PVC Compound, material apakah itu ?

PVC (Polyvinylchloride) compound mulai digunakan sebagai bahan untuk isolasi (insulation) kabel kira-kira setengah abad lalu. Pilihan terhadap PVC ini dikarenakan material / bahan ini memiliki sifat fisik (kuat tarik dan pemuluran) dan sifat kimia (tahan terhadap beberapa bahan kimia) yang sangat baik, prosesnya mudah (secara extrusi, injeksi) serta harganya murah.

PVC compound menjadi salah satu bahan plastik yang paling banyak digunakan oleh berbagai jenis perusahaan industri sejak beberapa tahun yang lalu, mulai dari industri karpet, selang plastik yang menggunakan PVC fleksibel sampai industri pipa paralon yang menggunakan PVC kaku dan keras.

PVC compound adalah PVC resin yang sudah dicampur dengan beberapa additive. Tujuan penambahan additive ini adalah untuk memperoleh kualitas bahan sesuai aplikasi yang direncanakan. Pada dasarnya PVC resin itu sendiri tidak bisa diproses tanpa penambahan additive. Beberapa additive yang sering ditambahkan ke dalam PVC resin misalnya, plasticizer (membuat PVC lebih fleksible) heat stabilizer (membuat PVC tahan panas saat proses), filler (membuat lebih berat secara density dan juga murah), lubricant (membuat surface / visual menjadi halus dan mengkilat) serta beberapa additive lainnya seperti flame retardant additive (membuat lebih tahan terhadap api), UV resistance (tahan terhadap radiasi sinar UV dari matahari), anti jamur, anti rayap dan sebagainya.

Jenis & Sifat PVC

Berdasarkan Standar Internasional, PVC resin dibedakan berdasarkan nilai K (K- Value) yang menunjukkan seberapa besar/seberapa panjang rantai polimer dari PVC resin itu sendiri. Semakin besar derajat polimerisasinya (semakin panjang rantai polimernya), semakin besar K-Value dan sifat mekaniknya semakin kuat. Sebaliknya, semakin kecil nilai K, semakin kecil derajat polimerisasinya, PVC resin semakin cair dan sifat mekanisnya semakin turun. Contohnya, PVC dengan derajat polimerisasi 2500-3000 yang disebut K-75, biasanya dipakai untuk membuat selang plastik dan lain-lain. PVC resin dengan polimerisasi 1300-1700 yang disebut K-70, biasanya dipakai untuk isolasi dan sheath kabel, PVC dengan polimerisasi 1000- 1300 yang disebut K-65, biasanya dipakai untuk membuat kulit imitasi, pipa lunak, lembaran tipis. Sementara PVC yang mempunyai polimerisasi sangat rendah, yaitu 400, biasanya digunakan untuk membuat cat atau lem karena bahannya lebih cair.
Plasticizer (bahan pemlastis) sering ditambahkan ke dalarn PVC resin dengan tujuan untuk meningkatkan fleksibilitas (membuat lebih fleksibel), ditandai dengan naiknya nilai pemuluran (elongation), menurunkan titik rapuh (brittleness point).

Pemakaian plasticizer dalam PVC compound biasanya bervariasi mulai dari 0% sampai 50% tergantung tingkat fleksibilitas hasil produksi dari produk yang direncanakan. Sebagai contoh adalah pipa paralon yang biasa dipakai untuk mengalirkan air, mempunyai kandungan plasticizer 0% - 5 %. Untuk bahan baku produksi kabel fleksibel, harus mempergunakan grade yang berbeda, dengan tingkat kandungan plasticizer antara 30-40%. Jadi jelas, bahwa semakin besar kandungan plasticizer-nya, PVC semakin fleksibel. Plasticizer yang paling umum dipakai selain untuk kabel adalah DOP (Di Octyl Phtalate). PVC untuk bahan kabel pada umumnya mempergunakan DOP sebagai plasticizer, kecuali bila dibutuhkan PVC yang mempunyai sifat teknis tertentu seperti: loss of mass (kehilangan berat), elongation (pemuluran) setelah aging, sifat flame retardant (menghambat rambatan api), dibatasi dengan spesifikasi tertentu, maka DOP harus diganti dengan plasticizer jenis lain seperti : DINP (Di lso Nonyl Phtalate), DIDP (Di lso Decyl Phtalate), TOTM (Tri Octyl Phtalate) dan lain-lain. Sebagai contoh, untuk memenuhi standar PVC outer jacket grade YM2 merah kabel medium voltage harus mempergunakan plasticizer yang memenuhi standar loss of mass setelah aging 100⁰C, 7x24 jam 1.5 gr/mm² yaitu jenis DINP atau DIDP. Untuk memenuhi standar PVC insulation heat resistance YJ/E 105⁰ C, plasticizer jenis TCP (Tri Chresyl Phospate) karena DOP, DINP, DIDP bersifat mudah terbakar (mendukung terjadinya kebakaran) dan tidak menghambat api. Plasticizer pada PVC bahan kabel akan berpengaruh terhadap hardness (tingkat kekerasan PVC yang biasanya dalam satuan skor A) dan volume resistivity.

