TUGAS PENGANTAR FISIKA MATERIAL

RESUME PADUAN LOGAM DAN STRUKTUR POLIMER

DISUSUN OLEH :

MARIA OKTAFIANI

140310110018

PADUAN LOGAM

Definisi dan Klasifikasi

Logam paduan adalah bahan campuran yang memiliki sifat – sifat logam , terdiri dari dua atau lebih unsur-unsur., dimana logam adalah unsure utama dalam bahan campuran tersebut. Logam paduan merupakan campuran dari dua jenis logam atau lebih.

Tujuan paduan logam ialah untuk mendapatkan karakteristik logam yang lebih baik serta untuk mendapatkan sifat listrik, mekanik, dan visual yang lebih baik.

Paduan logam ini secara garis besar di klasifikaskan menjadi 2 macam :

1. Paduan logam besi (Ferrous Alloy)2. Paduan logam non-besi (Non-Ferrous Alloy)

Atau secara skematik dapat digambarkan sebagai berikut :

A. Paduan Besi (Ferrous Alloy)

Paduan besi adalah paduan logam dimana besi paling dominan yang artinya prosudki logamnya lebih besar dibanding jenis logam yang lain. dan digunakan secara luas didalam masyarakat. Kegunaannya yang sangat meluas ini terutama untuk para teknisi di bidang konstruksi material bedasarkan oleh 3 faktor yakni :

a) Jumlah senyawa besi yang sangat melimpah di kerak bumib) Paduan logam dan besi ini dapat dengan mudah diproduksi secara ekonomisc) Aplikasi paduan besi ini sangatlah serbaguna untuk berbagai aplikasi di kehidupan sehari-

hari.

Klasifikasi atau skema berbagai logam besi ditunjukkan oleh gambar berikut ini:

Steel

Steel atau Baja adalah paduan karbon dan besi yang memiliki konsentrasi yang tinggi dari paduan unsure yang lainnya. Baja ini sendiri diklasifikasikan lagi menurut konsentrasi paduan dengan unsur karbonnya, yakni Low Alloy dan High Alloy.

Untuk Low Alloy :

1. Baja rendah karbon

Atau biasa disebut Low Carbon Steel ini diklasifikasikan lagi menjadi 2 mcam yakni

- Baja karbon rendah biasa (Plain Low Carbon Steel)Biasanya sangat tidak responsive terhadap perlakuan panas, sifat bahannya lemah lunak tangguh dan ulet, mampu dipeorses dengan permesinan, di las, dan harganya tidak mahal, serta memiliki nilai kekuatan yield strength sebesar 275 MPa (40,000 psi), tensile strengths antara 415 dan 550 MPa (60,000 and 80,000 psi)

- High strength low alloy (HSLA)Mengandung unsure paduan seperti Cu,V,Ni,Mo dengan kadar >10wt%, baja jenis ini lebih kuat daripaada baja karbon rendah biasa, ulet, mampu dibentuk dan mampu diproses secara permesinan.

2. Baja dengan karbon sedang (Medium Carbon Steel)

Atau biasa disebut baja karbon menengah, memiliki konsentrasi karbon sebesar 0.25 wt% sampai 0.60 wt%. dapat diperlakukan secara thermal namun hanya pada bagian tipis saja. Sifatnya lebih kuat dibanding baja karbon rendah tetapi kurang ulet dan kurang tangguh. Namun baja jenis ini cenderung memiliki ketahanan aus atau kerusakan yang baik. Biasanya aplikasi untuk baja jenis ini banyak digunakan untuk roda, rel kereta api, roda gigi dan lain-lain.

3. Baja degan karbon tinggi (High Carbon Steel)

Memiliki konsentrasi karbon sebesar 0.60wt% sampai 1.4wt%. atau biasa disebut baja karbon tinggi. Sifatnya lebih keras,kuat dan paling kuat dibanding semua baja. Hampir selalu digunakan dalam kondisi tempering, baja jenis ini juga memiliki ketahana aus yang baik, karbidanya sulit dibentuk dan tahan aus terhadap nsur paduan. Aplikasi untuk baja jenis ini antara lain untuk perkakas potong, cetakan, pisau, pisau cukur, pegas, dan kawat kuat.

Untuk High Alloy :

1. Stainless Steel (baja anti karat)- Sangat tahan korosi terhadap banyak lingkungan- Elemen aduan yang dominan adalah chromium sekitar 11%- Ketahanan korosi dapat ditingkatkan dengan penambahan Ni dan Mo- Terdiri dari 4 kelas : ferritic, austenitic, martensitic, dan precipitation-hardening- Digunakan pada suhu tinggi diatas 1000°C dan pada lingkungan yang buruk- Banyak digunakan untuk boiler uap, turbin gas, pesawat dan rudal- Oksidasi unsure aditif sangat sulit , tahan korosi, dan dapat memperbaiki dirinya sendiri

Beberapa kelas stainless steel :

1.1 Ferritic Stainless Steel- Biasanya mengandung >12% Cr- Tahan karat- Daktilitas atau sifat mampu dibentuk terbatas tetapi mampu di las - Merupakan jenis stainless steel termurah

1.2 Martensitic stainless steel- Memiliki kadar CR yang rendah sehingga austenite lebih stabil pada suhu tinggi- Pendinginan lambat memungkinankan karbida Cr - Biaya lebih mahal karena perlakuan thermal yang banyak

1.3 Austenitic stainless steel- Penstabilnya menggunakan unsure Ni- Stainless steel paling mahal Karen unsir Ni ini juga mahal- Mn dan n juga bisa digunakan sebagai penstabil hanya saja kualitasnya lebih rendah

dibanding Ni walaupun harganya lebih murah- Tidak memiliki sifat kemagnetan- Sangat tahan karat kecuali terhadap HCl- Membentuk struktur Kristal FCC

struktur stainless steel berdasarkan paduannya :

Cast Iron (besi Cor)

Secara umum, cast iron ini adalah termasuk ke dalam kelas paduan logam yang memiliki kandungan karbon diatas. 2.14 wt%. dan ditambah unsure paduan lainnya. Cast iron ini jika dilihat dalam diagram fasa memiliki rentang komposisi yang menyebabkan cast iron ini berfasa cair pada suhu 1150° C dan suhu ini lebih rendah dibanding suhu pada baja, sehingga cast iron ini sangat rapuh dan mudah meleleh.

Seperti yang telah disebutkan bahwa cast iron ini memiliki kandungan karbon yang cukup banyak dimana di dalam kandungan carbon yang sangat tinggi misalnay 100% akan dihasilkan grafit. Atau biasanya kandungan karbida besi ini dikurangai untuk menghasilkan α ferrit dan grafit.

Kecenderungan untuk membentuk grafit ini diatur oleh komposisi dan rentang pendinginan. Pembentukan grafit ini disebabkan oleh kehadiran silicon dengan konsentrasi lebih besar dari

1 wt% dan oleh laju pendinginan yang lebih lambat. Pada kebanyakan cast iron ini, karbon hadir sebagai grafit dimana mikrostruktur dan sifat mekanik dari cast iron ini dipengaruhi dari komposisi grafit dan perlakukan thermal pada cast iron ini.

