Studi Sifat Mekanik Campuran Debu Vulkanik Sinabung (Dvs), Polyethylene (Pe), Dan Polypropylene (Pp) Menggunakan Mesin Mixer

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Mesin Mixer

Mesin mixer merupakan salah satu dari berbagai jenis mesin yang digunakan untuk mencampur berbagai jenis material, penggunaannya di bidang industri maupun penelitian. Seperti penggunaan mesin mixer internal atau dua buah rol pada proses pembuatan komposit yang masih bisa menimbulkan resiko degradasi terhadap komposit itu sendiri, namun hal ini dapat diperbaiki dengan dengan melakukan metode melt-mixing pada material.

Proses pencampuran dua atau lebih material sangat dipengaruhi oleh beberapa parameter proses seperti kecepatan pengadukan,komposisi maupun temperatur. Kecepatan sebagai salah satu parameter pengadukan akan mempengaruhi sifat mekanik material. Selain kecepatan pengadukan pada beberapa material seperti concrete memperlihatkan bahwa waktu pengadukan akan yang lebih lama

mengakibatkan penurunan terhadap kekuatan kompresi material.[7]

Pada skala tertentu dari pengamatan distribusi material-material ini

memperlihatkan adanya fenomena segregasi dari campuran. Campuran yang diaduk bisa cairan juga padatan yang berbentuk serbuk, Menurut Bauman.I [3] bahwa jenis

mixer statis, blender type-V juga jenis turbula dapat digunakan untuk percampuran

serbuk (powder) dengan karakteristik yang berbeda. Penggunaan mixer statis juga memiliki keuntungan dibanding mixer jenis lain dikarenakan lebih murah pada saat operasional dan sangat mudah dipasang dan dibersihkan.

Mixer merupakan salah satu alat pencampur dalam sistem emulsi sehingga

karena satu propeller tidak mampu mensirkulasikan keseluruhan massa dari bahan pencampur (emulsi), selain itu ketinggi emulsi bervariasi dari waktu ke waktu.[1]

2.2. Pengertian Pencampuran

Dalam proses rekayasa industri, pencampuran adalah operasi unit yang melibatkan memanipulasi sistem fisik heterogen, dengan maksud untuk membuatnya lebih homogen. Pencampuran dapat didefinisikan sebagai unit proses yang bertujuan memberi perlakuan sedemikian rupa pada dua atau lebih dari dua komponen yang terpisah atau belum tercampur sehingga tiap partikel dari suatu bahan terletak sedekat mungkin dan kontak dengan bahan atau komponen lain. Pencampuran juga didefinisikan sebagai proses yang cenderung mengakibatkan pengocokan partikel yang tidak sama dalam suatu sistem. Pencampuran diperlukan untuk menghasilkan distribusi dari dua atau lebih bahan sehomogen mungkin. Peristiwa elementer pencampuran adalah penyisipan antar partikel jenis yang satu diantara partikel jenis lain (atau beberapa jenis bahan yang lain) dalam kimia, suatu pencampuran adalah sebuah zat yang dibuat dengan 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 titik lelehnya, dapat menyimpang dari komponennya. Pencampuran dapat dipisahkan

menjadi komponen aslinya secara mekanis. Pencampuran dapat bersifat homogen atau heterogen. [7]

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 atau menengah.[2]

2.2.1. Jenis-Jenis Mesin Pencampur 1. Planetary Mixer

dengan pencampuran pada bahan cair, proses pencampuran bahan yang viscous memerlukan tenaga yang lebih banyak. Planetary mixer terdiri dari wadah atau bejana yang bersifat stasioner sedangkan pengaduk yang digunakan mempunyai gerakan melingkar sehingga ketika berputar, pengaduk secara berulang mendatangi seluruh bagian pada bejana. Pada saat proses pencampuran berlangsung ruang pencampuran berada dalam keadaan tertutup. Hal itu dimaksudkan agar bahan yang sedang bercampur tidak sampai tumpah keluar karena perputaran dari pengaduk[7]. Bentuk dari mixer tersebut diperlihatkan pada gambar 2.1. dibawah ini :

Gambar 2.1 : Mesin Planetary Mixer [7]

2. Ribbon Blender

Ribbon Blender merupakan salah satu alat pencampur dalam sistem emulsi

diinginkan[6]. Bentuk dari mesin tersebut diperlihatkan pada gambar 2.2. dibawah ini :

Gambar 2.2 : Mesin Ribbon Blender [7]

3. Double Cone Blender

Double cone mixer merupakan alat pencampur yang cocok untuk bahan

halus dan rapuh. Penggunaan energi dalam pencampurannya kecil. Untuk spesifikasi alat ini adalah kapasitas alat ini dari 2 sampai 100.000 liter dan muatannya bekerja secara otomatis. Keuntungan dari double cone mixer ini adalah mudah digunakan untuk pencampuran berbahan halus, higienis dan mudah dibersihkan.[7] Bentuk dari mesin tersebut diperlihatkan pada gambar 2.3. dibawah ini :

