Transcript EBB 220/3 ELASTOMER

EBB 220/3
ELASTOMER
DR AZURA A.RASHID
Room 2.19
School of Materials And Mineral Resources Engineering,
Universiti Sains Malaysia, 14300 Nibong Tebal, P. Pinang
Malaysia
Pengenalan

Sebutan getah berasal dari bahan yang
diperolehi dari pokok getah “Havea
Brasiliensis”

Perbezaan antara getah mentah dan getah
tervulkan atau elastomer:
1. Getah
mentah samada asli atau sintetik
adalah bahan bersifat plastik yang boleh
diubah bentuk pada suhu tinggi dan tidak
sesuai untuk kegunaan.
1. Elastomer
ialah sebutan yang digunakan
untuk getah tervulkan, vulkanisat atau getah
tersambung silang.
Getah mentah vs Elastomer
Getah mentah – tiada sambung silang
Elastomer –Sambung silang

Awalnya, kesemua produk berasaskan getah
dibuat dari getah mentah asli yang diperolehi
dari pokok getah dipanggil latex.

Getah sintetik dicipta secara tindak balas
bahan-bahan yang mempunyai berat molekul
rendah yang dipanggil monomer untuk
membentuk molekul berantai panjang yang
dipanggil polimer.

Sifat-sifat elastik perlu diperolehi secara
penyebatian antara aditif tertentu di dalam
getah mentah.

Apabila getah dipanaskan- tindakbalas kimia
berlaku dipanggil pemvulkanan atau pematangan.

Proses dimana molekul-molekul getah akan diikat
bersama pada tempat-tempat tertentu secara
sambung-silang.

Sambung-silang ini akan menghalang gelinciran
rantai melepasi satu sama lain.

Elastomer adalah bahan elastik yang boleh
berubah bentuk apabila dikenakan sesuatu daya
dan kembali ke bentuk asal apabila daya tersebut
dibuang.

Sebutan elastomer berasal dari ‘elastic polymer’.
Function of crosslinks
Stretch
Retract
Rubber processing
Getah mentah
Proses mastikasi
Penyebatian
Sebatian getah
Pembentukan
Pemvulkanan
Getah tervulkan/
produk akhir
Proses mastikasi

Mastikasi ialah proses ricihan mekanik
menggunakan penggiling bergulung dua (two
roll mill) atau pencampur dalaman (internal
mixer) untuk



menurunkan berat molekul,
Menurunkan kelikatan dan
melembutkan getah mentah.

Kesannya: pemprosesan lebih mudah dan
meningkatkan keberkesanan penyerakan
pengisi.

Getah asli (NR) – ia perlu kerana berat
molekulnya adalah dalam julat 105-106 secara
semulajadi.
Proses penyebatiaon

Penyebatian getah ialah proses
penghasilan produk daripada getah
mentah

Proses melibatkan penambahan aditif
untuk menukarkan getah mentah
termastikasi kepada sebatian getah
sebelum dilakukan pembentukan.

Kaedah yang sama digunakan seperti
proses mastikasi - menggunakan
penggiling bergulung dua
atau
pencampur dalaman.
Formula umum sebatian getah
Elastomer/ Getah Mentah
Pengisi
Pelembut
Antioksidan
Asid Stearik
Zink Oksida
Pencepat
Sulfur
100
50
5
1
1
5
1
2
Jumlah
165
** Ramuan-ramuan ini digunakan dlm sebutan bahagian per
berat getah iaitu berasaskan
100 bahagian getah
mentah (bsg) (part per hundred rubber pphr).

Setiap ramuan mempunyai fungsi khusus samada dalam
pemprosesan, pemvulkanan atau kegunaan produk akhir.

