TUGAS AKHIR
ANALISA PENGARUH VARIASI SUHU SINTERING PADA PENCETAKAN BOLA PLASTIK BERONGGA PROSES ROTATION MOLDING
Diajukan Sebagai Syarat Menyelesaikan Program Studi Strata Satu Pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta
Disusun : ARIES SUPRIYANTO D.200.08.0071
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2015
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul: Analisa Pengaruh Variasi Suhu Sintering Pada Pencetakan Bola Plastik Berongga Proses Rotation Molding Yang dibuat untuk memenuhi sebagian syarat memperoleh derajat sarjana S1 pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah merupakan
Surakarta,
tiruan
atau
sejauh
yang
duplikasi
dari
saya skripsi
ketahui
bukan
yang
sudah
dipublikasikan dan atau pernah dipakai untuk mendapatkan gelar kesarjanaan di lingkungan Universitas Muhammadiyah Surakarta atau instansi manapun, kecuali bagian yang sumber informasinya saya cantumkan sebagaimana mestinya.
ii
iii
iv
v
MOTTO
Dan bahwasannya seorang manusia tiada memperoleh selain apa yang diusahakannya. Dan bahwasannya usahanya itu kelak akan diperlihatkan (Kepada-Nya). (QS An-Najm : 39-40)
Dengan kesulitanya
keyakinan berdo’a insyaallah
dan
selalu berusaha apapun
akan diberi
kemudahan
dalam
menyelesaikan persoalan. (Aries Supriyanto)
Sukses dicapai dengan mengembangkan kelebihan kita, bukan dengan menghilangkan kelemahan kita. (Aries Supriyanto)
vi
ANALISA PENGARUH VARIASI SUHU SINTERING PADA PENCETAKAN BOLA PLASTIK BERONGGA PROSES ROTATION MOLDING Aries Supriyanto, Bambang Waluyo F, Tri Widodo Besar R Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta Jl. A. Yani Tromol Pos I Pabelan, Kartasura email:
[email protected] ABSTRAKSI Proses rotation molding adalah proses pembentukan plastik bersuhu tinggi dan bertekanan rendah yang mengunakan panas dan biaxsial rotation (rotasi pada dua sumbu). Bahan-bahan yang digunakan dalam proses pencetakan rotation molding adalah plastik, hal ini dikarenakan kelebihan-kelebihan polimer plastik yang dimiliki seperti mudah dibentuk, dapat dibuat beraneka ragan warna, ringan, kuat, tidak mudah pecah, anti karat dan lain sebagainya. Proses pembuatan diawali dengan persiapan bahan yaitu biji plastik LDPE (Low Density Polyethylene dan dicetak mengunakan mesin rotation molding dengan variasi suhu sintering 90˚C, 100˚C, 110˚C. Analisa spesimen bola plastik berongga yang dilakukan adalah analisa penyusutan dengan setandar ASTM D 6289, dan analisa pengujian ketebalan dan mengetahui foto makro. Dari hasil pengujian pengukuran penyusutan spesimen bola plastik berongga didapat nilai penyusutan. Suhu sintering 90˚C tidak dapat dilakukan pengambilan data, pada suhu sintering 100˚C mengalami rata-rata penyusutan sebesar 2,28%. Untuk variasi suhu sintering 110˚C mengalami rata-rata penyusutan sebesar 1,97%. Pengujian ketebalan pada suhu sintering 90˚C tidak dapat dilakukan pengambilan data, pada suhu sintering 100˚C mengalami rata-rata ketebalan 5,17mm. Untuk variasi suhu sintering 110˚C mengalami rata-rata ketebalan 4,92mm. Untuk pengujian foto makro dapat ditarik kesimpulan pada suhu sintering 90˚C terjadi tahapan initial point contack, pada suhu sintering 100˚C terjadi tahapan Intermediad Stage (tahap peralihan) atau pertumbuhan leher tahap awal, pada suhu sintering 110˚C terjadi tahapan final stage (tahap akhir) tahapan ini porus akan terisolasi dan grain boundary (batas butir) menyatu. Kata
kunci:
rotation molding, sintering, LDPE Polyethylene), cetakan (mold)
vii
(Low Density
KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum, Wr. Wb. Puji syukur Alhamdulillah, penulis panjatkan kehadirat Allah SWT
atas
berkah
dan
rahmat-Nya
sehingga
penulis
dapat
menyelesaikan penyusunan laporan penelitian. Tugas Akhir yang berjudul “Analisa Pengaruh Variasi Suhu Sintering
Pada
Pencetakan
Bola
Plastik
Berongga
Proses
Rotation Molding” dapat terselasaikan atas dukungan dari beberapa pihak.
