Plastik yang terbuat dari resin thermosetting sebagai komponen utamanya dan dikombinasikan dengan berbagai aditif yang diperlukan melalui proses curing cross-linking untuk membentuk produk jadi. Plastik ini berbentuk cair pada tahap awal proses pembuatan atau pencetakan, dan setelah proses curing, plastik ini tidak larut dan tidak dapat dicairkan, serta tidak dapat dilunakkan lagi. Plastik thermosetting yang umum termasuk plastik fenolik, plastik epoksi, plastik amino, poliester tak jenuh, plastik alkyd, dll. Plastik thermosetting dan termoplastik bersama-sama membentuk dua sistem komponen utama dari plastik sintetis. Plastik termoseting dibagi menjadi dua jenis: jenis ikatan silang formaldehida dan jenis ikatan silang lainnya.
Definisi
Plastik thermosetting dapat melunak dan mengalir saat dipanaskan pertama kali. Saat dipanaskan hingga suhu tertentu, terjadi reaksi kimia, yaitu reaksi ikatan silang, dan plastik menjadi padat dan mengeras. Perubahan ini tidak dapat diubah kembali. Setelah itu, plastik tidak dapat lagi melunak dan mengalir saat dipanaskan lagi. Justru dengan bantuan karakteristik inilah proses pencetakan dilakukan. Aliran plastis selama pemanasan pertama dimanfaatkan untuk mengisi rongga cetakan di bawah tekanan, dan kemudian memadat menjadi produk dengan bentuk dan ukuran tertentu.
Karakteristik plastik thermosetting adalah plastik tersebut mengeras karena reaksi kimia setelah dipanaskan, diberi tekanan, atau ditambahkan pengeras pada suhu tertentu selama jangka waktu tertentu. Struktur kimia plastik yang mengeras berubah, teksturnya menjadi keras, tidak larut dalam pelarut, dan tidak melunak lagi saat dipanaskan. Jika suhunya terlalu tinggi, plastik tersebut akan terurai. Rantai molekul resin dalam termoplastik berbentuk linier atau bercabang. Tidak ada ikatan kimia di antara rantai molekul tersebut. Rantai molekul tersebut melunak dan mengalir saat dipanaskan. Proses pendinginan dan pengerasan merupakan perubahan fisika.
Plastik yang terikat silang dengan formaldehida meliputi plastik fenolik dan plastik amino (seperti urea-formaldehida-melamin-formaldehida, dll.). Plastik yang terikat silang lainnya meliputi poliester tak jenuh, resin epoksi, resin dialil ftalat, dll.
Plastik thermosetting yang umum digunakan meliputi resin fenolik, resin urea-formaldehida, resin melamin, resin poliester tak jenuh, resin epoksi, resin silikon, poliuretan, Dll
jenis
1. Resin fenolik (PF)
Resin fenolik merupakan salah satu jenis plastik yang paling lama ada dalam sejarah. Resin ini umumnya dikenal sebagai bakelite atau bakelite. Resin ini berwarna kuning kecokelatan atau hitam dan merupakan contoh khas plastik thermosetting. Berbagai bahan pengisi sering digunakan dalam pencetakan resin fenolik. Bergantung pada berbagai bahan pengisi yang digunakan, kinerja produk akhir juga berbeda. Sebagai bahan cetakan, resin fenolik terutama digunakan di bidang yang memerlukan ketahanan panas, tetapi juga digunakan sebagai perekat untuk kayu lapis, roda gerinda, dan bantalan rem.
2. Resin urea-formaldehida (UF)
Resin urea-formaldehida merupakan plastik tak berwarna yang dapat digunakan sebagai bahan cetak, perekat, dll. Resin ini terbuat dari urea dan formaldehida. Bahan cetak resin urea-formaldehida diisi dengan selulosa. Resin ini memiliki kekerasan dan kekuatan mekanis yang sangat baik. Di sisi lain, resin ini memiliki kekurangan yaitu mudah pecah, mudah menyerap air, dan stabilitas dimensinya buruk, bahkan sering terjadi retakan jika dibiarkan diam. Resin urea-formaldehida dapat digunakan untuk membuat peralatan makan, tutup botol, dan kebutuhan sehari-hari lainnya serta komponen mekanis, dan juga dapat digunakan sebagai perekat.
