PERILAKU PENGUJIAN TARIK PADA POLIMER POLISTIREN DAN POLIPROPILEN

PERILAKU PENGUJIAN TARIK PADA POLIMER POLISTIREN DAN POLIPROPILEN Sumaryono Staf Pengajar Jurusan Pendidikan Teknik Mesin Otomotif IKIP Veteran Semarang

Abstraksi Banyak ragam cara untuk mengetahui sifat dan ketangguhan material, salah satu diantaranya adalah melalui pengujian tarik (tensile strength). Material yang digunakan dalam penelitian pengujian tarik ini adalah polipropilen (PP), yang termasuk dalam jenis polimer termoplastik yang ulet, polistiren (PS) yang termasuk jenis polimer yang getas (brittle) dan bentuk bahan yang akan diuji (specimen) menggunakan standar ASTM D 638 tipe II. Tegangan maksimum rata-rata untuk bahan polipropilen adalah 19,53 (kg/mm2), sedangkan untuk bahan polistiren adalah 1,59 (kg/mm2). Kata Kunci : Pengujian Tarik, Polimer Termoplastik, Specimen.

1. Pendahuluan Di dalam industri rancang bangun, keberadaan bahan polimer semakin penting, tidak hanya terbatas untuk keperluan rumah tangga dan arsitektur, tetapi juga dipakai untuk konstruksi-konstruksi mahal seperti alat-alat elektronika, plat-plat bodi pada kendaraan bermotor, kapal, pesawat

terbang serta banyak digunakan

dalam

pembentukan bahan baru. Material struktur pada berbagai konstruksi diharapkan mampu menahan pengaruh beban. Kegagalan material dapat terjadi antara lain akibat kelelahan (fatigue), deformasi plastis, patah statik, korosi, mulur (creep) atau karena efek relaksasi. Ketangguhan material merupakan parameter yang penting dalam bidang mekanika bahan. Ketangguhan material adalah kemampuan material untuk dapat

Gardan. Vol. 1 No.1, Juli 2012

66

menyerap energi sampai pada titik patah, yang juga merupakan luasan bidang dibawah kurva tegangan-regangan. Ada beberapa metode pengujian yang dipakai untuk mengetahui ketangguhan suatu material. Salah satunya adalah dengan melakukan pengujian tarik atau yang biasa dikenal dengan tensile strength. Kebanyakan material mengalami tegangan beserta deformasinya

selama pemrosesan

dan penggunaan.

Deformasi

plastis

diperlukan didalam pemrosesan. Biasanya fungsi yang semula diinginkan dari material akan berakhir jika terdi perpatahan, apakah akibat beban yang berlebih, akibat impak yang tiba-tiba atau gradien panas yang tajam. Untuk menghindari perpatahan, harus dipertimbangkan konsentrasi-tegangan dan ketangguhan. Material-material yang ulet mengalami suatu regangan plastis (permanen) sebelum patah. Sebagai contoh, jika suatu bahan berbentuk batang dibebani, mulamula batang itu akan melentur secara elastis. Pelenturan akan hilang bila beban ditiadakan. Suatu beban berlebih akan membengkokan batang secara permanen pada lokasi-lokasi dimana tegangan melampaui kekuatan luluh dari bahan tersebut. Dalam kasus ini, batang yang bengkok telah gagal, tetapi belum patah. Begitu pula untuk bahan yang mudah patah (brittle). Untuk itu perlu mengetahui baik waktu produksi maupun pada waktu pemakaian : tegangan kritis yang dibutuhkan agar deformasi permanen bisa terjadi dan jumlah regangan plastis yang dapat diterima sebelum suatu bahan yang ulet mengalami perpatahan. Material

yang digunakan

dalam penelitian

pengujian

tarik ini adalah

polipropilen (PP), yang termasuk dalam jenis polimer termoplastik yang ulet serta polistiren (PS) yang termasuk jenis polimer yang getas (brittle) dan bentuk bahan yang akan diuji (specimen) menggunakan standar ASTM D 638 tipe II.

