JURUSAN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS SULTAN AGENG TIRTAYASA

(1)

ANALISA PENGARUH PARAMETER TEKANAN

DAN WAKTU PENEKANAN TERHADAP SIFAT

MEKANIK DAN CACAT PENYUSUTAN DARI

PRODUK INJECTION MOLDING BERBAHAN

POLYETHYLENE (PE)

Diajukan untuk melengkapi sebagian persyaratan dalam menyelesaikan program Strata-1 (S1) pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Sultan Ageng Tirtayasa

SKRIPSI

Oleh

Sendi Dwi Oktaviandi

3331071008

JURUSAN TEKNIK MESIN

UNIVERSITAS SULTAN AGENG TIRTAYASA

2012

(2)

Pernyataan Keaslian Skripsi

Yang bertanda tangan di bawah ini :

Nama : Sendi Dwi Oktaviandi NIM : 3331071008

Menyatakan bahwa Skripsi dengan judul

ANALISA PENGARUH PARAMETER TEKANAN DAN WAKTU PENEKANAN TERHADAP SIFAT MEKANIK DAN CACAT PENYUSUTAN DARI PRODUK INJECTION MOLDING BERBAHAN

POLYETHYLENE (PE)

Adalah benar hasil karya sendiri dan tidak ada duplikat dari karya orang lain, kecuali untuk bagian yang telah disebutkan sumbernya.

Cilegon, April 2012

Sendi Dwi Oktaviandi

(3)

ABSTRAK

Injection molding adalah salah satu operasi yang paling umum dan serba guna untuk produksi massal pada komponen plastik yang komplek dengan toleransi dimensional yang sempurna. Pada proses injection molding, parameter waktu dan penekanan merupakan salah satu parameter penting yang harus diperhatikan untuk keberhasilan proses produksi melalui injection molding.

Metode yang digunakan adalam menggunakan response surface methodology . metode ini merupakan suatu proses perencanaan percobaan untuk memperoleh data yang tepat sehingga dapat dianalisa dengan metode statistik serta kesimpulan yang diperoleh dapat bersifat objektif dan valid.

Dari hasil penelitian didapat kesimpulan bahwa Parameter tekanan dan waktu penekanan hanya memberi pengaruh terhadap sifat mekanik flexural strength dan flexural modulus spesimen. Dari segi nilai properties yang dihasilkan spesimen no.4 yang memiliki nilai properties terbaik. Dan dari data output analisis shrinkage dengan menggunakan RSM didapat kesimpulan bahwa bahwa kedua parameter proses tersebut mempunyai pengaruh yang signifikan terhadap terjadinya shrinkage. Dari hasil optimasi menggunakan fitur response surface optimizer didapat hasil setting parameter optimal adalah waktu penekanan: 1,6898 (s), tekanan: 78,2290 (bar).

Kata kunci: injection molding, shrinkage, pressure, injection time, response surface methodology

(4)

i

KATA PENGANTAR

Bismillahirrahmannirrahim

Segala puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat, karunia serta nikmat-Nya sehingga Tugas Akhir ini dapat diselesaikan dengan baik yang berjudul “Analisa Pengaruh Parameter Tekanan dan Waktu Penekanan Terhadap Sifat Mekanik dan Cacat Dari Produk Injection Molding Berbahan Polyethilene (PE)”.

Penulisan tugas akhir ini, merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu Teknik Mesin Universitas Sultan Ageng Tirtayasa.

Tersusunnya tugas akhir ini tidak lepas dari bantuan berbagai pihak, baik langsung maupun tidak langsung, untuk itu ucapan terima kasih kepada :

1. Bapak Sunardi, ST., M.Eng selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Universitas Sultan Ageng Tirtayasa.

2. Bapak Slamet Wiyono, ST., MT selaku dosen pembimbing I yang senantiasa memberikan koreksi dan bimbingannya.

3. Bapak Erwin, ST., MT. selaku koordinator tugas akhir dan sekaligus sebagai Pembimbing II. Terimakasih atas segala bimbingan dan masukannya.

4. Bapak dan Ibu Dosen Pengajar Teknik Mesin Universitas Sultan ageng Tirtayasa yang telah memberikan ilmu perkuliahan kepada penulis semasa kuliah.

5. Orang tua, serta keluarga yang telah memberikan dukungan baik moral maupun materil yang tidak akan pernah tergantikan.

6. Bapak Sinema Madrofa selaku pembimbing lapangan P.T Indragraha Nusa Plasindo.

(5)

ii

7. Mas Budi, selaku pembimbing pengujian dari Laboratorium Uji Polimer yang telah membantu dalam pengujian.

8. Tak lupa rekan-rekan seperjuangan Teknik Mesin angkatan 2007 yang telah

memberikan dukungan serta bantuan dikala susah dan senang.

9. Dan terakhir kepada seluruh pihak yang telah membantu dalam pembuatan Tugas Akhir ini.

Penulis menyadari bahwa Laporan Tugas Akhir ini masih sangat jauh dari sempurna, maka dari itu penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun, agar penulis dapat mengetahui dimana saja kekurangan laporan ini. Semoga Laporan Tugas Akhir ini dapat berguna serta bermanfaat khususnya bagi penulis, dan bagi para pembaca pada umumnya.

Cilegon, April 2012

(6)

iii

DAFTAR ISI

LEMBAR PENGESAHAN ABSTRAK

KATA PENGANTAR ... i

DAFTAR ISI ... iii

DAFTAR GAMBAR ... vi

DAFTAR TABEL ... ix

DAFTAR SINGKATAN DAN LAMBANG... xi

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah ... 1

1.2 Rumusan Masalah ... 2

1.3 Batasan Masalah... 2

1.4 Maksud dan Tujuan Penelitian ... 3

1.5 Sistematika Penelitian ... 3

BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Pengertian Umum Tentang Polimer……….... 5

2.2 Polimer Termoplastik, Termoset dan Elastomer ... 6

2.2.1 Polimer Termoplastik ... 7

2.2.2 Polimer Termoset ... 7

2.2.3 Polimer Elastomer ... 8

2.3 Polietilen ... 8

2.4 Sifat Mekanik Polimer ... 10

2.5 Proses Pembentukan Polimer ... 12

2.5.1 Injection Molding………. 12

2.5.2 Blow Molding………... 14

2.5.3 Extrusion Molding……… 16

2.5.4 Blown Film Molding………... 17

2.5.5 Sheet Forming………... 19

2.5.6 Thermoforming……… 19

(7)

iv

2.5.8 Rotational Molding………... 21

2.5.9 Transfer Molding……….. 23

2.6 Konstruksi Mesin Injection Molding ……….... 24

2.6.1 Injection Unit………. 24

2.6.2 Clamping Unit ... 26

2.6.3 Mold Unit ... 27

2.7 Cacat Produk Injection Molding ... 28

2.7.1 Cacat Penyusutan (Shrinkage) ... 30

2.8 Design of Experiment (DOE) ... 31

2.8.1 Metode Response Surface ... 32

2.8.2 Analysis of Variance (ANOVA)... 36

BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Diagram Alir Penelitian ... 37

3.2 Tahap Persiapan... 38

3.3 Design of Experiment... 38

3.3.1 Penentuan Nilai Parameter Proses... 38

3.3.2 Penentuan Desain Faktorial... 38

3.4 Prosedural Preparasi Spesimen... 39

3.5 Tahap Pelaksanaan Pengujian dan Pengambilan Data di Lapangan... 42

3.5.1 Bahan Baku Spesimen Yang Digunakan... 42

3.6 Pelaksanaa Pengujian... 43

3.6.1 Uji Tarik... 43

3.6.2 Uji Tekan... 45

3.6.3 Uji Lentur... 46

BAB IV HASIL DAN ANALISA PENELITIAN 4.1 Hasil Penelitian Dan Pengujian Sifat Mekanik ... 49

4.2 Hasil Pengujian Tarik ... 51

4.3 Hasil Pengujian Tekan ... 53

4.4 Hasil Pengujian Lentur ... 57

(8)

v

4.5.1 Uji Tarik Dengan ASTM D638... 59

4.5.2 Uji Tekan Dengan ASTM D695 ... 65

4.5.3 Uji Lentur Dengan ASTM D6272 ... 93

4.6 Analisa Shringkage……….. 100

4.7 Optimasi Setting Parameter... 101

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ... 103

5.2 Saran... ... 104 DAFTAR PUSTAKA

(9)

vi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Klasifikasi Material Polimer ... 6

