I.Definisi Plastik Kejuruteraan Khusus
Plastik kejuruteraan khusus, sebagai cabang penting dalam industri plastik, ialah kelas bahan plastik kejuruteraan dengan prestasi keseluruhan yang tinggi dan suhu perkhidmatan jangka panjang 150°C atau lebih tinggi. Contohnya termasuk polyphenylene sulfide (PPS), polyimide (PI), polyetherketone (PEEK), polimer kristal cecair (LCP), dan polysulfone (PSU). Plastik ini mempunyai tulang belakang yang tegar, takat lebur yang tinggi, dan susunan rantai molekul yang teratur, mempamerkan kestabilan yang sangat baik dalam persekitaran suhu tinggi. Plastik kejuruteraan khusus boleh memenuhi keperluan prestasi khusus seperti rintangan suhu tinggi, rintangan kakisan dan rintangan haus, dan digunakan dalam pembuatan komponen elektronik, bahan penebat, peralatan pemprosesan kimia dan bahagian enjin automotif. Apabila aplikasi hiliran baharu terus ditemui, plastik kejuruteraan khusus menjadi tumpuan perhatian dalam pelbagai industri.
II.Klasifikasi Plastik Kejuruteraan Khusus
Kriteria klasifikasi utama untuk industri plastik kejuruteraan khusus termasuk jenis bahan, ciri prestasi dan kawasan aplikasi:
1. Polifenilena sulfida (PPS): Mempunyai rintangan haba yang sangat baik, rintangan kimia, dan sifat penebat elektrik, dan digunakan secara meluas dalam komponen automotif, elektronik, peralatan elektrik dan peralatan pemprosesan kimia.
2. Polimida (PI): Dengan kestabilan suhu tinggi yang luar biasa, rintangan kimia dan kekuatan mekanikal, ia digunakan secara meluas dalam komponen suhu tinggi untuk industri aeroangkasa, elektronik dan automotif.
3. Polyetherketone (PEEK): Dengan kestabilan suhu tinggi yang sangat baik, rintangan kimia dan sifat mekanikal, ia digunakan secara meluas dalam sektor aeroangkasa, peranti perubatan dan petrokimia.
4. Polimer Kristal Cecair (LCP): Dengan kestabilan dimensi yang sangat baik, geseran rendah, dan ciri frekuensi tinggi, ia biasanya digunakan dalam pembuatan bahan pembungkusan elektronik dan komponen mikro.
5. Polysulfone (PSU): Dengan rintangan suhu yang sangat baik, rintangan kakisan, dan sifat penebat elektrik, ia digunakan secara meluas dalam peralatan kimia, komponen elektronik dan peranti perubatan.
III.Latar Belakang Penyelidikan dan Pembangunan Plastik Kejuruteraan Khusus
Pembangunan plastik kejuruteraan khusus didorong terutamanya oleh permintaan untuk bahan berprestasi tinggi, didorong oleh perlumbaan senjata antarabangsa pada masa itu, terutamanya keperluan untuk aplikasi dalam bidang teknologi tinggi. Pada masa itu, syarikat-syarikat besar di Eropah dan Amerika Syarikat melaburkan sumber kewangan dan manusia yang besar dalam perlumbaan untuk membangunkan bahan-bahan ini. Dari awal 1960-an hingga 1980-an, bahan-bahan ini sebahagian besarnya diseragamkan. Berikut adalah beberapa jenis plastik kejuruteraan khusus:
01
Polimida (PI)
Polyimide (PI) mula dibangunkan dan dikomersialkan oleh DuPont di Amerika Syarikat di bawah jenama Kapton. Ia adalah polimer amorf dengan suhu peralihan kaca (Tg) melebihi 400°C. PI ialah polimer heterosiklik aromatik yang mengandungi cincin imida (-CO-NH-CO-) dalam rantai utamanya. Ia mempunyai sifat yang sangat baik seperti penebat elektrik, kekuatan mekanikal, kestabilan kimia, ketahanan terhadap penuaan, rintangan sinaran, dan kehilangan dielektrik yang rendah; lebih-lebih lagi, sifat-sifat ini sebahagian besarnya kekal tidak berubah dalam julat suhu -269 hingga 400°C. Ia kini merupakan bahan polimer paling tahan haba dalam pengeluaran perindustrian dan oleh itu disenaraikan sebagai "salah satu plastik kejuruteraan yang paling menjanjikan pada abad ke-21." Formula struktur unit berulang PI ialah:
02
Poliamidaimida (PAI)
Polyamideimide (PAI), pertama kali dibangunkan oleh Toray Industries, Inc. dari Jepun di bawah jenama Torlon, ialah polimer amorfus, bukan termoplastik dengan suhu peralihan kaca (Tg) 285°C. PAI ialah kelas polimer di mana cincin imida dan ikatan amida disusun dalam corak berselang-seli biasa. Kekuatannya tidak dapat ditandingi oleh mana-mana plastik industri yang tidak bertetulang di dunia hari ini; ia mempamerkan sifat mekanikal yang unggul pada 250°C, dengan suhu pesongan haba 269°C. Rintangan haus, rintangan kimia dan rintangan kepada sinaran tenaga tinggi PAI menjadikan prestasinya lebih cemerlang, menjadikannya sangat sesuai untuk digunakan dalam persekitaran operasi yang keras. Formula struktur unit berulang PAI ialah:
