Material non logam

1. 20/03/2024 1
Material Non Logam
Wartono

2. Dalam dunia teknik, selain material logam seperti ferrous maupun non
ferrous, material non logam juga banyak digunakan dengan
pertimbangan tertentu , baik sifat fisis maupun mekanis dari material
non logam itu sendiri dibandingkan dengan material logam. Material
non logam yang banyak digunakan dalam dunia teknik antara lain :
1. Kayu (wood)
2. Karet (rubber)
3. Polimer (polymer)
4. Keramik (ceramic)
5. Komposit (composite)
20/03/2024 2
Material Non Logam

3. Sebagai material teknik, banyak kelebihan dari kayu. Sebagai contoh, kayu
mempunyai ketangguhan yang baik karena adanya cellulose microfibrils dalam
matrix dari lignin dan hemicellulose.
Beberapa kelebihan kayu bila digunakan sebagai bahan teknik, adalah :
1. Hanya membutuhkan energi yang rendah dalam memproduksi material kayu
2. Biaya produksinya rendah
3. Kayu adalah material yang dapat diperbarui, juga ramah lingkungan
4. Kayu mempunyai kekuatan spesifik yang baik, karena densitinya rendah dan
kekuatan yang layak
5. Karena kayu mempunyai berat jenis yang rendah, sehingga tranportasinya
mudah
6. Dalam membuang limbahnya, dibutuhkan biaya yang rendah,
7. Kayu tidak mempunyai konduktifitas listrik
8. Hampir semua kayu tidak beracun
9. Konduktifitas panas kayu rendah
10. Paku dan sekrup tidak membuat kayu lapuk, jika digunakan secara benar, hal
ini memperlihatkan bahwa kayu tahan terhadap stress concentration
20/03/2024 3
Material Non Logam

4. Selain mempunyai keunggulan, kayu juga mempunyai kelamahan bila
digunakan untuk material high tech. Kelemahannya antara lain :
1. Kayu banyak mempunyai jenis, dimana sifat antar jenis sangat bervariasi,
tergantung dari kondisi tumbuhnya, dan posisi kayu terhadap batang kayu
itu sendiri
2. Dimensi kayu tidak stabil, dimana air akan mengubah dimensinya
3. Kakuatan kayu akan melemah jika kondisi kayu basah
4. Deformasi yang tergantung waktu seperti creep dan viscoelasticty akan
terjadi pada kayu
5. Kayu sangat mudah terbakar
6. Kayu mudah terkena rayap dan kutu kayu
7. Kayu tidak dapat digunakan pada temperatur tinggi
8. Kayu mudah busuk dan berjamur
9. Kayu mempunyai anisotorophy yang tinggi, hal ini dapat diminimalisir
dengan pembuatan plywood
Walaupun kayu mempunyai banyak kelemahan, akan tetapi hampir di seluruh
dunia kayu digunakan dalam pembuatan rumah, selain itu juga digunakan
dalam pembuatan furniture, raket cricket, busur panah, dan pada jaman dahulu
digunakan untuk pelek dan naf (hub)
20/03/2024 4
Material Non Logam

5. Busur panah
Konstruksi dalam
pembuatan rumah
20/03/2024 5
Material Non Logam

6. Selain kayu, karet juga banyak digunakan untuk pembuatan material
teknik, seperti pembuatan ban untuk otomotif, engine mounting, untuk
peredam dalam pembuatan jembatan dan bangunan tinggi, seal, belt
conveyor dan lain sebagainya.
Dalam industri, karet dihasilkan dari alam maupun buatan (sintetis)
Dari alam , karet dihasilkan dalam bentuk latex, yang kemudian
dikoagulasikan dan dibuat dalam bentuk slab. Kemudian slab ini diolah
kembali menjadi suatu produk.
Karet sintetis/buatan merupakan hasil proses kimia dari minyak mentah
(crude oil).
Karet sintetis secara komersil dipasarkan pada tahun 1943. Karet sintetis
atau biasa disebut butyl rubber (IIR/International Institute of Synthetic
Rubber) adalah copolymer dari isobutylene dan sejumlah kecil isoprene.
Sifat utama butyl rubber adalah tidak tembus air dan tidak tembus udara
yang sangat baik, serta mempunyai sifat lentur yang baik, dimana sifat-sifat
ini dihasilkan dari ketidakjenuhan dari segmen panjang polyisobutylene.
Bagian dalam (innerliner) dari ban adalah bagian yang paling banyak
menggunakan karet sintetis ini.
20/03/2024 6
Material Non Logam