Gambar 2.2 Bijih Plastik Polietilen ... 9

Gambar 2.3 Grafik Tegangan-Regangan Polimer... 11

Gambar 2.4 Bagian Utama Mesin Injection Molding ... 13

Gambar 2.5 Skematik Proses Injection Molding ... 14

Gambar 2.6 Skematik dari Proses Extruksion Blow Molding ... 15

Gambar 2.7 Skematik dari Proses Injection Blow Molding ... ……. 15

Gambar 2.8 Skematik dari Proses Stretch Blow Molding ... 16

Gambar 2.9 Mesin Extrussion Molding Beserta Bagian-bagiannya ... 17

Gambar 2.10 Skematik Proses Blown Film Molding ... 18

Gambar 2.11 Skematis Proses Sheet Forming ... 19

Gambar 2.12 Skematis Proses Thermoforming ... 20

Gambar 2.13 Produk Hasil Thermoforming ... 20

Gambar 2.14 Skematis Proses Vacum Forming ... 21

Gambar 2.15 Skematis Proses Rational Molding ... 23

Gambar 2.16 Produk Hasil Proses Rotational Molding ... 23

Gambar 2.17 Skematis Proses Transfer Molding ... 24

Gambar 2.18 Bagian-bagian Mesin Injection Molding ... 25

Gambar 2.19 Bagian-bagian Injection Unit ... 25

Gambar 2.20 Skematis dan Bagian-bagian dari Clamping Unit ... 26

Gambar 2.21 Bagian Utama dari Mold Unit ... 27

Gambar 2.22 Faktor yang Mempengaruhi Cacat Penyusunan ... 31

Gambar 2.23 Ilustrasi Perkiraan Daerah Response Orde Pertama... 34

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian ... 37

Gambar 3.2 Tampilan Monitor Saat Penyetelan Variasi Tekanan... 41

Gambar 3.3 Tabung Hopper... 41

Gambar 3.4 Spesimen yang Digunakan ... 43 Gambar 3.5 Bentuk Spesimen Pengujian Menurut ASTM D638 Type IV . 44

(10)

vii

Gambar 3.6 Universal Testing Machine. ... 45

Gambar 3.7 Dial Indikator Digital ... 45

Gambar 3.8 Sistematika Pengujian Tekan Berdasarkan ASTM D695 ... 46

Gambar 3.9 Metode Uji Lentur Satu Titik ... 47

Gambar 3.10 Metode Uji Lentur Beban Dua Titik ... 47

Gambar 3.11 Metode Uji Lentur Momen Murni ... 47

Gambar 3.13 Skematik Uji Lentur berdasarkan ASTM D6272... 48

Gambar 4.1 (a) Spesimen No. 1 dan (b) Spesimen No. 5 ... 50

Gambar 4.2 Model Perpatahan yang Terjadi pada Spesimen ... 53

Gambar 4.3 Kondisi Aktual Spesimen Setelah Pengujian ... 56

Gambar 4.4 Contour Plot untuk Tensile Strength vs Parameter ... 60

Gambar 4.5 Surfacr Plot untuk Tensile Strength vs Parameter ... 61

Gambar 4.6 Residual Plots untuk Tensile Strength ... 61

Gambar 4.7 Contour Plot untuk Tensile Elongation vs Parameter ... 63

Gambar 4.8 Surface Plot untuk Tensile Elongation vs Parameter ... 64

Gambar 4.9 Residual Plots untuk Elongation ... 64

Gambar 4.10 Contour Plot untuk Tensile Strength 5kg vs Parameter ... 66

Gambar 4.11 Surface Plot untuk Tensile Strength 5kg vs Parameter ... 67

Gambar 4.12 Residual plots untuk tensile strength 5kg... 67

Gambar 4.13 Contour Plot untuk Modulus Young 5kg vs Parameter ... 70

Gambar 4.14 Surface Plot untuk Modulus Young 5kg vs Parameter ... 70

Gambar 4.15 Residual Plots Untuk Modulus Young 5kg ... 71

Gambar 4.16 Contour Plot untuk Deflection 5kg vs Parameter ... 73

Gambar 4.17 Surface Plot untuk Deflection 5kg vs Parameter ... 73

Gambar 4.18 Residual Plots untuk Deflection 5kg ... 74

Gambar 4.21 Residual Plots untuk Tensile Strength 10kg ... 77

(11)

viii

Gambar 4.30 Residual Plots untuk Tensile Stength 15kg ... 87

Gambar 4.33 Residual Plots untuk Modulus Young 15kg ... 90

Gambar 4.37 Contour Plot untuk Flexural Strength vs Parameter ... 95

Gambar 4.38 Surface Plot untuk Flexural Strength vs Parameter ... 96

Gambar 4.39 Residual Plots untuk Flexural Strength ... 96

Gambar 4.40 Contour Plot untuk Flexural Modulus vs Parameter ... 98

Gambar 4.41 Surface Plot untuk Flexural Modulus vs Parameter ... 99

Gambar 4.42 Residual Plots untuk Flexural Modulus ... 99

(12)

ix

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Kekuatan Tarik, Tekan, Lentur Bahan Polimer Polietilen ... 12

Tabel 3.1 Desain Faktorial ... 39

Tabel 3.2 Kecepatan Penekanan dan Waktu Penginjeksian yang divariasikan ... 40

Tabel 3.3 Sifat Mekanik Dasar Polietilen Jenis HDPE ... 43

Tabel 3.4 Dimensi Spesimen Pengujian Menurut ASTM D638 type IV . 44 Tabel 4.1 Variabel Spesimen yang Mengalami Kegagalan ... 49

Tabel 4.2 Nilai Tensile Properties dan Hasil Pengujian Tarik ... 52

Tabel 4.3 Hasil Pengujian Tekan dengan Beban 5kg... 54

Tabel 4.6 Hasil Pengujian Lentur ... 58

Tabel 4.7 ANOVA untuk Tensile Strength ... 59

Tabel 4.8 Koefisien Regresi untuk Tensile Strength... 59

Tabel 4.9 ANOVA untuk Elongation ... 62

Tabel 4.10 Koefisien Regresi untuk Elongation ... 62

Tabel 4.11 ANOVA untuk Tensile Strength 5kg ... 65

Tabel 4.12 Koefisien Regresi untuk Tensile Strength 5kg... 66

Tabel 4.13 ANOVA untuk Modulus Young 5kg ... 65

Tabel 4.14 Koefisien Regresi untuk Modulus Young 5kg ... 69

Tabel 4.15 ANOVA untuk Deflection 5kg ... 71

Tabel 4.16 Koefisien Regresi untuk Deflection 5kg ... 72

(13)

x

Tabel 4.28 Koefisien Regresi untuk Deflection 15kg ... 91

Tabel 4.29 ANOVA untuk Flexural Strength ... 94

Tabel 4.30 Koefisien Regresi untuk Flexural Strength ... 94

Tabel 4.31 ANOVA untuk Flexural Modulus ... 97

Tabel 4.32 Koefisien Regresi untuk Flexural Modulus ... 97

Tabel 4.33 Parameter yang Mengalami Shrinkage ... 100

Tabel 4.34 ANOVA untuk Shrinkage ... 100

Tabel 4.35 Koefisien Regresi untuk Shrinkage ... 101

(14)

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi yang sangat cepat sekarang ini memberi dampak yang baik serta manfaat yang besar bagi manusia dalam berbagai bidang kehidupan. Hal ini dapat dilihat dengan semakin banyaknya peralatan yang telah diciptakan oleh manusia dengan berbagai model bentuk serta kemampuan pakai yang relatif unggul dibandingkan dengan peralatan-peralatan konvensional. Keunggulan tersebut tidak lepas dari hasil penelitian dan percobaan yang dilakukan oleh para ahli sains, yang selalu mencari terobosan untuk menciptakan sesuatu yang baru dan bermanfaat bagi kehidupan manusia. sehingga memudahkan manusia dalam memenuhi berbagai kebutuhan hidup. Diantara banyaknya peralatan dan produk yang cukup banyak diminati masyarakat adalah plastik.

Hal ini selain disebabkan faktor kebutuhan yang makin menuntut efisiensi dimana-mana, juga adanya kemajuan teknologi, baik kemajuan teknologi dalam bidang rekayasa material maupun teknologi manufaktur dari material itu sendiri. Dalam konteks ini, kekurangan sifat plastik yang ada sekarang sudah dapat dieliminir sehingga secara perlahan-lahan plastik mulai menggantikan peranan besi atau baja yang selama ini mendominasi proporsi dalam suatu mesin/peralatan. Sifat plastik yang paling menonjol saat ini adalah sifat mampu bentuknya (formability) yang lebih baik dibanding baja. Selain itu daya redam plastik juga lebih baik selain beratnya yang lebih ringan.

