CHAPTER 6 : PLASTIC (Plastik)

Transkripsi

1 CHAPTER 6 : PLASTIC (Plastik) Topik ini akan membincangkan berkenaan bahan plastik dari segi sifat, jenis, kegunaan dan proses penghasilan, yang dikatakan mampu menghalang kadar kakisan daripada berlaku. Tahukah anda bahan ini dikatakan telah digunakan semenjak perang dunia ke-2, terutama untuk membuat peralatan keperluan ketenteraan. Namun penggunaanya tidak begitu meluas dan hanya digunakan untuk ditambah kedalam bahan-bahan unsur komposit bagi mendapat sifat yang diperlukan. Apa itu bahan Plastik? Plastik adalah polimer tetapi polimer tidak semestinya plastik. Polimer terdiri daripada kayu, getah, kaca dan seramik selain dari plastik. Bahan plastik ialah bahan polimer yang bersifat tegar atau separa tegar (semi-rigid). Semua bahan-bahan plastik akan menjadi lembut apabila dipanaskan. Proses pembentukan bahan-bahan plastik dilakukan pada ketika ia berada dalam keadaan lembut. Gambarajah 6.1 di bawah menunjukkan pengkelasan bahan-bahan plastik. Bahan plastik Thermoplastic Thermosetting Polisterina Polietilena Polyamida Akriliks Plastik Vinil Epoksida Polyester Urea / Amino Melamin Fenolik Plastik Selulos Gambarajah 6.1: Pengkelasan Plastik 6.1 Polimer Polimer membentuk suatu kumpulan bahan-bahan asli dan tiruan (sintetik) yang memainkan peranan yang semakin meningkat didalam teknologi moden. Kebanyakan polimer adalah bahan organik yang mempunyai ciri-ciri seperti berikut :- i. Mengandungi gabungan karbon dan oksigen, hidrogen dan lain-lain bahan organik dan bukan organik. ii. Secara amnya, pada suhu biasa ia adalah bahan bukan berhablur. iii. Mempunyai struktur rangkaian yang panjang. Semua polimer dicirikan oleh struktur yang berbeza dari logam. Walaubagaimana pun, struktur ini biasanya akan menentukan sifat-sifat fizik, therma, elektrik dan mekanikal bahan polimer

2 tersebut. Unit asas sesuatu polimer ialah rantaian atom dimana satu struktur asas sesuatu dipanggil monomer. Ikatan antara atom-atom pada asasnya adalah ikatan kovalen yang kuat. Sementara ikatan diantara rantai-rantai bersifat lebih lemah, iaitu ikatan jenis Van Der Walls. 6.2 Istilah-istilah : i. Amorfus : Tidak berhablur ii. Monomer : Unit tunggal. Molekul-molekul mudah atau kecil yang diikat secara kovalen kedalam rantai yang panjang. Dikenali juga sebagai mer iii. Polimer : Molekul rantai panjang yang terhasil daripada ulangan unit-unit monomer dan tindakbalas itu dipanggil pempolimeran. 6.3 Struktur Polimer Contoh: X X-X-X-X-X-X- Monomer Polimer Polimer mempunyai ikatan struktur yang panjang (beribu-ribu Angstrom). Rantai molekul diikat bersama oleh daya yang lemah dan mempunyai sifat boleh ubah (flexible) sebab setiap ikatan karbon boleh berputar di dalam tetulang rantai. Satu ikatan karbon selalunya berada pada sudut 109 C kepada ikatan lain. Ini menerbitkan konfigurasi molekul yang kompleks. Polimer boleh wujud dalam 2 struktur iaitu Amorphous (tidak berhablur) dan Separa berhablur Struktur Armorphous (tak berhablur) Pada suhu yang tinggi, polimer akan menjadi cair likat (viscous) di mana rantai-rantai dapat bergerak dan mengelonsor satu sama lain dalam keadaan kekusutan. Susunan rantai polimer adalah rawak dan tidak mengikut corak geometri tertentu. Apabila suhu dikurangkan, sifat boleh ubah molekul akan tersekat dan keadaan akan menyamai kaca seperti yang ditunjukkan dalam Gambarajah 6.2 di bawah. Gambarajah 6.2: Struktur Amorphous

