KAJIAN LITERATUR MODIFIKASI KEKERASAN KOMPON
DITINJAU DARI ELASTOMER, BAHAN PENGISI, PROCESS
OIL DAN ACCELERATOR
Karya Tulis Ilmiah
Oleh:
Victor Tulus Pangapoi Sidabutar
NIP. 19771018 200912 1 002
BALAI BESAR PENDIDIKAN DAN PELATIHAN EKSPOR INDONESIA DIREKTORAT JENDERAL PENGEMBANGAN EKSPOR NASIONAL
KEMENTERIAN PERDAGANGAN REPUBLIK INDONESIA JAKARTA
ABSTRAK
Salah satu permasalahan yang dihadapi pada saat pembuatan barang jadi karet adalah menentukan secara tepat harga dari kekerasan dari barang jadi karet karena kekerasan merupakan salah satu sifat fisik penting dalam mendisain barang jadi karet. Kekerasan dari barang jadi karet dapat diperkirakan sebelumnya dengan memperhatikan beberapa bahan yang memberikan kontribusi terhadap kekerasan akhir dari barang jadi karet. Nilai kekerasan dari barang jadi karet dapat ditetapkan pada suatu nilai atau diubah dengan melakukan modifikasi pada bahan elastomer, bahan pengisi, process oil dan accelerator yang digunakan dalam proses pembuatan kompon barang jadi karet dan terdapat bahan yang tidak terlalu memberikan kontribusi signifikan pada kekerasan pada kompon seperti bahan anti oksidan, anti ozonan, pengaktif, pembantu pendispersi dan penghambat terjadinya scorching.
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Masalah
Pada saat ini salah satu permasalahan yang dihadapi pada saat pembuatan barang jadi karet adalah menentukan secara tepat harga dari kekerasan dari barang jadi karet karena kekerasan merupakan salah satu sifat fisik penting dalam mendisain barang jadi karet. Untuk pelaku usaha, cara trial and error dalam menentukan harga kekerasan dirasa sangat merugikan karena menghabiskan waktu dan uang dalam pembuatan kompon dengan kekerasan yang mereka inginkan.
Kekerasan dari barang jadi karet dapat diperkirakan sebelumnya dengan memperhatikan beberapa bahan yang memberikan kontribusi terhadap kekerasan akhir dari barang jadi karet. Dalam hal ini penulis mempersempit kajian hanya pada penggunaan material dalam pencampuran hanya pada elastomer, bahan pengisi, process oil dan accelerator.
1.2. Maksud dan Tujuan
Adapun maksud dan tujuan dibuatnya Karya Tulis Ilmiah ini adalah sebagai berikut:
a. Meningkatkan pengetahuan tentang aplikasi ilmu material dalam menunjang pelayanan terhadap masyarakat terutama para pelaku usaha industri kecil pembuatan barang jadi karet.
b. Pemahaman tentang pentingnya pengetahuan bahan
a. Ruang Lingkup dan Rumusan Masalah
Implementasi yang dimaksudkan adalah untuk meningkatkan kemampuan para pelaku usaha kecil dan menengah dalam menghadapi permasalahan teknis khususnya mengenai pengetahuan bahan sehingga diharapkan para pelaku usaha ini siap menghadapi tantangan kedepan terutama dalam hal menghasilkan produk jadi karet yang aman dan sesuai SNI yang berlaku dan dapat bersaing dengan barang jadi karet impor yang ada.
b. Metoda Penelitian
Metoda yang digunakan dalam pengumpulan data adalah Metoda Sekunder. Menurut Martono (2011) Metoda Sekunder adalah studi literatur dimana penulis mencari data-data yang berasal dari literatur-literatur yang dianggap memiliki tingkat validasi yang dapat di pertanggung jawabkan.