Semakin besar kandungan plasticizer, hardness semakin kecil (semakin empuk), begitu pula sebaliknya. Semakin besar kandungan plasticizer, volume resistivity semakin kecil. Contohnya, PVC insul YJ A yang mengandung plasticizer kira-kira 27% mempunyai hardness 90 dan volume resistivity 5x1014. Sementara PVC fleksibel YJ D yang mengandung plasticizer 35% mempunyai hardness 87 dan volume resistivity 8x1013 ohm.cm. Heat stabilizer (penstabil panas) harus ditambahkan ke dalam PVC compound, karena secara kimia PVC resin tidak tahan terhadap panas (auto catalytic degradation), terutama saat proses extrusi. Maka, fungsi dari heat stabilizer adalah menstabilkan panas yang diterima oleh material sehingga tidak sampai membuat material menjadi kepanasan (degradasi) yang ditandai dengan visual kasar atau gosong.

Bahan yang digunakan untuk menstabilkan panas biasanya terdiri dari senyawa logam seperti Tribasic Lead Sulphate dan Dibasic Lead Stearate (dari bahan lead atau timbal), Dibutyl Tin, Barium Cadmium Zinc dan lain-lain. Filler (bahan pengisi) sengaja ditambahkan ke dalam PVC compound dengan tujuan agar biaya produksi menjadi lebih murah. Penambahan bahan filler akan berpengaruh terhadap karakter mekanik maupun elektrik. Kandungan filler yang terlalu tinggi pada PVC untuk kabel akan serta merta menurunkan sifat mekanik (kuat tarik), density (berat jenis) meningkatkan hardness, sedangkan volume resistivity pada bahan insulation jadi turun / rendah. Secara proses, bila density terlalu tinggi maka motor extruder berat dan output material rendah. Material filler yang paling umum dipakai untuk PVC kabel adalah CaCO³ (kalsium karbonat), AI (OH)³ (Alumunium trihidroksida) dan lain-lain. Additive lain yang sering ditambahkan pada PVC Compound untuk kabel adalah pigmen warna (berfungsi untuk identifikasi warna), lubricant (membuat flow material lebih stabil dan lancar sehingga visual tidak bergelombang dan lebih mengkilat), flame retardant additive (berfungsi untuk menahanrambatan api bila kabel tersebut terbakar – bukan berarti material ini anti api), anti UV (menyerap sinar UV dari matahari supaya tidak sampai merusak PVC dan memudarkan warnanya), anti termite (mencegah material PVC dimakan rayap, kutu), anti jamur, anti tikus, anti peluru dan sebagainya.

11 Masalah yang mungkin timbul pada PVC

Masalah yang mungkin timbul pada material PVC adalah sebagai berikut:

1. Density di atas standar.
   Density di atas standar disebabkan kandungan filler terlalu tinggi, karena fungsi filler seperti dijelaskan di atas adalah sebagai pengisi dan pemberat. Berat jenis PVC resin sebelum compound (tanpa tambahan bahan lain) adalah 1.3 gr/cm3, sedangkan setelah mengalami penambahan bahan lain, untuk PVC jenis insulation adalah 1.4 gr/cm3, sedangkan untuk outer sheath 1.45 - 1.5 gr/cm3.
    
