STUDI EXPERIMENTAL PENGARUH VARIASI TEMPERATUR DAN PUTARAN TERHADAP SIFAT MEKANIK CAMPURAN POLYPROPYLEN, POLYETYLEN DAN FIBER GLASS MENGGUNAKAN MESIN MIXER BUATAN SENDIRI SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
INDRA HERMAWAN NIM: 110401008
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2015
i Universitas Sumatera Utara
STUDI EXPERIMENTAL PENGARUH VARIASI TEMPERATUR DAN PUTARAN TERHADAP SIFAT MEKANIK CAMPURAN POLYPROPYLEN, POLYETYLEN DAN FIBER GLASS MENGGUNAKAN MESIN MIXER BUATAN SENDIRI
INDRA HERMAWAN NIM : 110401008
ii Universitas Sumatera Utara
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
AGENDA
: 2228 /TS/2015
FAKULTAS TEKNIK USU
DITERIMA TGL. : 12 MEI 2015
MEDAN
PARAF
:
TUGAS SARJANA NAMA
:
INDRA HERMAWAN
NIM
:
1100401008
MATA KULIAH
:
PROSES PRODUKSI
SPESIFIKASI
:
STUDI
EXPERIMENTAL PENGARUH VARIASI
TEMPERATUR
DAN
PUTARAN
TERHADAP
SIFAT MEKANIK CAMPURAN POLYPROPYLEN, POLYETYLEN
DAN
FIBER
MENGGUNAKAN
MESIN
MIXER
GLASS BUATAN
SENDIRI
DIBERIKAN TANGGAL :
12 MEI 2015
SELESAI TANGGAL
05 NOVEMBER 2015
:
iii Universitas Sumatera Utara
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK USU MEDAN KARTU BIMBINGAN TUGAS SARJANA MAHASISWA NO : 2228/TS/2015 Sub. Program studi Bidang Tugas Judul Tugas
: Proses Produksi : Proses Produksi : STUDI EXPERIMENTAL
Diberikan Tanggal Dosen Pembimbing
: 12 Mei 2015 : Ir. Alfian Hamsi, M.Sc
PENGARUH VARIASI TEMPERATUR DAN PUTARAN TERHADAP SIFAT MEKANIK CAMPURAN POLYPROPYLEN, POLYETYLEN DAN FIBER GLASS MENGGUNAKAN MESIN MIXER BUATAN SENDIRI Selesai Tgl : 05 November 2015 Nama Mhs : Indra Hermawan N.I.M : 110401008
Catatan : 1. Kartu ini harus diperlihatkan kepada Dosen Pembimbing setiap asistensi. 2. Kartu ini harus dijaga bersih dan rapi. 3. Kartu ini harus dikembalikan ke departemen, Bila kegiatan asistensi telah selesai.
iv Universitas Sumatera Utara
STUDI EXPERIMENTAL PENGARUH VARIASI TEMPERATUR DAN PUTARAN TERHADAP SIFAT MEKANIK CAMPURAN POLYPROPYLEN, POLYETYLEN DAN FIBER GLASS MENGGUNAKAN MESIN MIXER BUATAN SENDIRI
INDRA HERMAWAN NIM : 110401008
Telah Diperiksa dan Disetujui Dari Hasil Seminar Skripsi Periode ke 826 pada Tanggal 18 November 2015
Disetujui Oleh:
v Universitas Sumatera Utara
STUDI EXPERIMENTAL PENGARUH VARIASI TEMPERATUR DAN PUTARAN TERHADAP SIFAT MEKANIK CAMPURAN POLYPROPYLEN, POLYETYLEN DAN FIBER GLASS MENGGUNAKAN MESIN MIXER BUATAN SENDIRI
INDRA HERMAWAN NIM : 110401008
Telah Diperiksa dan Disetujui Dari Hasil Seminar Skripsi Periode ke 826 pada Tanggal 18 November 2015
Disetujui Oleh:
vi Universitas Sumatera Utara
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 dilakukan untuk mendapatkan suatu campuraan yang homogen dari beberapa jenis bahan. 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 dan S3. Penelitian ini bertujuan untuk mendesain, pembutan mesin mixer serta pengujian pengaruh temperatur dan putaran percampuran terhadap kehomogenan dan sifat mekanis campuran polypropylene, Polyethylen dan fiber glas . Pengujian dilakukan menggunakan mikroskop optik dan photo makro untuk melihat kehomogenan campuran dan pengujian tarik untuk melihat kekuatan campuran. Hasil pengujian mesin diperoleh bahwa mesin mixer buatan sendiri dapat dioperasikan dengan variasi putaran 52, 100 , 144 Rpm dan variasi temperature 1500C, 1750C, 2000C, 2250C dan 2500C. Hasil pengujian tarik diperoleh untuk temperatur yang paling optimum yaitu 1500C memiliki tegangan tarik sebesar 17,58 N/mm2. Untuk putaran yang paling optimum pada putaran N1 52 rpm yang memiliki tegangan tarik sebesar 19,70 N/mm2. Kata kunci : mixer, temperatur, putaran, polypropylene, Polyethylen, fiber glass
i Universitas Sumatera Utara
