STUDI TEMPERATUR OPTIMAL TERHADAP
CAMPURAN BAHAN POLYPROPYLENE DAN POLYETHYLENE PADA PROSES MIXING
UNTUK PEMAKAIAN PLASTIC INJECTION MOLDING
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
]
RICKY HUMISAR SIAHAAN NIM. 060401076
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kita panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Kuasa, atas segala karunia dan anugerah-Nya yang senantiasa diberikan sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.
Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk dapat lulus menjadi Sarjana Teknik di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Adapun Skripsi yang dipilih, diambil dari mata kuliah Metalurgi Serbuk, yaitu “Studi Temperatur Optimal Terhadap Campuran Polypropilene Dan Polyethylene Pada Proses Mixing Untuk Pemakaian Plastic Injection Molding”.
Dalam penulisan skripsi ini, penulis telah berupaya dengan segala kemampuan pembahasan dan penyajian, baik dengan disiplin ilmu yang diperoleh dari perkuliahan, menggunakan literatur serta bimbingan dan arahan dari Dosen Pembimbing.
Pada kesempatan ini, penulis tidak lupa menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:
1. Bapak. Ir. Alfian Hamsi, M.Sc. sebagai dosen pembimbing yang telah banyak meluangkan waktunya dan dengan sabar membimbing saya hingga tugas ini dapat terselesaikan.
2. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri dan Bapak Ir.M.Syahril Gultom, MT, selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik USU.
3. Bapak Edy, dan Bapak Aman, dari Laboratorium Kimia Polimer MIPA USU yang telah berkenan membantu penulis dalam pembutan spesimen dan pengujian tarik.
5. Orangtua tercinta (P. Siahaan dan M. Br Manurung), saudara – saudara ku yang saya sayangi (Santy, Andry dan Indah) dan Risdy Absari (Girl friend) atas doa dan dukungan yang selalu menyertai saya dalam menyelesaikan pendidikan ini.
6. Kepada teman seperjuangan teknik mesin khususnya stambuk 2006 (Richard, Yaser, Sugiarto, Wirja, Dll) yang selalu mendukung penulis dalam menyelesaikan tugas skripsi ini.
Penulis menyadari bahwa Tugas Sarjana ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang sifatnya membangun demi penyempurnaan di masa mendatang.
Akhir kata, penulis berharap semoga tulisan ini bermanfaat bagi kita semua.
Medan, Maret 2011 Penulis,
ABSTRAK
Era globalisasi, pemakaian barang-barang yang terbuat dari bahan baku plastik semakin meningkat. Hal ini dikarenakan plastik mempunyai banyak kelebihan-kelebihan yang mulai diperhitungkan oleh masyarakat. Plastik pada umumnya adalah lebih unggul dibandingkan penggunaan logam atau kayu dan juga proses pengerjaannya yang relatif sederhana. Selain itu, plastik juga lebih ringan, lebih murah dan mudah dibentuk. Salah satu proses yang digunakan untuk membuat produk dari bahan baku plastik adalah proses plastic injection molding. Salah satu faktor yang mempengaruhi kualitas suatu produk pada proses plastic injection
molding yaitu komposisi dan sifat campuran bahan baku plastik. Namun tidak
jarang dijumpai plastik hasil proses plastic injection molding memiliki kekurangan apabila dilakukan pengujian sifat mekanik, seperti kekuatan tarik (tensile strength), hal ini dikarenakan campuran tidak homogen saat dilakukan proses plastic injection molding, dan kurang baiknya penentuan bahan baku plastik yang akan dicampur. Hal inilah yang mendasari sehingga penulis melakukan penelitian Studi temperatur optimal terhadap campuran polypropilne (PP) dan polyethylene (PE) pada proses mixing untuk pemakaian plastic injection
molding. Yang artinya sebelum bahan baku plastik di proses pada plastic injection molding, dilakukan proses mixing menggunakan internal mixer dengan tujuan
agar campuran bahan baku plastik lebih homogen. Variasi campuran 80% PP : 20% PE, 70% PP : 30% PE, dan 60% PP : 40% PE. Sedangkan variasi temperatur
mixer 160°C, 165°C, 170°C 175°C, 180°C. Dilakukan pengujian kekuatan tarik
dengan menggunakan mesin uji tarik, dan dari pengujian yang dilakukan pada penelitian ini diperoleh temperatur pada proses mixing adalah 175°C yang paling optimal untuk pemakaian plastic injection molding.
Kata kunci : Polypropilene, Polyehtylen, Plastic Injection Molding, Internal
DAFTAR ISI
Halaman HALAMAN JUDUL
LEMBARAN PENGESAHAN DARI PENGUJI ... i
LEMBARAN PENGESAHAN DARI PEMBIMBING ... ii
SPESIFIKASI TUGAS ... iii
BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang... 1
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Pencampuran ... 6
2.1.1. Teori Pencampuran ... 6
2.1.2. Metode Pencampuran ... 10
2.2. Defenisi Plastic Injection Molding ... 14
2.1.1. Jenis – jenis Mesin Plastik Moding ... 15
2.3. Pengenalan Bahan Baku ... 24
2.3.1. Polimer ... 24
2.3.3. Karakterisasi... 31
BAB III METODOLOGI 3.1. Tahapan Penelitian ... 39
3.3.1. Penimbangan Komposisi Formula ... 46
3.3.2. Pembuatan Campuran Polimer... 47
3.3.3. Pembuatan Film Spesimen ... 47
4.3.1. Hasil Uji Tarik ... 68
BAB V KESIMPULAN
5.1. Kesimpulan ... 74 5.2. Saran ... 76
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Karakteristik Polyethylene 36
Tabel 2.2 Karakteristik Polypropilene 38
Tabel 3.1 Bahan Baku dan Karakteristiknya 45
Tabel 3.2 Sampel hasil Variasi 48
Tabel 4.1 Data Hasil Uji Tarik Spesimen ASTM D638 type IV 53
Tabel 4.2 Sifat Mekanik Spesimen 55
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Proses Pencampuran Pada Mesin Two Roll Mill 12 Gambar 2.2 Proses Pencampuran Pada Mesin Internal Mixer 13
Gambar 2.3 Keistimewaan Proses PIM 14
Gambar 2.4 Tahapan Proses Plastic Injection Molding (PIM) 15 Gambar 2.5 Proses pengisian Butiran Plastik 16 Gambar 2.6 Proses Pemanasan Butiran Plastik 17
Gambar 2.7 Proses peniupan Udara 17
Gambar 2.8 Proses Pengeluaran Produk 17
Gambar 2.9 Metode Compression Molding 18
Gambar 2.10 Pemanasan Plastik 20
Gambar 2.11 Proses Pencetakan 20
Gambar 2.12 Proses Pengeluaran produk 20
Gambar 2.13 Produk Yang Dihasilkan Dengan Extrusion Molding 21
Gambar 2.14 Proses Transfer Molding 22
Gambar 2.15 Unit Mesin Injection molding 23
Gambar 2.16 Klasifikasi Polimer 27
Gambar 2.17 Penggunaan Polimer Dalam Kehidupan Sehari – Hari 29
Gambar 3.1 Diagram Tahapan Penelitian 39
Gambar 3.2 Internal Mixer 40
Gambar 3.3 Neraca Analitik 41
Gambar 3.4 Hydraulic Hot Press 42
Gambar 3.5 Cetakan 43
Gambar 3.6 Mesin Uji Tarik 44
Gambar 3.7 Bahan Baku Polypropilene 46
Gambar 3.8 Bahan Baku Polyethylene 46
Gambar 3.10 Campuran Polimerr Pada Cetakan 48 Gambar 3.11 Diagram Pohon Sampel Hasil Variasi 50 Gambar 4.1 Kurva Load-stroke pada 80% PP : 20% PE 160oC spesimen c 58 Gambar 4.2 Kurva Load-Stroke pada 80% PP: 20% PE 165oC spesimen a 60 Gambar 4.3 Kurva Load-Stroke pada 70% PP :30%PE 170oC spesimen a 62 Gambar 4.4 Kurva Load-Stroke pada 80% PP :20% PE 175oC spesimen b 64 Gambar 4.5 Kurva Load-stroke pada 80% PP : 20% PE 180oC spesimen c 66 Gambar 4.6 Film Spesimen Polypropilene Murni 67 Gambar 4.7 Film Spesimen Polyethylene Murni 68
Gambar 4.8 PP 100% Pada Spesimen b 69
Gambar 4.9 PE 100% Pada Spesimen a 70
DAFTAR SIMBOL
A0 Luas Penampang Awal mm2
Fmaks Beban Maksimum kg.f
E Modulus Elastisitas MPa
L0 Panjang Awal mm
L Panjang Akhir mm
ε Regangan mm/min
σ Tegangan MPa
ABSTRAK
Era globalisasi, pemakaian barang-barang yang terbuat dari bahan baku plastik semakin meningkat. Hal ini dikarenakan plastik mempunyai banyak kelebihan-kelebihan yang mulai diperhitungkan oleh masyarakat. Plastik pada umumnya adalah lebih unggul dibandingkan penggunaan logam atau kayu dan juga proses pengerjaannya yang relatif sederhana. Selain itu, plastik juga lebih ringan, lebih murah dan mudah dibentuk. Salah satu proses yang digunakan untuk membuat produk dari bahan baku plastik adalah proses plastic injection molding. Salah satu faktor yang mempengaruhi kualitas suatu produk pada proses plastic injection
molding yaitu komposisi dan sifat campuran bahan baku plastik. Namun tidak
jarang dijumpai plastik hasil proses plastic injection molding memiliki kekurangan apabila dilakukan pengujian sifat mekanik, seperti kekuatan tarik (tensile strength), hal ini dikarenakan campuran tidak homogen saat dilakukan proses plastic injection molding, dan kurang baiknya penentuan bahan baku plastik yang akan dicampur. Hal inilah yang mendasari sehingga penulis melakukan penelitian Studi temperatur optimal terhadap campuran polypropilne (PP) dan polyethylene (PE) pada proses mixing untuk pemakaian plastic injection
molding. Yang artinya sebelum bahan baku plastik di proses pada plastic injection molding, dilakukan proses mixing menggunakan internal mixer dengan tujuan
agar campuran bahan baku plastik lebih homogen. Variasi campuran 80% PP : 20% PE, 70% PP : 30% PE, dan 60% PP : 40% PE. Sedangkan variasi temperatur
mixer 160°C, 165°C, 170°C 175°C, 180°C. Dilakukan pengujian kekuatan tarik
dengan menggunakan mesin uji tarik, dan dari pengujian yang dilakukan pada penelitian ini diperoleh temperatur pada proses mixing adalah 175°C yang paling optimal untuk pemakaian plastic injection molding.
