TE S I S
Oleh
Y U N A U W A R 027015021/TM
SEKOLAH PASCASARJANA
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
ANALISIS PROSES PRODUKSI JERIGEN PLASTIK
MENGGUNAKAN MESIN PENCETAKAN TIUP
TE S I S
Untuk Memperoleh Gelar Magister Teknik Dalam Program Studi Teknik Mesin
Pada Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara
Oleh
Y U N A U W A R 027015021/TM
SEKOLAH PASCASARJANA
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
Judul Tesis
:
ANALISIS PROSES PRODUKSI JERIGEN PLASTIK MENGGUNAKAN MESIN PENCETAKAN TIUPNama Mahasiswa : Yunauwar
Nomor Pokok : 027015021
Program Studi : Teknik Mesin
Menyetujui Komisi Pembimbing
(Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME) Ketua
(Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D) (Ir.Alfian Hamsi, MSc) (Anggota) (Anggota)
Ketua Program Studi, Direktur SPs-USU,
(Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME) (Prof.Dr.Ir.T. Chairun Nisa B.,M.Sc)
Telah Diuji pada
Tanggal: 26 januari 2008
PANITIA PENGUJI TESIS
Ketua : Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME Anggota : 1. Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D
ABSTRAK
Pembuatan jerigen plastik dengan proses pencetakan tiup pada salah satu industri di Medan masih menghasilkan produk yang cacat yang terjadi ketika proses pegiriman ke pelanggan dan mengakibatkan penambahan biaya transportasi serta biaya produksi. Cacat tersebut dapat disebabkan oleh belum seragamnya kekuatan jerigen yang dihasilkan dan komposisi material yang tidak sesuai. Bahan daur ulang yang diasumsikan mencapai 29,1% sehingga terjadi degradasi kekuatan bila dibandingkan dengan bahan murni. Untuk mendapatkan kekuatan jerigen yang maksimal dilakukan uji variasi komposisi bahan baku dengan 58% s/d 70% bahan baru HDPE SABIC BM 1052 dan 30 % bahan daur ulang serta material haipet 0.9% - 12.9%. Untuk mengetahui kekuatan minimal yang dapat menjamin keseragaman kekuatan jerigen sehingga terjaga keutuhan media di dalamnya perlu dilakukan penelitian. Dalam penelitian ini dilakukan uji tarik terhadap beberapa komposisi bahan baku jerigen menggunakan Shimadzu Type AGS-10kNG untuk mengetahui sifat mekaniknya, mengamati sebaran ketebalan jerigen pada beberapa titik-titik kritis, uji tekan dengan alat top load tester dengan beban langsung sebesar 144 kg. Simulasi komputer akan sangat bermanfaat untuk mengklarifikasi hasil eksperimen yang dilakukan Dari semua data-data tersebut dipadukan agar didapatkan standar kekuatan yang diperlukan untuk jerigen sehingga dapat mencegah kerusakan pasca produksi.
ABSTRACT
Plastic Jerrycan product which is processed by blow molding machine in one industry in Medan still possessed defects when arrived to customer. This problem affected production and transportation cost. The defect could be caused by non uniform product dimension & strength and the material composition which is not in range. The recycled material used up to 29.1%, so that causing degradation of strength compared to that of fresh material. Therefore, HDPE SABIC BM 1052 must be reprocess so will mixing with fresh material 58% - 70% and additive material haipet 0.9% to 12.9%. Research needed to calculate strength and ensure the intact material inside jerrycan. This research started with tensile strength test by variation material composition using Shimadzu Type AGS-10kNG to get mechanical properties and continued by measuring Jerrycan thickness distribution at any critical points. Direct load test by weight 144 kg at the top of jerrycan using top load tester for checking the possibility of defect area. Computer simulation using solid work 2004, and MSC NASTRAN software will clarify the Jerrycan problem. These all datas combined and finally give the industrial jerrycan standard strength needed to avoid the defect after production.
KATA PENGANTAR
Puji syukur kita panjatkan kehadirat Allah SWT, yang mana atas segala rahmat, berkah dan hidayah-Nya, penulis dapat menyelesaikan tesis ini dengan baik, dimana ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan pada Program Studi Teknik Mesin Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara.
Tesis ini berjudul Analisis Proses Produksi Jerigen Plastik Menggunakan Mesin Pencetakan Tiup. Penulisan ini terlaksana berkat dorongan dan arahan dari berbagai pihak, terutama para komisi pembimbing, para pembanding dan rekan-rekan mahasiswa yang telah memberikan masukan demi kesempurnaan penulisan laporan tesis ini.
Pada kesempatan ini penulis menyampaikan terima kasih dan penghargaan yang setinggi-tingginya kepada Prof. Dr.Ir.Bustami Syam MSME., selaku ketua komisi pembimbing, yang telah banyak memberikan petunjuk dan arahan dalam penyelaian tesis ini. Demikian juga kepada Prof. Basuki Wirdjosentono, MS, Ph.D, dan Ir. Alfian Hamsi, MSc selaku komisi pembimbing, yang telah banyak memberikan masukan dan saran-saran dalam penyelaian tesis ini.
Dalam kesempatan ini juga terima kasih penulis kepada Direktur Sekolah Pasca Sarjana Universitas Sumatera Utara, yang telah memberikan kesempatan kepada saya untuk menyelesaikan pendidikan S2.
Berikutnya sungguh tak terlupakan kebanggan penulis kepada Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME dan Dr. Ing.Ichwansyah Isranuri selaku ketua dan sekretaris Program studi Magister Teknik Mesin SPs-USU, yang telah memberikan kesempatan dan fasilitas demi selesainya tesis ini, serta Bapak-bapak dosen pembanding dan penguji yang telah memberikan tanggapan dan saran perbaikan, serta rekan-rekan dan semua pihak yang telah berpartisipasi dalam penyelesaian tesis ini.
Penghargaan yang sangat mulia atas kemurahan hati dari Mr. Nayal Rasyed dan MR. Ali Saleh Aklan Al-Bodaigi sebagai General manager pada PT. Pacific Medan Industri dan PT. Pacific Palmindo Industri serta jajaran stafnya, atas segala kemudahan yang diberikan dalam penelitian ini, serta istri dan ananda tercinta yang telah memberikan dorongan, bantuan dan dukungan sepenuhnya selama mengikuti pendidikan ini
.
Penulis menyadari tesis ini masih belum sempurna, untuk itu mengharapkan kritik dan saran untuk kesempurnaan tesis ini dimasa yang akan datang. Kiranya ini dapat bermanfaat hendaknya.
Medan, 15 Juni 2007 Penulis,
RIWAYAT HIDUP
Nama : Yunauwar
Tempat/Tgl. Lahir : Aceh Besar, 6 Maret 1966
Pekerjaan : Karyawan PT. Pacific Palmindo Industri
Alamat Kantor : Kawasan Industri Medan II Mabar, Jl. Pulau Bawean KIM II Mabar – Sumatera Utara. Kabag. Electrik & Instrumentsi PT. Pacific Palmindo Industri Th 2004 s.d 2007 Engineering Manager PT. Smart-tbk Refinery Tarjun Th 2007 s.d Skrg
