cara di mana unit struktural bergabung bersama-sama. Linier, bercabang, silang, dan struktur jaringan adalah mungkin, di samping konfigurasi isomerik beberapa (isotaktik, sindiotaktis, ataktik, cis, dan trans).

 POLIMER TERMOPLASTIK DAN TERMOSETTING Respon dari polimer terhadap kekuatan mekanik pada temperatur tinggi berhubungan dengan struktur molekul yang dominan. Bahkan, salah satu skema klasifikasi untuk materi-

materi ini sesuai dengan perilaku dengan meningkatnya suhu. Termoplastik (atau polimer termoplastik) dan termoset (atau polimer termoseting) adalah dua subdivisi. Termoplastik melunak bila dipanaskan (dan akhirnya mencair) dan mengeras bila didinginkan-proses yang benar-benar reversibel dan dapat diulang. Pada tingkat molekuler, karena suhu dinaikkan, kekuatan ikatan sekunder berkurang (dengan gerakan molekul meningkat) sehingga gerakan relatif dari rantai yang berdekatan difasilitasi ketika penekanan diterapkan. Hasil degradasi ireversibel ketika termoplastik polimer cair dinaikkan sampai suhuyang terlalu tinggi. Selain itu, termoplastik relatif lembut. Kebanyakan polimer linier dan mereka memiliki beberapa struktur bercabang dengan rantai fleksibel termoplastik. Bahan-bahan ini biasanya dibuat oleh aplikasi simultan panas dan tekanan. Contoh polimer termoplastik umum termasuk polietilen, polistiren, poli (etilena tereftalat), dan poli (vinil klorida).

Polimer termoseting adalah polimer jaringan. Mereka menjadi permanen keras selama pembentukan dan tidak melunak pada pemanasan. Polimer jaringan memiliki ikatan silang kovalen antara rantai molekul yang berdekatan. Selama perawatan panas, ikatan ini menambatkan rantai bersama-sama untuk melawan gerakan rantai vibrasi dan rotasi pada Polimer termoseting adalah polimer jaringan. Mereka menjadi permanen keras selama pembentukan dan tidak melunak pada pemanasan. Polimer jaringan memiliki ikatan silang kovalen antara rantai molekul yang berdekatan. Selama perawatan panas, ikatan ini menambatkan rantai bersama-sama untuk melawan gerakan rantai vibrasi dan rotasi pada

 KOPOLIMER Kimiawan polimer dan ilmuwan terus mencari bahan baru yang dapat dengan mudah

dan ekonomis disintesis dan dibuat, dengan sifat ditingkatkan atau kombinasi properti yang lebih baik daripada yang ditawarkan oleh homopolimer dibahas sebelumnya. Satu kelompok bahan-bahan adalah kopolimer.

Tergantung pada proses polimerisasi dan fraksi relatif jenis ulangi unit, pengaturan urutan yang berbeda sepanjang rantai polimer yang mungkin. Untuk satu, seperti digambarkan pada Gambar a, dua unit yang berbeda secara acak tersebar di sepanjang rantai dalam apa yang disebut kopolimer acak. Untuk kopolimer bergantian, seperti namanya, unit berulang dua posisi rantai alternatif, seperti yang diilustrasikan pada b. Sebuah kopolimer blok adalah satu di mana unit berulang identik berkerumun di blok sepanjang rantai (Gambar c). Akhirnya, cabang samping homopolimer dari satu jenis dapat dicangkokkan ke rantai homopolimer utama yang terdiri dari unit ulangi yang berbeda, seperti material disebut kopolimer cangkok (Gambar d).

 KRISTALINITAS POLIMER Keadaan kristal mungkin ada dalam bahan polimer. Namun, karena melibatkan molekul

bukan dari atom atau ion, seperti dengan logam dan keramik, pengaturan atom akan lebih kompleks untuk polimer. Substansi molekuler memiliki molekul kecil (misalnya, air dan metana) biasanya baik benar-benar kristal (sebagai padatan) atau benar-benar amorf (seperti cairan). Sebagai konsekuensi dari ukuran dan sering kompleksitas, molekul polimer seringkali hanya sebagian kristal (atau semicrystalline), memiliki daerah kristal tersebar dalam bahan amorf tersisa. Setiap gangguan rantai atau isalignment akan mengakibatkan wilayah amorf, suatu kondisi yang cukup umum, karena memutar, pengkusutan, dan bukan dari atom atau ion, seperti dengan logam dan keramik, pengaturan atom akan lebih kompleks untuk polimer. Substansi molekuler memiliki molekul kecil (misalnya, air dan metana) biasanya baik benar-benar kristal (sebagai padatan) atau benar-benar amorf (seperti cairan). Sebagai konsekuensi dari ukuran dan sering kompleksitas, molekul polimer seringkali hanya sebagian kristal (atau semicrystalline), memiliki daerah kristal tersebar dalam bahan amorf tersisa. Setiap gangguan rantai atau isalignment akan mengakibatkan wilayah amorf, suatu kondisi yang cukup umum, karena memutar, pengkusutan, dan

