Pembuatan Spesimen Komposit Polimer Untuk Uji Impact Kelompok 5
Sulton Haykal Zidane1, M. Adib Maqfiroh2
PENDAHULUAN
Polimer merupakan suatu material yang sangat penting dalam hidup kita, mau itu kehidupan sehari- hari maupun dalam kehidupan industri. Beberapa senyawa dalam tubuh makhluk hidup seperti karbohidrat, protein, dan banyak lainnya juga merupakan polimer.
Polimer dapat didefinisikan sebagai suatu molekul besar yang terdiri dari rangkaian unit struktur berulang yang memiliki ikatan kovalen. Unit strukur merupakan susunan atom- atom paling sederhana atau biasa disebut monomer [1]. Proses pembentukan polimer dari monomernya disebut dengan polimerisasi. Polimerisasi tersebut akan menghasilkan polimer dengan jumlah susunan ulang yang tertentu.
Jumlah susunan ulang pada hasil proses polimerisasi dikenal sebagai derajat polimerisasi. [2]
Komposit juga memiliki peran kehidupan kita, pada saat ini komposit berpenguat serat telah banyak digunakan dalam berbagai aspek kehidupan, baik dari segi penggunaan, maupun teknologinya.
Penggunaan komposit tidak terbatas dalam bidang otomotif saja, namun sekarang sudah merambah ke bidang-bidang lain seperti rumah tangga dan insdustri. Komposit adalah suatu material yang terbentuk dari kombinasi dua atau lebih material pembentuknya melalui campuran yang tidak homogen, dimana sifat mekanik dari masing- masing material pembentuknya berbeda [3].
Komponen komposit pada
umumnya terdiri dari dua unsur, yaitu serat (fiber) sebagai bahan pengisi atau penguat dan matriks sebagai pengikat serat. Dari campuran tersebut akan dihasilkan material komposit yang mempunyai sifat mekanik dan karakteristik yang berbeda dari material pembentuknya [3]. Komposit polimer dapat dibuat dari penggabungan polimer dan penyusun organik, bahan sintesis, dan bahan alami. Penyusun tersebut dapat menjadikan sifat polimer meningkat dan dapat mengurangi biaya. Komposit polimer dapat meningkatkan sifat mekanik dari polimer yang digunakan [4].
Polymer Matrix Composite (PMC) atau yang sering disebut juga dengan Fiber Reinforced Polymer (FRP) merupakan salah satu jenis material komposit dimana material komposit tersebut tersusun atas serat pendek ataupun serat kontinyu yang digabung menjadi satu oleh matriks polimer organik. Polimer merupakan senyawa organik berupa rantai panjang berulang yang tersusun atas atom karbon, hidrogen, oksigen, dan sebagainya [5].
Pada Praktikum ini, dibuatnya spesimen komposit polimer untuk uji impact .Pukul (impact) adalah pembebanan yang sangat cepat. Uji pukul untuk mengukur ketangguhan suatu bahan terhadap pembebanan pukul/ kejut. Uji pukul telah distandarkan oleh Charpy dan Izod.
Dalam uji tersebut spesimen yang ditumpu diberikan pukulan berupa ayunan pendulum dan energi yang dibutuhkan untuk mematahkannya diukur. Kedua uji pukul melibatkan pengukuran yang sama, tetapi
spesimen benda ujinya berbeda.
Pengujian impak bertujuan untuk
menguji ketahanan suatu
benda/material terhadap beban kejut, besarnya nilai impak menunjukkan kemampuan material untuk menahan beban kejut (gaya). Prinsip kerja alat uji impak adalah memberikan pembebanan yang cepat sehingga terjadi penyerapan energi yang besar pada saat beban mengenai benda uji, penyerapan energi ini kemudian menyebabkan kerusakan material berupa patah atau bengkok. Dengan mengacu pada jenis kerusakan yang terjadi, kita dapat menentukan ketahanan material [6].