4. Vertical Double Rotary Mixer

Vertical double rotary mixer digunakan untuk mencampurkan bahan yang

padatpadat. Mixer ini digunakan untuk kontinyu adalah padat-padat dan padat-cair pencampuran untuk medium untuk produksi besar secara terus menerus. Mixer ganda memiliki poros pencampuran disesuaikan dengan dayung dalam mixer vertikal tujuan pencampuran dapat diselesaikan di bawah gaya gravitasi dengan dampak diasingkan. [7] Bentuk dari mixer tersebut diperlihatkan pada gambar 2.4. dibawah ini :

2.2.2. Kecepatan Pencampuran

Salah satu variasi dasar dalam proses pengadukan dan pencampuran adalah kecepatan putaran pengaduk yang digunakan. Variasi kecepatan putaran pengaduk bisa memberikan gambaran mengenai pola aliran yang dihasilkan dan daya listrik yang dibutuhkan dalam proses pengadukan dan pencampuran. Secara umum klasifikasi kecepatan putaran pengaduk dibagi tiga, yaitu : kecepatan putaran rendah, sedang dan tinggi. Variasi putaran ini akan mempengaruhi kualitas pencampuran material yang diperoleh. Kecepatan putaran rendah berkisar 400 rpm, menengah 1150 rpm dan kecepatan tinggi berkisar 1750 rpm[8]

Pengaduk berfungsi untuk menggerakkan bahan didalam bejana pengaduk yang digunakan. Alat pengaduk ini biasanya terdiri atas sumbu pengaduk dan sirip

pengaduk yang dirangkai menjadi satu kesatuan. Alat pengaduk dibuat dan didesain sesuai dengan keperluan pengadukan. Jenis pengaduk harus disesuaikan dengan faktor berikut ini yakni : Jenis dan ukuran pengaduk, Jenis bejana pengaduk, Jenis dan jumlah bahan yang dicampur. Pemilihan alat pengaduk dari sejumlah besar alat pengaduk yang ada hanya dapat dilakukan melalui percobaan dan pengalaman.Jenis-jenis pengaduk yang biasa digunakan yakni pengaduk baling-baling (propeller), pengaduk turbin (turbine), pengaduk dayung (paddle) dan pengaduk helical ribbon.

1. Pengaduk Baling-baling

Pengaduk jenis ini digunakan pada kecepatan berkisar antara 400 hingga 1750 rpm (revolution per minute) dan digunakan untuk bahan berupa cairan dengan viskositas rendah. Terdapat 3 jenis pengaduk baling-baling yang sering digunakan yaitu Marine propeller, hydrofoil propeller, dan high flow propeller. Bentuk dari pengaduk tersebut dapat dilihat pada gambar 2.5

dibawah ini :

2. Pengaduk Dayung (Paddle)

Pengaduk jenis ini digunakan pada kecepatan rendah diantaranya 20 hingga 200 rpm. Pengaduk jenis ini sebaiknya tidak digunakan untuk bahan dengan viskositas tinggi seperti padatan. Terdapat beberapa jenis pengaduk dayung yaitu

Paddle anchor, paddle flat beam-basic, paddle double-motion, paddle gate, paddle

horseshoe, paddle glassed steel, paddle finger, paddle helix, dan multi helix. Bentuk

salah satu dari pengaduk tersebut dapat dilihat pada gambar 2.6 dibawah ini :

Gambar 2.6 : Pengaduk Dayung [7]

3. Pengaduk Turbin

Pengaduk turbin memiliki bentuk dasar yang sama dengan pengaduk dayung hanya saja pengaduk turbin memiliki daun yang lebih banyak dan pendek. Pengaduk jenis ini dapat digunakan untuk bahan kering maupun basah. Pengaduk turbin dengan daun berbentuk datar memberikan aliran yang radial. Pengaduk turbin jenis ini baik digunakan untuk mendispersi gas sebab gas akan dialirkan dari bagian bawah pengadukan dan akan menuju bagian daun pengaduk lalu terpotong-potong menjadi gelembung gas. Ada pun beberapa jenis pengaduk turbin adalah sebagai berikut: turbine disc flat blade, turbine hub mounted curved blade, turbine pitched blade, turbine bar, danturbine shrouded. Pengaduk turbin dengan daun berbentuk miring 450 banyak digunakan untuk bahan dengan viskositas tinggi / padatan, hal ini karena pengaduk jenis ini menghasilkan pergerakan fluida yang lebih besar. Bentuk dari jenis pengaduk tersebut dapat dilihat pada gambar 2.7 berikut ini :

4. Pengaduk Helical- Ribbon

Pengaduk jenis Helical- Ribbon memiliki bentuks eperti pita (ribbon) yang dibentuk dalam sebuah bagian yang bentuknya seperti baling- baling

helicopter dan ditempelkan kepusat sumbu pengaduk (helical). Pengaduk jenis ini memiliki rpm yang rendah dan digunakan untuk bahan-bahan dengan viskositas tinggi. Ada pun beberapa jenis pengaduk helical-ribbon adalah sebagai berikut: ribbon impeller, double ribbon impeller, helical screw impleller, sigma impleller, dan z-blades.[7] Bentuk dari jenis pengaduk

tersebut dapat dilihat pada gambar 2.8 berikut ini :

Gambar 2.8 : Pengaduk Helical Ribbon [7]