Derajat kristalinitas dapat berkisar dari sepenuhnya amorf hampir seluruhnya (sampai sekitar 95%) kristal, sebaliknya, spesimen logam hampir selalu seluruhnya kristal, sedangkan keramik banyak baik benar-benar kristal atau benar-benar bentuk non-kristalin. Kepadatan dari polimer kristalin akan lebih besar daripada satu amorf dari berat molekul dan bahan yang sama, karena rantai yang lebih erat dikemas bersama-sama untuk struktur kristal. Derajat kristalinitas oleh berat dapat ditentukan dari pengukuran kepadatan yang akurat, sesuai dengan:

di mana ρ s adalah densitas spesimen yang kristalinitas persen akan ditentukan, ρ a adalah kepadatan dari polimer amorf, dan ρ c adalah densitas polimer kristalin sempurna. Nilai-nilai ρ a dan ρ c harus diukur dengan cara eksperimen lain.

Derajat kristalinitas polimer tergantung pada laju pendinginan selama pemadatan serta pada konfigurasi rantai. Selama kristalisasi pada pendinginan melalui titik leleh, rantai yang sangat acak dan terjerat dalam cairan kental, harus mengasumsikan diperintahkan untuk konfigurasi. Agar hal ini terjadi, waktu yang cukup harus memungkinkan untuk rantai untuk bergerak dan menyesuaikan diri.

Untuk polimer linier, kristalisasi mudah dicapai karena ada beberapa pembatasan untuk mencegah keselarasan rantai. Setiap cabang samping mengganggu kristalisasi, sehingga polimer bercabang tidak pernah sangat kristalin, bahkan, percabangan berlebihan dapat mencegah kristalisasi apapun. Sebagian besar polimer jaringan dan silang hampir sepenuhnya amorf karena crosslinks mencegah rantai polimer dari menata ulang dan menyelaraskan ke dalam struktur kristalin. Sebuah polimer silang sedikit yang sebagian kristalin. Berkenaan dengan stereoisomer, polimer ataktis sulit untuk mengkristal, namun, isotaktik dan sindiotaktis polimer mengkristal jauh lebih mudah karena keteraturan geometri dari kelompok sisi mempermudah proses pas bersama rantai yang berdekatan. Untuk kopolimer, sebagai aturan umum, unit berulang lebih teratur dan acak pengaturan, semakin besar kecenderungan untuk pengembangan noncrystallinity. Untuk kopolimer bergantian dan blok ada beberapa kemungkinan kristalisasi. Di sisi lain, kopolimer acak dan cangkok biasanya amorf. Sampai batas tertentu, sifat fisik bahan polimer dipengaruhi oleh derajat kristalinitas. Kristal polimer biasanya lebih kuat dan lebih tahan terhadap peleburan dan pelunakan oleh

 KRISTAL POLIMER Struktur daerah kristalin dapat disimpulkan dengan pemeriksaan kristal polimer

tunggal, yang dapat tumbuh dari larutan encer. Kristal ini secara teratur berbentuk, platelet tipis (atau lamellae), kira-kira 10 sampai 20 nm tebal, dan pada urutan 10 μm panjang. Seringkali, platelet akan membentuk struktur berlapis-lapis, seperti yang ditunjukkan dalam mikrograf elektron dari kristal tunggal polyethylene pada Gambar dibawah ini.

Rantai molekul dalam setiap kali lipat platelet bolak-balik pada diri mereka sendiri, dengan lipatan yang terjadi di muka, struktur ini, tepat disebut model rantai-dilipat, diilustrasikan secara skematik pada Gambar berikut.

Setiap platelet akan terdiri dari sejumlah molekul, namun, panjang rantai rata-rata akan jauh lebih besar dari ketebalan platelet. Sebagian besar Polimer banyak yang mengkristal dari lelehan yang merupakan semicrystalline dan membentuk struktur sferulit. Seperti tersirat oleh nama, sferulit masing- masing mungkin tumbuh menjadi kasar berbentuk bulat, salah satunya, seperti yang ditemukan dalam karet alam, ditunjukkan dalam mikrograf elektron transmisi dalam foto (d) bab-bab pembuka ini. Sferulit terdiri dari agregat pita seperti rantai- dilipat kristalit (lamellae) sekitar 10 nm tebal yang memancar Setiap platelet akan terdiri dari sejumlah molekul, namun, panjang rantai rata-rata akan jauh lebih besar dari ketebalan platelet. Sebagian besar Polimer banyak yang mengkristal dari lelehan yang merupakan semicrystalline dan membentuk struktur sferulit. Seperti tersirat oleh nama, sferulit masing- masing mungkin tumbuh menjadi kasar berbentuk bulat, salah satunya, seperti yang ditemukan dalam karet alam, ditunjukkan dalam mikrograf elektron transmisi dalam foto (d) bab-bab pembuka ini. Sferulit terdiri dari agregat pita seperti rantai- dilipat kristalit (lamellae) sekitar 10 nm tebal yang memancar