Beberapa sifat cast iron :

- Secara teoritis berisi 2.14 wt% karbon- Secara realistis biasanya terdiri dari 3 – 4.5 wt% karbon sehingga cenderung sangat rapuh- Juga terdapat 1.3 wt% silicon- Mencar dengan mudah di suhu 1150° C dan 1300° C sehingga dapat dengan mudah di

cor/casting- Murah, mampu permesinan dan tahan aus

Terdapat 4 jenis cast iron, yakni :

1. Besi cor kelabu (gray cast iron)

Karbon dan silicon yang terkandung dalam besi cor kelabu ini adalah antara 2.5 dan 4.0 wt% dan 1.0 - 3.0 wt%. untuk cast iron jenis ini biasanya grafit muncul dalam bentuk sejenis serpihan/flake dan biasanya divisualisasikan dalam warna abu-abu. Secara mekanis, besi cor kelabu ini lemah dan sangat rapuh dikarenakan mikrostrukturnya yang memperlihatkan serpihan grafit yang tajam dan berujung. Namun kekuatan duktilitasnya lebih tinggi, selain itu besi ini sangat efektif dalam damping vibrational energy. Sebagai tambahan, besi kelabu ini memiliki ketahanan yang relative tinggi dan dalam keadaan meleleh memiliki fluiditas yang tinggi di suhu pengecorannya, dan besi jenis ini termasuk yang paling mahal dibanding material logam lainnya.

2. Besi cor nodular (nodular cast iron)

Besi cor jenis ini memiliki tambahan unsure berupa magnesium atau cerium yang diberikan kepada besi cor kelabu sebelum pengecoran. Besi jenis ini memiliki mikrosruktur yang berbeda dibanding besi cor kelabu dimana di dalam besi ini masih tebentuk grafit namun grafitnya terbentuk sebagai bongkahan kecil. Pengecoran jenis ini lebih kuat dan memiliki duktilitas lebih besar dibanding besi cor kelabu. Aplikasi untuk besi cor jenis ini misalnya untu pembuatan katup, badan pipa, poros mesin, komponen otomotif, dan lain-lain

3. Besi cor putih (white cast iron)

Besi jenis ini memiliki kandungan silicon yang sangat rendah dan karbon dalam besi cor jenis ini biasanya berupa semen bukan grafit. Permukaaan materialnya memiliki warna putih. Bagian yang tebal memiliki lapisan putih yang tebal yang “mendingin” selama proses pengecoran berlangsung, lalu di bagian luarnya terbentuk besi kelabu yang pendinginannya lebih rendah. Dikarenakan kandungan semennya tinggi, besi ini sangat keras namun juga sangat rapuh dan sulit dilakukan permesinan.

Kegunaan dari besi cor putih ini biasanya digunakan untuk bahan campuran untuk membentuk besi cor jenis lain yakni besi cor tempa. Besi cor tempa (malleable cast iron)

4. Besi cor tempa / malleable iron

Pemanasan pada besi cor putih dilakukan pada temperature 800°C dan padda suhu atmosfer netral, kandungan semen pada besi cor putih sebelumnya ini akan berkurang dan lama kelamaan terbentuklah grafit mikrostruktur yang dihasilkan dari besi cor tempa ini mirip dengan besi cor nodular dimana kekuatannya cukup tinggi dan mudah dibentuk

B. Paduan Non-Besi (non Ferrous Alloy)

Dalam keadaan murni logam bukan besi ini memiliki sifat yang sangat baik namun untuk meningkatkan kekuatan umumnya dicampur dengan logam lain sehingga membentuk paduan. Cirri dari logam non besi adalah mempunyai daya tahan terhadap korosi yang tinggi, daya hantar listrik yang baik dan dapat berubah bentuk secara mudah. Pemilihan dari peduan logam non besi ini tergantung pada banyak hal antara lain kekuatan, kemudahan dalam pemberian bentuk, berat jenis, harga bahan baku, upah pembuatan dan penampilannya.

Logan bukan besi ini di bagi dalam dua golongan menurut berat jenisnya, yaitu logam berat dan logam ringan. Logam berat adalag logam yang mempunyai berat jenis diatas 5 kg/m3.

Berat jenis dari masing-masing non besi ini dapat dilihat pada tabel .1. Secara umum dapat dinyatakan bahwa makin berat suatu logam bukan besi maka makin banyak daya tahan korosinya. Bahan logam bukan besi yang sering dipakai adalah paduan tembag, paduan alumunium, paduan magnesium, dan paduan timah. Tabel 1 ini memperlihatkan perbandingan berat jenis serta berbagai logam bukan besi. Baja dan paduan logam lainnya memiliki sifat mekanik sangat banyak dan sangat banyak digunakan sehingga kuantitasnya juga sangat dibutuhkan dalam jumlah yang banyak.hanya saja paduan logam memiliki beberapa keterbatasan antara lain kepadatan yang relative tinggi, konduktifitas yang relative rendah, dan ketahana karat yang sangat kecil. Sehingga, diperlukan pengklasifikasian untuk system paduan logam yang lebih spesifik yang dikelompokkan dalam satu jenis saja. Dalam kajian kali ini, paduan non besi akan dibahas beberapa saja yakni paduan logam untuk alluminium, magnesium, titanium, tembaga, logam tahan panas, paduan super, logam mulia, dan anekaragam paduan .

Table 1 Berat jenis dari masing-masing non besi

1. Paduan aluminium

Dalam pengertian kimia alumunium merupakan logam yang reaktif. Apabila di udara terbuka ia akan bereaksi dengan oksigen, jika reaksi berlangsung terus maka alumunium akan rusak dan sangat rapuh. Permukaan alumunium sebenarnya bereaksi bahkan lebih cepat daripada besi. Namun lapisan luar alumunium oksida yang terbentuk pada permukaan logam itu merekat kuat sekali pada logam dibawahnya, dan membentuk lapisan yang kedap. Oleh karena itu dapat dipergunakan untuk keperluan kontruksi tanpa takut pada sifat kimia yang sangat reaktif. Tapi jika logam bertemu dengan alkali lapisan oksidanya akan mudah larut. Lapisan oksidanya akan bereaksi secara aktif dan akhirnya akan mudah larut pada cairan sekali. Sebaliknya berbagai asam termasuk asam nitrat pekat pekat tidak berpengaruh terhadap alumunium karena lapisan alumunium kedap terhadap asam.

Alumunium merupakan logam ringan yang mempunyai ketahan korosi yang sangat baik karena pada permukaannya terhadap suatu lapisan oksida yang melindungi logam dari korosi dan hantaran listriknya cukup baik sekitar 3,2 kali daya hantar listrik besi. Berat jenis alumunium 2,643 kg/m3 cukup ringan dibandingkan logam lain

Kekuatan alumunium yang berkisar 83-310 MPa dapat dilipatkan melalui pengerjaan dingin atau penerjaan panas. Dengan menambah unsur pangerjaan panas maka dapat diperoleh paduannya dengan kekuatan melebihi 700 MPa paduannya.

