Segala Hal yang Perlu Anda Ketahui Tentang Plastik: Jenis, Sifat, dan Aplikasi

Cetakan injeksi adalah alat yang digunakan untuk memproduksi produk plastik. Sebelum merancang cetakan, penting untuk memahami dan menguasai sifat-sifat plastik secara menyeluruh. Hanya dengan memahami proses pembentukan plastik secara menyeluruh, dimensi cetakan dan produk plastik dapat dikontrol secara akurat, sehingga menjamin desain cetakan berkualitas tinggi.

1.1 Plastik dan Keuntungan serta Kerugiannya

1.1.1 Apa itu Plastik?

Menurut standar nasional (GB/T2035-2008), plastik didefinisikan sebagai bahan polimer buatan yang utamanya terdiri dari resin organik sintetis, dengan atau tanpa penambahan bahan penyusun lain (aditif). Plastik biasanya dapat dicetak menjadi produk dengan bentuk tertentu di bawah kondisi panas dan tekanan, dan bentuk ini tetap tidak berubah pada suhu ruangan.

Beberapa resin, seperti polietilena, polistirena, dan nilon, dapat langsung digunakan sebagai plastik. Namun, sebagian besar resin, seperti resin fenolik, resin amino, dan polivinil klorida, memerlukan penambahan aditif tertentu sebelum dapat digunakan sebagai plastik.

Plastik memiliki beragam aplikasi, dan produknya sangat beragam. Ada banyak jenis plastik, masing-masing dengan sifat yang berbeda. Plastik dapat berupa aliran kaca, elastomer, dan viskos. Plastik umumnya dibentuk menggunakan cetakan, dengan metode pencetakan standar meliputi pencetakan injeksi, pencetakan ekstrusi, pencetakan tiup, pencetakan kompresi, dan pencetakan transfer.

1.1.2 Keuntungan Plastik

Keuntungan dari plastik meliputi:

1. Pemrosesan dan Pencetakan Mudah, Cocok untuk Produksi Massal Sepenuhnya Otomatis dengan Biaya Rendah

Plastik dapat dicetak menjadi produk dengan bentuk geometris yang kompleks sekalipun, dan efisiensi produksinya jauh melampaui pemrosesan logam. Khususnya untuk produk plastik cetak injeksi, bahkan produk yang sangat kompleks pun dapat diproduksi dalam satu langkah.

Karena kemudahan pemrosesan dan kemampuan produksi massal dengan biaya peralatan yang relatif rendah, produk plastik hemat biaya.

2. Warna yang Dapat Disesuaikan dan Produk Transparan

Plastik dapat dengan mudah diwarnai untuk menghasilkan produk yang cerah, berwarna-warni, atau transparan. mencampur berbagai plastik, produk dengan efek pearlescent juga dapat dibuat, yang secara signifikan meningkatkan nilai tambahnya dan memberikan tampilan yang segar dan cerah.

3. Ringan dengan Kekuatan Spesifik Tinggi

Kebanyakan plastik memiliki massa jenis yang sebanding dengan air, yaitu sekitar 1,0 g/cm³. Dibandingkan dengan logam dan keramik, plastik tergolong ringan. Meskipun kekuatan mekanis plastik tidak setinggi logam atau keramik, kekuatan spesifiknya (rasio kekuatan terhadap massa jenis) relatif tinggi, sehingga memungkinkan produksi produk yang ringan dan berkekuatan tinggi. Lebih lanjut, mengisi plastik dengan serat kaca dapat meningkatkan kekuatan dan ketahanan ausnya secara signifikan.

4. Anti Karat dan Tahan Korosi

Plastik tidak berkarat seperti logam atau terkorosi saat terpapar bahan kimia. Plastik tahan terhadap asam, alkali, garam, minyak, bahan kimia, kelembapan, dan jamur, sehingga sangat tahan lama di berbagai lingkungan.

5. Konduktivitas Termal Rendah dan Isolasi Sangat Baik

Plastik memiliki kapasitas kalor jenis yang tinggi dan konduktivitas termal yang rendah, sehingga menjadikannya konduktor panas yang buruk. Oleh karena itu, plastik memberikan insulasi termal dan retensi panas yang sangat baik.

6. Cocok untuk Aplikasi Konduktif dan Isolasi

Plastik pada dasarnya merupakan bahan isolasi yang baik. Hampir tidak ada komponen listrik saat ini yang tidak menggunakan plastik. Dengan mengisi plastik dengan serbuk atau pecahan logam, produk konduktif dengan kinerja yang sangat baik juga dapat diproduksi.

7. Penyerapan Guncangan, Pengurangan Kebisingan, dan Transmisi Cahaya yang Unggul

Plastik memiliki sifat peredam guncangan dan kebisingan yang sangat baik. Plastik transparan (misalnya, PMMA, PS, PC) dapat menghasilkan produk presisi seperti lensa, papan nama, dan penutup.