2.3. Elemen Pemanas

Elemen pemanas listrik merupakan mesin yang mengubah energi listrik menjadi energi panas melalui proses Joule Heating. Prinsip kerja elemen panas adalah arus listrik yang mengalir pada elemen menjumpai resistansinya, sehingga menghasilkan panas pada elemen.[8] Pembuatan elemen pemanas harus memenuhi beberapa persyaratan antara lain :

a. Harus tahan lama pada suhu yang dikehendaki, Sifat mekanisnya harus kuat pada suhu yang dikehendaki, Koefisien muai harus kecil, sehingga perubahan bentuknya pada suhu yang dikehendaki tidak terlalu besar, Tahanan jenisnya

harus tinggi, Koefisien suhunya

b. Harus kecil, sehingga arus kerjanya sedapat mungkin konstan.

stainless steal yang kemudian dibentuk menjadi lempengan heater berbentuk strepe.[8]

Adapun salah satu bentuk dari elemen pemanas tersebut diperlihatkan pada gambar 2.9 dibawah ini :

Gambar 2.9 : Elemen Pemanas Pada Mesin Mixer

2.4. Pengertian Plastik

Plastik adalah polimer rantai-panjang dari atom yang mengikat satu sama lain. Rantai ini membentuk banyak unit molekul berulang atau monomer. Sejarahnya, tahun pada 1920 Wallace Hume Carothers, ahli kimia lulusan Universitas Harvard, mengembangkan nylon yang pada waktu itu disebut Fiber 66. Pada tahun 1940-an nylon, acrylic, polyethylene, dan polimer lainnya digunakan untuk menggantikan

bahan-bahan alami yang waktu itu semakin berkurang. Inovasi lainnya dalam plastik yaitu penemuan polyvinyl chloride (PVC). Ketika mencoba untuk melekatkan karet dan metal, Waldo Semon, seorang ahli kimia di perusahaan ban B.F. Goodrich

menemukan PVC. Sedangkan pada tahun 1933 Ralph Wiley, seorang pekerja lab di perusahaan kimia Dow secara tidak sengaja menemukan plastik jenis lain yaitu

polyvinylidene chloride atau populer dengan sebutan saran dan pada tahun yang

sama, dua orang ahli kimia organik bernama E.W. Fawcett dan R.O. Gibson yang bekerja di Imperial Chemical Industries Research Laboratory menemukan polyethylene. pada tahun 1938 seorang ahli kimia bernama Roy Plunkett menemukan

teflon. [9]

Polimer atau kadang-kadang disebut sebagai makromolekul, adalah molekul besar yang dibangun oleh pengulangan kesatuan kimia yang kecil dan sederhana.

molekul yang sangat besar. Sebagai contoh, polimer poli (feniletena) mempunyai harga rata-rata massa molekul mendekati 300.000. Hal ini yang menyebabkan polimer tinggi memperlihatkan sifat sangat berbeda dari polimer bermassa molekul rendah, sekalipun susunan kedua jenis polimer itu sama. [10] Adapun klasifikasi polimer berdasarkan ketahanan terhadap panas dibedakan menjadi dua, yaitu sebagai berikut :

1. Polimer Termoplastik

Polimer termoplastik adalah polimer yang mempunyai sifat tidak tahan terhadap panas. Jika polimer jenis ini dipanaskan, maka akan menjadi lunak dan didinginkan akan mengeras. Proses tersebut dapat terjadi berulang kali, sehingga dapat dibentuk ulang dalam berbagai bentuk melalui cetakan yang berbeda untuk mendapatkan produk polimer yang baru. Polimer yang termasuk polimer termoplastik adalah jenis polimer plastik. Jenis plastik ini tidak memiliki ikatan silang antar rantai polimernya, melainkan dengan struktur molekul linear atau bercabang. [11] Bentuk struktur termoplastik diperlihatkan pada gambar 2.10 berikut.

Polimer termoplastik memiliki sifat – sifat khusus sebagai berikut. a. Berat molekul kecil dan fleksibel.

b. Tidak tahan terhadap panas dan titik leleh rendah.

c. Jika dipanaskan akan melunak dan dapat dibentuk ulang (daur ulang). d. Jika didinginkan akan mengeras dan mudah larut dalam pelarut . e. Mudah untuk diregangkan dan memiliki struktur molekul linear.

Contoh plastik termoplastik sebagai berikut:

Gambar 2.10 : Struktur bercabang thermoplastic [14]

a. Polietilena (PE) = Botol plastik, mainan, bahan cetakan, ember, drum, pipa saluran, isolasi kawat dan kabel, kantong plastik dan jas hujan. b. Polivinilklorida (PVC) = pipa air, pipa plastik, pipa kabel listrik, kulit

sintetis, ubin plastik, piringan hitam, bungkus makanan, sol sepatu, sarung tangan dan botol detergen.

c. Polipropena (PP) = karung, tali, botol minuman, serat, bak air, insulator, kursi plastik, alat-alat rumah sakit, komponen mesin cuci, pembungkus tekstil.

d. Polistirena = Insulator, sol sepatu, penggaris, gantungan baju. Tabel 2.1 : Simbol Daur Ulang