Alumunium dapat ditempa, diekstruksi, dilengkungkan, direnggangkan, diputar, dispons, dirol dan ditarik untuk menghasilkan kawat. Dengan proses pemanasan dapat diperoleh alumunium dengan bentuk kawat foil, lembaran pelat dan profil. Semua paduan alumunium ini dapat di mampu bentuk (wrought alloys) dapat di mesin, di las dan di patri. Alumunium lebih banyak dipakai sebagai paduan daripada logam murni sebab tidak kehilangan sifat ringan dan sifat-sifat mekanisnya serta mampu cornya diperbaiki dengan menambah unsur –unsur lain. Unsur-unsur paduan yang tidak ditambahkan pada alumunium murni selain dapat menambah kekuatan mekaniknya juga dapat memberikan sifat-sifat baik lainnya seperti ketahanan korosi dan ketahanan aus.

Adapun paduan-paduan alumunium yang sering dipakai yaitu:

1. Al-Cu dan Al-Cu-Mg

Mempunyai kandungan 4% Cu dan 0,5% Mg untuk menambah kekuatan paduan mampu mesin yang baik serta dipakai pada bahan pesawat terbang.

2. Al-Mn

Mn adalah unsur yang memperkuat Al tanpa mengurangi ketahanan korosi dan dipakai untuk membuat paduan yang tahan korosi.

3. Paduan Al-Si

Sangat baik kecairannya dam mempunyai permukaan yang bagus sekali, mempunyai ketahanan korosi yang sangat baik sangat ringan, koefisien pemuai yang kecil, dan penghantar yang baik untuk listrik dan panas. Karena kelebihan yang menyolok maka paduan ini sangat banyak dipakai.

4. Paduan Al-Mg

Paduan ini mempunyai kandungan magnesium sekitar 4% sampai 10% mempunyai ketahanan korosi yang sangat baik, dapat ditempa, di rol dan di ekstruksi. Karena sangat kuat dan mudah di las maka banyak dipakai sebagai bahan untuk kapal laut, kapal terbang serta peralatan-peralatan kimia.

Secara umum, karakteristik paduan Aluminium ini adalah :

- Memiliki kepadatan yang rendah sekitar -2.7 gm/cc- Memiliki daya hantar listrik dan konduktivitas panas yang tinggi- Duktilitas yang tinggi- Titik leleh dan kekuatannya terbilang rendah- Dapat di cord an di tempa- Dihasilkan dari tempering

2. Paduan tembaga

Tembaga diperoleh dari bijih tembaga yang disebut Chalcoporit. Chalcoporit ini merupakan campuran Cu2S dan Cu Fe S2 dan terdapat dalam tambang-tambang dibawah permukaan tanah.

Secara industri sebagian besar penggunaan tembaga dipakai untuk kawat atau bahan penukar panas karena sifat tembaga yang mempunyai sifat hantaran listrik dan panas yang baik. Tembaga ini jika dipadukan dengan logam lain akan menghasilkan paduan yang banyak dibutuhkan oleh manusia. Dan yang paling sering dipakai adalah campuran antara tembaga dan timah, mangan yang biasa disebut perunggu digunakan untuk bagian-bagian mesin khusus dimana diperlukan sifat-sifat yang luar biasa

Paduan antara tembaga dengan unsur-unsur lain dapat membentuk paduan lain seperti:

1. Brons

Brons adalah paduan antara tembaga dengan timah dimana kandungan dari timah kurang dari 15% karena mempunyai titik cair yang kurang baik maka brons biasanya ditambah seng, fosfor, timbal dan sebagainya

2. Kuningan

Kuningan adalah paduan antara tembaga dan seng, dimana kandungan seng sampai kira-kira 40%. Dalam ketahanan terhadap korosi dan aus kurang baik dibanding brons tetapi kuningan mampu cornya lebih baik dan harganya lebih murah.

3. Brons Alumunium

Brons alumunium ini adalah paduan dari tembaga dan alumunium dengan tambahan nikel dan mangan. Kandungan alumunium 8-15,5%, nikel kurang dari 6,5% mangan kurang dari 3,5% dan sisanya adalah tembaga. Untuk diagram fasa dan paduannya dapat dilihat pada gambar 2.1 kesetimbangan fasa tembaga dimana pada diagram ini dapat dilihat temperatur terbentuknya fasa cairan, fasa α dan fasa β pada logam tembaga serta mengetahui temperatur cair dari kadar komposisi tembaga dengan kadar 100% Cu atau tembaga murni adalah 1084°C.

Secara umum, karakteristik paduan tembaga ini adalah :

- Lunak, ulet dan sulit dilakukan permesinan- Sangat tahan terhadap karat- Memiliki daya hantar listrik dan konduktivitas yang sangat baik- Dapat dipadukan dengan unsure lain untuk meningkatkan kekerasan- Dapat dilakukan cooling atau pendinginan untuk memperoleh kekerasan maksimum- Tembaga ditambang Zn menghasilkan kuningan sedangkan Cu+bahan lain menghasilkan

perunggu

3. Seng dan Paduannya

Seng adalah logam bukan besi kedua setelah tembaga yang diproduksi secara besar yang mana lebih dari 75% produk cetak tekan terdiri dari paduan seng. Logam ini mempunyai kekuatan yang rendah dengan titik cair yang juga rendah dan hampir tidak rusak di udara biasa. Dan dapat digunakan untuk pelapisan pada besi, bahan baterai kering dan untuk keperluan percetakan.

Selain itu seng juga mudah dicetak dengan permukaan yang bersih dan rata, daya tahan korosi yang tinggi serta biaya yang murah. Dikenal seng komersial dengan 99,995 seng disebut special high grade. Untuk cetak tekan diperlukan logam murni karena unsur-unsur seperti timah, cadmium dan tin dapat menyebabkan kerusakan pada cetakan cacat sepuh.

Paduan seng banya digunakan dalam industri otomotif, mesin cuci, pembakar minyak, lemari es, radio, gramafon, televisi, mesin kantor dan sebagainya.

4. Paduan magnesium

Paduan magnesium (Mg) merupakan logam yang paling ringan dalam hal berat jenisnya. Magnesium mempunyai sifat yang cukup baik seperti alumunium, hanya saja tidak tahan terhadap korosi. Magnesium tidak dapat dipakai pada suhu diatas 150°C karena kekuatannya akan berkurang dengan naiknya suhu. Sedangkan pada suhu rendah kekuatan magnesium tetap tinggi.

