Bahan Pencetak
Sistem resin termoset adalah bahan pencetak utama dalam pembuatan senyawa cetakan plastik yang memiliki sifat listrik, mekanik, termal, dan kimia yang sangat baik. Bahan pencetak ini digunakan di berbagai industri, militer, dan komersial, dan memungkinkan desainer dan insinyur memilih senyawa cetakan yang tepat sesuai kebutuhan mereka. Resin termoset ini memenuhi spesifikasi kualitas yang ketat untuk memastikan produk yang dihasilkan memenuhi standar yang diperlukan. Selanjutnya, akan dibahas secara rinci berbagai jenis resin termoset, sejarahnya, spesifikasi, dan aplikasinya.
Alil: Diallyl-ortho-phthalate (DAP) dan Diallyl-iso-phthalate (DAIP)
Penelitian mengenai poliester jenuh dimulai oleh W.H. Carothers pada tahun 1928 hingga 1935 dengan DuPont, yang akhirnya menghasilkan produk-produk poliester seperti Terylene, Dacron, dan Mylar. Pada tahun 1937, Carlton Ellis menemukan bahwa poliester tak jenuh dapat berkopolimerisasi dengan monomer tak jenuh, menghasilkan resin termoset yang kuat dan komersial. Resin ini digunakan dalam berbagai produk dengan sifat listrik, mekanik, termal, dan kimia yang luar biasa.
Senyawa bahan pencetak berbasis resin DAP atau DAIP tersedia dalam bentuk granular atau serpihan, mudah dicetak, dan digunakan dengan berbagai bahan penguat seperti mineral, kaca, dan serat sintetis. Spesifikasi untuk senyawa ini memenuhi standar komersial, militer, dan industri. Beberapa spesifikasi militer termasuk penggunaan pengisi mineral, kaca pendek, dan kaca panjang dengan berbagai ketahanan dan nilai impak. Senyawa DAIP juga tahan suhu tinggi hingga 490°F (200°C).
Underwriters Laboratory memberikan penilaian termal untuk DAP dan DAIP pada suhu 266°F (130°C) dengan peringkat tahan api 94 VO pada ketebalan 1/16 inci. Namun, senyawa ini belum diuji untuk ketahanan termal jangka panjang oleh UL. Meski begitu, MIL-M-14 H mengakui ketahanan panas jangka panjang yang sangat baik dari senyawa ini. Tabel Nilai Lembar Data Senyawa Cetakan Alil dan Ringkasan Sifat-Sifat Allyl mencakup nilai sifat khas dan ringkasan sifat senyawa cetakan alilik.
Senyawa DAP dan DAIP digunakan dalam aplikasi yang membutuhkan isolasi listrik dan elektronik yang unggul serta keandalan di kondisi ekstrem, seperti konektor militer, isolator, sakelar, dan komponen televisi. Artikel cetakan dari senyawa ini mengalami penyusutan minimal setelah pendinginan, yang membuatnya ideal untuk aplikasi seperti konektor militer, di mana bagian yang dicetak sekarang tetap cocok dengan bagian yang dicetak bertahun-tahun yang lalu.
Aminos (Urea Melamin)
Resin urea formaldehida pertama kali dikembangkan oleh Fritz Pollack dan Kurt Ritter pada tahun 1920-an, dan kemudian dipasarkan sebagai Plaskon oleh Toledo Synthetic Products Company. Melamin ditemukan pada tahun 1834 dan dikembangkan pada tahun 1933 oleh Palmer Griffith, yang menggabungkan melamin dengan formaldehida untuk membuat resin yang lebih unggul dibandingkan fenolik dan urea. Melamin digunakan dalam peralatan makan dan aplikasi militer serta listrik.
Urea cetakan tersedia dalam bentuk granular yang mudah dicetak, sementara melamin tersedia dalam bentuk granular atau bahan berkekuatan tinggi yang memerlukan peralatan tambahan. Penguat untuk kedua bahan ini meliputi serat selulosa, mineral, kapas, tepung kayu, dan serat kaca.
