Isolator Bentuk Padat

       Beberapa bahan padat diklasifikasikan sebagai isolator disebabkan tahananyayang sangat besar terhadap aliran arus listrik, contohnya kayu, kaca, plastic, dan gabus. Dalam instalasi listrik, isolator digunakan sebagai tempat untuk memegang kawat berarus. Bahan-bahan yang bersifat isolator ialah bahan yang akan menghambat arus listrik .Misalnya gelas,kaca,karet kayu,dll. Karena dalam bahan yang bersifat isolator seluruh lintasan elektronnya memiliki ikatan yang kuat dengan intinya atau dengan kata lain pada bahan islotor tidak mempunyai elektron bebas sehingga walau diberi tegangan listrik tidak akan membuat elektron-elektronnya bergerak. Bahan Isolasi terdiri dari Isolasi bentuk padat, isolasi bentuk cair dan isolasi bentuk gas. Pada postingan kali ini kita akan mempelajari secara detail tentang isolator padat.  

Isolator Bentuk Padat

1.        Bahan Tambang

Bahan tambang adalah bahan yang berasal dan terdapat dari penggalian dalam tanah dalam bentuk bijih (seperti besi, seng, bongkahan batu : pualam, batu tulis, dll.) yang harus diproses dahulu untuk mendapatkan bahan yang dikehendaki. Beberapa macam bahan tambang tersebut antara lain :

1)      Batu pualam

yaitu batu kapur (CaCo3) Marmer atau disebut juga batu pualam merupakan batu gamping yang mengalami proses malihan. Proses ini terjadi karena adanya tekanan dan suhu yang sangat tinggi, sehingga tekstur batuan asal seperti tekstur sedimen dan biologi menghilang dan membentuk tekstur batuan yang baru (proses rekristalisasi). karna sifatnya yang tidak menghantarkan listrik batu ini cocok digunakan sebagai isolator.

2)      Asbes

Walaupun sudah jelas mineral asbes terdiri dari silikat-silikat kompleks, tetapi dalam menulis komposisi mineral asbes terdapat perbedaan. Semula dianggap bahwa silikatnya terdiri dari molekul Si11O12. Akan tetapi berdasarkan hasil penyelidikan sinar-X, sebenarnya silikat-silikat itu terdiri dari molekul-molekul Si4O11. Serat asbes ada yang dapat dipintal dan ada yang tidak. Serat asbes yang dipintal dapat digunakan untuk isolator listrik. yaitu bahan berserat, tidak kuat dan mudah putus, dan sebenarnya kuat baik digunakan untuk isolator listrik.

3)      Mika,

 yaitu mempunyai sifat-sifat teknis yang baik, sehingga banyak digunakan sebagai bahan isolator.

4)   Mikanit, 
   yaitu Mika yang telah mendapat perubahan bentuk maupun susunan bahannya sesuai kebutuhan. Tujuan melapis mika dan terkadang dengan tambahan kain, kertas atau pita adalah untuk memperoleh tebal yang dikehendaki agar dapat mempertinggi daya sekat listrik, dan untuk menanbah kekuatan mekanis agar tidak retak jika digulung atau dilipat.

5)  Mikafolium, 
   yaitu sejenis mikanit dan sebagai bahan menggunakan mika yang ditaburkan di atas lapisan kertas tipis dengan perekat pernis dan bahan sintetis lain. Mikafolium mudah dibengkokan dengan cara pemanasan, dan bahan ini digunakan sebagai isolator untuk pembungkus kawat atau batang lilitan pada mesin-mesin listrik tegangan tinggi.

6)   Mikalek,

    yaitu dengan menggunakan gelas dan plastik sebagai bahan dasar, bubuk mika sebagai pengisi dan ditambah perekat pernis kemudian dicetak. Pengepresan cetakan membutuhkan suhu yang tinggi untuk dapat melunakan gelas, sehingga bahan ini mempunyai kekuatan mekanis yang tinggi.

