Polymer Morphology

Polymer

Polymer adalah molekul besar hydrocarbon yang memiliki berat molekul antara seribu sampai jutaan yang terbangun dari repetisi rantai carbon dengan berat molekul yang lebih rendah. ‘Poly’ berarti banyak dan ‘mer’ berarti bagian. Sebagai contoh polyethylen adalah gabungan dari banyak molekul ethylene  C
2H
4  atau H₂C=CH₂ sebagai penyusunnya. 

Proses penggabungan menjadi molekul besar (rantai panjang) ini disebut polymerisasi.

Beberapa bentuk polimer berdasarkan jumlah rantai karbonnya :

1 ~ 4 Gas (LPG, LNG)

5 ~ 11 Cair (bensin)

9 ~ 16 Cairan dengan viskositas rendah

16 ~ 25 Cairan dengan viskositas tinggi (oli, gemuk)

25 ~ 30 Padat (parafin, lilin)

1000 ~ 3000 Plastik (polistiren, polietilen, dll)

Jadi lilin yang kita kenal adalah polimer seperti polyethylen (PE) namun memiliki rantai karbon yang pendek (25-30 monomer atom carbon) sehingga mudah patah dan meleleh.

Polymerisasi ethylen

Polymer Morphology

Untuk memahami plastik dengan baik, seperti properties terutama yang berhubungan dengan temperatur, bahkan sifat pengerjaan dan ketepatan pemanfaatan untuk applikasinya, setidaknya kita harus mengetahui sedikit saja tentang morphology polimer plastik ini.

Polymer morphology adalah pola pengaturan rantai molekul polymer, ada dua tipe struktur utama yaitu plastik type struktur amorphous dan dan crystalline.

Struktur polimer amorphous (kiri) dan crystalline (kanan)

Kita dapat membayangkan struktur rantai polimer pola acak amorphous seperti mie yang sudah direbus sedangkan struktur rantai polimer kristallin berbentuk teratur rapat adalah menyerupai mie kering

Struktur Amorphous

Struktur Crystalline

Amorphous

Struktur acak

Memiliki range temperature melting yang lebar

Susut volume yang kecil

Memiliki mekanikal properties yang relative rendah

Dapat dibuat transparan/clear

Contoh : PMMA (acrylic), PVC, ABS, PS, PC

Crystalline

Adanya kehadiran struktur yang teratur (crystallites)

Memiliki range temperature melting yang sempit

Susut volume yang besar

Memiliki mekanikal properties yang baik

Hanya dapat dibuat translucent atau opaque

Contoh : Polyester, Nylon, Polyethylen, Polypropylene

Thermal Transitions Temperatures pada Polymers

Thermal transitions temperature adalah suhu dimana polymer berubah bentuk dari suatu bentuk ke bentuk lainnya, contoh air (bukan polimer) akan menjadi padat pada suhu dibawah 0 deg C, menjadi cair antara 0 – 100 deg C, dan berbentuk gas pada suhu di atas 100 deg C.

Pada polymer ada dua bentuk tipe pada suhu transisi ini

Glass transition temperatures
Thermoplastics akan meleleh ketika suhu dinaikan melebihi titik lelehnya (melting point) dan menjadi lebih cair (liquid), tetapi ketika plastik yang mencair ini didinginkan secara bertahap, kekentalannya meningkat dan plastik cair ini berubah menjadi lebih menyerupai karet (rubbery) dan selanjutnya menjadi lebih keras (solid). Batas temperatur antara keadaan menyerupai karet ke keadaan solid (keras/ gelas) ini disebut sebagai “glass transition temperature”, atau disingkat Tg.

Dengan mengetahui Tg, maka dapat dimungkinkan untuk memperkirakan waktu tersisa yang dibutuhkan untuk mencetak plastic di dalam casting molding dan mengeluarkan hasil cetakannya.

Melt transition temperature
Spesifikasi plastics moulding compound biasanya disertakan dalam setiap shipment dari material spesifikasi tersebut berguna untuk rekomendasi proses produksi kualitas cetakan dengan kecepatan time cycle yang mungkin dapat dicapai. Salah satu informasinya berkaitan  dengan rekomendasi melt temperature. Melt temperature adalah suhu dimana material harus meninggalkan mesin molding (melalui nozzle) dan memasuki cetakan (mold)_melalui sprue bushing. Temperatur ini berbeda pada setiap material resin plastic yang dibuat.

(Lihat grafik gambar) biasanya plastik yang tergolong amorf memiliki rentang melting temperature yang lebar, sementara plastic jenis semikristalin memiliki rentang melting temperature yang sempit.

Selanjutnya kita dapat memanfaatkan pengetahuan ini untuk memahami bagaimana seharusnya temperature yang diberikan untuk setting perlakuan thermoforming plastic.

Thermoplastics Glass Transition Temperature dan Melting Temperature