Kata kunci : Polypropilene, Polyehtylen, Plastic Injection Molding, Internal
BAB I PENDAHULUAN
1.1.Latar Belakang
Dewasa ini, pemakaian barang-barang yang terbuat dari bahan baku plastik semakin meningkat. Hal ini dikarenakan plastik mempunyai banyak kelebihan-kelebihan yang mulai diperhitungkan oleh masyarakat. Plastik pada umumnya adalah lebih unggul dibandingkan penggunaan logam atau kayu dan juga proses pengerjaannya yang relatif sederhana. Selain itu, plastik juga lebih ringan, lebih murah dan mudah dibentuk. Salah satu proses yang digunakan untuk membuat produk dari bahan baku plastik adalah proses plastic injection molding.
Dalam rangka memenuhi kebutuhan manusia pada berbagai bidang kegiatan diperlukan bermacam-macam jenis barang, mulai dari yang sederhana dengan persyaratan mutu sederhana pula sampai dengan barang dengan persyaratan mutu sangat tinggi. Barang tersebut dapat dibuat dari bahan alam, bahan sintetik atau campuran/kombinasi kedua jenis bahan tersebut.
Namun, tidak jarang dijumpai kasus - kasus pada penggunaan barang – barang yang berbahan baku plastik yang membuat penggunaan tersebut kurang efektif seperti, mudah pecah, rapuh, tidak ulet, dan tidak tahan terhadap beban yang tidak terlalu berat, sehingga dibutuhkan suatu perubahan pada proses pembuatan barang – barang yang berbahan baku plastik tersebut, seperti, proses pencampuran bahan baku, pemilihan temperatur optimal pada saat pencampuran untuk pemakaian plastic injection molding. Hal ini lah yang mendasari sehingga penulis melakukan penelitian studi temperatur optimal terhadap campuran bahan
polypropilene dan polyethylene pada proses mixing untuk pemakaian plastic
injection molding. Dimana, penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan suatu
bahan baku plastik yang optimal untuk selanjutnya dipakai pada proses plastic
injection molding dengan memvariasikan temperatur pada saat dilakukan proses
pencampuran bahan baku plastik polypropilene dan polyethylene, kemudian memilih temperatur yang paling optimal.
1.2.Perumusan Masalah
Dalam penyusunan skripsi ini perlu ditentukan batasan masalah agar pembahasan lebih fokus. Batasan masalah tersebut dititikberatkan pada bahan baku, komposisi bahan baku, temperatur proses pencampuran dan pengujian tarik. Secara rinci, batasan masalah tersebut, yaitu :
1. Pencampuran bahan baku yaitu biji plastik polypropylene (PP),
polyethylene (PE) dengan komposisi perbandingan volume:
b. Formula 2 (Polypropylene 70% + polyethylene 30%) c. Formula 3 (Polypropylene 60% + polyethylene 40%)
2. Variasi temperatur mixer yang digunakan pada proses pencampuran bahan baku formula 1, formula 2, formula 3 adalah 160°C, 165°C, 170°C, 175°C, 180°C .
3. Mencetak 3 spesimen tiap masing – masing formmula/campuran dengan menggunakan mesin hydraulic hot press dengan cetakan standart ASTM D 638 Tipe IV
4. Spesimen yang dihasilkan diuji kekuatan tariknya menggunakan mesin uji tarik.
1.3.Tujuan dan Manfaat
1.3.1. Tujuan
Tujuan dari penelitian ini adalah :
1. Mengidentifikasi temperatur optimal pada proses mixing terhadap campuran polypropilene dan polyethylene untuk selanjutnya dipergunakan pada pemakaian plastic injection moldding.
2. Mengidentifikasi pengaruh temperatur mixer pada proses pencampuran bahan baku plastik untuk pemakaian plastic injection molding terhadap produk akhir.
3. Mengidentifikasi kekuatan tarik produk hasil pengujian dengan perbandingan berbagai sample produk yang dihasilkan dari temperatur
1.3.2. Manfaat
Manfaat dari penelitian ini adalah :
1. Dihasilkan suatu produk dari hasil proses Mixing dengan bentuk mold yang sederhana yaitu berupa spesimen uji tarik yang dicetak dengan menggunakan mesin hot press.
2. Sumbangan bagi kalangan industri, sehingga mampu memproduksi plastik dengan mengetahui jenis-jenisnya dan proses pengerjaan yang cocok dengan jenis plastik dan produk yang diinginkan.
3. Sumbangan bagi kalangan akademisi dalam bidang manufaktur tentang proses pembuatan berbagai produk dari plastik (thermoplastic) dan kesalahan-kesalahan yang sering terjadi pada realita di lapangan.
1.4.Sistematika Penulisan
Sistematika Laporan Tugas Akhir ini memuat tentang isi bab-bab yang dapat diuraikan sebagai berikut :
-BAB I PENDAHULUAN
Bab ini berisi tentang latar belakang tujuan penelitian, batasan masalah, manfaat penelitian dan sistematika penulisan.
-BAB II TINJAUAN PUSATAKA
-BAB III METODOLOGI PENELITIAN
Bab ini berisi tentang diagram alur penelitian, alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian, proses pencampuran dengan menggunakan mesin mixer, proses pencetakan dengan mesin hot press dan cara pengambilan data. Dijelaskan juga kendala-kendala yang dihadapi selama penelitian.
-BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
Bab ini berisi tentang data hasil penelitian, analisa serta pembahasannya.
-BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Pencampuran
2.1.1. Teori Pencampuran
Dalam proses rekayasa industri, pencampuran adalah operasi unit yang melibatkan memanipulasi sistem fisik heterogen, dengan maksud untuk membuatnya lebih homogen. Contoh Familiar termasuk pemompaan air di kolam renang untuk menghomogenkan suhu air, dan mengaduk adonan pancake untuk menghilangkan benjolan.
Dalam menggabungkan dua zat atau lebih yang berbeda tanpa reaksi kimia yang terjadi (obyek tidak menempel satu sama lain). Sementara tak ada perubahan fisik dalam suatu pencampuran, properti kimia suatu pencampuran, seperti dapat menyimpang dari komponennya. Pencampuran dapat komponen aslinya secara mekanis. Pencampuran dapat bersifat homogen atau heterogen.
keseragaman diharapkan dalam kondisi yang optimal dalam cetakan berikutnya dan kegiatan sintering.
Tujuan pencampuran adalah untuk melapisi partikel dengan pengikat, untuk memutus aglomerat, dan untuk mencapai distribusi seragam pengikat dan ukuran partikel seluruh bahan baku. Selanjutnya beberapa komponen dari binder harus tipis dan tersebar diantara partikel, untuk mendapatkan ini beberapa detail harus menjadi pertimbangan yang penting. Untuk binder thermoplastic pencampuran dilakukan pada temperatur yang lebih tinggi/menengah.