Spesifikasi militer untuk melamin termasuk pengisi selulosa, kaca, dan mineral dengan berbagai nilai benturan. ASTM mengatur standar urea dan melamin dengan nomor D-705 dan D-704.
Nilai lembar data. Tabel Nilai Lembaran Data Kompon Cetakan Amino—Urea memberikan daftar nilai sifat untuk berbagai senyawa urea dan Tabel Nilai Lembaran Data Kompon Cetakan Amino—Melamin menunjukkan daftar serupa untuk senyawa melamin.
Barang dari bahan pencetak urea memiliki permukaan mengkilap yang tahan gores dan digunakan untuk penutup, rumah kendali, perangkat kabel, tombol kendali, rumah pencukur elektrik, dan kenop. Produk dari bahan pencetak melamin, yang memiliki ketahanan gores dan banyak pilihan warna, digunakan dalam aplikasi militer, komersial, dan industri, seperti untuk rumah pemutus sirkuit, peralatan makan, pencukur, dan kenop. Kombinasi resin fenolik dan melamin menghasilkan bahan dengan warna stabil, mudah dicetak, dan tahan panas, sering digunakan untuk komponen seperti pegangan panci atau wajan.
Epoksi
Resin epoksi diperkenalkan di Amerika pada tahun 1941 oleh Shell Chemical Corporation, dan sifatnya yang baik digunakan dalam berbagai aplikasi, termasuk untuk komponen elektronik seperti sirkuit terpadu dan resistor. Resin ini juga digunakan dalam industri komersial dan militer untuk konektor, cangkang potting, dan papan sirkuit tercetak. Kompon cetakan epoksi tersedia dalam bentuk granular yang mudah dicetak, dengan penguat mineral dan serat kaca. Spesifikasinya mencakup grade enkapsulasi dan listrik, dengan peringkat termal 266°F (130°C). Kompon ini digunakan dalam aplikasi berkinerja tinggi, termasuk konektor dan sirkuit elektronik, berkat sifat listrik, mekanik, dan kimianya yang unggul pada suhu tinggi dan kelembaban.
Fenolik
Resin fenolik ditemukan oleh Dr. Leo Baekeland pada awal 1900-an dengan reaksi antara fenol dan formaldehida. Resin ini menjadi dasar industri kompon cetakan termoset dan banyak digunakan dalam aplikasi industri, komersial, dan militer. Kompon fenolik tersedia dalam bentuk bubuk atau pelet, mudah dibentuk dan dicetak. Penguat yang digunakan meliputi tepung kayu, kapas, mineral, serat kaca, nilon, dan kevlar. Resin fenolik digunakan dalam berbagai aplikasi, termasuk otomotif, transportasi, elektronik, dan peralatan rumah tangga. Kompon ini memiliki indeks termal tinggi, dengan peringkat tahan api 94 VO pada ketebalan 1/16 inci.
Polyester Termoset
Kompon dari bahan pencetak polyester termoset semakin populer karena biaya rendah, warna yang beragam, dan rasio kekuatan/berat yang tinggi, terutama dengan adanya peralatan pencetakan injeksi. Kompon ini tersedia dalam berbagai bentuk seperti granul, pelet, dan bahan seperti adonan, yang mudah dicetak dalam proses termoset. Penguat yang digunakan meliputi mineral, serat kaca, dan serat organik. Kompon ini banyak digunakan dalam aplikasi otomotif, pemutus sirkuit, konektor komersial, dan barang rumah tangga. Kompon polyester termoset memiliki indeks termal 365°F (180°C) dan peringkat tahan api 94 VO pada ketebalan 1/16 inci.
