Bahan plastik dan Bahan isolasi (ilmu bahan)

A.   PLASTIK

Istilah plastik mencakup produk polimerisasi sintetik atau semi-sintetik. Mereka terbentuk dari kondensasi organik atau penambahan polimer dan bisa juga terdiri dari zat lain untuk meningkatkan performa atau ekonomi. Ada beberapa polimer alami yang termasuk plastik. Plastik dapat dibentuk menjadi film atau fiber sintetik. Nama ini berasal dari fakta bahwa banyak dari mereka "malleable", memiliki properti keplastikan. Plastik didesain dengan variasi yang sangat banyak dalam properti yang dapat menoleransi panas, keras, "reliency" dan lain-lain. Digabungkan dengan kemampuan adaptasinya, komposisi yang umum dan beratnya yang ringan memastikan plastik digunakan hampir di seluruh bidang industry.

Jenis plastik[

Plastik dapat digolongkan berdasarkan:

Sifat fisikanya

Termoplastik. Merupakan jenis plastik yang bisa didaur-ulang/dicetak lagi dengan proses pemanasan ulang. Contoh: polietilen (PE), polistiren (PS), ABS, polikarbonat (PC)

Termoset. Merupakan jenis plastik yang tidak bisa didaur-ulang/dicetak lagi. Pemanasan ulang akan menyebabkan kerusakan molekul-molekulnya. Contoh: resin epoksi, bakelit, resin melamin, urea-formaldehida

Kinerja dan penggunaanya

Plastik komoditas

sifat mekanik tidak terlalu bagus

tidak tahan panas

Contohnya: PE, PS, ABS, PMMA, SAN

Aplikasi: barang-barang elektronik, pembungkus makanan, botol minuman

Plastik teknik

Tahan panas, temperatur operasi di atas 100 °C

Sifat mekanik bagus

Contohnya: PA, POM, PC, PBT

Aplikasi: komponen otomotif dan elektronik

Plastik teknik khusus

Temperatur operasi di atas 150 °C

Sifat mekanik sangat bagus (kekuatan tarik di atas 500 Kgf/cm²)

Contohnya: PSF, PES, PAI, PAR

Aplikasi: komponen pesawat

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)

Berdasarkan sumbernya

Polimer alami : kayu, kulit binatang, kapas, karet alam, rambut

Polimer sintetis:

Tidak terdapat secara alami: nylon, poliester, polipropilen, polistiren

Terdapat di alam tetapi dibuat oleh proses buatan: karet sintetis

Polimer alami yang dimodifikasi: seluloid, cellophane (bahan dasarnya dari selulosa tetapi telah mengalami modifikasi secara radikal sehingga kehilangan sifat-sifat kimia dan fisika asalnya)

Proses manufaktur plastik

Injection molding

Bijih plastik (pellet) yang dilelehkan oleh sekrup di dalam tabung yang berpemanas diinjeksikan ke dalam cetakan.

Ekstrusi

Bijih plastik (pellet) yang dilelehkan oleh sekrup di dalam tabung yang berpemanas secara kontinyu ditekan melalui sebuah orifice sehingga menghasilkan penampang yang kontinyu.

Thermoforming

Lembaran plastik yang dipanaskan ditekan ke dalam suatu cetakan.

Blow molding

Biji plastik (pellet) yang dilelehkan oleh sekrup di dalam tabung yang berpemanas secara kontinyu diekstrusi membentuk pipa (parison) kemudian ditiup di dalam cetakan.

Sifat polimer konduktif

Polimer semikonduktif dan konduktif adalah polimer terkonjugasi yang menunjukkan perubahan ikatan tunggal dan ganda antara atom-atom karbon pada rantai utama polimer. Ikatan ganda diperoleh dari karbon yang memiliki empat elektron valensi, namun pada molekul terkonjugasi hanya memiliki tiga (kadang-kadang dua) atom lain. Elektron yang tersisa membentuk ikatan π, elektron yang terdelokalisasi pada seluruh molekul. Suatu zat dapat bersifat polimer konduktif jika mempunyai ikatan rangkap yang terkonjugasi. Contoh dari polimer terkonjugasi adalah plastik tradisonal (polyethylen), sedangkan polimer konduktif antara lain : polyacetilen, polpyrol, polytiopen, polyaniline dan lain lain. Indonesia merupakan salah satu penghasil biji plastik untuk jenis Polypropylene atau PP dan High Density PolyEthylene atau HDPE.