Pelatihan-pelatihan
1. Pendidikan dasar kemiliteran, tahun 1986 di Batalion invantri Padang Bulan Medan.
2. Indonesia Cement & Concrete Institute, tahun 1994 di PT. Semen Padang Indarung Sumatera Barat.
3. Distributed Control System Centum CS 1000, tahun 2005 di PT. Yokogawa Indonesia Jakarta.
DAFTAR ISI
2.1. Karakteristik Bahan Polimer... 8
2.2. Sifat-sifat Mekanik Polimer... 9
2.3. Kekuatan Tarik Bahan Polimer... 13
2.4. Proses Produksi Jerigen... 14
BAB 3. METODE PENELITIAN... 22
3.1. Waktu dan Tempat... 22
3.2. Bahan Spesimen dan Alat... 23
3.2.1. Bahan Dasar... 23
3.2.2. Spesimen Penelitian... 24
3.2.3. Sifat Mekanik Material dasar Penelitian... 30
3.4. Kerangka Konsep Penelitian... 32
BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN... 33
4.1. Hasil Pengujian Sifat Mekanik... 33
4.2. Hasil Pengukuran Massa Jenis Bahan Jerigen... 40
4.3. Hasil Pengukuran Distribusi Ketebalan Jerigen... 41
4.4. Hasil Pengujian Top Load... 41
4.5. Hasil Uji Tindih... 46
4.6. Analisis Hasil Experimen pada Uji Top Load & Uji Tindih. 46 4.7. Simulasi Komputer... 46
4.7.1. Pemodelan dengan Solid Work 2004... 49
4.7.2. Input data sifat mekanik bahan... 50
4.7.3. Pemodelan beban... 51
4.7.4. Memberi Tumpuan (constrain)... 52
4.7.5. Proses analisa dan menampilkan hasil analisa.. 53
4.7.6. Hasil Analisa COSMOSSXpress... 55
4.8. Simulasi Komputer pada Beberapa Variasi Komposisi Material ... 55
4.9. Simulasi Komputer Ketika Ketebalan Jerigen Diubah... 59
4.9.1. Hasil Simulasi Jerigen Ketebalan 2 mm... 59
4.9.2. Hasil Simulasi Jerigen Ketebalan 1,75 mm... 60
4.9.3. Simulasi Untuk Ketebalan 1,5 mm Material Haipet 0.9 %... 64
4.9.4. Simulasi Untuk Ketebalan 1,5 mm Material Haipet 3.9 %... 68
4.10. Perbandingan Hasil Eksperimen dengan Simulasi... 70
BAB 5. KESIMPULAN... 73
5.1. Kesimpulan... 73
5.2. Saran... 74
DAFTAR TABEL
Nomor Judul Halaman
2.1 Kekuatan tarik, tekan dan lentur bahan polimer ... 13
3.1 Tempat, Waktu dan Metode Penelitian ... 22
3.2 Karakteristik SABIC BM 1052 ... 30
3.3 Sifat Fisik Haipet ... 30
3.4 Variasi Komposisi Material Utama Jerigen ... 31
4.1 Hasil Uji Sifat Mekanik Spesimen ASTM D 638 Type IV... 35
4.2 Density Bahan dari Beberapa Komposisi Spesimen ... 40
4.3 Hasil Pengukuran Ketebalan Jerigen ... 42
4.4 Ikhtisar Hasil Top Load Test ………. 44 4.5 Perbandingan Hasil Pengujian dan Simulasi untuk ketebalan
jerigen 2mm...
DAFTAR GAMBAR
Nomor Judul Halaman
2.1 Konsumsi plastik dunia ... 7
2.2 Model Voigt dan Model Maxwell ... 10
2.3 Kurva waktu-tegangan benda viscoelastic ... 14
2.4 Proses produksi jerigen ... 15
2.5 Skematik proses pembuatan jerigen plastik ... 17
2.6 Mekanisme terjadinya material recycle... 18
2.7 Ekstruder mesin blow molding ... 19
2.8 Mesin pencetak tiup ... 20
2.9 Cetakan Simetris Posisi Terbuka ... 20
2.10 Jerigen plastik BM 1052 ... 21
3.1 Dimensi Spesimen ASTM D 638 type IV ... 24
3.2 Spesimen Untuk Uji Pengukuran Ketebalan, Uji Tindih dan Top Load Test Tampak Semua Sisi ……….. …. 25 3.3 Pandangan Depan Jerigen Isi 20liter ... 27
3.4 Pandangan Samping Jerigen Isi 20 liter ... 28
3.5 Disain Dimensi Jerigen Volume 20 liter ……….. 29
3.6 Kerangka Konsep Penelitian ... 32
4.1 Grafik tegangan-regangan material komposisi I... 36
4.3 Grafik tegangan-regangan material komposisi III... 38
4.4 Grafik tegangan-regangan material komposisi IV... 39
4.5 Pengujian Top Load ... 43
4.6 Hasil Pengujian Top Load ... 43
4.7 Hasil Uji Top Load saat Beban dibebaskan dari Beban Tekan... 44
4.8 Hasil Uji tindih langsung jerigen 20 liter... 45
4.9 Die dan Pin berbentuk Bulat... 47
4.10 Dies Bulat dan Dies Berbentuk Persegi Empat... 47
4.11 Model Jerigen dibuat dengan Solid Work 2004... 49
4.12 Bagian Atas Jerigen sebagai Area Pembebanan... 51
4.13 Bagian Bawah Jerigen sebagai Tumpuan... 52
4.14 Sebaran Tegangan saat Pemberian Beban Tekanan... 54
4.15 Distribusi Translasi Total pada Jerigen 20 L Komposisi I……... 56 4.16 Distribusi Tegangan Von Misses pada Jerigen 20 L Komposisi
II...
57
4.17 Distribusi Tegangan Von Misses pada Jerigen 20 L Komposisi III...
57
4.18 Distribusi Tegangan Von Misses pada Jerigen 20 L Komposisi IV...
58
4.19 Distribusi Tegangan Von Misses Maksimum sebesar 8,0836 Mpa Ketebalan dinding 2mm Haioet 0,9%...
59
4.20 Distribusi Tegangan Von Misses Sebesar 8,0836 MPa Pada Elemen 24204 Ketebalan Dindingnya 2 mm Komposisi I...
4.21 Distribusi Tegangan Von Misses Ketebalan Dinding 1.75 mm Komposisi I Dilihat dalam Tiga Dimensi...
61
4.22 Pandangan Samping Kanan Distribusi Tegangan Von Misses Ketebalan Dinding 1.75 mm Komposisi I...
61
4.23 Pandangan Samping Kiri Distribusi Tegangan Von Mises Ketebalan Dinding 1.75 mm Komposisi I...
62
4.24 Pandangan Depan Distribusi Tegangan Von Mises Ketebalan Dinding 1.75 mm Komposisi I...
62
4.25 Pandangan Belakang Distribusi Tegangan Von Misess Ketebalan Dinding 1.75 mm Komposisi I...
63
4.26 Pandangan Atas Distribusi Tegangan Von Mises Ketebalan Dinding 1.75 mm Komposisi I...
63
4.27 Pandangan Bawah Distribusi Tegangan Von Mises Ketebalan Dinding 1.75mm Komposisi I...
64
4.28 Pandangan Atas Distribusi Lendutan Ketebalan Jerigen 1.5 mm, Komposisi I...
65
4.29 Pandangan Bawah Distribusi Lendutan Ketebalan Jerigen 1.5 mm, Komposisi I...
66
4.30 Pandangan Samping Kiri Distribusi Lendutan Ketebalan Jerigen 1.5 mm, Komposisi I...
66
4.31 Pandangan Samping Kanan Distribusi Lendutan Ketebalan Jerigen 1.5 mm, Komposisi I...
67
4.32 Pandangan Depan Distribusi Lendutan Ketebalan Jerigen 1.5 mm, Komposisi I...
67
4.33 Pandangan Belakang Distribusi Lendutan Ketebalan Jerigen 1.5 mm Komposisi I...
68
4.34 Pandangan Atas Distribusi Lendutan ketebalan jerigen 1.5 mm Komposisi II...
68
4.35 Pandangan Bawah Distribusi Lendutan Ketebalan Jerigen 1.5 mm Komposisi II...
69
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor Judul Halaman
1 Set UP Mesin Uji Tarik yang tersedia di STP Serpong... 76
2 Set up alat uji tekan menggunakan Top Load Tester…………. 77
3 Uji Tindih Langsung... 78
4 Pengukuran Ketebalan Jerigen Menggunakan Agro Top Wave 79 5 Hasil Uji Tarik Di STP Serpong Jakarta untuk Komposisi I... 80
6 Hasil Uji Tarik Di STP Serpong Jakarta untuk Komposisi II.... 81
7 Hasil Uji Tarik Di STP Serpong Jakarta untuk Komposisi III... 82
8 Hasil Uji Tarik Di STP Serpong Jakarta Komposisi IV... 83
9 Foto-foto saat Pengujian di Sentra Poimer Serpong... 84
10 Sample ASTM D 638 type IV... 87
DAFTAR ISTILAH
Satuan
Koefisien viscositas peredam Koefisien viscositas peredam
Tegangan (Mpa)
G Modulus Elastik pegas (Gpa)
Waktu relaksasi (dt)
Lo Panjang awal (mm)
Lt Panjang setelah waktu t (mm)
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Di industri kemasan plastik kini mendapat persoalan menyangkut ketahanan kemasannya ketika diisi dengan media, dimana masih didapatkan kegagalan daya tahan terhadap beban tekan, beban tarik, dan beban impak pada proses transportasi, sehingga keutuhan media yang diisi di dalamnya tidak terjamin. Kegagalan tersebut bisa terjadi karena beberapa faktor, antara lain pemilihan komposisi bahan baku antara fresh,recycled dan penguat haipet serta distribusi ketebalan jerigen yang tidak seperti yang diinginkan.
