Bahan pengisi

Penggunaan konsumsi plastik berdasarkan bidang

Bahan pengisi adalah partikel yang ditambahkan ke bahan pengikat (resin, termoplastik, semen) untuk membuat bahan komposit. Bahan pengisi meningkatkan sifat-sifat tertentu atau membuat produk lebih murah.[1]

Bahan pengisi kasar seperti agregat konstruksi dan besi beton digunakan dalam industri bangunan untuk membuat turap, lepa, dan beton.

Pengisi bubuk dicampur dengan elastomer dan plastik.[2] Di seluruh dunia, lebih dari 53 juta ton pengisi (dengan nilai bersih sekitar US$18 miliar) digunakan setiap tahun dalam produksi kertas, plastik, karet, cat, pelapis, perekat, dan bahan penyegel. Bahan pengisi diproduksi oleh lebih dari 700 perusahaan, termasuk di antara bahan baku utama dunia dan terkandung dalam berbagai barang untuk kebutuhan konsumen sehari-hari. Bahan pengisi utama yang digunakan adalah kalsium karbonat giling (GCC), kalsium karbonat presipitasi (PCC), kaolin, talk, dan karbon hitam.[3]

Bahan pengisi dapat memengaruhi kekuatan tarik, ketangguhan, ketahanan panas, warna, kejernihan, dll. Hal ini dapat dimanfaatkan untuk memodifikasi atau meningkatkan sifat bahan, atau sebagai cara untuk meningkatkan dan mengontrol karakteristik pemrosesan.[4] Alasan lain untuk menggunakan bahan pengisi adalah untuk mengurangi biaya dengan mengganti sebagian bahan inti yang mahal dengan bahan pengisi yang lebih murah.

Sebagian besar bahan pengisi yang digunakan dalam plastik adalah bahan pengisi berbasis bahan atau kaca.[5] Partikulat dan serat adalah subkelompok utama bahan pengisi. Partikulat adalah partikel kecil bahan pengisi yang dicampur dalam matriks di mana ukuran dan rasio aspek penting. Serat adalah untaian melingkar kecil yang bisa sangat panjang dan memiliki rasio aspek yang sangat tinggi.[6]

Jenis

Bubuk kalsium karbonat CaCO3 banyak digunakan sebagai bahan pengisi.

Kalsium karbonat (CaCO3)

Disebut sebagai "kapur" dalam industri plastik, kalsium karbonat berasal dari batu kapur dan marmer. Digunakan dalam banyak aplikasi termasuk PVC dan poliester tak jenuh. Sebanyak 90% CaCO3 dapat digunakan untuk membuat komposit. Penambahan ini dapat meningkatkan produktivitas pencetakan dengan mengurangi laju pendinginan. Mereka juga dapat meningkatkan suhu operasi bahan dan memberikan isolasi untuk kabel listrik.[7]

CaCO3 digunakan dalam masterbatch pengisi sebagai basis dengan persentase besar dalam komposisi. Bubuk kalsium karbonat yang berjumlah 97% dari komposisi akan memberikan lebih banyak keputihan pada produk putih/buram. Sehingga produsen dapat mengurangi penggunaan masterbatch putih. Dengan persentase yang lebih kecil, bubuk kalsium karbonat dapat digunakan untuk produk berwarna. Selain itu, hal ini memberikan produk plastik akhir permukaan yang lebih cerah dan lebih mengkilap.[8]

Kaolin

Kaolin terutama digunakan dalam plastik karena karakteristik anti-bloknya serta sebagai penyerap inframerah dalam penandaan laser. Kaolin meningkatkan kekuatan benturan dan ketahanan panas. Metakolinit digunakan untuk menstabilkan PVC. Kaolin juga telah terbukti meningkatkan ketahanan abrasi dan dapat menggantikan karbon hitam sebagai bahan pengisi dan meningkatkan sifat aliran zat yang diperkuat kaca.[7]

Magnesium hidroksida (talk)

Blok talk.