Injection molding adalah salah satu operasi yang paling umum dan serba

guna untuk produksi massal pada komponen plastik yang komplek dengan toleransi dimensional yang sempurna. Hal ini dikarenakan pada proses ini hanya memerlukan operasi minimal tanpa finishing. Injection molding merupakan suatu daur proses pembentukan plastik kedalam bentuk yang diinginkan dengan cara

(15)

2

menekan plastik cair kedalam sebuah ruang (cavity). Proses injection molding secara luas digunakan pada industri untuk memproduksi produk geometris rumit yang dibentuk dengan produktivitas dan ketelitian tinggi tetapi dengan biaya yang relatif rendah. Salah satu pengaplikasian dari hasil injection molding adalah untuk produk eksterior. Karena itu tampilan permukaan eksterior merupakan hal yang paling utama. Bagian eksterior yang cacat atau rusak adalah tantangan utama dalam injection molding (Moerbani, 1999).

Pada proses injection molding, dengan pengaturan parameter penekanan yang tepat dapat meningkatkan kualitas produk dan menghemat biaya produksi. Hal ini dikarenakan parameter proses tekanan dan waktu penekanan yang pada umumnya dilakukan oleh sistem hidrolik merupakan salah satu parameter penting yang harus diperhatikan untuk keberhasilan proses produksi melalui injection

molding (Manas Chanda and Shalil Roy, 2006).

1.2 Rumusan Masalah

Dari latar belakang tersebut diatas, maka dapat penulis rumuskan permasalahannya adalah membuktikan dan mengidentifikasi bahwa kualitas produk akhir dan sifat mekanik dari produk injection molding berbahan polietilen sangat terpengaruh oleh setting tekanan dan waktu penekanannya.

1.3 Batasan Masalah

Agar pembahasan masalah tidak terlalu luas maka batasan masalah yang diambil adalah:

1. Waktu penekanan yang digunakan adalah 1,25s – 1,75s sedangkan untuk tekanan adalah 60bar – 80bar.

2. Bahan polimer pengisi adalah polietilen (PE). 3. Pengujian yang dilakukan ialah :

- Uji tarik (tensile test) - Uji tekan (compressive test)

(16)

3

- Uji lentur (bending/flexural test)

4. Mold yang digunakan adalah jenis single mold dan Mold temperature yang digunakan adalah 115°C dan temperatur di dalam barrel yang digunakan adalah 150°C.

5. Mesin injection molding yang digunakan adalah Hwa Chin tipe HC-450 SE.

1.4 Maksud dan Tujuan Penelitian

Maksud dan tujuan penelitian ini adalah:

1. Mengidentifikasi pengaruh tekanan dan waktu penekanan terhadap sifat mekanik dari setiap spesimen.

2. Menyelidiki dan meneliti kemungkinan cacat yang terjadi akibat variasi tekanan dan waktu penekanan terhadap spesimen.

3. Meneliti apakah setting variabel yang biasa dipakai adalah setting variabel terbaik.

4. Meneliti bagaimana model hubungan parameter injection molding terhadap variable respon dengan menggunakan response surface

methodology.

1.5 Sistematika Penulisan

Agar lebih mudah untuk dipahami dan ditelusuri maka sistematika penulisan laporan tugas akhir ini disusun dalam lima bab, yaitu:

BAB I: PENDAHULUAN

Dalam bab ini diuraikan latar belakang masalah, rumusan masalah, batasan masalah, maksud dan tujuan penelitian dan sistematika penulisan.

BAB II: TINJAUAN PUSTAKA

Pada bab ini diuraikan tentang teori dasar dan ulasan yang mendukung penelitian

(17)

4

Bab ini berisikan tentang rancangan dan prosedur penelitian yang dilakukan.

BAB IV: HASIL DAN PEMBAHASAN

Bab ini berisikan tentang penganalisaan variabel-variabel yang diperoleh untuk mendapatkan kesimpulan yang tepat terhadap penelitian.

BAB V: KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini berisikan kesimpulan menyeluruh dari hasil pengolahan data dan beberapa saran untuk kesempurnaan hasil penelitian.

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

(18)

5

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Pengertian Umum Tentang Polimer

Polimer adalah material yang terdiri dari atas banyak molekul kecil (yang disebut mer), yang dapat disambung satu sama lainnya untuk membentuk rantai yang panjang. Dengan demikian, polimer sering disebut sebagai molekul makro. Dan umumnya polimer terdiri atas puluhan monomer. Monomer-monomer bereaksi dengan menghasilkan polimerisasi drimer (dua bagian) kemudian menjadi trimer, tetramer dan akhirnya setelah sederetan tahap reaksi akan menghasilkan molekul polimer.

Peradaban manusia telah memanfaatkan berbagai jenis polimer selama berabad-abad, dalam bentuk minyak, resin dan karet. Akan tetapi, industri modern polimer baru dimulai setelah revolusi industri. Pada akhir periode 1830-an, Charles Goodyear berhasil memproduksi salah satu bentuk karet melalui proses vukanisasi. Kurang lebih 40 tahun kemudian, selulosa (plastik keras terbuat dari nitroselulosa) berhasil diciptakan dan diproduksi secara komersial. Namun demikian, perkembangan polimer melambat hingga periode 1930-an, ketika material vinil, neopren, polistiren dan nilon mulai dikembangkan. Sejak itu, perkembangan penelitian di bidang polimer terus melaju dan berkembang hingga saat ini. Beragam material polimer sekarang ini banyak tersedia di pasaran dan siap menggantikan peranan logam, kayu, kulit dan bahan alami lainnya dengan harga yang jauh lebih murah dan memiliki sifat mekanis yang beragam. Polimer dapat diklasifikasikan berdasarkan aplikasinya, seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut:

(19)

6

Material Polimer

Plastik Elastomer Adesif Pelapis Serat Polimer Alam Sistem Bio

Termoplastik Termoset

Ethenis Fenolik

Poliamida Poliester Tak Jenuh

Poliester Uretan Selulosa Silikon Asetal Urea Polikarbonat Melamin Polimida Epoksida Poliester

Gambar 2.1 Klasifikasi material polimer

2.2 Polimer Termoplastik, Termoset dan Elastomer

Salah satu klasifikasi polimer berdasarkan kriteria material rekayasa adalah polimer termoplastik, termoset dan elastomer. Termoplastik dan termoset biasa dipakai dalam kehidupan sehari-hari yang dikenal sebagai plastik, sedangkan elastomer lebih dikenal sebagai karet.

(20)

7

2.2.1 Polimer Termoplastik

Termoplastik merupakan material yang melunak jika dipanaskan (dan akhirnya akan mencair) dan mengeras jika didinginkan, dan reaksinya pun dapat berbalik. Pada suhu beberapa ratus derajat, termoplastik dapat berubah menjadi cairan kental. Oleh karena itu, termoplastik mudah dan ekonomis untuk difabrikasi menjadi berbagai bentuk. Contoh termoplastik diantaranya adalah polietilen (PE), polivinil Klorida (PVC), poliprpilen (PP), polistiren (PS), dan nilon.

Terdapat dua jenis termoplastik. Jenis termoplastik yang pertama adalah termoplastik yang berstruktur gelas (amorf). Jenis termoplastik ini sangat berguna pada lingkungan yang bersuhu dibawah suhu transisi gelasnya. Suhu transisi gelas (Tᵍ) merupakan respon rantai polimer terhadap panas sebagai salah satu bentuk energi kinetik. Pada suhu dibawah Tᵍ polimer bersifat getas, sedangkan diatas Tᵍ polimer bersifat ulet bahkan menyerupai karet. Termoplastik yang berstruktur gelas dapat direkayasa menjadi produk yang memiliki tingkat kejernihan tertentu. Termoplastik yang berstruktur gelas ketahanan kimianya kurang dan dapat mengalami retak tegang.

Jenis yang kedua ialah termoplastik berstruktur semi kristalin. Terminologi semi-kristalin digunakan karena rantai-rantai polimer termoplastik dapat tersusun teratur dalam tingkatan tertentu, dimana menyerupai struktur kristal pada logam. Polimer jenis ini lebih tahan terhadap senyawa-senyawa kimia. Apabila tingkat kristalinitasnya lebih besar dari panjang gelombang cahaya, maka polimer tersebut memiliki kekeruhan yang tinggi atau tidak tembus cahaya.

2.2.2 Polimer Termoset

Faktor yang membedakan termoset dan termoplastik adalah termoset akan menjadi keras secara permanen jika dibakar dan tidak akan melunak jika dipanaskan. Jika dipanaskan secara berulang, termoset tidak mampu melunak kembali, melainkan akan terdegradasi menjadi arang. Pada saat pemrosesan awal,

(21)

8

ikatan crosslink (rantai) terbentuk diantara rantai molekul yang berdekatan sehingga pada suhu tinggi tidak terjadi gerakan, rotasi ataupun vibrasi. Termoset lebih keras dan lebih kuat daripada termoplastik dan memiliki stabilitas dimensi yang lebih baik. Aplikasi termoset biasanya pada komponen-komponen yang digunakan pada suhu tinggi. Contoh dari termoset adalah epoksi, fenolik dan beberapa resin poliester.