Persoalan yang paling penting dari sebuah jerigen adalah jaminan keutuhan isi didalamnya sampai ke tangan konsumen. HACCP 22000 sangat menekankan terjaminnya food safety agar semua pelanggan dapat menggunakannya dengan aman. Cara menjamin keutuhan tersebut adalah dengan menggunakan jerigen yang dibuat dengan kekuatan yang memadai dan dari bahan food grade khususnya untuk jenis jerigen industri. Jerigen yang memiliki kekuatan yang memadai merupakan bagian yang terpenting bagi pengguna, karena jaminan keutuhan media di dalamnya sangat tergantung pada wadahnya. Cara melindungi media tersebut adalah dengan menggunakan kemasan antara lain jerigen yang kekuatannya terukur menurut standar.
percepatan pertumbuhan retak adalah sama seperti retak percabangan pada antarmuka yang diprediksikan tergantung pada sifat mismatch dari dua bentuk plastik padat dan sifat antarmuka. Dengan dilandasi pada latar belakang di atas peneliti memandang perlu dilakukan penelitian tentang kekuatan dan kehandalan jerigen sehingga dapat menjamin keutuhan media yang didalamnya sampai pada konsumen. Komposisi bahan baku jerigen dibuat bervariasi dan diambil sampelnya masing-masing, test properties menggunakan Servo Pulser AGS-10kNG Shimadzu untuk mendapatkan komposisi terbaik dan terkuat, lalu di produksi jerigen dengan komposisi terbaik dengan terlebih dahulu mengkondisikan mesin pencetakan tiup untuk mendapatkan ketebalan jerigen di seluruh titik sesuai dengan kebutuhan. Hasil produksi ini akan diuji top load tes, serta simulasi komputer menggunakan software solid work 2004 dan software MSC NASTRAN untuk mengklarifikasi sehingga didapatkan kriteria jerigen yang berkualitas.
1.2Perumusan Masalah
dicapai temperatur akhir sekitar suhu kamar yaitu 30 ºC. Proses pendiginan dilakukan dengan menggunakan air dingin dengan suhu rata-rata 10 ºC (chilling water) dan tidak besentuhan langsung, sehingga tidak memakan waktu yang lama untuk pendinginan.
Observasi dilapangan menunjukkan adanya kerusakan saat dikirim ke pelanggan yaitu ditemui kebocoran, sehingga mendapat keluhan, dan barang dikembalikan ke produsen.
1.3Tujuan Penelitian
1.3.1. Tujuan Umum
Tujuan umum dari penelitian ini adalah untuk menganalisis proses pembuatan jerigen plastik HDPE SABIC BM 1052 dengan variasi penambahan material recycled dan penguat haipet menggunakan mesin pencetakan tiup.
1.3.2. Tujuan Khusus
1. Mendapatkan distribusi tegangan dan regangan yang dialami oleh jerigen pada berbagai komposisi akibat beban sewaktu distribusi minyak goreng ke konsumen dengan pemodelan metode elemen hingga.
2. Mengidentifikasi lokasi lemah konstruksi jerigen berdasarkan distribusi ketebalan dinding dan total berat jerigen dengan bahan baku yang telah dipilih ketika dilakukan variasi beberapa komposisi.
3. Memperbaiki kekuatan jerigen dengan modifikasi komposisi material penguat haipet, sehingga diperoleh kekuatan yang mampu menahan beban 144 kg.
1.4. Manfaat Penelitian
Adapun manfaat dari penelitian ini adalah:
1. Diperoleh model jerigen yang lebih baik dengan menggunakan pemodelan metode elemen hingga.
2. Diperoleh data distribusi tegangan, regangan sehingga ketebalan jerigen dapat dimodifikasi untuk memperbaiki kekuatan.
3. Diperoleh kekuatan jerigen yang lebih baik dari hasil modifikasi komposisi material haipet penguat.
4. Konsumen memperoleh informasi tentang kekuatan dari jerigen dengan variasi komposisi bahan baku polietilena HDPE SABIC BM 1052 dan haipet bila diberikan beban 144 kg (6 lapis jerigen 20 liter).
sekarang ini, mulai dari peralatan rumah tangga, pertanian, industri, rumah sakit, sampai pada teknologi ruang angkasa. Bahan plastik secara bertahap mulai menggantikan gelas, kayu dan logam di bidang industri. Kecenderungan ini dapat dilihat pada Gambar 2.1, dimana penggunaan plastik terus meningkat dari tahun ke tahun.
Plastik, polimer, resin biasanya dianggap sinonim, dalam hal ini polimer merupakan material murni, sedangkan plastik dan resin ditandai dengan adanya kandungan additif. Resin sering digunakan untuk thermoset. Dalam pengertian modern yang lebih luas, plastik didefinisikan sebagai plastik, polimer resin, elastomer, foam, reinforced plastic, composite. Polyethilen, polystirene, polycarbonat, polypropilen, polyvinilclorida dan nilon merupakan bahan-bahan plastik. [2]
Lebih jauh tentang jerigen diuraikan beberapa hal mengenai sihat-sifat bahan bakunya seperti karakteristik bahan polimer, sifat-sifat mekanik bahan polimer, dan kekuatan tarik, serta proses pembuatan jerigen.
2.1Karakteristik Bahan Polimer
Sifat-sifat khas bahan polimer pada umumnya adalah sbb:
1. Dapat dicetak dengan mudah pada temperatur relatif rendah, bahan dapat dicetak dengan penyuntikkan, penekanan, ekstrusi, dan seterusnya, yang menyebabkan ongkos pembuatannya lebih rendah dari pada bahan keramik.
2. Produknya ringan dan kuat. Berat jenis polimer rendah bila dibandingkan dengan logam dan keramik, yaitu 1,0 s.d 1,7 gram/cm³, yang memugkinkan membuat barang kuat dan ringan.
4. Kurang tahan terhadap pelarut. Umumnya larut dalam zat pelarut tertentu kecuali beberapa bahan khusus seperti politetrafluoretilen. Kalau tidak mudah larut, mudah retak karena kontak yang terus-menerus dengan pelarut dan disertai adanya tegangan.
5. Beberapa bahan tahan abrasi, atau mempunyai koefisien gesek yang kecil.
6. Kekerasan permukaan yang sangat rendah. Bahan polimer yang keras ada tapi masih jauh dibawah kekerasan logam dan keramik.
7. Kurang tahan terhadap panas, hal ini sangat berbeda dengan logam dan keramik. 8. produk-produk dengan sifat yang berbeda dapat dibuat tergantung pada cara
pembuatannya. Dengan mencampur zat pemplastis, pengisi dan sebagainya sifat-sifat dapat berubah dalam daerah yang lebih luas.
9. Dapat didaur ulang serta transparan dan bersifat optik.
2.2. Sifat-Sifat Mekanik Polimer
Sifat-sifat mekanik bahan polimer sangat dominan dengan sifat viskoelastiknya. Telah diketahui bahwa meregangnya film polietilen, perpanjangan tidak selalu sebanding lurus dengan beban yang diberikan, dan pada pelepasan beban, sebagian kecil regangannya tidak kembali, tetapi sebahagian besar tetap ada yang tidak kembali ke panjang asal, karena bahan polimer tidak semuanya merupakan bahan yang elastik tetapi mempunyai faktor viskositas. Bahan yang memiliki kedua sifat elastik dan kental disebut bahan viskoelastik.
permukaan patah yang rata seperti halnya patahan getas. Kelakuan ini sangat tergantung pada laju deformasi. Dan kalau didinginkan akan menjadi kaku dan sukar diregangkan. Dalam hal ini waktu deformasi dan temperatur memberikan pengaruh banyak terhadap sifat-sifat mekanik polimer. Kelakuan semacam ini adalah ciri khas sifat viskoelstik dan sifat ini sangat jelas dapat diamati.
Sifat-sifat viskoelastik pada dasarnya berhubungan erat dengan hal-hal berikut. Sebagai suatu faktor elastik, keelastikan Hooke, dapat dinyatakan oleh model sebuah pegas. Sebagai suatu faktor viskositas, viscositas Newton dapat dinyatakan sebagai model sebuah peredam terisi cairan kental dengan torak yang dapat bergerak.
