STUDI SIFAT MEKANIK CAMPURAN DEBU VULKANIK SINABUNG (DVS), POLYETHYLENE (PE), DAN POLYPROPYLENE (PP) MENGGUNAKAN MESIN
MIXER
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
DISUSUN OLEH :
ABDUL KAHAR SINAGA 110401022
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
STUDI SIFAT MEKANIK CAMPURAN DEBU VULKANIK SINABUNG (DVS), POLYPROPYLENE (PP), DAN POLYETHYLENE (PE) MENGGUNAKAN MESIN
MIXER
ABDUL KAHAR SINAGA
NIM : 110401022
Disetujui Oleh: Dosen Pembimbing
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN AGENDA : 2285 /TS/2015
FAKULTAS TEKNIK USU DITERIMA TGL : 24 Agustus 2015
MEDAN PARAF:
TUGAS SARJANA
NAMA : ABDUL KAHAR SINAGA
NIM : 1100401022
MATA KULIAH : PROSES PRODUKSI
SPESIFIKASI :
DIBERIKAN TANGGAL : 24 AGUSTUS 2015
SELESAI TANGGAL : 27 NOVEMBER 2015
MEDAN, 01 Desember 2015 DOSEN PEMBIMBING,
Ir. Alfian Hamsi, MSc
NIP. 19560910198701001
STUDI SIFAT MEKANIK CAMPURAN DEBU VULKANIK SINABUNG (DVS), POLYPROPYLENE (PP), DAN POLYETHYLENE (PE) MENGGUNAKAN MESIN MIXER.
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK USU
MEDAN
KARTU BIMBINGAN NO : 2285/TS/2015
TUGAS SARJANA MAHASISWA
Sub. Program studi : Proses Produksi
Bidang Tugas : Proses Produksi
Judul Tugas :
Diberikan Tanggal : 24 Agustus 2015 Selesai Tgl : 27 November 2015 Dosen Pembimbing : Ir. Alfian Hamsi, M.Sc Nama Mhs : Abdul Kahar Sinaga
N.I.M : 110401022
Catatan :
1. Kartu ini harus diperlihatkan kepada Dosen Pembimbing setiap asistensi.
2. Kartu ini harus dijaga bersih dan rapi.
STUDI SIFAT MEKANIK CAMPURAN DEBU VULKANIK SINABUNG (DVS), POLYPROPYLENE (PP), DAN POLYETHYLENE (PE) MENGGUNAKAN MESIN
MIXER
ABDUL KAHAR SINAGA
NIM : 110401022
Telah Diperiksa dan Disetujui Dari Hasil Seminar Skripsi Periode ke 828 pada Tanggal 8 Desember 2015
Disetujui Oleh:
Dosen Pembanding II,
STUDI SIFAT MEKANIK CAMPURAN DEBU VULKANIK SINABUNG (DVS), POLYPROPYLENE (PP), DAN POLYETHYLENE (PE) MENGGUNAKAN MESIN
MIXER
ABDUL KAHAR SINAGA
NIM : 110401022
Telah Diperiksa dan Disetujui Dari Hasil Seminar Skripsi Periode ke 828 pada Tanggal 8 Desember 2015
Disetujui Oleh:
Pembimbing
ABSTRAK
Mesin mixer merupakan peralatan yang sangat penting yang digunakan pada proses percampuran dua atau lebih material dalam suatu industri yang berbahan dasar thermoplastik dan serbuk (powder). Proses percampuran dimaksudkan untuk mendapatkan suatu campuraan yang homogen dari beberapa jenis material. Sampai saat ini mesin mixer untuk mencampur bahan-bahan thermoplastik dan serbuk belum tersedia di laboratorium Teknik Mesin Fakultas Teknik USU sedangkan kegunaannya mutlak diperlukan untuk penelitian-penelitian mahasiswa S1, S2 dan S3. Penelitian ini bertujuan untuk melihat pengaruh variasi komposisi, dan kecepatan putaran mixer terhadap kehomogenan dan sifat mekanis campuran Polypropylene (PP), Polyethylene (PE) dan Debu Vulkanik Sinabung (DVS). Hal inilah yang mendasari sehingga penulis melakukan penelitian studi sifat mekanik terhadap campuran PP, PE, DVS pada proses mixing. Pengujian dilakukan menggunakan mikroskop optik dan photo makro untuk melihat kehomogenan campuran dan pengujian tarik untuk melihat kekuatan campuran. Pengujian juga dilakukan dengan simulasi moldflow adviser untuk membandingkan proses fill time dan air traps dengan proses manual hidrolic hot press. Hasil pengujian mesin diperoleh bahwa mesin mixer dapat dioperasikan dengan variasi putaran 52, 100 , 144 rpm dan