3. Resin melamin-formaldehida (MF)
Resin melamin-formaldehida juga disebut melamin, melamin-metik, dan melamin. Plastik ini menutupi kekurangan resin urea-formaldehida yaitu tidak kedap air, tetapi harganya lebih mahal daripada resin urea-formaldehida. Karena resin melamin-formaldehida tidak berwarna dan transparan seperti resin urea-formaldehida, dan warna cetakannya cerah, dan karena memiliki ketahanan panas, kekerasan permukaan yang tinggi, sifat mekanis, sifat listrik yang baik, tahan air, tahan pelarut, dan tahan kimia, maka dapat digunakan di bidang peralatan makan, berbagai kebutuhan sehari-hari (termasuk furnitur), dan produk industri.
4. Resin poliester tak jenuh (UF)
Resin poliester tak jenuh adalah cairan bening berwarna kuning muda atau kuning kekuning-kuningan dengan viskositas yang berbeda-beda. Karena resin poliester tak jenuh tidak kuat, maka sering ditambahkan dengan bahan penguat seperti serat kaca, dan produknya dikenal sebagai fiberglass. Resin poliester tak jenuh berbentuk cair sebelum dipadatkan, dan dapat dibentuk tanpa tekanan, dan bahkan dapat dipadatkan pada suhu ruangan, sehingga dapat diolah menjadi produk dengan berbagai metode pengolahan.
5. Resin epoksi (EP)
Resin epoksi adalah plastik termoseting yang diawetkan dengan bahan pengawet. Resin ini memiliki daya rekat yang sangat baik, sifat listrik yang sangat baik, dan sifat mekanik yang baik. Penggunaan utama resin epoksi adalah sebagai pelapis dan perekat anti-korosi logam, dan sering digunakan dalam enkapsulasi papan sirkuit cetak dan komponen elektronik.
6. Resin silikon (SI)
Tidak seperti resin yang disebutkan sebelumnya, komponen utamanya bukanlah karbon, melainkan silikon, sehingga harganya mahal. Namun, resin silikon tahan panas hingga 180°C, dan dapat bertahan hingga 500°C setelah perlakuan khusus. Resin ini memiliki ketahanan dingin yang baik, dan sifat fisiknya tidak berubah seiring suhu. Resin ini merupakan plastik termoseting dengan ketahanan kimia, ketahanan air, dan ketahanan cuaca yang sangat baik. Produk tahan panasnya merupakan bahan untuk produksi komponen industri elektronik.
7. Poliuretan
Ada banyak jenis poliuretan, yang dapat dibuat menjadi berbagai macam mulai dari elastomer termoplastik ringan hingga busa kaku. Kepadatan busa lunak poliuretan adalah 0.015 hingga 0.15 g/cm³. Busa lunak dibentuk menjadi balok-balok, yang mudah dipotong menjadi furnitur dan bahan kemasan. Busa kaku dapat dibuat menjadi berbagai macam bentuk.
Karakteristik pemrosesan
Plastik thermosetting yang umum digunakan termasuk fenolik, amino (melamin, urea-formaldehida) poliester, poli (dipropilen ftalat), dll. Mereka terutama digunakan untuk cetakan kompresi, cetakan ekstrusidan pencetakan injeksi. Plastik seperti silikon dan resin epoksi terutama digunakan untuk pengemasan ekstrusi tekanan rendah komponen elektronik dan pencetakan cor.
Penyusutan
Penyusutan pembentukan terutama terwujud dalam aspek-aspek berikut:
1. Penyusutan ukuran linier komponen plastik disebabkan oleh ekspansi dan kontraksi termal, pemulihan elastisitas selama pencetakan, deformasi plastik, dll., yang menyebabkan ukuran komponen plastik menyusut setelah dicetak dan didinginkan hingga suhu ruangan. Oleh karena itu, kompensasi harus dipertimbangkan saat mendesain rongga.