Temperatur (oC)	% trans
150	100
100	92,5
50	67,6
18	40,7
0	21,4
-18	4,6
-78	1,9

Pembuatan Polyacetilen

Polimer konduktif dapat dibuat dari polyacetilen. Polyacetilen merupakan polimer terkonjugasi sederhana yang mempunyai dua bentuk: yaitu bentuk cis dan trans polyacetilen.

Sedangkan pembuatan polyacetilen dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu

1. cara pemanasan

2. cara dopping.

Polyacetilen bentuk trans dibuat dengan kondisi temperatur yang berbeda. Katalis Ti(O-n-C4H9)4-(C2H5)3Al.

Temperatur yang menunjukan proses isomerisasi irreversibel dengan bentuk cis terjadi pada temperatur yang lebih tinggi pada 145 oC menghasilkan bentuk trans. Bentuk cis secara termodinamika kurang stabil dibandingkan dengan bentuk trans. Pada temperatur tinggi, dan secara spontan isomer cis dapat berubah menjadi trans.

Konduktifitas polyacetilen dapat ditingkatkan dengan proses halogenasi. Struktur polyacetilen dapat mengalami resonansi sehingga konduktifitasnya menjadi lebih besar. Adanya resonansi pada poliasetilen menyebabkan material dapat menghantarkan arus listrik.

Bila klorin ditambahkan pada film, ternyata tidak menghasilkan spektrum garis, tetapi reaksi adisi klorin menghasilkan spektrum polyacetilen yang jelas. Sekarang dikenal doping-induced pita IR yang disusun dari 3 pita yaitu pada 1397, 1288 dan 888 cm-1, absorbsi kuat jelas dibanding undoped polymer.

B.   ISOLATOR ATAU PENYEKAT

1.     PENGERTIAN ISOLATOR

               Bahan isolator atau sering disebut dengan istilah isolasi adalah suatu bahan yang digunakan dengan tujuan agar dapat memisahkan bagian-bagian yang bertegangan atau bagian-bagian yang aktif. Sehingga untuk bahan isolator ini perlu diperhatikan mengenai sifat-sifat dari bahan tersebut, sepeti : sifat listrik, sifat mekanis, sifat termal, ketahanan terhadap bahan kimia, dan lain-lain.

2.     DEFINISI  ISOLATOR

      Definisi sifat listerik yaitu suatu bahan yang mempunyai tahanan jenis listrik yang besar agar dapat mencegah terjadinya rambatan atau kebocoran arus listrik antara hantaran yang berbeda tegangan atau dengan tanah. Karena pada kenyataannya sering terjadi kebocoran, maka harus dibatasi sampai sekecil-kecilnya agar tidak melebihi batas yang ditentukan oleh peraturan yang berlaku (PUIL : peraturan umum instalasi listrik).

     Definisi sifat mekanis yaitu  Mengingat sangat luasnya pemakaian bahan penyekat, maka perlu dipertimbangkan kekuatannya supaya dapat dibatasi hal-hal penyebab kerusakan karena akibat salah pemakaian. Misal memerlukan bahan yang tahan terhadap tarikan, maka dipilih bahan dari kain bukan dari kertas karena lain lebih kuat daripada kertas.

     Definisi sifat termisnya yaitu Panas yang timbul pada bahan akibat arus listrik atau arus gaya magnit berpengaruh kepada penyekat termasuk pengaruh panas dari luar sekitarnya. Apabila panas yang terjadi cukup tinggi, maka diperlukan pemakaian penyekat yang tepat agar panas tersebut tidak merusak penyekatnya.