Ramuan-ramuan penyebatian dikelaskan berdasarkan
fungsi tertentu:
1.
Pengisi
hitam karbon & pengisi bukan hitam
Pemplastik /Pelembut
pembantu pemprosesan, pemplastik khusus
Penghalang penuaan/ anti perosotanAntioksidan, antiozonan dan lilin
Ramuan pemvulkanan / pematangan
agen pemvulkanan, pencepat dan pengaktif
Ramuan-ramuan khusus
pigmen pewarna, agen peniupan, perencat api, perencat,
agen anti statik
•
2.
•
3.
•
4.
•
5.
•
Ramuan-ramuan pemvulkanan

Bahan-bahan
kimia
yang
ditambah
untuk
memasukkan sambung-silang di antara rantaian
polimer apabila stok getah yg tersebati dipanaskan
pada suhu tertentu.

Sulfur ialah agen pemvulkanan utama untuk
kebanyakan getah yang mengandungi ikatan dubel
dalam molekul makronya.

Untuk menambah kadar pemvulkanan, pencepat dan
pengaktif digunakan.

Kombinasi agen pemvulkanan, pencepat
pengaktif dipanggil sistem pemvulkanan.
dan

Pencepat ramuan penyebatian yang
ditambah dalam amaun yang kecil dengan
agen pematangan
untuk meningkatkan
kelajuan pemvulkanan. Tanpa pencepat,
pemvulkanan dengan sulfur memerlukan
beberapa jam.

Dengan kehadiran pencepat, pemvulkanan
dipendekkan menjadi beberapa minit dan sifatsifat fizikal vulkanisat juga ditingkatkan.

Pengaktif – bahan yang ditambah dalam
amaun yang kecil untuk meningkatkan
keberkesanan pencepat. Pengaktif yang lazim
digunakan ialah zink oksida dan asid stearik.
Pemvulkanan sulfur

Sambung-silang terhasil boleh mempunyai
struktur monosulfida/ polisulfida atau
kedua-duanya bergantung kepada sistem
pemvulkanan yang digunakan

Sistem
pemvulkanan
sulfur
boleh
dibahagikan kepada 3 sistem bergantung
kepada amaun relatif sulfur, pengaktif dan
pencepat yang digunakan.
Network structure of sulphur vulcanizate


Sistem –sistem ini ialah:1. Pemvulkanan lazim (conventional
vulcanization –CV )
2.
Pemvulkanan cekap (efficient
vulcanization –EV)
3.
Pemvulkanan separa cekap (semiefficient vulcanization -semi- EV)
Ketiga sistem ini dibezakan melalui jenis
sambung-silang
yang
terbentuk
dan
pengubahsuaian kimia rantai utama yang
berlaku selepas pematangan.
Sulphur vulcanization systems
System
Sulphur content
(pphr)
Accelerator
contents (pphr)
Conventional
2.0-3.5
vulcanization (CV)
Semi- Efficient
1.0-2.0
vulcanization (semi-EV) (or sulphur donor)
Efficient vulcanization
0.-1.0
(EV)
(or sulphur donor)
Sulphur donor  sulphur vulcanization
systems without sulphur but gives a sulphur
during vulcanization
1.0-0.5
2.5-1.0
6.0-2.0
Efficient
vulcanization
Conventional
vulcanization
Sistem pemvulkanan lazim (conventional
vulcanization) –CV

Menghasilkan
kebanyakan
sambung-silang
polisulfida melalui penggunaan sulfur yang tinggi
dan pencepat yang rendah.

Polisulfida yang tinggi menyebabkan sistem ini
tidak sesuai untuk aplikasi suhu tinggi kerana
cenderung untuk mengalami pengubahsuaian
rantai utama serta kurang ketahanan terhadap
penuaan.

Vulkanisat ini cenderung untuk mengeras pada
suhu tinggi kerana sulfur dibebaskan daripada
sambung-silang polisulfida untuk membentuk
sambung-silang tambahan.
Sistem pemvulkanan cekap (efficient
vulcanization) - EV

Pada pematangan optimum- menghasilkan suatu
rangkaian yng mengandungi banyak sambung-silang
monosulfida (x=1) yang tahan kepada haba dan
darjah pengubahsuaian rantai utama yang rendah.

