UNIT OPERASI UNTUK MEMPROSES POLIMER POLYMER PROCESSING POLYMER

UNIT OPERASI UNTUK MEMPROSES POLIMER

POLYMER PROCESSING POLYMER END PRODUCT PELLET / POWDER ARTICLES OF DESIRED SHAPES

POLYMER PROCESSING Pemilihan baku Pemilihan teknik proses ekonomis

EXTRUSION Extrude = mendorong keluar EXTRUSION adalah suatu teknik pemrosesan untuk mengubah material termoplastik bentuk bubuk atau butiran menjadi lelehan (continuous uniform melt), dan mendorong lelehan tersebut melalui shaping die yang terletak di ujung akhir mesin. Bentuk produk akhir yang dihasilkan tergantung pada bentuk die orifice yang dilalui lelehan polimer.

Single-screw extruder terdiri dari 5 komponen: 1. Drive system/sistem penggerak 2. Feed system/sistem umpan 3. Screw/Barrel system 4. Head/Die system 5. Instrumentation & Control System

DIAGRAM SKEMATIK SINGLE-SCREW EXTRUDER

DRIVE SYSTEM • Motor berfungsi menggerakkan screw, berdaya besar karena harus mendorong lelehan polimer yang sangat kental melalui die/orifice yang berukuran kecil. • Speed reducer berfungsi menurunkan rpm motor dengan faktor 12 : 1. Jika putaran screw terlalu tinggi, maka temperatur lelehan polimer akan naik dan kemungkinan akan terdegradasi. Dengan turunnya rpm, maka akan didapat torsi screw lebih besar, dan ini diperlukan untuk mendorong lelehan polimer yang sangat kental.

hopper FEED SYSTEM throat DIAGRAM SKEMATIK FEED SYSTEM DARI SINGLE-SCREW EXTRUDER

SCREW/BARREL SYSTEM

Screw merupakan bagian yang bergerak, dan berfungsi untuk: • Memompa/memindahkan • memanaskan • mencampur • menekan Screw berputar di dalam barrel dengan daya yang dipasok oleh motor penggerak.

KARAKTERISTIK GEOMETRI SCREW 1. COMPRESSION RATIO Nilai CR berkisar antara 2 : 1 sampai 4 : 1 2. L/D RATIO Nilai L/D Ratio berkisar antara 18 : 1 sampai 32 : 1, dan yang paling umum digunakan adalah 24 : 1.

Screw dibagi menjadi 3 zona: 1. Feed section (L = 1 – 10 D) Bagian ini berfungsi mengambil resin di bawah hopper dan meneruskannya ke barrel yang dilengkapi dengan pemanas luar, sehingga resin mulai meleleh. 2. Transition/compression section (L = 5 D) Bagian ini mengkompakkan polimer umpan untuk menghilangkan kantong udara. Bagian ini mengubah resin menjadi lelehan yang mengalir kontinyu. Gaya gesek antara resin, dinding barrel, dan screw yang berputar merupakan sumber energi untuk melelehkan resin.

3. Metering/pump section Bagian ini berfungsi menjaga laju alir tetap konstan, dan membangkitkan tekanan untuk menekan lelehan polimer melalui bagian akhir dari extruder dan keluar melalui die.

BARREL Diagram skematik screw dan barrel

• Barrel merupakan silinder yang membentang dari feed throat sampai ujung screw. • Ujung akhir barrel disebut kepala/head. • Permukaan bagian dalam barrel dilapisi bahan yang sangat keras, seperti tungsten-carbide alloy. • Lapisan ini mengurangi terjadinya abrasi barrel dan memperpanjang umur barrel.

• Clearance/jarak antara ujung flight dengan dinding barrel biasanya 0, 1% dari diameter screw. • Jika clearance terlalu besar, maka akan mengurangi kapasitas screw untuk melelehkan dan memompa. • Jika clearance terlalu kecil, maka akan menyebabkan dinding barrel ataupun flight mengalami abrasi.

HEAD/DIE SYSTEM Diagram skematik die head dan mandrel

• Die merupakan “otak” dari operasi extrusion. • Head/die system menerima lelehan polimer dari screw dan membentuknya menjadi bentuk akhir yang diinginkan sebelum didinginkan. • Biasanya digunakan nozzle dan/atau adaptor untuk mengarahkan aliran lelehan dari barrel exit ke die entrance.

RESIN YANG DIPROSES DENGAN TEKNIK EXTRUSION: Kebanyakan jenis termoplastik seperti • PE (polyethylene), • PP (polypropylene), • PVC (poly vinyl chloride), • ABS (acrylonitrile–butadiene–styrene) • PS (poly styrene)

PRODUK: 1. Pipe and tubing 2. Sheet and cast film 3. Coating 4. Fiber 5. Blown film 6. Profile

1. Pipe and tubing Pipa dan tube banyak digunakan untuk pipa air, seperti untuk rumah tangga, rumah sakit, dan irigasi. Produk ini dibuat dengan menggunakan die yang berbentuk annulus.