2.2.3 Polimer Elastomer

Elastomer merupakan material yang mampu memanjang secara elastis ketika dkenakan tegangan mekanis yang relatif rendah. Dalam kehidupan sehari-hari, elastomer lebih umum dikenal sebagai karet (rubber). Beberapa elastomer dapat diregangkan hingga 10 kali lipat dan masih mampu kembali sempurna ke ukuran asal. Walaupun sifatnya cukup berbeda dengan termoset, elastomer memiliki struktur yang lebih mirip dengan termoset daripada termoplastik. Contoh dari elastomer adalah karet alam dan karet sintesis, seperti stiren-butadien (SBR).

Nitrile butadiene rubber (NBR), dan silicone rubber.

2.3 Polietilen

Polimerisasi etilen yang memberikan hasil polimer bermassa molekul besar, pertama kali dilakukan oleh Fawlet dan Gibson dari ICI Ltd. di Inggris pada tahun 1933 dengan menggunakan teknik tekanan tinggi. Penelitian ini kemudian dilanjutkan oleh Zeigler dan Natta tahun 1953, yang menemukan kemungkinan proses bertekanan rendah.

Produk Polietilen sendiri yang sering disebut polietena atau politena, berdasarkan density dan berat molekul penyusunnya dikelompokkan menjadi 3 yaitu:

1. Low Density Polyethylene (LDPE) Density : 0.912 – 0.925 gr/cm³ BM : 10.000 - 15. 000 gr/mol

(22)

9

2. Medium Density Polyethylene (MDPE) Density : 0.925 – 0.94 gr/ cm³ BM : 15.000 – 35.000 gr/mol

3. High Density Polyethylene (HDPE) Density : 0.94 – 0.965 gr/ cm³ BM : 35.000 – 100.000 gr/mol

Polietilen merupakan film yang lunak, transparan dan fleksibel, mempunyai kekuatan benturan serta kekuatan sobek yang baik serta memiliki kelebihan diantaranya adalah praktis, ringan, harganya murah dan dapat diwarnai sehingga tampak menarik. Dengan pemanasan akan menjadi lunak dan mencair pada suhu 110°C. Berdasarkan sifat permeabilitasnya yang rendah serta sifat-sifat mekaniknya yang baik, polietilen mempunyai ketebalan 0.001 sampai 0.01inchi, yang banyak digunakan sebagai pengemas makanan, karena sifatnya yang thermoplastik, polietilen mudah dibuat kantung dengan derajat kerapatan yang baik (Sacharow, 1970).

(23)

10 2.4 Sifat Mekanik Polimer

Sifat mekanik bahan polimer mencerminkan hubungan antara beban atau gaya yang diberikan terhadap respons atau deformasinya. Berikut adalah bentuk beban.

1. Statik, adalah beban yang berubah secara lambat terhadap waktu dan diberikan secara seragam di seluruh penampang. Pembebanan statik dapat ditemukan pada pengujian tarik, tekan, geser, tekuk.

2. Impak, adalah beban yang diberikan secara cepat dan mendadak untuk dikenakan pada penampang.

3. Dinamik, adalah beban yang berfluktuasi pada suatu periode waktu. Polimer apabila diregangkan secara cepat ia akan patah dengan permukaan patah yang rata seperti halnya patahan getas. Kelakuan ini sangat tergantung pada laju deformasi. Dan apabila polimer didinginkan akan menjadi kaku dan sukar untuk diregangkan, dalam hal ini waktu deformasi dan temperatur memberikan pengaruh banyak terhadap sifat-sifat mekanik polimer.

Kekuatan bahan polimer diantaranya adalah kekuatan tarik, tekan, dan lentur. Kekuatan tarik adalah suatu sifat dasar dari polimer. Beban tekan bekerja terhadap kebalikan beban tarik. Karena bahan polimer mempunyai cacat yang kecil atau mengandung zat pengisi tertentu, maka bahan polimer dapat memiliki deformasi yang besar, umumnya kekuatan tekan lebih besar dari kekuatan tarik dan modulus elastik untuk kekuatan tekan juga lebih besar daripada kekuatan tarik (Yunauwar, 2008). Berikut adalah sifat mekanik yang umum ditemui pada polimer.

1. Kekuatan : tarik, tekan, geser, fleksural (lentur) dan tekuk 2. Impak

3. Fatik/kelelahan 4. Kekerasan

Sifat mekanik polimer dinyatakan dalam parameter yang sama dengan logam, seperti modulus elastisitas, kekuatan tarik dan kekuatan luluh. Tiga jenis

(24)

11

grafik tegangan-regangan ditampilkan pada gambar 2.3 grafik A mengilustrasikan polimer rapuh, dimana polimer ini akan patah ketika berdeformasi elastis. Grafik B mengilustrasikan polimer plastis, dimana deformasi awal adalah elastis yang kemudian diikuti peluluhan daerah plastis. Sementara grafik C mengilustrasikan perilaku elastis total, dimana regangan elastis yang besar dapat dihasilkan dengan pemberian tegangan yang rendah, karakteristik ini hanya dimiliki oleh material elastomer.

Gambar 2.3 Grafik tegangan-regangan polimer

Modulus elastisitas dan keuletan untuk polimer ditentukan dengan cara yang sama dengan cara menentukan modulus elastisitas dan keuletan untuk logam. Untuk polimer plastis, grafik B titik luluh diambil pada titik maksimum, titik ini disebut dengan tegangan luluh. Tegangan maksimum diambil pada saat spesimen patah. Tegangan maksimum bisa lebih rendah atau lebih tinggi dari tegangan luluh. Sifat mekanik dari polietilen dapat dilihat pada tabel 2.1.

(25)

12

Tabel 2.1 kekuatan tarik, tekan, lentur bahan polimer polietilen

Polietilen Kekuatan Per- Modulus Kekuatan Kekuatan Tarik panjangan elastik tekan lentur

(MPa) (%) (Gpa) (MPa) (MPa)

HDPE 21-38 15-100 0,4-1,0 22 7 LDPE 7-14 90-650 1,4-2,4 - -

2.5 Proses Pembentukan Polimer

Ada beberapa teknik pembentukan polimer. Banyak kesamaan antara proses pembentukan logam dengan proses pembentukan polimer. Penentuan teknik pembentukan polimer bergantung pada beberapa faktor, diantaranya:

1. Apakah polimernya termoplastik atau termoset

2. Jika termoplastik, pada suhu berapakah material ini melunak 3. Kestabilan material ketika dibentuk, serta

4. Bentuk dan ukuran produk akhir

Fabrikasi material polimer umumnya dilakukan pada suhu tinggi dan dengan aplikasi tekanan. Tekanan harus diberikan ketika produk didingan agar bentuknya dapat dipertahankan. Untuk fabrikasi dengan bahan termoplastik salah satu faktor ekonomis adalah kemampuannya untuk didaur ulang. Fabrikasi dengan bahan termoset biasanya dapat dikeluarkan dari cetakan saat masih panas karena dimensinya sudah stabil. Polimer termoset tidak dapat didaur ulang, tidak dapat mencair, selain lebih tahan secara kimiawi dan terhadap suhu yang tinggi.

2.5.1 Injection molding

Injection molding pada polimer identik dengan pengecoran bertekanan

pada logam dan merupakan salah satu teknik pembentukan polimer yang paling banyak digunakan. Untuk termoplastik, waktu satu siklus proses injection molding singkat (sekitar 10-30 detik) karena produk langsung membeku setelah diinjeksikan ke dalam cetakan. Sementara, untuk termoset waktu yang dibutuhkan

(26)

13

agak lama karena pemanasan terjadi selama material berada dalam tekanan didalam cetakan yang bersuhu tinggi.

Parameter yang harus diperhatikan dalam proses injection molding adalah tekanan dan suhu apabila tekanan dan suhu terlalu tinggi, maka cacat flashes akan terjadi pada produk injection molding, yaitu sirip yang melebar keluar pada garis pemisah dua cetakan. Namun demikian, apabila tekanan dan suu rendah, maka cacat shortshot akan terjadi pada produk injection molding, yaitu rongga cetak tidak terisi sepenuhnya sehingga terdapat kekurangan pada bentuk produk.

Produk-produk yang dihasilkan melalui proses injection molding meliputi produk yang berukuran besar hingga berukuran cukup kecil demikian juga produk yang sederhana hingga sangat rumit. Contoh produk yang dihasilkan melalui proses injection molding diantaranya printer, keyboard, casing handphone,

packaging makanan dan minuman, pesawat telepon, dashboard mobil, body

motor, helm, peralatan rumah tangga dan lain-lain.

(27)

14

Gambar 2.5 Skematik proses injection molding

2.5.2 Blow Molding

Blow molding banyak dipakai untuk memproduksi botol plastik.