temperatur 1600c, 1700c, 1800c. Hasil uji tarik variasi komposisi I : PP 38% ,PE 60% dan DVS 2% pada putaran 144 rpm, dan temperatur 1700C diperoleh nilai tegangan tarik yang paling optimum sebesar 16,08 N/mm2. Sedangkan pada variasi komposisi II : PP 10% , PE 20% dan DVS 70% pada putaran 144 rpm, dan temperatur 1700c diperoleh tegangan tarik yang paling optimum sebesar 15,85 N/mm2. Setelah didapatkan nilai tegangan tarik yang paling optimum, maka dapat disimpulkan hasil pencampuran variasi komposisi PE, PP, dan DVS mengalami peningkatan dibandingkan dengan PE murni yang mempunyai nilai tegangan tarik sebesar 13 N/mm2. Hasil simulasi moldflow adviser pada proses fill time selama 6 detik sedangkan pada proses manual hidrolic hot press waktu yang dicapai selama 10 detik. Dan pada simulasi air traps terjadi pada ujung bagian bawah sampel sedangkan pada manual hidrolic hot press terjadi pada bagian leher, tengah, dan ujung sampel.
ABSTRACT
Mixer is a very important equipment used on process of mixing two or more materials for industrial-based thermoplastics and powder (powder). Mixing process is intended to obtain a homogeneous mixing of several types of material. Until now the machine mixer for mixing thermoplastic materials and powders has yet available in the laboratory of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering USU while its needed is absolutely necessary for research students of graduate and part graduate. This research aimed to examine the effect of variations in the composition and rotation speed of the mixer to mix homogeneity and mechanical properties of a mixture of polypropylene (PP) , Polyethylene (PE) and Volcanic Ash Sinabung (DVS) . It is the background to the study authors conducted a study of mechanical properties of the mixture of PP, PE, DVS in the mixing process. Tests carried out using an optical microscope and a macro photo to see the homogeneity of the mixture and the tensile test to see the strength of the mixture. Tests were also conducted with adviser moldflow simulation to compare the fill time and air traps with manual processes hidrolic hot press The test results showed that the machine homemade mixer machine can be operated with a variety of speed 52, 100, 144 rpm and a temperature of 1600c, 1700c, 1800c. The results of tensile test variation composition I: PP 38%, PE 60% and DVS 2% on speed 144 rpm, and a temperature of 1700c obtained value most optimum tension of 16.08 N/mm2. While the variation of composition II: PP 10%, PE 20% and DVS 70% on speed 144 rpm, and the temperature of 1700c obtained optimum tension of 15.85 N/mm2. Having obtained the tensile stress value most optimum, finally the conclusion result of mixing variations in the composition of PE, PP, and DVS increased compared to pure PE which has a value of tensile stress of 13 N/mm2. Moldflow simulation results adviser on the fill time for 6 seconds while the manual process hidrolic hot press time achieved for 10 seconds. And the simulation of air traps occur at the lower end of the sample while in the hot press manual hidrolic occur on the neck, middle, and end of the sample.
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah SWT, Tuhan semesta alam. Tiada daya dan kekuatan selain dari-Nya. Shalawat dan salam kepada Rasulullah Muhammad SAW. Alhamdulillah, atas izin-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.
