SIFAT MEKANIK POLIMER

Sifat mekanik polimer adalah salah satu aspek yang sering banyak dipelajari. Dengan mengetahui sifat polimer, maka akan diketahui polimer tersebut cocok untuk digunakan dalam bidang apa saja. Sifat mekanik polimer yang paling penting yaitu kuat tarik dan elastisitas modulus Young. Penggolongan kualitas mekanik polimer biasanya dilakukan dengan menggunakan parameter kuat putus, kuat tekan, dan modulus Young. Pada umumnya sifat mekanik penting untuk bahan polimer bentuk film adalah kuat lumer (yield strength), kuat putus (strength at break), perpanjangan saat putus (elongation at break), dan modulus Young.

Uji kuat tarik sangat penting untuk mengetahui sifat fisik dan ketahanan. Secara umum, kuat tarik akan meningkat seiring bertambahnya panjang rantai dan ikatan silang pada polimer. Kuat putus menunjukkan kekuatan akhir bahan polimer yang dihitung dari beban pada saat putus dibagi luas penampang awal spesimen polimer, atau dapat diungkapkan dalam bentuk persamaan berikut :

σ = F / A

dimana

σ = kuat putus bahan polimer (kgf/mm2)

F = beban pada saat putus (kgf)

A = luas penampang bahan polimer (mm2)

Perpanjangan saat putus (%ε) didapat dari selisih antara panjang pada saat putus dengan panjang mula-mula dan dibagi dengan panjang mula-mula atau dapat diungkapkan dalam bentuk persamaan:

%ε = [ΔL / Lo] x 100

Bila kecepatan tarik diperkecil, maka perpanjangan bahan akan bertambah, yang mengakibatkan kurva tegangan–regangan menjadi landai sehingga modulus elastiknya menjadi kecil dan batas lumernya tidak jelas. Kecenderungan ini sangat terlihat pada bahan yang fleksibel pada suhu kamar.

Makin tinggi kecepatan tarik maka kuat putus dan modulus elastiknya makin besar, sedangkan perpanjangan menjadi kecil. Dengan demikian kecepatan tarik memberikan pengaruh besar pada sifat mekanik bahan polimer. Oleh karena itu, persyaratan yang ketat harus diperhatikan untuk setiap pengujian suatu bahan polimer.

Pengaruh temperatur terhadap kekuatan tarik polimer termoplastik adalah sangat besar. Jika temperatur dinaikkan maka kekuatan tarik bahan polimer akan turun. Pada batas temperatur tertentu (temperatur lunak, temperatur transisi gelas), deformasi karena tarikan akan meningkat dengan cepat, sedangkan kuat putus dan modulus elastiknya akan menurun.

Sebaliknya di bawah temperatur tersebut kuat putus dan modulus elastik akan meningkat dan perpanjangan pada saat putus akan menurun. Jadi, dalam penentuan sifat mekanik bahan polimer perlu diperhatikan temperatur transisi tersebut (temperatur lunak, temperatur transisi gelas) agar dapat diketahui sifat mekanik bahan polimer yang sesungguhnya.

Pada umumnya pengaruh kelembaban terhadap kekuatan tarik serupa dengan pengaruh temperatur. Meningkatnya kadar air yang terabsorpsi cenderung menghasilkan kurva tegangan-regangan yang serupa dengan pengaruh temperatur. Dengan meningkatnya air yang terabsorpsi maka kuat putus dan modulus elastik bahan akan menurun, sedangkan perpanjangan saat putus akan meningkat. Polimer temoset dan termoplastik umumnya tidak bersifat higroskopis, sehingga pengaruh kelembaban tidak dapat diamati. Akan tetapi, seringkali diamati bahwa adanya air dalam jumlah sedikit dapat menyebabkan terjadinya pengurangan modulus elastik.

SIFAT-SIFAT DAN KEGUNAAN

PTFE memiliki titik lebur yang relatif tinggi (dikarenakan oleh kekuatan gaya tarik antara rantai-rantainya) dan sangat resisten terhadap serangan kimia. Rantai karbon begitu melekat pada atom-atom fluorin sehingga tidak ada yang bisa mencapainya untuk bereaksi dengannya. Ini bermanfaat dalam industri kimia dan dalam industri makanan untuk melapisi wadah dan membuat wadah-wadah tersebut kebal terhadap hampir segala sesuatu yang dapat membuatnya korosi.

Yang tak kalah pentingnya bahwa PTFE juga memiliki sifat anti-lengket yang sangat baik - sifat inilah yang menyebabkan PTFE paling banyak digunakan dalam peralatan dapur dan perkebunan yang tidak-melengket. Dengan sifat ini juga, PTFE bisa digunakan pada barang-barang seperti bantalan antigesekan.

SIFAT-SIFAT MEKANIK POLIMER

1. Kekuatan (Strength)

Kekuatan merupakan salah satu sifat mekanik dari polimer. Ada beberapa macam kekuatan dalam polimer, diantaranya yaitu sebagai berikut:

a. Kekuatan Tarik (Tensile Strength)

Kekuatan tarik adalah tegangan yang dibutuhkan untuk mematahkan suatu sampel. Kekuatan tarik penting untuk polymer yang akan ditarik, contohnya fiber, harus mempunyai kekuatan tarik yang baik.

b. Compressive strength

Adalah ketahanan terhadap tekanan. Beton merupakan contoh material yang memiliki kekuatan tekan yang bagus. Segala sesuatu yang harus menahan berat dari bawah harus mempunyai kekuatan tekan yang bagus.

c. Flexural strength

Adalah ketahanan pada bending (flexing). Polimer mempunyai flexural strength jika dia kuat saat dibengkokkan.

d. Impact strength :

Adalah ketahanan terhadap tegangan yang datang secara tiba-tiba. Polimer mempunyai kekuatan impak jika dia kuat saat dipukul dengan keras secara tiba-tiba seperti dengan palu.