2. Dasar Teori Deformasi Struktur polimer cukup berbeda sehingga perilaku mekanisnya tidak selalu sama dengan perilaku logam atau keramik nonsilikat. Pada gambar 2.1 menunjukan perilaku hasil uji tarik pada bahan polimer yang mempunyai sifat dan karakter yang Gardan. Vol. 1 No.1, Juli 2012

67

berbeda. Pada semua padatan, tegangan akan menimbulkan regangan elastis (deformasi elastis). Regangan elastis muncul ketika ada tegangan, tetap konstan apabila tegangannya konstan dan hilang apabila tegangannya dihilangkan. Deformasi elastis adalah suatu regangan yang dapat balik (reversible) seperti yang terlihat pada gambar 2.2. Jika suatu tegangan diberikan dalam bentuk tarik, material akan menjadi sedikit lebih panjang, bila beban ditiadakan material tersebut akan kembali ke dimensi semula. Sebaliknya, bila material mengalami penekanan, material menjadi sedikit lebih pendek. Pada tegangan yang lebih tinggi terjadi pergeseran tetap dari atom-atom dalam suatu bahan disamping regangan elastis. Regangan ini tidak mampu balik pada saat regangan ditiadakan , regangan ini disebut regangan plastis. Pada pemakaian produk, kita selalu menghindari terjadinya deformasi plastis sehingga perhitungan desain dilandaskan pada tegangan-tegangan didaerah elastis (proporsional).

Gambar 2.1. Kurva tegangan-regangan untuk polimer a) getas (brittle); b) plastis; dan c) elastomer (highly elastic)


68

Gambar 2.2. Grafik deformasi tegangan-rengangan

Hukum Hook Dalam pengujian tarik, ketika spesimen mendapatkan beban, maka dia akan mengalami perpanjangan, sampai kemudian putus. Jika l1 adalah panjang mula-mula dari spesimen dan

l2 adalah panjang akhir spesimen setelah penarikan, maka

perpanjangan persatuan panjang (e) adalah :

e=

l 2  l1 l1

(2.1)

Perpanjangan per satuan panjang ini disebut regangan (strain). Dari regangan ini kita bisa mengetahui mampu bentuk suatu bahan. Semakin besar nilai regangan berarti bahan tersebut semakin baik mampu bentuknya. Disamping itu spesimen juga mendapatkan pembebanan (P) per satuan luas (A) yang besarnya adalah


69

s=

P A

(2.2)

Pada pengujian tarik akan dihasilkan diagram hubungan antara tegangan dan regangan. Bentuk diagram tegangan-regangan pada tiap bahan adalah berbeda-beda, namun yang biasanya diperoleh dari pengujian tarik bahan yang ulet bisa dilihat pada gambar 2.3 berikut

Tegangan (s)

X B A s max

e2

e1

Regangan (e) Gambar 2.3 Diagram tegangan-regangan uji tarik bahan ulet

O C

Bagian awal linear garis OA merupakan daerah elastis. Titik A ialah batas elastis yang didefinisikan sebagai tegangan terbesar yang dapat ditahan oleh bahan tanpa mengalami regangan permanen apabila beban ditiadakan. Penentuan batas elastis cukup rumit, tergantung kepekaan instrument pengukur regangan. Itulah sebabnya mengapa batas elastis sering diganti dengan batas proporsional. Batas proporsional adalah tegangan dimana garis lengkung tegangan-regangan menyimpang dari kelinierannya. Titik B merupakan kekuatan luluh (yield strength) dimana tegangan yang akan menghasilkan deformasi permanent dalam jumlah kecil yang pada umumnya sama dengan regangan sebesar 0,2 %. Dalam hal ini digunakan metode offset. Hal ini dilakukan dengan menarik garis sejajar dengan daerah proporsional pada jarak 0,2 % atau titik C. Kemudian perpotongan antara garis offset dengan diagram ditentukan sebagai titik luluh bahan. Pada bahan yang bersifat ulet, biasanya setelah


70

pembebanan dihilangkan, regangan total akan berkurang dari e1 menjadi e2. Berkurangnya regangan ini disebut recoverable elastic strain. Maka regangan yang diambil untuk menentukan offset adalah e2. Kekuatan tarik suatu bahan ditunjukkan oleh harga tegangan maksimum (s max) kurva tegangan-regangan. Sedangkan tegangan patah adalah tegangan dimana spesimen mengalami patah.