c. Hasil yang Diharapkan
Para pelaku usaha kecil dan menengah memiliki wawasan yang lebih luas mengenai ilmu material dan dapat memakainya dalam mengatasi permasalahan dalam mendisain sifat fisik dari barang jadi karet.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Sifat Fisik Barang Jadi Karet
Karet adalah material yang bersifat unik yang dapat bersifat elastis dan viskos. Bagian dari karet dapat digunakan sebagai isolator guncangan, getaran dan benturan. Meskipun arti dari karet sudah meluas, arti karet biasanya ditujukan untuk material kompon dan yang tervulkanisasi. Dalam keadaan mentah, arti karet ditujukan untuk elastomer. Material elastomer dan karet memiliki berbagai macam variasi sifat spesifikasi penting dari material elastomer dan karet diantaranya mekanik, termal, listrik, optik, pengolahan, dan sifat fisik.
Sifat mekanis meliputi kekuatan sobek (Tear Strength), kekuatan tarik tertinggi (Ultimate Tensile Strength), modulus tarik atau modulus elastisitas, perpanjangan dan kekuatan impak terukur dengan pengujian izod dan sampel yang diberi notch. Sifat termal meliputi temperatur maksimum penggunaan, temperatur transisi gelas, konduktivitas termal, dan koefisien ekspansi termal (Coefficient of Thermal Expansion). Sifat listrik dan optik meliputi resistivitas listrik, kekuatan dielektrik, konstanta dielektrik atau permitivitas relatif, indeks bias, dan transmisi cahaya. Menurut Sommer (2009), pemrosesan dan sifat fisik meliputi densitas bulk atau individu, penyerapan air, viskositas, temperatur prosesan, dan indeks aliran lelehan (Melt Flow Index).
a. Kekerasan
Gambar 2.1. Perbandingan beberapa harga kekerasan shore A dan D dari elastomer (sumber :
http://erapol.com.au/english/Technical/Elastomer-Systems/properties-elastomer.html)
Menurut Sommer (2009), nilai kekerasan suatu barang jadi karet dapat menjadi petunjuk tingkat vulkanisasi atau degradasi yang telah dialami oleh karet tersebut. Dua skala yang umumnya digunakan: Shore -A dan mikro-IRHD. Semakin tinggi nilai durometernya maka semakin keras kompon tersebut. Kompon yang lunak dapat meregangkan lebih mudah dan dapat menutup lebih baik pada permukaan yang kasar. Kompon yang keras akan memberikan ketahanan terhadap abrasi dan ekstrusi yang lebih baik. Ketahanan ekstrusi harus selalu dipertimbangkan saat mendisain barang jadi karet yang akan digunakan pada tekanan tinggi. Sebagai contoh, menurut Hertz (1991) kekerasan yang diinginkan dapat dipilih berdasarkan gambar dibawah ini dengan cara mencocokkan tekanan fluida dengan perubahan maksimal dari ekstrusi.
Gambar 2.2. Perbandingan nilai kekerasan Shore A terhadap tekanan fluida
2.2. Pembuatan Kompon Karet
Pembuatan kompon karet adalah suatu ilmu yang kompleks dan multidisiplin dalam cara memilih dan mencampuran kombinasi dari elastomer yang tepat dan bahan lainnya untuk memenuhi kinerja, proses manufaktur, lingkungan, dan biaya yang dibutuhkan agar barang jadi karet dapat dibuat dan diperdagangkan. Ada berbagai jenis elastomer dan bahan-bahan yang dibutuhkan dalam membuat barang jadi karet, yang mencakup semua jenis berikut produk, seperti: ban, ban dalam, ban vulkanisir, alas kaki, karet gulungan, selang, sabuk, weatherstripping, O-ring, segel , diafragma, perpipaan, sarung tangan karet dan lateks, bola dalam, peralatan medis, bemper, dan barang produk barang jadi karet lainnya.