     Definisi sifat kimianya yaitu Akibat panas yang cukup tinggi dapat mengubah susunan kimianya, begitu pula kelembaban udara atau basah disekitarnya. Apabila kelembaban dan keadaan basah tidak dapat dihindari, maka harus memilih bahan penyekat yang tahan air, termasuk juga kemungkinan adanya pengaruh zat-zat yang merusak seperti : gas, asam, garam, alkali, dan sebagainya.

3.    BAHAN BAHAN ISOLATOR

1.    Isolator pada bahan-bahan listerik.

      Dalam isolator pada bahan-bahan listrik terbagi menjadi 3:

—   Isolator bentuk padat

—   Isolator bentuk cair

—   Isolator bentuk gas

2.    Isolator pada bahan-bahan padat.

Beberapa macam isoator bentuk padat sesuai dengan asalnya, diantaranya :

•        Bahan tambang, seperti : batua pualam, asbes, mika, mekanit, mikafolium, mikalek, dan sebagainya.

•        Bahan berserat, seperti : benang, kain, (tekstil), kertas, prespan, kayu, dll.

•        Gelas dan keramik

•        Plastik

•        Karet, bakelit, ebonit, dan sebagainya.

•        Bahan -bahan lain yang dipadatkan.

3.    Isolator dalam bentuk cair ini yang paling banyak digunakan adalah minyaktransformator dan macam-macam minyak hasil bumi.

4.    Isolator bentuk gas

Isolator dalam bentuk gas ini dapat dikelompokkan ke dalam : udara dan gas –gas lain, seperti : Nitrogen, Hidrogen dan Carbondioksida (CO2), dan lain-lain.

4.    Pebagian Kelas Bahan isolator.

1.  Kelas A

Yaitu bahan berserat dari kelas Y yang telah dicelup dalam pernis atau kompon atau yang terendam d alam cairan dielektrikum (seperti penyekat fiber pada transformator yang terendam minyak). Bahan -bahan ini adalah katun, sutera, dan kertas yang telah dicelum, termasuk kawat email (enamel) yang terlapis damar-oleo dan daman polyamide.

2.  Kelas B

Yaitu bahan bukan organik (seperti : mika, gelas, fiber, asbes) yang dicelup atau direkat menjadi satu dengan pernis atau kompon, dan biasanya tahan panas (dengan dasar minyak pengering, bitumin sirlak, bakelit, dan sebagainya).

3.  Kelas C

Yaitu bahan bukan organik yang tidak dicelup dan tidak terikat dengan zat-zat organik, seperti : mika, mikanit, yang tahan panas (menggunakan bahan pengikat bukan organik), mikalek, gelas dan bahan keramik. Hanya satu bahan organis saja yang termasuk kelas C yaitu polytetrafluoroethylene (teflon).

4.  Kelas E

Yaitu bahan penyekat kawat enamel yang memakai bahan pengikat polyvinylformal, polyurethene dan damar epoxy dan bahan pengikat lain sejenis dengan bahan selulosa, pertinaks dan tekstolit, film triacetate, film dan serat polyethylene terephthalate.

5.  Kelas F

Yaitu bahan bukan organik yang dicelup atau direkat menjadi satu dengan eposide, polyurethane atau pernis lain yang tahan panas tinggi.

6.  Kelas H

Yaitu semua bahan komposisi bahan dasar mika, asbes dan gelas fiber dicelup dalam silikon dan tidak mengandung sesuatu bahan organis seperti kertas, katun dll.

7.  Kelas Y

Yang termasuk dalam kelas ini adalah bahan berserat organis (seperti kertas, karton, katun, sutera, dan sebagainya) yang tidak dicelup dalam bahan pernis atau bahan pencelup laiinya. Termasuk juga bahan termoplastik yang dapat lunak pada suhu rendah

I. Bahan isolasi yang berbentuk gas

a. Udara

Udara merupakan bahan isolasi yang mudah didapat dan mempunyai tegangan tembus yang cukup besar yaitu 30kV/cm.

Susunan udara di muka bumi, terdiri atas 79% Nitrogen (N2) dan 20% Oksigen (O2), sedangkan sisanya adalah sekitar 1% terdiri dari: Argon, Helium, Neon, Kripton, karbondioksida dan lain-lain.

