TUGAS

KIMIA BAHAN

APLIKASI POLIMER PADA KEVLAR

Disusun Oleh:

HENDRAWAN LAKSONO L2C008055

TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS DIPONEGORO

SEMARANG

2012

Teknologi Material

Perkembangan teknologi material telah melahirkan suatu material jenis baru yang dibangun secara bertumpuk dari beberapa lapisan. Material ini lah yang disebut material komposit. Material komposit terdiri dari lebih dari satu tipe material dan dirancang untuk mendapatkan kombinasi karakteristik terbaik dari setiap komponen penyusunnya. Pada dasarnya, komposit dapat didefinisikan sebagai campuran makroskopik dari serat dan matriks. Serat merupakan material yang (umumnya) jauh lebih kuat dari matriks dan berfungsi memberikan kekuatan tarik. Sedangkan matriks berfungsi untuk melindungi serat dari efek lingkungan dan kerusakan akibat benturan.

Serat kaca (glass fibre) adalah material yang umum digunakan sebagai serat. Namun, teknologi komposit saat ini telah banyak menggunakan karbon murni sebagai serat. Serat karbon memiliki kekuatan yang jauh lebih baik dibanding serat kaca tetapi biaya produksinya juga lebih mahal. Komposit dari serat karbon memiliki sifat ringan dan juga kuat. Komposit jenis ini banyak digunakan untuk struktur pesawat terbang, alat-alat olahraga, dan terus meningkat digunakan sebagai pengganti tulang yang rusak.

Selain serat kaca, polimer yang biasanya menjadi matriks juga dapat dipakai sebagai serat atau penguat. Contohnya, kevlar merupakan serat polimer yang sangat kuat dan dapat meningkatkan toughness dari material komposit. Kevlar dapat digunakan sebagai serat dari produk komposit untuk struktur ringan yang handal, misalnya bagian kritis dari struktur pesawat terbang. Sebenarnya, material komposit bukanlah pengguaan asli dari kevlar. Kevlar dikembangkan untuk pengganti baja pada ban radial dan untuk membuat rompi atau helm antipeluru.

Sedangkan untuk matriks, kebanyakan material komposit modern menggunakan plastik thermosetting, yang biasanya disebut resin. Plastik adalah polimer yang mengikat serat dan membantu menentukan sifat fisik dari material komposit yang dihasilkan. Plastik termosetting berwujud cair teteapi akan mengeras dan menjadi rigid ketika dipanaskan. Plastik ini memiliki tahanan terhadap serangan zat kimia yang baik meskipun berada pada lingkungan ekstrim.

Aplikasi Polimer Kevlar

Kevlar

Kevlar adalah merek dagang terdaftar untuk serat para-aramid sintetis, terkait seperti aramid lainnya seperti Nomex dan Technora. Dikembangkan di DuPont pada 1965, bahan berkekuatan tinggi ini pertama kali digunakan secara komersial pada awal tahun 1970 sebagai pengganti baja pada ban mobil balap. Secara khusus baham ini dipintal menjadi tali atau lembaran kain yang dapat digunakan sebagai bahan dalam komponen material komposit.

Saat ini, Kevlar memiliki banyak aplikasi, mulai dari ban sepeda dan balap berlayar ke pelindung tubuh karena tingginya rasio kekuatan-ke-berat tarik; berdasarkan ukuran materal ini 5 kali lebih kuat dari baja atas dasar bobot yang sama. Hal ini juga digunakan untuk membuat drumheads modern yang tahan terhadap dampak yang tinggi. Ketika digunakan sebagai bahan tenunan, bahan ini sangat cocok untuk tali tambat dan aplikasi bawah air lainnya.

Sebuah serat serupa yang disebut Twaron dengan struktur kimia yang kurang lebih sama, dikembangkan oleh Akzo pada tahun 1970;. Produksi komersial dimulai pada tahun 1986, dan Twaron sekarang diproduksi oleh Teijin.

Sejarah

Poli-parafenilen tereftalamida - merek Kevlar - diciptakan oleh Stephanie Kwolek saat bekerja untuk DuPont. Untuk mengantisipasi kekurangan bensin, pada tahun 1964 kelompoknya mulai mencari serat kuat baru yang ringan untuk digunakan pada ban yang ringan namun kuat. Polimer yang dia kerjakan dengan pada saat itu ialah poli-p-fenilena-tereftalat dan polybenzamide,berbentuk kristal cair dalam larutan, sesuatu yang unik untuk orang-polimer pada saat itu.