7. Bagian dari ban Foto mikro innerliner dari ban
20/03/2024 7
Material Non Logam

8. 20/03/2024 8
Material Non Logam

9. 20/03/2024 9
Material Non Logam

10. Karet alam dan karet sintetis
Bahan kimia : Carbon black, yang dibuat dari
pembakaran crude oil dalam dapur khusus,
digunakan dalam campuran ban sebagai filler
penguat. Bahan kimia yang lain termasuk
sulphur, plasticizer, accelerator dan
antioxidants.
Tekstil : material seperti Rayon, Nylon dan
Polyester membentuk bagian integral
konstruksi kerangka dari ban.
Baja : kawat baja high tensile yang dilapisi
kuningan digunakan pada konstruksi breaker
belts dan juga sebagai lapisan kerangka ban.
20/03/2024 10
Material Non Logam

11. 20/03/2024 11
Material Non Logam

12. 20/03/2024 12
Material Non Logam

13. 20/03/2024 13
Material Non Logam
Plastik adalah material buatan manusia. Plastik telah menggantikan material
traditional seperti kayu dan logam. Plastik berbeda dari semua material
yang ada, karena ukuran molekulnya. Kebanyakan material mempunyai
molekul yang tersusun hingga 300 atom, molekul plastik terdiri dari lebih
ribuan atom, sehingga disebut Macromolecules.
Beberapa jenis plastik terbuat dari bahan-bahan alam seperti binatang,
serangga dan tanaman, akan tetapi terbanyak dari buatan manusia,
sehingga dinamakan Synthetic Plastic.
Kebanyakan plastik sintetik dibuat dari minyak mentah, tetapi batu bara dan
gas alam juga digunakan untuk pembuatan plastik sintetik. Ketika minyak
mentah dirafinasi (dimurnikan), gas yang ada dipisahkan. Gas-gas ini akan
dipisahkan menjadi Monomer. Monomer adalah zat kimia yang mempunyai
single molekul. Ribuan monomer ini akan membuat rantai bersama dalam
proses yang disebut Polimerisasi , membentuk senyawa baru yang disebut
sebagai Polymer.

14. 20/03/2024 Material Non Logam 14
Struktur dan tingkat polimerisasi dari polimer tergantung dari karakteristiknya.
Plastik yang kita kenal terdiri dari :
1. Thermoplastic
2. Thermosetting Plastics
Ad. 1. Thermoplastic , terbuat dari rantai molekul dengan sedikit cabang. Hal
ini menjadikan plastik jenis ini menjadi lunak pada waktu dipanaskan dan
dapat dibentuk menjadi beberapa variasi bentuk dan ukuran. Plastik jenis
ini akan berubah menjadi kaku dan padat kembali ketika dingin. Proses ini
dapat dilakukan berulang kali. Linear Polymers (rantai monomer single
linear) dan Branched Polymers (linear dengan rantai samping) adalah
thermoplastic, yang akan melunak ketika dipanaskan.
Ad.2. Thermosetting Plastics, terbuat dari rantai molekul yang bercabang-
cabang. Hal ini membuat struktur molekul menjadi rigid (kaku). Plastik jenis
ini dapat dibentuk dengan dipanaskan pertama kali , sehingga menjadi
kaku dan padat. Plastik ini tidak dapat dibentuk kembali. Cross linked
polymers (dua atau lebih rantai bergabung dengan rantai samping) adalah
thermosetting plastics, sehingga akan mengeras ketika dipanaskan.

15. 20/03/2024 Material Non Logam 15
Struktur polimer

16. 20/03/2024 Material Non Logam 16
80 % dari produk plastik yang dihasilkan adalah thermoplastic. Contoh
dari thermoplastic adalah :
 high density polyethylene (HDPE), digunakan pada piping,
automotive fuel tanks, bottles, toys.
 low density polyethylene (LDPE), digunakan pada plastic bags,
cling films, flexible containers.
 polyethylene terephthalate (PET), digunakan pada bottles, carpets
dan food packaging.
 polypropylene (PP) digunakan pada food containers, battery cases ,
bottle crates, automotive parts dan fibres
 polystyrene (PS) digunakan pada dairy product containers, tape
cassettes, cups dan plates.
 polyvinyl chloride (PVC) digunakan pada window frames, flooring,
bottles, packaging film, cable insulation, credit cards dan medical
products.