2. Tensile strength (kuat tarik) di bawah standar.
   Biasanya disebabkan kandungan filler terialu finggi. Sebagai contoh, PVC / PE flame retardant. Untuk mencapai nilai Oksigen lndeks (konsentrasi oksigen minimum di dalam oksigen-nitrogen di udara yang mendukung terjadinya api) sesuai dengan standar harus ditambahkan filler(A10H3) hampir 60%. Efek bila kuat tarik di bawah standar, maka material tidak mempunyai kekuatan sama sekali sehingga saat proses akan terjadi bolong-bolong atau jebol karena tidak adanya pemuluran.
3. Loss of mass setelah aging.
   Loss of mass artinya sebagian material-dalam PVC hilang (menguap) setelah dipanaskan di dalam oven selama satu minggu. Adanya material yang hilang ini disebabkan penggunaan plasticizer jenis DOP. Secara teknis, DOP mempunyai titik uap iebih rendah dibanding plasticizer jenis lain seperti DINP, DIDP. TOTM dan sebagainya. Efek bila loss of mass tinggi, maka umur material akan pendek. Mengapa? Karena bila semua plasticizer menguap, PVC menjadi rapuh (tidak ada pemuluran).
4. Variasi elongationtidak memenuhi standar setelah aging.
   Variasi elongation adalah perubahan pemuluran materiaI sebelum aging dan setelah aging. Bila perbedaannya terlalu besar maka nilai variasi akan besar. biasanya spek ± 25%. Contohnya, bila sebelum aging nilai elongation adalah 300% dan setelah aging 220%, maka variasi adalah -27% (spek ± 25%). Contohnya lagi, bila sebelum aging nilai elongati on adalah 300% dan setelah aging 220%, maka variasi adalah -27% (spek ±- 25%). Ini artinya pada saat aging, terlalu banyak plasticizer yang hilang (menguap), sehingga mengakibatkan pemuluran setelah aging turun drastis dibandingkan sebelum aging. Seperti dijelaskan di atas, bahwa fungsi plasticizer adalah membuat material jadi fleksibel yang ditandai dengan meningkatnya nilai elongation. Efek yang terjadi adalah menurunnya kekuatan mekanis dari PVC insulation atau outer sheath yang digunakan seiring waktu kabel tersebut dipakaI.
5. Hardness tidak memenuhi standar.
   Hardness adalah indikator kekerasan dari material, diukur dengan alat yang namanya Shore A dan Shore D. Shore A untuk material seperti PVC fleksible, karet. dan sebagainya. Sedangkan Shore D untuk material yang lebih keras, seperti, PVC rigid, PE, Nylon. Spek hardness biasanya mengandung minimum dan maksimum. seperti, PVC gradeYM5 70 (sheath low voltage), yaitu 79 85, dan PVC grade YM2 70 (sheath medium voitage) yaitu 88 95. Efek bila hardness tidak memenuhi standar biasanya akan terjadi deformasi. Contohnya, bila hardness PVC YM2 di bawah 88 (misalnya 85 atau 86, mendekati spek YM 5), PVC akan deformasi terutama saat bending atau instalasi yang disebabkan oleh relaksasi armour steel pada kabel medium. Bila di atas 95 juga terlalu kaku dan akan bermasalah saat bending dan handling.
6. Volume resislivity di bawah standar (khusus PVC in-sulation).
   Volume resistivity adalah tahanan jenis volume suatu material dalam satuan Ohm.cm, biasanya spek 1014. Volume resistivity yang kurang dari standar biasanya disebabkan oleh konsentrasi plasticizer yang terlalu banyak. Sedangkan compound yang berwarna biasanya disebabkan oleh jenis pigmen. Bila nilai ini rendah maka akan berefek menurunkan nilai insulation resistance pada kabel jadi.
7. Visual kabel kasar (bersisik) saat proses.
   Visual kasar pada kabel biasanya disebabkan oleh temperatur. Seperti dijelaskan di atas, pada dasarnya PVC resin tidak tahan panas sehingga harus ditambahkan penstabil panas.
8. Visual kasar bintik-bintik saat proses.
   Kasar bintik-bintik biasanya disebabkan adanya kontaminasi material lain yang tercampur.
9. Hasil extrusi bolong-bolong membentuk satu garis lurus.
   Kabel bolong-bolong yang membentuk satu garis lurus biasanya disebabkan oleh heater dies yang tidak berfungsi (mati). Bila bolong-bolongnya tidak teratur biasanya disebabkan oleh heater cross head yang tidak berfungsi.
10. Visual buram.
    Bila temperatur kurang panas, naikkan kira-kira 5°C.
11. Insulation resistance rendah.
    Bila hasil pengujian volume resistivity baik, maka kemungkinan penyebab nilai insulation rendah adalah karena color masterbatch. Seperti dijelaskan di atas, beberapa pigmen akan menurunkan nilai resistivity.

Dengan memahami permasalahan yang timbul, tentunya kita akan lebih sanggup mengantisipasi dan menjadikan kelemahan tersebut menjadi sebuah kelebihan melalui sebuah inovasi

Oleh : Mashuni

Sumber : majalah Turbo Edisi III 

Baca juga : PVC Compound, material yang banyak digunakan oleh industri, Pipa kabel HDPE melindungi kabel dari berbagai faktor eksternal , Varian Produk PVC Compound