(a) (b)
Gambar 1. Mesin uji pukul (a) Izod dan (b) Charpy [6]
ASTM D256 adalah standar uji impact izod yang menentukan ketahanan sampel material dengan
cara membenturkan dan
mematahkan sebuah sampel berlekukan dengan ayunan palu. Tes standar ini menggunakan energi dinamis untuk membuat frakur secara terus-menerus sampai sampelnya patah [9].
Jenis polimer yang digunakan pada praktikum kali ini yaitu LDPE.
LDPE singkatan dari Low Density Polyethylene adalah jenis plastik yang biasanya digunakan untuk membuat kantong plastik, botol, dan wadah plastik lainnya. LDPE memiliki tingkat kepadatan yang rendah sehingga mudah dibentuk dan diubah. LDPE memiliki densitas
yang lebih kecil dari air murni yaitu bernilai 0,920 g/cm3 [7].
Gambar 2. Dimensi spesimen berdasarkan ASM D256-10 [9].
Pembuatan suatu produk pasti memiliki kecacatan, berikut merupakan klasifikasi cacat produk antara lain:
1. Warping (Penggelembungan):
Cacat ini terjadi ketika produk plastik mengalami deformasi atau penggelembungan yang tidak diinginkan setelah dikeluarkan dari cetakan. Hal ini bisa disebabkan oleh tegangan internal yang tidak merata dalam bahan plastik akibat perbedaan suhu selama proses pendinginan.
2. Short Shot (Pengisian Tidak Cukup): Cacat ini terjadi ketika cetakan tidak terisi sepenuhnya oleh bahan plastik selama proses injeksi.
Ini bisa terjadi karena aliran plastik terhambat atau waktu pengisian yang tidak memadai.
3. Sink Marks (Cekungan): Cacat ini muncul sebagai cekungan pada permukaan produk akhir. Biasanya terjadi ketika bagian produk yang lebih tebal mendingin lebih lambat daripada bagian yang lebih tipis, menyebabkan penyusutan dan cekungan.
4. Burn Marks (Tanda Pijar):
Cacat ini terjadi ketika bahan plastik terbakar selama proses injeksi.
Biasanya disebabkan oleh suhu cetakan yang terlalu tinggi, waktu residen plastik yang terlalu lama dalam cetakan, atau tekanan injeksi yang terlalu tinggi.
5. Voids (Ruang Kosong): Cacat ini muncul sebagai ruang kosong di dalam produk plastik akhir. Hal ini bisa disebabkan oleh udara yang terperangkap selama proses pengisian, kelebihan tekanan, atau ketidaksesuaian antara desain cetakan dan material yang digunakan.
6. Flash (Kilap): Cacat ini terjadi ketika bahan plastik meluap dari celah cetakan dan membentuk
"kilap" yang berlebihan pada produk akhir. Biasanya disebabkan oleh tekanan injeksi yang terlalu tinggi atau ketidaksempurnaan cetakan.
7. Gate Blush (Goresan Pintu Injeksi): Cacat ini muncul sebagai goresan atau bekas pintu injeksi pada permukaan produk akhir. Hal ini bisa terjadi karena kekasaran atau ketidaksempurnaan pada pintu injeksi, suhu yang tidak tepat, atau tekanan injeksi yang tidak seimbang.
Penting untuk melakukan analisis dan pengawasan yang cermat selama proses injeksi molding plastik untuk menghindari dan meminimalkan cacat yang mungkin muncul. [8]
METODE
Praktikum yang berjudul Pembuatan Spesimen Komposit Polimer untuk Uji Impact dengan Metode Hot Press telah kami lakukan di Laboratorium Polimer, Gedung B lantai 3, Kampus Politeknik STMI Jakarta, Rabu 18 Oktober 2023.
Secara garis besar, penelitian yang telah dilakukan meliputi pengukuran dimensi dan massa dari kelima spesimen yang dibuat.
Pembuatan spesimen dilakukan dengan menggunakan metode hot press yang menggunakan mesin manual forming. Mesin ini menggunakan konsep pemanasan
dan penekanan dalam
penggunaannya, hal itu berguna untuk membentuk spesimen sesuai bentuk cetakan yang kita inginkan dan mendapatkan spesimen yang padat.