Simbol Daur

Ulang Jenis Plastik Sifat-Sifat Aplikasi Kemasan

Polietilen Tereftalat

Soft drink, Botol air

High Density

Botol jus, pipa air, bungkus plastik

Polipropilen (PP) Kuat, Tangguh, Tahan panas, Tahan lembab

Polistiren (PS) Mudah dibentuk dan diproses

2. Polimer Termosetting

Polimer termoseting adalah polimer yang mempunyai sifat tahan terhadap panas. Jika polimer ini dipanaskan, maka tidak dapat meleleh. Sehingga tidak dapat dibentuk ulang kembali. Susunan polimer ini bersifat permanen pada bentuk cetak pertama kali (pada saat pembuatan). Bila polimer ini rusak/pecah, maka tidak dapat disambung atau diperbaiki lagi. Plomer termoseting memiliki ikatan – ikatan silang yang mudah dibentuk pada waktu dipanaskan. Hal ini membuat polimer menjadi kaku dan keras. Semakin banyak ikatan silang pada polimer ini, maka semakin kaku dan mudah patah. Bila polimer ini dipanaskan untuk kedua kalinya, maka akan menyebabkan rusak atau lepasnya ikatan silang antar rantai polimer.[11] Bentuk struktur termoplastik diperlihatkan pada gambar 2.11 berikut.

Gambar 2.11 : Struktur ikatan silang thermosetting [14]

Sifat polimer termoseting sebagai berikut:

a. Keras dan kaku (tidak fleksibel) b. Jika dipanaskan akan mengeras.

c. Tidak dapat dibentuk ulang (sukar didaur ulang). d. Tidak dapat larut dalam pelarut apapun.

e. Jika dipanaskan akan meleleh. f. Tahan terhadap asam basa.

g. Mempunyai ikatan silang antarrantai molekul.

Contoh plastik termoseting :

Dalam teknik otomotif banyak sekali bahan-bahan yang digunakan dalam kendaraan otomotif baik bahan logam ferro ataupun logam non-ferro, bahan non logam seperti plastik, karbon, kaca, bahan pelumas dan lain-lain. Penggunaan bahan logam baik ferro atau non-ferro banyak di aplikasikan pada komponen-komponen yang harus kuat dan tahan terhadap tekanan dan suhu yang tinggi seperti mesin, bodi dan kerangka (chasis) kendaraan dan lain-lain. Sedangkan penggunaan bahan non logam berguna pada komponen-komponen yang kekuatannya tidak terlalu kuat namun lebih mementingkan faktor keindahan, dan bobot komponen. Penerapan bahan non logam ini banyak ditemukan pada komponen interior ataupun pada komponen kendaraan otomotif modern seperti dashboard, tempat duduk, bumper atau bahkan pada bodi kendaraan yang tergolong modern semua bagian dari bodi kendaraan terbuat dari bahan non logam seperti carbon atau serat karbon yang memiliki bobot ringan namun dengan kekuatan yang cukup kuat apabila dibandingkan dengan bahan plastik. Plastik merupakan sebuah bahan yang paling populer dan paling banyak digunakan sebagai bahan pembuat komponen otomotif selain bahan logam berupa besi. Plastik merupakan sebuah zat kimia buatan yang memiliki kekuatan bervariasi

dan ketahanan terdapat suhu yang bervariasi pula. Plastik merupakan bahan recycle atau bahan yang bisa didaur ulang, maka dari itulah banyak cara pengolahan-pengolahan plastik. Selain itu plastik juga merupakan bahan kimia yang sulit

terdegradasi atau terurai oleh alam, membutuhkan waktu beratus-ratus atau bahkan ribuan tahun untuk menguraikan plastik oleh alam.[9]

2.4.1. Sumber Plastik

Terdapat dua macam polymer yang terdapat di kehidupan yaitu polymer alami dan polymer buatan atau polymer sintesis[11].

1. Polimer Alami

Alam juga menyediakan berbagai macam polymer yang bisa langsung digunakan oleh manusia sebagai bahan. Polymer tersebut ialah : Kayu, kulit binatang, kapas, karet alam, rambut dan lain sebagainya.

Semakin meningkatnya dan beragamnya kebutuhan manusia menyebabkan manusia harus mencari jalan untuk mencukupinya dengan cara membuat kebutuhannya tersebut. Termasuk juga polymer, manusia membuat polymer melalui reaksi kimia (sintesis) yang tidak disediakan oleh alam. Ada banyak sekali macam-macam polymer sintesis hasil rekayasa manusia diantaranya adalah :

a. Tidak terdapat secara alami : Nylon, polyester, polypropilen, polystiren b. Terdapat di alam tetapi dibuat oleh proses buatan: karet sintetis

c. Polimer alami yang dimodifikasi : seluloid, cellophane (bahan dasarnya dari

selulosa tetapi telah mengalami modifikasi secara radikal sehingga kehilangan sifat-sifat kimia dan fisika asalnya).

Berdasarkan jumlah rantai karbonnya : a. 1 ~ 4 Gas (LPG, LNG)

b. 5 ~ 11 Cair (bensin)

c. 9 ~ 16 Cairan dengan viskositas rendah

d. 16 ~ 25 Cairan dengan viskositas tinggi (oli, gemuk) e. 25 ~ 30 Padat (parafin, lilin)

f. 1000 ~ 3000 Plastik (polistiren, polietilen dan lain-lain.