2. Arah penyusutan Selama pencetakan, molekul-molekul tersusun dalam arah tertentu, menjadikan bagian plastik bersifat anisotropik. Penyusutan besar dan kekuatannya tinggi di sepanjang arah aliran material (yaitu arah paralel), sedangkan penyusutan kecil dan kekuatannya rendah pada arah tegak lurus aliran material (yaitu arah vertikal). Selain itu, selama pencetakan, kepadatan dan distribusi pengisi setiap bagian dari bagian plastik tidak merata, sehingga penyusutannya juga tidak merata. Perbedaan penyusutan membuat bagian plastik rentan terhadap lengkungan, deformasi, dan retak, terutama selama ekstrusi dan pencetakan injeksi. Oleh karena itu, arah penyusutan harus dipertimbangkan saat mendesain cetakan, dan laju penyusutan harus dipilih sesuai dengan bentuk bagian plastik dan arah aliran material.
3. Pasca-penyusutan Ketika bagian plastik dibentuk, serangkaian tegangan disebabkan oleh faktor-faktor seperti tekanan pembentukan, tegangan geser, anisotropi, kepadatan tidak merata, distribusi pengisi tidak merata, suhu cetakan tidak merata, pengerasan tidak merata, dan deformasi plastik. Faktor-faktor ini tidak dapat sepenuhnya hilang dalam keadaan aliran kental, sehingga tegangan sisa ada ketika bagian plastik dibentuk di bawah tekanan. Setelah demolding, tegangan sisa berubah karena keseimbangan tegangan dan pengaruh kondisi penyimpanan, yang menyebabkan bagian plastik menyusut lagi, yang disebut pasca-penyusutan. Umumnya, bagian plastik berubah paling banyak dalam waktu 10 jam setelah demolding, dan pada dasarnya diperbaiki setelah 24 jam, tetapi stabilitas akhir membutuhkan waktu 30 hingga 60 hari. Umumnya, pasca-penyusutan termoplastik lebih besar daripada plastik thermosetting, dan ekstrusi dan pencetakan injeksi lebih besar daripada pencetakan kompresi.
4. Penyusutan pasca-pemrosesan Terkadang, komponen plastik perlu diberi perlakuan panas setelah dibentuk sesuai dengan persyaratan kinerja dan proses, yang juga akan menyebabkan perubahan ukuran komponen plastik. Oleh karena itu, saat mendesain cetakan untuk komponen plastik presisi tinggi, kesalahan penyusutan pasca-pemrosesan dan penyusutan pasca-pemrosesan harus dipertimbangkan dan dikompensasi.
Likuiditas
Kemampuan plastik untuk mengisi rongga di bawah suhu dan tekanan tertentu disebut fluiditas. Ini adalah parameter proses penting yang harus dipertimbangkan saat merancang cetakan. Fluiditas yang tinggi dapat dengan mudah menyebabkan luapan berlebihan, pengisian rongga yang longgar, struktur bagian plastik yang longgar, akumulasi resin dan pengisi, cetakan mudah menempel, kesulitan dalam pelepasan dan pembersihan, dan pengerasan dini. Namun, fluiditas yang rendah akan menyebabkan pengisian yang tidak mencukupi, kesulitan dalam pembentukan, dan tekanan pembentukan yang tinggi. Oleh karena itu, fluiditas plastik yang dipilih harus sesuai dengan persyaratan bagian plastik, proses pembentukan, dan kondisi pembentukan. Saat merancang cetakan, sistem penuangan, permukaan pemisahan, dan arah pengumpanan harus dipertimbangkan berdasarkan kinerja fluiditas. Fluiditas plastik termoseting biasanya dinyatakan dalam fluiditas Raschig (dalam milimeter). Semakin besar nilainya, semakin baik fluiditasnya. Setiap jenis plastik biasanya dibagi menjadi tiga tingkat fluiditas