Peralatan yang kami gunakan dalam praktikum ini yaitu mesin manual forming, 1 pelat cetakan spesimen dan 2 pelat penutup
cetakan, 2 buah pisau kape, 1 buah gunting, 1 buah penggaris, 1 buah jangka sorong, 1 buah gunting, neraca digital, dan 2 buah sarung tangan safety.
Bahan yang kami gunakan yaitu LDPE (Low Density Polyethylene) berbentuk pelet sebanyak 14,575 gram.
Tahap Persipan Bahan
Langkah pertama yang kami lakukan adalah untuk mengetahui berapa banyak pelet LDPE yang kami butuhkan untuk mencetak spesimen dengan cara mengukur dimensi dari pelat cetakan lalu menghitung volumenya dengan menggunakan persamaan :
V=p . l. t (1)
Angka yang kami dapat dari pengukuran yaitu panjangnya 8 cm, lebarnya 1 cm, dan tebalnya 0,396 cm. Maka jika dihitung volumenya menggunakan persamaan (1) didapat volume untuk 1 cetakan spesimen adalah 3,168 cm3. Setelah itu untuk menentukan seberapa banyak pelet LDPE yang kami butuhkan, kami menggunakan persamaan berikut :
ρ=m
V (2)
dari persamaan (2) bisa didapat :
m=ρ . V (3)
Sehingga dari persamaan (3) kita bisa mengetahui massa pelet LDPE yang dibutuhkan sebanyak 2,915 gram untuk 1 cetakan spesimen, karena kami akan membuat 5 spesimen, maka 2,915 gram x 5.
Sehingga pelet LDPE yang kami butuhkan sebanyak 14,575 gram.
Pelet LDPE ditimbang
menggunakan neraca digital diatas gelas plastik untuk mendapatkan massa yang kami butuhkan. Lalu menyiapkan pelat cetakan dengan
membersihkan pelat dari sisa-sisa polimer dari praktikum sebelumnya.
Tahap Pembuatan Spesimen
Langkah awal dari tahap ini yaitu menyiapkan mesin manual forming.
Pertama, hubungkan kepala kabel manual forming ke sumber listrik terdekat seperti stop kontak, lalu nyalakan mesin dengan menekan tombol power utama. Setelah menyala, tekan tombol pemanas atas dan bawah dibarengi dengan menyeting temperatur pemanas atas dan bawah menjadi 140 ° C, suhu tersebut didapatkan dari penambahan sekitar 20-40 ° C diatas titik leleh dari LDPE yaitu 120
° C. Hal ini dilakukan untuk mengantisipasi kesalahan pengukuran pada indikator temperatur yang terdapat pada
mesin manual forming
mempertimbangkan usia mesin yang sudah cukup tua, dan juga pertimbangan lainnya seperti memastikan pelet LDPE meleleh sepenuhnya dan dapat dibentuk dengan mudah pada prosesnya.
Gambar 3. Mesin Manual Forming
Setelah suhu pemanas atas dan bawah sudah pada suhu yang kami tentukan, kami mulai mengisi kelima lubang cetakan dengan pelet LDPE.
Setelah pelet terbagi rata ke 5 lubang, dan temperatur pemanas sudah di suhu yang kami inginkan, maka selanjutnya kami menutup pelat cetakan dengan penutup atas dan masukkan kedalam manual forming, sebelum ditekan, pastikan pelat cetakan dengan pnutupnya sejajar. Setelah pelat cetakan dan penutupnya sejajar, selanjutnya memastikan apakah pressure valve sudah tertutup dengan cara memutarnya searah dengan arah jarum jam. Selanjutnya menaik- turunkan dongkrak menggunakan tuas sampai pelat atas rapat dengan pelat bawah menekan cetakan yang berada di tengahnya. Lalu timer yang sudah di set selama 15 menit dinyalakan.
Setelah 5 menit terlewati, tekanan ditambahkan dari 0 kgf/cm2 menjadi 100 kgf/cm2 pada pressure gauge dengan cara menaik-turunkan dongkrak kembali. Lalu setelah 10 menit terlewati, tekanan ditambahkan dari 100 kgf/cm2 menjadi 200 kgf/cm2 . Lalu menunggu hingga timer 15 menit berbunyi.