Silikon
Fluida silikon, resin, dan elastomer telah digunakan lebih dari 50 tahun sejak penemuan oleh E. Rochow pada 1940. Kompon dari bahan pencetak silikon terdiri dari resin (fenil dan metil siloksan), pengisi (serat kaca dan silika terfusi), pigmen, dan pelumas. Kompon ini berbentuk granular dan mudah dicetak. Penguat yang digunakan meliputi kuarsa, serat kaca tipe “E”, dan silika terfusi. Kompon silikon memiliki peringkat indeks termal 464°F (240°C) dan peringkat tahan api 94 VO pada ketebalan 1/16 inci. Aplikasi silikon meliputi enkapsulasi perangkat semikonduktor, penyegelan konektor listrik, dan pembuatan gasket atau O-ring, berkat ketahanan terhadap suhu ekstrem, oksidasi, ozon, dan radiasi UV.
Komposit
Pada tahun 1949, aplikasi fiberglass diperkenalkan untuk penggunaan struktural dan sejak itu berkembang pesat, mencapai penggunaan tahunan hingga 1-2 miliar lb. Matriks termoset adalah komposit yang mengeras pada suhu tertentu dan tidak bisa dibentuk kembali dengan pemanasan ulang. Polimer termoset terdiri dari resin dan agen pengeras yang membuatnya mengeras. Jenis resin yang tersedia termasuk polyester, vinil ester, poliurea, epoksi, bismaleimid, polimida, sianat ester, dan fenil triazina. Polyester dan vinil ester digunakan secara luas dalam aplikasi struktural, terutama di bidang konstruksi laut, sedangkan epoksi, meskipun lebih mahal, banyak digunakan untuk komposit lanjutan karena sifat unggulnya.
Bismaleimid (BMI) adalah resin yang digunakan untuk desain pesawat terbang suhu tinggi, dengan kemampuan bertahan pada suhu hingga 177°C (350°F). Polimida adalah polimer dengan suhu toleransi tertinggi, mampu bertahan pada suhu antara 232 hingga 316°C (450 hingga 600°F). Poliurea menggabungkan polimer MDI dan poliol poliether amina untuk menghasilkan komposit yang bisa diperkuat dengan bahan seperti serat kaca atau mika. Resin sianat ester memiliki sifat dielektrik dan penyerapan kelembaban yang lebih baik dibandingkan resin struktural lain, sementara resin fenolik triazina (PT) unggul dalam suhu tinggi dan suhu kriogenik, serta mudah digunakan dalam berbagai aplikasi.
Penguatan
Fiberglass memiliki kekuatan tarik yang tinggi dan ketahanan terhadap panas, api, kimia, dan kelembaban, serta nilai termal dan listrik yang sangat baik. Sementara itu, serat grafit memiliki kekuatan dan modulus yang beragam, tergantung pada tingkat grafitisasi. Proses grafitisasi meningkatkan kekakuan serat dan konduktivitas listrik serta termalnya.
Serat aramid Kevlar 49, yang dikenal karena kekuatan tarik tinggi dan kepadatan rendah, meningkatkan efisiensi desain wadah bertekanan, terutama untuk motor roket. Sementara itu, serat boron, yang pertama kali digunakan dalam pesawat produksi, diproduksi melalui proses khusus dan memiliki sifat yang penting dalam aplikasi tersebut.
Produksi Senyawa Pencetakan
Pemilihan peralatan dan proses untuk bahan pencetak termoset dimulai dengan formulasi senyawa, yang terdiri dari resin, penguat, pengisi, katalis, pelumas, dan pewarna. Resin adalah komponen utama karena hanya resin yang mengalami polimerisasi atau penyembuhan selama pencetakan, yang mempengaruhi proses produksi dan peralatan. Resin juga berfungsi sebagai pengatur aliran dan memberikan sifat isolasi listrik pada produk akhir.
Penguat atau pengisi adalah komponen penting yang memengaruhi proses manufaktur dan peralatan yang digunakan. Senyawa dengan pengisi granular dapat diproses dengan cara kering atau basah. Katalis mengontrol laju reaksi polimerisasi, mempercepat atau menghambat proses pengawetan. Pelumas membantu aliran, pelepasan cetakan, dan memperpanjang umur barrel selama pemodelan. Pewarna dalam senyawa termo-setting opak mempengaruhi proses produksi, terutama saat produk menggunakan berbagai warna, seperti pada senyawa DAP, melamin, urea, dan polyester. Pemilihan peralatan harus mendukung pergantian warna yang cepat.