Pencampuran dapat diklasifikasikan menjadi beberapa jenis, yaitu sebagai berikut:
a. Pencampuran cairan larut
Campuran cairan larut adalah pencampuran sederhana fisik terdiri penggabungan dua atau lebih material hingga partikel, bagian, atau tetes masing-masing komponen disebarluaskan dalam satu sama lain secara memuaskan. Tingkat pencampuran atau keintiman dari partikel adalah masalah penilaian subjektif seperti apa yang diperlukan. Data yang spesifik yang dibutuhkan meliputi:
• Proporsi relatif dari cairan yang akan dicampur.
• Waktu yang tersedia untuk mendapatkan akhir campuran.
b. Suspensi padat
Suspensi padat adalah juga pekerjaan fisik yang melibatkan pencampuran sederhana menangguhkan padatan tidak larut dalam cairan. Data yang spesifik yang dibutuhkan meliputi:
• Persentase padatan, ukuran partikel, dan kecepatan pengaturan di kaki per detik.
• Kemudahan membasahi dari zat padat. • Jenis suspensi yang dibutuhkan..
c. Dispersi
Dispersi biasanya didefinisikan sebagai campuran dari dua atau lebih cairan non-larut, atau padatan dan cairan, yang lebih atau kurang stabil yang diukur oleh kehidupan sebelum perpisahan terlihat terjadi.
Data tambahan yang diperlukan termasuk :
• Jenis dispersi (cair-cair, padat dalam bentuk cair, gas dalam cair). • Relatif jumlah setiap tahap.
• Viskositas produk akhir.
• Tingkat penambahan satu komponen ke lain, dan di mana urutan.
• Kehalusan dispersi perlu dihasilkan oleh mixer. Hal ini berlaku untuk dispersi padat dalam cairan dan biasanya ditunjuk sebagai ukuran mikron partikel. Dissolving (pembubaran)
d. Dissolving
Umumnya mengacu pada melarutkan yang solid dalam cairan. Kebutuhannya adalah untuk memberikan laju aliran yang baik cair masa lalu permukaan padatan.
Jenis melarutkan berbagai masalah yang dihadapi ketika padatan adalah bahan non-kristalin seperti karet alam dan sintetis, resin padat dan polimer komersial lainnya. Bahan-bahan ini pertama melunak dan menjadi sangat lengket. Partikel-partikel ini cenderung menggumpal menjadi massa yang lebih besar. Peningkatan viskositas solusi dalam hasil pelarutan, dengan viskositas akhir menjadi sangat tinggi dalam solusi yang memiliki kandungan tinggi padat.
e. Ekstrasi
Dalam aplikasi pencampuran, ini didefinisikan sebagai pemisahan satu atau lebih komponen dari suatu campuran dengan menggunakan cairan pelarut. Setidaknya salah satu komponen harus bercampur dengan atau hanya sebagian terlarut dalam cairan ekstraktif sehingga setidaknya dua tahap terbentuk selama dan setelah proses ekstraksi.
aliran tinggi melalui daerah pencampuran yang relatif kecil dengan kecepatan-di tingkat aliran proses.
Ekstraksi persyaratan pemrosesan sangat bervariasi tergantung pada operasi yang akan dilakukan bahwa tidak praktis untuk mencoba untuk tabulasi data tertentu yang diperlukan. Biasanya yang terbaik adalah mencoba untuk mengklasifikasikan di bawah salah satu operasi lain seperti suspensi atau dispersi padatan.
Ada banyak metode pencampuran mengasumsikan bahwa serbuk merupakan cairan, dan pencampuran didominasi oleh difusi yang melintang terhadap bidang gaya gunting. Tetapi model difusi ini kurang sesuai untuk campuaran PIM (plactic injection molding), karena mengabaikan sifat gumpalan serbuk pada saat mixing. satu hal yang penting adalah meramalkan waktu yang diperlukian untuk mendapatkan campuran yang homogen.
2.1.2. Metode Pencampuran
Proses pencampuran memungkinkan bahan pengikat untuk berpindah diantara permukaan pertikel bahan campuran untuk mencapai keseragaman. Tingkat keseragaman diperoleh berdasarkan sifat alami (dasar) dari setiap komponen campuran dan teknik pencampurannya serta pengaruh kondisi.
1. Pencampuran Reaksi
Metode pencampuran reaksi merupakan satu metode yang begitu inovatif. Penggunaan metode ini memudahkan dalam penyamarataan sifat dan karakteristik bila terdapat material baru yang memiliki ketidaksesuaian yang tinggi. Proses ini seringkali melibatkan penambahan bahan reaktif ketiga, seperti bahan multifungsional katalis. Peningkatan kemampuan campuran reaktif untuk memperlihatkan efek emulsi rantai plastik atau bahan tambahan yang terbentuk selama proses pencampuran. Campuran yang lebih sempurna dengan tingkat produktif yang tinggi dapat diperoleh dengan metode ini, tetapi harus melalui pengendalian proses produksi yang lebih intensif.
2. Polimerisasi
Metode polimerisasi digunakan untuk mempersiapkan campuran bahan plastik, terutama pada polimerisasi emulsi. Bahan-bahan plastik dibutuhkan dalam bentuk latek atau emulsi. Proses pencampuran bahan latek yang ukurannya sangat kecil, akan berkurang dalam skala satu mikron atau lebih, saat pemisahan yang sempurna oleh air. Tidak ada pengaruh panas, tegangan dan bahan pengikat, jika latek diuapkan atau dibekukan. Campuran bahan plastik yang padat biasanya dapat diperoleh dengan proses pemisahan antara kedua komponen.
3. Pencampuran secara Mekanik
pencampuran harus diatas suhu cair dari unsur plastik yang menjadi komponen dalam campuran. Untuk alasan ekonomi, pencampuran secara mekanik lebih mendominasi. Ukuran partikel pada fase pemisahan sangat perlu dipertimbangkan untuk mengoptimalkan kinerja campuran. Biasanya pencampuran mekanik hanya memproduksi campuran kasar. Sifat campuran sangat dipengaruhi oleh kecepatan dan suhu pencampuran. Keseragaman campuran hanya dapat dicapai setelah tahap proses pencairan. Contoh mesin yang digunakan pada pencampuran mekanik, antara lain :
Two Roll Mill
Two-roll mill terdiri dari dua buah roll horizontal yang paralel dan
Gambar 2.1. Proses pencampuran pada mesin two roll mill Internal Mixer
Gambar 2.2. Proses Pencampuran pada Internal Mixer
4. Solute Mixer
2.2. Pengertian Plastic Injection Molding
Plastic Injection Molding ( PIM ) merupakan salah satu proses injection
molding yang sering digunakan untuk menghasilkan atau memproses
komponen-komponen yang kecil dan berbentuk rumit (Boses 1995), Proses Injection
Molding mampu menghasilkan bentuk rumit dalam jumlah besar maupun kecil
pada hampir semua jenis bahan termasuk logam, keramik, campuran logam dan plastik.
Salah satu keistimewaan proses PIM ialah kemampuannya dalam menggabungkan dan menggunakan kelebihan-kelebihan teknologi seperti kemampuan pembentukan bahan plastik, ketepatan dalam proses pencetakan dan kebebasan memilih bahan. Hal ini digambarkan pada gambar 2.3. Komponen yang dihasilkan dengan teknologi PIM kini banyak digunakan dalam industri otomotif, kimia, penerbangan, listrik, komputer, kedokteran dan peralatan militer.
Serbuk
Binder
Campuran Butiran
Pencetakan
Debinding Sintering Selesai Keluaran
Secara umum proses PIM dibagi menjadi beberapa tahap seperti pada gambar 2.1 (German 1990). Proses ini dimulai dengan mencampur bahan baku plastik. Kemudian campuran ini dibutirkan lalu disuntik ke dalam cetakan (mould) sesuai dengan bentuk yang diinginkan.
Gambar 2.4. Tahapan Proses Plastic Injection Molding ( PIM ) (German 1990 )
2.2.1. Jenis – Jenis Mesin Plastik Molding
Berdasarkan Material Plastik yang digunakannya Plastic Molding dapat dibedakan atas beberapa jenis yaitu:
1. Blowing molding.
2. Compression molding.
3. Extrusion molding
4. Transfer molding.
• Metode Blow molding
Blow molding merupakan suatu metode mencetak benda kerja berongga dengan cara meniupkan atau menghembuskan udara kedalam material/bahan yang menggunakan cetakan yang terdiri dari dua belahan mold yang tidak menggunakan inti sebagai pembentuk rongga tersebut.