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 carried out to obtain a homogeneous mixing of several types of materials . Until now the machine mixer for mixing thermoplastic materials and powders has not yet available in the laboratory of Mechanical Engineering , Faculty of Engineering USU while its usefulness is absolutely necessary for research students of S1 , S2, and S3. This research aims to design , factur mixer machine as well as examination the effect of temperature and mixing speed against homogeneity and mechanical properties of a mixture of polypropylene , polyethylen and fiber glas. Tests carried out using an optical microscope and a macro, photo to see the homogeneity of the mixture and the tensile test to for the strength of the mixture. The test results showed that the machine homemade mixer machine can be operated with a variety of speed 52 , 100 , 144 rpm and temperature variations 150 0C , 175 0C , 200 0C , 225 0C and 250 0C . Tensile test results obtained for the most optimum temperature is 1500C has a tensile stress of 17.58 N / mm2. for optimum lap there on lap 52 rpm N1 which has a tensile stress of 19.70 N / mm2 .
Keywords : mixer, temperature, rotation, polypropylene, polyethylene, fiber glas
ii Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Allah SWT atas karunia-Nya sehingga penulis bisa menyelesaikan skripsi ini. Skripsi adalah salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan dan memperoleh gelar Sarjana Teknik di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul skripsi yang penulis kerjakan ini adalah.” Studi Experimental Pengaruh Variasi Temperatur Dan
Putaran Terhadap Sifat Mekanik Campuran Polypropylen,
Polyetylen Dan Fiber Glass Menggunakan Mesin Mixer Buatan Sendiri”.
Pada kesempatan ini penulis juga mengucapkan terima kasih yang sebesar besarnya kepada pihak yang telah memberikan bantuan dan bimbingannya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan yaitu: 1. Allah SWT, untuk kesehatan jasmani dan rohani sehingga penulis dapat melaksanakan dan menyelesaikan laporan tugas akhir dengan baik. 2. Orang tua dan keluarga besar, Ayahanda Sugeng dan Ibunda Maryati yang telah memberikan dukungan dan doa, semangat juga materi kepada penulis untuk dapat mengikuti pendidikan di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. 3. Bapak Dr.Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri , selaku Ketua Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. 4. Bapak Ir. Alfian Hamsi MSc, selaku dosen pembimbing yang telah menyediakan waktu, tenaga dan pikiran untuk mengarahkan penulis dalam menyusun skripsi ini. 5. Bapak/Ibu staff pengajar di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
iii Universitas Sumatera Utara
6. Laboran Laboratorium Politeknik Medan, yang telah banyak memberikan arahan kepada penulis selama pengujian berlangsung. 7. Saudaraku yang tercinta, Bambang Hermawan, Reza Hermawan, Maharani Syahputri yang telah memberikan dukungan doa,
dan semangat kepada
penulis selama pengerjaan tugas akhir ini. 8. Teman-teman Asisten Laboratorium Teknologi Mekanik Departemen Teknik Mesin, Universitas Sumatera Utara (Edi Halpita, Budi Arisasmito, Syugito Abdulkahar Sinaga dan Kin Tawarmiko. yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu, yang telah memberikan masukan serta semangat kepada penulis. 9. Teman-teman stambuk 2011 dan seluruh pihak yang telah banyak membantu dalam Skripsi ini. 10. Intan Marinda yang telah membantu dan menyemangatin saya dalam mengerjakan penelitian ini. Akhir kata, semoga ALLAH SWT berkenan membalas segala kebaikan semua pihak yang telah membantu penulis. Penulis mengaharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun agar laporan ini menjadi lebih baik dan bermanfaat bagi semua pihak yang membacanya.