3 6.3.2 Struktur Separuh Hablur Sekiranya penyejukan cukup perlahan dan molekul mempunyai struktur tertentu. Hasil daripada lipatan molekul menurut susunan tertentu. Keadaan ini menyebabkan molekul rapat dan menambah daya antara molekul serta menghasilakan kekuatan yang tinggi, ketegaran dan kerapuhan. Polimer hablur selalunya mengandungi 90% rantai yang tersusun dan bakinya dalam keadaan amorphous. seperti yang ditunjukkan dalam Gambarajah 6.3 di bawah. Gambarajah 6.3: Struktur Separuh Hablur 6.4 Jenis-jenis Rantaian Polimer Terdapat empat jenis rantai ikatan molekul yang dihasilkan melalui proses pempolimeran seperti yang ditunjukkan dalam Gambarajah 12.4 di bawah. Di antara ikatan tersebut : i. Polimer lelurus (linear) - dibentuk dari rantai molekul gentian panjang, boleh jadi rantaian homopolimer atau kopolimer. ii. Polimer bercabang (branch) - Rantai lelurus dengan suatu siri rantai sisi bercantum. iii. Polimer barpaut silang (crosslink) - terdapat pautan pendek yang menyambung rantai polimer yang berdekatan antara satu sama lain. iv. Polimer rangkaian:- struktur molekul berada dalam bentuk jaringan 3 dimensi. Struktur biasa bahan termoset.

4 Gambarajah 6.4: Jenis-jenis struktur polimer (a) Bentuk Rantai Lelurus. (b) Polimer bercabang (c) Polimer barpaut silang (d) Polimer rangkaian 6.5 Proses Pempolimeran (Polymerisation) Proses ini adalah proses kimia di mana molekul-molekul dihubungkan untuk membentuk satu molekul yang lebih besar dengan berat serta jisim yang tinggi. Proses ini boleh dilakukan dengan dua cara iaitu : 1. Proses Pempolimeran tambahan (addition) Jenis pempolimeran ini berlaku di antara molekul-molekul monomer yang mengandungi ikatan karbon C = C, apabila diberikan suhu, tekanan dan pemangkin tertentu. 2. Proses Pempolimeran kondensasi (Pemeluapan) Jenis pempolimeran ini berlaku apabila dua sebatian monomer bertindak balas bersama untuk menghasilkan polimer dan molekul-molekul kecil (biasanya air) akan disingkirkan. 6.6 Jenis-Jenis Plastik Plastik boleh terbahagi kepada 2 (dua) kategori umun iaitu ; 1. Plastik Termo (Thermoplastic) 2. Plastik Termoset (Thermoset) Sifat Umum Plastik Haba atau Plastik Termo i.plastik jenis ini boleh dilembutkan dan dikeraskan berulang kali. ii. Merupakan polimer lelurus yang terbentuk daripada rantai karbon panjang yang terikat secara kovalen. iii. Termoplastik boleh diperolehi dalam bentuk kepingan, tiub, kepingan nipis, rod dan bahanbahan pengacuanan. iv.pembentukan boleh dilakukan pada suhu di atas sedikit dari suhu didih air dan memerlukan daya yang sedikit untuk mengubah bentuknya. Kegunaannya : Bahan-bahan elektrik, Hulu alatan, Penebat, Pembungkus dan Pakaian Sifat Umum Plastik Termoset i.merupakan bahan yang lebur semasa pemanasan kali pertama dan kemudiannya terset atau terawet kepada bentuk yang keras dan tegar pada suhu tersebut. ii.selepas pembentukan pertama, perubahan tidak akan berlaku lagi walaupun kepanasan dan tekanan dikenakan. iii.selalunya lebih keras, lebih kuat dan lebih rapuh berbanding plastik termo. iv.kegunaannya: peralatan penebat elektrik, lapisan gelas gentian, perkakas dapur dan penebat haba. Tahukah anda jenis-jenis plastik termo dan jenis-jenis plastik termoset? Untuk memahaminya dengan lebih mendalam tentang jenis, sifat dan kegunaanya mari ikuti unit ini sampai akhir.