2.4.2. Mesin Produksi Berbahan Baku Plastik

Ada banyak cara yang bisa digunakan dalam memproduksi plastik, dengan menggunakan metode berbeda-beda dan alat yang berbeda-beda pula. Adapun mesin yang digunakan untuk memproduksi plastik adalah sebagai berikut : [12] 1. Proses Injection Molding

dan mengeras dikeluarkan dari cetakan oleh pendorong hidraulik yang tertanam dalam rumah cetkan selanjutnya diambil oleh manusia atau menggunakan robot. Pada saat proses pendinginan produk secara bersamaan di dalam barrel terjadi proses pelelehan plastik sehingga begitu produk dikeluarkan dari cetakan dan cetakan menutup, plastik leleh bisa langsung diinjeksikan,[13] proses injection moulding diperlihatkan pada gambar 2.12 berikut :

Gambar 2.12 : Proses Injection Molding [13]

2. Proses Ekstrusi

Ekstrusi adalah proses untuk membuat benda dengan penampang tetap. Keuntungan dari proses ekstrusi adalah bisa membuat benda dengan penampang yang rumit, bisa memproses bahan yang rapuh karena pada proses ekstrusi hanya bekerja tegangan tekan, sedangkan tegangan tarik tidak ada sama sekali. Aluminium, tembaga, kuningan, baja dan plastik adalah contoh bahan yang paling banyak diproses dengan ekstrusi. Contoh barang dari baja yang dibuat dengan proses ekstrusi adalah rel kereta api. Khusus untuk ekstrusi plastik proses pemanasan dan pelunakan bahan baku

terjadi di dalam barrel akibat adaya pemanas dan gesekan antar material akibat putaran screw.[13] Proses ekstruksi diperlihatkan pada gambar 2.13

Gambar 2.13 : Proses Ekstruksi [13]

3. Proses Blow Molding

Blow molding adalah proses manufaktur plastik untuk membuat produk-produk berongga (botol) dimana parison yang dihasilkan dari proses ekstrusi dikembangkan dalam cetakan oleh tekanan gas. Pada dasarnya blow molding adalah pengembangan dari proses ekstrusi pipa dengan penambahan mekanisme cetakan dan peniupan. [13] Proses blow molding diperlihatkan pada gambar 2.14 berikut :

4. Proses Thermoforming

Thermoforming adalah proses pembentukan lembaran plastik termoset dengan cara pemanasan kemudian diikuti pembentukan dengan cara pengisapan atau penekanan ke rongga mold. Plastik termoset tidak bisa diproses secara thermoforming karena pemanasan tidak bisa melunakkan termoset akibat rantai tulang belakang molekulnya saling bersilangan. Contoh produk yang diproses secara thermoforming adalah bakelit.[13] Proses thermoforming diperlihatkan pada gambar 2.15 berikut :

Gambar 2.15 : Proses Thermoforming [13]

5. Proses Calendering

Gambar 2.16 : Proses Calendering [13]

6. Proses Casting

Casting pada plastik adalah proses pembentukan produk plastik dengan cara memasukan plastik panas kedalam cetakan kemudian cetakan diberikan tekanan. Tetapi berbeda dengan proses injeksi. Material plastik yang biasa digunakan adalah PE,PVC,ataupun PP.[13] Proses casting diperlihatkan pada gambar 2.17 berikut :

Gambar 2.17 : Proses Casting [13]

7. Proses Pemintalan

arah radial dan tangensial.[13] Proses pemintalan diperlihatkan pada gambar 2.18 berikut :

Gambar 2.18 : Proses Pemintalan [13]

2.4.3. Sifat, Jenis dan Kegunaan Plastik

Dewasa ini banyak ditemukan varian baru dalam dunia teknik mengenai macam-macam plastik, masing-masing plastik memiliki sifat dan kegunaan yang berbeda-beda.[10] Adapun macam-macam dari plastik itu sendiri adalah sebagai berikut :

1. PET (PolyEtylene Terephthalate)

Menurut Septera (2013) “PET bersifat jernih, kuat, tahan bahan kimia dan panas, serta mempunyai sifat elektrikal baik yang Jika. Pemakaiannya dilakukan secara berulang, terutama menampung air panas, lapisan polimer

botol meleleh mengeluarkan zat karsinogenik dan dapat menyebabkan Kanker.” PET digunakan sebagi pembungkus minuman berkarbonasi (soda),

botol juice buah, peralatan tidur dan fiber tekstil. PET memiliki sifat tidak tahan panas, keras, tembus cahaya (transparan), memiliki titik leleh 85ºC. [14] bentuk struktur dapat dilihat pada gambar 2.19 berikut :

2. PP (Polypropylene)

Krisnadwi (2013) mengungkapkan “Polypropylene merupakan plastik polymer yang mudah dibentuk ketika panas, rumus molekulnya adalah (-CHCH3-CH2-)n.” PP sendiri memiliki sifat yang tahan terhadap bahan kimia atau Chemical Resistance namun ketahuan pukul atau Impact Strengh rendah, transparan dan memiliki titik leleh 165°C. PP banyak digunakan pada kantong plastik, film, mainan, ember dan komponen-komponen otomotif [14], bentuk struktur dapat dilihat pada gambar 2.20 berikut :

Gambar 2.20 : Struktur Ikatan Polymer PP [14]