Skripsi ini adalah salah satu syarat untuk dapat lulus menjadi Sarjana Teknik di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul skripsi yang dipilih diambil dari mata kuliah Teknologi Pengecoran, Yaitu “Studi Sifat Mekanik Campuran Debu Vulkanik Sinabung (DVS), Polyethylene (PE), Polypropylene (PP) Menggunakan Mesin Mixer”.
Dalam penulisan skripsi ini, penulis banyak mendapatkan bantuan, motivasi, pengetahuan, dan lain-lain dalam penyelesaian 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 Bapak Ir. Alfian Hamsi, M.Sc sebagai Dosen Pembimbing.
Pada kesempatan ini, penulis tidak lupa menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:
1. Kedua orang tua tercinta, Ayahanda Mahmun Sinaga, dan Ibunda Chairani,
kakak dan abang tersayang atas doa, kasih sayang, pengorbanan, tanggung
jawab yang selalu menyertai penulis, dan memberikan penulis semangat yang
luar biasa sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.
2. Bapak Ir.Alfian Hamsi, M.Sc sebagai Dosen Pembimbing Skripsi yang
banyak memberi arahan, bimbingan, motivasi, nasehat, dan pelajaran yang
sangat berharga selama proses penyelesaian Skripsi ini.
3. Bapak Dr.-Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri dan Ir.Syahril Gultom, MT selaku
Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik USU.
Bapak Ir.Tugiman, MT selaku Koordinator Skripsi.
4. Seluruh Staf Pengajar DTM FT USU yang telah memberikan bekal
pengetahuan kepada penulis hingga akhir studi selesai, dan seluruh pegawai
administrasi DTM FT USU, juga kepada staf Fakultas Teknik.
5. Teman satu tim (Syugito, dan Indra Hermawan) yang telah memberikan
kesempatan kepada penulis untuk bergabung dan membantu dalam
penyelesaian tugas sarjana ini.
6. Teman-teman seperjuangan Teknik Mesin stambuk 2011, dan keluarga besar
Sasmito, Kin Tawarmiko) yang banyak memberi motivasi kepada penulis
dalam menyusun skripsi ini.
7. Siti Tamara Harahap yang selalu banyak memberi dukungan kepada penulis
untuk menyelesaikan kuliah dan hingga tugas skripsi ini selesai.
Semoga skripsi ini bermanfaat bagi kita semua dan dapat digunakan
sebagai pengembangan ilmu yang didapat selama dibangku kuliah. Apabila
terdapat kesalahan dalam penyusunan serta bahasa yang tidak tepat dalam skripsi
ini sebagai manusia yang tak luput dari kesalahan penulis mengharapkan masukan
dan kritikan yang bersifat membangun dalam penyempurnaan skripsi ini. Akhir
kata penulis mengucapkan terima kasih, semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi
seluruh kalangan yang membacanya. Amin Ya Rabbal Alamin.
Medan, November 2015
Penulis,
DAFTAR ISI
1.3 Tujuan Penelitian ... 3
1.4 Manfaat Penelitian ... 3
1.5 Metodologi Penulisan ... 4
1.6 Sistematika Penulisan ... 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 6
2.1 Mesin Mixer ... 6
2.2 Pengertian Pencampuran ... 7
2.2.1 Jenis-Jenis Pencampuran... 7
2.2.2 Kecepatan Pencampuran ... 10
2.3 Elemen Pemanas ... 13
2.4 Pengertian Plastik ... 14
2.4.1 Sumber Plastik ... 18
2.4.2 Mesin Produksi Berbahan Baku Plastik ... 19