5 7. Jenis-jenis Plastik Haba (Thermoplastic) i) Polietilena (PE) Merupakan bahan plastik yang paling banyak digunakan. Ia tegar dan boleh dilentur apabila melalui satu julat suhu yang besar dan memperolehi kestabilan dimensi yang baik. Ianya mudah diacu dan digunakan dalam membuat barangan seperti bekas makanan, bekas air, beg, botol minuman. Untuk kegunaan dagangan, ia banyak digunakan untuk membuat paip air, alat-alat kelengkapan kimia, kabel dan tahan untuk bahan pelarut biasa. Kelemah bahan ini mudah pudar apabila terdedah kepada cahaya matahari. Terdapat 2 jenis polietilena yang mempunyai Ketumpatan Rendah (LDPE - Low Density PE) dengan struktur rantai bercabang dan yang mempunyai Ketumpatan Tinggi (HDPE- High Density PE) dengan struktur rantai lurus. Ciri-ciri :- Takat lebur : 110 C C LDPE - kurang bercabang penghabluran kurang Ketumpatan rendah HDPE - lebih bercabang rantai cenderung bergabung dekat - lebih kehabluran. lebih kekuatan lutsinar (translucent) Kos lebih tinggi Sifat industri - Kaku (tough) pada suhu bilik dan suhu rendah Kekuatan lebih untuk aplikasi produk Kelenturan (flexibility yang baik sehingga 73 C) Merintang kakisan Sifat penebat yang baik Tidak menjerapkan Kegunaan : bekas (container), penebat elektrik, Tiub kimia, peralatan dapur. ii) Polipropilena (PP) Ciri-ciri :- Takat lebur :165 C C Tahan suhu sehingga 120 C tanpa perubahan bentuk. Kuat tetapi flexible. Rintangan Kimia - kelembapan, haba. Ketumpatan rendah Kekuatan pengikat yang baik Kestabilan dimensi Kegunaan

6 Alatan dapur, packaging, alat makmal, Ware, botol, bahagian alat elektrik (appliance part). iii) Polistirena Bahan ini adalah plastik yang liat dan tumpat, keras dan tegar serta mempunyai kestabilan yang baik tetapi mudah menjadi rapuh disebabkan suhu peralihan kaca yang tinggi. Ia kurang tahan kepada petrol dan pelarut organanan. Ciri-ciri :- Takat lebur : 150 C C Tidak berbau. Amat rapuh kecuali diubahsuai. Tegar (rigid), inflexible pada suhu bilik. Mudah diproses tapi cenderung menjadi rapuh. Sifat hentaman boleh diperbaiki dengan kopolimeran (copolymerization) dengan elastomer polybutadiene. Kebaikan : Kestabilan dimensi yang baik Sifat penebat yang baik Kecutan tuangan yang rendah Mudah diproses Kos yang rendah Keburukan : Kelembapan yang kurang baik Diserang secara kimia oleh pelarut organik dan minyak Kegunaan : Bahagian dalam kereta, perkakas plastik, alatan dapur. iv) Polivinyl Klorida (PVC) PVC yang tidak diplastikan adalah keras dan liat. Ianya boleh diacuankan menjadi beberapa barang bergerongga seperti pasu dan paip. Jika PVC diplastikkan, ia menjadi mudah untuk diubahsuai dan bergetah di mana dapat dijadikan untuk kalis air yang rendah, tiub paip dan kabel elektrik. Ia juga mempunyai rintangan yang cukup baik menentang serangan asid, alkali dan pelarut-pelarut biasa. Ciri-ciri :- Takat lebur : ~ 204 C Kehadiran atom Cl yang besar pada atom C menyebabkan PVC bersifat amorfus tidak menghablur. Kurang anjal dan boleh lentur Kekuatan tinggi ( ksi) Rapuh