Bahan baku untuk pembuatan kompon umumnya dipilih dalam urutan sebagai berikut:
1) polimer (karet alam atau sintetis) 2) bahan pengisi atau memperkuat agen 3) antioksidan dan antiozonan
4) plasticizer atau minyak
5) bonding agent atau perekat (jika diperlukan) 6) tackifer (jika diperlukan)
7) sistem untuk vulkanisasi (bahan curing, akselerator, bahan pembantu)
Persyaratan kinerja dari produk akhir sering menjadi acuan untuk menentukan jenis elastomer tertentu yang dapat digunakan.Waktu penggunaan yang diharapkan untuk suatu produk dikendalikan oleh banyak faktor seperti oleh kebutuhan dari pelanggan, kompetitifnya situasi di pasar, keamanan, dan kehandalan yang diinginkan. Barang jadi karet hampir selalu digunakan sebagai bagian yang penting dari sistem lainnya. Misalnya, ban, selang, sabuk, O-ring dan masih banyak komponen karet yang digunakan dalam manufaktur mobil dan truk.Waktu pakai dari keseluruhan kendaraan serta tingkat kinerjanya sering dihubungkan dengan waktu pakai dan kualitas dari suku cadang karetnya.
Bahan kimia utama adalah bahan kimia yang digunakan untuk meningkatkan sifat-sifat fisis karet, sehingga produk karet yang dihasilkan akan memiliki sifat fisis dan kimiawi yang lebih stabil. Bahan kimia utama menurut Sommer (2009) terdiri dari accelerator, filler, bahan pemvulkanisasi, dan antioksidan.
a. Bahan pemercepat
No Accelerator Modulus Tensile
strength Activity
1 Dithiocarbamate H H 2
2 Xanthates H H 1
3 Theurans disulfide L L 3
4 Mercapto benzo
thiarok H H 6
5 Vulkanol H H 7
6 Aldehyde amine H H 8
7 P. Nitroso dimethyl
amine L L 5
8 Echylidene aniline L L 9
9 Aldehyde ammonia L L 10
10 Guanidine H H 11
11 Hexa H H 12
Keterangan:
H = high , L = low
Activity: urutan aktivitas bahan pencepat, makin tinggi nilainya makin bagus aktivitasnya
b. Filler
Berfungsi mengubah atau memperbaiki sifat fisik barang jadi karet, seperti daya tahan terhadap gesekan, irisan, dan lain - lain.
Filler dibagi menjadi dua:
- Reinforcing filler: filler yang selain berfungsi sebagai pengisi juga akan berpengaruh terhadap sifat-sifat fisis karet dan akan menambah kekuatan tarik, daya tahan terhadap gesekan, dll.
Contoh : carbon black, ZnO, Magnesium karbonat
c. Bahan pemvulkanisasi
Bahan pemvulkanisasi menurut Rodgers (2004) adalah bahan kimia yang dapat bereaksi dengan gugus aktif pada molekul karet membentuk ikatan silang tiga dimensi. Bahan pemvulkanisasi yang pertama dan paling umum digunakan adalah belerang yang khusus digunakan untuk memvulkanisasi karet alam atau karet sintetis jenis SBR, NBR, IR, dan EPDM. Bahan-bahan lain yang dapat digunakan adalah selenium, peroksida, oksida logam, dinitro benzen, dll.
d. Anti oksidan
Penambahan anti oksidan pada kompon karet menurut Rodgers (2004) akan menghambat kerusakan karet karena udara (O2), sinar matahari, dan ozon. Karet tanpa anti oksidan akan mudah teroksidasi sehingga menjadi lunak kemudian lengket dan akhirnya menjadi keras dan retak-retak (aging).
Pemakaian anti oksidan harus memenuhi babarapa syarat, antara lain:
- Mudah terdispersi pada seluruh bagian karet
- Inert terhadap hasil-hasil vulkanisasi pada setiap jenis tegangan - Tidak mempunyai pengaruh terhadap warna hasil vulkanisasi
Contoh bahan anti oksidan adalah:
- Waxes, dipakai terutama untuk mencegah proses aging yang disebabkan oleh sinar matahari dan ozon
- Phenol, baik digunakan untuk mencegah proses aging yang disebabkan oleh flexing
e. Bahan pelunak (softener)
Adalah bahan yang berfungsi untuk melunakkan karet mentah agar mudah diolah menjadi kompon karet. Jenis bahan pelunak antara lain jenis aromati k, naftenik, ester, dsb.