Gambar 2. 2 (a) Model Voigt, dan (b) Model Maxwell
antara gaya ( ) dan ragangan ( ) dari model tersebut, yang pertama menyatakan: Jumlah gaya = Gaya pegas + gaya peredam
dimana regangan pada pegas dan peredam sama besar. Yang kedua menyatakan: Jumlah gaya = regangan pegas + regangan peredam
dimana gaya pegas sama dengan gaya peredam. Masing-masing dapat dinyatakan dalam persamaan sebagai berikut, model Voigt dituliskan:
σ
dan pada model Maxwell:
dt
dimana η adalah koefisien viskositas peredam dan G modulus elastik pegas. Ini adalah persamaan dasar bagi model bersangkutan untuk dipecahkan dengan pemelaran (creep), tegangan relaksasi, perpanjangan dan lainnya disubstitusikan. Umumnya kelakuan melar dapat secara mudah dijelaskan oleh model Voigt sedangkan relaksasi tegangan oleh model Maxwell. Kalau gaya ( ) diberikan dan dihilangkan setelah waktu tertentu, akan menghasilkan kurva deformasi (seperti Gambar 2.3) yang dinyatakan dalam persamaan:
(
τ)
perlahan-lahan dikembalikan ke keadaan semula yang dinyatakan oleh ,
γ adalah regangan maksimal dari melar (regangan, kalau gaya ditiadakan),
pengembaliannya bersifat eksponen. Kalau waktu retardasi (τ ) kecil waktu pegembaliannya singkat, sedangkan kalau (τ ) besar, pengembaliannya perlahan-lahan. Suatu hubungan ditetapkan oleh keelastikan pegas (G) dan viscositas
peredam (η). Yaitu apabila suatu benda elastik, dalam hal ini berupa pegas, adalah
besar (lebih elastik), waktu retardasi singkat untuk pengembalian yang cepat. Bertentangan dengan itu kalau G kecil dan unsur viskositas (η) besar, τ menjadi
besar yang mengakibatkan pengembalian lambat memerlukan waktu yang lama. Jadi waktu retardasi (τ ) merupakan faktor penting untuk menunjukkan derajat retardasi dalam deformasi.
Dalam hal serupa dapat dipelajari relaksasi tenaga dengan mempergunakan model Maxwell, kalau bahan dengan cepat dideformasikan dan ditahan, tegangan tidak akan berubah pada benda elastik, gaya tiba-tiba diperkecil (terjadi relaksasi) pada benda viskoelastik seperti polimer. Persamaan Maxwell dipecahkan dengan
0
dimana 0 tegangan ketika permulaan diberikan deformasi yang cepat. Dengan jalan
dinyatakan oleh persamaan yang sama seperti di atas τ =η/G. Kalau waktu relaksasi
(τ ) lama, yaitu kalau keelastisan pegas kecil (pegas mudah diperpanjang) dan
viskositas (η ) besar, maka tegangan direlaksasikan perlahan-lahan. Perubahan waktu relaksasi demikian , adalah faktor penting yang menyatakan laju relaksasi tegangan. Ini disebut waktu retardasi pemelaran sebagai ukuran yang menyatakan laju deformasi yang diperlamban, sedangkan yang disebut waktu relaksasi dalam relaksasi tegangan sebagai suatu ukuran yang menyatakan laju relaksasi, tetapi sebenarnya adalah sama bentuknya, keduanya biasa dinyatakan dengan simbol yang sama yaitu (τ ).
2.3 Kekuatan Tarik Bahan Polimer
Kekuatan tarik adalah suatu sifat dasar dari bahan. Hubungan tegangan-regangan pada tarikan memberikan nilai yang cukup bervariasi tergantung pada laju tegangan, temperatur, lembaban, dst. Polietilen memiliki kekuatan tarik antara 7 s.d 84 MPa.
Tabel 2.1. kekuatan tarik, tekan dan lentur bahan polimer Polietilen Kekuatan
Beban tekan bekerja kebalikan beban tarik. Karena bahan polimer mempunyai cacat yang kecil atau mengadung zat pengisi tertentu, maka bahan polimer dapat mengalami deformasi yang besar, umumnya kekuatan tekan lebih besar dari pada kekuatan tarik dan modulus elastik untuk tekan juga lebih besar dari pada untuk tarik.
Modulus elastik untuk tekan Ecdiperoleh dari tegangan tekan Δσcdan penyusutan
c γ
Δ pada bagian lurus kurva hubungan tegangan-regangan.
c
Kekuatan tekan Δσcdidapat dari persamaan
A
P adalah beban tekan maksimum (kgf) yang menyebabkan beban hancur dan A
Gambar 2. 3 Kurva waktu-tegangan benda viscoelastik (Model Voigt).
2.4Proses Produksi Jerigen
Metode pencetakan tiup adalah metode tiupan sama halnya seperti kita meniup balon. Tapi yang ditiup ini adalah material plastik dengan tekanan tinggi, dimana kondisi material plastik masih panas dan mudah untuk dibentuk.
Gambar 2. 4 Proses produksi jerigen
Keterangan Gambar:
Bagian 1. Cetakan terbuka sementara extruder mengeluarkan plastik panas diantara cetakan dengan suhu yang telah disetting sebelumnya. Kondisi suhu ini tidak membuat material panas terputus sebelum ditiup tapi juga masih mudah untuk dibentuk melalui tiupan gas atau udara.
Bagian 2. Cetakan tertutup setelah volume keluaran material plastik dianggap cukup dan menutupnya cetakan ini yang juga menutup ujung material plastik yang masih berongga menjadi tertutup untuk memastikan udara atau gas yang akan ditiup tidak bocor.
Bagian 3. Udara atau gas ditiupkan ke dalam material yang berongga malalui mulut cetakan dengan tekanan yang disetting cukup membuat material plastik ini menggelembung mengikuti bentuk cetakan. Kemudian memasuki proses pendinginan dengan suhu cetakan yang disetting pula dimana suhu cetakan dibuat lebih rendah.
Bagian 4. Setelah waktu pendinginan dirasa cukup maka cetakan terbuka dan kita sudah mendapatkan produk yang diinginkan.
eksperimen dan reject dari jerigen yang berasal dari komplain pelanggan sehingga untuk menghabiskan material recycled ditetapkan menggunakan material tersebut sebanyak 30 % setiap saat produksi sehingga ditetapkan angka tersebut untuk bahan baku yang akan dicampukan dengan bahan fresh dan penguat HAIPET.
Hidraulic
Gambar 2. 5 Skematik Proses Pembuatan Jerigen Plastik
Gambar 2. 6 Mekanisme Terjadinya Material Recycled
Material yang telah sampai di ujung extruder ditekan ke bawah oleh akumulator dan material melintasi zona adapter. Kepala die konvergen atau divergen dapat membuka dan menutup untuk mengumpan material plastik yang berbentuk jelly panas sekitar 165 º C ke bagian mold.
Disain cetakan terbagi dua bagian yang simetris, dapat dipisahkan satu sama lain dalam proses pembentukan produk jerigen, satu digerakkan ke kiri dan satunya ke kanan atau dengan kata lain gerakan mold membuka. Pada saat akan diisi material panas, mold berada pada posisi membuka hingga material masuk dari atas secukupnya sesuai setting, dilanjutkan dengan gerakan merapat kedua sisi mold. Pada saat ini feed material ke mold terhenti dan terpotong oleh gerakan konvergen die.
jerigen akan dipertahankan bentuknya dengan pendinginan oleh air dingin dari Chiller dengan temperatur yang dapat diatur berkisar 10 s.d 17 º C.
Gambar 2. 7 Ekstruder Mesin Pencetakan tiup
Beberapa saat dalam mold tersebut suplai angin tertutup secara otomatis dan tekanan angin yang tersisa di lepaskan saat ini juga. Selama proses delay ini mold yang satu set lagi melakukan proses yang sama sehingga masuk masa delay cooling, di saat mold yang kedua memasuki tahap cooling, mold yang pertama terbuka secara pnewmatic dan mengeluarkan jerigen dengan bantuan robot, selanjutnya siap menerima feed panas yang baru pada posisi feeding plastik panas. Pekerja mengambil jerigen yang sudah jadi, memindahkan scrap dan membersihkan mulut jerigen.
bangunan, hal ini juga perlu diuji secara simulasi untuk mendapatkan solusi dari
Gambar 2. 8 Mesin Pencetakan Tiup
Gambar 2. 9 Cetakan Simetris Posisi Terbuka
Tiga masalah tersebut sangat berpengaruh untuk mendapatkan jerigen yang berkualitas. Bukan berarti unit-unit pendukung lain tidak penting, semua unit produksi harus diperlakukan secara benar.
Gambar 2. 10 Jerigen Plastik SABIC BM 1052
BAB 3
METODE PENELITIAN
3.1Tempat dan Waktu
Pengambilan data penelitian dilakukan pada beberapa tempat, yang secara terperinci dapat dilihat pada tabel 3.1.
Tabel 3.1. Tempat, Waktu dan Metode Penelitian
No Jenis
Pengujian Tempat Waktu Metode Alat
1. Sifat
22-3-2007 Top Load Test Timbangan digital DC
IC-Star 29-4-2007 Simulasi Software FE MSC Nastran ver 69,
Pengujian sifat mekanik dilakukan dengan metode ASTM D638 Type IV, bertujuan untuk memperoleh data awal dari spesimen yang akan dianalisa menggunakan metode elemen hingga. Hasil pengujian dapat dilihat pada tabel 4.1.