7 Sifat elektrik yang baik Rintangan pelarut (solvent) yang baik Jika kandungan klorin tinggi, PVC akan merintang kimia dan api. Kegunaan : PVC sahaja kurang kegunaannya. Jika ditambah penstabilan haba, pengisi (fillers) dan sebagainya maka kegunaan boleh diperluaskan seperti paip, bingkai (frame) tingkap. v) Polimetil Metakrilat (PMMA) Ciri-ciri :- Takat lebur :160 C Tegar (rigid) Lutsinar (transparent) Kerintangan hentaman lebih baik dari kaca Kerintangan kimia yang baik Kerintangan lembapan yang baik. Kegunaan : Glazing pada kapal, boat. Papan tanda iklan Pelindung keselamatan (shield) Goggle keselamatan vi) Poliamides (NYLON) Bahan ini adalah kuat, liat dan mudah diubahsuaikan. Mempunyai rintangan lelasan tetapi kestabilan dimensi dan sifat penebat elektrik terjejas kerana nilon menyerap air. Ianya mempunyai rintangan yang baik atas serangan bahan pelarut biasa. Malangnya ia mudah luntur apabila didedahkan kepada cuaca yang berterusan. Struktur Terdapat beberapa jenis nylon seperti nylon 6, nylon 6,6,6,10 dan nylon 6, 12. Unit ulangannya berbeza antara satu sama lain. Ciri-ciri :- Takat lebur - Nylon 6, 6 : C Nylon 6 : C Nylon mempunyai darjah kehabluran yang tinggi. Kekuatan yang tinggi kerana ikatan hidrogen antara rantai-rantai molekul. Rintangan kimia yang baik Kebolehlenturan (flexibility) rantai -rantai karbon menyebabkan kelinciran yang baik, geseran pengikatan yang rendah. Menyerap air. Nylon 11 & 12 dengan rantaian karbon yang lebih panjang antara kumpulan-kumpulan amida adalah kurang sensitif kepada penyerapan air.

8 Kegunaan : Membuat gear, injap, alas, sesondol dan alat-alat pembedahan yang tidak memerlukan pelinciran yang lain. Ia juga banyak dijadikan bahan gentian untuk tekstil, tali pancing, tali mendaki. 8. Jenis-jenis Plastik Termoset (Thermoset) i) Fenol-Formaldehid Sifat bahan = rintangan elektrik yang tinggi, konduksi haba yang rendah, rintangan terhadap minyak dan gris yang tinggi dan stabil hingga suhu 150 C. Kegunaan = telefon, komponen plastik dalam kenderaan dan komponen elektrik yang memerlukan penebatan yang tinggi. ii) iii) iv) Urea-Formaldehid / Amino-Formaldehid Sifat hampir sama dengan bakelit. Kegunaan sama seperti bakelit dengan suhu kerja sehingga 80 C. Melamina-Formaldehid Melamina, sejenis sebatian amino siklik, boleh dikondensasi dengan formaldehid untuk menghasilkan melamina-formaldehid,mf. Sifat dan kegunaan sama seperti Urea-formaldehid tetapi rintangan terhadap haba yang lebih baik sedikit dengan suhu kerja mencapai kurang 95 C. Polyester Polyester termoset adalah sangat keras dan kuat, dengan berat molekul yang besar. Kegunaan utama adalah untuk komponen plastik dalam kenderaan, topi keledar, kerusi, kipas dan sebagainya. v) Epoksida Untuk menghasilkan satu bahan epoksida yang kuat, satu agen pengeras hendaklah dicampurkan (terdiri dari sebatian dalam kumpuan amino). Digunakan sebagai pelekat dan penyalut kerana sifatnya yang mudah melekat pada kebanyakan bahan. vi) Silikon Silikon sama seperti karbon boleh membentuk molekul-molekul polimer. Polimer yang berasaskan silikon dikenali sebagai silikona. Silikona boleh terhasil dalam bentuk cecair, lilin, elastomer dan plastik, berdasarkan darjah pempolimeran. Kegunaan = untuk berbagai-bagai kegunaan selepas diperkuat dengan serabut kaca dan penebat kepada suhu tinggi. Boleh digunakan sehingga 200 C dan boleh mencapai sehingga 800 C untuk kegunaan singkat. Sifat-sifat Am Plastik i. Graviti tentunya rendah. ii. Perintang haba dan elektrik yang baik. iii. Kemasan muka yang baik.