Medan, Oktober 2015 Hormat kami,
Penulis Indra Hermawan NIM .110401008
iv Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
ABSTRAK .........................................................................................................i ABSTRACT .......................................................................................................ii KATA PENGANTAR .......................................................................................iii DAFTAR ISI ......................................................................................................v DAFTAR GAMBAR………………………………………………………...viii DAFTAR TABEL .............................................................................................xi DAFTAR NOTASI ............................................................................................xii BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang .......................................................................................1 1.2 Batasan Masalah......................................................................................2 1.3 Tujuan Penelitian ....................................................................................3 1.4 Manfaat Penelitian ..................................................................................3 1.5 Metodologi Penulisan .............................................................................3 1.6 Sistematika Penulisan .............................................................................4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Mixer ........................................................................................................6 2.2 Pengertian Pencampuran ............................................................................... .7 2.2.1 Jenis-Jenis Pencampuran…………………………………………..8 2.2.2 Kecepatan Pencampur……………………………………………..11 2.3 Elemen Pemanas ..................................................................................13 2.4. Plastik ...................................................................................................14 2.4.1 macam-macam polimer .......................................................................18
v Universitas Sumatera Utara
2.4.2 Proses Pengerjaan Produk Berbahan Baku Plastik ...........................19 2.3.5 Sifat, Jenis dan Kegunaan Plastik .....................................................24 2.5 Fiber Glass .......................................................................................26 2.5.1
Sifat Material Komposit ..............................................................28
2.6 Karakteristik ......................................................................................29 2.6.1 tegangan (stress) .............................................................................29 2.4.2 Regangan (strain) ...........................................................................30 BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Tahapan Penelitian ..................................................................................32 3.2 Waktu dan Tempat Penelitian .................................................................33 3.3 Desain Mesin Mixer ................................................................................33 3.3.1
Desain dan Mekanisme Sistem Transmisi Untuk Mesin Mixer Buatan Sendiri .....................................................................35
3.3.2
Gambar Sket Gear Box ..................................................................36
3.3.3
Elemen Pemanas Mixer .................................................................40
3.3.4
Bejana Pencampur .........................................................................41
3.4 Alat dan Bahan ........................................................................................42 3.4.1
Alat.................................................................................................42
3.4.2
Bahan .............................................................................................46
3.5 Prosedur Pencampuran Polypropylene,Polyetylen dan Fiber Glass Untuk Variasi Temperature 1500C,1700C,2000C,2250C dan 2500C ....................................................................................... 49 3.6 Prosedur Pencetakan Spesimen Uji Tarik dan Pengujian Tarik Variasi Temperatur 1500C,1700C,2000C,2250C dan 2500C ..........................................................................................51 3.7 Prosedur Pencampuran Polypropylene,Polyetylen dan Fiber Glass Untuk Variasi Putaran N1=61 rpm, N2=76 rpm dan N3=88 rpm ..................................................................................54 3.8 Prosedur Pencetakan Spesimen Uji Tarik dan Pengujian
vi Universitas Sumatera Utara
Tarik Untuk Variasi Putaran N1=61 rpm, N2=76 rpm dan N3=88 rpm ..................................................................................56
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Perhitungan Untuk Variasi Temperatur .........................................58 4.2 Hasil Perhitungan Untuk Variasi Putaran ...............................................61 4.3 Grafik Hasil Pengujian Tarik Untuk Sampel Variasi Temperature ........62 4.4 Hasil Photo Makro Untuk Sampel Variasi Temperature.........................64 4.5 Grafik Hasil Pengujian Tarik Untuk Sampel Variasi Putaran .................67 4.6 Hasil photo makro variasi putaran............................................................70 4.7 Hasil Foto Mikro Sampel variasi putaran................................................71 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan .............................................................................................72 5.2 Saran ........................................................................................................72 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
