Desain dan Produksi Material

Komponen dalam Desain, Produksi, dan Pemanfaatan Bahan

• Empat komponen utama meliputi:
  • Pemrosesan (Processing): Cara material diproses mempengaruhi strukturnya.
  • Struktur (Structure): Struktur material menentukan sifat-sifatnya.
  • Sifat (Properties): Sifat-sifat material yang diinginkan akan memengaruhi performanya.
  • Performa (Performance): Hal pertama yang harus diketahui dalam memilih material.
• Urutan keterkaitan: Performa → Sifat → Struktur → Pemrosesan.

Jenis Ikatan Kimia

• Ikatan ionik terbentuk antara ion positif dan negatif dengan elektronegativitas yang berbeda jauh, contohnya pada keramik seperti NaCl, KBr, MgO, CaF2, CsCl.
  • Energi ikatannya besar.
• Ikatan kovalen melibatkan berbagi elektron, biasanya antara atom nonlogam, dengan energi ikatan yang bervariasi (contoh: CH4, SiC, GaAs, InSb, Cl2, C (berlian)).
• Ikatan logam terjadi pada logam dan paduan, di mana atom melepaskan elektron valensi membentuk "lautan elektron" (contoh: tungsten, merkuri, besi, aluminium, emas).
  • Energi ikatannya juga bervariasi.
• Ikatan hidrogen adalah ikatan sekunder antara hidrogen dan atom yang sangat elektronegatif (N, O, F).
  • Merupakan ikatan dipol permanen terkuat (hingga 51 kJ/mol), contohnya pada HF, H2O, NH3.
• Ikatan van der Waals adalah ikatan sekunder akibat gaya tarik menarik antara ujung positif dan negatif dipol yang berdekatan.
  • Energi ikatannya lemah (sekitar 10 kJ/mol) dan dapat bersifat terinduksi atau permanen (contoh: CH4, HCl).

Perbedaan Struktur Kristalin dan Nonkristalin

• Bahan kristalin memiliki struktur atom yang teratur dan berulang dalam tiga dimensi melalui proses penghabluran.
• Bahan nonkristalin memiliki atom yang tersusun secara acak dan tidak berulang.

Faktor yang Menentukan Kekuatan Bahan (Logam)

• Jenis ikatan atom.
• Densitas dislokasi.
• Ukuran butir; ukuran butir lebih kecil meningkatkan kekuatan.
• Elemen paduan (pembentukan larutan padat).
• Temperatur pemrosesan; temperatur lebih tinggi menurunkan kekuatan karena meningkatkan mobilitas atom.

Faktor yang Menentukan Kekuatan Bahan (Polimer)

• Berat molekul; berat molekul lebih tinggi menghasilkan rantai polimer yang lebih panjang dan lebih kuat.
• Tingkat kristalinitas; kristalinitas lebih tinggi meningkatkan kekuatan karena struktur yang lebih teratur.
• Ikatan silang antar rantai polimer.
• Zat tambahan yang meningkatkan kekuatan dan kekakuan.

Mengapa Kekuatan Bahan Getas Lebih Rendah dari Perhitungan Teoritis

• Bahan getas memiliki cacat mikroskopis (retakan kecil, rongga) yang menyebabkan konsentrasi tegangan tinggi.
• Tidak adanya mekanisme plastis untuk meredam ujung retakan membuat kekuatan aktual jauh lebih rendah.

Mekanisme Perambatan Retak pada Patahan Ulet

• Inisiasi retak: Pembentukan mikrovoid pada daerah leher.
• Pertumbuhan dan koalesensi: Mikrovoid membesar dan bergabung.
• Perambatan retak: Retakan tumbuh stabil dengan deformasi plastis.

Mekanisme Patahan Getas

• Inisiasi dan perambatan: Retak muncul tiba-tiba tanpa deformasi plastis dan langsung merambat lurus.
• Karakteristik fraktur: Permukaan fraktur datar dengan pola garis atau "chevron".

Sifat Mekanik Pegas Suspensi Mobil yang Penting

• Kekakuan (stiffness) agar pegas dapat memberikan dukungan terhadap stabilitas mobil di jalan yang tidak rata.
• Daya serap energi untuk menyerap guncangan dan getaran.
• Kekuatan tarik (tensile strength) untuk menahan beban tanpa mengalami deformasi permanen.
• Daya tahan korosi karena mobil sering terpapar panas, hujan, dan banjir.

Pemilihan Polimer untuk Bumper Mobil

• Direkomendasikan termoplastik karena lebih tahan terhadap benturan.
• Termoplastik lebih fleksibel dan dapat mengalami deformasi elastis, juga dapat diproses ulang.

Penjelasan Perilaku Silly Putty

• Silly Putty bersifat viskoelastis.
  • Elastis (seperti bola karet) pada benturan cepat karena rantai polimer tidak sempat mengalir.
  • Viskoelastis (seperti cairan) jika gaya diberikan perlahan, rantai polimer mulai bergerak dan mengalir.

Kecenderungan Kristalisasi Polimer

• Polietilen linear lebih mudah mengkristal daripada polietilen bercabang karena rantai lurusnya dapat tersusun lebih rapat dan teratur.
• Polietilen homogen lebih mudah mengkristal daripada kopolimer polietilen-polipropilen karena struktur yang lebih teratur.
• Polipropilena isotaktik lebih mudah mengkristal daripada polipropilena ataktik karena susunan stereokimia yang teratur.

Kekuatan Polimer Termoplastik Bentuk Lembaran

• Cara digulung menghasilkan lembaran yang lebih kuat karena polimer mengalami tekanan dan peregangan, meningkatkan orientasi molekul.

Vulkanisasi Karet Sebelum atau Sesudah Pembentukan

• Vulkanisasi sebaiknya dilakukan setelah pembentukan karena karet yang belum divulkanisasi lebih mudah dibentuk menjadi bentuk kompleks.
  • Vulkanisasi adalah proses pengikatan silang yang membuat karet lebih kuat dan tahan abrasi.