9 iv. Boleh diperolehi dalam berbagai warna dan lutsinar. v. Mempunyai kekuatan yang rendah berbanding logam. vi. Tidak sesuai untuk kegunaan pada suhu yang tinggi. vii. Kestabilan dimensi yang rendah terutama dalam cuaca yang lembab. Kebaikan Plastik i. Harga murah ii. Tahan lama iii. Sebahagiannya boleh dikitar semula iv. Mudah untuk dibentuk v. Penebat elektrik yang baik vi. Sebahagian kalis air Keburukan Plastik i. Ukuran boleh berubah disebabkan kelembapan ii. Suhu operasi yang rendah iii. Mudah rapuh pada suhu yang rendah iv. Lembut dan kurang anjal berbanding logam v. Sebahagian plastik amat mudah terbakar vi. Sebahagian mudah diserang oleh cahaya lampu unggu vii. Rayapan pada semua keadaan suhu 9. Kaedah Bagi Pembentukan Bahan Plastik Di antara mesin mesin pembuatan plastik yang terdapat ialah :- 1. Pengacuanan Penyemperitan (Extrusion Moulding). 2. Pengacuanan Penyuntikan (Injection Moulding). 3. Pengacuanan Peniupan (Blow Moulding). 4. Pengacuanan Pindah/Mampatan (Transfer/Compression Moulding).

10 1.Pengacuanan Penyemperitan (Extrusion Moulding) Proses pengacuan penyemperitan secara amnya adalah hampir sama dengan proses pengacuan suntikan. Berbeza utama proses ini dengan proses pengacuan suntikan ialah ia melibatkan operasi menghasilkan produk panjangan berterusan serta mempunyai bentuk keratan rentas yang sekata. Proses penghasilan produt dilakukan dengan cara serbuk plastik dibawa ke bahagian hadapan dan ditekan oleh penyuap skrew. Pemanas akan meleburkan plastik dan menolaknya melalui die. Bentuk dan saiz die adalah mengikut spesifikasi yang dikehendaki dalam pengeluaran. Gambarajah 6.6 di bawah menunjukkan kaedah pengacuan penyemperitan Gambarajah 6.6: Pengacuan Penyemperitan Contoh penghasilan : paip, tiub, dawai, kabel, kepingan, rod, kepingan.kerangka tingkap dan lain lain.

11 2. Pengacuanan Penyuntikan (Injection Moulding) Konsep asas mesin pengacuan suntikan adalah keupayaan termoplastik untuk dilembutkan semula dengan pemanasan dan dikeraskan semula ke bentuk tertentu dengan penyejukan. Proses ini sesuai untuk pengeluaran plastik haba seperti polietilena, polistirena dan sebagainya. Ia merupakan proses yang paling cepat dan meluas digunakan. Gambarajah 6.7 di bawah menunjukkan kaedah pengacuan penyuntikan. Gambarajah 6.7: Kaedah Pengacuan Penyuntikan