Talk, mineral lunak dan umumnya lebih mahal daripada kalsium karbonat. Talk diperoleh dari pelapisan lembaran magnesium hidroksida dengan silika. Dalam industri plastik, talk digunakan untuk kemasan dan penggunaan pada makanan karena stabilitas termalnya yang lama.[7][6]

Wollastonit (CaSiO3)

Wollastonit memiliki struktur jarum dengan massa jenis yang relatif tinggi dan kekerasan yang tinggi. Pengisi ini dapat meningkatkan kadar air, ketahanan aus, stabilitas termal, dan kekuatan dielektrik yang tinggi. Wollastonit bersaing dengan zat pengisi berbentuk pelat seperti mika dan talk, dan juga dapat digunakan untuk menggantikan serat kaca saat membuat termoplastik dan termoset.[6]

Kaca

Pengisi mikrosfer kaca (kiri) dan pengisi serat (kanan)

Bahan pengisi kaca hadir dalam beberapa bentuk yang beragam: manik-manik kaca, serat kaca pendek, dan serat kaca panjang. dalam plastik berdasarkan tonase. Serat kaca digunakan untuk meningkatkan sifat mekanik termoplastik atau termoset seperti modulus lentur dan kekuatan tarik. Biasanya tidak ada keuntungan ekonomi untuk menambahkan kaca sebagai bahan pengisi. Beberapa kekurangan memiliki kaca dalam matriks termasuk kualitas permukaan yang rendah, kekentalan yang tinggi saat dilelehkan, kemampuan pengelasan yang buruk, dan distorsi.[6] Penambahan butiran kaca akan membantu penyerapan minyak dan ketahanan kimia.[7]

Abu terbang

Abu terbang batubara dan minyak serpih telah digunakan sebagai pengisi untuk termoplastik yang dapat digunakan untuk penggunaan injeksi molding.[9]

Pengisi nano

Pengisi nano memiliki ukuran partikel kurang dari 100 nanometer. Mereka memiliki rasio aspek yang tinggi dan terutama digunakan sebagai pengisi tahan gores dan tahan api.[5] Pengisi nano dapat dibagi menjadi tiga kelompok yaitu pelat nano, serat nano, dan partikel nano. Partikel nano lebih banyak digunakan daripada pelat nano dan serat nano, tetapi pelat nano mulai banyak digunakan. Pelat nano mirip dengan pengisi plat konvensional seperti talk dan mika, hanya saja ketebalannya jauh lebih kecil. Keuntungan menambahkan pengisi nano termasuk membuat penghalang gas dan sifat tahan apinya.[6]

Butiran busa polimer

Butiran Busa Polimer dapat memiliki kepadatan curah serendah 0,011 g/cc dan berkisar dalam ukuran dari 45 mikron hingga lebih dari 8 mm. Kekurangan umum dalam penggunaan butiran busa polimer dalam sistem formulasi meliputi keterbatasan ketahanan statis, suhu, dan kimia, serta kesulitan mencapai campuran homogen dalam sistem formulasi karena kepadatan curahnya yang sangat rendah. Namun, keterbatasan ini sebagian besar atau seluruhnya dapat diatasi melalui penggunaan modifikasi formulasi, aditif, dan perawatan permukaan lainnya. Terlepas dari tantangan potensial ini, Butiran Busa Polimer dapat ditambahkan ke sistem formulasi ketika penghematan berat atau biaya pada barang jadi diperlukan.

Pengisi dinding bata

Pengisi dinding bata sebenarnya adalah material komposit yang disebut pengisi karena digunakan untuk memperbaiki retakan dan lubang di dinding. Biasanya terbuat dari semen dan kapur hidrat dengan agregat halus sebagai bahan pengisi.[10]

Polimer alami

Berbagai polimer alami dapat digunakan sebagai pengisi. Contoh yang dikenal adalah serat selulosa, tepung dan serat kayu, flaks, kapas, sisal, dan pati.[4]

Pengisi lainnya

Bahan pengisi beton disebut agregat konstruksi dan meliputi kerikil, batu, pasir, dan besi beton. Kerikil, batu, dan pasir digunakan untuk mengurangi biaya beton. Besi beton digunakan untuk memperkuat beton.[11]

Tabel bahan pengisi dan fifat fisika[12]
Jenis pengisi Massa jenis

(g/cm3)