2. Elongation

Semua jenis kekuatan memberitahu kita berapa tegangan yang dibutuhkan untuk mematahkan sesuatu, tetapi tidak memberitahu kita tentang apa yang terjadi pada sampel kita saat kita mencoba untuk mematahkannya, itulah kenapa kita mempelajari elongation dari polimer. Elongasi merupakan salah satu jenis deformasi. Deformasi merupakan perubahan ukuran yang terjadi saat material di beri gaya.

% Elongasi adalah panjang polimer setelah di beri gaya (L) dibagi dengan panjang sampel sebelum diberi gaya (Lo) kemudian dikalikan 100.

Elongation-to-break (ultimate elongation) adalah regangan pada sampel pada saat sampel patah.

3. Modulus

Modulus diukur dengan menghitung tegangan dibagi dengan elongasi. Satuan modulus sama dengan satuan kekuatan (N/cm2)

4. Ketangguhan (Toughness)

Ketangguhan adalah pengukuran sebenarnya dari energi yang dapat diserap oleh suatu material sebelum material tersebut patah.

STABILITAS PANAS

Ketika zat-zat organik dipanaskan sampai suhu tinggi mereka memiliki kecenderungan untuk membentuk senyawa-senyawa aromatik. Agar suatu polimer layak dianggap “stabil panas” atau “tahan panas”, polimer tersebut harus tidak terurai di bawah suhu 4000 C dan dapat mempertahankan sifat-sifatnya yang bermanfaat pada suhu-suhu dekat suhu dekomposisi tersebut. Stabilitas panas merupakan fungsi dari energi ikatan. Ketika suhu naik ke titik di mana energi getaran menimbulkan putusnya ikatan, polimer tersebut akan terurai. Dalam kasus unit-unit ulang siklik putusnya satu ikatan dalam suatu cincin tidak menghasilkan penurunan berat molekul. Dengan demikian, polimer-polimer tangga atau semitangga diharapkan memiliki stabilitas panas yang lebih tinggi dari pada polimer-polimer dengan rantai terbuka.

Berbagai jenis polimer-polimer aromatik dan organometalik yang stabil panas telah dikembangkan. Karena struktur rangkanya yang kaku, polimer-polimer aromatik secara karakteristik memperlihatkan suhu-suhu transisi gelas yang sangat tinggi, viskositas leburan yang sangat tinggi, dan kelarutan rendah. Sehingga lebih menyulitkan dari pada sebagian besar jenis polimer lainnya.

Adapun pendekatan-pendekatan yang dikembangkan untuk berbagai jenis polimer memiliki stabil panas yang tinggi antara lain :

Untuk mengintrodus variasi-variasi struktur yang memungkinkan lebih baiknya kemampuan proses Inkorporasi gugus-gugus “fleksibilatir” seperti eter atau sulfon ke dalam rangka polimer. Meskipun aksi-aksi ini sering menghasilkan lebih besarnya kelarutan dan lebih rendahnya viskositas, stabilitas panas biasanya akan berkurang.

Untuk mengintrodusir gugus-gugus aromatik siklik yang terletak tegak lururs terhadap rangka aromatik datar, sebagaimana dalam polibenzimidazola. Struktur-struktur demikian yang dinyatakan sebagai polimer cardo, yaitu memperlihatkan kelarutan yang lebih baik tanpa mengorbankan sifat-sifat termalnya.

Pendekatan ketiga yaitu paling produktif adalah sintesis oligomer dan prapolimer aromatic yang ditutupi dengan gugus –gugus ujung reaktif. Oligomer-oligomer yang tertutup gugus ujung tersebut melebur pada suhu yang relative rendah dan dapat larut dalam berbagai polimer.

DAYA NYALA DAN KETAHANAN NYALA

            Karena polimer-polimer sintetik makin dipakai dalam transpportasi dan konstruksi, banyak usaha telah ddilakukan untuk mengembangkan polimer-polimer tak dapat nyala. Usaha-usaha ini bertujuan untuk pengurangan gas-gas berasap dan beracun yang terbentuk selama pembakaran dan pengembangan serat-serat yang tidak dapat nyala.

            Beberapa polimer pada dasarnya tidak dapat nyala, misalnya poli(vonil klorida) dan polimer-polimer yang memiliki kandungan halogen tinggi. Namun, leinnya seperti polikarbonat dan poliuretana, akan terbakar sepanjang sumber nyala tettap hidup, tetapi pembakaran terhenti ketika sumber nyala dimatikan. Polimer-polimer ini disebut pemadam sendiri.

            Pembakaran terjadi dalam serangkaian tahap-tahap, yaitu:

“Sumber panas luar menaikkan suhu polimer tersebut ke suatu suhu dimana polimer itu mulai terurai dan melepaska gas-gas yang mudah terbakar. Gas-gas yang mudah terbakar tersebut berupa monomer yang terjadinya disebabkan depolimerisasi rantai polimer yang diinduksi panas”.

Dalam memperbaiki ketahanan nyala bahan polimer terdapat 3 strategi, yaitu:

1. Menahan proses pembakaran dalam fase uap.
2. Menimbulkan pembentukan ‘arang’ dalam daerah pirolisis.
3. Menambah bahan-bahan yang terurai baik untuik memberikan gas-gas tak dapat nyala atau secara endotermik untuk mendinginkan zona pirolisis.