Material plastik akan keluar secara perlahan, secara perlahan akan turun dari sebuah Extruder Head kemudian setelah cukup panjang kedua belahan mold akan di jepit dan menyatu sedangkan bagian bawahnya akan dimasuki sebuah alat peniup (blow Pin) yang menghembuskan udara ke dalam pipa plastik yang masih lunak, sehingga plastik tersebut akan mengembang dan membentuk seperti bentuk rongga mould-nya. Material yang sudah terbentuk akan mengeras dan bisa dikeluarkan dari mold hal ini karena Mold dilengkapi dengan saluran pendingin didalam kedua belahan mold. Untuk memperlancar proses peniupan proses ini dilengkapi dengan pisau pemotong pipa plastik yang baru keluar dari extruder head.
Contoh hasil produksi yang dapat dikerjakan dengan metode ini adalah bentuk Gelas dan botol. Proses tersebut seperti gambar dibawah ini:
1. Proses Pengisian butiran Plastik dari Hopper kedalam Heater. Oleh motor
Screw berputar sambil menarik butiran plastik mengisi ruang Heater.
2. Proses pemanasan butiran plastik kedalam heater. Setelah butiran plastic meleleh dan membentuk seperti pasta maka plastik diinjeksikan kedalam mold.
Gambar 2.6 Proses Pemanasan Butiran Plastik
3. Proses peniupan udara. Saat plastik menempel pada dinding mold seperti pada tahap kedua maka udara dengan tekanan tertentu ditiupkan kedalam mold.
Gambar 2.7 Proses Peniupan Udara
4. Proses pengeluaran produk. Produk dikeluarkan setelah produk dingin dengan cara salah satu cavity plate membuka.
• Metode Compression Molding (Thermoforming)
Compression molding (Thermoforming) merupakan metode mold plastic
dimana material plastik (compound plastic) diletakan kedalam mold yang dipanaskan kemudian setelah material tersebut menjadi lunak dan bersifat plastis, maka bagian atas dari die atau mould akan bergerak turun menekan material menjadi bentuk yang diinginkan. Apabila panas dan tekanan yang ada diteruskan, maka akan menghasilkan reaksi kimia yang bisa mengeraskan material thermoseting tersebut.
Gambar 2.9 Metode Compression Molding
Material Thermosetting diletakkan kedalam mold yang bersuhu antara 300 oF hingga 359 oF dan tekanan mold berkisar antara 155 bar hingga 600 bar.
Proses compression molding dapat dibedakan atas empat macam yaitu :
2. Positive mould - jenis ini terdiri dari dari suatu rongga (cavity) yang dalam dengan sebuah plunger yang mengkompresikan/memadatkan material pada bagian bawah mold pemberian material disesuaikan dengan kapasitasnya baik dengan cara menimbang sehingga menghasilkan produk yang baik dan seragam. 3. Landed Positive Mold - mirip dengan tipe diatas ,akan tetapi tinggi bidang batas dibatasi.bagian “land” bekerja menahan tekanan (bukan bagian produknya). Karena ketebalan material terkontrol dengan baik, maka kepadatan benda kerja tergantung dari posisi pengisian yang diberikan.
4. Semi positive mold - merupakan kombinasi antara flash type dan landed
positive mold.
• Metode Extrusion Molding
Extrusion molding mempunyai kemiripan dengan injection molding, hanya pada extrusion molding ini material yang akan dibentuk akan berupa bentukan profil tertentu yang panjang. Pada prinsipnya juga ada bagian mesin yang berfungsi mengubah material plastik menjadi bentuk lunak (semifluida) seperti pasta dengan cara memanaskannya dalam sebuah silinder, dan memaksanya keluar dengan tekanan melalui sebuah forming die (extruder head or
hole), yaitu suatu lubang dengan bentuk profill tertentu itu akan keluar dan
Berikut ini contoh proses Extrusion molding :
1. Butiran kecil material plastik oleh gerakan srew dimasukkan kedalam silinder heater dipanaskan untuk diubah menjadi material kental seperti pasta.
Gambar 2.10 Pemanasan Plastik
2. Didalam silinder Heater atau pemanas, butiran plastik berubah menjadi cair, lalu dengan tekanan tertentu dimasukkan melalui sebuah forming die (extruder
head atau hole), yaitu suatu lubang dengan bentuk profill.
Gambar 2.11 Proses Pencetakan
3. Produk ditarik atau dikeluarkan dan diterima oleh sebuah conveyor dan dijalankan/ditarik sambil didingikan, sehingga profil yang terbentuk akan mengeras.
Berikut ini contoh produk-produk yang dihasilkan dengan extrution molding.
Gambar 2.13 Produk Yang Dihasilkan dengan Extrution Molding
Bentuk extruder head (forming) ini bisa bermacam-macam, sesuai dengan keinginan kita dan bisa dipasang dan diganti-ganti karena dilengkapi dengan holder. Tentu saja bagian ini harus dibuat dari bahan baja pilihan yang dikeraskan, yang mampu menahan panas dan gesekan dari material yang diproses pendinginan benda kerja dilakukan dengan menyemprotkan udara pada profil yang berjalan, sehingga bisa merata keseluruh bagian/panjang profil yang dihasilkan.
• Metode Transfer Molding
Transfer molding merupakan proses pembentukan suatu benda kedalam sebuah mold (yang tertutup) dari material thermosetting, yang disiapkan kedalam
reservoir dan memaksanya masuk melalui runner/kanal kedalam cavity dengan
menggunakan panas dan tekanan.
Proses transfer moulding terdiri atas dua type yaitu: sprue Type dan
plunger tipe. Jenis plunger memerlukan tekanan yang lebih kecil dibandingkan
dengan tipe sprue.
Gambar 2.14 Proses Transfer Molding
• Metode Injection Molding
Proses injection molding merupakan proses pembentukan benda kerja dari material compound berbentuk butiran yang ditempatkan kedalam suatu
hopper/torong dan masuk kedalam silinder injeksi yang kemudian didorong
melalui nozel dan sprue bushing kedalam rongga (cavity) dari mold yang sudah tertutup. Setelah beberapa saat didinginkan, mold akan dibuka dan benda jadi akan dikeluarkan dengan ejector. Material yang sangat sesuai adalah material thermoplastik dan karena pemanasan material ini akan melunak dan sebaliknya akan mengeras lagi bila didinginkan. Perubahan – perubahan ini hanya bersifat fisik, jadi bukan perubahan kimiawi sehingga memungkinkan untuk mendaur ulang material sesuai dengan kebutuhan.
suhunya, plastik/material itu akan semakin encer (rendah viskositasnya) sehingga semakin mudah diinjeksi, disemprotkan kedalam mold. Setiap material memiliki karakter suhu molding. Semakin lunak formulasinya, yang berarti kandungan plastis tinggi, membutuhkan temperatur rendah, sebaliknya yang memiliki formulasi lebih keras butuh temperatur tinggi. Bentuk-bentuk partikel yang sulit, besar dan jumlah cavity yang banyak serta runner yang panjang menyebabkan tuntutan temperatur yang tinggi atau naik.
Gambar 2.15 Unit Mesin Injcetion Moulding (Gutowski : 2002)
Terdapat tiga bagian utama dalam mesin injection molding,yaitu(Anif Jamaludin:2007):
1. Clamping Unit
Merupakan tempat untuk menyatukan molding. Clamping system sangat kompleks, dan di dalamnya terdapat mesin molding(cetakan), dwelling untuk memastikan molding terisi penuh oleh resin, injection untuk memasukan resin melalui sprue pendingin, ejection untuk mengeluarkan hasil cetakan plastik dari
2. Plasticizing Unit
Merupakan bagian untuk memasukan pellet plastik (resin) danpemanasan. Bagian dari Plasticizing unit: Hopper untuk memasukkan resin; Screw untuk mencampurkan material supaya merata, Barrel, Heater, dan Nozzle.
3. Drive Unit
Unit untuk melakukan kontrol kerja dari Injection Molding,terdiri dari Motor untuk menggerakan screw, piston injeksi menggunakan Hydraulic system (sistem pompa) untuk mengalirkan fluida dan menginjeksi resin cair ke molding.
2.3. Pengenalan Bahan Baku
2.3.1. Polimer
Polimer sebenarnya sudah ada dan digunakan manusia sejak berabad-abad yang lalu. Polimer - polimer yang sudah digunakan itu adalah jenis polimer alam seperti selulosa, pati, protein, wol, dan karet. Istilah polimer pertama kali digunakan oleh kimiawan dari Swedia, Berzelius (1833).
Istilah plastik dan polimer sering kali dipakai secara bergantian. Faktanya, plastik adalah suatu material hasil rekayasa yang tidak sederhana dalam struktur molekulnya melainkan memiliki komposisi yang rumit, yang dengan sengaja diatur untuk memenuhi aplikasi – aplikasi spesifik yang diinginkan. Plastik merupakan polimer yang ditambah kan dengan aditif, dimana aditif merupakan material yang dapat meningkatkan kemampuan (properties) polimer.