Solusinya adalah "berawan, terbuat dari batu baiduri pada saat diaduk, dan viskositas rendah" dan biasanya dibuang. Namun, Kwolek membujuk teknisi, Charles Smullen, yang menjalankan "alat pemintal", untuk menguji larutannya, dan dia kagum mendapati bahwa seratnya tidak pecah, tidak seperti nilon. Atasannya dan direktur laboratorium-nya memahami pentingnya penemuan dan bidang baru kimia polimer dengan cepat muncul. Pada 1971, modern Kevlar diperkenalkan. Namun Kwolek tidak terlalu terlibat dalam pengembangan aplikasi dari Kevlar.

Produksi

Kevlar disintesa dalam larutan dari monomer 1,4-fenilena-diamina (para-fenilendiamin) dan klorida tereftaloil dalam reaksi kondensasi yang menghasilkan asam klorida sebagai produk sampingan. Hasilnya memiliki perilaku cairan-kristal, dan gambar mekanis mengorientasikan rantai polimernya ke arah serat.

Hexamethylphosphoramide (HMPA) adalah pelarut yang awalnya digunakan untuk polimerisasi, tapi untuk alasan keamanan, DuPont mengganti dengan larutan N-metil-pirolidon dan kalsium klorida. Karena proses ini telah dipatenkan oleh Akzo dalam memproduksi Twaron, perang hak paten pun terjadi.

Reaksi 1,4-fenilena-diamina (para-fenilendiamin) dengan tereftaloil klorida menghasilkan kevlar.

Produksi kevlar (poly paraphenylene terephthalamide) sangat mahal karena kesulitan yang timbul karena menggunakan asam sulfat pekat, hal ini diperlukan untuk menjaga polimer yang tidak larut air dalam larutan selama sintesis.

Beberapa kelas dari Kevlar yang tersedia: Kevlar K-29 - dalam aplikasi industri, seperti kabel, penggantian asbes, pelapis rem,

dan tubuh / kendaraan lapis baja. Kevlar K49 - modulus tinggi yang digunakan dalam produk kabel dan tali. Kevlar K100 - versi berwarna dari Kevlar Kevlar K119 - elongasi lebih tinggi, fleksibel dan lebih tahan kelelahan. Kevlar K129 - keuletan tinggi untuk aplikasi balistik. Kevlar AP - memiliki kekuatan tarik 15% lebih tinggi dari K-29. Kevlar XP - berat resin lebih ringan dan KM2 ditambah kombinasi serat. Kevlar KM2 - resistensi balistik ditingkatkan untuk aplikasi baju besi.

Komponen ultraviolet sinar matahari merusak dan mengurai Kevlar, masalah ini dikenal sebagai degradasi UV, dan sehingga kevlar jarang digunakan di luar ruangan tanpa perlindungan terhadap sinar matahari.

Struktur dan sifat

Struktur molekuler dari Kevlar:

tebal menunjukkan satuan unit monomer, garis putus-putus mengindikasikan ikatan hidrogen.

Ketika kevlar dipintal, serat yang dihasilkan memiliki kekuatan tarik sekitar 3.620 MPa, dan kerapatan yang relatif dari 1,44. Polimer tersebut memiliki kekuatan tinggi untuk antar-rantai ikatan yang banyak. Antar-molekul ini membentuk ikatan hidrogen antara

gugus karbonil dan pusat NH. Kekuatan tambahan berasal dari interaksi penumpukan aromatik antara untaian yang berdekatan. Interaksi ini memiliki pengaruh lebih besar pada Kevlar dibandingkan van der Waals dan interaksi panjang rantai yang biasanya mempengaruhi sifat polimer sintetik dan serat lainnya seperti Dyneema. Keberadaan garam-garam dan impuritis lain, biasanya kalsium, dapat mengganggu interaksi pada lembaran polimer dan diperhatikan untuk menghindari inklusi dalam produksinya. Struktur Kevlar terdiri dari molekul yang relatif kaku yang cenderung membentuk sebagian besar lembaran-lembaran datar seperti struktur seperti protein sutra.