7) Batu tulis, 
    yaitu merupakan bahan isolator dengan bentuk berlapis -lapis dan mudah dibelah-belah dengan pahat atau martil. Batu tulis ini tidak dapat digosok halus seperti pualam, mempunyai mekanis kuat sebagai isolator, tetapi kurang menarik dan dapat menyerap air. Walaupun lebih tahan terhadap asam dan panas tetapi bahan ini sudah jarang dipakai.

8)  Phlogopite, 
    yaitu batu ambar mika yang mengandung kalium, silikat magnesium aluminium yang berasal dari kanada dan madagaskar. Sedangkan Muscivite adalah mika putih yang mengandung kalium, silikat aluminium yang merupakan salah satu bahan isolator terbaik karena lebih kuat, lebih keras, lebih fleksibel daripada Phlogopite dan juga tahan terhadap asam dan zat alkali.

2.   Bahan Berserat

Bahan dasar yang dipergunakan untuk bahan berserat berasal dari tiga macam, yaitu tumbuh-tumbuhan, binatang, dan bahan tiruan (sintetis). Sebenarnya bahan ini kurang baik sebagai bahan isolator listrik karena sifatnya sangat menyerap cairan, sedangkan cairan itu dapat merusak isolator yang menyebabkan daya sekatnya menurun. Tetapi karena faktor-faktor lain seperti : bahan berlimpah sehingga murah harganya; daya mekanisnya cukup kuat dan fleksibel; dan dengan disusun berlapis lapis dan dicampur dengan zat-zat tertentu untuk meningkatkan daya sekat, daya mekanis dan daya tahan panas, sehingga bahan berserat ini banyak dipakai sebagai isolator listrik.

Beberapa bahan yang termasuk bahan berserat, antara lain :

1)  Benang

Benang merupakan hasil pemintalan pertama dari sebuah kapas yang berserat cukup panjang, setelah biji-bijinya yang menempel dipisahkan terlebih dahulu. Dari kumpulan benang ini dapat dibuat tali, pita, dan kain tenun, yang selanjutnya disebut dengan tekstil. Dalam bidang kelistrikan banyak digunakan sebagai isolator kawat. Pemakaian benang banyak dipakai untuk isolator kawat halus yang digunakan dalam pembuatan pesawat-pesawat cermat seperti pengukuran listrik. Sekarang banyak digunakan benang sintetis dari bahan plastik, gelas, dan sebagainya karena lebih kuat dan tahan panas.

2)  Tekstil

Dengan menenun benang menjadi tekstil (pita dan kain dengan berbagai macam corak, ukuran dan kualitas) maksudnya adalah untuk memperoleh isolator yang lebih baik, yaitu pertama lebih kuat, dan kedua dalam beberapa hal mempermudah teknis pelaksanaan (membalut lilitan isolator kawat). Selain tekstil dari kapas, ada juga dari serat yumbuh-yumbuhan yang dikenal dengan nama lena (linnen). Bahan ini lebih kuat daripada kertas. Pada tekstil ini ada yang terbuat dari bahan tiruan (sintetis), dimana bahan ini digunakan dalam bidang kelistrikan sebagai isolator kawat-kawat lilitan mesin listrik, pengikat, dan sebagainya. Karena sifat tekstil ini dapat menyerap cairan, maka untuk memperbaiki daya sekatnya dilapisi atau dicelup ke dalam cairan lak isolator.

4)      Kertas

Bahan dasar kertas adalah selulosa, dimana bahan ini adalah zat sel tumbuh-tumbuhan yang terdapat antara kulit dan batangnya. Selulosa ini berserat, fleksibel, lunak dan menyerap air, sedangkan bahan pembuat kertasnya diambil dari kayu, merang, rami, majun (sisa bahan tekstil), dan lain-lain. Kertas yang terlalu kering atau lembab, kekuatan isolatornya berkurang karena kertas sangat menyerap cairan, sehingga untuk mengatasinya kertas dilapisi lak isolator. Penggunaan kertas untuk isolator selain sebagai pembalut lilitan kawat dan kumparan, juga untuk isolator kabel dan kondensator kertas. Untuk memenuhi tebal yang diharapkan kertas dibuat berlapis -lapis.