Magnesium dan paduannya lebih mahal daripada alumunium atau baja dan hanya digunakan untuk industri pesawat terbang, alat potret, teropong, suku cadang mesin dan untuk peralatan mesin yang berputar dengan cepat dimana diperlukan nilai inersia yang rendah. Karena ketahanan korosi yang rendah ini maka magnesium memerlukan perlakuan kimia atau pengecekan khusus segera setelah benda dicetak tekan. Paduan magnesium memiliki sifat tuang yang baik dan sifat mekanik yang baik dengan komposisi 9% Al, 0,5% Zn, 0,13% Mn, 0,5% Si, 0,3% Cu, 0,03% Ni dan sisanya Mg. kadar Cu dan Ni harus rendah untuk menekan korosi

Secara umum, karakteristik paduan magnesium ini adalah :

- Memiliki kepadatan terendah dari semua struktur logam yakni sebesar 1.7gm/cc- Relative lembut dan memiliki modulus elastisitas rendah- Harus dipanaskan agar terjadi deformasi- Mudah terbakar pada bagian cair dan bubuk- Rentan terhadap karat di lingkungan laut- Bersaing dengan plastic

5. Paduan Nickel- Cukup ulet dan mudah dibentuk- Sangat tahan karat terutama pada suhu tinggi

- Bagian terpenting pada pembuatan baja tahan karat- Banyak digunakan untuk pembuatan pompa, katup didasar laut dan lingkungan minyak

bumi

6. Paduan titanium - Memiliki kepadatan rendah dan titik lebur yang tinggi- Memiliki kekuatan dan modulus elastisitas tinggi namun terbatas- Unggul dalam ketahanan karat di berbagai lingkungan- Menyerap interstitial pada suhu tinggi- Sangat reaktif terhadap bahan lain banyak digunakan dalam aplikasi ruang angkasa

7. Logam tahan panas (Refractory Metals)- Memiliki titik lebur yang sangat tinggi- Komposisi paduannya antara lain Nb, Ta, Mo, dan W- Memiliki kekuatan, kekerasan dan modulus elastisitas yang sangat tinggi- Ta dan Mo digunakan dengan baja tahan karat untuk ketahanan korosi- Ta hampir kebal di semua lingkungan di bawah 150° C

8. Paduan Super (Superalloys)

Super alloy memiliki kominasi yang superlative dimana kebanyakan digunakan dalam penggunaan pembuatan pesawat terbang. Komponen turbin, dan lain-lain. Material jenis ini diklasifikasi berdasarkan kandungan logam yang dominan dalam bahan penyusunnya, misalnya cobalt, nickel atau besi.

9. Logam Mulia (Noble Metals)

Logam mulia ini adalah logam-logam ayng berada di dalam unsure golongan 8, bersifat lembut, duktilitas tinggi dan tahan oksidasi. Logam mulia ii antara lain perak, emas, platinum, rhodium, ruthenium, iridium dan osmium. Tiga unsure pertama yang tadi disebutkaan biasanya digunakan untk bahan pembuatan perhiasan

C. Proses Annealing

Annealing adalah : sebuah perlakukan panas dimana material dipanaskan pada temperatur tertentu dan waktu tertentu dan kemudian dengan perlahan didinginkan.

Annealing dilakukan untuk :1. Menghilangkan tegangan pada bahan.2. Menaikkan keuletan dan ketangguhan.

3. Menghasilkan struktur mikro tertentu.

Proses annealing dibagi atas tiga tingkat :1. Pemanasan hingga temperatur yang diinginkan.2. Temperatur dijaga konstan.3. Pendinginan.

Proses annealing pada logam biasanya dilakukan untuk mengurangi efek “pengerjaan dingin”

yaitu melunakkan bahan dan menaikkan keuletan setelah sebelumnya dilakukan pengerasan regangan.

Pada logam bisa terjadi tegangan sisa dalam (internal residual stress), dikarenakan :

1. Proses deformasi plastis karena proses pemesinan (machining) atau proses penggerindaan.

2. Pendinginan yang tidak merata pada proses pengelasan atau pencetakan.

3. Transformasi fasa pada pendinginan karena perbedaan kerapatan/density.

Menghilangkan tegangan sisa bisa dilakukan dengan proses “stress relief annealing” (annealing penghilangan tegangan).

Urutan annealing pada paduan besi:

1. NORMALIZING

Baja yang telah mengalami deformasi plastis, misalnya karena proses “rolling” akan mempunyai

struktur mikro pearlite yang bentuknya tak beraturan dan ukuran butir besar-besar dan bervariasi.

Untuk membuat struktur pearlite yang lebih halus dan lebih seragam dilakukan proses normalizing.

Normalizing dilakukan dengan pemanasan sampai temperatur 55°C – 85°C diatas temperatur kritis atas

hingga baja berubah menjadi austenit, kemudian dilakukan pendinginan di udara. (gb. 11.1).

2. FULL ANNEAL

Full anneal adalah : baja dipanaskan sampai 15° - 40 ° C diatas garis A3 atau A1 (gb. 11.1) hingga

tercapai keseimbangan pada struktur austenit, kemudian baja didinginkan di dalam dapur pemanas

sampai temperatur ruang. struktur mikro yang terbentuk : coarse pearlite. bahan baja biasanya berupa ;

baja karbon rendah dan sedang.

3. SPHEROIDIZING

Adalah pemanasan logam sampai temperatur dibawah temperatur eutectoid (grs a1 pd. Gb.

11.1) atau disekitar 700°c pada daerah a + Fe3C. Pemanasan dilakukan antara 15 sampai 25 jam. Pada

proses ini Fe3C akan membentuk partikel spheroid. Proses ini biasanya dilakukan pada baja karbon

sedang dan tinggi. Struktur yang terbentuk : spheroid. Tujuannya adalah supaya baja mudah dibentuk.

Untuk berhasilnya perlakuan panas untuk membuat bahan baja martensite di keseluruhan penampang

bahan dipengaruhi 3 faktor :

1. Komposisi paduan.2. Tipe dan karakter media pendingin.3. Ukuran dan bentuk spesimen.

D. PROSES PERLAKUAN PANAS (HEAT TREATMENT)

KEMAMPUAN PENGERASAN ( HARDENABILITY)

Pada proses pembentukan baja martensit, diperoleh hasil bahwa makin kedalam maka sifat

martensitnya makin berkurang atau baja bagian luar lebih keras dari bagian dalam. Kemampuan

pengerasan : adalah kemampuan paduan logam diperkeras pada pembentukan martensit. Yang diukur

adalah berapa kedalaman pengerasan bahan tersebut.

UJI JOMINY

Untuk menguji kekerasan karena pembentukan martensit dilakukan dengan “uji jominy end

quench” (gb.11.2). Angka kekerasan sebagai fungsi jarak bisa dilihat pada gambar 11.3. Kadang-kadang

lebih disukai untuk melihat kekerasan sebagai fungsi laju pendinginan daripada jarak quenching (gb

11.4). Kemampuan pengerasan dipengaruhi oleh komposisi paduan.

PENGARUH MEDIA QUENCHING, UKURAN SPESIMEN DAN GEOMETRI

Media quenching : air,oli,udara.

- air media pendingin paling cepat, sedangkan udara paling lambat

- kecepatan media queching juga mempengaruhi laju pendinginan, makin cepat laju media, makin tinggi laju pendinginan

- Media oli banyak dipakai pada queching baja paduan

- Pada baja karbon tinggi, penggunaan air mengakibatkan laju pendinginan terlalu cepat sehingga terjadi retak atau pembengkokan.

Pada proses pendinginan, panas mesti dibuang dari material melalui permukaannya. Oleh sebab itu laju pendinginan kedalam material sangat dipengaruhi oleh bentuk dan ukuran material. Gb 11.8a dan 11.8b memperlihatkan laju pendinginan sebagai fungsi diameter batang logam silinder. Bentuk spesimen juga mempengaruhi efek pengerasan. Apabila rasio luas permukaan terhadap massa spesimen besar maka makin besar laju spesimen, dan makin dalam efek pengerasan. Bentuk spesimen yang tidak beraturan akan mempunyai rasio luas permukaan terhadap massa yang lebih besar bila dibandingkan dengan bentuk yang beraturan dan bentuk bulat.