1.1.3 Kerugian Plastik

Kerugian dari plastik meliputi:

1. Ketahanan Panas dan Mudah Terbakar yang Buruk: kelemahan paling signifikan dari plastik. Dibandingkan dengan logam dan keramik, ketahanan panasnya jauh lebih rendah; plastik mudah berubah bentuk pada suhu yang sedikit lebih tinggi dan rentan terbakar. Sebagian besar plastik dapat menghasilkan panas, asap, dan gas beracun saat terbakar. Bahkan resin termoset akan mengeluarkan asap dan mulai mengelupas ketika suhunya melebihi 200°C.

2. Sifat Berubah Seiring Variasi SuhuTidak hanya pada suhu tinggi tetapi juga pada suhu rendah, berbagai sifat plastik dapat berubah.

3. Kekuatan Mekanik Rendah Dibandingkan dengan logam dengan volume yang sama, plastik memiliki kekuatan mekanik yang jauh lebih rendah. Perbedaan ini terutama terlihat pada produk plastik berdinding tipis.

4. Rentan terhadap Korosi oleh Pelarut dan Bahan Kimia Tertentu Umumnya, bahan kimia tidak mudah mengkorosi plastik. Namun, beberapa plastik, seperti PC (polikarbonat), ABS, dan PS (polistirena), mudah terkikis oleh pelarut dan bahan kimia tertentu serta memiliki ketahanan yang lemah. Secara umum, resin termoset berkinerja lebih baik dan lebih tahan terhadap korosi.

5. Ketahanan Cuaca dan Penuaan yang Buruk Plastik tidak tahan lama dalam hal kekuatan, kilap permukaan, atau transparansi, dan cenderung merayap di bawah beban. Selain itu, semua plastik rentan terhadap paparan sinar ultraviolet dan sinar matahari, serta cepat menua di bawah cahaya, oksigen, panas, air, dan kondisi atmosfer.

6. Mudah Rusak dan Rentan terhadap Debu dan Kotoran Plastik memiliki kekerasan permukaan yang relatif rendah dan mudah rusak. Selain itu, sebagai isolator, plastik menghantarkan listrik statis, sehingga rentan terhadap debu.

7. Stabilitas Dimensi yang Buruk Dibandingkan dengan logam, plastik memiliki tingkat penyusutan yang tinggi dan mudah terpengaruh oleh parameter proses pencetakan injeksi. Hal ini mengakibatkan fluktuasi signifikan yang sulit dikendalikan, sehingga mengurangi akurasi dimensi produk plastik cetak. Selain itu, produk plastik dapat menyerap kelembapan selama penggunaan, dan ketika terjadi perubahan suhu, dimensinya cenderung berubah seiring waktu.

1.2 Komposisi Plastik

Komponen utama plastik adalah berbagai resin, yang merupakan polimer. Namun, plastik dan polimer tidaklah sama. Polimer murni seringkali tidak dapat memenuhi persyaratan pemrosesan, pencetakan, dan penggunaan praktis. Polimer murni umumnya tidak digunakan sendiri, tetapi hanya memperoleh nilai industri ketika aditif ditambahkan. Plastik menggabungkan resin sintetis dengan berbagai aditif (bahan pembantu) sebagai komponen utama. Resin sintetis menentukan sifat-sifat mendasar produk plastik. Perannya adalah untuk mengikat berbagai aditif menjadi satu kesatuan yang kohesif. Aditif ditambahkan untuk meningkatkan kinerja pemrosesan dan pencetakan plastik, meningkatkan sifat produk akhir, atau mengurangi biaya produksi.

Bahan plastik mengandung banyak aditif, seperti pengisi, plasticizer, pewarna, penstabil, zat pengeras, dan antioksidan. Meskipun resin memainkan peran penting dalam kinerja plastik, kontribusi aditif tidak dapat diabaikan. Bersama-sama, mereka membentuk sistem material lengkap yang digunakan dalam plastik.

1.2.1 DamarResin adalah polimer yang melunak saat dipanaskan dan cenderung mengalir di bawah pengaruh gaya eksternal. Resin merupakan komponen terpenting dalam plastik dan bertindak sebagai pengikat, juga disebut sebagai bahan perekat. Resin menentukan jenis dan sifat dasar plastik, termasuk sifat termal, fisik, kimia, mekanik, dan listrik.

1.2.2 Aditif

(1) Pengisi

Pengisi, juga dikenal sebagai agen penguat, merupakan komponen penting dalam plastik, meskipun tidak mutlak diperlukan untuk semua jenis plastik. Pengisi biasanya berupa zat inert dan berbentuk bubuk. Pengisi ditambahkan ke dalam plastik untuk meningkatkan kinerja pencetakan dan pemrosesan, meningkatkan sifat produk tertentu, memberikan sifat baru, dan mengurangi biaya.