4)   Prespan

Prespan juga sebetulnya kertas, karena bahan dasarnya sama hanya berbeda sifatsifatnya saja. Dibandingkan dengan kertas, prespan lebih padat sehingga kurang menyerap air. Padat karena pembuatannya ditekan dengan tegangan tinggi sehingga lebih keras dan lebih kuat, tetapi dapat dibengkokan dengan tidak retak-retak sehingga baik sekali untuk isolator alur stator atau rotor mes in listrik, juga pada transformator sebagai isolator lilitan dan kawatnya. Prespan ini di pasaran berbentuk lembaran atau gulungan dengan ukuran tebal antara 0,1 sampai 5 mm, warnanya kekuning-kuningan, coklat muda atau abu. Karena daya menyerap air masih ada, maka dalam pelaksanaannya selalu masih perlu dilapisi lak isolator.

5)  Kayu

Pada tahun-tahun yang silam, kayu banyak digunakan sebagai isolator misalnya untuk tiang listrik, karena terdapat dimana-mana dan harganya murah. Sekarang kayu banyak terdesak oleh besi, beton, dan bahan sintetis. Kelebihan kayu adalah kekuatan mekanisnya cukup tinggi tergantung dari macam dan kerasnya kayu, tetapi kelemahannya adalah menyerap air, dapat rusak karena hama dan penyakit serangga sehingga mudah rapuh. Supaya daya tahan lama, maka kayu harus diawetkan lebih dahulu.

6)  Fiber Pulkanisir

Proses pembuatan bahan ini sebelum digulung pada silinder baja, kertas dilewatkan melalui larutan chlorida seng (ZnCl2) yang panas. Tiap lapisan direkatkan dengan perekat sampai mencapai tebal lapisan yang dikehendaki pada gulungan tersebut. Pembersihan kembali zat chlorida seng dilakukan dengan air bersih, kemudian di pres menjadi lembaran, papan, atau dibuat pipa dengan tebal antara 0,5 sampai 25 mm. Bahan ini kuat sekali, tetapi menyerap air sehingga sebelumnya dilapis dahulu dengan parapin, minyak transformator atau zat lain serupa.

7)  Kain Pernis

Bahan kain yang telah dipernis sering disebut dengan cambric. Kelebihan bahan ini adalah fleksibel, kekuatan mekanisnya tinggi sedangkan lapisan pernisnya merupakan isolator listrik yang baik. Sehingga daya isolator semacam ini sangat luas digunakan pada pekerjaan mesin listrik, peralatan, serta kabel listrik selain dijadikan pita dan pembalut. Macam isolator ini dapat digunakan untuk suhu sekitar 1000C, dengan bahan sintetis seperti polyester dan polyamid. Kain pernisan dijual dalam gulungan dengan lebar kira-kira 1 yard dan panjang antara 45 yard sampai 90 yard.

8) Pita Isolator

Bahan ini banyak digunakan dalam bidang instalasi listrik, yang merupakan pita isolator dengan campuran karet dalam gulungan kecil antara 1 dan 5 cm lebar dan garis tengah luar kira-kira 15 cm. Tebal pita kira-kira 0,25 mm. Sekarang banyak pita perekat terbuat dari bahan sintetis kuat dan tidak menyerap air, tetapi tidak untuk suhu yang tinggi.

3.  Gelas dan Keramik

1) Gelas

Gelar merupakan isolator yang baik untuk arus listrik, tetapi kekuatan mekanisnya kecil dan sangat rapuh tidak seperti bahan keramik. Pemakaian dalam teknik listrik antara lain untuk pembuatan bola lampu pijar, termometer-kontak (untuk mengontrol suhu tertentu suatu tenpat seperti tempat penetasan telur), dan lain-lain. Untuk hiasan penerangan listrik banyak dipakai ornamen kaca yang dibuat dari kaca susu, kaca kabur (matglas) dan kaca opal, yang dalam perdagangan terdapat bermacam-macam bahan gelas seperti gelas kristal, gelas kali, gelas natron, dan gelas flint. Bahan baku pembuatan gelas adalah kuarsa dan kapur yang dicairkan bersama-sama dengan bahan lainnya. Paduan kuarsa dengan oksida timbel menghasilkan gelas kristal, bahan baku ditambah dengan potas menghasilkan gelas kali, dan penambahan soda menghasilkan gelas natron. Pengerjaan bahan baku di atas biasanya dipanaskan sampai + 20000C, sehingga menjadi encer dan baru dikerjakan.