Vulkanisat yang terhasil mempunyai ketahanan
penuaan pada suhu tinggi dan lebih efektif
berbanding sistem pemvulkanan sulfur lazim.

Sistem EV lebih mahal daripada sistem CV dan
hanya digunakan apabila produk akhir yang
diperolehi memerlukan ketahanan haba yang
maksimum.
Pemvulkanan separa cekap (Semi –EV)

Sistem perantaraan di antara sistem EV dan CV.

Mengandungi kebanyakan sambung silang
monosulfida, disulfida dan sedikit polisulfida.

Vulkanizat yang terhasil mempamerkan sifat-sifat
mekanikal pertengahan antara sistem EV dan CV.

Sifat mekanikal yang lebih baik daripada sistem
EV atau CV boleh diperolehi sekiranya formulasi
yang sesuai digunakan.
Sistem pemvulkanan tanpa sulfur

Getah tepu tidak boleh disambung-silang
dengan
sulfur
dan
pencepat
kerana
ketidakhadiran ikatan dubel dalam rantaian
polimer.

Ia boleh dimatangkan dengan peroksida organik
(dikumil peroksida –DCP), TMTD (tetrametil
tiuram disulfida), resin fenol formaldehid, oksida
logam, diamina, bisfenol dan resin tertentu.
Kesemua agen pemvulkanan ini memasukkan
sambung-silang di antara rantaian polimer.
Ramuan penyebatian khusus

Ramuan khusus ditambah bagi
tertentu tetapi tidak diperlukan
kebanyakan produk getah.
tujuan
dalam

Contoh:- pigmen pewarna, agen peniupan,
perencat api, agen antistatik, perencat dan
peptizer.
Pigmen pewarna

bahan yang ditambah untuk mewarna produk
getah yang bukan bewarna hitam.

Pigmen pewarna
kumpulan:1.
2.
dibahagikan
kepada
Pigmen mineral / bukan organik
Pewarna organik
2
Proses percampuran

Ramuan- ramuan penyebatian seperti
sulfur, pencepat, pengisi dan ramuan
penyebatian lain mesti dicampurkan ke
dalam getah.

Percampuran boleh dilakukan dengan
menggunakan alat-alat seperti:
1.
Penggiling bergulung dua (two roll mill)
2.
Pencampur dalaman (internal mixer)
PERALATAN PENCAMPURAN
Penyebatian
dengan :1.
2.
dilakukan
penggiling bergulung dua
pencampur dalaman.
Penggiling bergulung dua

Proses pencampuran di atas penggiling bergulung
dua melibatkan mastikasi atau peruntuhan getah
mentah melalui tindakan ricihan yang diwujudkan
dalam ruangan di antara penggulung yang boleh
dikawal. sehingga jaluran getah yang licin
diperolehi.

Apabila getah mentah menjadi lembut dan
berplastik, pengisi dan ramuan lain ditambah
mengikut kitaran tertentu pada suhu dan masa
yang telah ditetapkan.

Sistem
pemvulkanan
dicampurkan
diakhir
pencampuran untuk mengelakkan pemvulkanan
berlaku yang akan menghalang pengaliran getah
untuk proses pembentukan.
Pencampur dalaman

Pencampur dalaman digunakan dengan
meluas dalam proses penyebatian getah
dengan berbagai ramuan  dimana
pencampuran dilakukan dalam alat tertutup

Kelebihannya ialah penyerakan ramuan getah
yang lebih baik dan pengurangkan masa
pencampuran tetapi suhu pencampuran
adalah tinggi dengan kitar pencampuran yang
ditentukan.

Untuk menggelakkan pemvulkanan yang tidak
dikehendaki sistem pemvulkanan biasanya
dicampurkan
menggunakan
penggulung
bergulung dua.
Operasi pembentukan

Selepas kesemua ramuan dicampur &
disebatikan dengan sempurna, getah
yang tersebati adalah ‘tacky’ dan
bersifat termoplastik.