3. PE (Polyethylene)

PE memiliki monomer etena (CH2 = CH2), PE bila ditinjau dari jenis rantai karbonnya ada dua macam yaitu Polyetylene linier dan Polyetylene

bercabang. PE memiliki sifat-sifat diantaranya adalah permukaannya licin, tidak tahan panas, fleksibel, transparan/tidak dan memiliki titik leleh sebesar 115°C. Maka dari itulah PE banyak digunakan sebagai kantong plastik, botol plastik, cetakan, film dan pada dunia modern digunakan untuk pembungkus kabel.[14] Bentuk struktur dapat dilihat pada gambar 2.21 berikut :

4. PVC (PolyVinyl Cloride)

Menurut Krisnadwi (2013) “PVC adalah Polyvinyl Chloride – Rumus molekulnya adalah (-CH2 – CHCl -)n. Ini merupakan resin yang liat dan keras yang tidak terpengaruh oleh zat kimia lain.” Sifat dari PVC ini sendiri adalah keras, kaku, dapat bersatu dengan pelarut, memiliki titik leleh 70°-140° C. Kegunaan dalam kehidupan adalah sebagai pipa plastik (paralon), peralatan kelistrikan, dashboard mobil, atap bangunan dan lain-lain,[14] bentuk struktur dapat dilihat pada gambar 2.22 berikut :

Gambar 2.22 : Struktur ikatan Polymer PVC [14]

5. PS (Poly Styrene)

Menurut Septera (2013) “Mengandung bahan bahan Styrine yang berbahaya untuk kesehatan otak, mengganggu hormon estrogen pada wanita yang berakibat pada masalah reproduksi dan sistem saraf.” Sifat-sifat yang dimiliki oleh PS adalah kaku, mudah patah, tidak buram dan memiliki titik leleh 95°C. PS banyak digunakan sebagai penggaris plastik, cardridge printer,

rambu-rambu lalu lintas dan gantungan baju.[14] Bentuk struktur dapat dilihat pada gambar 2.23 berikut :

2.5 Pengertian Abu Vulkanik

Abu vulkanik terdiri dari kata abu dan vulkanik. Abu adalah material padat yang tersisa setel halus yang terembus ketika gunung berapi meletus, kadang-kadang partikel ini berembus tinggi sekali sehingga jatuh di tempat yg sangat jauh. Abu vulkanik adalah bahan material vulkanik jatuhan yang disemburkan ke udara saat terjadi suatu letusan. Abu maupun pasir vulkanik terdiri dari batuan berukuran besar sampai berukuran halus, yang berukuran besar biasanya jatuh sampai radius 5-7 km dari kawah, sedangkan yang berukuran halus dapat jatuh pada jarak mencapai ratusan hingga ribuan kilometer. Abu vulkanik menjadi isu lingkungan yang penting karena jumlahnya yang cukup banyak dan menganggu keseimbangan lingkungan. Abu vulkanik merupakan material piroklastik yang sangat halus namun memiliki ciri bentuk dan karakteristik yang beragam. Hal ini terbentuk selama ledakan gunung berapi, dari longsoran panas batuan yang mengalir menuruni sisi gunung berapi, atau dari merah-panas cair lava semprot. Debu bervariasi dalam penampilan tergantung pada jenis gunung berapi dan bentuk letusan.[15] Pada gambar 2.24 dibawah ini

merupakan salah satu letusan gunung berapi sinabung.

2.6 Proses Pembentukan Abu Vulkanik

Abu vulkanik yang terbentuk selama letusan gunung berapi, letusan freatomagmatik dan selama transportasi di arus piroklastik (piroklastik: salah satu hasil letusan gunung berapi yang bergerak dengan cepat dan terdiri dari gas panas, abu vulkanik, dan bebatuan). Erupsi eksplosif terjadi ketika magma terdekompresi hingga memungkinkan zat volatil terlarut (dominan air dan karbon dioksida) untuk keluar menjadi gelembung-gelembung gas. Karena semakin banyak gelembung yang dihasilkan, maka akan menurunkan kepadatan magma, sehingga mempercepat magma menaiki saluran. Fragmentasi terjadi ketika gelembung menempati 70-80% volume dari campuran erupsi. Ketika fragmentasi terjadi, gelembung secara keras memecah magma hingga magma terpisah menjadi fragmen-fragmen yang dikeluarkan ke atmosfer di mana mereka mengeras menjadi partikel abu. Fragmentasi adalah proses yang sangat efisien dalam pembentukan abu dan mampu menghasilkan abu yang sangat halus bahkan tanpa penambahan air . Abu vulkanik juga diproduksi selama letusan freatomagmatik. Selama letusan ini, fragmentasi terjadi ketika magma kontak dengan badan air (seperti laut, danau dan rawa-rawa), air tanah, salju atau es .

Sebagai magma, yang secara signifikan lebih panas dari titik didih air, kontak dengan air akan membentuk uap (efek Leidenfrost). Hal tersebut membuat terjadinya fragmentasi magma, mulai dari sedikit bagian dan terus bertambah seiring dengan

banyaknya magma yang terkena air.