2) Keramik

Keramik didapat dari bahan galian dengan melalui proses pemanasan, kemudian dijadikan barang keramik, seperti cangkir teko, dalam teknik listrik digunakan untuk isolator loceng dan mantal. Keramik yang digunakan untuk keperluan teknik listrik harus mempunyai daya sekat yang besar dan dapat menahan gaya mekanis yang besar seperti porselin dan steatit. Bahan isolator dari porselin seperti: isolator lonceng, isolator mantel, isolator cincin, isolator tegangan tinggi, sekering pipa porselin, dan lain-lain. Sedangkan bahan isolator terbuat dari steatit, antara lain: sakelar, kontak tusuk, manik-manik isolator kawat penghubung yang dapat melentur (fleksibel) dan letaknya berdekatan dengan alat pemanas listrik, untuk pembuatan bumbung penerus (tube), pena-kontak -baut, badan alat-alat pemanas seperti kompor listrik, seterika, dan lain-lain.

4.   Plastik

Plastik merupakan paduan dari dua bahan yaitu bahan perekat (seperti damar atau resin) dan bitumin dengan bahan pengisi serbuk batu, serbuk kayu dan katun. Menurut paduannya, ada bermacam-macam bahan plastik, diantaranya bakelit. Ada dua jenis plastik yang perlu kita ketahui, yaitu:

1) Thermoplastik. Bahan ini pada suhu 600C sudah menjadi lunak, dan pemanasan sampai mencair tidak merubah struktur kimiawi

2)Thermosetting plastik. Bahan ini setelah mengalami proses pencairan dan cicetak menjadi barang akan mengalami perubahan struktur kimiawi, hingga tidak dapat lunak lagi walaupun dipanaskan. Beberapa bahan pengisi paduan dalam pembuatan plastik selain yang telah disebutkan di atas, antara lain : mika, alpha selulosa, kain kapas, kertas, asbes, grafit, karbon, dan kanvas.

5.   Karet, Ebonit dan Bakelit

1)   Karet

Karet merupakan bahan penting untuk isolator dalam teknik listrik yang terbuat dari getah bermacam-macam pohon karet, salah satu diantaranya : Hevea Braziliensis yang menghasilkan karet terbanyak dengan kualitas tinggi. Proses penyampuran karet kasar dengan belerang dan bahan tambahan lainnya dibeut vulkanisasi. Untuk mendapatkan vulkanisasi yang baik dengan cara pemanasan uap, karena tekanan uap dpat mencegah terjadinya pori dalam masa yang divulkanisir, sedang pemanasannya dapat berjalan teratur. Bahan perekat untuk kulit, karet dan sebagainya dapat dibuat dari karet kasar dicampur dengan bensin atau bensol. Karet kasar juga merupakan bahan untuk pembuatan pita isolator (dibuat dari bahan katun, dicelupkan dalam larutan karet kasar untuk memberi gaya perekat pada pita tersebut. Pita isolator ini dapat dipakai untuk menyekat tempat sambungan kawat, ujung kabel nadi dan batu mahkota, serta dalam industri mobil. Dalam teknik listrik karet sebagai isolator hantaran listrik, sepatu kabel, perkakas pemasangan instakasi kistrik,

2)   Ebonit

Bahan dasar ebonit adalah karet dan untuk mendapatkan kekerasan dicampur dengan belerang dan bahan tambahan lainnya sekitar 30 sampai 50 % dengan melalui proses vulkanisasi yang lama. Dalam perdagangan ebonit berbentuk lempeng, batang atau pipa dengan bermacam-macam ukuran.