Proses Produksi
Proses kering menggunakan bahan pengisi granular yang murah dan mudah mengalir. Campuran bahan kering dihomogenkan menggunakan mixer, lalu diproses di penggiling rol panas. Setelah mencapai suhu dan konsistensi yang tepat, campuran dibentuk menggunakan mesin calendering untuk menghasilkan lembaran dengan ketebalan tertentu. Lembaran ini kemudian digiling dan diproses lebih lanjut untuk menghasilkan butiran yang seragam. Proses ini digunakan untuk produksi dalam jumlah kecil, terutama ketika diperlukan variasi warna. Peralatan harus mendukung pergantian warna yang cepat.
Proses basah menghasilkan pelet dengan menggunakan air sebagai pelarut. Bahan dicampur dalam mesin pengaduk, lalu dimasukkan ke ekstruder untuk dipadatkan dan dipotong menjadi pelet. Pelet kemudian dikeringkan sebelum siap dikirim. Pada proses basah berkekuatan tinggi, bahan dicampur dengan pelarut, lalu penguat ditambahkan dengan hati-hati agar serat tidak rusak. Setelah dicampur, campuran dikeringkan, dihancurkan menjadi potongan kecil, dan diproses lebih lanjut untuk mendapatkan ukuran partikel yang diinginkan. Proses ini mengutamakan menjaga integritas serat dan memastikan kualitas kekuatan mekanis.
Untuk produksi dalam jumlah besar, campuran senyawa granular dimasukkan ke dalam extruder atau kneader untuk diproses dan dihomogenkan sebelum diekstrusi. Kneader buss terbuka digunakan untuk produksi warna pastel pada senyawa urea dan melamin, sementara untuk epoksi, poliester, dan fenolik, bantalan eksternal tidak diperlukan. Proses ini juga mengontrol granulasi dan sifat aliran. Pada proses lembaran (SMC), material dan penguat dilapisi dengan polietilen, dipindahkan ke mandrel yang berputar, digulung, dan dipotong sesuai berat yang ditentukan. Produk akhir biasanya memiliki ukuran standar dan dapat menggunakan berbagai jenis resin seperti poliester atau epoksi.
Pada proses lembaran TMC, serat kaca dibasahi sebelum ditempatkan di film bergerak, menghasilkan lembaran yang dapat mencapai ketebalan hingga 2 inci. Lembaran ini dicetak dengan menggunakan cetakan baja yang dipadatkan. Sementara itu, senyawa kekuatan tinggi (BMC) diproduksi menggunakan metode batch dengan mencampur resin, pelumas, katalis, dan serat kaca yang dipotong. Pencampuran dilakukan dengan hati-hati untuk meminimalkan degradasi serat. Produk jadi dikirim dalam kemasan yang terbungkus rapat, dan senyawa juga tersedia dalam bentuk tali sesuai permintaan.
Jaminan kualitas dalam produksi senyawa termoset bertujuan memastikan produk memenuhi spesifikasi pelanggan, dengan bahan baku yang memenuhi standar kualitas tertentu dan proses yang diawasi dengan ketat. Formulasi senyawa mempertimbangkan berbagai sifat, seperti kekuatan, ketahanan kimia, ketahanan cuaca, dan kekuatan listrik. Setiap bahan, seperti resin, penguat, pelumas, dan pelarut, memiliki karakteristik yang dapat diukur dan dikendalikan. Produk yang memenuhi spesifikasi militer atau komersial melalui sertifikasi yang melibatkan pengujian berbagai nilai sifat fisik dan kimia. Proses pengujian melibatkan berbagai alat uji untuk memantau kualitas, termasuk mikroskop, spektrofotometer, dan alat reologi untuk mengukur aliran senyawa cetakan termoset.