Dalam keadaan berplastik ini, getah
tersebati (stok) boleh dibentuk dengan
menggunakan daya.

Proses untuk menukarkan sebatian
getah kepada saiz dan bentuk yang
dikehendaki dengan mengenakan daya
yang kuat.

Pelbagai kaedah boleh digunakan seperti:
1. Pengekstrudan
2. Penyebaran
3. Pengkalenderan
4. Pengacuanan

Contohnya ~ menghimpitkannya antara
penggulung
(pengkalenderan)
atau
menolaknya menerusi suatu orifis yang
mempunyai bentuk yang tertentu (‘tubing’ atau
‘extruding’).

Getah tersebati yang telah dibentuk perlu
ditukarkan kepada bahan elastik dengan
melakukan proses pemvulkanan di bawah
tekanan pada suhu tinggi.
Pengekstrudan

Proses untuk menghasilkan getah dalam bentuk
jalur yang panjang dengan suatu bentuk keratan
lintang yang seragam (rod, tiub).

Dilakukan dengan memaksa campuran getah
melalui suatu dai untuk memberikan bentuk yang
selanjar.

Jenis pengekstrud ialah:
1.
2.
3.
4.
5.
Pengekstrud ram
Pengekstrud skru
Pengekstrud suapan sejuk
Pengekstrud suapan panas
Pengekstrud suapan sejuk bolong
Pengekstrudan skru

Pengekstrudan
digunakan.

Proses:-
yang
amat
banyak
1.
Getah akan disuapkan melalui corong
tuang dan ditolak kedepan oleh skru yang
berputar.
2.
Suapan
bergerak
kedepan
dan
dilembutkan oleh haba geseran yang
terhasil dan ditolak kearah dai.
3.
Getah akan dipaksa keluar dari dai dgn
bentuk keratan lintang jalur getah sama
seperti keratan lintang dai.
Pengekstrud skru
Proses pemvulkanan
Proses
pemvulkanan
boleh
dilakukan
menggunakan berbagai teknik seperti pemvulkanan
mampatan, pemvulkanan terbuka dan pervulkanan
selanjar.
Ia melibatkan sambung-silang
secara kimia
diantara molekul makro polimer melalui tindakbalas
ramuan-ramuan penyebatian.
Tindakbalas sambung-silang getah juga dipanggil
pematangan kerana ia adalah suatu proses di mana
bahan mentah ditukar menjadi hasilan berguna.
Teknik-teknik pemvulkanan

Selepas dibentuk kepada bentuk yang
dikehendaki, getah tersebati perlu diubah
menjadi produk akhir yang bersifat elastik.

Ini dilakukan melalui proses pemvulkanan
menggunakan tekanan dan suhu yang
tinggi ( antara 140°C – 200°C).

Terdapat beberapa kaedah pemvulkanan:
a. Pemvulkanan tekan
b. Pemvulkanan terbuka
c. Pemvulkanan selanjar
d. Pemvulkanan sejuk
Proses pemvulkanan tekan

Pemvulkanan ini melibatkan haba & tekanan
yang tinggi.

Penekan/pres pemvulkanan mengandungi 2
@ > plat yang boleh digabungkan dan
dipisahkan oleh tekanan hidraulik dan
dipanaskan dengan stim & elektrik.

Getah divulkankan dalam acuan yang
diletakkan antara plat panas di bawah
tekanan.

Bentuk termudah acuan mengandungi dua
plat logam dengan kaviti yang mempunyai
bentuk produk getah akhir.
PRES UNTUK ACUAN MAMPATAN & PINDAHAN
Pengacuanan mampatan

Kebanyakan hasil getah dibuat menggunakan
kaedah ini.

Sebatian getah diletakkan dalam rongga acuan
logam dan ditutup dengan penutup.