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 temperature . 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.

STRUKTUR POLIMER

A. DEFINISI POLIMER DAN KLASIFIKASINYAB. MOLEKUL HIDROKARBON

Molekul hidrokarbonDalam bidang kimia, hidrokarbon adalah sebuah senyawa yang terdiri dari unsur atomkarbon (C) dan atom hidrogen (H). Seluruh hidrokarbon memiliki rantai karbon dan atom-atom hidrogen yang berikatan dengan rantai tersebut. Istilah tersebut digunakan juga sebagai pengertian dari hidrokarbon alifatik. Sebagai contoh, metana (gas rawa) adalah hidrokarbon dengan satu atom karbon dan empat atom hidrogen: CH4. Etana adalah hidrokarbon (lebih terperinci, sebuah alkana) yang terdiri dari dua atom karbon bersatu dengan sebuah ikatan tunggal, masing-masing mengikat tiga atom karbon: C2H6. Propana memiliki tiga atom C (C3H8) dan seterusnya (CnH2·n+2)

Klasifikasi hidrokarbon yang dikelompokkan oleh tatanama organik adalah:1. Hidrokarbon jenuh/tersaturasi (alkana) adalah hidrokarbon yang paling sederhana.Hidrokarbon ini seluruhnya terdiri dari ikatan tunggal dan terikat dengan hidrogen.Rumus umum untuk hidrokarbon tersaturasi adalah CnH2n+2.Hidrokarbon jenuhmerupakan komposisi utama pada bahan bakar fosil dan ditemukan dalam bentukrantai lurus maupun bercabang. Hidrokarbon dengan rumus molekul sama tapirumusstrukturnya berbeda dinamakan isomer struktur.2. Hidrokarbon tak jenuh/tak tersaturasi adalah hidrokarbon yang memiliki satu ataulebih ikatan rangkap, baik rangkap dua maupun rangkap tiga. Hidrokarbon yangmempunyai ikatan rangkap dua disebut dengan alkena, dengan rumus umumCnH2n.Hidrokarbon yang mempunyai ikatan rangkap tiga disebut alkuna, denganrumus umum CnH2n-2.3. Sikloalkana adalah hidrokarbon yang mengandung satu atau lebih cincin karbon.Rumus umum untuk hidrokarbon jenuh dengan 1 cincin adalah CnH2n.4. Hidrokarbon aromatik, juga dikenal dengan arena, adalah hidrokarbon yang palingtidak mempunyai satu cincin aromatik.

Gambar: Tabel molekul hidrokarbon

Definisi polimer

Polimer terbentuk dari dua suku kata yaitu poli yang berarti banyak dan polimer adalah kumpulan monomer-monomer. Polimer atau Molekul besar (makromolekul) yang terbangun oleh susunan unit ulangan kimia yang kecil, sederhana dan terikat oleh ikatan kovalen. Unit ulangan ini biasanya setara atau hampir setara dengan monomer yaitu bahan awal dari polimer.

Sedangkan monomer adalah Sebarang zat yang dapat dikonversi menjadi suatu polimer. Untuk contoh, etilena adalah monomer yang dapat dipolimerisasi menjadi polietilena . Asam amino termasuk monomer juga, yang dapat dipolimerisasi menjadi polipeptida dengan pelepasan air.

Unit ulangan dapat memiliki struktur linear atau bercabang. Unit ulangan bercabang dapat membentuk polimer jaringan tiga dimensi. Tabel 1.1 menunjukkan beberapa contoh polimer, monomer, dan unit ulangannya.

Tabel 1.1 Polimer, monomer, dan unit ulangannya

Polimer Monomer unit ulangan

Polietilena CH2 = CH2 - CH2CH2 –

poli(vinil klorida) CH2 = CHCl - CH2CHCl –

Poliisobutilena

polistirena

CH2 CH CH2 CH

Polikaprolaktam (nylon-6)H - N(CH2)5C - OH

H O

- N(CH2)5C -

H O

Poliisoprena (karet alam)CH2 = CH - C = CH2

CH3

- CH2CH = C - CH2 -

CH3

Klasifikasi Polimer

a. Penggolongan polimer berdasarkan asalnya

Berdasarkan asalnya, polimer dapat dibedakan atas polimer alam dan polimer sintesis.

1) Polimer Alam

Polimer alam adalah polimer yang terdapat di alam dan berasal dari makhluk hidup. Contoh polimer alam dapat dilihat pada table di bawah ini

CH2 C

CH3

CH3

CH2 C

CH3

CH3

No Polimer Monomer Polimerisasi Contoh1. Pati/amilum Glukosa Kondensasi Biji-bijian, akar umbi2. Selulosa Glukosa Kondensasi Sayur, Kayu, Kapas3. Protein Asam amino Kondensasi Susu, daging, telur, wol, sutera4. Asam nukleat Nukleotida Kondensasi Molekul DNA dan RNA (sel)5. Karet alam Isoprena Adisi Getah pohon karet

Sifat-sifat polimer alam kurang menguntungkan. Contohnya, karet alam kadang-kadang cepat rusak, tidak elastis, dan berombak. Hal tersebut dapat terjadi karena karet alam tidak tahan terhadap minyak bensin atau minyak tanah serta lama terbuka di udara.

2) Polimer Sintesis

Polimer sintesis atau polimer buatan adalah polimer yang tidak terdapat di alam dan harus dibuat oleh manusia. Contoh polimer sintesis dapat dilihat pada tabel di bawah ini :

No Polimer Monomer Terdapat pada1. Polietena Etena Kantung, kabel plastik2. Polipropena Propena Tali, karung, botol

plastik3. PVC Vinil klorida Pipa paralon, pelapis

lantai4. Polivinil

alcoholVinil alcohol Bak air

5. Teflon Tetrafluoroetena Wajan atau panci anti lengket

6. Dakron Metil tereftalat dan etilena glikol Pipa rekam magnetik, kain atau tekstil (wol sintetis)

7. Nilon Asam adipat dan heksametilena diamin

Tekstil

8. Polibutadiena Butadiena Ban motor9. Poliester Ester dan etilena glikol Ban mobil10. Melamin Fenol formaldehida Piring dan gelas

melamin11. Epoksi resin Metoksi benzena dan alcohol

sekunderPenyalut cat (cat epoksi)

b. Penggolongan Polimer Berdasarkan Proses Pembentukannya

Reaksi pembentukan polimer dinamakan polimerisasi, jadi reaksi polimerisasi adalah reaksi penggabungan molekul-molekul kecil (monomer) membentuk molekul yang besar (polimer). Ada dua jenis polimerisasi, yaitu polimerisasi adisi dan polimerisasi kondensasi.