Mula-mula bakalan (preform) dibuat dahulu dengan proses injection molding kemudian bakalan kemudian ditekan ke dalam mesin blow molding menggunakan batangan logam dan dipanaskan diatas suhu transisi gelasnya. Kemudian udara bertekanan tinggi (5-25bar) ditiupkan melalui batangan logam sehingga bakalan berubah bentuk menyentuh dasar cetakan. Tekanan udara kemudian dinaikan hingga 40 bar, sehingga bakalan menggelembung mengikuti bentuk cetakan.

Secara umum blow molding digolongkan menjadi tiga jenis, yaitu

extrusion blow molding, injection blow molding dan stretch blow molding. Pada

proses extrusion blow molding tabung berongga terlebih dahulu dibuat dengan mesin extruder kemudian peniupan dilakukan terhadap bakalan yang sebelumnya sudah di tempatkan di tengah cetakan. Injection blow molding menggunakan

(28)

15

proses injection molding untuk menghasilkan bakalan berupa tabung yang kemudian dipndahkan ke mesin blow molding melalui core rod. Proses ini lebih cocok digunakan untuk menghasilkan produk blow molding dalam jumlah yang banyak. Stretch blow molding melibatkan penekanan dua arah (biaksial) untuk menghasilkan produk dengan kualitas yang tinggi. Bakalan yang digunakan pada proses ini merupakan hasil proses injection molding dan memiliki bagian yang sudah jadi. Sebagai contoh dalam pembuatan botol minuman, bakalannya sudah memiliki leher dan ulir yang sama seperti produk jadinya.

Gambar 2.6 Skematik dari proses extruksion blow molding

(29)

16

Gambar 2.8 Skematik dari proses stretch blow molding

2.5.3 Extrusion Molding

Extrusion molding adalah proses pembentukan polimer untuk menghasilkan produk seperti, pipa, selang, sedotan, dan produk batangan lainnya yang memiliki bentuk penampang khusus. Mesin yang digunakan dalam proses ini sangat menyerupai mesin pada injection molding. Pada proses extrusion

molding terdapat sebuah motor yang berfungsi untuk memutar ulir pendorong

sehingga mendorong polimer granular melewati pemanas. Polimer granular kemudian meleleh, serta ditekan dan di dorong melewati cetakan yang memiliki profil atau bentuk tertentu. Proses ekstrusi tersebut dapat dianalogikan seperti menekan dan mengeluarkan pasta gigi dari tempatnya.

Polimer yang panjang dan memiliki penampang khusus tersebut kemudian didinginkan kemudian dipotong menjadi sebuah produk. Hasil ekstrusi tidak selalu dipotong, melainkan dapat digulung menjadi gulungan yang besar. Hal yang perlu diperhatikan dalam proses ini adalah bentuk dari cetakan yang menentukan bentuk akhir produk. Mesin untuk proses extrusion molding dapat dilihat pada gambar 2.9.

(30)

17

Gambar 2.9 Mesin extrussion molding beserta bagian-bagiannya

2.5.4 Blown Film Molding

Blown film molding adalah sebuah proses pembentukan produk polimer

dengan cara menekan lelehan plastik melalui sebuah cetakan berbentuk cincin sehingga membentuk tabung plastik. Tabung tersebut kemudian secara bertahap ditiupkan udara hingga membesar dan membentuk sebuah gelembung plastik besar. Selanjutnya, gelembung didinginkan hingga menjadi gelembung plastik yang padat. Sebuah rol di sisi mesin akan memipihkan gelembung tersebut menjadi suatu lembaran plastik dengan dua sisi. Kemudian, plastik digulung menjadi gulungan yang besar dan proses masih terus berlanjut. Terkadang, proses

(31)

18

tersebut dilanjutkan dengan proses pemotongan, pencetakan label (merek), dan penyegelan.

Penipisan pada polimer terjadi pada arah radial dan longitudinal. Hal yang harus diperhatikan dalam proses ini adalah volume udara yang diberikan dan banyaknya plastik cair yang dipasok. Semakin besar jumlah udara yang diinjeksikan, semakin tipis produk yang diperoleh. Sebaliknya, semakin banyak polimer yang dipasok, semakin tebal produk yang diperoleh. Akan tetapi, parameter tersebut biasanya dijaga tetap konstan dalam suatu siklus produksi, sesuai karakteristik produk yang diinginkan.

Material yang biasanya sering digunakan dalam proses blown film molding adalah material kelompok polietilen, seperti HDPE, LDPE, dan LLDPE. Namun demikian, polimer lain seperti PP (polipropilen) juga dapat digunakan sebagai campuran polietilen. Aplikasi polimer yang diproduksi dengan proses ini biasanya berupa kantung dan media pembungkus lainnya.

(32)

19

2.5.5 Sheet Forming

Sheet forming merupakan proses pengolahan polimer menjadi bentuk

lembaran dan biasanya digunakan untuk menghasilkan produk setengah jadi, kecuali untuk beberapa jenis pembungkus makanan. Pada proses ini, bahan baku polimer dilewatkan melalui beberapa rol hingga terbentuk produk lembaran yang memiliki ketebalan tertentu. Ketebalan yang yang diinginkan dapat diatur dengan mengatur susunan rol pada tingkat tertentu. Hasil dari proses sheet forming ini adalah bahan baku material untuk diproses lebih lanjut pada proses thermoforming. Proses sheet forming juga sering disebut disebut dengan

calendering. Ilustrasi skematis dari proses sheet forming dapat dilihat pada

gambar 2.11

Gambar 2.11 Skematis proses sheet forming

2.5.6 Thermoforming

Thermoforming merupakan proses yang sangat umum digunakan untuk

menghasilkan produk plastik berbentuk cekung seperti wadah. Contoh produk yang diproses secara thermoforming adalah gelas plastik air mineral dan nampan. Material yang digunakan untuk proses ini haruslah termoplastik yang sudah dibentuk menjadi lembaran melalui proses sheet forming. Lembaran plastik pada awalnya dipanaskan secara kontinyu melalui sebuah pemanas, kemudian dimasukkan ke bagian pencetakan dan dipotong menjadi produk yang diinginkan. Ilustrasi skematis proses tersebut diperlihatkan pada gambar 2.12

(33)

20

Pada umumnya, pabrik-pabrik yang memproduksi produknya melalui proses thermoforming memanfaatkan sisa plastik yang tidak terpakai pada proses sebelumnya untuk dijadikan bahan baku. Sisa plastik dibentuk kembali menjadi lembaran melalui proses sheet forming. Ketebalan produk pada proses

thermoforming bergantung pada ketebalan material awal hasil proses sheet forming, biasanya berkisar antara 1,5mm hingga 3mm. Contoh produk hasil thermoforming dapat dilihat pada gambar 2.13.

Gambar 2.12 Skematis proses thermoforming

(34)

21

2.5.7 Vacuum Forming

Vacuum Forming adalah suatu teknik yang digunakan untuk membentuk

berbagai plastik. Pada umumnya vacuum forming digunakan untuk membentuk plastik tipis seperti polietilen dan poliester, serta digunakan apabila suatu bentuk tidak biasa seperti piring atau suatu bentuk-bentuk yang menyerupai kotak. Material plastik dimasukkan dalam ruang cetakan di atas cetakan bendanya. Kemudian ruangan cetakan dipanaskan sehingga material plastik menjadi lunak. Pada saat material plastik melunak, cetakan bergerak ke atas sehingga material plastik mengenai cetakan. Kemudian bagian bawah cetakan dihisap dengan udara sehingga material plastik akan membentuk benda sesuai dengan cetakan, bisa dilihat pada gambar 2.14.

Gambar 2.14 Skematis proses vacuum forming

2.5.8 Rotational Molding

Rotational molding (biasa disingkat rotomolding) merupakan suatu proses

(35)

22

merupakan proses yang paling efektif dan efisien dalam pembuatan produk plastik berongga dengan ukuran besar. Dalam proses ini, resin polimer dimasukkan ke dalam cetakan dan dipanaskan dengan cara diputar-putar. Pemutaran yang dilakukan terjadi pada arah vertikal dan horizontal. Pemanasan dan pemutaran yang konstan mampu mendistribusikan material ke bagian-bagian yang sulit dicetak sehingga terjadi pemerataan. Ilustrasi produk rotomolding dapat dilihat pada gambar 2.15.