Top Load Tes dilakukan dengan memberi gaya tekan pada Jerigen yang diletakkan di atas timbangan digital dan diberi gaya menggunakan batang berulir. Pengukuran distribusi ketebalan dilakukan pada beberapa Jerigen yang dipilih secara acak, bertujuan untuk mengetahui bagaimana distribusi ketebalan setelah Jerigen selesai di pencetakan tiup.
Simulasi komputer dengan metode elemen hingga menggunakan software Solid work 2004 untuk pemodelan dimensi Jerigen dan analisa distribusi gaya-gaya yang timbul akibat pembebanan dilakukan dengan menggunakan software finite element MSC NASTRAN versi 70.0.6 tahun 1999
3.2Bahan Spesimen dan Alat
3.2.1 Bahan Dasar
Bahan penelitian ini terdiri dari High Density Polyetilene (HDPE) SABIC BM 1052 dan haipet yang terdiri dari 65 s.d 80% Calcium Carbonat (CaCO3) dan 15 s.d 20% Special blended polyolefine resin.
3.2.2 Spesimen Penelitian
Spesimen Pengujian Sifat Mekanik
Penelitian ini menggunakan spesimen dan pemodelan sesuai dengan tujuan pengambilan data. Untuk pengambilan data sifat mekanik ukuran spesimen dibuat sesuai standat ASTM D638 type IV dengan dimensi seperti Gambar 3.1
Gambar 3.1. Dimensi Spesimen Uji Tarik (ASTM D638)
Spesimen Pengukuran Ketebalan, Top Load dan Uji Tindih
Spesimen Pemodelan Elemen Hingga.
Pada pemodelan elemen hingga, spesimen yang dipergunakan adalah Gambar jerigen penuh tiga dimensi seperti Gambar 3.3 s.d 3.5, hal ini dilakukan karena pada kasus dan hasil pengujian awal diperoleh tidak ada kerusakan atau kegagalan yang simetris atau bentuk kerusakan pada kedua sisi sama
Untuk model pembebanan yang diberikan diambil dari idealisasi beban nyata pada uji tindih langsung dengan asumsi beban merata. Rata-rata berat jerigen kosong adalah 1,2 kg, sedangkan berat minyak makan bermassa jenis ρ = 0,9 kg/liter untuk
jerigen 20 liter adalah:
m = ρ x V
= 0,9 kg/liter x 20 liter m = 18,0 kg
Sedangkan berat yang harus dapat ditahan oleh jerigen paling bawah bila disusun 6 lapis dalam kontener dengan menambahkan faktor safety 50% adalah: Total berat = 150% [(Berat jerigen + berat minyak makan) x (jumlah lapisan – 1)] = 1,5[(1,2 + 18)x(6 - 1)] kg
= 144 kg
(a) Pandangan Atas
(b) Pandangan bawah
3.2.3 Sifat Mekanik Material Dasar Penelitian
Data yang diperoleh dari vendor berupa sifat mekanik bahan dasar spesimen diberikan pada tabel 3.2 s.d 3.3.m
Tabel 3.2 Karakteristik SABIC BM1052
Sifat Mekanis Metode Tes Satuan Harga
Berat Jenis ASTM D 1505 g/cm³ 0.952
Melting Indek (190°C/2.16kg) ASTM D 1238 g/10 min 0.05 Melting Indek (190°C/21.6kg) ASTM D 1238 g/10 min 9.0 Tensile Strength (Yield) ASTM D 638 MPa 30 Tensile Strength (break) ASTM D 638 MPa 38
Elongation(Break) ASTM D 638 % 850
Tabel 3.3 Sifat fisik bahan HIPET
Sifat Mekanis Metode tes Satuan Harga
Densitas ASTM D- 792 g/cm³ 1.90
Melting Index ASTM D- 1238 g/10min 0.1-0.2 Ukuran partikel CaCO3 Maker’s STD mesh 1200
ASH Content, Maker’s STD % 80
Base Resin Polyolefin
3.3Pembuatan Komposisi Bahan baku
Tabel 3.4 Variasi komposisi material utama jerigen
Fresh Recycle Haipet Pigmen
No
3.4. Kerangka Konsep Penelitian
Langkah-langkah penelitian dan metode pengambilan kesimpulan dirumuskan dalam kerangka konsep pada Gambar 3.8. Proses awal adalah identifikasi permasalahan dan menemukan beberapa kemungkinan penyebab kegagalannya. Perlakuan yang dilakukan terhadap produk spesimen jerigen adalah memvariasikan komposisi bahan dasarnya. Kepada spesimen dilakukan uji sifat mekanik guna menjadi masukan data untuk simulasi agar memperoleh klarifikasi terhadap persoalan ini. Bila pemodelan masih belum memberikan jawaban atau belum sesuai maka akan dilakukan pemodelan kembali, sehingga diperoleh penyelesaiannya. Dari hasil variasi bahan baku juga dilakukan pembuatan jerigen, dan diukur ketebalannya serta dilakukan uji tekan secara top load dan uji tindih langsung.
Terjadi kegagalan pada jirigen sewaktu transfortasi
Distributive ketebalan jiriken tidak merata
Bahan dasar tidak kuat
Kesalahan perlakuan hasil uji top load dan
pemodelan FEM
menjamin keutuhan isinya sampai di tangan konsumen. Hingga saat ini belum ditemui standar suatu jerigen industri, oleh sebab itu masing-masing industri perlu menetapkan sendiri kualitas jerigennya untuk mencegah kerugian yang mungkin timbul akibat penolakan pelanggan.
4.1 Hasil Pengujian Sifat Mekanik Spesimen
Pelaksanaan pengujian spesimen uji tarik yang memakai standar ASTM D 638 IV di Balai Sentra Teknologi Polimer, Balai Pusat Pengkajian dan Penelitian Teknologi (BPPT) Serpong dengan alat uji tarik Shimadzu Type AGS-10kNG, dimaksudkan untuk mendapatkan sifat mekanis yang sebenarnya dari material SABIC BM 1052 setelah dicampur dengan material recycled dan material penguat dan menjadi perbandingan sifat mekanik yang diperoleh dari produsennya seperti yang tercantum pada tabel 3.2 dan 3.3.
Mechanic Of Material’ [8] halaman 9 sbb: 1kgf = 9,807 N dibulatkan menjadi 10 N
Luas penampang awal Ao specimen untuk sampel I/1 berbentuk empat persegi panjang adalah:
Ao = 1,880mm x 5,960 mm = 11,2048 mm²
Tegangan σ (stress) dari material uji dapat dihitung dengan menggunakan data dari
tabel 4.1 dimana terlihat gaya maksimum sebelum meregang yang diterima spesimen adalah sebesar 296.9 N untuk itu tegangannya adalah sbb:
σ
max = F[N] / Ao [mm²]= 296,9 N / 11,2048 mm² = 26,48865 N/ mm²
Regangan merupakan perbandingan antara pertambahan panjang L dangan
panjang awal Lo yang diambil dari hasil uji tarik pada saat putus, pada lampiran 4 menunjukkan panjang mula-mula (gripped Length) Lo = 65 mm dan hasil pengukuran pertambahan panjang L spesimen sebesar 255,4 mm yaitu:
= ( L/Lo) x 100%
= (255,4 mm / 65 mm) x 100% = 392,8 %
yang dapat diukur langsung oleh peralatan uji tesnsile strength.
Tabel 4.1 Hasil Uji Sifat Mekanik Spesimen ASTM D 638 type IV
Komposisi/ Thickness Width Ao Fmax
Tensile
Maximum 1.980 6.000 11.880 298.1 26.50 880.3 0.829
II/1 1.860 5.950 11.067 283.6 25.63 413.3 0.714
Maximum 1.910 5.990 11.441 303.0 26.90 564.8 0.849
III/1 1.900 5.960 11.324 301.1 26.59 241.4 0.817
Maximum 1.950 5.960 11.622 314.9 27.09 241.4 0.882
IV/1 1.810 5.98 10.824 288.9 26.69 1096 0.799
Maximum 1.900 6.000 11.400 290.0 26.69 1096 0.829
haipet 0,9% dilakukan uji tarik sebanyak 7 sampel tapi sampel 2 dan 4 tidak dapat digunakan karena tidak memenuhi syarat fisik saat awal pengujian. Grafik tegangan – regangan hasil pengujian diberikan berikut ini:
Gambar 4. 1 Grafik tegangan – regangan material komposisi I
bahwa material memiliki elastisitas yang tinggi dan modulus elastisitasnya sebesar 762 MPa. Untuk spesimen komposisi II grafik tegangan-regangan diberikan pada Gambar 4.2 yang mana terjadi peningkatan nilai tegangan rata-ratanya menjadi 26,42 Mpa dan spesimen putus pada pertambahan panjang L 361,9%, ini menunjukkan penurunan elastisitas dibandingkan dengan spesimen untuk komposisi I sedangkan modulus elastisitasnya naik menjadi 793 Mpa. Pengujian dilakukan sebanyak 8 spesimen, dan spesimen nomor 8, 11, serta 13 ditemui tidak memenuhi syarat fisik.