03
Polyetherimide (PEI)
Polyetherimide (PEI) pertama kali dikaji dan dibangunkan oleh GE di Amerika Syarikat pada tahun 1970-an. Selepas 10 tahun pengeluaran dan ujian perintis, ia telah dikomersialkan pada tahun 1980-an di bawah jenama ULTEM. Ia adalah polimer amorf dengan Tg 217°C. Tidak seperti dua bahan pertama, ia adalah polimida termoplastik yang boleh diproses menggunakan teknik termoplastik seperti pengacuan penyemperitan dan pengacuan suntikan. PEI biasanya lutsinar dengan rona ambar. Ia mempamerkan kestabilan suhu tinggi yang sangat baik, sifat mekanikal, kestabilan kimia dan sifat elektrik. Ciri-ciri utamanya termasuk nisbah kekuatan-kepada-berat yang tinggi, pengekalan kekuatan sehingga 200°C (390°F), rintangan jangka panjang terhadap pengoksidaan haba, sifat elektrik yang baik, dan rintangan kimia yang wujud dan kalis api. PEI mengekalkan sifatnya walaupun selepas pendedahan berpanjangan kepada wap dan air panas, yang merupakan kelebihan utama untuk peralatan pemprosesan makanan dan aplikasi perubatan yang memerlukan pembersihan atau pensterilan yang bersungguh-sungguh. Formula struktur unit berulang dalam PEI ialah:
04
Polysulfone (PSU)
Polysulfone (PSU) telah berjaya dibangunkan dan dikomersialkan oleh United Carbides Corporation (UCC) pada akhir 1960-an di bawah jenama UDEL. Ia adalah polimer amorf dengan suhu peralihan kaca (Tg) 192°C. Pada tahun 1986, UCC memindahkan hak pengeluaran dan jualan untuk polysulfone kepada Amoco. Rantaian utama PSU mengandungi cincin benzena, dan atom sulfur dalam kumpulan -SO₂- berada dalam keadaan pengoksidaan tertinggi; akibatnya, ia mempamerkan rintangan pengoksidaan yang baik, sifat mekanikal, dan kestabilan haba, manakala kehadiran ikatan eter memberikan tahap keliatan tertentu. PSU mempunyai sifat penebat elektrik yang sangat baik dan digunakan secara meluas dalam industri elektrik. Dalam bidang perubatan, PSU biasanya digunakan untuk mengeluarkan peranti perubatan, seperti hemodialyzer, kerana biokompatibiliti yang baik dan ketahanan terhadap pensterilan. Dalam sektor pemprosesan makanan, PSU boleh digunakan untuk mengeluarkan peralatan tahan suhu tinggi tertentu. Selain itu, PSU mempunyai beberapa aplikasi dalam industri aeroangkasa dan elektronik. Pada masa ini, terdapat tiga jenis resin polysulfone yang boleh didapati secara komersial dan agak matang: bisphenol A-type polysulfone (PSU), polyphenylsulfone (PPSU), dan polyethersulfone (PES). Formula struktur unit berulang PSU ialah:
05
Polyethersulfone (PES)
Polyethersulfone (PES) telah berjaya dibangunkan dan dikomersialkan oleh syarikat British ICI pada tahun 1970-an. Dijual di bawah nama dagangan PES, ia adalah polimer amorf dengan suhu peralihan kaca (Tg) 225°C. Struktur molekul PES tidak mengandungi unit hidrokarbon alifatik—yang mempunyai kestabilan haba yang lemah— mahupun unit bifenil tegar; ia terdiri terutamanya daripada kumpulan sulfon, kumpulan eter, dan kumpulan fenil. Kumpulan sulfon memberikan rintangan haba, manakala kumpulan eter memberikan rantai polimer kecairan yang baik dalam keadaan cair, memudahkan pengacuan dan pemprosesan. PES mempunyai rintangan haba yang sangat baik, sifat fizikal dan mekanikal, dan sifat penebat elektrik. Ia boleh digunakan secara berterusan pada suhu tinggi dan mengekalkan prestasi yang stabil dalam persekitaran tertakluk kepada perubahan suhu yang cepat. Ia tahan kakisan oleh kebanyakan media kimia; polyethersulfone tidak menjalani hidrolisis dalam air, tetapi penyerapan lembapan surih boleh menyebabkan sedikit pemplastikan, mengakibatkan perubahan kecil dalam sifat mekanikal. Tambahan pula, polyethersulfone adalah pemadam sendiri dan mempamerkan rintangan nyalaan yang sangat baik tanpa penambahan sebarang kalis api. PES digunakan secara meluas dalam sektor elektronik, elektrik, mekanikal, automotif, peranti perubatan dan air panas. Ia diiktiraf sebagai plastik kejuruteraan yang menggabungkan suhu pesongan haba yang tinggi, kekuatan impak tinggi dan kebolehprosesan yang sangat baik. Formula struktur unit berulang PES ialah:
06
Poliarilat (PAR)
Poliarilat (PAR) ialah istilah umum untuk keluarga produk poliester aromatik. Produk pertama yang berjaya dibangunkan dan dikomersialkan telah dicipta oleh syarikat Jepun UNITIKA pada awal 1970-an di bawah nama dagangan U-polymer. Ia adalah polimer amorfus; khususnya, U-100 mempunyai Tg 193°C. PAR ialah plastik kejuruteraan khusus dengan gelang benzena dan kumpulan ester pada rantai utamanya. Ketumpatan tinggi cincin aromatik dalam rantai utama meningkatkan rintangan habanya, dengan suhu pesongan haba 175°C. Kehadiran unit cincin para- dan meta-benzena dalam rantai utama menghalang penghabluran polimer, menghasilkan polimer amorf dan lutsinar. Ketelusannya adalah setanding dengan PC dan PMMA, dengan ketransmisian cahaya hampir 90%; ia mempamerkan daya tahan lentur yang baik dan rintangan rayapan yang sangat baik pada julat suhu yang luas; ia mempunyai rintangan cuaca yang luar biasa, menyekat sinaran UV di bawah 350 nm, dan mengekalkan sifat mekanikal pada dasarnya tidak berubah dalam keadaan luar jangka panjang; ia memadam sendiri, menghasilkan asap minimum apabila terbakar, dan tidak toksik. PAR ialah bahan polimer dengan rintangan haba yang sangat baik; formula struktur dan kaedah sintesisnya berbeza-beza bergantung pada keperluan aplikasi. Ia boleh digunakan dalam peranti elektronik tahan suhu tinggi, serta komponen dan bahagian untuk industri aeroangkasa dan automotif, dan juga biasa digunakan dalam peranti perubatan. Aplikasinya merentasi pelbagai sektor perindustrian menunjukkan nilai pentingnya sebagai plastik kejuruteraan khusus. Formula struktur unit berulang PAR ialah:
07
Polyphenylene Sulfide (PPS)
Polyphenylene sulfide (PPS) mula dibangunkan dan dikomersialkan pada tahun 1970-an oleh Philips di Amerika Syarikat di bawah jenama Ryton. Ia adalah polimer kristal dengan suhu peralihan kaca (Tg) 88°C dan takat lebur (Tm) 277°C. PPS terdiri daripada susunan gelang benzena dan atom sulfur berselang-seli, memberikannya struktur tetap dan kehabluran tinggi—setinggi 75%—dengan takat lebur sehingga 285°C. Gelang benzena memberikan PPS dengan ketegaran yang baik dan rintangan haba, manakala ikatan sulfida memberikan tahap fleksibiliti tertentu. PPS mempamerkan rintangan haba yang sangat baik, kalis api, penebat elektrik, dan rintangan kakisan. Sifat komprehensifnya—termasuk kestabilan terma, kekuatan mekanikal dan prestasi elektrik—membolehkan ia menahan pendedahan jangka panjang kepada suhu setinggi 220°C. Hasilnya, PPS dipuji sebagai "plastik kejuruteraan keenam terbesar di dunia," selepas polikarbonat (PC), poliester (PET), polioksimetilena (POM), nilon (PA) dan polifenilena oksida (PPO). Formula struktur unit berulang dalam PPS ialah:
08
Polietherketone (PEEK)
Polyetheretherketone (PEEK) mula-mula berjaya dibangunkan dan dikomersialkan pada tahun 1970-an oleh syarikat British ICI. ICI berjaya mensintesis PEEK dan mula memasarkannya pada tahun 1978; ia telah dijual di bawah jenama Victrex sejak itu. Nama komersial ialah PEEK. Ia adalah polimer kristal dengan suhu peralihan kaca (Tg) 143°C dan Tm = 334°C. PEEK ialah polimer termoplastik suhu ultra-tinggi kristal yang terdiri daripada unit berulang yang mengandungi satu ikatan keton dan dua ikatan eter dalam struktur rantai utamanya. Struktur molekul polietheretherketone mengandungi gelang benzena tegar, memberikan prestasi suhu tinggi yang sangat baik, sifat mekanikal, penebat elektrik, kalis api, rintangan sinaran dan rintangan kimia. PEEK mempunyai takat lebur (Tm) setinggi 340°C; takat lebur yang tinggi ini memberikan PEEK rintangan suhu tinggi yang luar biasa. Suhu pesongan haba PEEK bertetulang gentian boleh mencapai sehingga 315°C, manakala suhu perkhidmatan berterusan jangka panjangnya (UL946B) boleh mencapai 260°C, dan rintangan haba jangka pendeknya memanjang sehingga 300°C. Walaupun selepas 5,000 jam penggunaan pada 260°C, kekuatannya kekal hampir tidak berubah daripada keadaan asalnya, dan ia mempamerkan kestabilan haba yang sangat baik. Akibatnya, PEEK mempunyai hayat perkhidmatan yang panjang dalam persekitaran yang keras. Formula struktur unit berulang dalam PEEK ialah:
