STUDI TEMPERATUR OPTIMAL TERHADAP CAMPURAN BAHAN POLYPROPYLENE DAN POLYETHYLENE PADA PROSES MIXING UNTUK PEMAKAIAN PLASTIC INJECTION MOLDING
SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
]
RICKY HUMISAR SIAHAAN NIM. 060401076
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2011
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kita panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Kuasa, atas segala karunia dan anugerah-Nya yang senantiasa diberikan sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk dapat lulus menjadi Sarjana Teknik di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Adapun Skripsi yang dipilih, diambil dari mata kuliah Metalurgi Serbuk, yaitu “Studi Temperatur Optimal Terhadap Campuran Polypropilene Dan Polyethylene Pada Proses Mixing Untuk Pemakaian Plastic Injection Molding”. Dalam penulisan skripsi ini, penulis telah berupaya dengan segala kemampuan pembahasan dan penyajian, baik dengan disiplin ilmu yang diperoleh dari perkuliahan, menggunakan literatur serta bimbingan dan arahan dari Dosen Pembimbing. Pada kesempatan ini, penulis tidak lupa menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: 1.
Bapak. Ir. Alfian Hamsi, M.Sc. sebagai dosen pembimbing yang telah banyak meluangkan waktunya dan dengan sabar membimbing saya hingga tugas ini dapat terselesaikan.
2.
Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri dan Bapak Ir.M.Syahril Gultom, MT, selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik USU.
3.
Bapak Edy, dan Bapak Aman, dari Laboratorium Kimia Polimer MIPA USU yang telah berkenan membantu penulis dalam pembutan spesimen dan pengujian tarik.
4.
Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU.
5.
Orangtua tercinta (P. Siahaan dan M. Br Manurung), saudara – saudara ku yang saya sayangi (Santy, Andry dan Indah) dan Risdy Absari (Girl friend) atas doa dan dukungan yang selalu menyertai saya dalam menyelesaikan pendidikan ini.
6.
Kepada teman seperjuangan teknik mesin khususnya stambuk 2006 (Richard, Yaser, Sugiarto, Wirja, Dll)
yang selalu mendukung penulis
dalam menyelesaikan tugas skripsi ini.
Penulis menyadari bahwa Tugas Sarjana ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang sifatnya membangun demi penyempurnaan di masa mendatang. Akhir kata, penulis berharap semoga tulisan ini bermanfaat bagi kita semua.
Medan, Maret 2011 Penulis,
Ricky Humisar Siahaan 06 0401 076
ABSTRAK Era globalisasi, pemakaian barang-barang yang terbuat dari bahan baku plastik semakin meningkat. Hal ini dikarenakan plastik mempunyai banyak kelebihankelebihan yang mulai diperhitungkan oleh masyarakat. Plastik pada umumnya adalah lebih unggul dibandingkan penggunaan logam atau kayu dan juga proses pengerjaannya yang relatif sederhana. Selain itu, plastik juga lebih ringan, lebih murah dan mudah dibentuk. Salah satu proses yang digunakan untuk membuat produk dari bahan baku plastik adalah proses plastic injection molding. Salah satu faktor yang mempengaruhi kualitas suatu produk pada proses plastic injection molding yaitu komposisi dan sifat campuran bahan baku plastik. Namun tidak jarang dijumpai plastik hasil proses plastic injection molding memiliki kekurangan apabila dilakukan pengujian sifat mekanik, seperti kekuatan tarik (tensile strength), hal ini dikarenakan campuran tidak homogen saat dilakukan proses plastic injection molding, dan kurang baiknya penentuan bahan baku plastik yang akan dicampur. Hal inilah yang mendasari sehingga penulis melakukan penelitian Studi temperatur optimal terhadap campuran polypropilne (PP) dan polyethylene (PE) pada proses mixing untuk pemakaian plastic injection molding. Yang artinya sebelum bahan baku plastik di proses pada plastic injection molding, dilakukan proses mixing menggunakan internal mixer dengan tujuan agar campuran bahan baku plastik lebih homogen. Variasi campuran 80% PP : 20% PE, 70% PP : 30% PE, dan 60% PP : 40% PE. Sedangkan variasi temperatur mixer 160°C, 165°C, 170°C 175°C, 180°C. Dilakukan pengujian kekuatan tarik dengan menggunakan mesin uji tarik, dan dari pengujian yang dilakukan pada penelitian ini diperoleh temperatur pada proses mixing adalah 175°C yang paling optimal untuk pemakaian plastic injection molding. Kata kunci : Polypropilene, Polyehtylen, Plastic Injection Molding, Internal Mixer, Variasi Campuran, Variasi Temperatur.