Kekerasan Mohs Ukuran rata-rata

(dalam mikron)

rasio aspek/bentuk
Kalsium karbonat 2,7 3-4 0,02-30 1-3 Blok
Talk 2,7-2,8 1 0,5-20 5-40 Pelat
Wollastonit 2,9 4,5 1-500 5-30 Serat
Mika 2,8-2,9 2,5-4 5-1000 20-100 Pelat
Kaolin 2,6 2 0,2-8 10-30 Pelat
Silika (endapan) 1,9-2,1 5,5 0,005-0,1 ~1 Putaran
Karbon hitam 1,7-1,9 2-3 0,014-0,25 ~1 Putaran
Dolomit 2,85 3,5-4 1-30 ~1 Putaran
Barium sulfat 4-4,5 3-3,5 0,1-30 ~1 Putaran
ATH Al(OH)3 2,42 2,5-3 5-80 1-10 Pelat
MDH Mg(OH)2 2.4 2.5-3 0.5-8 1-10 Pelat
Kieselgur 2-2,5 5,5-6 4-30 2-10 Disk
Magnetit/hematit 5,2 5,5-6 1-50 ~1 Blok
Halloysit 2,54 2,5 1-20 5-20 Tube
Seng oksida 5,6 4,5 0,05-10 1 Putaran
Titanium dioksida 4,23 6 0,1-10 1 Putaran

Properti mekanik

Kekuatan tarik

Kekuatan tarik adalah metode yang paling sering digunakan untuk mengevaluasi bahan pengisi. Kekuatan tarik komposit dapat dihitung menggunakan persamaan

σc= σp(1-aΦbf +cΦfd)[13]

Di mana

σc = kekuatan tarik komposit
σp = kekuatan tarik matriks polimer
Φf = fraksi volume pengisi
a, b, c, d adalah konstanta yang bergantung pada jenis pengisi. "a" berkaitan dengan konsentrasi tegangan dan didasarkan pada karakteristik adhesi material pengisi. "b" biasanya 0,67. c dan d adalah konstanta yang berbanding terbalik dengan ukuran partikel.[13]

Modulus elastisitas

Modulus elastisitas (modulus Young) dari polimer yang diisi dapat ditemukan menggunakan persamaan di bawah ini:

E = E0 (1 + 2.5Φ + 14.1Φ2)[13]

Dimana:

E0 = Modulus resin atau pengikat tanpa pengisi
Φ = Konsentrasi pengisi

Polimer dengan penambahan pengisi yang lebih kecil mengikuti persamaan ini dengan cermat. Secara umum, penambahan bahan pengisi akan meningkatkan modulus. Penambahan kalsium karbonat dan talk akan meningkatkan modulus elastisitas, sedangkan penambahan bahan pengisi elastis dapat sedikit mengurangi nilainya. Bahan pengisi meningkatkan modulus karena kekakuan atau kekencangannya dan adhesi yang baik dengan matriks polimer.[13]

Ketahanan benturan (ketangguhan)

Secara umum, pengisi akan meningkatkan ketahanan benturan. Faktor-faktor yang berkontribusi untuk meningkatkan ketahanan benturan adalah ukuran partikel, bentuk partikel, dan kekakuan partikel. Serat paling meningkatkan ketahanan benturan karena rasio aspeknya yang besar. Pengisi dengan kekerasan rendah akan menurunkan kekuatan benturan. Dalam rentang tertentu, ukuran partikel dapat meningkatkan kekuatan benturan berdasarkan bahan pengisi.[13]

Ketahanan aus

Volume aus (Ws) untuk bahan plastik dapat dihitung:

Ws = KμPDW/(EIs)[13]

Dimana:

K = Konstanta proporsionalitas
P = gaya
E = Modulus
D = Jarak geser
W = Beban
Is= Kekuatan geser antar lapisan

Matriks dan pengisi sama-sama berkontribusi pada ketahanan aus. Secara umum, pengisi dipilih untuk menurunkan koefisien gesekan material. Ukuran dan bentuk partikel merupakan faktor yang berkontribusi. Ukuran partikel yang lebih kecil meningkatkan ketahanan aus karena menyebabkan lebih sedikit serpihan. Silika, aluminium oksida, molibdenum disulfida, dan bubuk grafit adalah pengisi umum yang meningkatkan ketahanan aus.[13]