Gambar 2.25 : Proses Pembentukan Abu Vulkanik [15]

Sifat fisik maupun sifat kimia dari abu vulkanik dipengaruhi oleh tipe letusan gunung berapi. Gunung berapi menampilkan berbagai tipe letusan yang pengaruhi oleh sifat kimia magma, isi kristal, suhu dan gas-gas terlarut dari erupsi magma dan dapat diklasifikasikan dengan menggunakan Volcanic Explosivity Index (VEI). Letusan VEI 1 memiliki produk < 105 m3 ejecta , sedangkan letusan sangat eksplosif VEI 5 + dapat mengeluarkan > 109 m3 ejecta ke atmosfer. Parameter lain yang mengendalikan jumlah abu yang dihasilkan adalah durasi letusan. Semakin lama letusan terjadi, maka semakin banyak abu vulkanik akan diproduksi.[15]

2.7 Struktur Abu Vulkanik

Abu vulkanik tersusun dari dari bebabagai jenis material tergantung darimana

magma dihasilkan selama letusan gunung berapi. Pertama, letusan basal dengan energi rendah yang mengahasilkan abu basal. Letusan ini menghasilkan abu berwarna gelap khas yang mengandung 45%-55% silika dan umumnya kaya akan zat besi (Fe) dan magnesium (Mg). Letusan yang kedua adalah letusan riolit dengan energi letusan yang tinggi. Abu vulkanik yang dihasilkan dari letusan ini adalah abu felsic dengan kandungan silika yang lebih dari 69%. Jenis abu lain yang dihasilkan dari beberapa letusan gunung berapi adalah abu andesit atau dasit yang memiliki kandungan silika antara 55%-69%. Selain silika, sekitar 55 ion juga terdapat dalam abu vulkanik. Ion-ion ini terbentuk dari reaksi asam (sulfat, klorida, dan fluorida) dengan abu dari letusan gunung berapi. Ion-ion ini terdiri dari kation dan anion. Kation dan anion yang paling banyak ditemukan adalah Na+, K+, Ca2+, dan Mg2+ untuk kation dan Cl-, F-, dan SO42- untuk anion sehingga dengan adanya ion-ion ini dalam beberapa kasus letusan gunung berapi terkandung padatan garam sederhana pada abu vulkanik seperti NaCl dan CaSO4. Dalam sebuah percobaan pada abu vulkanik dari letusan Gunung St. Helens tahun 1980, ditemukan garam klorida yang terkandung dalam abu letusan Gunung St. Helens. Namun, bukan berarti setiap gunung mempunyai jenis

kandungan dan konsentrasi yang sama. WHO (World Health Organization) mengatakan bahwa jenis kandungan dan konsentrasi abu vulkanik setiap gunung berapi berbeda-beda, tergantung kondisi alam seperti suhu udara dan angin. Dengan

konsentrasi yang berbeda-beda ini, abu vulkanik mempunyai dampak lingkungan di sekitarnya dari yang sederhana seperti gatal atau iritasi pada mata sampai dampak yang mengerikan seperti ganguan pernafasan akut (bronkitis, emfisema, dan asma).[15]

2.7.1 Mikrostruktur Abu Vulkanik

uap air (H2O), karbon dioksida (CO2), sulfur dioksida (SO2), asam klorida (HCl), asam fluorida (HF), dan abu vulkanik ke atmosfer. Debu vulkanik mengandung silika, mineral, dan bebatuan. Unsur yang paling umum adalah sulfat, klorida, natrium, kalsium, kalium, magnesium, dan fluoride. Ada juga unsur lain, seperti seng, kadmium, dan timah, tapi dalam konsentrasi yang lebih rendah.[15] Adapun salah satu bentuk partikel dari debu vulkanik dapat dilihat pada gambar 2.26 dibawah ini :

2.7.2 Karakteristik Debu Vulkanik Sinabung (DVS)

Debu vulkanik yang dikeluarkan oleh Gunung Sinabung mengandung banyak unsur gas kimia, seperti : Hidrogen Sulfida (H2S), Karbon Monoksida (CO), Nitrogen Dioksida (NO2), gas Ammoniak (NH3), dan Sulfur Dioksida (SO2). Unsur – unsur tersebut sangat tidak bersahabat dengan tubuh manusia pada umumnya. Selain itu debu vulkanik juga mengandung unsur gas kimia yang paling berbahaya yaitu SiO2 yang berupa mikrostruktur yang dapat membahayakan mata dan paru – paru. Selain itu berdasarkan penelitian yang sudah pernah dilakukan yaitu “Studi Perbandingan Kadar Logam Berat Pada

Debu Erupsi Gunung Sinabung”, menunjukkan bahwa debu vulkanik sinabung (b)

Gambar 2.26 : Foto SEM debu vulkanik, (a) Partikel debu vulkanik Gunung St.Helens erupsi tahun 1980 diperbesar 200 kali (Helens St, 1980) (b) Debu biasa yang bulat [15]

Butiran Silika (Si)

memiliki kandungan logam berat yang paling dominan yaitu Fe 37,0625 ppm, Mn 0,2041 ppm, Zn 1,7655 ppm, Pb 0,0398 ppm, Cu 0,0502 ppm, Al 94,2051 ppm, dan logam Na 19,2158 ppm. Dengan terdapatnya kandungan logam berat pada debu vulkanik sinabung, sebagian besar debu tersebut dimanfaatkan untuk dijadikan material pencampuran bahan khususnya di bidang teknik dan pembangunan [16]. Adapun bentuk karakteristik debu sinabung akan diperlihatkan dari foto mikro pada gambar 2.27 dibawah ini :

Gambar 2.27 : Foto Mikro Debu Vulkanik Sinabung Pembesaran 100µm

Pada foto mikro debu sinabung yang diatas, memperlihatkan karakteristik dari debu vulkanik sinabung berbentuk butiran pasir yang merupakan kandungan silika (Si). Hasil dari foto mikro tersebut juga memperlihatkan kandungan silika yang terdapat dalam debu sangat dominan diantara kandungan seperti Fe, Zn, Al, Mn, Cu.