17. 20/03/2024 Material Non Logam 17
Dari sekian banyak plastik yang dihasilkan, 20% nya adalah thermosetting.
Plastik ini akan mengeras ketika membeku dan tidak dapat dilarutkan dan
dicetak kembali, oleh karena itu sulit untuk didaur ulang. Material ini
biasanya hanya dikubur atau digunakan sebagai bahan pengisi (filler
material).
Diantara plastik jenis ini adalah :
• polyurethane (PU) digunakan sebagai coating, finishes, gear,
diaphragms, cushions, mattresses dan car seats.
• epoxy , digunakan sebagai adhesives, sport equuipment, pattern dan
mold for casting, electrical dan automotive equipment.
• phenolics , digunakan sebagai oven, handles for cutlery, automotive parts
dan circuit board.

18. 20/03/2024 Material Non Logam 18
Pola pengecoran terbuat
dari epoxy

19. 20/03/2024 Material Non Logam 19
Dasar pembuatan plastik :

20. 20/03/2024 Material Non Logam 20
Polyethylene (a polyolefin)
(drainpipes, water pipes, sheeting, cable insulation)

21. 20/03/2024 Material Non Logam 21
Polypropylene (a polyolefin)
(sheeting, boards, pipes, carpets, electrical fittings, cable insulation)

22. 20/03/2024 Material Non Logam 22
Polystyrene
(sheeting, thermal insulation (foamed), electrical insulation, light fittings)

23. 20/03/2024 Material Non Logam 23
Polyurethane
(thermal insulation (foamed), adhesives, clear finishes, paint, sealants)

24. 20/03/2024 Material Non Logam 24
Polyvinyl Chloride (PVC)
(sheeting, boards, sections, window frames, pipes, flooring, wallpapers)

25. 20/03/2024 Material Non Logam 25
Polymer Emission(s) Common use
Polyester Styrene, Dichloromethane Fabrics
Epoxy Phenol, Epichlorohydrin Epoxide resins: filler, adhesives, paint, clear
finishes, etc.
Polymethylmethacrylate Acetonitrile, Acrylonitrile Rooflights, boards, flooring, baths, paint
Ureaformaldehyde Formaldehyde Thermal insulation, electrical fittings,
laminates, wood adhesives
Melamineformaldehyde Phenol, Formaldehyde Laminates, electrical fittings, adhesives
Polysulphide Toluene, Chloroparaffin Sealants
Silicone Xylene Sealants, electrical insulation
Styrene rubber Styrene, Xylene, Butadiene,
Hexane, Toluene
Flooring, sealing strips
Isoprene rubber Xylene, Nitrosamines Natural rubber substitute
Ethylene propylene
rubber
Benzene, Hexane,
Nitrosamines
Sealing strips
Chlorprene rubber Chloroprene, Nitrosamines Sealing strips
Some other polymers and their emissions

26. 20/03/2024 Material Non Logam 26
Extrusion
Blow moulding
Injection moulding

27. 20/03/2024 Material Non Logam 27
M
a
i
n
P
r
o
c
e
s
s
o
f
A
B
S
P
l
a
s
t
i
c
E
l
e
c
t
r
o
p
l
a
t
i
n
g
Note :
ABS :
Acrylonitrile
Butadiene
Styrene

28. 20/03/2024 Material Non Logam 28
Rekayasa keramik adalah teknologi manufaktur dan penggunaan keramik
sebagai material. Karakteristik keramik membuat ketertarikan para insinyur
dari seluruh dunia, termasuk dalam bidang : Electrical Engineering, Material
Engineering, Chemical Engineering, Mechanical Engineering , dan bidang-
bidang lainnya. Karena ketahanannya yang baik terhadap panas,
menjadikan keramik digunakan untuk kebutuhan tugas-tugas dimana
material yang lain seperti logam dan polymer tidak dapat digunakan.
Bahan baku keramik tradisional adalah mineral lempung seperti kaolinite,
pada saat ini material yang digunakan adalah oksida alumunium
(aluminium oxide), lebih umum dikenal sebagai alumina. Material keramik
modern , diklasifikasikan sebagai advanced ceramics, termasuk silicone
carbide dan tungsten carbide. Keduanya digunakan karena tahan terhadap
abrasi, sehingga diaplikasikan untuk wear plates dari peralatan penghancur
pada operasi pertambangan. Advanced ceramics (keramik lanjut) juga
digunakan dalam industri pengobatan, elektrikal dan elektronik.