Ketahanan terhadap kelelahan

Pengisi dapat memiliki efek negatif atau positif pada ketahanan terhadap kelelahan tergantung pada jenis dan bentuk pengisi. Secara umum, pengisi menciptakan diskontinuitas kecil dalam matriks. Hal ini dapat berkontribusi pada titik inisiasi retak. Jika pengisi bersifat getas, ketahanan terhadap kelelahan akan rendah, sedangkan jika pengisi sangat ulet, komposit akan tahan terhadap kelelahan. Adhesi juga merupakan faktor penting yang mempengaruhi ketahanan terhadap kelelahan. Jika tegangan lebih tinggi daripada adhesi partikel, retakan akan terbentuk/menyebar. Ujung serat adalah area di mana retakan paling sering berinisiasi karena tegangan tinggi pada ujung serat dengan adhesi yang lebih rendah. Talk adalah pengisi yang dapat digunakan untuk meningkatkan ketahanan terhadap kelelahan.[13]

Deformasi termal

Bahan pengisi memiliki pengaruh besar pada deformasi termal pada polimer kristalin. Polimer amorf hampir tidak terpengaruh oleh bahan pengisi. Penambahan serat kaca paling banyak digunakan untuk membelokkan panas. Serat karbon telah terbukti lebih baik daripada kaca dalam beberapa material dasar. Secara umum, material berserat lebih baik dalam membelokkan panas daripada pengisi partikel.[13]

Pergeseran

Ketahanan terhadap pergeseran sangat dipengaruhi oleh bahan pengisi. Persamaan di bawah ini menunjukkan regangan pergeseran (creep strain) dari material yang diisi:[13]

εc(t)/εm(t) = Em/Ec

Dimana:

εc(t) = regangan polimer yang diisi
εm(t) = regangan matriks atau polimer yang tidak diisi
Em = Modulus Young matriks
Ec = Modulus Young polimer yang diisi

Semakin baik ikatan pengisi dengan matriks, semakin baik pula ketahanan terhadap pergeseran (creep resistance). Banyak interaksi akan memiliki pengaruh positif. Manik-manik kaca dan serat telah terbukti meningkatkan ketahanan terhadap pergeseran pada beberapa material. Aluminium oksida juga memiliki efek positif pada ketahanan terhadap pergeseran. Penyerapan air akan mengurangi ketahanan terhadap pergeseran dari material yang diisi.[13]

Kemampuan pengelasan pengisi plastik

Penambahan bahan pengisi dapat secara drastis memengaruhi kemampuan pengelasan plastik. Hal ini juga bergantung pada jenis proses pengelasan yang digunakan. Untuk pengelasan ultrasonik, pengisi seperti kalsium karbonat dan kaolin dapat meningkatkan kemampuan resin untuk mentransmisikan gelombang ultrasonik.[14] Untuk pengelasan elektromagnetik dan pengelasan pelat panas, penambahan talk dan kaca akan mengurangi kekuatan las hingga 32%.[15] Kekuatan plastik setelah pengelasan akan menurun dengan meningkatnya jumlah pengisi dalam matriks dibandingkan dengan bahan curah.[16] Penggunaan pengisi abrasif dapat memengaruhi alat yang digunakan untuk pengelasan. Pengisi abrasif akan mempercepat degradasi alat pengelasan, misalnya permukaan klakson ultrasonik yang bersentuhan dengan plastik. Cara terbaik untuk menguji kemampuan pengelasan bahan pengisi adalah dengan membandingkan kekuatan las dengan kekuatan resin. Hal ini bisa sulit dilakukan karena banyak bahan pengisi mengandung berbagai tingkat aditif yang mengubah perilaku mekanik.[17]

Penggunaan pengisi dalam industri plastik

Pengisi banyak digunakan dalam proses produksi produk plastik. Pengisi digunakan untuk mengubah sifat plastik asli. Dengan menggunakan pengisi plastik, produsen dapat menghemat biaya produksi serta bahan baku.

Tidak dapat disangkal pentingnya masterbatch pengisi dalam meningkatkan sifat fisik plastik, terutama meminimalkan biaya dan efisiensi produksi. Dengan keunggulan harga dan stabilitas, pengisi plastik mendukung produksi:

  • Pencetakan tiup
  • Film tiup & laminasi
  • Ekstrusi (pipa, lembaran)
  • Pencetakan injeksi
  • Kain nonwoven
  • Raffia
  • Termoforming

