PERILAKU PENGUJIAN TARIK PADA POLIMER POLISTIREN DAN POLIPROPILEN

Transkripsi

1 PERILAKU PENGUJIAN TARIK PADA POLIMER POLISTIREN DAN POLIPROPILEN Sumaryono Saf Pengajar Jurusan Pendidikan Teknik Mesin Oomoif IKIP Veeran Semarang Absraksi Banyak ragam cara unuk mengeahui sifa dan keangguhan maerial, salah sau dianaranya adalah melalui pengujian arik (ensile srengh). Maerial yang digunakan dalam peneliian pengujian arik ini adalah polipropilen (PP), yang ermasuk dalam jenis polimer ermoplasik yang ule, polisiren (PS) yang ermasuk jenis polimer yang geas (brile) dan benuk bahan yang akan diuji (specimen) menggunakan sandar ASTM D 638 ipe II. Tegangan maksimum raa-raa unuk bahan polipropilen adalah 19,3 (kg/mm ), sedangkan unuk bahan polisiren adalah 1,9 (kg/mm ). Kaa Kunci : Pengujian Tarik, Polimer Termoplasik, Specimen. 1. Pendahuluan Di dalam indusri rancang bangun, keberadaan bahan polimer semakin pening, idak hanya erbaas unuk keperluan rumah angga dan arsiekur, eapi juga dipakai unuk konsruksi-konsruksi mahal seperi ala-ala elekronika, pla-pla bodi pada kendaraan bermoor, kapal, pesawa erbang sera banyak digunakan dalam pembenukan bahan baru. Maerial srukur pada berbagai konsruksi diharapkan mampu menahan pengaruh beban. Kegagalan maerial dapa erjadi anara lain akiba kelelahan (faigue), deformasi plasis, paah saik, korosi, mulur (creep) aau karena efek relaksasi. Keangguhan maerial merupakan parameer yang pening dalam bidang mekanika bahan. Keangguhan maerial adalah kemampuan maerial unuk dapa Gardan. Vol. 1 No.1, Juli 01 66

2 menyerap energi sampai pada iik paah, yang juga merupakan luasan bidang dibawah kurva egangan-regangan. Ada beberapa meode pengujian yang dipakai unuk mengeahui keangguhan suau maerial. Salah saunya adalah dengan melakukan pengujian arik aau yang biasa dikenal dengan ensile srengh. Kebanyakan maerial mengalami egangan besera deformasinya selama pemrosesan dan penggunaan. Deformasi plasis diperlukan didalam pemrosesan. Biasanya fungsi yang semula diinginkan dari maerial akan berakhir jika erdi perpaahan, apakah akiba beban yang berlebih, akiba impak yang iba-iba aau gradien panas yang ajam. Unuk menghindari perpaahan, harus diperimbangkan konsenrasi-egangan dan keangguhan. Maerial-maerial yang ule mengalami suau regangan plasis (permanen) sebelum paah. Sebagai conoh, jika suau bahan berbenuk baang dibebani, mulamula baang iu akan melenur secara elasis. Pelenuran akan hilang bila beban diiadakan. Suau beban berlebih akan membengkokan baang secara permanen pada lokasi-lokasi dimana egangan melampaui kekuaan luluh dari bahan ersebu. Dalam kasus ini, baang yang bengkok elah gagal, eapi belum paah. Begiu pula unuk bahan yang mudah paah (brile). Unuk iu perlu mengeahui baik waku produksi maupun pada waku pemakaian : egangan kriis yang dibuuhkan agar deformasi permanen bisa erjadi dan jumlah regangan plasis yang dapa dierima sebelum suau bahan yang ule mengalami perpaahan. Maerial yang digunakan dalam peneliian pengujian arik ini adalah polipropilen (PP), yang ermasuk dalam jenis polimer ermoplasik yang ule sera polisiren (PS) yang ermasuk jenis polimer yang geas (brile) dan benuk bahan yang akan diuji (specimen) menggunakan sandar ASTM D 638 ipe II.. Dasar Teori Deformasi Srukur polimer cukup berbeda sehingga perilaku mekanisnya idak selalu sama dengan perilaku logam aau keramik nonsilika. Pada gambar.1 menunjukan perilaku hasil uji arik pada bahan polimer yang mempunyai sifa dan karaker yang Gardan. Vol. 1 No.1, Juli 01 67