Pada
kesempatan
ini,
penulis
dengan
ketulusan
dan
keikhlasan hati ingin menyampaikan rasa terimakasih yang sebesarbesarnya kepada: 1. Ir. Sri Sunarjono, M.T., Ph.D. Selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. 2. Tri Widodo Besar R, S.T., M.Sc., Ph.D. selaku Ketua jurusan Teknik
Mesin
Fakultas
Teknik
Universitas
Muhammadiyah
Surakarta dan dosen pembimbing pendamping utama yang telah memberi arahan, masukan dalam penyusunan laporan tugas akhir ini.. 3. Bambang Waluyo F, S.T, M.T. selaku dosen pembimbing utama yang telah membimbing, mengarahkan dan memberi petunjuk dalam penyusunan laporan Tugas akhir ini. 4. Ir. Agus Hariyanto, M. T. selaku dosen penguji yang telah meluangkan waktu untuk memberikan bimbingan dan arahan dalan Tugas Akhir ini. 5. Ir. H. Masyrukan, M.T. selaku pembimbing akademik selama kuliah di Universitas Muhammadiyah Surakarta. 6. Keluarga
tercinta
yang
selalu
mendo’akan
saya,
memberi
dukungan moril, semangat untuk menyelesaikan kuliah selama di Universitas Muhammadiyah Surakarta.
viii
7. Rna wijayanti yang selalu menemani, memberi semangat dan dukungan dalam menyelesaikan laporan tugas akhir ini 8. Teman-teman
famora
dan
panti
yang
selalu
menemani,
membantu baik secara lansung maupun tidak langsung dan dalam menyelesaikan laporan tugas akhir ini. 9. Teman
satu tim Joko
Nurbiantoro yang selalu menemani
selama dilapangan serta dalam menyelesaikan laporan tugas akhir ini.
Penulis menyadari bahwa dalam laporan ini masih jauh dari sempurna.
Oleh
karena
itu
kritik
dan
saran
yang
bersifat
membangun dari pembaca akan penulis harapkan dengan senang hati. Wassalamu’alaikum, Wr. Wb.
ix
DAFTAR ISI
Halaman Judul .................................................................................
Hal i
Pernyataan Keaslian Skripsi ............................................................
ii
Halaman Persetujuan ......................................................................
iii
Halaman Pengesahan .....................................................................
iv
Lembar Soal Tugas Akhir ................................................................
v
Lembar Motto ...................................................................................
vi
Abstraksi ..........................................................................................
vii
Kata Pengantar ................................................................................
viii
Daftar Isi ..........................................................................................
x
Daftar Gambar .................................................................................
xii
Daftar Tabel .....................................................................................
xiv
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang .....................................................................
1
1.2 Tujuan Penelitian ..................................................................
4
1.3 Manfaat Penelitian ................................................................
4
1.4 Batasan masalah ..................................................................
4
1.5 Metode penulisan .................................................................
5
1.6 Sistematika penulisan ..........................................................
5
BAB II DASAR TEORI 2.1 Tinjauan Pustaka ..................................................................