Polimer Polimer adalah suatu bahan yang terdiri dari unit molekul yang disebut monomer. Jika monomernya sejenis disebut homopolimer, dan jika monomernya berbeda akan menghasilkan kopolimer. Umumnya suatu polimer terbentuk atas suatu struktur yang tersusun secara berulang, diikat gaya tarik menarik yang kuat yang disebut ikatan kovalen. Polimer alam yang kita kenal antara lain selulosa, protein, karet alam dan sejenisnya. Polimer diketahui orang dengan sebutan plastik. Plastik adalah suatu polimer yang mempunyai sifat-sifat unik dan luar biasa, seperti karena densitasnya yang rendah serta pemanfaatanya sebagai isolator termal dan listrik. Plastik merupakan pemantul cahaya yang kurang baik dan cenderung bersifat transparan atau translusen (setidak-tidaknya sebagai lembaran tipis). Selain itu, beberapa jenis plastik bersifat fleksibel dan dapat dibentuk. Karakteristik mampu bentuk ini dimanfaatkan pada fabrikasi. Plastik yang pertama kali dibuat secara komersial adalah nitroselulosa. Polimer dibedakan menjadi dua, yaitu termoplastik dan termoset. Termoplastik adalah polimer atau plastik yang akan menjadi lunak jika dipanaskan dan mengeras kembali jika didinginkan. Jadi jenis termoplastik ini dengan sendirinya ada segi negatif yaitu tidak dapat digunakan lagi apabila kondisi pemakaian melampaui suhu pelunakan. Sedangkan termoset adalah jenis polimer yang apabila telah mengalami kondisi tertentu tidak dapat dibentuk kembali, artinya pemanasan kembali tidak akan banyak melunakkan, karena bangun polimernya berbentuk jaringan tiga dimensi. Material plastik telah berkembang pesat dan sekarang mempunyai peranan yang sangat penting dalam penggunaannya di bidang elektronika, pertanian, tekstil, Gardan. Vol. 1 No.1, Juli 2012

71

transportasi, furniture, konstruksi, kemasan kosmetik, mainan anak-anak dan produkproduk industri lainnya.

Gambar 2.4. Struktur molekul monomer dari polimer yang diulang


72

Polipropilen merupakan polimer kristalin yang dihasilkan dari polimerisasi gas propilena. Polipropilena mempunyai specific gravity rendah dibandingkan dengan jenis plastic yang lain.namun mempunyai titik leleh yang cukup tinggi antara 190 – 200 oC, sedangkan titik kristalisasinya antara 130 – 135 oC. Polipropilen mempunyai ketahanan terhadap bahan kimia (chemical resistance) yang tinggi, tetapi ketahanan pukul (impact strength) yang rendah. Sedangkan polistiren adalah hasil polimerisasi dari monomer stirena, dimana monomer stirena-nya di dapat dari hasil dehidrogenisasi dari etil benzena (dengan bantuan katalis), sifat mekanis yang menonjol dari polistiren adalah kaku, keras, mempunyai bunyi seperti metalik bila dijatuhkan, ketahanan terhadap kimia tidak sebaik polipropilen. PS akan larut dalam eter, hidrokarbon aromatic dan chlorinated hidrokarbon. Namun polistiren mempunyai sifat transapansi yang tinggi. 3.

Metode Penelitian Bahan Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah polimer termoplastik dengan

dua jenis bahan yang berbeda, yaitu polipropilen dengan ketebalan 3,3 mm dan polistiren dengan ketebalan 2,7 mm. Jenis material ini mempunyai karakteristik yang berbeda, dimana polipropilen mempunyai sifat ulet sedangkan polistiren mempunyai sifat getas (brittle).