3)   Bakelit

Bakelit adalah bahan paduan secara kimia bermacam -macam zat yang pertama dibuat oleh perusahaan Bakelit Co., yang kemudian dibuat oleh perusahaan lain dengan nama sendiri-sendiri, seperti perusahaan Philips dari Belanda dengan nama philite, perusahaan Hasemeir dengan nama hajalite yang dikenal dengan nama bakelit.

6.   Bahan Dipadatkan

Bahan isolator yang dipadatkan mula-mula cair kemudian dijadikan padat. Bahan ini banyak dipakai sebagai pelapis, pengisi, pemadatan (inpregnasi) dan perekat bahan isolator padat. Beberapa bahan yang dipadatkan antara lain: lilin dengan parafin; damar (gondorukem, arpus); bitumin; bahan-bahan pelarut seperti: kerosin (minyak tanah), gasolin, spiritus putih, bensin, methanol (methyl alkohol), ethanol (ethyl alkohol), aceton, minyak terpentin, dll.; minyak pengering (minyak biji lena dan minyak Tung); pernis (pernis minyak, pernis hitam, lak selulosa, pernis bakelit, pernis sirlak, pernis gliptal); dan kompon (kompon bitumin, kompon kuarsa, dan kompon kabel).

7.   Bahan Isolasi PVC

Polivinilklorida atau PVC adalah hasil polimerisasi dari vinilklorida H2C = CHCl. Pada proses polimerisasi, ikatan ganda yang melekat pada molekul vinilklorida diubah menjadi ikatan tunggal. Ikatan yang bebas kemudian mengikat molekul-molekul vinilklorida lain sehingga timbul molekul-molekul makro panjang, yaitu PVC :

Pada suhu kamar PVC ini keras dan rapuh, dan supaya dapat digunakan sebagai bahan isolasi kabel, PVC harus dicampur dengan bahan pelunak (plasticiser). Bahan lunak yang dicampur umumnya sebanyak 20 % hingga 40 % kadang-kadang bahkan lebih, dan hasil campuran ini disebut kompon PVC. Untuk membedakan PVC yang belum dicampur dinamakan damar PVC (PVC resin). Kompon PVC kabel ini harus digunakan bahan pelunak dengan sifat-sifat listrik yang baik, tidak boleh menguap, dan tidak boleh menjalarkan nyala api. Damar PVC sendiri walaupun dapat dibakar, tetapi akan padam sendiri apabila sumber apinya disingkirkan. Berat jenis damar PVC sekitar 1,4 tergantung jenis dan banyaknya bahan yang dicampurkan, sedangkan berat jenis kompon PVC berkisar antara 1,25 – 1,55. Damar PVC memiliki ketahanan cukup baik terhadap sejumlah besar bahan kimia lain, dan dengan menggunakan bahan pelunak yang tepat dapat diciptakan kompon PVC yang tahan terhadap bahan kimia tertentu. Salah satu kelemahan kompon PVC akibat digunakan bahan pelunak adalah ketahanan terhadap tekanan, yaitu kalau ditekan cukup lama dan cukup kuat kompon PVC tidak dapat pulih dan makin tinggi suhunya makin kurang ketahanan terhadap tekanan tersebut. Umumnya kompon PVC hanya dapat digunakan sampai suhu 700 C terus menerus. Tetapi dengan menggunakan bahan pelunak khusus dapat dibuah sampai suhu lebih tinggi sampai 1050C.

8.   Polietilen atau PE
       Polietilen atau PE adalah hasil polimerisasi dari etilen H2C = CH2, dengan sifat sifat listrik lebih baik dari pada yang dimiliki PVC. Hanya PE lebih mudah terbakar. Kalau PE dibakar, nyala apinya akan tetap menjalan, juga setelah sumber apinya disingkirkan. Karena itu PE hampir tidak digunakan untuk kabel-kabel arus kuat, kecuali XLPE (crosslinked polyethylene). Karena sifat PE yang baik pada frekuensi tinggi, maka banyak digunakan untuk kabelkabel telekomunikasi. Kelebihan PE dibanding PVC adalah tidak lebih mudah menyerap air, dan kalau digunakan di tempat yang lembab atau basah, tahanan isolasi PVC  akan lebih menurun dibandingkan dengan PE.