Selanjutnya diberikan grafik dengan komposisi berkadar haipet yang lebih tinggi yaitu 8,9% dan diperoleh data seperti Gambar 4.3 yang menggambarkan bahwa tegangan rata-ratanya juga naik menjadi 26,69 Mpa sedangkan regangannya menurun menjadi 73,06 % berarti material menjadi semakin kurang elastis. Modulus elastisitas menunjukkan semakin meningkat yaitu menjadi 835 Mpa. Spesimen diuji sebanyak 10 buah, dan lima spesimen juga dinyatakan tidak memenuhi syarat fisik yaitu spesimen test nomor 16, 17, 21, 22, dan nomor 23.
Pada Gambar 4.4 merupakan data pengukuran setelah material haipet ditingkatkan lagi menjadi 12,9%. Hasilnya menunjukkan bahwa tegangan rata- ratanya turun menjadi 25,97 Mpa demikian juga modulus elastisitasnya menjadi 762 MPa sedangkan regangan naik menjadi 737,7%. Menurut hemat penulis keadaan ini agak janggal karena semestinya elastisitas spesimen cenderung menurun, sebagai akibat pertambahan kadar zat kapur yang bersifat lebih rapuh yang dikandung haipet.
Gambar 4. 4 Grafik Tegangan Regangan Material Komposisi IV
atau partikel CaCO3 berserak kembali atau terpisah dari material SABIC BM 1052, sehingga sifat elastisnya ini merupakan sifat murni bahan dasar SABIC BM 1052 dan bukan sifat bahan campuran kombinasi IV. Untuk itu ukuran partikel haipet (lihat tabel 3.3) harus lebih halus dari 1200 mesh agar mampu tercampur sempurna pada kadar haipet yang lebih tinggi. Ternyata peningkatan persentase haipet tidak lagi menambah modulus elastisitas dan kekuatan material. Maka pemakaian haipet diatas 8,9 % tidak dianjurkan lagi. Sebahagian spesimen komposisi IV tegangannya naik lagi melebihi tegangan tarik maksimum sebagaimana ditampilkan pada Gambar 4.4 ini merupakan salah satu indikasi material haipet terpisah dari material utama SABIC BM 1052.
Dari data pengujian tarik menunjukkan bahwa komposisi haipet 3,9% merupakan komposisi yang lebih baik untuk material haipet yang memiliki ukuran partikel 1200 mesh. Dibandingkan dengan data pada tabel 3.2 tensil strength sebelum dicampur dengan material recycled dan penguat haipet adalah sebesar 30 Mpa dan elongation-nya 850 %, penurunan tensile strength sebesar 2,1 s.d 3,5 Mpa ini merupakan degradasi karena dicampur dengan material recycled yang rata-rata mencapai 30 %, masalah ini tidak dapat dihindari karena sudah merupakan keharusan untuk menggunakan kembali material recycled agar tidak ada material yang terbuang (rejected).
4.2 Hasil Pengukuran Massa Jenis Bahan Jerigen
semakin banyak kadar haipet dalam bahan uji massa jenisnya juga meningkat.
Tabel 4.2 Density Bahan dari Beberapa Komposisi Spesimen
Massa Volume ρ
4.3 Hasil Pengukuran Distribusi Ketebalan Jerigen
yang menurut tabel 4.3 memiliki ketebalan berturut-turut adalah 1.415 mm, 1.790 mm, 2,175 mm, dan 1.780 mm. Pada kenyataannya ketebalan 2,175 mm masih mengalami lendutan. Titik pengukuran 1, 4, 19, dan titik 20 ketebalannya rata-rata 1,5 mm, ini indikasi jerigen tidak kuat pada titik-titik tersebut.
4.4. Hasil Pengujian Top Load
Hasil pengujian top load diberikan pada Gambar 4.6 dan Gambar 4.7 dan kondisi fisiknya dapat dilihat secara langsung, yang mana memperlihatkan perlakuan berat beban yang berbeda dan jerigen mengalami lendutan di bagian-bagian atas, muka dan belakang serta bagian sudut.
Tabel 4.3 Hasil Pengukuran Ketebalan Jerigen
19 2,090 2,140 2,100 2,105 2.080 2.220 2.110
Kemudian setelah beban dilepaskan lengkungan-lengkungan itu masih kembali ke keadaan semula. Hasil top load dirangkum dalam tabel 4.4.
(a) (b)
Gambar 4.6. Hasil Pengujian Top Load (a). Jerigen Mengalami Lendutan di Sudut bagian Atas (b). Jerigen Mengalami Lendutan di Tengah
Tabel 4.4 Ikhtisar Hasil Top Load Test No. Top Load, kg Hasil tes (Actual Test)
Dalam 15 menit JC mulai melengkung di bagian atas dan bawah
1 96
Setelah top load tes JC kembali ke bentuk normal dalam 5 menit
Dalam 5 menit JC mulai melengkung di bagian atas dan bawah 2 120
Setelah top load tes JC kembali ke bentuk normal dalam 15 menit
Dalam 30 detik JC mulai melengkung di bagian atas dan bawah
3 144
Gambar 4.7. Hasil Uji Top Load saat Dibebaskan dari Beban Tekan
(a)
(b) (c)
Gambar 4.8 Hasil Uji Tindih Langsung Jerigen 20 liter a).Jerigen melendut pada dudukan, sisi atas dan sudut jerigen b). Jerigen terjadi melengkung di bagian tengah
c). Jerigen lendutan disisi sudut badannya
4.5 Hasil Uji Tindih Langsung
dibiarkan dalam beberapa jam lendutan tersebut dapat bertambah besar, kondisi ini dinyatakan sebagai gagal uji, tapi bila dapat bertahan dalam waktu lebih 1 hari maka dinyatakan oleh tim R & D perusahaan ybs. sebagai lulus tes. Hasil tindih langsung pada Gambar 4.8.(b) menunjukkan terjadi patah di tengah jerigen yaitu pada titik-titik pengukuran Nomor 12, 13, 14, 21, 22, dan 23 yang ketebalannya berturut-turut 1.962mm, 2.950mm, 2.280mm, 1.912mm, 2.780mm, dan 2.030mm. Ketebalan di titik-titik ini tidak berarti jerigen tidak kual melainkan ikut rusak akibat bagian yang tipis didekat titik tersebut rusak. Pada Gambar 4.8.(c) menunjukkan terjadi lendutan pada bagian sudut jerigen, karena ketebalan jerigen pada bagian sudut lebih tipis dibandingkan bagian lainnya.
4.6 Analisis Hasil Experimen pada Uji Top load & Uji Tindih
Gambar 2.6 menunjukkan bahwa bentuk silinder material jelly yang dihasilkan adalah bulat sesuai dengan bentuk die yang terpasang saat ini (Gambar 4.9). Bagian sudut jerigen merupakan titik terjauh dari pusat lingkaran silinder seperti diillustrasikan pada Gambar 4.10 dan pada kenyataannya ketika jerigen dipotong ditemui bagian sudut lebih tipis dari bagian lainnya. Dies yang terpasang saat ini sesuai dengan Gambar 4.10 (a) yang mana jarak dari pusat lingkaran silinder die ke
Gambar 4.9 Die dan Pin Berbentuk Bulat
Gambar 4.10 Dies Bulat dan Dies Berbentuk Persegi Empat
lendutan jerigen pada sisi tersebut, dengan kata lain memodifikasi die dan pin sesuai dengan bentuk lingkaran jerigen.
4.7 Simulasi Komputer
Simulasi komputer bertujuan untuk mengklarifikasi atau pemecahan masalah-masalah pada pembebanan top load. Tahapan awal adalah pembentukan jerigen dengan program solid work 2004 yang di disain sedemikian rupa sehingga ukuran dan bentuk serta ketebalannya sama pada setiap sisi jerigen. Setelah itu dilakukan simulasi dengan software COSMOSXpress atau software MSC NASTRAN yang terdiri dari pemasukan data sifat mekanik material, proses pemodelan beban, memberi tumpuan (constrain), proses analisa dan menampilkan hasilnya, serta memeriksa sisi yang menerima beban tertinggi dan lain-lain. Hasil yang diharapkan adalah akan terlihat dengan jelas bagian-bagian konstruksi jerigen yang kokoh dan yang lemah. Bagian yang paling besar menerima beban saat disimulasikan akan berubah menjadi warna merah dan sekaligus menunjukkan sebaran tegangan yang terjadi pada seluruh bagian jerigen, sedangkan yang menerima beban terkecil dari bentuk konstruksi akan terlihat berwarna biru.