Secara umum polimer memiliki sifat-sifat umum yang khas, diantaranya adalah :
• Mampu cetak yang baik. Pada temperatur relatif rendah bahan dapat dicetak dengan penyuntikan, penekanan, ekstrusi dan seterusnya akibatnya biaya pembuatan relatif lebih rendah dibanding pada logam atau keramik. • Produk yang kuat dan ringan dapat dibuat. Berat jenis polimer adalah
rendah dianding logam dan keramik, yaitu 1,0 – 1,7 yang memungkinkan dapat diproduksi barang yang kuat dan ringan.
• Banyak diantara polimer bersifat isolator yang baik. Polimer mungkin saja dibuat konduktor dengan jalan mencampurnya dengan serbuk logam, butiran karbon, serbuk alam dan lain-lain.
• Baik sekali dalam ketahanan air dan ketahanan zat kimia. Pemilihan bahan yang baik akan menghasilkan produk yang mempunyai sifat-sifat baik sekali.
• Produk-produk dengan sifat yang cukup berbeda dapat dibuat tergantung pada cara pembuatannya. Dengan mencampur zat plastis, pengisi dan sebagainya. Sifat-sifat dapat berubah dalam daerah yang luas.
• Kekerasan permukaan sangat kurang. Bahan polimer yang keras ada tetapi masih jauh dibaah kekerasan logam dan keramik.
• Beberapa bahan tahan abrasi atau mempunyai koefisien gesek yang kecil (Surdya, T dan Saito, S, 1986)
Pada dasarnya plastik secara umum digolongkan ke dalam 3 (tiga) macam dilihat dari temperaturnya, yakni :
1. Bahan Thermoplastik (Thermoplastic) yaitu akan melunak bila dipanaskan dan setelah didinginkan akan dapat mengeras. Contoh bahan thermoplastik adalah : Polistiren, Polietilen, Polipropilen, Nilon, Plastik fleksiglass dan Teflon.
2. Bahan Thermoseting (Thermosetting) yaitu plastik dalam bentuk cair dan dapat dicetak sesuai yang diinginkan serta akan mengeras jika dipanaskan dan tetap tidak dapat dibuat menjadi plastik lagi. Contoh bahan thermosetting adalah : Bakelit, Silikon dan Epoksi.
Gambar 2.16. Klasifikasi polimer (Saptono, Rahmat, 2007)
2.3.2. Pemanfaatan Polimer
Penggunaan polimer dalam kehidupan sehari – hari yang telah dikenal dan digunakan secara umum yaitu:
1. Polyurethanes
Polyurethanes banyak digunakan untuk produk-produk yang terbuat dari
foam, serat, dan yang digunakan untuk elastomer dan pelapis
(coating).Aplikasinya dalam kehidupan sehari-hari misalnya untuk pembuatan wadah dari foam, untuk industri garmen, untuk aplikasi bahan bangunan dan sebagainya.
2. Polyester
dakron dikenal pula Mylar, yang digunakan sebagai pita perekam magnetik
3. Polypropylene (PP)
Biasanya digunakan untuk membuat tali, botol, spakbor sepeda motor dan sebagainya.
4. Polyethylene (PE)
Biasanya digunakan untuk pembungkus makanan, kantung plastik, ember, helm dan sebagainya.
5. Akrilat (flexiglass)
Beberapa polimer dibuat dari asam akrilat sebagai monomernya. Polimetil metakrilat atau flexiglass merupakan plastik bening, keras tetapi ringan.Polimer jenis ini banyak digunakan untuk kaca jendela pesawat terbang dan mobil.
6. Bakelit
Bakelit banyak digunakan untuk alat-alat listrik. 7. PVC
PVC (polivinilklorida) biasanya digunakan untuk membuat pipa, selang, pelapis lantai dan sebagainya
8. Teflon
9. Karet alam dan karet sintetis
Karet diperoleh dari getah pohon karet (lateks). Karet alam merupakan polimer isoprena. Karet sintetis terdiri dari beberapa macam, misalnya polibutadiena, polikloroprena dan polistirena. Karet sintetis yang telah banyak dikenal yaitu SBR. SBR terdiri dari monomer stirena dan 1,3-butadiena, banyak digunakan untuk pembuatan ban mobil.
Berikut contoh penggunaan polimer dalam kehidupan sehari – hari:
Gambar 2.17. Penggunaan polimer dalam kehidupan sehari- hari
Faktor utama yang perlu diperhatikan dalam memilih bahan plastik meliputi :
1. Aplikasi
• Lingkungan penggunaan
Perlu meneliti pengaruh lingkungan terhadap produk yang dibuat dari bahan plastik yang digunakan. Pengaruh lingkungan tersebut meliputi suhu, kelembaban dan daerah kerja, kemungkinan kontak dengan gas, unsur kimia, atau larutan kimia, maupun keterbukaan alam (matahari, hujan atau radiasi)
• Jenis gaya eksternal yang dikenakan padanya
Perlu dianalisa jenis gaya eksternal seperti gaya tarik, lentur, kompresi, geser atau friksi yang dikenakan di bawah lingkungan tersebut di atas dan bagaimana kombinasi dari gaya-gaya di atas. Perlu diteliti apakah gaya-gaya ini dikenakan sebagai beban tumbukan, tegangan berulang atau gaya dinamis. Setelah
mempertimbangkan faktor-faktor ini baru memilih bahan-bahan plastik yang memiliki ketahanan terhadap gaya eksternal. • Situasi khusus
Setiap negara mempunyai standar kualitas tidak sama, sehingga bahan yang dipilih harus memenuhi persyaratan standar di negara masing-masing.
• Pengguna dan tujuan pemakaian
Faktor tersebut pantas memperoleh perhatian siapa pengguna produk tersebut misalnya anak-anak, atau orang dewasa baru dipertimbangkan pemilihan bahan yang sesuai atau tidak
konsumen umum, baru kemudian memilih jenis bahan plastik yang di kehendaki.
2. Sifat-sifat Bahan Plastik
Dengan mempertimbangkan faktor yang memenuhi aplikasi pemilihan bahan plastik, barulah memilih bahan plastik yang memiliki sifat-sifat bahan tersebut seperti berat spesifik, warna, transparansi, sifat, mekanik, elektronik, termal, kimiawi, durabilitas dan prosesabilitas. 3. Pertimbangan Ekonomis
Harga merupakan salah satu faktor penentu dalam pemilihan jenis bahan plastik baik dengan membandingkan harga produk saingan maupun dengan bahan plastik lain setelah mempertimbangkan biaya proses fabrikasi.
4. Keamanan dan Kesehatan
Merupakan salah satu faktor penting mempertimbangkan kesehatan dan keamanan orang yang bekerja pada proses fabrikasi dan atau pengguna prosuk akhir.
5. Limbah
Hal ini penting di carikan jalan keluar penanganannya, disertai kegiatan promosi daur ulang dalam proses proses produksi.
2.3.3. Karakterisasi
2.3.3.1 Kekuatan Tarik
Kekuatan tarik adalah salah satu sifat dasar dari bahan polimer yang terpenting dan sering digunakan untuk karakteristik untuk suatu bahan polimer. Kekuatan tarik sesuatu bahan didefenisikan sebagai besarnya beban maksimum (Fmaks) yang digunakan untuk memutuskan spesimennya bahan dibagi dengan luas penampang awal (A0).
Keterangan
= Kekutan Tarik (MPa) F = Beban Maksimum (kgf) A0 = Luas penampang awal (mm2)
Bila suatu bahan dikenakan bebanterik yang disebut tegangan (gaya persatuan luas), maka bahan akan mengalami perpanjangan (regangan). Kurva tegangan terhadap regangan merupakan gambaran karakteristik dari sifat mekanik suatu bahan.
2.3.3.2 Regangan
Dalam bentuk persamaan :
2.3.3.3 Modulus elastisitas
Modulus elastisitas adalah perbandingan antara tegangan tarik dan regangan.
Dalam bentuk persamaan
Keterangan :
E = Modulus elastisitas (MPa)
σ = Kekuatan Tarik (MPa)
ε = Regangan
2.4. Bahan baku
2.4.1. Polyethylene (PE)
Polyethylene merupakan polimer termoplastik yang mudah diolah maka
dari itu sering di cetak dengan penekanan, injeksi, ekstruksi, peniupan dan hampa udara.
Polyethylene juga sering digunakan pada pembuatan barang seperti pipa
plastik
Dan juga helm untuk keselamatan kegiatan arung jeram
Polyethylene memiliki titik leleh rata-rata sebesar 105-115°C. Disisi lain
polyethylene tekanan rendah kurang bercabang dan merupakan rantai lurus karena
itu massa jenisnya lebih besar sebab mengkristal secara baik sehingga memiliki kristalinitas tinggi. Karena kristal yang berbentuk baik itu mempunyai gaya antar molekul yang kuat, maka bahan ini memiliki kekuatan mekanis yang tinggi dan titik lunak yang tinggi pula.