Gambar 3.1 Spesimen dari bahan polipropilen


73

Bentuk dan ukuran spesimen Bentuk dan ukuran spesimen pengujian tarik menggunakan standar ASTM D 638-03 dengan jenis spesimen tipe II, seperti yang ditunjukkan oleh gambar 3.2.

Gambar 3.2 Spesimen uji tarik

Jumlah benda uji masing 5 buah dan laju pertambahan panjang (S) = 5 mm/menit. Untuk dimensi benda uji, sebagai berikut : - Lebar (W)

= 6 ± 0,5 mm

- Panjang (L)

= 57 ± 0,5 mm

- Lebar keseluruhan (Wo)

=19 ± 6,4 mm

- Panjang keseluruhan (Lo)

= 183 (toleransi no max)

- Panjang ukur (G)

= 50 ± 0,25 mm

- Jarak antar grip (D)

= 135 ± 5 mm

- Jari-jari fillet (R)

= 76 ± 1 mm

3.3 Tata Cara Pengujian 3.3.1 Persiapan awal Langkah awal adalah pembuatan spesimen sesuai dengan bentuk dan ukuran yang diinginkan, kemudian mengondisikan spesimen sesuai standar ASTM D 638-03 sebelum dilakukan pengujian tarik.


74

3.3.2.Pelaksanaan pengujian Dalam uji tarik spesimen standar ASTM D 638-03 digunakan mesin uji tarik (Tensile Strength Tester KT-7001-AZ dengan kalibrasi terakhir pada 21 Agustus 2008, maksimum beban 500 kg, ketelitian 0,05 kg, kecepatan : 5, 50, 75,100 mm/menit.

Gambar 3.3 Mesin Uji Tarik KT-7001-AZ

Sebelum melakukan pengujian, lebih dulu ruangan di seting dengan temperatur ruang 23 oC dan kelembaban 50 %. Sedangkan langkah-langkah pengujian dapat dilihat pada diagram alir.


75

Start

Persiapan specimen (5 buah)

Seting mesin uji tarik

Uji Tarik

Analisa Data

Kesimpulan

Selesai

Gambar 3.4 Diagram alir pengujian tarik

4.

Hasil dan Pembahasan Hasil Uji Tarik Hasil pengujian tarik spesimen standar ASTM D 638-03 tipe II untuk

mengetahui tegangan luluh dapat dilihat pada tabel berikut :


76

Tabel 4.1 Hasil pengujian tarik bahan polipropilen No 1 2 3 4 5

t (mm) 3,47 3,15 3,31 3,31 3,30

W (mm) 6,1 5,85 5,85 5,85 5,85

S (mm/min) 5 50 5 5 5

Beban max (kg) 50,75 44,30 48,70 48,45 50,20

Beban Patah (mm) 29,6 40,5 26 27,55 26,20

Dl (mm) 51 7 10 99 46

Tabel 4.2 Hasil pengujian tarik bahan polistiren No 1 2 3 4 5

t (mm) 2,70 2,60 2,80 2,70 2,72

W (mm) 5,95 5,95 5,80 6,10 6,15

S (mm/min) 5 5 5 5 5

Beban max (kg) 21,75 34,6 23,5 21,60 27,45

Beban Patah (mm) 21,75 34,6 23,5 19,35 27,45

Dl (mm) 1 1,5 2 1,5 2

Tabel 4.3 Hasil waktu pengujian tarik bahan polipropilen No 1 2 3 4 5

t (mm) 3,47 3,15 3,31 3,31 3,30

W (mm) 6,1 5,85 5,85 5,85 5,85

S (mm/min) 5 50 5 5 5

Beban max (kg) 50,75 44,30 48,70 48,45 50,20

Beban Patah (mm) 29,6 40,5 26 27,55 26,20

t (min) 11’20” 10” 13’4” 18’14” 10’13”