DAFTAR ISI
Halaman HALAMAN JUDUL LEMBARAN PENGESAHAN DARI PENGUJI.............................................. i LEMBARAN PENGESAHAN DARI PEMBIMBING .................................... ii SPESIFIKASI TUGAS ...................................................................................... iii LEMBARAN ASISTENSI ................................................................................ iv KATA PENGANTAR ....................................................................................... v ABSTRAK ......................................................................................................... vii DAFTAR ISI ...................................................................................................... viii DAFTAR TABEL .............................................................................................. xi DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... xii DAFTAR SIMBOL............................................................................................ xiv
BAB I
PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang............................................................................ 1 1.2. Perumusan Masalah .................................................................... 2 1.3. Tujuan dan Manfaat .................................................................... 3 1.3.1. Tujuan .............................................................................. 3 1.3.2. Manfaat ............................................................................ 4 1.4. Sistematika Penulisan ................................................................. 4
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Pencampuran .............................................................................. 6 2.1.1. Teori Pencampuran .......................................................... 6 2.1.2. Metode Pencampuran ....................................................... 10 2.2. Defenisi Plastic Injection Molding ............................................. 14 2.1.1. Jenis – jenis Mesin Plastik Moding .................................. 15 2.3. Pengenalan Bahan Baku ............................................................. 24 2.3.1. Polimer .............................................................................. 24 2.3.2. Pemanfaatan Polimer ....................................................... 27
2.3.3. Karakterisasi..................................................................... 31 2.4.3.1. Kekuatan Tarik .................................................... 32 2.4.3.2. Regangan .............................................................. 32 2.4.3.3. Modulus Elastisitas .............................................. 33 2.4. Bahan Baku ................................................................................ 33 2.4.1. Polyethylene ...................................................................... 33 2.5.1.1. LDPE ................................................................... 35 2.5.1.2. HDPE .................................................................. 35 2.4.2. Polypropilene .................................................................... 37
BAB III METODOLOGI 3.1. Tahapan Penelitian ..................................................................... 39 3.2. Alat dan Bahan ........................................................................... 40 3.2.1. Alat ................................................................................... 40 3.2.1.1. Mixer ................................................................... 40 3.2.1.2. Neraca Analitik .................................................... 41 3.2.1.3. Hydraulic Hot Press ............................................. 42 3.2.1.4. Cetakan................................................................. 43 3.2.1.5 Mesin Uji Tarik ..................................................... 