Polyethylene ini dibuat dengan jalan polimerisasi gas etilen yang dapat
diperoleh dengan memberi hydrogen gas petroleum pada pemecahan minyak (nafia), gas alam atau asetelin.Melihat dan sangat bervariasi bergantung pada tipe polietilena.Pada tingkat komersil, Kebanyakan LDPE, MDPE, dan HDPE mempunyai tingkat resistansi kimia yang sangat baikdan tidak larut pada temperatur ruang karena sifat kristalinitas mereka. Polietilena umumnya bisa dilarutkan pada temperatur yang tinggi dalam
2.4.1.1. Low Density Polyethylene (LDPE)
Sifat mekanis jenis plastik LDPE adalah kuat, agak tembus cahaya, fleksibel dan permukaan agak berlemak. Pada suhu di bawah 60oC sangat resisten terhadap senyawa kimia, daya proteksi terhadap uap air tergolong baik, akan tetapi kurang baik bagi gas-gas yang lain seperti oksigen, sedangkan jenis plastik HDPE mempunyai sifat lebih kaku, lebih keras, kurang tembus cahaya dan kurang terasa berlemak (Koswara, 2006)
2.4.1.2 High Density Polyethylene (HDPE)
2.4.2. Polyprophylene (PP)
Polypropylene dibentuk dengan berbagai teknik termoplastik, memiliki
sifat-sifat listrik yang baik, tahan terhadap impak, kekuatan nya tinggi dan tahan terhadap suhu tinggi serta zat-zat kimia.
Sering juga digunakan untuk membuat peralatan/aksesoris sepeda motor sperti spakbor depan (http//asiamtr.indonetwork.co.id/375302/spakbor-mds.html), koper, perabotan, kemasan makanan,dan isolasi listrik.
Polypropylene memiliki sifat – sifat yang serupa dengan polyethylene Sifat
mekaniknya dapat ditingkatkan sampai batas tertentu dengan jalan mencampurkan serat gelas dan pemuaian termal juga dapat diperbaiki sampai setingkat dengan bahan thermoseting. Sifat- sifat listriknya hampir sama dengan sifat-sifat pada
polyethylene. Tahan kimianya kira-kira sama bahkan lebih baik dari pada
polyethylene massa jenis tinggi.
Polypropylene paling umum digunakan untuk cetakan plastik, dimana hal
BAB III METODOLOGI
3.1. Tahapan Penelitian
Berikut ini adalah diagram alir tahapan penelitian :
Gambar 3.1 diagram tahapan penelitian
Polypropilen & Polyetilen
Mixer
Hydraulic Hot Press
Film Spesimen
PP : PE
Spesimen diuji tarik dengan mesin uji tarik Tarno test
Analisa Data
3.2. Alat dan Bahan 3.2.1 Alat
3.2.1.1. Mixer
Mixer yang digunakan berupa internal mixer. Kecepatan motor 1410 rpm
dan kecepatan saat pencampuran 10 rpm.
Gambar 3.2 Internal Mixer Keterangan gambar 3.2 :
1. Indikator kuat arus dan tegangan 2. Pengatur temperature pencampuran 3. Tombol power pemanas pada mixer 4. Tombol penggerak motor
5. Motor 6. Hopper
3.2.1.2. Neraca Analitik
Alat ini memiliki ketelitian yang tinggi, mampu menimbang zat atau benda sampai batas 0,001 gr. Neraca ini sangat peka, karena itu bekerja dengan neraca ini harus secara halus dan hati-hati. Alat ini digunakan penulis di Laboratorium Kimia Dasar MIPA USU.
Gambar 3.3 Neraca Analitik
Keterangan gambar 3.3 :
1. Bahan yang akan ditimbang 2. Landasan timbangang 3. Indikator
4. Tombol power 1
2
3
3.2.1.3. Hydraulic hot press
Mesin hydraulic hot press adalah suatu alat atau mesin yang digunakan untuk membentuk suatu perlengkapan dari bahan plastik dengan menyampaikan konsep/sistem tekanan dengan aplikasi panas untuk melelehkan bahan, (seperti termoplastik) yang juga disebut termo pembentuk, prosedur ini menciptakan produk dengan tekstur, atau bentuk dapat dipakai sebagai hasil langsung. Operasi ini dicapai melalui penggunaan hidrolik disesuaikan untuk mentransfer energi, (dalam bentuk tekanan), untuk materi.
Pada penelitian ini digunakanlah mesin hydraulic hot press yang merupakan jenis rakitan, namun prinsip kerjanya sama dengan prinsip kerja mesin – mesin hasil pabrikan.
Gambar 3.4 Hydraulic hot press Keterangan gambar 3.4 :
3. Pemanas
4. Hydraulic
5. Rumah mesin 6. Ruang penekanan
3.2.1.4. Cetakan
Untuk pengambilan data sifat mekanik, ukuran spesimen dibuat sesuai standard ASTM D638 tipe IV dengan dimensi seperti gambar berikut:
Gambar 3.5 Cetakan Standard ASTM D638 tipe IV Keterangan gambar 3.5 :
3.2.1.5 Mesin Uji Tarik
Merupakan alat yang digunakan untuk menguji : - Kekuatan tarik (tensile strength)
- Kekuatan tekan (compressive strength) - kekuatan bending (flexural strength)
Menggunakan piston yang digerakkan oleh pompa hidraulik Memiliki skala 100 kgf, 200kgf, 400kgf, 1000 kgf dan 2000 kgf.. Grafik pengujian yang dilakukan dicetak di kertasgrafik.
Gambar 3.6 Mesin Uji Tarik Keterangan gambar 3.6 :
3. Indikator stroke (Regangan) 4. Skala uji tarik
5. Tombol power
6. Alat untuk menggambarkan grafik pengujian pada Kertas grafik 7. Mesin penggerak
Spesifikasi mesin uji tarik Tarno type SC – 2DE :
- Nama : Electronic System Universal Testing Machine - Pabrikan : Tokyo Japan
- Gaya max : 2000 kgf - Stroke : 250 mm
- Kec. Piston : 0 – 250 mm/min
3.2.2 Bahan Baku
Bahan baku yang digunakan dalam penelitian ini adalah : Tabel 3.1 Bahan Baku dan Karakteristiknya Bahan Baku Temperatur Leleh Berat/butir Polipropilen (PP) 164 oC 0,025 gr Polietilen (PE) 125 oC 0,025 gr
Gambar 3.7 Bahan Baku polypropylene (PP)
Gambar 3.8 Bahan Baku polyethylene (PE)
3.3 Pembuatan Spesimen
3.3.1 Penimbangan Komposisi Formula
Sebelum menuju kearah pembuatan spesimen, bahan baku ditimbang terlebih dahulu untuk mendapatkan komposisi yang diinginkan. Dalam hal ini, penulis ingin menggunakan 50 gram polimer, yaitu campuran polypropylene dan
polyethylene. Alat yang digunakan adalah neraca analitik. Alat ini diperoleh
penulis di Laboratorium Kimia Dasar MIPA USU. Komposisi formula tersebut adalah :
- Formula 3 (Polypropylene 60% + polyethylene 40%) 3.3.2 Pembuatan Campuran Polimer
Pencampuran polypropylene dan polyethylene dilakukan dengan menggunakan alat yang bernama Internal Mixer. Temperatur yang digunakan bervariasi, yaitu 160oC, 165oC, 170oC, 175oC dan 180oC Komposisi formula PP : PE yang digunakan adalah (80% : 20%), (70% : 30%), (60% : 40%).
Campuran polimer yang dihasilkan dari proses pencampuran dengan
internal mixer seperti ditunjukkan pada gambar berikut :
Gambar 3.9 Hasil Campuran Polimer
3.3.3 Pembuatan Film Spesimen
penekanan dengan hydraulic hot press yaitu 30 menit. Berikut ini adalah gambar campuran polimer untuk pembuatan film spesimen sebelum ditekan dengan
hydraulic hot press.
Gambar 3.10 Campuran Polimer pada cetakan sebelum ditekan dengan hydraulic
hot press.
Untuk tiap-tiap komposisi dan temperatur tersebut dicetak 3 buah spesimen uji tarik, dapat kita lihat pada table 3.2.
Tabel 3.2 Sampel hasil variasi komposisi volume bahan dengan variasi temperatur
Dalam bentuk diagram pohon Sampel hasil variasi komposisi volume bahan dengan variasi temperatur dapat kita lihat pada gambar 3.11 :
Gambar 3.11 Diagram pohon sampel hasil variasi komposisi volume bahan baku dengan variasi temperatur
Dari tabel 3.2 dan gambar 3.11 diketahui bahwa terdapat lima variasi temperatur mixer dan tiga variasi komposisi bahan baku polypropilene dan
polyethylene dimana setiap kombinasi dicetak tiga spesimen, sehingga diproleh 45
3.3.4 Karakteristik Campuran Polypropylene dan Polyethylene
Untuk mengetahui karakteristik campuran polimer polypropylene dan
polyethylene, perlu dilakukan kekuatan uji tarik. Dari sini akan diperoleh tegangan
dan regangan dari tiap film spesimen dengan komposisi formula yang berbeda. Hasil tersebut akan dibandingkan dengan polypropylene dan polyethylene murni. Apakah pencampuran polimer ini lebih baik bila dibanding dengan polimer murni.