yang berbeda untuk pemilihan bagian plastik dan proses pembentukan yang berbeda. Umumnya, ketika bagian plastik memiliki area yang luas, banyak sisipan, inti dan sisipan tipis dan lemah, dan terdapat alur yang dalam dan sempit serta dinding tipis dengan bentuk kompleks yang tidak kondusif untuk pengisian, plastik dengan fluiditas yang lebih baik harus digunakan. Plastik dengan fluiditas Lasig lebih dari 150 mm harus digunakan untuk pencetakan ekstrusi, dan plastik dengan fluiditas Lasig lebih dari 200 mm harus digunakan untuk pencetakan injeksi. Untuk memastikan bahwa setiap batch plastik memiliki fluiditas yang sama, metode batch sering digunakan dalam praktik untuk menyesuaikan, yaitu, plastik dengan jenis yang sama tetapi dengan fluiditas yang berbeda digunakan bersama-sama untuk membuat fluiditas setiap batch plastik saling mengimbangi untuk memastikan kualitas bagian plastik. Harus ditunjukkan bahwa sifat injeksi plastik tidak hanya ditentukan oleh jenis plastik, tetapi juga sering dipengaruhi oleh berbagai faktor saat mengisi rongga, yang mengubah kemampuan plastik yang sebenarnya untuk mengisi rongga. Misalnya, ukuran partikel yang halus dan seragam (terutama partikel bulat), kelembapan tinggi, kadar air dan volatil yang tinggi, kondisi pemanasan awal dan pembentukan yang tepat, permukaan cetakan yang baik, dan struktur cetakan yang tepat semuanya kondusif untuk meningkatkan fluiditas. Sebaliknya, kondisi pemanasan awal atau pembentukan yang buruk, struktur cetakan yang buruk, hambatan aliran yang besar, atau periode penyimpanan yang terlalu lama, penyimpanan yang terlambat, suhu penyimpanan yang tinggi (terutama untuk plastik amino) akan menyebabkan penurunan kinerja aliran aktual plastik saat mengisi rongga, yang mengakibatkan pengisian yang buruk.
Volume spesifik dan rasio kompresi
Volume spesifik adalah volume yang ditempati oleh satu gram plastik (dalam cm³/g). Laju kompresi adalah rasio volume atau volume spesifik bubuk plastik dan bagian plastik (nilainya selalu lebih besar dari 1). Mereka dapat digunakan untuk menentukan ukuran ruang pemuatan cetakan. Nilai yang besar membutuhkan volume ruang pemuatan yang besar, dan pada saat yang sama menunjukkan bahwa ada banyak gas dalam bubuk plastik, pembuangan sulit, siklus pencetakan panjang, dan produktivitasnya rendah. Volume spesifik yang kecil adalah kebalikannya, dan itu kondusif untuk pengepresan dan pengepresan tablet. Namun, nilai volume spesifik sering kali memiliki kesalahan karena ukuran partikel dan ketidakrataan partikel plastik.
Sifat pengerasan
Selama proses pencetakan, plastik termoset diubah menjadi keadaan kental plastik di bawah pemanasan dan tekanan, dan fluiditas meningkat untuk mengisi rongga. Pada saat yang sama, reaksi kondensasi terjadi, kepadatan ikatan silang terus meningkat, fluiditas menurun dengan cepat, dan material cair secara bertahap memadat. Saat mendesain cetakan, perhatian harus diberikan untuk memfasilitasi pemuatan, pemuatan dan pembongkaran sisipan, dan memilih kondisi dan operasi pencetakan yang wajar untuk material dengan kecepatan pengerasan cepat dan keadaan aliran pendek, sehingga dapat menghindari pengerasan dini atau pengerasan yang tidak memadai, yang mengakibatkan pencetakan komponen plastik yang buruk.