2.8. Tegangan (Stress)

Apabila sebuah batang atau plat dibebani sebuah gaya maka akan terjadi

gaya reaksi yang sama dengan yang arah berlawanan. Gaya tersebut akan diterima sama rata oleh setiap molekul pada bidang penampang batang tersebut. Jadi tegangan

oleh luas di tempat gaya tersebut bekerja. Tegangan ada bermacam-macam sesuai dengan pembebanan yang diberikan.

Komponen tegangan pada sudut yang tegak lurus pada bidang ditempat bekerjanya gaya disebut tegangan langsung. Pada pembebanan tarik akan terjadi tegangan tarik maka pada beban tekan akan terjadi tegangan tekan. Besarnya tegangan menunjukkan apakah bahan tersebut mampu menahan perubahan bentuk sebelum patah. Tegangan (stress) juga didefinisikan sebagai perbandingan antara gaya yang bekerja pada benda dengan luas penampang benda [17]. Secara matematis dituliskan:

Regangan adalah suatau bentuk tanpa dimensi untuk menyatakan perubahan bentuk persentasi atau tidak dengan persentasi. Besarnya regangan menunjukkan apakah bahan tersebut mampu menahan perubahan bentuk sebelum patah. Makin besar regangan suatu bahan maka bahan itu mudah dibentuk.[17] Regangan juga didefinisikan sebagai perbandingan antara penambahan panjang benda terhadap panjang mula-mula. Pertambahan panjang yang terjadi akibat perlakuan yang diberikan pada sampel sehingga pertambahan panjang sampel setiap satuan.

Regangan dirumuskan sebagai berikut :

ε =

∆�_�

0

...(2.2)

Ket :

ε

= regangan (elongation)

Bila suatu bahan dikenakan beban tarik yang disebut tegangan (gaya persatuan luas), maka bahan akan mengalami perpanjangan (regangan). Kurva tegangan terhadap regangan merupakan gambaran karakteristik dari sifat mekanik suatu bahan. Berikut adalah grafik hubungan tegangan-regangan yang diperlihatkan pada gambar 2.28 :

Gambar 2.28 : Grafik Hubungan Tegangan-Regangan [16]

Grafik tegangan regangan merupakan gambaran karakteristik suatu bahan yang mengalami tarikan. Jika suatu spesimen yang akan digunakan untuk beban yang

tidak boleh melebihi batas luluhnya maka tegangan yang diizinkan tidak boleh melebihi dari batas proposionalnya yakni: pada saat terjadinya mulur/luluh. Batas

proporsional ini disebut juga dengan batas elastisitas yang artinya apabila spesimen di tarik maka akan mengalami pertambahan panjang, jika beban dilepaskan pada batas elastisitas ini maka sepesiemen akan kembali kekeadaan semula.[17]

2.10. Autodesk Simulation Moldflow

Autodesk simulation moldflow merupakan software yang digunakan untuk

melakukan simulasi proses injeksi pada proses plastic injection molding. Autodesk simlation moldflow merupakan salah satu cabang dari perusahaan Autodesk Inc.

Australia.Autodesk Moldflow mempunyai dua software utama yaitu Moldflow plastic insight dan Moldflow Plastic adviser.

Moldflow plastic adviser mempunyai fitur analisis terhadap proses injection

molding yaitu Moldflow part adviser dan Moldflow mold adviser. Moldflow part adviser digunakan untuk melakukan analisa pada satu bagian dari benda yang akan

diinjeksi sedangkan moldflow mold adviser digunakan untuk melakukan analisa terhadap semua sistem yang berhubungan dengan proses injeksi.

Autodesk simulation moldflow membantu para engineer untuk melakukan

analisa dan simulasi agar mendapatkan hasil injeksi yang paling optimal. Moldflow dikhususkan untuk dunia industri plastic molding.[18]

Autodesk Moldflow adviser memiliki kemampuan untuk analisa proses plastic

injection molding. Kemampuan analisis yang dapat dilakukan Autodesk Moldflow

Adviser antara lain ialah:

1. Analisa waktu pengisian material kedalam cetakan (mold). 2. Analisa aliran plastik di dalam cetakan.

3. Analisa memprediksi kualitas produk yang dihasilkan (Quality Prediction) 4. Analisa mengetahui tekanan saat plastik dimasukkan kedalam cetakan kualitas

pendinginan untuk mengidentifikasi area yang memiliki suhu tidak merata pada benda.

5. Analisa Penyusutan pada spesimen yang dihasilkan (Volumetric shrinkage at

ejection)