7
2.2 Landasan Teori ....................................................................
9
2.2.1 Mesin rotation molding .................................................
9
2.2.1.1 Proses pencetakan pada rotation molding ........
10
2.2.1.2 Proses rotation molding secara umum terdiri dari 4 langkah dasar .........................................
11
2.2.1.3 Keuntungan dari proses rotation molding...........
12
2.2.1.4 Keterbatasan mesin rotation molding.................
13
2.2.1.5 Mesin-mesin rotation molding dalam industri.....
13
x
2.2.2 Teori Dasar Plastik.......................................................
16
2.2.2.1 Macam-macam plastik ......................................
17
2.2.2.2 Dasar pemilihan plastik LDPE (Low Density Polyethylene) ...................................................
24
2.2.3 Persyaratan bahan.......................................................
25
2.2.4 Pemanasan ..................................................................
26
2.2.5 Sensor suhu Infrared ...................................................
27
2.2.6 Pendinginan ................................................................
27
2.2.7 Ketebalan produk .........................................................
28
2.2.8 Sintering ......................................................................
29
2.2.9 Teori sintering serbuk .................................................
34
2.2.9.1 Model Dua Partikel (Tahap Awal).....................
35
2.2.9.2 Model Tahap Menengah...................................
36
2.2.9.3 Model Tahap Akhir............................................
37
2.2.10 Perbandingan Putaran (speed ratio)...........................
39
BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Diagram Alir Penelitian .........................................................
40
3.2 Penguraian Diagram Alir Penelitian ......................................
41
3.3 Diagram Waktu Siklus (cycle Time) ......................................
42
3.4 Tempat Penelitian Lapangan................................................
42
3.5 Produk yang Direncanakan...................................................
42
3.6 Dimensi mold (cetakan).........................................................
43
3.7 Mesin rotation molding .........................................................
44
3.8 Dasar pemilihan plastik LDPE.......................................... ....
46
3.9 Peralatan pendukung............................................................
48
3.10 Prosedur pembuatan produk...............................................
56
3.11 Diagram alir proses pembuatan spesimen..........................
57
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Analisa data pengukuran ketebalan bola plastik ...................
58
4.1.1 Variasi suhu sintering proses 90˚C ..............................
58
xi
4.1.2 Variasi suhu sintering proses 100˚C ............................
59
4.1.3 Variasi suhu sintering proses 110˚C ............................
62
4.2 Analisa penyusutan (shrinkage) produk bola plastik ............
67
4.2.1 Variasi suhu sintering proses 90˚C ..............................
67
4.2.2 Variasi suhu sintering proses 100˚C ............................
67
4.2.3 Variasi suhu sintering proses 110˚C ............................
69
4.3 Analisa hasil perhitungan speed ratio ...................................
72
4.4 Hasil struktur foto makro .......................................................
72
4.3.1 Suhu sintering 90˚C ........................................................
72
4.3.2 Suhu sintering 100˚C ......................................................
73
4.3.3 Suhu sintering 110˚C ......................................................
74
BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan...........................................................................
74
5.2 Saran ....................................................................................
75
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Proses rotation molding ...............................................
10
Gambar 2.2 Mesin rotation molding .................................................
11
Gambar 2.3 Mesin carausel..............................................................
13
Gambar 2.4 Mesin rock and roll........................................................
14
Gambar 2.5 Grafik hubungan antara waktu dan temperatur pada plastik thermoplastik .....................................................
18
Gambar 2.6 Grafik hubungan antara waktu dan temperatur pada plastik thermosetting .....................................................
22
Gambar 2.7 Mekanisme perpindahan massa serbuk.......................
30
Gambar 2.8 Diagram sekematik struktur pori selama sintering .......
33
Gambar 2.9 Skema garis lengkung densifikasi dari serbuk padat dan ketiga tahapan sintering ................................................
34
Gambar 2.10 Model dua partikel pada tahapan awal sintering (a) tanpa penyusutan dan (b) dengan penyusutan...........
36
Gambar 2.11 Model geometrikal Coble’s (a) tahap menengah........
37
Gambar 2.12 Model geometrikal Coble’s (b) tahap akhir sintering..
38
Gambar 3.1 Diagram alir penelitian .................................................
40
Gambar 3.2 Diagram waktu siklus .................................................