Tahap Penyelesaian
Setelah timer berbunyi, matikan tombol timer. Lalu matikan tombol pemanas atas dan pemanas bawah.
Setelah itu nyalakan tombol water untuk melakukan pendinginan, buka keran untuk mengalirkan air pendingin ke mesin. Tunggu hingga temperatur pelat pemanas atas dan pemanas bawah mencapai ±70° C.
Setelah temperatur menunjukan angka ±70° C. Matikan keran air, lalu buka pressure valve dengan cara
memutarnya berlawanan dengan arah jarum jam sehingga pelat pemanas bawah akan turun dengan sendirinya. Lalu mengeluarkan cetakan dari mesin menggunakan sarung tangan safety. Buka cetakan dengan bantuan pisau kape dan keluarkan spesimen dari cetakan.
Rapihkan spesimen dari polimer yang meluber menggunakan gunting.
Setelah itu timbang dan ukur dimensi dari ke-5 spesimen tersebut untuk didapatkan data-nya. Dan yang terakhir merapihkan peralatan yang sudah digunakan dan membuang semua residunya.
HASIL DAN PEMBAHASAN Didapatkannya 5 buah spesimen dari praktikum yang telah kami
lakukan. Kami melakukan
pengukuran secara berkala kepada setiap spesimen, pengukuran pertama yang kami lakukan yaitu pengukuran massa spesimen yang dilakukan menggunakan neraca massa pada setiap spesimen, lalu diikuti dengan pengukuran panjang dan lebar spesimen menggunakan penggaris dan pengukuran tebal
spesimen menggunakan
jangkasorong.
Gambar 4. Spesimen Uji Impact LDPE Secara teoritis, massa dari spesimen produk seharusnya sama dengan massa bahan baku sebelum proses pembentukan. Berikut merupakan data dari produk spesimen :
Tabel 1. Hasil Pengukuran Spesimen Produk
No Mass
a (gra
m)
Panjan g (cm)
Lebar (cm)
Tebal (cm)
1 2,57 7,8 0,9 0,374
2 2,59 7,8 0,9 0,374
3 2,58 7,8 0,9 0,374
4 2,58 7,8 0,9 0,374
5 2,58 7,8 0,9 0,374
Rata-
rata 2.58 7,8 0,9 0,374
Dari tabel yang sudah disajikan, dapat terlihat massa rata-rata spesimen adalah 2,58 gram, panjang rata-rata spesimen adalah 7,8 cm, lebar rata-rata spesimen adalah 0,9 cm, dan tebal rata-rata spesimen adalah 0,374 cm. Hasil ini memiliki selisih yang besar terhadap perhitungan teoritisnya, dimana seharusnya rata-rata massanya yaitu sebesar 2,91 gram , didapat selisihnya yaitu sebesar 0,33 gram jika dikalikan 5, maka sebesar 1,65 gram LDPE hilang setelah pembentukan. Banyaknya polimer menjadi salah satu penyebab hilangnya massa polimer sebelum dan sesudah pembentukan. Penyebab lainnya dari hilangnya massa bisa jadi karena disribusi persebaran polimer. Saat memasukkan pelet LDPE ke dalam cetakan mungkin saja pendistribusian peletnya kurang merata yang menyebabkan terdapat perbedaan ketinggian pada saat pemanasan dan penekanan yang terjadi di mesin manual forming.
Untuk selisihnya besar panjang, lebar dan tebal spesimen dengan perhitungan teoritis yang panjang rata-rata yang didapat adalah 7,8 cm sedangkan nilai teoritisnya 8 cm , lebar rata-ratanya 0,9 cm dan nilai teoritisnya 1 cm , tebal rata-ratanya 0,374 cm dan nilai teoritisnya 0,396 cm, mungkin memiliki alasan yang sama dengan selisih perbedaan dari massa spesimen.
SIMPULAN
Kesimpulan yang didapat dari praktikum ini adalah telah dilakukannya dan berhasilnya pembuatan spesimen komposit polimer dengan metode hot press menggunakan bahan LDPE (Low Density Polyethylene). Pembuatan spesimen menggunakan mesin manual forming yang menggunakan prinsip pemanasan dan penekanan pada pelat cetakan hingga membentuk spesimen.