1) Polimer adisi

Seperti yang telah kita ketahui, bahwa reaksi adisi adalah reaksi pemecahan ikatan rangkap menjadi ikatan tunggal sehingga ada atom yang bertambah di dalam senyawa yang terbentuk. Jadi, polimerisasi adisi adalah reaksi pembentukan polimer dari monomer-monomer yang berikatan rangkap (ikatan tak jenuh). Pada reaksi ini monomer membuka ikatan rangkapnya lalu berikatan dengan monomer lain sehingga menghasilkan polimer yang berikatan tunggal (ikatan jenuh). Artinya, monomer pembentuk polimer adisi adalah senyawa yang ikatan karbon berikatan rangkap seperti alkena, sterina, dan haloalkena. Polimer adisi ini biasanya identik dengan plastik, karena hampir semua plastik dibuat dengan polimerisasi adisi. Misalnya polietena, polipropena, polivinil klorida, teflon dan poliisoprena.

Berikut di bawah ini nama-nama polimer adisi dan kegunaannya

Nama polimer KegunaanPolietilena Tas plastik, botol,

mainan, isolasi listrikPolipropilena Karpet plastik, botolPolistirena Pernis kayu,

styrofoam, isolasi plastik, gelas plastik, mainan, bahan pengepakkan

Polivinil klorida Pipa, genteng plastikPolivinil dienklorida Plastik wrapPolitetraetilena (teflon)

Alat masak, isolasi listrik (penutup kabel)

Poliakrilonitril Wig (rambut palsu), cat, benang

Polivinilasetat Tekstil, gumresin, catPolimetilmetakrilat Bahan pembuat gelas,

pembuat bola bowling

2) Polimer kondensasi

Kondensasi merupakan reaksi penggabungab gugus-gugus fungsi antara kedua monomernya. Artinya, polimerisasi kondensasi adalah reaksi pembentukan polimer dari monomer-monomer yang mempunyai dua gugus fungsi. Misalnya, senyawa polipeptida atau protein dan polisakarida merupakan senyawa biomolekul yang dibentuk oleh reaksi polimerisasi kondensasi.

c. Penggolongan polimer berdasarkan jenis monomernya

Berdasarkan jenis monomernya, polimer dapat terdiri atas homopolimer dan kopolimer.

1) Homopolimer

Homopolimer adalah polimer yang monomernya sejenis. Contohnya, selulosa dan protein.

(-P-P-P-P-P-P-P-P-)n

Pada polimer adisi homopolimer, ikatan rangkapnya terbuka lalu berikatan membentuk polimer yang berikatan tunggal.

2) Kopolimer

Kopolimer atau disebut juga heteropolimer adalah polimer yang monomernya tidak sejenis. Contoh dakron, nilon-66, melamin (fenol formaldehida). Proses pembentukan polimer berlangsung dengan suhu dan tekanan tinggi atau dibantu dengan katalis, namun tanpa katalis strukyur molekul yang terbentuk tidak beraturan. Jadi, fungsi katalis adalah untuk mengendalikan proses pembentukan striktur molekul polimer agar lebih teratur sehingga sifat-sifat polimer yang diperoleh sesuai dengan yang diharapkan. Contoh struktur rantai molekul polimer tidak beraturan (produk polimerisasi tanpa katalis) adalah sebagai berikut :

(-P-S-S-P-P-S-S-S-P-S-P-)nKopolimer tidak beraturan

Pada proses pembentukan polimer yang digunakan katalis, struktur molekul yang terbentuk akan beraturan. Contoh struktur rantai molekul polimer teratur (produk polimerisasi dengan katalis) adalah sebagai berikut :

Sistem blok :

(-P-P-P-S-S-S-P-P-P-S-S-S-)nKopolimer blok

Sistem berseling :

(-P-S-P-S-P-S-P-S-P-S-P-S-P-)nKopolimer berseling

d. Penggolongan polimer berdasarkan sifatnya terhadap panas

Berdasarkan sifatnya terhadap panas, polimer dapat dibedakan atas polimer termoplas (tidak tahan panas, seperti plastik) dan polimer termosting (tahan panas, seperti melamin).

1) Polimer termoplas

Polimer termoplas adalah polimer yang tidak tahan panas. Polimer tersebut apabila dipanaskan akan meleleh (melunak), dan dapat dilebur untuk dicetak kembali (didaur ulang). Contohnya polietilene, polipropilena, dan PVC.

2) Polimer termosting

Polimer termosting adalah polimer yang tahan panas. Polimer tersebut apabila dipanaskan tidak akan meleleh (sukar melunak), dan sukar didaur ulang. Contohnya melamin dan bakelit.

B. Polimer Buatan

Dalam kehidupan sehari-hari, kita pasti banyak menggunakan polimer buatan. Berikut ini beberapa contoh polimer buatan di sekitar kita :

1) Karet Sintetis2) Serat Sintetis3) Orlon4) PlastikBerdasarkan jenis monomernya, ada beberapa jenis plastik yaitu sebagai berikut :

a) Polietena (Polietilena)

Polietilena merupakan polimer plastik yang sifatnya ulet (liat), massa jenis rendah, lentur, sukar rusak apabila lama dalam keadaan terbuka di udara maupun apabila terkena tanah Lumpur, tetapi tidak tahan panas. Polietena adalah plastik yang banyak diproduksi, dicetak lembaran untuk kantong plastik, pembungkus halaman, ember, dsb.

b) Polipropena (Polipropilena)

Polipropena mempunyai sifat yang sama dengan polietena. Oleh karena plastik ini juga banyak diproduksi, hanya kekuatannya lebih besar dari polietena dan lebih tahan panas serta tahan terhadap reaksi asam dan basa. Plastik ini juga digunakan untuk membuat botol plastik, karung, bak air, tali, dan kanel listrik (insulator).

c) PVC (Polivinil Klorida)

PVC mempunyai sifat keras dan kaku digunakan untuk membuat pipa plastik, pipa paralon, pipa kabel listrik, kulit sintetis, dan ubin plastik.

d) Teflon (Tetrafluoroetena)

Teflon merupakan lapisan tipis yang sangat tahan panas dan tahan terhadap bahan kimia. Teflon digunakan untuk pelapis wajan (panic anti lengket), pelapis tangki di pabrik kimia, pipa anti patah, dan kabel listrik.

e) Bakelit (Fenol Formaldehida)

Bakelit adalah suatu jenis polimer yang dibuat dari dua jenis monomer, yaitu fenol dan formaldehida. Polimer ini sangat keras, titik leburnya sangat tinggi dantahan api. Bakelit digunakan untuk instalasi listrik dan alat-alat yang tahan suhu tinggi, misalnya asbak dan fiting lampu listrik.

f) Flexiglass (Polimetil Metakrilat)

Polimetil Metakrilat disingkat PMMA mempunyai nama dagang flexiglass. Polimetil metakrilat merupakan polimerisasi adisi dari monomer metil metakrilat (H2C = CH-COOH3). PMMA merupakan plastik yang kuat dan transparan. Polimer ini digunakan untuk jendela pesawat terbang dan lampu belakang mobil.