Kecepatan pengerasan umumnya terkait dengan jenis plastik, ketebalan dinding, bentuk bagian plastik, dan suhu cetakan. Namun, kecepatan ini juga dipengaruhi oleh faktor lain, terutama kondisi pemanasan awal. Pemanasan awal yang tepat harus dipertahankan dengan syarat plastik dapat mengerahkan fluiditas maksimum dan memaksimalkan kecepatan pengerasannya. Umumnya, semakin tinggi suhu pemanasan awal dan semakin lama waktu (dalam kisaran yang diizinkan), semakin cepat kecepatan pengerasannya. Secara khusus, kecepatan pengerasan billet yang telah ditekan sebelumnya dipercepat secara signifikan oleh pemanasan awal frekuensi tinggi. Selain itu, kecepatan pengerasan meningkat dengan suhu pembentukan yang tinggi dan waktu penekanan yang lama. Oleh karena itu, kecepatan pengerasan juga dapat dikontrol dengan baik dengan menyesuaikan kondisi pemanasan awal atau pembentukan. Kecepatan pengerasan juga harus sesuai dengan persyaratan metode pembentukan. Misalnya, pencetakan injeksi dan ekstrusi harus memerlukan reaksi kimia yang lambat dan pengerasan yang lambat selama plastisisasi dan pengisian, dan harus mempertahankan keadaan fluida jangka panjang, tetapi ketika rongga diisi, rongga tersebut harus mengeras dengan cepat di bawah suhu tinggi dan tekanan tinggi.
Kandungan kelembaban dan zat volatil
Berbagai jenis plastik mengandung kadar air dan zat volatil yang berbeda-beda. Jika kadar air dan zat volatil terlalu tinggi, fluiditasnya meningkat, bahannya mudah meluap, waktu retensinya lama, penyusutannya meningkat, dan cacat seperti riak dan lengkungan mudah terjadi, yang memengaruhi sifat mekanik dan listrik komponen plastik. Namun, jika plastiknya terlalu kering, fluiditasnya juga akan buruk dan sulit dibentuk. Oleh karena itu, berbagai jenis plastik harus dipanaskan terlebih dahulu dan dikeringkan sesuai kebutuhan. Untuk bahan dengan higroskopisitas yang kuat, terutama di musim yang lembap, bahkan bahan yang dipanaskan terlebih dahulu harus dicegah agar tidak menyerap air lagi.
Karena berbagai plastik mengandung jumlah air dan zat volatil yang berbeda, dan terjadi kondensasi selama reaksi kondensasi, komponen-komponen ini harus diubah menjadi gas dan dikeluarkan dari cetakan selama pencetakan. Beberapa gas bersifat korosif terhadap cetakan dan mengiritasi tubuh manusia. Oleh karena itu, saat merancang cetakan, kita harus memahami karakteristik berbagai plastik dan mengambil tindakan yang sesuai, seperti pemanasan awal, pelapisan krom pada cetakan, pembukaan alur pembuangan, atau pengaturan proses pembuangan selama pencetakan.
Proses pencetakan injeksi
Proses cetak injeksi plastik termoseting sama dengan termoplastik, tetapi parameter prosesnya berbeda. Mesin cetak injeksi umum dapat berupa mesin cetak injeksi pendorong atau mesin cetak injeksi ulir. Metode cetak injeksi (dengan mengambil contoh mesin cetak injeksi ulir) adalah sebagai berikut. Tambahkan plastik termoseting ke dalam tong plastikisasi, dan tong plastikisasi yang dipanaskan dan sekrup yang berputar melelehkan dan meplastiskan bahan baku menjadi bentuk cair. Pada saat ini, reaksi fisik terjadi pada bahan baku, yang kemudian didorong maju ke kepala sekrup oleh sekrup yang berputar. Ketika bahan cair mencapai volume injeksi, sekrup bergerak maju untuk menyuntikkan bahan cair ke dalam cetakan cetak injeksi pada tekanan injeksi dan kecepatan injeksi yang lebih tinggi. Pada saat ini, bahan cair dalam cetakan cetak injeksi bereaksi dengan bahan pengawet yang ditambahkan pada saat yang sama di bawah tekanan tinggi dan kondisi suhu tinggi untuk menghasilkan reaksi ikatan silang. Reaksi kimia ini juga melepaskan zat dengan berat molekul rendah seperti air dan amonia. Setelah material cair mendingin dan mengeras, material tersebut dapat dikeluarkan dari cetakan injeksi untuk menjadi produk cetakan injeksi plastik termoseting.