12 Merujuk kepada Gambarajah 12.6, bahan plastik dimasukkan ke dalam ruang suntikan dan ditolak ke dalam bahagian zon pemanasan. Contohnya:- nylon akan dipanaskan pada suhu C. Plastik akan menjadi lembut dan ia akan mengalir melalui nozel apabila dikenakan tekanan oleh pelocok. Seterusnya plastik akan masuk k edalam acuan tertutup yang sejuk. Apabila acuan telah penuh, plastik tadi disejukkan dengan cepat. Acuan dibuka setelah plastik memejal dan komponen dikeluarkan. 3.Pengacuanan Peniupan (Blow Moulding) Mesin ini digunakan untuk menghasilkan bekas lubang berdinding nipis. Proses ini bermula apabila bahan plastik di dalam bekas selinder yang dipanggil `parison dilunjur keluar secepat mungkin diantara dua acuan terpisah. Apabila acuan ditutup, udara akan ditiup dan menolak bahan plastik ke permukaan acuan. Sebaik sahaja produk disejukkan, acuan akan dibuka semula untuk membenarkan komponan dikeluarkan. Gambarajah 6.8 di bawah menunjukkan kaedah pengacuanan tiupan. Lakaran keseluruhan Mesin Pengacuanan Tiup Bahagian Parison dalam proses Pengacuanan Tiup

13 Bahagian Parison dalam proses Pengacuanan Tiup Gambarajah 6.8: Mesin Pengacuanan Tiup Di antara produk yang dihasilkan melalui cara ini adalah seperti pembungkus kosmetik, botol dan bekas sabun cecair. 4.Mesin Pengacuan Mampatan (Transfer/Compression Moulding) Proses pengacuan mampatan secara ringkasnya adalah satu proses dimana acuan dua bahagian dicantumkan bersama dibawah satu tekanan mampatan. Percantuman ini akan memberikan bentuk rongga (cavity) berdasarkan bentuk komponen. Sebelum dicantumkan, bahan plastik (biasanya termoset) diletakkan pada bahagian bawah acuan, selepas itu acuan bahagian atas akan ditolak (dimampat) dan pada masa yang sama acuan dipanaskan. Bahan plastik akan melembut dan membentuk kepada komponen yang dikehendaki dalam acuan rongga seperti yang ditunjukkan dalam Gambarajah 6.9 di bawah.

14 Rajah (a) Rajah (b) Rajah (c) Gambarajah 6.9 : Rajah (a), (b) dan (c) Mesin Pengacuan Mampatan Proses ini biasanya digunakan untuk menghasilkan produk-produk seperti soket, palam, penebat voltan.

15 Sediakan slide power point berikut : (a) Definisi istilah plastik, Amorfus, Monomer,Polimer Pengkelasan plastik thermoplastic dan termoset. Kebaikan dan keburukan plastik 1 kumpulan Proses pempolimeran tambahan dan kondensasi (b) Jenis-jenis Rantaian Polimer i. Polimer lelurus (linear) ii. Polimer bercabang (branch) iii. Polimer barpaut silang (crosslink) 1 kumpulan iv. Polimer rangkaian. (c) Jenis-jenis Plastik Haba (Thermoplastic) 1.Polietilena (PE) 2.Polipropilena (PP) 3.Polistirena 4.Polivinyl Klorida (PVC) 5.Polimetil Metakrilat (PMMA) 6.Poliamides (NYLON) (d) Jenis-jenis Plastik Termoset (Thermoset) 1.Fenol-Formaldehid 2.Urea-Formaldehid / Amino-Formaldehid 3.Melamina-Formaldehid 2 kumpulan (3 jenis platik/kumpulan) 2 kumpulan (3 jenis platik/kumpulan) 4.Polyester 5.Epoksida 6.Silikon (c) dan (d) terangkan dari segi ciri-ciri@sifat umum, contoh kegunaan (bersama gambar produk) (e) Proses pembuatan plastik 4 kumpulan (1 proses/kumpulan) 1.Pengacuanan Penyemperitan (Extrusion Moulding) 2. Pengacuanan Penyuntikan (Injection Moulding) 3.Pengacuanan Peniupan (Blow Moulding) 4.Mesin Pengacuan Mampatan (Transfer/Compression Moulding) (e) terangkan kaedah pembuatan, gambar mesin-mesin terbabit dan contoh produk dihasilkan