Misalnya, penambahan serbuk kayu ke dalam ReResine fenolik mengurangi kerapuhan dan biaya. Pengisi kalsium yang ditambahkan ke resin polietilena dan polivinil klorida menghasilkan plastik berbasis kalsium yang kaku, tahan panas, dan berbiaya rendah. Serat kaca sebagai pengisi secara dramatis meningkatkan sifat mekanis plastik. Pengisi tertentu bahkan dapat memberikan sifat-sifat yang tidak terdapat pada ReResin pada plastik, seperti konduktivitas, magnetisme, atau konduktivitas termal.

Bahan pengisi dapat diklasifikasikan sebagai anorganik atau organik dan tersedia dalam tiga bentuk: bubuk, berserat, dan bersisik. Berbedak Pengisi meliputi serbuk kayu, pulp, marmer, talk, mika, asbes, dan grafit. Pengisi berserat meliputi kapas, rami, serat kaca, serat asbes, serat karbon, serat boron, dan serat logam. Pengisi serpih meliputi kertas, katun, linen, dan kain kaca. Pengisi umumnya mencakup kurang dari 40% dari total komposisi plastik.

Pengisi berbentuk bulat atau kubik biasanya meningkatkan kinerja pencetakan dan pemrosesan tetapi menghasilkan kekuatan mekanis yang lebih rendah, sedangkan pengisi berbentuk serpihan memiliki efek sebaliknya. Semakin halus partikel pengisi, semakin baik pula kekakuan, ketahanan benturan, kekuatan tarik, stabilitas, dan tampilan produk plastik.

(2) Plasticizer

Plasticizer adalah senyawa organik dengan volatilitas rendah dan titik didih tinggi yang kompatibel dengan resin. Plasticizer meningkatkan plastisitas dan fleksibilitas, meningkatkan kinerja pencetakan, serta mengurangi kekakuan dan kerapuhan. Plasticizer mengurangi gaya antarmolekul dalam polimer, membuat molekul resin lebih mudah bergerak dan memungkinkan plastik menjadi lebih fleksibel dan lentur pada suhu yang lebih rendah.

Misalnya, penambahan dibutil ftalat ke resin polivinil klorida mengubahnya menjadi plastik lunak seperti karet. Namun, meskipun plasticizer meningkatkan kinerja pencetakan dan pemrosesan plastik, plasticizer juga dapat menurunkan sifat-sifat tertentu seperti stabilitas, kinerja dielektrik, dan kekuatan mekanis. Oleh karena itu, jumlah plasticizer yang ditambahkan harus diminimalkan sebisa mungkin, dan banyak plastik tidak memerlukan plasticizer.

Persyaratan untuk Plasticizer:

1. Kompatibilitas yang baik dengan ReResinVolatilitas rendah, mencegahnya larut dalam produk plastik.
2. Tidak beracun, tidak berwarna, dan tidak berbau.
3. Stabil bila terkena cahaya dan panas.
4. Tidak higroskopis.

Plasticizer yang umum digunakan meliputi dibutil ftalat (DBP), dioktil ftalat (DOP), dan kamper.

(3) Pewarna

Kebanyakan resin sintetis secara alami berwarna putih dan semi-transparan, atau tidak berwarna dan transparan. Pewarna sering ditambahkan selama produksi industri untuk menghasilkan produk plastik dengan beragam warna yang diinginkan guna mengubah warna asli resin dan menghasilkan produk yang cerah dan estetis. Beberapa pewarna juga dapat meningkatkan stabilitas plastik terhadap cahaya dan panas. Misalnya, mewarnai plastik polioksimetilen alami dengan karbon hitam dapat membantu mencegah penuaan dini akibat sinar matahari.

Pewarna umumnya dibagi menjadi pigmen dan pewarna. Pigmen adalah pewarna yang tidak larut dalam pelarut umum dan membutuhkan metode mekanis untuk mendispersikannya secara merata ke dalam plastik guna mencapai efek pewarnaan yang diinginkan. Pigmen dapat dikategorikan menjadi organik dan anorganik. Pigmen anorganik memiliki stabilitas termal dan cahaya yang sangat baik serta relatif murah, tetapi memiliki daya warna yang lebih rendah dan kepadatan yang lebih tinggi (misalnya, natrium merah tua, kuning sulfur-indolin, biru pigmen, dan karbon hitam).
Pigmen organik memiliki daya warna yang tinggi, warna cerah, rentang warna yang lengkap, dan kepadatan yang lebih rendah. Namun, kekurangannya antara lain ketahanan panas, ketahanan cuaca, dan opasitas yang lebih rendah dibandingkan dengan pigmen anorganik (misalnya, kuning krom, kromium oksida, bubuk timbal). Pewarna adalah senyawa organik yang larut dalam sebagian besar pelarut dan dapat digunakan untuk mewarnai plastik. Pewarna organik menawarkan keunggulan seperti kepadatan rendah, daya warna tinggi, dan transparansi yang baik, tetapi struktur molekulnya yang kecil sering kali mengakibatkan migrasi selama pewarnaan (misalnya, Biru Pelarut).