Acuan dikenakan tekanan hidraulik malar (4-6
MPa) dan suhu yang tinggi (140-200°C) - masa
pemvulkanan diperolehi dari rheometer curve.

Selepas acuan ditutup - sebatian getah akan
memenuhi ruang mengikut bentuk acuan
logam.

Selepas pemvulkanan – acuan akan dibuka
dan hasil getah dikeluarkan.

Getah teracuan mengandungi jumlah getah
yang lebih sedikit daripada apa yang
diperlukan oleh hasil iaitu flash dan ia perlu
dibuang.

Kaedah ini digunakan untuk menyediakan
sampel tervulkan bagi:


ujian tensil, kekuatan cabikan, modulus,
fatigue (kepingan 2-3 mm)
ujian rintangan lelasan dan kekerasan
(ketebalan 8 mm)
SEBELUM
SELEPAS
Operasi-operasi akhir

Kebanyakkan produk getah memerlukan operasi
akhir selepas pemvulkanan.

Contohnya ‘flash’ yang terdapat pada bahagian
teracu mesti dibuang.

Antara operasi akhir yang lain ialah proses
mengecat sesetengah bahagian getah untuk
menjadikan lebih menarik dan melindungi
daripada ozon, minyak, asid dan bahan kimia.

Perawatan permukaan dengan klorin, bromin atau
flourin di dalam air untuk produk-produk getah
seperti ‘seal’ dan bilah untuk geseran yang lebih
baik.
Kawalan kualiti

Kawalan kualiti perlu untuk menjaga kualiti produk
akhir.

Penyemakan dilakukan pada bahan baru masuk /
sampai, bahan yang akan digunakan dalam proses
& produk akhir.

Pengeluar getah menguji bahan mentah (getah
mentah & ramuan penyebatian) - memastikan ia
seragam dengan kualiti yang dikehendaki.

Ujian kawalan dilakukan pada berbagai peringkat
dalam proses pembuatan dan sensitif kepada
perubahan dalam sebatian getah akibat kesilapan.

Antara kesilapan yang wujud ialah:
1.
2.
3.
4.
5.

Ramuan penyebatian yang silap,
Kawalan suhu yang tidak baik,
Penyerakan yang buruk,
Kitaran pencampuran yang tidak betul
Kitaran pencampuran terlalu pendek/ terlalu
panjang.
Skema kawalan - ujian fizikal piawai ke atas
sebatian getah tervulkan & tidak tervulkan.
1.
Ujian sebatian tidak tervulkan - pengukuran
kelikatan, masa skorj dan kadar pematangan.
1.
Ujian
getah
tervulkan
- ketumpatan,
kekerasan, tensil modulus, kekuatan tensil
dan pemanjangan pada pemutusan dll.
Sifat-sifat tensil
 Sifat-sifat tegasan-terikan tensil termasuklah
1. Kekuatan tensil,
2. Pemanjangan pada takat putus (EB)
3. Modulus tensil.
 Kaedah piawai untuk menentukan sifat-sifat ini diberi
dalam ISO 37, ASTM D412, BS 903: Part A2 & DIN
53504
 Ujian tensil melibatkan regangan spesimen ujian piawai
sehingga putus pada kelajuan mantap menggunakan
mesin ujian Instron. Spesimen ujian dipotong daripada
kepingan teracuan & bentuk lazim yang digunakan ialah
‘dumbell’.
1. Kekuatan tensil (TS)
Kekua tan tensil 
Daya pada takat putus
Luas ker a tan rentas
2. Modulus pada pemanjangan tertentu (Mx)
M 300 
Daya pada pemanjangan 300%
Luas ker a tan rentas
3. Pemanjangan pada takat putus (EB)
L  L0
EB 
 100%
L0
Dengan: L0= Panjang diantara tanda pada sampel asal
L= Panjang di antara tanda pada sampel yang
telah diregangkan sehingga putus
Pengiraan stress-strain
2.0
4.0
6.0
8.0
Kepentigan ujian tensil (regangan)
 Untuk tujuan kualiti & menentukan rintangan
elastomer kepada perosotan oleh haba, cecair, gas,
bahan kimia, ozon, persekitaran (cuaca) dll.
 Sifat-sifat tensil diukur sebelum & selepas
terdedah kepada agen-agen perosotan .
 Jika terdapat sedikit perubahan  produk getah
tersebut mempunyai servis hayat yang panjang
& sebaliknya.
 Penggunaan sifat-sifat tensil terhad untuk jurutera
rekabentuk  hubungan sifat-sifat tensil yang
sedikit dengan prestasi semasa servis &
kebanyakan produk elastomer jarang diregang
sewaktu dalam servis.
Sifat-sifat elastomer yang unik