Rotomolding terdiri dari empat tahapan proses, yaitu pemuatan,

pemanasan, pendinginan, dan pelepasan. Pada proses pemuatan, polimer resin yang sudah diukur jumlahnya dimasukkan ke dalam cetakan. Beberapa cetakan mungkin dapat dipasang pada satu mesin dalam satu siklus. Tahap kedua dimulai ketika cetakan yang telah penuh ditutup dan dipindahkan ke dalam oven, kemudian keduanya diputar pada sumbu vertikal dan horizontal secara perlahan. Oleh karena ada panas yang masuk ke cetakan dan gerakan berputar, lelehan resin akan melekat ke bagian cetakan dan terjadi pemerataan. Selanjutnya proses pendinginan polimer dilakukan. Selama tahapan ini cetakan akan terus dipertahankan dalam keadaan berputar, sementara udara, semburan air, atau gabungan keduanya secara bertahap akan mendinginkan produk. Tujuan dipertahankannya cetakan agar tetap berputar adalah untuk mempertahankan bentuk produk dengan ketebalan merata. Produk rotational molding biasanya produk berukuran besar yang berongga baik yang berbentuk bulat ataupun menyerupai kubus misalnya tangki air, portal, drum besar, pembatas jalan, ember dan tempat sampah. Produk-produk hasil rotational molding dapat dilihat pada gambar 2.16.

(36)

23

Gambar 2.15 Skematis proses rotational molding

Gambar 2.16 Produk hasil proses rotational molding

2.5.9 Transfer Molding

Transfer molding adalah pembentukan artikel (benda kerja) kedalam

(37)

24

reservoir dan memaksanya masuk melalui runner / kanal ke dalam cavity dengan

menggunakan panas dan tekanan.

Gambar 2.17 Skematis proses transfer molding

Dalam transfer molding dibutuhkan toleransi yang kecil pada semua bagian mold, sehingga sangat perlu dalam pembuatan mold berkonsultasi secara baik dengan product designer, mold designer dan molder / operator untuk menentukan toleransi tersebut. Proses transfer molding dapat ditunjukkan pada gambar 2.17.

2.6 Konstruksi Mesin Injection Molding

Secara umum konstruksi mesin injection molding terdiri dari tiga unit pokok yang penting yaitu injection unit, clamping unit dan mold unit.

2.6.1 Injection Unit

Injection unit merupakan unit yang berfungsi untuk melelehkan plastik

dengan suhu yang disesuaikan dengan material plastik hingga mendorong cairan ke dalam cavity dengan waktu, tekanan,temperatur, dan kepekatan tertentu.

(38)

25

Gambar 2.18 Bagian-bagian mesin injection molding

Gambar 2.19 Bagian-bagian injection unit

Bagian-bagian injection unit beserta fungsinya :

1. Cylinder Screw Ram

Cylinder screw ram berfungsi untuk mempermudah gerakan screw

dengan menggunakan momen inersia sekaligus menjaga putaran screw tetap konstan, sehingga didapatkan tekanan dan kecepatan yang konstan saat dilakukan proses injeksi.

2. Hopper

Hopper adalah tempat untuk meletakkan bahan baku (bijih plastik)

(39)

26

3. Barrel

Barrel adalah tempat screw dan selubung yang menjaga aliran

plastik ketika dipanasi oleh heater, pada bagian ini jugaterdapat heater untuk memanaskan plastik.

4. Screw

Screw berfungsi untuk mengalirkan plastik dari hopper ke nozzle.

2.6.2 Clamping Unit

Clamping unit berfungsi membuka dan menutup mold dan menjaganya

dengan memberikan tekanan penahan (clamping pressure) terhadap mold agar material yang diinjeksikan pada mold tidak meresap keluar pada saat proses berlangsung. Gambar 2.20 menunjukkan skematis proses dari clamping unit.

(40)

27

2.6.3 Mold Unit

Mold unit adalah bagian terpenting pada mesin injection molding, yang

mempunyai fungsi utama yaitu untuk membentuk benda yang akan dicetak. Bagian-bagian utama dari mold unit dapat dilihat pada gambar 2.21.

Gambar 2.21 Bagian utama dari mold unit

1. Sprue dan Runner System

Sprue adalah bagian yang menerima plastik dari nozzle lalu oleh runner akan dimasukkan ke dalam cavity mold. Biasanya berbentuk taper

(kerucut) karena dikeluarkan dari sprue bushing. Bentuk kerucut ini dibuat dengan tujuan agar pada saat pembukaan cetakan, sisa material dapat terbawa oleh benda sehingga tidak menghambat proses injeksi berikutnya.

Sprue bukan merupakan bagian dari produk molding dan akan dibuang

pada finishing produk.

2. Cavity Side/ Mold Cavity

Cavity side atau mold cavity yaitu bagian yang membentuk plastik

yang dicetak, cavity side terletak pada stationary plate, yaitu plate yang tidak bergerak saat dilakukan ejecting.

(41)

28

3. Core Side

Core side merupakan bagian yang ikut memberikan bentuk plastik

yang dicetak. Core side terletak pada moving plate yang dihubungkan dengan ejector sehingga ikut bergerak saat dilakukan ejecting.

4. Ejector System

Ejector adalah bagian yang berfungsi untuk melepas produk dari cavity mold.

5. Gate

Gate yaitu bagian yang langsung berhubungan dengan benda kerja,

sebagai tempat mulainya penyemprotan / injeksi atau masuknya material ke dalam cavity.

6. Insert

Insert yaitu bagian lubang tempat masuknya material plastik ke

dalam rongga cetakan (cavity).

7. Coolant Channel

Coolant channel yaitu bagian yang berfungsi sebagai pendingin

cetakan untuk mempercepat proses pengerasan material plastik.

2.7 Cacat Produk Injection Molding

Kualitas akhir permukaan dari produk plastik hasil injection molding merupakan kriteria utama dari standar kualitas produk. Namun keadaan ini tidak dapat mutlak dipenuhi sehingga seringkali terjadi gangguan/cacat produk yang dapat merusak penampilan produk. Cacat produk dapat ditimbulkan oleh berbagai faktor, baik yang bersumber pada faktor parameter proses maupun faktor desain. Untuk mengatasi masalah cacat tersebut tentunya harus disesuaikan dengan

(42)

29

bentuk dan jenis gangguan atau cacat yang timbul serta pengaruhnya terhadap produk. Macam-macam cacat pada proses injection molding ini ialah sink mark,

weld line, streaks, jetting, burns, flashes, gloss difference, stress whitening, incompletely filled parts, air trapped, dll.

Adapun parameter-parameter yang berpengaruh terhadap proses produksi plastik melalui metode injection molding adalah:

1. Temperatur leleh (melt temperature)

Adalah batas temperatur dimana bahan plastik mulai meleleh jikalau diberikan enegi panas.

2. Batas tekanan (pressure limit)

Adalah batas tekanan udara yang perlu diberikan untuk menggerakkan piston guna menekan bahan plastik yang telah dilelehkan. Terlalu rendah tekanan, maka bahan plastik kemungkinan tidak akan keluar atau terinjeksi ke dalam mold. Akan tetapi jika tekanan udara terlalu tinggi dapat mengakibatkan tersemburnya bahan plastik dari dalam mold dan hal ini akan berakibat proses produksi menjadi tidak efisien.

3. Waktu tahan (holding time)

Adalah waktu yang diukur dari saat temperatur leleh yang di-set telah tercapai hingga keseluruhan bahan plastik yang ada dalam tabung pemanas benar-benar telah meleleh semuanya. Hal ini dikarenakan sifat rambatan panas yang memerlukan waktu untuk merambat ke seluruh bagian yang ingin dipanaskan. Dikhawatirkan jika waktu tahan ini terlalu cepat maka sebagian bahan plastik dalam tabung pemanas belum meleleh semuanya, sehingga akan mempersulit jalannya aliran bahan plastik dari dalam nozzle.

4. Waktu penekanan (holding pressure)

Adalah durasi atau lamanya waktu yang diperlukan untuk memberikan tekanan pada piston yang mendorong plastik yang telah leleh.

(43)

30

Pengaturan waktu penekanan bertujuan untuk meyakinkan bahwa bahan plastik telah benar-benar mengisi ke seluruh rongga cetak. Oleh karenanya waktu penekanan ini sangat tergantung dengan besar kecilnya dimensi

mold. Makin besar ukuran cetakan makin lama waktu penekan yang

diperlukan.

6. Temperatur cetakan (mold temperature)

Yaitu temperatur pemanasan awal cetakan sebelum dituangi bahan plastik yang meleleh.

7. Kecepatan injeksi (injection rate)

Yaitu kecepatan lajunya bahan plastik yang telah meleleh keluar dari nozzle untuk mengisi rongga cetak. Untuk mesin-mesin injeksi tertentu kecepatan ini dapat terukur, tetapi untuk mesin-mesin injeksi sederhana kadang-kadang tidak dilengkapi dengan pengukur kecepatan ini.

8. Ketebalan dinding cetakan (wall thickness)

Menyangkut desain secara keseluruhan dari cetakan (mold). Semakin tebal dinding cetakan, semakin besar kemungkinan untuk terjadinya cacat.