Sifat termal

Kevlar mempertahankan kekuatan dan ketahanan ke suhu cryogenic (-196 ° C), bahkan, kevlar ini sedikit lebih kuat pada suhu rendah. Pada suhu yang lebih tinggi kekuatan tarik tersebut segera berkurang sekitar 10-20%, dan setelah beberapa jam kekuatan secara bertahap akan berkurang lebih lanjut. Misalnya pada 160 ° C (320 ° F) pengurangan 10% kekuatan terjadi setelah 500 jam. Pada 260 ° C (500 ° F) pengurangan 50% kekuatan terjadi setelah 70 jam.

Aplikasi

Perlindungan

CryogenicsKevlar sering digunakan dalam bidang cryogenics untuk konduktivitas termal rendah dan kekuatan yang tinggi yang relatif terhadap material lain untuk keperluan suspensi. Paling sering digunakan untuk menangguhkan salt enclosure paramagnetik dari lonjongan magnet superkonduktor untuk meminimalkan kebocoran panas ke bahan paramagnetik. Hal ini juga digunakan kebuntuan termal atau pendukung struktural di mana kebocoran panas rendah yang diinginkan.

ArmorLembar helm Kevlar digunakan untuk membantu menyerap ledakan sebuah granatKevlar adalah komponen terkenal armor pribadi seperti helm tempur, masker wajah balistik, dan rompi balistik. Helm PASGT dan rompi yang digunakan oleh pasukan militer Amerika Serikat sejak 1980-an keduanya memiliki Kevlar sebagai komponen kunci. Pengginaan dalam militer lainnya termasuk masker anti peluru. Aplikasi sipil terkait lainnya termasuk peralatan perlindungan Darurat Service jika melibatkan panas tinggi (misalnya, mengatasi api), dan Kevlar pelindung tubuh seperti rompi untuk petugas polisi, keamanan, dan SWAT.

Perlindungan pribadiKevlar digunakan untuk memproduksi sarung tangan, baju lengan, jaket, chaps dan barang lain yang termasuk pakaian dirancang untuk melindungi pengguna dari luka, lecet dan panas. Perlengkapan Kevlar protektif berbasis seringkali jauh lebih ringan dan lebih tipis dari perlengkapan yang setara yang terbuat dari bahan tradisional.

Lembar helm Kevlar digunakan untuk membantu menyerap ledakan sebuah granat

Peralatan olahraga

Digunakan sebagai lapisan dalam beberapa ban sepeda untuk mencegah ban bocor. Dalam tenis meja, lapisan Kevlar ditambahkan ke bilah berlapis atau paddles, untuk meningkatkan daya pantul dan mengurangi berat. Digunakan untuk pakaian sepeda motor keselamatan, terutama di bidang yang menampilkan bantalan seperti bahu dan siku.

Dalam memanah Kyudo atau Jepang, mungkin digunakan sebagai alternatif untuk rami lebih mahal untuk string busur. Ini adalah salah satu bahan utama yang digunakan untuk saluran suspensi paraglider.

Dalam Anggar digunakan dalam jaket pelindung, celana, plastrons dan terusan berpenutup pada masker.

Raket tenis sering digantung dengan Kevlar.

Bahkan digunakan dalam layar untuk perahu balap kinerja tinggi.

Kevlar juga semakin sering digunakan dalam "Peto", penutup bantalan yang melindungi kuda picadors 'di arena adu banteng itu.

Kegunaan kevlar lainnya

Kevlar merupakan bahan yang sangat populer untuk kano balap. Kevlar mooring line

Kevlar terkadang digunakan sebagai pengganti teflon di beberapa panci goreng anti lengket

Sepatu Nike dengan bahan kevlar

Dengan kemajuan teknologi, Nike menggunakan Kevlar dalam sepatu untuk pertama kalinya. Hal ini meluncurkan Seri II Elite, dengan perangkat tambahan ke versi sebelumnya dari sepatu basket dengan menggunakan Kevlar di anterior serta tali sepatu. Hal ini dilakukan untuk mengurangi elastisitas dari ujung sepatu berbeda dengan nilon digunakan secara konvensional sebagai Kevlar diperluas dengan sekitar 1% terhadap nilon yang diperluas dengan sekitar 30%. Sepatu dalam kisaran ini termasuk LeBron, HyperDunk dan Zoom Kobe VII. Namun sepatu ini diluncurkan pada kisaran harga jauh lebih tinggi daripada biaya rata-rata sepatu basket.