Dalam pengujian aliran, ada tiga faktor yang selalu dijaga konstan: jumlah komposisi, suhu cetakan (300°F), dan tekanan pencetakan (1000 lb/in2). Pengujian dilakukan dengan berbagai metode:
- Penutupan Cangkir: Dengan cetakan pada suhu 300°F dan tekanan 1000 lb/in2, komposisi diletakkan di bagian bawah cetakan dan waktu yang dibutuhkan untuk menutup cetakan dicatat. Semakin lama waktu penutupan, semakin kaku alirannya.
- Aliran Cakram I: Setelah cetakan ditutup dan dibuka, cakram yang tercetak diukur. Semakin tipis cakram, semakin lunak alirannya, dan semakin tebal cakram, semakin kaku alirannya.
Aliran Cakram II: Cakram yang dicetak diletakkan di atas target dan diberi nomor 1 hingga 5. Semakin tinggi angkanya, semakin lunak alirannya.
Uji aliran orifice I melibatkan cetakan dengan rongga di pelat bawah untuk menampung bahan komponen. Bahan yang digunakan sekitar 12 hingga 15 g pada suhu 300°F, dengan tekanan pencetakan bervariasi (600, 900, 1800, atau 2700 lb/in2). Bahan dipaksa keluar dari dua lubang kecil setelah pelat pemanas dicetak, dan cetakan tetap tertutup hingga bahan berhenti mengalir dan mengeras. Setelah selesai, bahan yang tersisa di dalam cetakan ditimbang untuk menentukan persentase aliran, misalnya 30% @ 900 lb/in2. Pengujian ini digunakan untuk menilai aliran dalam pencetakan kompresi, transfer, atau injeksi.
Uji aliran orifice II menggunakan cetakan dengan pot di bawah dan plunger di atas. Kompaun sebanyak 90 g dimasukkan ke dalam cetakan dan diberi tekanan 1000 lb/in² pada suhu 300°F. Aliran kompaun yang keluar kemudian ditimbang untuk menghitung laju aliran. Jika diperlukan, aliran dapat dipotong setiap 20 detik untuk melihat penurunan viskositas seiring waktu.
Aliran spiral menggunakan dua jenis cetakan untuk kompaun enkapsulasi dan kompaun thermoset tekanan tinggi. Cetakan memiliki saluran spiral yang diuji dengan suhu 300°F dan tekanan 300 lb/in² atau 1000 lb/in². Hasil tes mencatat seberapa jauh kompaun mengalir.
Brabender plasticorder mengukur reologi kompaun thermoset saat dipanaskan dalam proses injeksi. Alat ini membantu mengukur umur aliran kompaun saat terpapar suhu tinggi selama pencetakan.
Karakteristik pemadatan penting untuk menentukan kualitas sifat mekanik, kimia, dan termal artikel cetakan. Beberapa uji dilakukan untuk mengukur derajat pemadatan, seperti uji refluks untuk alil dan uji ekstraksi aseton untuk fenolik dan epoksi. Uji ini memastikan artikel cetakan memiliki kepadatan yang cukup untuk aplikasi komersial, meskipun kadang cacat pemadatan tidak terdeteksi tanpa analisis lebih lanjut menggunakan alat thermoanalitik. bahan pencetak
Pemanggangan lanjutan dilakukan pada artikel cetakan termoset untuk meningkatkan sifat mekanik dan termal, terutama untuk aplikasi yang memerlukan kinerja optimal. Hasilnya meliputi peningkatan ketahanan terhadap creep, pengurangan bahan volatil, dan stabilitas dimensi yang lebih baik. Beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam pemanggangan lanjutan adalah:
- Suhu awal harus lebih rendah dari titik transisi kaca (Tg) senyawa.
- Bagian dengan ketebalan tidak merata akan mengalami penyusutan tidak merata.
- Pemanggangan lanjutan perlu dilakukan dengan siklus suhu bertahap.
- Sistem penguat pada senyawa mempengaruhi siklus suhu, dan bagian dengan penguat organik perlu dipost-cured pada suhu lebih rendah dibandingkan dengan yang menggunakan penguat kaca atau mineral. (by : niginashq) #plasticpallet #plasticrecycle #bumimulia
Source : Modern Plastic Handbook (Charles A. Harper)