2.7.1 Cacat penyusutan (shrinkage)

Teknologi plastic injection molding sudah demikian maju, berbagai bentuk dapat dibuat dengan baik. Tetapi dibalik itu semua ternyata terdapat masalah yang sangat rumit berkaitan dengan pembuatan mold dan hasil produk yang diinginkan, yaitu masalah shrinkage (penyusutan). Tiap material mempunyai tipe shrinkage yang berbeda, secara umum penyusatan pada proses injeksi plastik dibagi dalam tiga jenis yaitu In mold shrinkage adalah penyusutan yang terjadi selama proses injeksi berlangsung sebelum plastik mengalami solidifikasi, as mold shrinkage adalah penyusutan yang terjadi sesaat setelah plastik dikeluarkan dari cetakan,

(44)

31

mengalami physical aging dan rekristalisasi. Dalam proses injektion molding ada empat faktor yang harus diperhatikan, yaitu temperatur mold, temperatur lelehan (melt temperature), tingkatan injeksi dan tekanan pemegang (hold pressure).

Gambar 2.22 Faktor yang mempengaruhi cacat penyusutan

2.8 Design of experiment (DOE)

Design of experiment adalah suatu rancangan percobaan (dengan tiap

langkah tindakan yang betul-betul terdefinisikan) sedemikian sehingga informasi yang berhubungan dengan atau diperlukan untuk persoalan yang sedang diteliti dapat dikumpulkan. Dengan kata lain, desain eksperimen merupakan langkah-langkah lengkap yang perlu diambil lebih jauh sebelum eksperimen dilakukan agar data yang semestinya diperlukan dapat diperoleh sehingga akan membawa kepada analisa objektif dan kesimpulan yang berlaku untuk persoalan yang sedang dibahas. Tujuan dari desain percobaan adalah untuk memperoleh atau mengumpulkan informasi sebanyak-banyaknya yang diperlukan dan berguna dalam melakukan penelitian suatu persoalan.

Desain percobaan terdiri dari beberapa jenis antara lain: 1. Desain praeksperimental

(45)

32

Adalah desain percobaan yang tidak mencukupi syarat-syarat dari suatu desain percobaan yang sebenarnya.

2. Desain eksperimental semu

Adalah desain percobaan yang belum sepenuhnya mempunyai sifat-sifat suatu percobaan sebenarnya. Desain percobaan ini mempunyai banyak kekurangan baik dalam masalah randomisasi, replikasi ataupun masalah kontrol internal. Karena kekurangan-kekurangan ini penelitian harus mempunyai cukup syarat untuk disebut percobaan yang sebenarnya.

3. Desain percobaan sebenarnya.

Adalah desain dimana aturan untuk menempatkan perlakuan pada unit percobaan dibuat sedemikian rupa, sehingga memungkinkan membuat perbandingan antar kelompok dengan validilitas tinggi dan dapat mengontrol sumber-sumber variasi pada percobaan tersebut. Bergantung dari jenis percobaan, apakah percobaan dengan menggunakan faktor tunggal atau percobaan dengan menggunakan faktor ganda.

Rancangan percobaan dilakukan dengan menggunakan metode response

surface. Metode ini digunakan untuk mengetahui hasil pengujian untuk kombinasi

kecepatan dan waktu penekanan terhadap benda uji. Metode response surface ini menggunakan bantuan software Minitab 14.

2.8.1 Metode Response Surface

Perancangan percobaan statistika merupakan suatu proses perencanaan percobaan untuk memperoleh data yang tepat sehingga dapat dianalisa dengan metode statistik serta kesimpulan yang diperoleh dapat bersifat obyektif dan valid. Salah satu metode perancangan percobaan yang digunakan untuk mengetahui kondisi optimal adalah metode response surface. Metode ini menggabungkan teknik matematika dengan teknik statistika yang digunakan untuk membuat dan menganalisa suatu respon Y yang dipengaruhi oleh beberapa variabel bebas atau faktor X guna mengoptimalkan respon tersebut. Hubungan antara respon Y dan variabel bebas dapat dirumuskan sebagai:

(46)

33

dimana:

Y = variabel respon

X = variabel bebas/faktor ( i = 1,2,3,…,k )

å = error

Hubungan antara Y dan Xi dapat dicari menggunakan orde pertama dan

orde kedua, dimana model orde pertama digunakan untuk mencari daerah optimal dan model orde kedua digunakan untuk mencari titik optimal. Hubungan antara Y dan X1 untuk model orde pertama dapat ditulis sebagai:

Y = b0 + b1X1 + b2X2 + ... + biXi (2.2)

Dimana:

Y = respon

Xi = prediktor

bi = koefisien prediktor

Tujuan dari pembuatan model orde pertama adalah sebagai pendekatan untuk mencari daerah optimal yang akan digunakan dalam eksperimen. Untuk membangun model orde pertamater lebih dahulu dilakukan pengumpulan data desain eksperimen.

Adapun langkah-langkah yang diperlukan untuk menentukan model orde pertama antara lain:

1. Menentukan terlebih dahulu desain percobaan yang akan digunakan untuk kemudian dilakukan percobaan.

2. Model desain percobaan dan hasil percobaan kemudian dihitung dengan melakukan pendekatan matriks agar diperoleh koefisien model pertama. Interval yang terlalu kecil diantara level dapat disimpulkan bahwa faktor yang dipilih tidak penting dan mengabaikannya dalam pertimbangan. Pada estimasi awal dari kondisi optimal sering terjadi tidak menjadi titik optimal yang sebenarnya bahkan jauh dari kenyataannya, untuk itu dilakukan pencarian titik optimal yang mendekati kenyataan dengan suatu metode steepest descent. Gambar 2.22 menunjukkan suatu daerah perkiraan response surface orde pertama yang belum merupakan titik optimal sebenarnya dan akan bergerak menuju titik

(47)

34

optimal yang sebenarnya dengan mengikuti alur dari steepest descent yang pada akhirnya didapatkan titik optimal yang sebenarnya.

Gambar 2.23 ilustrasi perkiraan daerah response orde pertama

Sementara, untuk model orde kedua dapat ditulis sebagai berikut:

Y = b0X0 + b1X1 + b2X2 + b11X1² + b22X2² + b12X1X2 (2.3)

Dimana:

Y = respon

X1 = prediktor

bi = koefisien prediktor

Tujuan dari pembuatan orde kedua adalah untuk menentukan titik yang memberikan respon yang optimum. Alasan pembuatan model orde kedua dibangun karena percobaan pertama yang dilakukan sebelumya bertujuan untuk mencari daerah optimal yang akan digunakan dalam eksperimen berikutnya sehingga wilayah optimum yang diperkirakan dan dieksplorasi lebih lanjut dapat diperkirakan dengan model yang lebih kompleks.

Adapun langkah-langkah yang diperlukan untuk menentukan model orde kedua antara lain:

1. Melakukan eksperimen dengan Central Composite Design.

2. Model desain eksperimen dan hasil percobaan kemudian dihitung dengan melakukan pendekatan matriks agar diperoleh koefisien model orde kedua.

(48)

35

Untuk membangun model orde kedua, terlebih dahulu dilakukan pengumpulan data dengan desain eksperimen. Untuk menentukan koefisien regresi pada model orde kedua tiap variabel xi harus memiliki sekurang-kurangnya

3 level berbeda. Hal ini mengindikasikan bahwa desain faktorial 3ᵏ dapat digunakan dimana 3 level dikodekan sebagai -1, 0 dan 1. Akan tetapi ada kerugian dari penggunaan desain faktorial 3ᵏ yaitu dengan lebih dari 3 x-variabel percobaan akan menjadi besar. Response surface methodology memiliki kegunaan antara lain:

1. Menunjukan bagaimana variabel respon y dipengaruhi oleh variabel bebas

x di wilayah yang secara tertentu diperhatikan.

2. Menentukan pengaruh variabel bebas yang paling tepat dimana akan memberikan hasil yang memenuhi spesifikasi dari respon yang berupa hasil, pengaruh, perbandingan dan sebagainya.

3. Mengeksplorasi ruang dari variabel bebas x untuk mendapatkan hasil maksimum dan menentukan sifat dasar dari nilai maksimum.

Untuk melaksanakan response surface methodology ada tahap-tahap perencanaan yang dilakukan dimana definisi perencanaan adalah proses, cara atau kegiatan merencanakan, menyusun dan menguraikan langkah-langkah pelaksanaan suatu penelitian. Adapun tahap-tahap perencanaan untuk memulai pelaksaan response surface methodology (RSM) antara lain:

1. Menentukan model orde pertama, dimana suatu desain eksperimen dilakukan untuk pengumpulan data dan arah penelitian selanjutnya ditentukan dengan metode stepest descent.

2. Setelah arah penelitian selanjutnya telah diperoleh kemudian ditentukan level faktor untuk pengumpulan data selanjutnya.