3 berbeda. Pada semua padaan, egangan akan menimbulkan regangan elasis (deformasi elasis). Regangan elasis muncul keika ada egangan, eap konsan apabila egangannya konsan dan hilang apabila egangannya dihilangkan. Deformasi elasis adalah suau regangan yang dapa balik (reversible) seperi yang erliha pada gambar.. Jika suau egangan diberikan dalam benuk arik, maerial akan menjadi sediki lebih panjang, bila beban diiadakan maerial ersebu akan kembali ke dimensi semula. Sebaliknya, bila maerial mengalami penekanan, maerial menjadi sediki lebih pendek. Pada egangan yang lebih inggi erjadi pergeseran eap dari aom-aom dalam suau bahan disamping regangan elasis. Regangan ini idak mampu balik pada saa regangan diiadakan, regangan ini disebu regangan plasis. Pada pemakaian produk, kia selalu menghindari erjadinya deformasi plasis sehingga perhiungan desain dilandaskan pada egangan-egangan didaerah elasis (proporsional). Gambar.1. Kurva egangan-regangan unuk polimer a) geas (brile); b) plasis; dan c) elasomer (highly elasic) Gardan. Vol. 1 No.1, Juli 01 68

4 Gambar.. Grafik deformasi egangan-rengangan Hukum Hook Dalam pengujian arik, keika spesimen mendapakan beban, maka dia akan mengalami perpanjangan, sampai kemudian puus. Jika l1 adalah panjang mula-mula dari spesimen dan l adalah panjang akhir spesimen seelah penarikan, maka perpanjangan persauan panjang (e) adalah : e = l l1 l1 (.1) Perpanjangan per sauan panjang ini disebu regangan (srain). Dari regangan ini kia bisa mengeahui mampu benuk suau bahan. Semakin besar nilai regangan berari bahan ersebu semakin baik mampu benuknya. Disamping iu spesimen juga mendapakan pembebanan (P) per sauan luas (A) yang besarnya adalah Gardan. Vol. 1 No.1, Juli 01 69

5 s = P (.) A Pada pengujian arik akan dihasilkan diagram hubungan anara egangan dan regangan. Benuk diagram egangan-regangan pada iap bahan adalah berbeda-beda, namun yang biasanya diperoleh dari pengujian arik bahan yang ule bisa diliha pada gambar.3 beriku Tegangan (s) A B X s max O C e e 1 Regangan (e) Gambar.3 Diagram egangan-regangan uji arik bahan ule Bagian awal linear garis OA merupakan daerah elasis. Tiik A ialah baas elasis yang didefinisikan sebagai egangan erbesar yang dapa diahan oleh bahan anpa mengalami regangan permanen apabila beban diiadakan. Penenuan baas elasis cukup rumi, erganung kepekaan insrumen pengukur regangan. Iulah sebabnya mengapa baas elasis sering digani dengan baas proporsional. Baas proporsional adalah egangan dimana garis lengkung egangan-regangan menyimpang dari kelinierannya. Tiik B merupakan kekuaan luluh (yield srengh) dimana egangan yang akan menghasilkan deformasi permanen dalam jumlah kecil yang pada umumnya sama dengan regangan sebesar 0, %. Dalam hal ini digunakan meode offse. Hal ini dilakukan dengan menarik garis sejajar dengan daerah proporsional pada jarak 0, % aau iik C. Kemudian perpoongan anara garis offse dengan diagram dienukan sebagai iik luluh bahan. Pada bahan yang bersifa ule, biasanya seelah Gardan. Vol. 1 No.1, Juli 01 70

6 pembebanan dihilangkan, regangan oal akan berkurang dari e 1 menjadi e. Berkurangnya regangan ini disebu recoverable elasic srain. Maka regangan yang diambil unuk menenukan offse adalah e. Kekuaan arik suau bahan diunjukkan oleh harga egangan maksimum (s max) kurva egangan-regangan. Sedangkan egangan paah adalah egangan dimana spesimen mengalami paah. Polimer Polimer adalah suau bahan yang erdiri dari uni molekul yang disebu monomer. Jika monomernya sejenis disebu homopolimer, dan jika monomernya berbeda akan menghasilkan kopolimer. Umumnya suau polimer erbenuk aas suau srukur yang ersusun secara berulang, diika gaya arik menarik yang kua yang disebu ikaan kovalen. Polimer alam yang kia kenal anara lain selulosa, proein, kare alam dan sejenisnya. Polimer dikeahui orang dengan sebuan plasik. Plasik adalah suau polimer yang mempunyai sifa-sifa unik dan luar biasa, seperi karena densiasnya yang rendah sera pemanfaaanya sebagai isolaor ermal dan lisrik. Plasik merupakan pemanul cahaya yang kurang baik dan cenderung bersifa ransparan aau ranslusen (seidak-idaknya sebagai lembaran ipis). Selain iu, beberapa jenis plasik bersifa fleksibel dan dapa dibenuk. Karakerisik mampu benuk ini dimanfaakan pada fabrikasi. Plasik yang perama kali dibua secara komersial adalah niroselulosa. Polimer dibedakan menjadi dua, yaiu ermoplasik dan ermose. Termoplasik adalah polimer aau plasik yang akan menjadi lunak jika dipanaskan dan mengeras kembali jika didinginkan. Jadi jenis ermoplasik ini dengan sendirinya ada segi negaif yaiu idak dapa digunakan lagi apabila kondisi pemakaian melampaui suhu pelunakan. Sedangkan ermose adalah jenis polimer yang apabila elah mengalami kondisi erenu idak dapa dibenuk kembali, arinya pemanasan kembali idak akan banyak melunakkan, karena bangun polimernya berbenuk jaringan iga dimensi. Maerial plasik elah berkembang pesa dan sekarang mempunyai peranan yang sanga pening dalam penggunaannya di bidang elekronika, peranian, eksil, Gardan. Vol. 1 No.1, Juli 01 71

