PEMBUATAN DAN UNSUR PENYUSUN MATRIX (PLASTIC) THERMOPLASTIC DAN THERMOSET

I.             PENDAHULUAN

Matriks adalah bahan dasar pembentuk komposit yang mengikat pengisi dengan tidak terjadi ikatan secara kimia. Matriks dalam  suatu komposit polimer berperan untuk mempertahankan posisi dan orientasi serat untuk melindunginya dari pengaruh  lingkungan. Matrik dalam   komposit mempunyai peran sebagai berikut :

1.      Sebagai pengikat partikel penguat.

2.      Pendistribusi beban yang dikenakan pada material komposit kepada partikel penguat.

3.      Melindungi partikel penguat dari kerusakan eksternal.

Polimer merupakan suatu makro molekul, tersusun dari molekul rantai panjang yang berulang-ulang. Saat ini polimer digunakan secara luas karena sifat polimer lebih ringan dan tidak korosif dibandingkan dengan matrik logam dan harganya yang relatif lebih murah dibandingkan matrik keramik. Polimer terdiri dari banyakmonomer yang saling mengikat dalam ikatan kimia membentuk suatu solid. Polimer matrik komposit secara umum terdiri dari tiga macam yaitu termoset, termoplastik dan rubber (karet) [Sulistia Rudi, 2006].

 

Polimer terbuat dari ribuan unit molekul kecil yang disebut monomer. Prosespenggabungan molekul-molekul tersebut dinamakan polimerisasi dan jumlah unit dalam  molekul besar yang tersusun dinamakan derajat polimerisasi. Nama-nama dari polimer yang tersusun dari awalan poli dan diikuti nama monomernya, misalnya poliester tersusun dari poli dan ester. Secara umum terdapat dua macam plastik, yaitu Thermoplastic dan Thermoset.

Ada beberapa masalah yang dihadapi pada proses pembentukan dan pembuatan partikel plastik, dengan mempertimbangkan kebutuhan dan kemudahan dalam pembentukannya, diantaranya bagaimana memilih jenis plastik yang dapat diproses sesuai dengan cetakan yang dibutuhkan? Apa saja yang dibutuhkan dalam proses pembentukan plastik dengan karakteristik tertentu, dengan penanganan secara khusus? Apakah pabrik yang memproduksi plastik tersebut sudah mampu untuk mengerjakannya sesuai dengan prosedur yang tepat?

Inilah masalah utama yang harus ditanggapi secara serius. Apa saja yang bagian-bagian yang dapat dimanfaatkan dari proses pembentukan plastik, seperti pada pembentukan plastik jenis polyethylene ataupun polybenzimidizole ?

II.          KOMPOSIT POLIMER

Beberapa metode proses pembentukan komposit polimer, diantaranya :

·         Tipe matriks, seperti pada thermoplastik dan thermosetting

·         Pemberian perkuatan, seperti pada serat plastik, serat karbon, kaca, keramik dan beberapa logam buatan.

a.      Type perkuatan

Tujuan utama perkuatan polimer pada material plastik adalah untuk pembentukan properti mekanik dari jenis polimer Tetapi pemberian perkuatan pada polimer harus dikerjakan secara benar dan tepat secara prosedur. Salah satu dampak yang terjadi akibat pemberian perkuatan yang tidak sesuai prosedural adalah terjadinya retakan, maupun goresan pada permukaan polimer, sehingga produk yang dihasilkan tidak sesuai yang diharapkan.

b.      Teknik Fabrikasi komposit

Ada beberapa variasi teknik pada proses pembuatan komposit secara fabrikasi, diantaranya : laminating, cetakan terbuka, transfer dari sisa proses kimia, lembaran dan cetakan massal, pultrusion,injeksi cetakan dari reaksi perkuatan.

c.       Aplikasi dari komposit polimer

Beberapa faktor yang menentukan pemanfaatan dari aplikasi komposit polimer, diantaranya adalah : ketersediaan bahan baku, pembiayaan, peralatan dan penggunaan secara massal

Secara umum produk komposit polimer yang dapat dihasilkan dari fabrikasi, adalah thermoset dan thermoplastik.

d.      Spesifikasi proses

Secara umum ada lebih dari 30 (tiga puluh) jenis proses pembentukan plastik dan polimernya, tergantung dari keperluan/pemanfaatannya, ketersediaan bahan, biaya dan tentunya peralatan yang tersedia.Beberapa jenis plastik dan polimernya yang dikelompokkan berdasarkan tujuan penggunaannya, antara lain :

Ø  Plastik yang dibuat dengan tujuan secara umum seperti :