Tabel 4.4 Hasil waktu pengujian tarik bahan polistiren No 1 2 3 4 5

t (mm) 2,70 2,60 2,80 2,70 2,72

W (mm) 5,95 5,95 5,80 6,10 6,15


S (mm/min) 5 5 5 5 5

Beban max (kg) 21,75 34,6 23,5 21,60 27,45

Beban Patah (mm) 21,75 34,6 23,5 19,35 27,45

t (detik) 17 19,6 20,4 18,2 26

77

Pembahasan Bila kita lihat pada hasil pengujian diatas, disana tidak ada titik luluh yang jelas. Maka dari itu untuk mendapatkan harga beban luluh, kita menerapkan dengan metode offset dengan daerah proporsional pada jarak 2 % regangan, sampai memotong dengan kurva. Pada bahan polipropilen (ulet), regangan akan menurun seketika setelah pembebanan dihilangkan. Berbeda dengan bahan polistiren, waktu yang diperlukan spesimen mengalami perpatahan adalah sangat singkat, bersamaan dengan tegangan maksimum tercapai.

(a)

(c)

(b)

(d)

Gambar 4.1 Hasil uji tarik bahan polipropilen : a) specimen 1, kecepatan 5 (mm/min) dalam waktu 11’20” ; b) specimen 2, kecepatan 50 (mm/min) dalam waktu 10 detik; c) specimen 4, kecepatan 5 (mm/min) dalam waktu 18’14”; d) bahan polistiren, kecepatan 5 (mm/min) Gardan. Vol. 1 No.1, Juli 2012

78

Tabel 4.5 Perhitungan Tegangan Maksimum Polipropilen No 1 2 3 4 5

t (mm) 3,47 3,15 3,31 3,31 3,30

W (mm) 6,1 5,85 5,85 5,85 5,85

Beban max (kg) 50,75 44,30 48,70 48,45 50,20

Luasan (Ao) (mm2) 51 7 10 99 46

sp (kg/ mm2) 21,17 18,43 19,36 19,36 19,31 sp rata2 = 19,53

Tabel 4.6 Perhitungan Tegangan Maksimum Polistiren No 1 2 3 4 5

5.

t (mm) 2,70 2,60 2,80 2,70 2,72

W (mm) 5,95 5,95 5,80 6,10 6,15

Beban max (kg) 21,75 34,6 23,5 21,60 27,45

Luasan (Ao) (mm2) 16,10 15,47 16,24 16,47 16,73

sp (kg/ mm2) 1,35 2,24 1,45 1,31 1,64 sp rata2 = 1,59

Kesimpulan

Dari hasil penelitian dan analisa/pembahasan yang dilakukan maka dapat ditarik kesimpulan sebagi berikut: 1. Perbedaan harga yang terjadi dapat disebabkan karena pada proses produksi aliran material tidak merata. 2. Bahan polipropilen lebih ulet dan bahan polistiren lebih getas. 3. Tegangan maksimum rata-rata untuk bahan polipropilen adalah 19,53 (kg/mm2), sedangkan untuk bahan polistiren adalah 1,59 (kg/mm2).

DAFTAR PUSTAKA

1. Anonim, 2006, Annual Book of ASTM Standart, Vol. 08.01, USA 2. Charles A. Harper, , 1999, Modern Plastic Handbook, Mc. Graw Hill Gardan. Vol. 1 No.1, Juli 2012

79

3. Surdia, tata MS and Roku Shin, 2000, Pengetahuan Bahan Teknik, PT. Pradnya Paramita, Jakarta 4. Lawrence H. Van Vlack, 2004, Elemen-elemen Ilmu dan Rekayasa Material, Ed.6th , Penerbit Erlangga, Jakarta. 5. Lawrence H. Van Vlack, Sriati Djaprie, 1992, Ilmu dan Teknologi Bahan, Ed 5 th, Penerbit Erlangga , Jakarta 6. J.A. Brydson, 1999, Plastics Materials, Butterworth-Heinemann, Oxford 7. Dominick. V. Rosato, Donald V. Rosato,2003, Plastics Engineered Product Design, Elsevier Ltd. 8. R.J. Crawford, 2002, Plastics Engineering, Ed.3rd, Butterworth-Heinemann, Oxford.


80

PERILAKU PENGUJIAN TARIK PADA POLIMER POLISTIREN DAN POLIPROPILEN

Recommend Documents