7 ransporasi, furniure, konsruksi, kemasan kosmeik, mainan anak-anak dan produk- produk indusri lainnya. Gambar.4. Srukur molekul monomer dari polimer yang diulang Gardan. Vol. 1 No.1, Juli 01 7

8 Polipropilen merupakan polimer krisalin yang dihasilkan dari polimerisasi gas propilena. Polipropilena mempunyai specific graviy rendah dibandingkan dengan jenis plasic yang lain.namun mempunyai iik leleh yang cukup inggi anara o C, sedangkan iik krisalisasinya anara o C. Polipropilen mempunyai keahanan erhadap bahan kimia (chemical resisance) yang inggi, eapi keahanan pukul (impac srengh) yang rendah. Sedangkan polisiren adalah hasil polimerisasi dari monomer sirena, dimana monomer sirena-nya di dapa dari hasil dehidrogenisasi dari eil benzena (dengan banuan kaalis), sifa mekanis yang menonjol dari polisiren adalah kaku, keras, mempunyai bunyi seperi mealik bila dijauhkan, keahanan erhadap kimia idak sebaik polipropilen. PS akan laru dalam eer, hidrokarbon aromaic dan chlorinaed hidrokarbon. Namun polisiren mempunyai sifa ransapansi yang inggi. 3. Meode Peneliian Bahan Bahan yang digunakan dalam peneliian ini adalah polimer ermoplasik dengan dua jenis bahan yang berbeda, yaiu polipropilen dengan keebalan 3,3 mm dan polisiren dengan keebalan,7 mm. Jenis maerial ini mempunyai karakerisik yang berbeda, dimana polipropilen mempunyai sifa ule sedangkan polisiren mempunyai sifa geas (brile). Gambar 3.1 Spesimen dari bahan polipropilen Gardan. Vol. 1 No.1, Juli 01 73

9 Benuk dan ukuran spesimen Benuk dan ukuran spesimen pengujian arik menggunakan sandar ASTM D dengan jenis spesimen ipe II, seperi yang diunjukkan oleh gambar 3.. Gambar 3. Spesimen uji arik Jumlah benda uji masing buah dan laju perambahan panjang (S) = mm/meni. Unuk dimensi benda uji, sebagai beriku : - Lebar (W) = 6 ± 0, mm - Panjang (L) = 7 ± 0, mm - Lebar keseluruhan (Wo) =19 ± 6,4 mm - Panjang keseluruhan (Lo) = 183 (oleransi no max) - Panjang ukur (G) = 0 ± 0, mm - Jarak anar grip (D) = 13 ± mm - Jari-jari fille (R) = 76 ± 1 mm 3.3 Taa Cara Pengujian Persiapan awal Langkah awal adalah pembuaan spesimen sesuai dengan benuk dan ukuran yang diinginkan, kemudian mengondisikan spesimen sesuai sandar ASTM D sebelum dilakukan pengujian arik. Gardan. Vol. 1 No.1, Juli 01 74

10 3.3..Pelaksanaan pengujian Dalam uji arik spesimen sandar ASTM D digunakan mesin uji arik (Tensile Srengh Teser KT-7001-AZ dengan kalibrasi erakhir pada 1 Agusus 008, maksimum beban 00 kg, keeliian 0,0 kg, kecepaan :, 0, 7,100 mm/meni. Gambar 3.3 Mesin Uji Tarik KT-7001-AZ Sebelum melakukan pengujian, lebih dulu ruangan di seing dengan emperaur ruang 3 o C dan kelembaban 0 %. Sedangkan langkah-langkah pengujian dapa diliha pada diagram alir. Gardan. Vol. 1 No.1, Juli 01 7