2.4.3 Sifat, Jenis dan Kegunaan Plastik ... 24
2.5 Pengertian Abu Vulkanik ... 27
2.6 Proses Pembentukan Abu Vulkanik ... 28
2.7 Struktur Abu Vulkanik ... 29
2.7.1 Mikrostruktur Abu Vulkanik ... 30
2.8 Tegangan (Stress) ... 32
2.9 Regangan (Strain) ... 33
2.10 Autodesk Simulation Moldflow... 34
BAB III METODE PENELITIAN ... 36
3.1 Diagram Alir Penelitian ... 36
3.2 Tempat dan Waktu Penelitian ... 37
3.3Alat dan Bahan ... 37
3.3.1 Alat ... 37
3.3.2 Bahan ... 42
3.4 Metode Pengumpulan Data ... 44
3.5 Pengamatan dan Prosedur Penelitian ... 44
3.6 Proses Simulasi Moldflow Adviser ... 47
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 51
4.1 Hasil Pengujian Peralatan Mesin Mixer ... 51
4.2 Hasil Pengujian Formula I Dengan Variasi Temperatur dan Putaran ... 52
4.2.1 Tabel Hasil Pengujian Tarik Formula I Variasi Temperatur dan Putaran ... 52
4.2.2 Grafik Hasil Pengujian Tarik Formula I Variasi Temperatur dan Putaran ... 54
4.2.3 Hasil Pengujian Tarik Formula I Variasi Temperatur dan Putaran ... 57
4.2.4 Hasil Photo Makro Sampel Formula I Variasi Temperatur dan Putaran ... 59
4.2.5 Hasil Photo Mikro Sampel Formula I Variasi Temperatur dan Putaran ... 61
4.3 Hasil Pengujian Formula II Dengan Variasi Temperatur dan Putaran ... 63
4.3.2 Grafik Hasil Pengujian Tarik Formula II Variasi
Temperatur dan Putaran ... 65
4.3.3 Grafik Hasil Pengujian Tarik Formula II Variasi Temperatur dan Putaran ... 68
4.3.4 Hasil Photo Makro Sampel Formula II Variasi Temperatur dan Putaran ... 71
4.3.5 Hasil Photo Makro Sampel Formula II Variasi Temperatur dan Putaran ... 73
4.4 Grafik Perbandingan Hasil Pengujian Tarik Sampel Formula I dan II dengan Polyethylene Murni ... 75
4.5 Hasil Simulasi Autodesk Moldflow Adviser ... 76
4.5.1 Fill Time Analysis ... 76
4.5.2 Air Traps ... 77
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 79
5.1 Kesimpulan ... 79
5.2 Saran ... 80
DAFTAR PUSTAKA ... xiii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 : Mesin Planetary Mixer ... 8
Gambar 2.2 : Mesin Ribbon Blender ... 9
Gambar 2.3 : Mesin Double Cone Blender ... 9
Gambar 2.4 : Mesin Vertical Double Rotary Mixer ... 10
Gambar 2.5 : Pengaduk Baling-Baling ... 11
Gambar 2.6 : Pengaduk Dayung ... 12
Gambar 2.7 : Pengaduk Turbin ... 12
Gambar 2.8 : Pengaduk Helical Carbon ... 13
Gambar 2.9 : Elemen Pemanas Pada Mesin Mixer ... 14
Gambar 2.10 : Struktur Bercabang Thermoplastik ... 15
Gambar 2.11 : Struktur Ikatan Silang Thermosetting ... 17
Gambar 2.12 : Proses Injection Molding ... 20
Gambar 2.13 : Proses Ekstruksi ... 21
Gambar 2.14 : Proses Blow Molding ... 21
Gambar 2.15 : Proses Thermoforming ... 22
Gambar 2.16 : Proses Calendering ... 23
Gambar 2.17 : Proses Casting ... 23
Gambar 2.18 : Proses Pemintalan ... 24
Gambar 2.19 : Struktur ikatan Polymer PET ... 24
Gambar 2.20 : Struktur ikatan Polymer PP ... 25
Gambar 2.21 : Struktur ikatan Polymer PE ... 25
Gambar 2.22 : Struktur ikatan Polymer PVC ... 26
Gambar 2.23 : Struktur ikatan Polymer PS ... 26
Gambar 2.24 : Letusan Gunung Berapi Sinabung ... 27