vii Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Planetary mixer ...............................................................................8 Gambar 2.2 Ribbon blender ................................................................................9 Gambar 2.3 Double cone blender........................................................................10 Gambar 2.4 Vertical double rotary mixer ...........................................................10 Gambar 2.5 Pengaduk baling-baling ...................................................................11 Gambar 2.6 Pengaduk dayung ............................................................................12 Gambar 2.7 Pengaduk turbin...............................................................................13 Gambar 2.8 Helical ribbon ..................................................................................13 Gambar 2.9 Elemen pemanas ..............................................................................14 Gambar 2.10 Struktur bercabang thermoplastic..................................................15 Gambar 2.11 Struktur ikatan silang thermosetting .............................................17 Gambar 2.12 proses injection molding ...............................................................20 Gambar 2.13 Proses ekstruksi .............................................................................20 Gambar 2.14 Proses blow moulding ...................................................................21 Gambar 2.15 Proses thermoforming ...................................................................22 Gambar 2.16 Proses calendaring .........................................................................22 Gambar 2.17 Proses casting ................................................................................23 Gambar 2.18 Proses pemintalan..........................................................................23 Gambar 2.19 Polymer Polyetylen Terephthalate ( PET ) ...................................24
viii Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.20 Polymer Polypropylen ( PP ).........................................................24 Gambar 2.21 Polymer Polyetylen ( PE ) .............................................................25 Gambar 2.22 Polymer Polyviny Cloride ( PVC ) ..............................................25 Gambar 2.23 Polymer Polystyrene ( PS ) ...........................................................26 Gambar 2.24 Fiber glass (FG) .............................................................................27 Gambar 3.1 Diagram alir penelitian ....................................................................32 Gambar 3.2 Desain Mesin Mixer ........................................................................33 Gambar 3.3 Poros Pencampur ............................................................................34 Gambar 3.4 Sket Gear Box roda gigi bebas ........................................................36 Gambar 3.5 Elemen Pemanas Type Striper Heater .............................................39 Gambar 3.6 Bejana Pencampur ...........................................................................42 Gambar 3.7 Mesin mixer buatan sendiri .............................................................43 Gambar 3.8 Mesin hidrolic hot press ..................................................................43 Gambar 3.9 Cetakan (mold) untuk uji tarik ........................................................44 Gambar 3.10 Spesifikasi cetakan uji tarik plastik ...............................................44 Gambar 3.11 Mesin uji tarik ...............................................................................45 Gambar 3.12 Timbangan digital .........................................................................45 Gambar 3.13 Thermometer .................................................................................46 Gambar 3.14 Polypropylen .................................................................................47 Gambar 3.15 Dimensi polypropylene .................................................................47
ix Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.16 Polyetylen ......................................................................................48 Gambar 3.17 Dimensi polyetylen .......................................................................48 Gambar 3.22 Serat fiber glass .............................................................................48 Gambar 3.23 Hasil pencampuran ........................................................................51 Gambar 3.24 Hasil pencampuran setelah dipotong kecil-kecil untuk dilakukan proses hot press ............................................................52 Gambar 3.25 Diagram alir proses pencampuran untuk variasi temperature dan pengujian tarik........................................................................53 Gambar 3.26 Diagram alir proses pencampuran untuk variasi putaran dan pengujian tarik ......................................................................57 Gambar 4.1 Spesimen sebelum diuji tarik ..........................................................58 Gambar 4.2 Spesimen setelah dilakukan uji tarik ...............................................58 Gambar 4.3 Grafik tegangan tarik variasi temperatur .........................................63 Gambar 4.4 Grafik pengaruh temperature pencampuran terhadap elongation paduan PP,PE dan FG ...............................................63 Gambar 4.5 Photo makro paduan PP, PE dan fiber glas setelah pengadukan pada temperatur a) 150oC, b) 175oC, c) 200oC, d) 225oC dan e) 250oC................................................................................. 65 gambar 4.6 Photo mikro paduan PP, PE dan FB setelah percampuran pada temperatur a) 150oC, b) 200oC dan c) 225oC ......................................... 66
Gambar 4.7 Grafik pengaruh kecepatan pencampuran terhadap kekuatan tarik .................................................................................67 Gambar 4.8 Grafik pengaruh putaran terhadap elongation ................................68 x Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.9 Bentuk patahan sampel hasil uji tarik variasi putaran a)Polypropylen putaran 61Rpm, b) bahan campuran putaran 61Rpm, c) bahan campuran 76 Rpm, d) bahan campuran 81 Rpm. .........................................................................................69 Gambar 4.10 Photo makro material campuran PP, PE dan FG a) 61 Rpm, b) 76 Rpm dan c) 88 Rpm .................................................................. 70
gambar 4.11 Photo mikro paduan PP, PE dan FB setelah percampuran pada temperatur 150oC putaran 61 Rpm ....................................71
xi Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Penjelasan gambar sket gear box ........................................................36 Tabel 3.2 Dimensi ASTM D 638, T = 4mm .......................................................44 Tabel 3.3 Formula untuk pencampuran komposisi variasi temperatur ...............50 Tabel 3.4 Formula untuk pencampuran komposisi variasi putaran ....................55 Tabel 4.1 Data hasil pengujian tarik variasi temperatur .....................................59 Tabel 4.2 Data hasil pengujian tarik variasi putaran ...........................................61 Tabel 4.3 Data hasil pengujian tarik polypropylen murni ..................................62
xii Universitas Sumatera Utara
DAFTAR NOTASI
Lambang
Keterangan
Satuan
σ max
Tegangan tarik
N/mm2
Fmax
Gaya
N
A0
Luas penampang
m2
Ε
Elongation
%
ΔL
Pertambahan panjang
mm
L0
Panjang awal
mm
L1
Panjang akhir
mm
N
Putaran
rpm
Z
Jumlah gigi
V
Volume
mm3
r
Jari-jari
mm
T
Tinggi
mm
v
Tegangan
volt
p
Daya
watt
I
Kuat arus
ampere
R
Hambatan
Ohm
xiii Universitas Sumatera Utara