Ketilitian dalam setiap langkah dalam praktikum ini sangatlah penting untuk mencapai hasil yang diinginkan.
Di dapat 5 spesimen yang memiliki bentuk hampir seperti tidak memiliki cacat tetapi dibuktikan kekurangannya dalam pengukuran secara langsung.
Terdapat selisih yang lumayan kecil terhadap pengukuran sesudah pembentukan spesimen dengan perhitungan teoritis yaitu pengukuran dimensi cetakan spesimen yang menjadi acuan dimensi spesimen, dan pengukuran massa bahan baku yang menjadi acuan massa spesimen.
Kesulitan yang kami hadapi pada percobaan kali ini yaitu pada saat memasukkan pelet LDPE kedalam cetakan yang dimana pemerataan pelet sangat penting yang dapat berpengaruh terhadap kepadatan spesimen dan bentuk dari spesimen itu sendiri, dan penjajaran pelat dan cetakan saat sebelum ditekan juga penting agar tidak adanya perbedaan ketinggian saat ditekan di dalam mesin manual forming.
DAFTAR RUJUKAN
[1] M. Muhajir, M. Alfian Mizar, dan D.
A. Sudjimat. “ANALISIS KEKUATAN TARIK BAHAN KOMPOSIT MATRIKS RESIN BERPENGUAT SERAT ALAM DENGAN BERBAGAI VARIAN TATA LETAK”. Jurnal Teknik Mesin, 2016.
[2] M. Aigah Ameilia, Rafi Rajfan H., Nurul Aisha, Salma Aulia R., dan P.
Alya Rosyidi, “Identifikasi Polimer Tekstil,”Jurnal Teknologi Rekayasa Proses, vol. 1, no. 1 Juni 2021.
[3] T. v. de Medeiros, J. Manioudakis, F.
Noun, J. R. Macairan, F. Victoria, and R. Naccache, “Microwave-assisted synthesis of carbon dots and their applications,” Journal of Materials
Chemistry C, vol. 7, no. 24, pp. 7175–
7195, 2019, doi: 10.1039/c9tc01640f.
[4] Mahyaruddin Mrp, dan Sovian Aritonang, “MATERIAL POLIMER KOMPOSIT TAHAN BALISTIK UNTUK APLIKASI HELM MILITER DALAM MENDUKUNG MATERIAL PERTAHANAN INDONESIA,” Jurnal Teknik Mesin, vol. 9, no. 2, Desember, 2022.
[5] Nurmughni Zulham Amri, dan Prantasi Harmi Tjahjanti, “STUDI PERBAIKAN CARA PENAMBALAN
(PATCHING) PADA BAHAN
KOMPOSIT BERBASI
POLIMER,”Prosiding Seminar Nasional Sains dan Teknologi, vol.
12, no. 1, pp. 117-123, November, 2022. doi: 10.36499/psnst.v12i1.7224 ] Dwi Handoko, “Perancangan Uji Impact Charpy Dengan Akuisisi Data Berbasis Microcontroller Arduiono,”Jurnal Suara Teknik , vol.
12, no. 2., pp. 39-44, Januari, 2022.
] Lucky Zaehir Maulana, Agus Yulianto dan Sulhadi “Aplikasi Low Density Polyethylene (LDPE) Pada Pembuatan Magnet Ferrite Komposit,”Jurnal Sains Dasar, vol. 2, no. 1., pp. 72-78, 2013.
] M. Ikhsan, M. Aqdar Fitrah, dan Sura Prawira, “melakukan analisis dan pengawasan yang cermat selama proses injeksi molding plastik untuk menghindari dan meminimalkan cacat yang mungkin muncul.,”Jurnal Tematis (Teknologi, Manufaktur dan Industri), vol. 4, no. 3., 2023.
[9] “ASTM D256 Izod Impact (Notched),
ISO 180,” [Online]. Available:
https://infinitalab.com/astm/izo d-impact-notched-astm-d256-iso- 180/.