2. Sheet and cast film Sheet : tebal > 0, 001 in Film : tebal < 0, 001 in Produk ini banyak digunakan, mulai dari cellotape sampai diaper.

3. Coating Ada 2 jenis coating: substrate coating dan wire coating. Substrate coating biasanya berbentuk datar, seperti lembaran polimer. Contoh: untuk cover buku. Wire coating diperlukan dalam produksi extension cord, kabel listrik, dan kabel telepon.

4. Fiber digunakan untuk tekstil (pakaian dan karpet) dan tali pancing.

5. Blown film extrusion merupakan teknik yang paling banyak digunakan. Contoh produk: tas belanja, kantong sampah.

INJECTION MOLDING Injection molding merupakan salah satu teknik proses untuk mengubah material termoplastik dan termosetting dari bentuk pellet dan powder menjadi berbagai macam bentuk. Contoh produk injection modling: garpu, sendok, keyboard komputer, casing TV, casing kalkulator, telepon, dll.

Injection molding melakukan 3 fungsi: 1. Melelehkan plastik sehingga dapat dialirkan dengan bantuan tekanan. 2. Menginjeksikan lelehan plastik ke dalam cetakan. 3. Memegang lelehan plastik dalam cetakan dingin sementara lelehan tersebut mengeras, kemudian mengeluarkan plastik tersebut.

Polimer yang biasa diproses dengan molding: 1. Polyethylene, polypropylene, dan polystyrene untuk pembuatan container, mainan, dan peralatan rumah tangga. 2. Polyester untuk gear, bearing, konektor, switch, dan socket listrik, perlengkapan rumah, pegangan pintu. 3. Nylons untuk peralatan yang digunakan pada temperatur tinggi seperti bagian tangki radiator mobil dan untuk anti korosi, 4. Acetals untuk gear, bearing, impeller, faucet, dan fitting pipa. 5. Polymethyl methacrylate untuk lensa dand pelindung sinar matahari, 6. Polycarbonatesdan ABS untuk peralatan rumah dan mobil.

Major parts of a typical injection-molding machine

BAGIAN-BAGIAN INJECTION MOLDING: 1. Injection unit 2. Plasticizing screw 3. Heating cylinder 4. Clamp

INJECTION UNIT The injection unit essentially has two functions: • melt the pellet or powder and then • inject the melt into the mold. It consists of • the hopper, a device for feeding process material; • a heated cylinder or chamber where the material is melted; and • a device for injecting the molten material into the mold.

Schematic diagram of a plunger-type injection molding machine

• A measured volume of the plastic material is delivered into the heated cylinder from the hopper while the ram is retracted. • At the beginning of the injection cycle, the plunger pushes forward and forces the material through the heated cylinder compacting it tightly behind and over the centrally located spreader or torpedo. • The material is melted by heat convection and conduction. The sustained forward motion of the plunger forces the melt through the nozzle of the cylinder into the mold.

• In the plunger-type machine, material flow in the cylinder is essentially laminar. • Consequently there is hardly any mixing in this system and, as such, large temperature gradients exist in the melt, and color blending is thus problematic. • Also, as a result of the friction between the cold resin pellets in the neighborhood of the hopper and the barrel walls, a considerable loss of pressure, up to 80% of the total ram pressure, occurs. • This necessitates long injection time. As indicated above, the resin is melted by heat conduction from the walls of the cylinder and the resin itself.

• Since plastics are poor heat conductors, high cylinder temperatures are required to achieve fast resin plasticization. • This can result in the degradation of the material. • To avoid such possible material deterioration, the heating of the cylinder is limited, and this also limits the plasticizing capacity of plunger-type injection machines.

Reciprocating-screw machine

Mold/cetakan terdiri dari 2 bagian, yaitu cavity dan core. Cavity memberi bentuk luar, sedang core memberi bentuk dalam. Kebanyakan mold dirancang untuk penggunaan yang lama, sehingga dibuat dari baja. Agar bentuk produk tetap konsisten, maka material cetakan harus tahan aus dan korosi.

Cetakan/mold sederhana untuk mencetak gelas besar/tumbler

FIBER SPINNER Proses pembuatan fiber meliputi extrusion cairan polimer dalam bentuk filamen kecil dan panjang, yang akan mengeras dan digulung. Jika bahan bakunya berupa larutan polimer, maka solven harus diuapkan dengan bantuan gas panas (proses kering) atau koagulasi (proses basah).

a. b. c. d. e. f. Gear pump drive Gear pump Hopper Extruder Spinneret Insulated isothermal oven Diagram skematik melt-spinning apparatus

(a) Spinneret used for fiber spinning; (b) a simple capillary