unit operasi untuk memproses polimer

UNIT OPERASIUNTUK

MEMPROSES POLIMER

POLYMER PROCESSING

POLYMER END PRODUCT

PELLET / POWDER ARTICLES OF DESIRED SHAPES

POLYMER PROCESSING

Pemilihan bahan baku

Pemilihan teknik proses

ekonomis

EXTRUSIONExtrude = 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.

EXTRUDER

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

Motor berfungsi menggerakkan screw, berdaya besar karena harus mendorong lelehan polimer yang sangat kental melalui die/orifice yang berukuran kecil.

• Speed reducerSpeed 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.

FEED SYSTEM

DIAGRAM SKEMATIK FEED SYSTEM DARI SINGLE-SCREW EXTRUDER

hopper

throat

SCREW/BARREL SYSTEM

Screw merupakan bagian yang bergerak, dan berfungsi untuk: • Memompa/memindahkan• memanaskan• mencampur• menekan

Screw berputar di dalam barrel dengan daya yang di-pasok oleh motor penggerak.

KARAKTERISTIK GEOMETRI SCREW1. COMPRESSION RATIO

DepthChannelMeteringDepthChannelFeedRationCompressio

2. L/D RATIO

DiameterScrewLengthScrewRatio/L D

Nilai CR berkisar antara 2 : 1 sampai 4 : 1

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 meleleh-kan resin.

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

Diagram skematik screw dan barrel

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, • PS (poly styrene)

APLIKASI

PRODUK:

1. Pipe and tubing

2. Sheet and cast film

3. Coating

4. Fiber

5. Blown film

6. Profile

1. Pipe and tubingPipa 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 filmSheet : tebal > 0,001 inFilm : tebal < 0,001 inProduk ini banyak digunakan, mulai dari cellotape sampai diaper.

3. CoatingAda 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. FiberFiber digunakan untuk tekstil (pakaian dan karpet) dan tali pancing.

5. Blown film

Blown film extrusion merupakan teknik yang paling banyak digunakan.

Contoh produk: tas belanja, kantong sampah.

INJECTION MOLDINGInjection molding merupakan salah satu teknik proses untuk mengubah material termoplastik dan termo-setting 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, dand 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.

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).

Diagram skematik melt-spinning apparatus

a. Gear pump driveb. Gear pumpc. Hopperd. Extrudere. Spinneretf. Insulated

isothermal oven

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