Spherulites dianggap analog polimer dari biji-bijian dalam logam dan keramik polikristalin. Namun, seperti yang dibahas sebelumnya, setiap sferulit terdiri dari banyak kristal lamelar yang berbeda, di samping itu, beberapa materi amorf, Polyethylene, polypropylene, poli (vinil klorida), politetrafluoroetilena, dan bentuk nilon struktur spherulitic ketika mereka mengkristal dari mencair.

 CACAT PADA POLIMER Konsep cacat titik berbeda dalam polimer dibandingkan logam dan keramik, sebagai

konsekuensi dari makromolekul seperti rantai dan sifat dari keadaan kristalin untuk polimer. Titik cacat serupa dengan yang ditemukan dalam logam telah diamati di daerah kristalin dari bahan polimer, ini termasuk kekosongan dan atom interstisial dan ion. Ujung rantai dianggap cacat karena mereka secara kimiawi berbeda dengan unit rantai normal. Kekosongan juga

dikaitkan dengan ujung rantai 15 . Namun, cacat tambahan dapat dihasilkan dari cabang dalam rantai polimer atau segmen rantai yang muncul dari kristal. Bagian rantai dapat meninggalkan kristal polimer dan masukkan kembali pada titik yang lain, menciptakan lingkaran, atau dapat

memasukkan kristal kedua untuk bertindak sebagai ikatan molekul 13 . Dislokasi ulir juga terjadi pada kristal polimer 15 . Ketidakmurnian atom / ion atau kelompok atom / ion dapat dimasukkan dalam struktur molekul sebagai interstisi, mereka juga dapat dikaitkan dengan rantai utama atau cabang samping sebagai pendek. Selain itu, permukaan rantai-dilipat lapisan 13 dianggap cacat antarmuka, seperti juga batas antara dua wilayah yang berdekatan dengan kristalin.

 DIFUSI PADA MATERIAL POLIMER Untuk bahan polimer, minat kita sering dalam gerakan difusif molekul asing kecil (misalnya, O2, H2O, CO2, CH4) antara rantai molekul, bukan dalam gerakan difusif atom

rantai dalam struktur polimer. Permeabilitas sebuah polimer dan karakteristik penyerapan berhubungan dengan sejauh mana zat asing berdifusi ke dalam bahan. Penetrasi dari bahan- bahan asing dapat menyebabkan reaksi pembengkakan dan/atau bahan kimia dengan molekul polimer, dan sering degradasi sifat material mekanik dan fisik.

Tingkat difusi ini lebih besar melalui daerah amorf daripada melalui daerah kristalin, struktur bahan amorf lebih "terbuka". Mekanisme difusi ini dapat dianggap analog dengan difusi interstisial dalam logam-yang, dalam polimer, gerakan difusif terjadi melalui rongga kecil antara rantai polimer dari satu daerah amorf terbuka ke yang terbuka yang berdekatan. Ukuran molekul asing juga mempengaruhi laju difusi: molekul yang lebih kecil menyebar lebih cepat daripada yang lebih besar. Selain itu, difusi adalah lebih cepat untuk molekul asing yang secara kimiawi inert daripada mereka yang berinteraksi dengan polimer.

Salah satu langkah dalam difusi melalui membran polimer adalah pembubaran spesies molekul dalam bahan membran. Pelarutan ini adalah proses tergantung waktu, dan, jika lebih lambat dari gerakan difusif, dapat membatasi tingkat keseluruhan difusi. Akibatnya, sifat difusi dari polimer sering dicirikan dalam hal koefisien permeabilitas (dilambangkan dengan P M ), di mana untuk kasus keadaan setimbang difusi melalui membran polimer, hukum pertama Fick diubah sebagai

Dalam ungkapan ini, J adalah fluks difusi gas melalui membran [(cm3 STP) / (cm2. s)], P M adalah koefisien permeabilitas, x adalah ketebalan membran, dan P adalah perbedaan tekanan gas di membran. Untuk molekul kecil dalam polimer nonglassy koefisien permeabilitas dapat diperkirakan sebagai produk dari koefisien difusi (D) dan kelarutan spesies menyebar dalam polimer (S)-yaitu,