3.4 Cara Pengambilan Data
BAB IV
DATA DAN ANALISA
4.1. Analisis Visual Spesimen
Pada penelitian ini, spesimen yang dihasilkan berbentuk film tipis dengan ketebalan 2 mm dan dibentuk sesuai dengan ASTM D638 Type IV. Tampilan film bahan Polipropilen (PP) : Polietilena(PE) : dengan komposisi 80% : 20% (F1), 70%: 30% (F2), dan 60% :40% (F3) dengan variasi temperatur pada internal mixer 160oC, 165oC, 170oC, 175oC, 180oC dapat dilihat seperti pada lampiran 1.
Dari gambar yang terdapat pada lampiran 1, dapat dilihat bahwa spesimen antara masing – masing komposisi tidak terdapat perbedaan warna yang berarti walaupun komposisi campuran dan juga temperatur pada proses pencampuran yang diberikan pada saat pencetakan berbeda. Selanjutnya film spesimen ini dilakukan uji mekanik yaitu Uji Tarik/Uji Kemuluran. Dari pengujian tarik ini nantinya akan diketahui berapa kekuatan spesimen, pertambahan panjang (elongasi), dan modulus elastisitas (E) spesimen.
4.2. Hasil Uji Tarik Spesimen
175
oC
Berdasarkan tabel 4.1, maka kekuatan tarik, kemuluran, dan modulus elastis spesimen dapat dicari berdasarkan perhitungan sebagai berikut:
1 kgf=9,807N.
Luas penampang awal (Ao) 80% PP : 20% PE (Spesimen a) adalah :
Ao = 2,05 mm x 6,15 mm
Fmaks = 40,51 x 9,807 N
= 397,281 N
Maka kekuatan tarik σmaks (stress) spesimen adalah :
Kemuluran ϵ merupakan perbandingan antara pertambahan panjang ΔL dengan panjang mula – mula Lo dimana panjang mula – mula spesimen 25 mm dan pertambahan panjang spesimen 6,95 mm maka diperoleh :
Modulus elastis (E) merupakan konstanta dari perbandingan lurus antara tegangan dan regangan. Besarnya modulus ini sama dengan angka kemiringan dari kurva tegangan – regangan yang berupa garis lurus pada bagian yang dekat ke titik 0.
Untuk perhitungan selanjutnya dapat dilihat pada lampiran 3, dan hasilnya terdapat pada tabel 4.2
Tabel 4.2. Sifat Mekanik Spesimen
c 32,33 37,84 85,44
Gambar spesimen setelah dilakukan pengujian tarik dapat kita lihat pada lampiran 2.
Dari hasil perhitungan uji tarik yang telah dilakukan, maka diperoleh 5 sampel yang memiliki kondisi optimum, yaitu :
Kurva loud - stroke spesimen pada kondisi optimum setiap variasi temperatur setelah pengujian tarik ditunjukkan seperti pada gambar berikut :
Gambar 4.1 Kurva Load - stroke pada 80% PP : 20% PE 160oC spesimen c
Load (kgf)
Stroke (mm)
44,46
8,93 0
a
Keterangan gambar 4.1 :
a. Titik puncak (ultimate strenght) b. Titik stroke maksimum
Penjelasan gambar 4.1 :
Gambar 4.2 Kurva Load - Stroke pada 80% PP : 20% PE 165oC spesimen a b
a
46,08
10,61
0
Load (kgf)
Keterangan gambar 4.2 :
a. Titik puncak (ultimate strenght) b. Titik stroke maksimum
Penjelasan gambar 4.2 :
Dengan kecepatan tarik 20 mm/min dan beban 100 kgf garis bergerak perlahan dari titik nol menuju titik puncak tegangan. Sampai dititik ultimate
strength yang merupakan titik puncak dan diketahui teganagan 46,08 kgf yang
Gambar 4.3 Kurva Load - Stroke pada 70% PP : 30% PE 170oC spesimen a a
b
0
9,29 44,81
Stroke (mm) Load
Keterangan gambar 4.3 :
a. Titik puncak (ultimate strenght) b. Titik stroke maksimum
Penjelasan gambar 4.3 :
Sama hal nya dengan kurva loud - stroke yang sebelum nya dibahas, dimulai dari titik nol, garis bergerak dengan kecepatan 20 mm/min dan beban 100 kgf menuju puncak dengan kenaikan tegangan yang konstan hingga sampai dititik
ultimate strength yang merupakan titik puncak dengan tegangan 44,81 kgf yang
kemudian garis pada kurva turun secara vertikal kebawah sehingga membentuk garis tegak lurus yang artinya spesimen yang diuji putus dengan pertambahan panjang 9,29 mm
Gambar 4.4 Kurva Load - Stroke pada 80% PP : 20% PE 175oC spesimen b 0
17,91 53,45
b a
Load (kgf)
Keterangan gambar 4.4 :
a. Titik puncak (ultimate strenght) b. Titik stroke maksimum
Penjelasan gambar 4.4 :
Gambar 4.5 Kurva Load - stroke pada 80% PP : 20% PE 180oC spesimen c 0
14,08 48,43
b a
Load (kgf)
Keterangan gambar 4.5 :
a. Titik puncak (ultimate strenght) b. Titik stroke maksimum
Penjelasan gambar 4.5 :
Hampir tidak ada perbedaan yang begitu berarti dengan kurva loud - stroke telah dibahas sebelumnya, proses awal hingga akhir dengan tegangan 48,43 kgf dan pertambahan panjang 14,08 mm.
4.3 Perbandingan Kekuatan Campuran (Polypropylene + Polyethylene) dengan Polypropylene Murni dan Polyethylene Murni
Dalam penelitian ini juga dilakukan pengujian kekuatan tarik terhadap spesimen polypropylene murni (100%) dan polyethylene murni (100%). Spesimen dicetak sesuai dengan titik leleh masing-masing. Dimana polypropylene pada suhu 165 oC dan polyethylene pada suhu 135 oC. Berikut ini adalah gambar
polypropylene murni dan polyethylene murni.
Gambar 4.7 Film Spesimen polyethylene murni 4.3.1 Hasil Uji Tarik
Berikut ini adalah tabel dan gambar hasil pengujian tarik film spesimen dari
polypropylene murni (100%) dan polyethylene murni (100%).
Tabel 4.3 Data Hasil Uji Tarik Film Spesimen
Sampel Jumlah Tebal
hasilnya terdapat tabel 4.4:
Tabel 4.4 Hasil Perhitungan Sifat Mekanik
Sampel Jumlah
Gambar spesimen setelah dilakukan pengujian tarik pada kondisi optimum seperti terlihat pada gambar
Dari hasil perhitungan uji tarik yang telah dilakukan, maka diperoleh sampel yang memiliki kondisi optimum, yaitu :
1. Sampel PP 100% spesimen b 2. Sampel PE 100% spesimen a
Kurva loud - stroke spesimen pada kondisi optimum setelah pengujian tarik ditunjukkan seperti pada gambar berikut :
Gambar 4.10 Kurva Load – Stroke pada PP 100% murni spesimen b 56,75
23,72 0
Load (kgf)
Stroke (mm)
a
Keterangan gambar 4.10 :
a. Titik puncak (ultimate strenght) b. Titik stroke maksimum
Penjelasan gambar 4.10 :
Gambar 4.12 Kurva Load – Stroke pada PE 100% murni spesimen a
Keterangan gambar 4.12 :
a. Titik puncak (ultimate strenght) b. Titik stroke maksimum
Penjelasan gambar 4.12 :
Gambar 4.12 merupakan gambar dari kurva hasil pengujian tarik 100% PE murni temperatur 135oC spesimen a yang sudah dilakukan pengujian. Diketahui nilai tegangannya rendah yaitu 38,67 kgf dan nilai pertambahan panjangnya sangat tinggi yaitu 199,82 mm. Kurva ini hanyalah sebagai perbandingan terhadap kurva yang mengalami pencampuran.