Lihat juga

Referensi

  1. ^ Pelzl, Bernhard; Wolf, Rainer; Kaul, Bansi Lal (2005), "Plastics, Additives", Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Weinheim: Wiley-VCH, hlm. 1–57, doi:10.1002/14356007.a20_459.pub2
  2. ^ "Fillers Market Report: Global Industry Analysis, 2024". www.ceresana.com. Diakses tanggal 2019-02-14.
  3. ^ "Market Study: Fillers (3rd edition)". Ceresana. January 2014. Diakses tanggal 7 September 2015.
  4. ^ a b Xanthos, Marino (2010). Functional fillers for plastics. Second, updated and enlarged edition (dalam bahasa English). Weinheim: WILEY-VCH. ISBN 978-3-527-32361-6. Pemeliharaan CS1: Bahasa yang tidak diketahui (link)
  5. ^ a b Shrivastava, Anshuman (2018-05-15). Introduction to Plastics Engineering. William Andrew. ISBN 9780323396196.
  6. ^ a b c d e Gilbert, Marianne (2016-09-27). Brydson's Plastics Materials. William Andrew. ISBN 9780323370226.
  7. ^ a b c d Murphy, John (2001), "Modifying Specific Properties: Mechanical Properties – Fillers", Additives for Plastics Handbook, Elsevier, hlm. 19–35, doi:10.1016/b978-185617370-4/50006-3, ISBN 9781856173704, diakses tanggal 2019-02-14
  8. ^ European Plastic, Company (June 5, 2019). "About Calcium Carbonate in filler masterbatch".
  9. ^ Krasnou, I. (2021). "Physical–mechanical properties and morphology of filled low-density polypropylene: Comparative study on calcium carbonate with oil shale and coal ashes". Journal of Vinyl and Additive Technology. 28: 94–103. doi:10.1002/vnl.21869. S2CID 244252984.
  10. ^ Buildbase https://www.buildbase.co.uk/link/1/3434147_31669_t.pdf
  11. ^ "Filler materials Used In Concrete". www.engineeringcivil.com. 16 March 2008. Diakses tanggal 2019-04-03.
  12. ^ "Functional Fillers and Specialty Minerals for Plastics". Phantom Plastics. Diakses tanggal 2019-02-20.
  13. ^ a b c d e f g h i j k Wypych, George. (2016). Handbook of Fillers (4th Edition) - 8. The Effect of Fillers on the Mechanical Properties of Filled Materials. ChemTec Publishing. Retrieved from https://app.knovel.com/hotlink/pdf/id:kt00CQMQQ7/handbook-fillers-4th/effect-fillers-mechanical
  14. ^ Malloy, Robert A. (2010-10-07). "Plastic Part Design for Injection Molding". Plastic Part Design for Injection Molding: An Introduction. hlm. I–XIV. doi:10.3139/9783446433748.fm. ISBN 978-3-446-40468-7.
  15. ^ Stewart, Richard (March 2007). "ANTEC™ 2007 & Plastics Encounter @ ANTEC". Plastics Engineering. 63 (3): 24–38. doi:10.1002/j.1941-9635.2007.tb00070.x. ISSN 0091-9578.
  16. ^ "ANTEC® 2011". Plastics Engineering. 67 (4): 25. April 2011. doi:10.1002/j.1941-9635.2011.tb01931.x. ISSN 0091-9578.
  17. ^ PDL Staff (1997), "Vibration Welding", Handbook of Plastics Joining, Elsevier, hlm. 15–27, doi:10.1016/b978-188420717-4.50005-1, ISBN 9781884207174, diakses tanggal 2019-02-15

Templat:Plastics

Content Disclaimer

Informasi ini disarikan dari Wikipedia dan disajikan kembali untuk tujuan edukasi. Konten tersedia di bawah lisensi CC BY-SA 3.0. Kami tidak bertanggung jawab atas ketidakakuratan data yang bersumber dari kontribusi publik tersebut.

  1. The information displayed on this website is sourced in part or in whole from Wikipedia and has been adapted for the purpose of restating it. We strive to provide accurate and relevant information, however:
  2. There is no guarantee of absolute accuracy. Wikipedia is an open, collaborative project that can be edited by anyone, so information is subject to change.
  3. It is not intended to constitute professional advice. The content displayed is for informational and educational purposes only. For important decisions (e.g., medical, legal, or financial), please consult a professional.
  4. Content copyright. Wikipedia is licensed under the Creative Commons Attribution-ShareAlike License (CC BY-SA). This means that content may be reused with appropriate attribution and shared under a similar license.
  5. Responsible use. Any risk arising from the use of information from this website is entirely the responsibility of the user.
Kembali kehalaman sebelumnya