44 3.2.2. Bahan Baku ...................................................................... 45 3.3. Pembuatan Spesimen .................................................................. 46 3.3.1. Penimbangan Komposisi Formula .................................... 46 3.3.2. Pembuatan Campuran Polimer.......................................... 47 3.3.3. Pembuatan Film Spesimen ................................................ 47 3.3.4. Karakteristik Campuran PP dan PE .................................. 51 3.4. Cara Pengambilan Data .............................................................. 51
BAB IV DATA DAN ANALISA 4.1. Analisi Visual Spesimen............................................................. 52 4.2. Hasil Uji Tarik Spesimen ........................................................... 52 4.2.1. Perhitungan ...................................................................... 54 4.3. Perbandingan Kekuatan Campuran dengan PP dan PE Murni ... 67
4.3.1. Hasil Uji Tarik ................................................................. 68
BAB V KESIMPULAN 5.1. Kesimpulan ................................................................................. 74 5.2. Saran ........................................................................................... 76
DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................... LAMPIRAN
77
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1
Karakteristik Polyethylene
36
Tabel 2.2
Karakteristik Polypropilene
38
Tabel 3.1
Bahan Baku dan Karakteristiknya
45
Tabel 3.2
Sampel hasil Variasi
48
Tabel 4.1
Data Hasil Uji Tarik Spesimen ASTM D638 type IV
53
Tabel 4.2
Sifat Mekanik Spesimen
55
Tabel 4.3
Data Hasil Uji Mekanik PP dan PE Murni
68
Tabel 4.4
Hasil Perhitungan Sifat Mekanik PP dan PE Murni
69
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Proses Pencampuran Pada Mesin Two Roll Mill
12
Gambar 2.2 Proses Pencampuran Pada Mesin Internal Mixer
13
Gambar 2.3 Keistimewaan Proses PIM
14
Gambar 2.4 Tahapan Proses Plastic Injection Molding (PIM)
15
Gambar 2.5 Proses pengisian Butiran Plastik
16
Gambar 2.6 Proses Pemanasan Butiran Plastik
17
Gambar 2.7 Proses peniupan Udara
17
Gambar 2.8 Proses Pengeluaran Produk
17
Gambar 2.9 Metode Compression Molding
18
Gambar 2.10 Pemanasan Plastik
20
Gambar 2.11 Proses Pencetakan
20
Gambar 2.12 Proses Pengeluaran produk
20
Gambar 2.13 Produk Yang Dihasilkan Dengan Extrusion Molding
21
Gambar 2.14 Proses Transfer Molding
22
Gambar 2.15 Unit Mesin Injection molding
23
Gambar 2.16 Klasifikasi Polimer
27
Gambar 2.17 Penggunaan Polimer Dalam Kehidupan Sehari – Hari
29
Gambar 3.1 Diagram Tahapan Penelitian
39
Gambar 3.2 Internal Mixer
40
Gambar 3.3 Neraca Analitik
41
Gambar 3.4 Hydraulic Hot Press
42
Gambar 3.5 Cetakan
43
Gambar 3.6 Mesin Uji Tarik
44
Gambar 3.7 Bahan Baku Polypropilene
46
Gambar 3.8 Bahan Baku Polyethylene
46
Gambar 3.9 Hasil Campuran Polimer
47
Gambar 3.10 Campuran Polimerr Pada Cetakan
48
Gambar 3.11 Diagram Pohon Sampel Hasil Variasi
50
Gambar 4.1 Kurva Load-stroke pada 80% PP : 20% PE 160oC spesimen c 58 Gambar 4.2 Kurva Load-Stroke pada 80% PP: 20% PE 165oC spesimen a 60 Gambar 4.3 Kurva Load-Stroke pada 70% PP :30%PE 170oC spesimen a 62 Gambar 4.4 Kurva Load-Stroke pada 80% PP :20% PE 175oC spesimen b 64 Gambar 4.5 Kurva Load-stroke pada 80% PP : 20% PE 180oC spesimen c 66 Gambar 4.6 Film Spesimen Polypropilene Murni
67
Gambar 4.7 Film Spesimen Polyethylene Murni
68
Gambar 4.8 PP 100% Pada Spesimen b
69
Gambar 4.9 PE 100% Pada Spesimen a
70
Gambar 4.10 Kurva Tegangan - Regangan Kondisi Optimum PP 100%
71
Gambar 4.11 Kurva Tegangan - Regangan Kondisi Optimum PE 100%
73
DAFTAR SIMBOL
A0
Luas Penampang Awal
mm2
Fmaks
Beban Maksimum
kg.f
E
Modulus Elastisitas
MPa
L0
Panjang Awal
mm
L
Panjang Akhir
mm
ε
Regangan
mm/min
σ
Tegangan
MPa
σmaks
Kekuatan Tarik
MPa