Pada sistem jaringan tenaga listrik, maka udara merupakan bahan penyekat antara kawat konduktor atau antara kawat konduktor dengan tanah. Pada tekanan yang tidak terlalu tinggi, udara merupakan bahan penyekat yang baik, kebocoran melalui udara adalah kecil sekali. Tetapi pada tekanan yang cukup tinggi, maka akan terjadi loncatan elektron di udara. Udara sering juga digunakan sebagai pendingin.

B. Hidrogen

Sifat-sifatnya adalah:

tidak berwarna dan tidak berbau,merupakan gas yang teringan,mudah terbakar tetapi tidak memelihara pembakaran,bila bercampur dengan udara mudah meletustegangan tembusnya 18 kV/cmgas hidrogen ekonomis bila dipergunakan pada mesin-mesin kapasitas 15 MW ke atas.

Keuntungan pengunaan gas hidrogen dibandingkan dengan udara

Kebisingan suara berkurangTemperatur pendinginan yang dibutuhkan relatif rendahEfisiensi dapat naik antara 0,7 sampai 1% lebih tinggi dengan kepekatan Hidrogen 8 sampai 10 kali lebih rendah daripada udara.Daya hantar panas hidrogen 6 sampai 7 kali lebih besar daripada udara.Tidak membutuhkan pengamanan terhadap bahaya kebakaran (hidrogen tidak memelihara kebakaran).

C. Sulfur Heksafluorida (SF6)

Sulfur heksafluorida (SF6) merupakan suatu gas hasil reaksi eksotermis antara unsur sulfur dengan fluor :

S + 3 F2 SF6 + 262 kkalori

Sifat-sifatnya :

Merupakan gas terberat (massa jenisnya 6,14 kg/m3 atau sekitar 5 kali berat udara )Tidak mudah terbakarTidak larut dalam airTidak beracunTidak berwarna dan tidak berbauTegangan tembusnya sangat tinggi yaitu 75 kV/cmTepat sekali digunakan sebagai pendingin pada peralatan listrik yang menimbulkan panas atau bunga api.

II. Bahan isolasi berbentuk cair

Bahan isolasi cair biasanya digunakan sebagai bahan pengisi pada beberapa peralatan listrik, misalnya: transformator, rheostat dsb. Dalam hal ini, bahan isolasi cair berfungsi sebagai isolator arus listrik dan sekaligus sebagai pendingin. Oleh karena itu bahan isolator cair harus mempunyai tegangan tembus yang besar dan daya hantar panas yang tinggi.

a. Minyak transformator

Fungsi minyak transformator adalah mengeluarkan panas yang ditimbulkan arus listrik dalam kumparan dan melindungi kumparan transformator dari pengaruh air.

Tegangan tembus minyak transformator untuk jarak 2,5 mm :

Tegangan kerja

Minyak baru

Minyak sedang dipakai

> 35 kV

40 kV

35 kV

6-35 kV

30 kV

25 kV

< 6 kV

30 kV

20 kV

Agar minyak transformator dapt berfungsi sebagai pendingin yang baik, maka kekentalannya tidak boleh terlalu tinggi agar mudah bersirkulasi di dalam tangki. Untuk memperpanjang umur minyak transformator, bisa dilakukan dengan cara mencampurnya dengan senyawa tertentu, antara lain dengan paraoksi diphenilamin. Senyawa tersebut dimasukkan ke dalam minyak transformator yang telah dipanasi hingga 85oC. Campuran yang terjadi, konsentrasinya dibuat 0,1% dan selanjutnya didinginkan. Minyak transformator yang sudah diberi senyawa paraoksi diphenilamin akan berwarna kemerah-merahan.

III. Bahan isolasi padat

a. Bahan tambang

Bahan tambang merupakan bahan yang asalnya didapat dari penggalian tanah. Bahan ini ada yang berbentuk bijih (besi, timah, seng dan lain-lain), dan harus diproses terlebih dahulu dalam dapur untuk mendapatkan bahan yang dikehendaki. Selain itu ada beberapa brongkolan/batu (pualam, batu tulis dan sebagainya).