4.7.1Pemodelan dengan Solid Work 2004
software solid work 2004 dengan dimensi yang diukur persis sama dengan jerigen asli.
Gambar 4.11 Model Jerigen Dibuat dengan Solid Work 2004
4.7.2 Input data sifat mekanik bahan
Materials
Material name: High Density Polyethilen
Description:
Material Source Input
Material Model
Type Linear Elastic Isotropic Unit system: SI
Property Name Value
Elastic modulus MPa
Mesher Used: Standard
Automatic Transition: Off
Include Mesh Controls: Off
Smooth Surface: Off
Jacobian Check: 4 Points
Element Size: 11.958 mm
Tolerance: 0.59788 mm
Quality: High
Number of elements: 25537
Solver Information
Quality: High
Solver Type: FFE
4.7.3 Pemodelan Beban
Pada bagian ini dipilih pembebanan di permukaan (on surface) yaitu bagian atas jerigen yang bersentuhan langsung dengan jerigen lain. Gaya (Force) satu arah diberikan sebesar 144 kg atau diubah ke bentuk F = m x g = 144 kg x 9,81 m/dt².
= 1412,64 Newton
Luas permukaan sentuh A = 21596,16mm² dikalkulasi oleh software ketika di pilih area pembebanan. Dasar perhitungan tegangan yang diberikan adalah sebagai berikut:
2
4.7.4 Memberi Tumpuan (Constrain)
Pemberian tumpuan (constrain) bahagian bawah jerigen dimaksudkan agar tidak bergerak saat diberikan beban sehingga gaya dapat diterima penuh oleh seluruh jerigen. Prosedur yang harus dilakukan adalah menampilkan sisi bawah jerigen dengan menu rotate dan dimetrik lalu memilih permukaan sentuh bagian bawah jerigen, dan kemudian dikembalikan ke tampilan isometric.
Load Information
Restraint Restraint1 <Analisa
Jerigen>
on 1 Face(s) immovable (no translation).
Description:
Load Load <Analisa
Jerigen>
on 1 Face(s) with Pressure 65412 N/m^2
along direction normal to selected face
Tumpuan
Gambar 4. 13 Bagian bawah jerigen sebagai tumpuan (constrain)
4.7.5 Proses Analisa dan Menampilkan Hasil Analisa
Dalam proses ini dipilih menu displacement & stresses, dan software akan menganalisa secara keseluruhan dan bila analisa berhasil tidak tampil fatal error maka akan ditampilkan hasil analisa. Untuk penganalisaan dipilih bentuk tampilan deformate & contour data yang dapat menampilkan total translasi sehingga terlihat daerah lendutan maksimum serta sebaran tegangan yang diterima jerigen.
Pada Gambar 4.14 ditunjukkan sebaran tegangan yang diterima oleh seluruh bahagian jerigen, area yang berwarna merah menunjukkan bagian jerigen yang menerima beban terbesar yaitu sebesar 2.55e007 N/m² (= 25.5 Mpa) yaitu pada gagang jerigen bagian belakang.
Gambar 4. 14 Sebaran tegangan saat pemberian beban tekanan
0.563 Mpa), tidak terlihat adanya lendutan sisi tengah jerigen ataupun sisi paling bawah, semua ini disebabkan pada disain ini tebal jerigen diatur merata pada seluruh badan jerigen yaitu: 3,00 mm. Dan seandainya jerigen dibuat terlalu tebal maka dengan beban yang sama tidak akan menyebabkan jerigen terjadi lendutan.
4.7.6 Hasil Analisa COSMOSXpress
Hasil analisa COSMOSXpress berdasarkan pada analisa linear static dan dengan mengasumsikan material isotropic.
1) Sifat material linear sesuai dengan hukum Hooke
2) Induksi perubahan bentuk (displacement) secara keseluruhan sangat kecil dan ternyata pembebanan tidak mengubah ketegaran jerigen karena jerigen kembali ke bentuk awal saat pelepasan beban.
3) Beban diberikan sangat pelan dengan tujuan untuk mencegah efek dinamis. Apa yang dipresentasikan dari laporan ini hendaknya tidak dijadikan dasar pertimbangan untuk penjualan. Gunakan informasi ini sebagai penghubung antara data eksperimental dengan hasil pengalaman ketika praktek. Dianjurkan pengujian di lapangan untuk pengesahan disain akhir. Software COSMOSXpress menghemat waktu untuk pemasaran dengan tidak mengabaikan tes lapangan.
4. 8 Simulasi Komputer pada Beberapa Variasi Komposisi Material
variasi komposisi menunjukkan tidak ada pengaruh pada pemberian beban yang sama yaitu 1412,64 N (= 144kg).
Gambar 4.15 Distibusi Translasi Total pada Jerigen 20 L Komposisi I
Hasil simulasi untuk komposisi I diberikan pada Gambar 4.15, yang mana ketika dikenai beban tersebut menunjukkan belum ada lendutan apapun pada jerigen, kemudian dicoba dengan beban 2 x 1412,64 N = 2825,28 N maka dapatlah dilihat lendutan terjadi di bagaian tangkai belakang jerigen dengan total translasi 18,85.
di bagian belakang tangkai. Kondisi ini masih dinyatakan aman untuk beban 1412,64N.
Gambar 4.17 Distribusi Tegangan Von Misses pada Jerigen 20 L Komposisi III
Ketika simulasi dilakukan untuk bahan komposisi III dihasilkan bahwa untuk beban 1412,64 N masih belum terjadi lendutan dengan solid Von Misses sama dengan untuk komposisi haipet 3,9%.
Gambar 4.18. Distibusi Tegangan Von Misses pada Jerigen 20 L Komposisi IV
4.9 Simulasi Komputer Ketika Ketebalan Jerigen diubah
4.9.1 Hasil Simulasi Jerigen Ketebalan 2 mm
Distribusi tegangan pada simulasi ini juga nampak tidak sama setiap sisi jerigen, namun lokasi konsentrasi tegangan yang terbesar masih sama dengan simulasi untuk ketebalan yang lain. Dengan beban tekanan 1412,64 N menunjukkan jerigen memberi reaksi tegangan maksimum sebesar 8,0836 N/m² yang ditinjau pada elemen 24204 dengan ketebalan 2 mm (perhatikan Gambar 4.19 & 4. 20).
Gambar 4.19. Distribusi Tegangan Von Misses Maksimum Sebesar 8,0836 M.Pa, ketebalan dinding 2 mm haipet 0,9%
Gambar 4.20. Distribusi Tegangan Von Misses Sebesar 8,0836 MPa Pada Elemen 24204 Ketebalan Dindingnya 2 mm Komposisi I
4.9.2 Hasil Simulasi Jerigen Ketebalan 1.75 mm
X
Output Set: MSC/NASTRAN Case 1 Contour: Solid Von Mises Stress
Gambar 4.21. Distribusi Tegangan Von Misses Ketebalan Dinding 1.75 mm Komposisi I Dilihat dalam Tiga Dimensi.
Gambar 4.24. Pandangan Depan Distribusi Tegangan Von Mises Ketebalan Dinding 1.75 mm Komposisi I
Gambar 4.25 Pandangan Belakang Distribusi Tegangan Von Misess Ketebalan Dinding 1.75 mm Komposisi I
1.75 mm Komposisi I
Gambar 4.27 Pandangan Bawah Distribusi Tegangan Von Mises Ketebalan Dinding 1.75mm Komposisi I
Pada bagian bawah/ dudukan jerigen nampak satu sisi menerima beban lebih besar dari sisi lain (dalam Gambar 4.27 berwarna hijau daun pisang), jadi dapat dikatakan beban tidak seimbang kelihatan dalam simulasi ini, sehingga dimungkinkan untuk pembebanan yang lama akan menjadi penyebab kegagalan terhadap jerigen bila tidak dilebihkan ketebalan disisi tersebut. Secara keseluruhan efek pembebanan belum menyebabkan jerigen berubah bentuk untuk ketebalan 1,75 mm.
4.9.3 Simulasi untuk ketebalan 1,5 mm material haipet 0,9%
simulasi dengan memberikan beban tekan 1412,64 N dihasilkan total translasi atau lendutan total sebesar 2,583 mm. Dapat dikatakan bahwa jerigen mengalami perubahan bentuk akibat beban. Ditinjau dari segi ketebalannya dibandingkan dengan sampel uji ASTM D 638 type IV yang tebal rata-ratanya 1,85 mm masih menghasilkan grafik linear (Gambar 4.1), dan belum memasuki daerah kritis dan plastis. Akan tetapi untuk jerigen yang tebalnya 1,5 mm kecenderungannya tidak akan mampu bertahan lama karena terjadi lendutan saat dibebani sebagaimana yang diperlihatkan pada Gambar 4.28 s.d 4.33 menunjukkan jerigen mengalami lendutan ke segala arah.