29. 20/03/2024 Material Non Logam 29
Advanced ceramics juga dapat diistilahkan sebagai engineering, fine atau technical ceramics,
sudah digunakan sebagai suatu solusi dari berbagai masalah material yang terjadi 30 hingga
40 tahun lalu. Beberapa dari masalah tersebut termasuk korosi, erosi , keausan, temperatur,
electrical insulation ( atau kombinasi dari masalah-masalah tersebut), dan sebagainya , dapat
diatasi dengan pemilihan material yang tepat dari kisaran material yang berkategori longgar
seperti keramik oksida dan non oksida.
Advanced atau engineering ceramics secara ideal harus sesuai dengan aplikasi dayaguna
yang tinggi dimana kombinasi sifat-sifat seperti ketahanan aus, kekerasan, kekakuan
(stiffness) dan ketahanan korosi yang sangat penting. Untuk tambahan pada sifat-sifat
tersebut, engineering ceramics mempunyai kekuatan mekanis yang relatif tinggi pada
temperatur yang lebih tinggi.
Seperti pengunaan lempung pada pembuatan tembikar, engineering ceramics dibentuk
melalui kondisi plastis yang basah, dikeringkan dan kemudian di sintered (“fired”) pada
temperatur tinggi,
Keramik rekayasa monolithic biasanya didapatkan dari sifat-sifat material inorganik dan
seringkali material non-metallic. Material tadi biasanya mempunyai sifat insulator yang baik
terhadap panas dan elektrikal. Contohnya seperti material berikatan ionic-covalent seperti
Alumina (Al2O3), Zirconia (ZrO2) dan Magnesia (MgO), begitu juga material covalent seperti
Intan, Cubic Boron Nitride (CBN), Silicon Nitride (Si3N4) dan Silicon Carbide (SiC).

30. 20/03/2024 Material Non Logam 30
Bidang-bidang yang menggunakan/mengaplikasikan keramik sebagai material adalah :
pertambangan, aerospace (angkasa luar), kedokteran, pemurnian (refinery), industri
makanan, industri kimia, packaging science, elektronik, industri listrik, automotif dan
transmisi listrik.
Proses pembuatan Keramik :
Definisi umum dari material keramik adalah : Keramik adalah material oksida berkristal
inorganik. Bersifat padat dan inert. Material keramik rapuh, keras, kuat terhadap
compression (tekanan), akan tetapi lemah pada shearing (geser) dan kekuatan tarik,
tahan terhadap erosi kimia yang terjadi di lingkungan asam atau kaustik. Pada beberapa
kasus tahan terhadap erosi terhadap asam dan basa yang diaplikasikan ke keramik.
Pada umumnya keramik tahan terhadap temperatur yang tinggi dengan kisaran 10000C
hingga 16000C (18000F hingga 30000F). Yang termasuk material inorganik tetapi tidak
mempunyai oksigen adalah silicon carbide. Gelas secara definisi bukanlah keramik
karena bentuknya padatan amorphous (non crystalline). Akan tetapi, gelas mempunyai
beberapa tahapan pembuatan dan sifat-sifat mekanis yang sama dengan keramik.
Proses pembuatan keramik secara umum mengikuti tahapan sebagai berikut :
Milling→ Batching→ Mixing→ Forming→ Drying→ Firing→ Assembly→

31. 20/03/2024 Material Non Logam 31

32. 20/03/2024 Material Non Logam 32

33. 20/03/2024 Material Non Logam 33
Material untuk advanced ceramic, antara lain :
Material Titik Lebur (0C)
Alumina (Al2O3) 2050
Silicon Carbide (SiC) 2300
Silicon Nitride (Si3N4) 1800
Zirconia (ZrO2) 2700

34. 20/03/2024 Material Non Logam 34
Aplikasi Keramik dalam teknologi : Aerospace

35. 20/03/2024 Material Non Logam 35
Aplikasi Keramik dalam teknologi : Medical

36. 20/03/2024 Material Non Logam 36
Aplikasi Keramik dalam teknologi :Automotive
1. Parking Sensors
2. Crash Sensors
3. Fuel Injection
4. Fuel Level Sensors
5. Piezo Motors
6. Air Bag Sensors
7. Seat Valves
8. Catalytic Converters
9. Truck Level Sensors
10. Wheel Balancing
11. Noise Cancellation
12. Pressure Sensors
13. Oil Condition Sensors
14. Micropumps
15. Paint Cups
16. Paint Atomisers
17. Engine Valves

37. 20/03/2024 Material Non Logam 37

38. 20/03/2024 Material Non Logam 38
Kiri : Komponen automotive
Tengah : komponen industri
Kanan : komponen pompa untuk industri

39. 20/03/2024 Material Non Logam 39

40. 20/03/2024 Material Non Logam 40