1. Polyethylene (HD, LD, UHMW) (PE)
2. Polypropylene (PP)
3. Polyvinil Chloride (PVC)
4. Polyester (PETG)
5. Polymethyl methacrylate (PMMA)
6. Vinylidene fluoride (PVF)
7. Polystryne (PS)
8. Acrylonitrile butadiene styrene (ABS)

Plastik yang dibuat dengan tujuan teknis seperti :

1. Nylon (PA)
2. Acetal (POM)
3. Polycarbonate (PC)
4. Polyimide (PI)
5. Polyamide-imide (PAI)
6. Polyphenylene sulfide (PPS)
7. Phenolic (PF)
8. Fluorocarbons (PTFE, FEP, PFA, ECTFE)
9. Polyphenylene oxide (PPO)
10. Polyetherether ketone (PEEK)
11. Polysulfone (PS)

Plastik yang dibuat dengan tujuan pengecoran seperti :

1. Polyester (UP)
2. Epoxy (EP)
3. Silicone (SI)
4. Polyurethane (PUR)

e.       Plastik yang dapat di daur ulang

Sebagian besar plastik yang digunakan sebagai wadah makanan, biasanya dapat didaur ulang. Tetapi tentunya dengan kriteria dan perlakuan yang lebih khusus. Industri plastik dari masyarakat Amerika (SPI), memberi pengkodean tertentu pada beberapa jenis plastik dan polimer yang dapat didaur ulang, seperti :

1. PET     : Polyetylene Terephthalate
2. HDPE             : High Density Polyethylene
3. V         : Polyvinyl chloride
4. PP        : Polypropylene
5. PS        : Polystyrene
6. Other   : jenis plastik lain yang tidak termasuk pada kategori di atas.

III.       THERMOPLASTIC

Thermoplastik termasuk salah satu komuditas plastik yang umum digunakan, seperti polystrene dan polyethylene yang menghasilkan jenis plastik seperti nylon dan polyphenylene sulfide.Beberapa metode proses pembentukan thermoplastik, diantaranya:

1. Menyuntikannya pada cetakan
2. Meniupnya pada cetakan
3. Diputar-putar pada cetakan
4. Menghamparnya seperti lembaran
5. Membentuknya seperti film
6. Memberikan tekanan dan dorongan keluar (disemprotkan) pada cetakan

Secara umum banyak proses yang dapat dilakukan untuk membentuk thermoplastik, tetapi beberapa proses yang dilakukan, membutuhkan biaya yang sangat mahal. Hal ini tentunya menjadi pertimbangan utama dalam memilih jenis proses yang tepat agar investasi yang telah ditanam dapat menguntungkan secara ekonomis.

Pada material matriks komposit polimer terdapat 2 (dua) tipe, yaitu thermoplastik dan thermosetting. Berdasarkan fakta, pada tahun 2003 terdapat kurang lebih 90 % pasar komposit, dibuat dari material thermosetting.

Secara umum komposit thermoplastik dapat dari bahan-bahan perkuatan yang bersifat umum dan juga dari banyak jenis material matriks lainnya. Beberapa jenis bahan umum yang digunakan untuk perkuatan diantaranya kaca, serat karbon dan serat aramid. Sedangkan bahan-bahan umum yang digunakan pada pembentukan thermoplastik diantaranya polysulfone, polyethersulfone, polyetherimide, polyetherketone dan polyphenylene sulfide.

Proses ini akan dapat berjalan dengan mudah jika dilaksanakan dengan tepat dan prosedural.

a.      Resin thermosetting

Matriks polimer thermosetting biasanya dibuat dari cairan dengan kekentalan yang rendah yang kemudian dikombinasikan dengan beberapa katalis yang energinya bersumber dari beberapa aplikasi maupun yang berasal dari ultra violet.Dari berbagai sudut pandang, material matriks terdiri dari 3 (tiga) bahan utama, diantaranya phenolics, epoxies dan polyester tidak jenuh.

b.       Phenolics (PFs)

Phenolics adalah suatu jenis material yang bersifat keras, kaku dengan modulus elastisitas yang tinggi dan sangat baik digunakan untuk bahan peralatan kelistrikan.Pada proses pembentukannya membutuhkan proses yang sangat panjang dan mahal. Sehingga secara ekonomis perlu dipertimbangkan dalam penentuan penggunaannya.

c.      Epoxies

Epoxies sebenarnya adalah polyethers yang dimodifikasi. Secara umum resin dari epoxy adalah merupakan bahan yang penting pada pembentukan bahan matriks dengan kandungan komposit struktur yang berkualitas tinggi. Tetapi proses epoxy itu sendiri membutuhkan biaya yang sangat besar, sehingga perlu dipertimbangkan lebih lanjut.