f. Bahan kimia tambahan
Bahan ini ditambahkan ke dalam kompon karet dengan tujuan tertentu dan sesuai dengan kebutuhan, misalkan :
- Bahan pewarna
- Bahan penghambat (inhibitor) - Bahan pewangi
- Bahan peniup (blowing agent)
- Bahan bantu olah (homogenizer, peptizer, senyawa pendispersi, tackifier, dsb.)
g. Penyusunan Kompon Karet (formulasi)
Pada penyusunan formulasi kompon karet yang paling penting menurut Rodgers (2004) adalah menentukan jenis atau campuran karet mentah. Kemudian baru ditentukan bahan pengisi, sistem vulkanisasi, bahan pencepat, dan aktivator. Terakhir adalah penentuan processing aids yang diperlukan sesuai dengan spesifikasi teknis barang jadi karet yang akan dibuat. Dalam menyusun formula kompon yang spesifikasinya ditentukan oleh konsumen, selain harus memperhatikan sifat-sifat vulkanisatnya yang harus memenuhi persyaratan juga perlu memperhatikan biaya kompon dan tahap– tahap pengolahan.
Untuk membuat bahan jadi karet yang bahan penyusunnya terdiri dari karet (elastomer) dan bahan-bahan kimia karet (bahan aditif), pertama yang harus ditentukan adalah penentuan jenis karet (elastomer) yang tepat dan bahan-bahan penyusun kompon yang diperlukan untuk memenuhi spesifikasi teknis harus benar-benar dipahami mengenai:
Sifat-sifat karet yang dipilih
Bahan-bahan lain yang mempunyai peran dalam mempengaruhi spesifikasi teknisdan ketahanan usang yang dikehendaki
Peralatan yang tepat untuk pengolahan kompon Kompon yang mempunyai nilai komersial
Cara pengujian dan evaluasi bahan baku juga produk akhir
h. Pemilihan karet (elastomer)
Dalam merancang kompon menurut Simpson (2002), tahap yang terpenting dan biasanya tahap pertama adalah memilih jenis karet (elastomer). Sifat umum yang dimiliki semua elastomer antara lain elastis, fleksibel, liat, dan kedap ter hadap air dan udara. Selain itu setiap elastomer memiliki sifat-sifat khusus dan unik demikian juga dengan harganya. Maka pemilihan jenis elastomer untuk mendapatkan spesifikasi teknis yang tertentu selain mempertimbangkan sifat dasarnya juga perlu mempertimbangkan harga dan cara pengolahannya.
i. Pemilihan sistem vulkanisasi
Vulkanisasi, menurut Simpson (2002), adalah kunci dari keseluruhan teknologi karet, walaupun kadar barang yang terlibat dalam proses vulkanisasi tidak lebih dari 0,5-5% dari berat keseluruhan campuran, namun proses ini memegang peranan penting dalam pembentukan sifat kimia dan fisika yang dikehendaki. Proses vulkanisasi adalah proses pematangan karet mentah dengan menggunakan panas belerang (S), disamping itu daya guna karet mentah akan bertambah karena sifat-sifat fisisnya menjadi lebih baik. 2.3. Peralatan yang digunakan dalam Pembuatan Kompon
BAB III
ANALISIS MODIFIKASI KEKERASAN KOMPON
3.1. Analisis
Sifat- sifat karet yang dipilih
Vulkanisasi atau sistem curing untuk memperoleh sifat – sifat utama yang dikehendaki
Bahan – bahan lain yang mempunyai peran dalam mempengaruhi spesifikasi teknis dan ketahanan usang yang dikehendaki
Peralatan yang tepat untuk pengolahan kompon Kompon yang mempunyai nilai komersial
Cara pengujian dan evaluasi bahan baku dan produk akhir
8 Pilnox TDQ (anti