Persyaratan Pewarna: Pewarna harus memiliki daya warna yang kuat, kompatibilitas yang baik dengan resin, dan stabil secara kimia tanpa bereaksi dengan komponen lain dalam plastik. Pewarna harus tahan terhadap degradasi dan perubahan warna selama pencetakan pada suhu dan tekanan yang bervariasi, serta tetap stabil selama penggunaan produk plastik jangka panjang.

Untuk mencapai persyaratan ini dan memastikan pewarnaan yang optimal, mesin masterbatch warna Mesin masterbatch warna berperan penting dalam proses pewarnaan plastik. Mesin ini secara akurat mengukur dan mendispersikan pigmen dan pewarna secara merata, memastikan efek warna yang diinginkan pada produk plastik. Untuk pigmen yang tidak larut, terutama pigmen anorganik, sistem pencampuran yang efisien pada mesin masterbatch warna mengatasi tantangan dispersi, sehingga menghasilkan pewarnaan yang seragam. Selain itu, fitur kontrol suhunya melindungi pigmen dan pewarna organik dari degradasi dan perubahan warna selama pemrosesan suhu tinggi, sehingga menjaga stabilitas dan kualitas produk plastik berwarna.

(4) Stabilisator

Selama pemrosesan dan penggunaan, resin dapat mengalami penuaan, yang juga dikenal sebagai degradasi. Degradasi mengacu pada reaksi di mana rantai molekul polimer putus, atau struktur kimianya berubah secara negatif di bawah pengaruh panas, gaya, oksigen, air, cahaya, atau radiasi. Stabilizer ditambahkan ke polimer untuk mempertahankan sifat kimianya dan mencegah degradasi atau ikatan silang yang disebabkan oleh faktor eksternal seperti panas, cahaya, oksigen, dan jamur.

Stabilisator diklasifikasikan berdasarkan fungsinya, termasuk stabilisator termal, stabilisator cahaya, dan antioksidan:

1. Thermal Stabilize menghambat degradasi termal selama pencetakan plastik, memastikan kelancaran proses dan kualitas produk yang tinggi. Senyawa timah organik, yang tidak beracun namun mahal, umumnya digunakan dalam plastik PVC.
2. Stabilisator Cahaya mencegah degradasi dan penurunan kinerja plastik akibat sinar matahari, cahaya buatan, atau radiasi berenergi tinggi. Jenis yang umum digunakan antara lain penyerap ultraviolet (misalnya, ester asam benzoat) dan agen pemblokir cahaya (misalnya, karbon hitam).
3. Antioksidan: Mencegah oksidasi dan degradasi plastik pada suhu tinggi. Senyawa organik berbasis fenol dan amina sering digunakan sebagai antioksidan.

Sebagian besar plastik membutuhkan stabilisator, yang berjumlah 0,3% hingga 0,5% dari total material. Persyaratan untuk Stabilisator: Stabilisator harus kompatibel dengan resin, secara efektif menstabilkan polimer, dan tahan terhadap air, minyak, dan korosi kimia. Stabilisator juga tidak boleh terdegradasi selama pencetakan, memiliki volatilitas rendah, dan tidak memengaruhi warna plastik.

(5) Bahan Pengeras

Bahan pengawet, pengeras, atau pengikat silang digunakan untuk mencetak plastik termoset. Struktur polimer linear dalam resin sintetis memerlukan reaksi pengikatan silang untuk berubah menjadi jaringan polimer tiga dimensi, dan bahan pengawet memfasilitasi reaksi ini. Misalnya, etilendiamin dan trietanolamin umumnya ditambahkan ke resin epoksi.

Aditif lain, seperti bahan pembusa, penghambat api, antistatik, konduktif, dan magnet, dapat ditambahkan ke dalam plastik sesuai kebutuhan. Misalnya, penghambat api mengurangi sifat mudah terbakar plastik, bahan pembusa menghasilkan plastik busa, dan antistatik memberikan konduktivitas sedang untuk menghilangkan listrik statis. Pemilihan aditif dan jenisnya bergantung pada jenis plastik dan kebutuhan aplikasi spesifik produk plastik tersebut.

1.3.Klasifikasi plastik