d.       Polyester tidak jenuh

Polyester tidak jenuh merupakan styrene-polyester dari resin kopolymer dan biasanya mengandung zat yang mencegah timbulnya cairan pada proses kimia yang terjadi. Dari segi ekonomis, penggunaan polyester tidak jenuh lebih direkomendasikan, karena prosesnya yang lebih mudah dan lebih murah dibandingkan dengan yang lain.

e.       Silikon

Silikon adalah suatu jenis material komposit yang digunakan secara khusus untuk keperluan tertentu.  Salah satu kelemahan penggunaan silikon ini adalah pada proses pembentukannya menggunakan temperatur suhu yang sangat tinggi (hingga 315° C), yang tentunya akan berpengaruh pada biaya produksi yang menjadi lebih mahal.

f.      Polyimides

Polyimides adalah jenis bahan plastik seperti silikon, tetapi proses pembentukannnya lebih sulit dibanding proses pembentukan silikon. Secara umum, bahan matriks polyimides yang sering digunakan adalah polyether imide (PEI), Polyphenylene sulfide (PPS) dan thermoplastic polyimides (PIs).

IV.       THERMOSET

Pengertian Termoset

Termoset adalah salah satu jenis plastik yang sering digunakan dalam pembuatan komposit dengan penguat serat maupun serbuk. Matrik jenis ini memiliki rantai-rantai molekul yang saling berhubungan sehingga walaupun mengalami pemanasan dan penekanan, masing-masing rantai molekul tidak akan saling bergerak relatif. Matrik akan mencair dan kemudian mengeras bersamaan dengan terbentuknya suatu jaringan ikatan rantai monomer sehingga akan bersifat stabil. Beberapa kelebihan penggunaan termoset sebagai matrik adalah  :

1.  Mengikat filler dengan mudah dan baik
2. Memiliki viskositas yang rendah
3. Memiliki daya lekat yang baik dengan bahan penguat
4. Kekakuan yang baik
5. Stabilitas dimensi yang baik
6. Ringan
7. Tahan korosi

Polimer thermoset adalah jenis polimer plastik dengan tipikal seperti partikel resin cair atau partikel agak padat, serbuk maupun serpihan.
Beberapa metode proses pembentukan thermoset, diantaranya :

1. Menekannya (memampatkan) pada cetakan
2. Menyuntikannya pada cetakan
3. Proses pembuihan (busa)
4. Hasil dari reaksi injeksi pencetakan
5. Transfer pencetakan
6. Pengecoran
7. Sintering
8. Vulkanisasi

Beberapa bagian pada proses thermoset dilakukan dengan suhu dan temperatur yang sangat tinggi, hingga 260° C. Walaupun dengan suhu tinggi, thermosets tidak mencair, bahkan sisa pembakarannya masih bisa digunakan lagi. Oleh akrena itu proses thermoset sedikit lebih sulit daripada proses pembentukan pada thermoplastik, tetapi perlu diingat, peralatan yang digunakan pada proses thermoset lebih murah dibandingkan peralatan yang digunakan pada proses thermoplastik.

Macam Termoset

Macam-macam dari plastik jenis termoset antara lain sebagai berikut :

a.      Poliester

Poliester merupakan resin cair dengan viskositas relatif rendah, mengeras pada suhu kamar dengan penggunaan katalis tanpa menghasilkan gas sewaktu pengesetan seperti resin termoset lainnya, sehingga tidak memerlukan penekanan saat.    

b.      Epoksi

Resin ini banyak digunakan untuk aplikasi rekayasa karena memiliki sifat-sifat yang lebih unggul dibandingkan dengan resin lainnya, antara lain kekuatan tarik serta kekuatan tekan yang tinggi, tahan terhadap bahan kimia, sedikit volatiles (Gas-gas pengotor), stabilitas ukuran yang baik, ketahanan termal yang tinggi, dan mudah dibentuk tanpa dipanaskan terlebih dahulu.

c.       Fenol

Resin fenol adalah jenis termoset pertama yang paling banyak digunakan dalam dunia industri. Memiliki sifat kestabilan dimensi yang baik, rambatan patahan yang lambat, ketahanan kimia yang baik, dan emisi racun yang rendah  pada  saat terbakar. Material ini banyak digunakan sebagai peralatan elektronik, dan beberapa peralatan otomotif.

Demikianlah beberapa penjelasan mengenai PEMBUATAN DAN UNSUR PENYUSUN MATRIX (PLASTIC) THERMOPLASTIC DAN THERMOSET yang dapat saya bagikan semoga bermanfaat, terima kasih.