1. Batu pualam

Yang dimaksud dengan batu pualam adalah batu kapur (CaCo3) atau dolimit yang dipoles. Sifat-sifatnya yaitu ada yang berwarna putih, kuning, kelabu dan lain-lain tergantung dari warna pigmen, mudah pecah dan berat, dan mudah menghisap air atau minyak. Karena sifat-sifat tersebut diatas, maka sekarang batu pualam jarang dipakai sebagai bahan isolasi.

2. Asbes

Asbes merupakan bahan yang berserat, tidak kuat dan mudah putus. Selain itu asbes tidak bisa terbakar jadi tahan panas tinggi. Asbes dapat dibuat lempeng-lempeng tipis, yang disebut kertas asbes. Sedangkan semen asbes dibuat dari bahan-bahan semen Portland sebagai pengikat dari asbes, kemudian dipres dalam keadaan dingin dan dibuat dalam bentuk papan, lempeng, tabung dan lain-lain. Asbes disamping digunakan sebagai penyekat panas, juga sebagai penyekat listrik. Sebagai penyekat listrik, asbes digunakan pada tegangan rendah. Untuk mempertinggi daya sekat listriknya, asbes dicelupkan dalam vernis, sirlak atau bahan penyekat lainnya, sehingga daya mekanis dan daya tahanan airnya lebih kuat.

3. Mika

Sifat-sifat dari mika adalah kekuatan dielektriknya 3.000 V/mm, dielektric loss factornya rendah, tahanan listriknya tinggi, tahan terhadap panas dan lembab, kekuatan mekanisnya baik, temperaturnya kerjanya baik, dan mudah lentur tetapi kuat

Bentuk senyawa dari mika :

Mika alam, Muscovita [KAl2, AlSi3O(OH)2] disebut juga Lonit mika, merupakan bahan yang paling banyak digunakan. Selain itu Phlogopite [KAl2, AlSiO3(OH)2] sifat-sifatnya tidak sebaik Muscovite, tetapi tahan terhadap temperatur tinggi, mempunyai kestabilan yang tinggi dan jernih.Mika sintetis, fluorophlogopite, mika ini dibuat dengan jalan memanaskan campuran antara silikat, aluminium, magnesium, dan ditambahkan kedalam Fluorence Compound. Susunan atomnya hampir sama dengan phlogopite.Penggunaan mika :Sebagai bahan isolasi yang terpenting seperti elemen-elemen pemanas mesin-mesin elektrikSebagai bahan dielektrik termasuk kelas C, karena tahan terhadap temperatur, bila dicampur dengan dielektrik kelas A akan membentuk golongan perantara B dan bila dicampur dengan silikon menghasilkan bahan dielektrik kelas H dipergunakan sebagai bahan pengisi kapasitor.Sebagai bahan kapasitor, mica receiving, mica transmitting dan mica reconstituted.

4. Mekanit

Merupakan mika yang dirubah sesuai dengan kebutuhan pemakainya. Contohnya :

polat mekanit, mekanit komutator, pita mekanit.

b. Bahan-bahan berserat

Ada tiga macam golongan dasar yang dipergunakan yaitu tumbuh-tumbuhan, binatang, dan bahan tiruan. Sebenarnya bahan ini kurang baik sebagai penyekat listrik, karena sifatnya yang sangat menyerap cairan. Kita tahu bahwa cairan dapat merusak penyekat dan daya sekat listrik akan turun. Faktor-faktor yang menyebabkan bahan serat dipakai sebagai penyekat listrik adalah bahannya akan melimpah sehingga harganya murah, daya mekanisnya cukup baik (kuat dan fleksibel), dengan disusun berlapis-lapis dan dengan dicampur zat-zat lain, dapat diperbaiki daya mekanisnya, daya sekatnya dan ketahanannya terhadap panas.

Contohnya benang, terbuat dari atau sutra. Tekstil, terbuat dari benang yang ditenun dan dijadikan pita atau kain.selain itu dikenal juga tekstil tiruan, misalnya nilon, tetoron, decron, trilin dan sebagainya..