C. KEGUNAAN POLIMER

Kegunaan polimer dalam kehidupan sehari-hari adalah sebagai berikut :

a) Plastik Polietilentereftalat (PET)

Plastik PET merupakan serat sintetik poliester (dakron) yang transparan dengan daya tahan kuat, tahan terhadap asam, kedap udara, fleksibel, dan tidak rapuh. Dalam hal penggunaannya, plastik PET menempati urutan pertama. Penggunannya sekitar 72 % sebagai kemasan minuman dengan kualitas yang baik. Plastik PET merupakan poliester yang dapat dicampur dengan polimer alam seperti : sutera, wol dan katun untuk menghasilkan bahan pakaian yang bersifat tahan lama dan mudah perawatannya.

b) Plastik Polietena/Polietilena (PE)

Terdapat dua jenis plastik PE, yaitu Low Density Polyethylene (LDPE) dan High Density Polyethylene (HDPE). Plastik LDPE banyak digunakan sebagai kantung plastik serta pembungkus makanan dan barang.

Plastik HDPE banyak digunakan sebagai bahan dasar membuat mainan anak-anak, pipa yang kuat, tangki korek api gas, badan radio dan televisi, serta piringan hitam.

c) Polivinil Klorida (PVC)

Plastik PVC bersifat termoplastik dengan daya tahan kuat. Plastik ini juga bersifat tahan serta kedap terhadap minyak dan bahan organik. Ada dua tipe plastik PVC yaitu bentuk kaku dan bentuk fleksibel.

Plastik bentuk kaku digunakan untuk membuat konstruksi bangunan, mainan anak-anak, pipa PVC (paralon), meja, lemari, piringan hitam, dan beberapa komponen mobil. Adapun plastik bentuk fleksibel, jenis ini digunakan untuk membuat selang plastik dan isolasi listrik.

Dalam hal penggunaannya, plastic PVC menempati urutan ketiga dan sekitar 68 % digunakan untuk konstruksi bangunan (pipa saluran air).

d) Plastik Nilon

Plastik nilon merupakan polimer poliamida (proses pembentukannya seperti pembentukan protein). Plastik Nilon ditemukan pada tahun 1934 oleh Wallace Carothers dari Du Pont Company. Ketika itu, Carothers mereaksikan asam adipat dan heksametilendiamin. Plastik yang bersifat sangat Kuat (tidak cepat rusak) dan halus ini banyak digunakan untuk pakaian, peralatan kemah dan panjat tebing, peralatan rumah tangga serta peralatan laboratorium.

e) Karet Sintetik

Karet Sintetik yang terkenal adalah Styrene Butadiene Rubber (SBR), suatu polimer yang terbentuk dari reaksi polemerisasi antara stirena dan 1,3-butadiena. Karet sintetik ini banyak digunakan untuk membuat ban kendaraan karena memiliki kekuatan yang baik dan tidak mengembang apabila terkena minyak atau bensin.

f) Wol

Wol adalah serat alami dari protein hewani (keratin) yang tidak larut. Struktur protein wol yang lentur menghasilkan kain dengan mutu yang baik, namun kadang-kadang menimbulkan masalah karena dapat mengerut dalam pencucian. Oleh karena itu, wol dicampur dengan PET untuk menghasilkan kain yang bermutu baik dan tidak mengerut pada saat pencucian.

g) Kapas

Kapas merupakan serat alami dari bahan nabati (selulosa) yang paling banyak digunakan (hamper 50 % pemakaian serat alami berasal dari kapas). Kain katun dibuat dari serat kapas dengan perlakuan kimia sehingga menghasilkan kain yang kuat, enak dipakai, dan mudah perawatannya.

D. STRUKTUR POLIMER

Berdasarkan strukturnya polimer dibedakan atas :

1) Polimer Linear

Polimer linear terdiri dari rantai panjang atom-atom skeletal yang dapat mengikat gugus substituen. Polimer ini biasanya dapat larut dalam beberapa pelarut, dan dalam keadaan padat pada temperatur normal. Polimer ini terdapat sebagai elastomer, bahan yang fleksibel (lentur) atau termoplastik seperti gelas).

Contoh :

Polietilena, poli(vinil klorida) atau PVC, poli(metil metakrilat) (juga dikenal sebagai PMMA, Lucite, Plexiglas, atau perspex), poliakrilonitril (orlon atau creslan) dan nylon 66

2) Polimer Bercabang

Polimer bercabang dapat divisualisasi sebagai polimer linear dengan percabangan pada struktur dasar yang sama sebagai rantai utama.

3) Polimer jaringan tiga dimensi (three-dimension network)

Polimer jaringan tiga dimensi adalah polimer dengan ikatan kimianya terdapat antara rantai, seperti digambarkan pada gambar berikut. Bahan ini biasanya di”swell” (digembungkan) oleh pelarut tetapi tidak sampai larut. Ketaklarutan ini dapat digunakan sebagai kriteria dari struktur jaringan. Makin besar persen sambung-silang (cross-links) makin kecil jumlah penggembungannya (swelling). Jika derajat sambung-silang cukup tinggi, polimer dapat menjadi kaku, titik leleh tinggi, padat yang tak dapat digembungkan, misalnya intan (diamond).

Polimer linear dan bercabang memiliki sifat :1. Lentur2. Berat Molekul relatif kecil3. Termoplastik

E. KOPOLIMER

Kopolimer adalah suatu polimer yang dibuat dari dua atau lebih monomer yang berlainan. Berikut ini adalah jenis jenis kopolimer yang terbentuk dari monomer pertama (A) dan monomer ke dua (B).

Jenis kopolimer :

1. Kopolimer blok

Kopolimer blok mengandung blok dari satu monomer yang dihubungkan dengan blok monomer yang lain. Kopolimer blok biasanya terbentuk melalui proses polimerisasi ionik. Untuk polimer ini, dua sifat fisik yang khas yang dimiliki dua homopolimer tetap terjaga.

2. Kopolimer graft (tempel/cangkok)Kopolimer graft biasanya dibuat dengan mengikatkan bersama dua polimer yang berbeda.

Untuk contoh, homopolimer yang diturunkan dari monomer A dapat diinduksi untuk bereaksi dengan homopolimer yang diturunkan dari monomer B untuk menghasilkan kopolimer graft, yang ditunjukkan pada gambar berikut

Perkembangan selanjutnya ada yang berbentuk kopolimer sisir (comb copolymer) dan bintang (star copolymer).

3. Kopolimer bergantian (alternating)

Kopolimer yang teratur yang mengandung sequensial (deretan) bergantian dua unit monomer. Polimerisasi olefin yang terjadi lewat mekanisme jenis ionik dapat menghasilkan kopolimer jenis ini.

4. Kopolimer Acak

Dalam kopolimer acak, tidak ada sequensial yang teratur. Kopolimer acak sering terbentuk

jika jenis monomer olefin mengalami kopolimerisasi lewat proses jenis radikal bebas. Sifat

kopolimer acak sungguh berbeda dari homopolimernya.