42
Gambar 3.3 Produk yang direncanakan (spesimen).........................
42
Gambar 3.4 Produk apabila dipotong setengah ...............................
43
Gambar 3.5 Desain mold metode rotation molding ..................
43
Gambar 3.6 Cetakan/mold yang digunakan....................................
44
Gambar 3.7 Instalasi mesin rotation molding ...................................
45
Gambar 3.8 Biji plastik polyethylene (LDPE) ...................................
47
Gambar 3.9 Baut ø 10mm ...............................................................
48
Gambar 3.10 Mold bola plastik metode rotation molding .................
48
Gambar 3.11 Thermocontrol digital otomatis ...................................
49
Gambar 3.12 Heater (pemanas) ......................................................
49
Gambar 3.13 Stopwatch ..................................................................
50
Gambar 3.14 Timbangan digital .......................................................
50
xiii
Gambar 3.15 Kaliber digital .............................................................
51
Gambar 3.16 Thermometer infrared ................................................
51
Gambar 3.17 Kunci peralatan ..........................................................
52
Gambar 3.18 Ember ........................................................................
52
Gambar 3.19 Gergaji .......................................................................
53
Gambar 3.20 Motor listrik 1420 rpm.................................................
53
Gambar 3.21 Reduser .....................................................................
54
Gambar 3.22 Digital tachometer ......................................................
54
Gambar 3.23 Alat foto makro. ..........................................................
55
Gambar 3.24 Mesin rotation molding ................................................
55
Gambar 3.25 Diagram alir proses pembuatan spesimen .................
57
Gambar 4.1 Titik pengukuran bola plastik .....................................
58
Gambar 4.2 Produk bola variasi suhu sintering 90˚C.......................
59
Gambar 4.3 Daerah pengukuran ketebalan spesimen bola .............
59
Gambar 4.4 Grafik ketebalan bola 1 dengan suhu sintering 100˚C .
60
Gambar 4.5 Produk bola variasi suhu sintering 100˚C ....................
60
Gambar 4.6 Histogram rata-rata ketebalan suhu sintering 100˚C....
61
Gambar 4.7 Daerah pengukuran ketebalan spesimen bola .............
62
Gambar 4.8 Grafik ketebalan bola 1 dengan suhu sintering 110˚C .
63
Gambar 4.9 Produk bola variasi suhu 110˚C ...................................
63
Gambar 4.10 Histogram rata-rata ketebalan suhu sintering 110˚C ..
64
Gambar 4.11 Rata-rata ketebalan bola dari 5 kali percobaan menggunakan suhu sintering 90˚C, 100˚C, 110˚C.......
65
Gambar 4.12 Produk hasil percobaan setelah dibelah.....................
66
Gambar 4.13 Histogram rata-rata penyusutan suhu sintering 100˚C.
68
Gambar 4.14 Histogram rata-rata penyusutan suhu sintering 110˚C.
70
Gambar 4.15 Histogram rata-rata penyusutan variasi suhu sintering 90˚C,100˚C,110˚C.........................................................
70
Gambar 4.16 Foto makro proses suhu sintering 90˚C .....................
72
Gambar 4.17 Foto makro proses suhu sintering 100˚C ...................
73
Gambar 4.18 Foto makro proses suhu sintering 110˚C ...................
74
xiv
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Melting point thermoplastik ..............................................
18
Tabel 2.2 Melting point Thermosetting .............................................
22
Tabel 2.3 Nilai penyusutan rotation molding ....................................
38
Tabel 3.1 Spesifikasi polimer LDPE ................................................ .
47
Tabel 4.1 Data rata-rata ketebalan variasi suhu sintering 100˚C. ....
61
Tabel 4.2 Data rata-rata ketebalan variasi suhu sintering 110˚C ....
64
Tabel 4.3 Data rata-rata penyusutan variasi suhu sintering 100˚C ..
68
Tabel 4.4 Data rata-rata penyusutan variasi suhu sintering 110˚C..
69
xv