3. Menentukan model persamaan orde kedua, penentuan model dilakukan dengan melakukan desain eksperimen dengan level yang telah ditetapkan setelah metode stepest descent dilakukan.

4. Menentukan titik optimum dari faktor-faktor yang diteliti.

Salah satu pertimbangan penting yang muncul dalam response surface

(49)

36

dengan model yang akan dikembangkan. Jika faktor dan level yang dipilih dalam suatu eksperimen tidak tepat maka kemungkinan terjadinya ketidakcocokan model akan sangat besar dan jika itu terjadi maka penelitian yang dilakukan bersifat bias.

2.8.2 Analysis of Variance (ANOVA)

Adalah suatu metode analisis statistika yang termasuk ke dalam cabang statistika inferensi. Dalam literatur Indonesia metode ini dikenal dengan berbagai nama lain, seperti analisis ragam, sidik ragam, dan analisis variansi. Analisis varian pertama kali diperkenalkan oleh Sir Ronald Fisher, bapak statistika modern. Dalam praktik, analisis varian dapat merupakan uji hipotesis (lebih sering dipakai) maupun pendugaan, khususnya di bidang genetika terapan).

Secara umum, analisis varian menguji dua varian berdasarkan hipotesis nol bahwa kedua varian itu sama. Varian pertama adalah varian antar contoh (among samples) dan varian kedua adalah varian di dalam masing-masing contoh (within samples). Analisis varian relatif mudah dimodifikasi dan dapat dikembangkan untuk berbagai bentuk percobaan yang lebih rumit. Selain itu, analisis ini juga masih memiliki keterkaitan dengan analisis regresi. Akibatnya, penggunaannya sangat luas di berbagai bidang, mulai dari eksperimen laboratorium hingga eksperimen periklanan, psikologi, dan kemasyarakatan.

(50)

37

Analisa

Kesimpulan

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Diagram Alir Penelitian

Mulai Tahap Persiapan Design of experiment (DOE) Preparasi pembuatan spesimen

Pengambilan data dan Melakukan Pengujian

Pengolahan Data

Selesai

(51)

38 3.2 Tahap Persiapan

Pada saat melakukan penelitian ada beberapa tahap. Tahap yang pertama adalah melakukan persiapan ekseperimen diantaranya adalah studi pustaka dan survey lapangan. Studi pustaka menggunakan literatur dari buku dan jurnal sedangkan survey lapangan dengan mengamati langsung proses pembuatan produk

injection molding langsung di pabrik pembuatan produk injection molding.

3.3 Design Of Experiment

3.3.1 Penentuan Nilai Parameter Proses a. Waktu Penekanan

Pada parameter ini level yang digunakan untuk penelitian ini adalah:

Level Low : 1,25s

Level Medium : 1,50s Level High : 1,75s

b. Tekanan

Tekanan yang digunakan adalah Tekanan yang relatif tinggi untuk kategori

micro molding process. Dalam penelitian ini, peneliti menggunakan beberapa level

dari tekanann yaitu sebagai berikut:

Level Low : 60bar

Level Medium : 70bar Level High : 80bar

3.3.2 Penetapan Desain Faktorial

Desain faktorial (factorial design) yang digunakan dalam penelitian ini adalah suatu desain dengan tiga level dan dua faktor dengan model full factorial, sehingga didapat runs 9. Faktor dalam hal ini adalah suatu variabel pengamatan, jadi pengamatan dengan dua faktor adalah pengamatan dengan menggunakan dua variabel. Kedua faktor inilah yang nantinya akan digunakan sebagai penggambaran dua sumbu dasar plot tiga dimensinya. Tiga level artinya adalah bahwa dalam setiap faktor didesain dalam dua nilai perubahan. Untuk memudahkan, digunakan

(52)

39

istilah nilai rendah (-1), nilai medium (0) dan nilai tinggi (+1). Sehingga diperlukan pengkodean dari data skala pengamatan ke data kode nilai rendah, medium dan tinggi. Penetapan desain faktorial dari masing-masing faktor adalah dapat dilihat pada tabel 3.1.

Tabel 3.1 Desain faktorial

3.4 Prosedural Preparasi Spesimen

Proses preparasi spesimen dilaksanakan di PT. Indragraha Nusa Plasindo di Tangerang. Pada penelitian ini material yang digunakan untuk pembuatan spesimen adalah polimer jenis Polietilen jenis High Density Polyethylene (HDPE). Mesin

injection molding yang digunakan adalah Hwa Chin type HC-450 SE. Berikut

adalah tahapan pembuatan spesimen.

1. Sambung semua sumber energi yang dibutuhkan untuk menghidupkan mesin injection molding, kemudian hidupkan mesin dengan menekan tombol power.

2. Pasang mold dan cavity pada mesin.

Spesimen Faktor Waktu penekanan Tenekanan 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 1 -1 1 0 1 -1 -1 -1 -1 1 -1 1 0 -1 1 1 -1

(53)

40

3. Nyalakan pemanas mold dan silinder barrel dan periksa temperatur permukaan mold dengan bantuan pirometer. Biasanya proses pemanasan dimulai dengan temperatur cetakan 120°C - 125°C dan temperatur silinder

barrel 130°C - 137°C. Selanjutnya adalah pengaturan setiap parameter

mesin. Atur temperatur mold pada 115°C dan temperatur silinder pemanas pada 150°C. Temperatur harus relatif dijaga seragam di seluruh permukaan

mold.

4. Dengan melihat temperatur silinder barrel dan mold pada pirometer, periksa jalur jalur "in" dan "out” dari setiap daerah pemanas untuk mengetahui bahwa kondisi temperatur sudah mendekati suhu yang sudah disetel dan usahakan jalur “in” dan “out” tadi temperaturnya seragam, karena dapat menimbulkan penyumbatan aliran dalam water jacket.

5. Atur nilai panjang langkah cetakan dan jarak nozzle terhadap cetakan. 6. Langkah selanjutnya adalah mengatur nilai tekanan dan injection time

(waktu penginjeksian). Untuk proses pembuatan spesimen ini, nilai tekanan dan waktu penekanan yang divariasikan adalah sebagai berikut:

Tabel 3.1 Tekanan dan waktu penginjeksian yang divariasikan

Spesimen no. Pressure (bars) Injection Time (s)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 60 70 80 60 70 80 60 70 80 1,25 1,50 1,75 1,75 1,25 1,50 1,50 1,75 1,25

(54)

41

Gambar 3.2 Tampilan monitor saat penyetelan variasi tekanan

7. Setelah langkah penyetelan sudah dilakukan, langkah berikutnya adalah mencampur bijih plastik kedalam tabung pengisi (hooper).

(55)

42

8. Selajutnya tekan tombol “start” pada operation panel untuk memulai langkah proses penginjeksian pertama.

9. Lakukan penginjeksian sesuai dengan nilai variabel yang telah ditentukan. 10. Pada saat melakukan penginjeksian, pantau slalu temperatur cetakan dan

silinder serta variabel yang bekerja lainnya pada monitor. Karena apabila ada salah satu variabel yang tidak stabil akan sangat mempengaruhi kondisi akhir spesimen tersebut.

11. Langkah terakhir adalah pembukaan mold (mold opening) untuk selanjutnya proses ejecting atau melepas spesimen yang sudah mengering dari mold.

12. Produk akhir selesai diproduksi.

3.5 Tahap Pelaksanaan Pengujian dan Pengambilan Data di Lapangan

Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui nilai-nilai sifat mekanik dari spesimen. Pada setiap pengujian sifat mekanik metode yang digunakan mengacu pada ASTM (American Society for Testing and Materials).

3.5.1 Bahan baku spesimen yang digunakan

Bahan spesimen yang digunakan pada pengujian ini adalah polimer jenis

High Density Polyethylene (HDPE). Spesimen ini diproduksi untuk kebutuhan ice cream pack. Spesimen tersebut dapat dilihat pada gambar 3.4.

(56)

43

Gambar 3.4 Spesimen yang digunakan

Dan data sifat mekanik dasar dari bahan baku spesimen Polietilen jenis HDPE yang didapat dari katalog distibutor dapat dilihat pada tabel berikut.

Tabel 3.2 Sifat mekanik dasar polietilen jenis HDPE Sifat Meaknik Nilai Satuan

Specific gravity 0,952 - 0,965 g/cm³

Young's modulus 600 - 1400 MPa

Tensile strength 20 - 32 MPa

Elongation at break 45 - 55 %

Flexural strength 90 - 95 MPa

Bending strength 20 - 45 MPa

Impact strength 0.27 - 10.9 J/cm

3.6 Pelaksanaan pengujian

3.6.1 Uji tarik

Uji tarik digunakan untuk mengetahui sifat dan karakeristik yang dimiliki oleh spesimen. Prinsip pengujian tarik ini adalah spesimen ditarik dengan beban