38,67
199,82
0 Stroke
(mm) Load
(kgf)
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1.Kesimpulan
Setelah dilakukan penelitian, pengujian dan analisis terhadap bahan spesimen campuran polypropilene dan polyethylene, maka dapat disimpulkan untuk keadaan optimum bahwa :
1. Dihasilkan spesimen baru antara campuran polypropilene dan polyethylene 2. Dari hasil perhitungan uji tarik pencampuran polypropilene dan
polyethylene, diperoleh 5 sampel yang memiliki kondisi optimum :
E = 99,43 MPa
3. Dari hasil perhitungan uji tarik pencampuran polypropilene murni dan
polyethylene murni, diperoleh 2 sampel yang memiliki kondisi optimum :
• polypropilene Murni (spesimen b)
σmaks = 44,92 MPa
ε = 94,88 %
E = 47,34 MPa
• polyethylene Murni (spesimen a)
σmaks = 31,09MPa
ε = 799,28 %
E = 3,89 MPa
5. Nilai komposisi polypropilene mempengaruhi tegangan, sedangkan nilai komposisi polyethylene mempengaruhi regangan.
5.2.Saran
1. Untuk meningkatkan interaksi antara polypropilene dan polyethylene, perlu penambahan senyawa pengikat agar karakteristik bahan campuran yang dihasilkan dapat lebih meningkat.
2. Untuk mendapatkan campuran yang lebih homogen, ada baiknya menambahkan variasi putaran pada internal mixer.
DAFTAR PUSTAKA
1. Anonim. Mixing process classifications. division of EMI Inc. Technology Group
2. Anonim. 2001. Mixing (Process Enggineering).
tenggal 23 februari 2011).
3. Azizah, Utiya dan Sukarmin. 2004. Polimer. Jakarta : Direktorat Jenderal Pendidikan Dasar dan Menengah.
4. Boedeker Plastic, Inc. 2011. Polyethylene Spesification.
5. Callister, D. William. 2001. Fundamentals of Materials Science and
Engineering. New York : John Wiley & Sons, Inc.
6. Colton, Prof. J.S. 2009. Manufacturing Processes and Engineering. Georgia Institute of Technology
7.
Kopeliovich, Dmitri. 2008. Thermoplastic Polypropylene (PP). Di Downloadtanggal 20 Oktober 2010 dari
8. Maryono. 2008. Tesis: Komposit Polietilena Dengan Serbuk Sekam Padi
Sebagai Alternatif Bahan Jerigen Plastik. Medan: Sekolah Pasca Sarjana
Ilmu Fisika USU.
9. Mc.Cabe, W.L dan Smith, J,C. 1993. Unit Operations of Chemical
Engineering. fifth edition. New York : Mc Graw Hill Coy
10. Mujiarto, Imam. 2005. Jurnal :Sifat Karakteristik Material Plastik dan Bahan
Aditif. Semarang : AMNI.
11. Rosato, D.V. 2000. Injection Molding Handbook (3rd Edition). New York
:Kluwer Academic Publishers.
13. Satianto, Edy. 2008. Pencampuran Serbuk Penggergajian Batang Kelapa
Dengan Termoplastik Polipropilena Untuk Bahan Kemasan Jerigen Plastik.
Medan: Sekolah Pasca Sarjana Ilmu Fisika USU.
14. Sujana, Arief. 2010. Uji Tarik dan Sifat-sifat Mekanik Logam.
(diakses tanggal 27 Maret 2011)
15. Trilene. Pengetahuan Dasar Plastik. PT. Tri Polyta Indonesia, Tbk.
16. Wirjosentono, B. 1995. Analisis dan Karakteristik Polimer. Medan: FMIPA USU Press.
17. White, James L.2001. POLYMER MIXING Technology and Engineering. Munich : Hanser 2001.
(a) (b)
(c)
Gambar 1.1 Film Spesimen. (a) F1 160oC, (b) F2 160oC, (c) F3 160oC
(a) (b)
(c)
(a) (b)
(c)
Gambar 1.3 Film Spesimen (a) F1 170oC, (b) F2 170oC, (c) F3 170oC
(a) (b)
(c)
(a) (b)
(c)
(a) (b)
(c)
Gambar 4.6 Film Spesimen Setelah Pengujian Tarik
a) F1 160oC, (b) F2 160oC, (c) F3 160oC
(a) (b)
(c)
Gambar 4.7 Film Spesimen Setelah Pengujian Tarik
(a) (b)
(c)
Gambar 4.8 Film Spesimen Setelah Pengujian Tarik
a) F1 170oC, (b) F2 170oC, (c) F3 170oC
(a) (b)
(c)
Gambar 4.9 Film Spesimen Setelah Pengujian Tarik
(a) (b)
(c)
Gambar 4.10 Film Spesimen Setelah Pengujian Tarik
Suhu 160o C
• 80% PP : 20% PE (Spesimen a)
Fmaks = 40,51 x 9,807 N
= 397,281 N
• 80% PP : 20% PE (Spesimen b)
Fmaks = 39,93 x 9,807 N
• 80% PP : 20% PE (Spesimen c)
Fmaks = 44,66 x 9,807 N
= 437,980 N
• 70% PP : 30% PE (Spesimen a)
Fmaks = 40,99 x 9,807 N
= 401,988 N
• 70% PP : 30% PE (Spesimen b)
= 316,373 N
• 70% PP : 30% PE (Spesimen c)
Fmaks = 28,81 x 9,807 N
= 282,539 N
• 60% PP : 40% PE (Spesimen a)
Fmaks = 36,97 x 9,807 N
• 60% PP : 40% PE (Spesimen b)
Fmaks = 32,44 x 9,807 N
= 318,139 N
• 60% PP : 40% PE (Spesimen c)
Fmaks = 33,64 x 9,807 N
Suhu 165o C
• 80% PP : 20% PE (Spesimen a)
Fmaks = 46,08 x 9,807 N
= 451,906 N
• 80% PP : 20% PE (Spesimen b)
Fmaks = 43,47 x 9,807 N
• 80% PP : 20% PE (Spesimen c)
Fmaks = 39,22 x 9,807 N
= 384,630 N
• 70% PP : 30% PE (Spesimen a)
Fmaks = 44,83 x 9,807 N
= 439,647 N
• 70% PP : 30% PE (Spesimen b)
= 418,464 N
• 70% PP : 30% PE (Spesimen c)
Fmaks = 40,95 x 9,807 N
= 401,596 N
• 60% PP : 40% PE (Spesimen a)
Fmaks = 43,58 x 9,807 N
• 60% PP : 40% PE (Spesimen b)
Fmaks = 40,58 x 9,807 N
= 397,968 N
• 60% PP : 40% PE (Spesimen c)
Fmaks = 46,42 x 9,807 N
Suhu 170o C
• 80% PP : 20% PE (Spesimen a)
Fmaks = 43,50 x 9,807 N
= 426,604 N
• 80% PP : 20% PE (Spesimen b)
Fmaks = 44,69 x 9,807 N
• 80% PP : 20% PE (Spesimen c)
Fmaks = 44,46 x 9,807 N
= 436,019 N
• 70% PP : 30% PE (Spesimen a)
Fmaks = 44,81 x 9,807 N
= 439,451 N
• 70% PP : 30% PE (Spesimen b)
= 400,812 N
• 70% PP : 30% PE (Spesimen c)
Fmaks = 38,56 x 9,807 N
= 378,157 N
• 60% PP : 40% PE (Spesimen a)
Fmaks = 36,77 x 9,807 N
• 60% PP : 40% PE (Spesimen b)
Fmaks = 38,00 x 9,807 N
= 372,666 N
• 60% PP : 40% PE (Spesimen c)
Fmaks = 35,86 x 9,807 N
Suhu 175o C
• 80% PP : 20% PE (Spesimen a)
Fmaks = 51,67 x 9,807 N
= 506,727 N
• 80% PP : 20% PE (Spesimen b)
Fmaks = 53,45 x 9,807 N
• 80% PP : 20% PE (Spesimen c)
Fmaks = 48,62 x 9,807 N
= 476,816 N
• 70% PP : 30% PE (Spesimen a)
Fmaks = 36,73 x 9,807 N
• 70% PP : 30% PE (Spesimen b)
Fmaks = 45,49 x 9,807 N
= 446,120 N
• 70% PP : 30% PE (Spesimen c)
Fmaks = 45,68 x 9,807 N
= 447,983 N
• 60% PP : 40% PE (Spesimen a)
= 400,615 N
• 60% PP : 40% PE (Spesimen b)
Fmaks = 40,35 x 9,807 N
= 395,712 N
• 60% PP : 40% PE (Spesimen c)
Fmaks = 39,24 x 9,807 N
Suhu 180o C
• 80% PP : 20% PE (Spesimen a)
Fmaks = 48,81 x 9,807 N
= 478,679 N
• 80% PP : 20% PE (Spesimen b)
Fmaks = 47,19 x 9,807 N
• 80% PP : 20% PE (Spesimen c)
Fmaks = 48,43 x 9,807 N
= 474,953 N
• 70% PP : 30% PE (Spesimen a)
Fmaks = 38,35 x 9,807 N