Kasus terkait
Secara umum, daur ulang plastik mengacu pada termoplastik. Karena plastik termoset membentuk struktur ikatan silang setelah pemadatan, plastik tersebut tidak dapat dicairkan dan dibentuk ulang lagi, sehingga daur ulang menjadi lebih sulit dan hanya ada sedikit aplikasi daur ulang yang sebenarnya. Hanya poliuretan dan plastik lainnya yang didaur ulang dalam skala kecil secara komersial. Jumlah plastik termoset mencapai sekitar 15% dari semua plastik, yang merupakan jumlah absolut yang besar, sehingga daur ulangnya menjadi semakin penting dan mendesak.
Jenis plastik thermosetting yang umum digunakan tidak banyak, terutama poliuretan (PU), resin epoksi (EP), resin fenolik (PF), poliester tak jenuh (UP), resin melamin (UF), dll. Di antara keduanya, PU dan PF adalah yang paling banyak digunakan, masing-masing mencakup sekitar 1/3 dari jumlah total plastik thermosetting. Sampah plastik thermosetting pascakonsumen sangat sedikit jumlahnya dalam sampah padat perkotaan, terutama dalam industri dan perdagangan.
Area Aplikasi
Lebih dari separuh produksi PU digunakan untuk busa lunak, yang lebih banyak digunakan daripada furnitur, kasur, dan komponen interior otomotif. Busa keras merupakan penggunaan PU terbesar kedua, terutama digunakan dalam konstruksi, bahan insulasi industri, pengemasan, dan transportasi. Cetakan injeksi reaksi dan pengecoran PU terutama digunakan dalam komponen interior otomotif. Selain itu, busa keras juga dapat digunakan dalam pertanian, pertambangan, olahraga, dan peralatan lainnya.
Kegunaan utama PF adalah dalam pembuatan kayu lapis, bahan perekat, lem, pelapis, dan lain sebagainya, sedangkan resin cetak hanya merupakan bagian yang sangat kecil.
UP terutama digunakan untuk aksesori besar, seperti rumah kaca, tangki penyimpanan, dan bodi mobil. EP terutama digunakan untuk membuat perekat, pelapis, dll. Dapat juga digunakan untuk pencetakan, pengecoran, papan sirkuit cetak, dll. Komponen cetakan UF terutama digunakan untuk peralatan listrik, peralatan makan, dan kancing.
Ada tiga metode daur ulang untuk plastik termoset: daur ulang fisik, daur ulang kimia, dan daur ulang energi.
Kewaspadaan
1. Plastik termoseting untuk produk cetakan injeksi harus berupa butiran atau bubuk struktural linier dengan massa molekul relatif kecil.
2. Lelehan plastik thermosetting setelah plastisisasi harus memiliki stabilitas termal dan fluiditas yang baik, dan harus memiliki fluiditas yang baik ketika berada dalam tong untuk waktu yang lama (dalam 10 menit); lelehan stabil pada suhu rendah dan reaksi ikatan silang cepat pada suhu tinggi.
3. Media pemanas laras adalah air, dan media pemanas cetakan injeksi adalah minyak. Gunakan kontrol suhu konstan dan perbedaan fluktuasi suhu harus sekecil mungkin.
4. Lelehan harus diisi ke dalam cetakan dengan tekanan injeksi yang lebih tinggi dan kecepatan injeksi yang lebih cepat. Saat melakukan penyesuaian, nilai terendah harus diambil untuk memastikan kualitas produk plastik pengisian dan pencetakan.
5. Perhatikan desain struktur kepala sekrup dan nosel, dan tidak boleh ada material sisa yang tertinggal setelah injeksi. Nosel terbuka, dengan lubang 2~2.5mm, dan saluran lelehan halus dan bersih.
6. Perhatikan pemilihan dimensi penampang saluran pembuangan pada cetakan cetak injeksi. Dimensi penampang yang terlalu besar atau terlalu kecil akan berdampak tertentu pada kualitas cetakan produk plastik.