CaCO3/Kaolin = +0,25 shote A/1 phr
Perkiraan kekerasan kompon adalah sebagai berikut: Karet alam = + 40
Carbon Black = + 0,5 x 40 = + 20
Kaolin = + 0,25 x 30 = + 7,5 Minarex Oil = - 0,5 x 5
= - 2,5
Total = 65
b. Kontribusi kekerasan pada kompon:
Elastomer
Karet alam = + 40 shore A / 100 phr
Karet Butil = + 37 shore A / 100 phr
CR, NBR, EPDM, SBR, BR = 44 shore A / 100 phr
Bahan Pengisi
SAF = + 0,5 shore A / 1 phr
ISAF = + 0,5 shore A / 1 phr
HAF, GPF = + 0,5 shore A / 1 phr
N990 black = + 0,33 shore A / 1 phr
Carbon Black = + 0,5 shore A / 1 phr
Silika = + 0,5 shore A / 1 phr
Al-silikat = + 0,33 shore A / 1 phr
CaCO3 / Kaolin = + 0,25 shore A / 1 phr
Whiting = + 0,165 shore A atau (1/6) / 1 phr
Process Oil
Factice = - 0,2 shore A / 1 phr
Accelerator
Bahan pencepat primer (misal = MBT, CBS, TMT, dll = + 1-2 shore A)
Bahan pemvulkanisasi (misal = belerang = + 1-2 shore A)
phr = bahan yang ditambahkan per 100 dari berat karet
Bahan yang tidak terlalu memberikan kontribusi signifikan pada kekerasan pada kompon:
Bahan anti oksidan (misal = pilnox TDQ)
Bahan anti ozonan (misal = Pilflex IP.13)
Bahan pengaktif (misal = ZnO, asam stearat)
Bahan pembantu dispersi (misal = Dispergator FL)
Bahan penghambat scorching (misal = PVI)
Bahan-bahan yang digunakan diasumsikan memiliki ukuran partikel yang sama. kekerasan dari barang jadi karet sangat dipengaruhi oleh ukuran (mesh) partikel bahan yang penguat yang ditambahkan. Semakin besar ukuran partikelnya maka semakin keras kompon yang dihasilkan, tetapi semakin menurun kekuatan sobeknya.
3.2. Pembahasan
BAB IV
KESIMPULAN DAN SARAN
4.1. Kesimpulan
Berdasarkan hasil penelusuran literatur mengenai penentuan nilai kekerasan dari barang jadi karet maka dapat disimpulkan:
1. Nilai kekerasan dari barang jadi karet dapat ditetapkan pada suatu nilai atau diubah dengan melakukan modifikasi pada bahan elastomer, bahan pengisi, process oil dan accelerator yang digunakan dalam proses pembuatan kompon barang jadi karet.
2. Terdapat bahan yang tidak terlalu memberikan kontribusi signifikan pada kekerasan pada kompon seperti bahan anti oksidan, anti ozonan, pengaktif, pembantu disperse dan penghambat scorching.
4.2. Saran
DAFTAR RUJUKAN
Akademi Teknologi Kulit Yogyakarta . 2008. Pembuatan Produk Karet dan Plastik. Yogyakarta : Balai Besar Kulit, Karet dan Plastik, TBKKP.TPL.
Callister Jr.,William D. 1997. Materials Science and Engineering an Introduction, 4th Edition. Canada : John Willey & Sons, Inc.
Hertz, Dan. 1991. Theory of Rubber Compounding. Canada : Seal Eastern, Inc., Energy Rubber Group Educational Symposium.
Martono, Nanang. 2011. Metoda Penelitian Kuantitatif: Analisis Isi dan Analisis Data Sekunder. Jakarta : Raja Grafindo Persada.
Rodgers, Brendan. 2004. Rubber Compounding, Chemistry and Applications, New York : Marcel Dekker, Inc.
Simpson, R.B. 2002. Rubber Basics, United Kingdom : Rapra Technology Ltd.
Sommer, John G. 2009. Engineered Rubber Product, Introduction to Design, Manufacture and Testing. German : Hanser Publications.
Website
www.erapol.com.au
BIODATA PENULIS
Victor Tulus Pangapoi Sidabutar, lahir di Jakarta pada