F. BERAT MOLEKULAR DAN DISTRIBUSI BERAT MOLEKULAR

Berat molekular polimer merupakan salah satu sifat yang khas bagi polimer yang penting untuk ditentukan. Berat molekular (BM) polimer merupakan harga rata-rata dan jenisnya beragam yang akan dijelaskan kemudian. Dengan mengetahui BM kita dapat memetik beberapa manfaat, yakni :

Menentukan aplikasi polimer tersebut Sebagai indikator dalam sintesa dan proses pembuatan produk polimer Studi kinetika reaksi polimerisasi Studi ketahanan produk polimer dan efek cuaca terhadap kualitas produk

Hal yang membedakan polimer dengan spesies berat molekul rendah adalah adanya distribusi panjang rantai dan untuk itu derajat polimerisasi dan berat molekular dalam semua polimer yang diketahui juga terdistribusi (kecuali beberapa makromolekul biologis). Distribusi ini dapat digambarkan dengan Mem”plot” berat polimer (BM diberikan) lawan BM, seperti terlihat pada gambar 1.1.

Panjang rantai polimer ditentukan oleh jumlah unit ulangan dalam rantai, yang disebut derajat polimerisasi (DPn). Berat molekular polimer adalah hasil kali berat molekul unit ulangan dan DPn.

Karena adanya distribusi dalam sampel polimer, pengukuran eksperimental berat molekular dapat memberikan hanya harga rata-rata. Beberapa rata-rata yang berlainan adalah penting. Untuk contoh, beberapa metoda pengukuran berat molekular perlu perhitungan jumlah molekul dalam massa material yang diketahui. Melalui pengetahuan bilangan Avogadro, informasi ini membimbing ke berat

molekul rata-rata jumlah sampel. Untuk polimer sejenis, rata-rata jumlah terletak dekat puncak kurva distribusi berat atau berat molekul paling boleh jadi (the most probable molecular weight). Jika

sampel mengandung Ni molekul jenis ke i, untuk jumlah total molekul dan setiap jenis

molekul ke i memiliki massa mi, maka massa total semua molekul adalah . Massa molekular rata-rata jumlah adalah

dan perkalian dengan bilangan bilangan Avogadro memberikan berat molekul rata-rata jumlah (berat mol) :

G. DERAJAT KEKRISTALAN POLIMER

Tidak seperti halnya logam, polimer pada umumnya bersifat amorphous, tidak bersifat kristalin atau memiliki keteraturan dalam rentang cukup panjang. Namun, polimer dapat direkayasa sehingga strukturnya memiliki daerah kristalin, baik pada proses sintesis maupun deformasi. Besarnya daerah kristalin dalam polimer dinyatakan sebagai derajat kekristalan polimer. Derajat kekristalan polimer misalnya dapat direkayasa dengan mengendalikan laju solidifikasi dan struktur rantai, walaupun sangat sulit untuk mendapatkan derajat kekristalan 100% sebagaimana halnya pada logam. Polimer dengan struktur rantai bercabang misalnya akan memiliki derajat kekristalan yang lebih rendah jika dibandingkan dengan struktur tanpa cabang.

Sifat-sifat mekanik dan fisik dari polimer sangat dipengaruhi oleh derajat kekristalannya. Sifat-sifat mekanik yang dipengaruhi oleh derajat kekristalan misalnya adalah kekakuan (stiffness), kekerasan (hardness), dan keuletan (ductility). Sedangkan sifat-sifat fisik yang berhubungan dengan derajat kekristalan misalnya adalah sifat-sifat optik dan kerapatan (density) dari polimer.

H. SIFAT POLIMER THERMOPLASTIK

Perilaku mekanika polimer thermoplastik sebagai respon terhadap pembebanan secara umum dapat dijelaskan dengan mempelajari hubungan antara struktur rantai molekulnya dan fenomena yang teramati

Perilaku mekanik dari polimer thermoplastik secara umum dapat dikelompokkan menjadi 3 bagian, yaitu: (1) Perilaku Elastik, (2) Perilaku Plastik, dan (3) Perilaku Visko-Elastik.

Perilaku thermoplastik secara umum adalah elastik non-linear yang tergantung pada waktu (time-dependent). Hal ini dapat dijelaskan dari 2 mekanisme yang terjadi pada daerah elastis, yaitu: (1) distorsi keseluruhan bagian yang mengalami deformasi, dan (2) regangan dan distorsi ikatan-ikatan kovalennya. Perilaku elastik non-inear atau non-proporsional pada daerah elastis terutama berhubungan dengan mekanisme distorsi dari keseluruhan rantai molekulnya yang linear atau linear dengan cabang.

Perilaku plastis pada polimer thermoplastik pada umumnya dapat dijelaskan dengan mekanisme gelinciran rantai (chain sliding). Mula-mula akan terjadi pelurusan rantai liner molekul polimer yang keadaannya dapat diilustrasikan seperti ‘mie’ dengan ikatan sekunder dan saling kunci mekanik. Selanjutnya akan terjadi gelinciran antar rantai molekul yang telah lurus pada arah garis gaya. Ikatan sekunder dalam hal ini akan berperan sebagai semacam ‘tahanan’ dalam proses gelincir atau deformasi geser (shear) antar rantai molekul yang sejajar searah dengan arah garis gaya. Dengan demikian dapat dijelaskan bahwa ikatan sekunder sangat menentukan ketahanan polimer thermoplastik terhadap deformasi plastik atau yang selama ini kita kenal dengan kekuatan (strength) dari polimer. Gelinciran rantai molekul polimer thermoplastik dapat pula dilihat sebagai aliran viskos dari suatu fluida. Kemudahan molekul polimer untuk dideformasi secara permanen dalam hal ini berbanding lurus dengan viskositas dari polimer. Dari persamaan umum dapat dilihat bahwa tegangan geser akan menyebabkan gradien kecepatan antar rantai molekul yang dapat menyebabkan deformasi permanen tergantung pada viskositasnya. Perilaku penciutan (necking) dari polimer thermoplastik amorphous agak sedikit berbeda dengan perilaku penciutan logam pada umumnya. Hal ini disebabkan karena pada saat terjadi penciutan akan terjadi kristalisasi yang menyebabkan penguatan lokal pada daerah tersebut dan penurunan laju deformasi.

Visko-elastisitas berhubungan perilaku polimer thermoplastik saat dideformasi yang terjadi dengan deformasi elastis dan aliran viskos ketika beban diaplikasikan pada bahan. Hal ini berhubungan dengan ketergantungan perilaku bahan terhadap waktu pada saat deformasi elastis dan plastis. Secara sederhana perilaku viskoelastis dapat disimulasikan dengan mengkombinasikan persamaan Pegas Hooke dan Dashspot. Regangan, misalnya, dapat diasumsikan seri atau paralel, menggunakan Elemen Maxwell dan Elemen Voight-Kelvin.

I. SIFAT POLIMER THERMOSETTING

Polimer Thermoset memiliki perilaku sebagaimana logam getas, gelas, atau keramik sebagai akibat dari struktur rantai molekulnya yang kaku dengan ikatan kovalen membentuk jejaring 3 dimensi. Pada saat polimerisasi jejaring terbentuk lengkap dan terbentuk kaitan silang tiga dimensi secara permanen. Proses pembentukan tidak bersifat irreversible. Tidak seperti halnya polimer thermoplastik, thermoset tidak memiliki Tg (temperatur transisi gelas yang jelas. Kekuatan dan kekerasan dari thermoset pun tidak banyak dipengaruhi oleh kenaikan temperatur dan laju deformasi.