Gambar 4.28 Pandangan Atas Distribusi Lendutan Ketebalan Jerigen 1.5 mm, Komposisi I
ditahan oleh perlawanan gaya dari bawah akibat konstrain sehingga tidak terjadi lendutan. Akan lain keadaannya bila jerigen tidak di tumpu dibawah.
Gambar 4.29 Pandangan Bawah Distribusi Lendutan Ketebalan Jerigen 1.5 mm, Komposisi I
Gambar 4.30 Pandangan Samping Kiri Distribusi Lendutan Ketebalan Jerigen 1.5 mm, Komposisi I
Gambar 4.30 menunjukkan sisi belakang terjadi melengkung sehingga kelihatan lebih rendah dari sisi depan. Efeknya dapat menyebabkan kegagalan menahan beban (patah) untuk jangka waktu pembebanan yang lama.
Gambar 4.32 Pandangan Depan Distribusi Lendutan Ketebalan Jerigen 1.5 mm, Komposisi I
Gambar 4.33 Pandangan Belakang Distribusi Lendutan Ketebalan Jerigen 1.5 mm Komposisi I
4.9.4 Simulasi untuk ketebalan 1,5 mm komposisi 3,9% Haipet
ketebalan jerigen tetap 1,5 mm dan gaya 1412,64 N.
Output Set: MSC/NASTRAN Case 1 Deformed(2.583): Total Translation Contour: Total Translation
Gambar 4.34 Pandangan Atas Distribusi Lendutan ketebalan jerigen 1.5 mm Komposisi II
X
Output Set: MSC/NASTRAN Case 1 Deformed(2.583): Total Translation Contour: Total Translation
Gambar 4.35 Pandangan Bawah Distribusi Lendutan Ketebalan Jerigen 1.5 mm Komposisi II
4.10 Perbandingan Hasil Eksperimen dengan Simulasi
load adalah hasil produksi pabrik dimana sebaran ketebalannya tidak merata. Hasil simulasi menunjukkan bahwa untuk pembebanan normal, lendutan tidak terjadi pada bagian atas dari jerigen. Hasil pengujian tarik dan tegangan Von Misses untuk ketebalan jerigen 2 mm menunjukkan bahwa beban sebesar 144 kg (1412,64 N) masih mampu ditahan oleh jerigen (perhatikan tabel 4.5).
Tabel 4.4 Perbandingan Hasil Pengujian dan Simulasi untuk ketebalan jerigen 2mm Komposisi σmax Solid Von Mises Faktor Keamanan
1 26,50 9,425 2,812
2 26,90 8,915 3,017
3 27,09 8,915 3,039
4 26,69 8,768 3,044
Distribusi tegangan Von Misses untuk komposisi material yang berbeda menunjukkan bahwa konsenterasi tegangan terbesar terjadi di lokasi yang sama, dari kondisi ini dapat disimpulkan bahwa perbedaan komposisi material penguat tidak mempengaruhi sebaran dari tegangan maupun lokasi lendutan yang terjadi yaitu disisi tangkai belakang, untuk ini dapat digaris bawahi bahwa konstruksi atas jerigen perlu diperbaiki supaya terjadi beban simetris. Maka selanjutnya dalam hal perbandingan hasil uji simulasi cukup diwakili oleh satu komposisi material khususnya material yang telah dipilih yaitu untuk komposisi haipet 3,9%.
4.19 dan dari Gambar 4.7 dibandingkan dengan hasil simulasi Gambar 4.32 dapat disimpulkan bahwa hasil simulasi telah mendekati kenyataan aktual di lapangan, dengan demikian simulasi telah benar. Gambar 4.36 menunjukkan jerigen yang rusak karena lendutan pada sisi samping jerigen, dari hasil pengamatan kejadian ini disebabkan karena pada waktu pengujian pada uji tindih langsung ada ketidak simetrisan peletakan beban jerigen antara satu tingkat dengan tingkat yang lain hal ini menyebabkan terjadinya ketidak seimbangan beban yang menyebabkan terjadinya momen sehingga gaya pada sisi yang bending jauh lebih besar dari pada sisi lain. Lebih kritis lagi bila tebal jerigen 1,5 mm. Hasil uji tindih langsung Gambar 4.7 dan hasil simulasi Gambar 4.33 menunjukkan kesamaan bentuk dimana akibat pembebanan terjadi lendutan namun dari segi kekuatan bahan tegangan yang terjadi masih dibawah tegangan hasil uji tarik.
KESIMPULAN
Dari penelitian yang telah dilakukan, dapat diperoleh beberapa hasil yang merupakan jawaban dari tujuan penelitian ini.
5.1 Kesimpulan
1. Produksi jerigen akan lebih baik jika seleksi bahan baku lebih ketat dan proses produksinya distandarkan supaya dihasilkan produk yang berkualitas, wlaupun menggunakan bahan recycled 30%.
2. Komposisi material terbaik berdasarkan hasil uji adalah komposisi dengan penambahan haipet 3,9%, namun belum menjamin kuat bila sebaran ketebalannya tidak mencapai 1.75 mm agar dapat menahan beban 1412,64 N tanpa terjadi perubahan bentuk.
3. Bentuk die mesin mold sebaiknya dibuat persegi empat mengikuti bentuk jerigen untuk mengantisipasi penipisan dibagian sudut.
4. Disain konstruksi bagian atas jerigen tidak memenuhi standar teknik, karena tidak dapat menahan beban secara simetris dan konsenterasi beban berat disisi belakang tangkai, hal ini dapat menyebabkan kemiringan disaat di susun berlapis-lapis. 5. Jerigen dengan ketebalan 1.5 mm akan mengalami translasi total sebesar 2,583
1. Bentuk die yang terpasang saat ini bentuknya bulat dan berbeda dengan bentuk jerigen yang dibuat sehingga disaat proses blowing mengalami pengembangan yang lebih besar dibagian sudut badan jerigen. Dianjurkan menggantikan die dari bentuk bulat ke bentuk empat persegi panjang sesuai dengan bentuk badan jerigen.
2. Membuat lekukan juga dapat memperkuat jerigen terutama bila lekukan yang dibuat memenuhi standar disain konstruksi untuk penguatan di lokasi yang diinginkan.
1. B.H. Amstead,1989, Teknologi Mekanik 2, Erlangga, Jakarta.
2. Basuki R. Suratno, 2003, Polimer and Composite Material, Seminar Dosen Tamu pada Magister T. Mesin USU, Sentra Teknologi Polimer, Serpong
3. Dieter, G, E., 1986, Mechanical Metallurgy, Third Edition, McGraw-Hill, New York
4. Dominic V Rosato & Donald V Rosato, 2004, Reinforced Plastics Handbook, Third Edition, Hardbound. ISBN:1 -85617 -450-6
5. Dominick Rosato, 1997, Plastics Processing Data Handbook, Ed.2, Chapman & Hall, London.
6. John A. Schey, 2000, Introduction To Manufacturing Processes, Third Edition, McGraw-Hill, New York
7. PK-90CTSI Accumulative High Speed Pencetakan tiup Machine For PE Material, User’s Manual Parker Plastic Machinery Co., LTD
8. Punmia B.C, Ashok Kumar Jain, Arun Kumar Jain, 2002, Mechanics Of Materials ,Laxmi Publications (P) LTD
9. Shigley, J,E 1989, Mechanical Engineering Design, Fifth Edition, McGraw-Hill, New York
10.Sriati Djaprie,1985, Teknologi Mekanik, Edisi Ketujuh Versi SI, Penerbit Erlangga, Jakarta
11.Sudirman, 1994, Pengaruh Radiasi Neutron Cepat Terhadap Sifat Fisik dan Mekanik Polyetilen dan Polistirena, Master Theses. ITB Central Library. 12.The International Magazine for Users of Additives, Plastics Additives &
2. Set up alat uji tekan menggunakan Top Load Tester
Display
Tuas berulir
9. Foto-foto saat Pengujian di Sentra Poimer Serpong
1. Mesin Crusher & sample setelah di crusher
2. Spesimen disimpan minimal 40 jam dalam conditioner room dengan kelembaban 50% dan suhu 23 °C
3. Gambar Sample ASTM D 638 IV, dibuat 4 macam komposisi
4. Spesimen sedang diuji dengan mesin AGS-10kNG Shimadzu
Spesimen mengalami deformasi
Lampiran 11