Gambar 2.25 : Proses Pembentukan Abu Vulkanik ... 29
Gambar 2.26 : Foto SEM debu vulkanik ... 31
Gambar 2.27 : Foto Mikro Debu Vulkanik Sinabung ... 32
Gambar 2.28 : Grafik Hubungan Tegangan-Regangan ... 34
Gambar 3.1 : Diagram Alir Penelitian ... 36
Gambar 3.3 : Mesin Hidrolic Hot Press ... 38
Gambar 3.4 : Cetakan (Mold) Tensile ... 39
Gambar 3.5 : Spesifikasi Cetakan Uji Tarik Plastik ... 39
Gambar 3.6 : Stopwatch ... 40
Gambar 3.14 : Proses Pencetakan Sampel Tensile Strength ... 46
Gambar 3.15 : Proses Pengujian Tarik (Tensile Strength) ... 46
Gambar 3.16 : Diagram Alir Prosedur Simulasi ... 47
Gambar 3.17 : Hasil Gambar 3D Sampel Uji Tarik ... 48
Gambar 3.18 : Hasil Eksport Gambar Dari Software Autocad Ke Software Moldflow ... 48
Gambar 3.19 : Hasil Pembuatan Titik Runner Pada Sampel ... 49
Gambar 3.20 : Pemilihan Jenis Material ... 49
Gambar 3.21 : Menentukan Parameter Proses Simulasi ... 50
Gambar 3.22 : Menentukan Jenis Analisa Proses Simulasi ... 50
Gambar 4.1 : Mesin Mixer Variasi Putaran Sistem Gear Box ... 51
Gambar 4.2 : Grafik Hubungan Tegangan Tarik Formula I Terhadap Pengaruh Variasi Temperatur ... 54
Gambar 4.3 : Grafik Hubungan Elongation Formula I Terhadap Pengaruh Variasi Temperatur ... 55
Gambar 4.4 : Grafik Hubungan Tegangan Tarik Formula I Terhadap Pengaruh Variasi Putaran ... 56
Gambar 4.5 : Grafik Hubungan Elongation Formula I Terhadap Pengaruh Variasi Putaran ... 56
Gambar 4.6 : .. Sampel Formula I Setelah di Cetak Pada Hidrolic Hot Press ... 57
uji Tensile Strength ... 58
Gambar 4.8 : Jenis Bentuk Patahan Sampel Formula I ... 59
Gambar 4.9 : Hasil Photo Makro Formula I ... 60
Gambar 4.10 : Photo Mikro Formula I Pembesaran 200µm ... 61
Gambar 4.11 : Grafik Hubungan Tegangan Tarik Formula II Terhadap Pengaruh Variasi Temperatur ... 65
Gambar 4.12 : Grafik Hubungan Elongation Formula II Terhadap Pengaruh Variasi Temperatur ... 66
Gambar 4.13 : Grafik Hubungan Tegangan Tarik Formula II Terhadap Pengaruh Variasi Putaran ... 67
Gambar 4.14 : Grafik Hubungan Elongation Formula II Terhadap Pengaruh Variasi Putaran ... 68
Gambar 4.15 : Sampel Formula II Setelah di Cetak Pada Hidrolic Hot Press .. 69
Gambar 4.16 : Bentuk Hasil Patahan Sampel Formula II Setelah di lakukan uji Tensile Strength ... 69
Gambar 4.17 : Jenis Bentuk Patahan Sampel Formula II ... 70
Gambar 4.18 : Hasil Photo Makro Formula I ... 72
Gambar 4.19 : Photo Mikro Formula I Pembesaran 200µm ... 73
Gambar 4.20 : Grafik Perbandingan Hubungan Kekuatan Tarik Sampel Formula I dan II Dengan Polyethylene Murni ... 75
Gambar 4.21 : Hasil Simulasi Fill Time Analysis ... 76
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 : Simbol Daur Ulang ... 16
Tabel 3.1 : Dimensi ASTM D 638, T = 4 mm ... 39
Tabel 4.1 : Hasil Pengujian Tarik Formula I Dengan Variasi Temperatur
dan Putaran ... 52
Tabel 4.2 : Hasil Pengujian Tarik Formula II dengan Variasi Temperatur
DAFTAR NOTASI
Lambang Keterangan
σmax Tegangan Tarik N/mm2
Satuan
Fmax Gaya N
A0 Luas Penampang mm
ε Elongation %
ΔL Pertambahan Panjang mm
L0 Panjang Awal mm