Elastomer - bahan kompleks kerana
menunjukkan kombinasi sifat-sifat yang unik
yang amat berguna.

Sifat yang paling berguna ialah keelastikan

keupayaan elastomer untuk tercangga dengan
banyak secara regangan, mampatan @
torsion & memantul/ kembali kepada bentuk
asalnya apabila daya yang menyebabkan
cangaan tersebut dibuang.

Antara sifat-sifat berguna yang
lain:
1.
Keterlapan yang rendah kepada
udara, beberapa gas, air & stim
1.
Penebat haba & elektrik yang baik
1.
Sifat-sifat mekanik yang baik
1.
Keupayaan untuk melekat kepada
berbagai fiber, logam & plastik tegar

Kombinasi sifat-sifat yang berguna 
faktor mengapa elastomer digunakan
dalam bidang kejuruteraan seperti
‘sealing’, penyerapan gegaran, vibration
damping, penebatan elektrik & haba dll.

Ia juga digunakan dalam berbagai
bidang seperti tayar, tapak kasut, mats,
belts,
barang permainan,
belon,
barang-barang perubatan, barangan
rumah, baju hujan, hos dll.
Bahan-bahan
Fungsi
Elastomer/getah mentah
Komponen asas dalam sebatian getah
Pengisi
Digunakan untuk menguatkan /mengubahsuai sifat
mekanikal dan juga mengurangkan kos
Pemplastik
Membantu penyebatian , mengubahsuai sifatsifat tertentu serta sebagai ‘extender’
Agen penuaan
Melambatkan proses penuaan oleh agen-agen
penuaan terhadap produk akhir
Pencepat
Meningkatkan kelajuan dan mengurangkan masa
pemvulkanan
Pengaktif
Meningkatkan keberkesanan pencepat
Agen pemvulkanan
Diperlukan semasa pemvulkanan untuk
menghasilkan sambung-silang
Bahan-bahan lain
Digunakan untuk tujuan tertentu samada untuk
pewarnaan, prencatan, pembantu peniupan etc
Proses
Fungsi
Mastikasi
Proses ricihan mekanik untuk menurunkan
berat molekul, kelikatan dan melembutkan
getah.
Penyebatian
Proses penambahan aditif untuk menukarkan
getah mentah kepada sebatian getah.
Pembentukan
Proses untuk menukarkan sebatian getah
kepada saiz dan bentuk yang dikehendaki
dengan mengenakan daya yang kuat.
Pemvulkanan
Proses menukarkan getah tersebati yang telah
dibentuk kepada bahan elastik dengan
pembentukan sambung-silang dibawah suhu
dan tekanan
Operasi akhir
Operasi akhir selepas pemvulkanan seperti
‘trimming’, cat atau perawatan permukaan
Kawalan kualiti
Menjaga kualiti produk akhir
Contoh soalan peperiksaan

Berikan carta alir pemprosesan getah
berserta definisi ringkas proses-proses
yang terlibat.

Berikan formulasi umum yang boleh
digunakan untuk menghasilkan produk
elastomer.

Jelaskan secara ringkas proses
pemvulkanan.