11 Sar Persiapan specimen ( buah) Seing mesin uji arik Uji Tarik Analisa Daa Kesimpulan Selesai Gambar 3.4 Diagram alir pengujian arik 4. Hasil dan Pembahasan Hasil Uji Tarik Hasil pengujian arik spesimen sandar ASTM D ipe II unuk mengeahui egangan luluh dapa diliha pada abel beriku : Gardan. Vol. 1 No.1, Juli 01 76

12 Tabel 4.1 Hasil pengujian arik bahan polipropilen No ,47 3,1 3,31 3,31 3,30 W 6,1,8,8,8,8 S (mm/min) 0 Beban max (kg) 0,7 44,30 48,70 48,4 0,0 Beban Paah 9,6 40, 6 7, 6,0 Dl Tabel 4. Hasil pengujian arik bahan polisiren No 1 3 4,70,60,80,70,7 W,9,9,80 6,10 6,1 S (mm/min) Beban max (kg) 1,7 34,6 3, 1,60 7,4 Beban Paah 1,7 34,6 3, 19,3 7,4 Dl 1 1, 1, Tabel 4.3 Hasil waku pengujian arik bahan polipropilen No ,47 3,1 3,31 3,31 3,30 W 6,1,8,8,8,8 S (mm/min) 0 Beban max (kg) 0,7 44,30 48,70 48,4 0,0 Beban Paah 9,6 40, 6 7, 6,0 (min) Tabel 4.4 Hasil waku pengujian arik bahan polisiren No 1 3 4,70,60,80,70,7 W,9,9,80 6,10 6,1 S (mm/min) Beban max (kg) 1,7 34,6 3, 1,60 7,4 Beban Paah 1,7 34,6 3, 19,3 7,4 (deik) 17 19,6 0,4 18, 6 Gardan. Vol. 1 No.1, Juli 01 77

13 Pembahasan Bila kia liha pada hasil pengujian diaas, disana idak ada iik luluh yang jelas. Maka dari iu unuk mendapakan harga beban luluh, kia menerapkan dengan meode offse dengan daerah proporsional pada jarak % regangan, sampai memoong dengan kurva. Pada bahan polipropilen (ule), regangan akan menurun sekeika seelah pembebanan dihilangkan. Berbeda dengan bahan polisiren, waku yang diperlukan spesimen mengalami perpaahan adalah sanga singka, bersamaan dengan egangan maksimum ercapai. (a) (c) (b) (d) Gambar 4.1 Hasil uji arik bahan polipropilen : a) specimen 1, kecepaan (mm/min) dalam waku 11 0 ; b) specimen, kecepaan 0 (mm/min) dalam waku 10 deik; c) specimen 4, kecepaan (mm/min) dalam waku ; d) bahan polisiren, kecepaan (mm/min) Gardan. Vol. 1 No.1, Juli 01 78

14 Tabel 4. Perhiungan Tegangan Maksimum Polipropilen No ,47 3,1 3,31 3,31 3,30 W 6,1,8,8,8,8 Beban max (kg) 0,7 44,30 48,70 48,4 0,0 Luasan (Ao) (mm ) sp (kg/ mm ) 1,17 18,43 19,36 19,36 19,31 sp raa = 19,3 Tabel 4.6 Perhiungan Tegangan Maksimum Polisiren No 1 3 4,70,60,80,70,7 W,9,9,80 6,10 6,1 Beban max (kg) 1,7 34,6 3, 1,60 7,4 Luasan (Ao) (mm ) 16,10 1,47 16,4 16,47 16,73 sp (kg/ mm ) 1,3,4 1,4 1,31 1,64 sp raa = 1,9. Kesimpulan Dari hasil peneliian dan analisa/pembahasan yang dilakukan maka dapa diarik kesimpulan sebagi beriku: 1. Perbedaan harga yang erjadi dapa disebabkan karena pada proses produksi aliran maerial idak meraa.. Bahan polipropilen lebih ule dan bahan polisiren lebih geas. 3. Tegangan maksimum raa-raa unuk bahan polipropilen adalah 19,3 (kg/mm ), sedangkan unuk bahan polisiren adalah 1,9 (kg/mm ). DAFTAR PUSTAKA 1. Anonim, 006, Annual Book of ASTM Sandar, Vol , USA. Charles A. Harper,, 1999, Modern Plasic Handbook, Mc. Graw Hill Gardan. Vol. 1 No.1, Juli 01 79

15 3. Surdia, aa MS and Roku Shin, 000, Pengeahuan Bahan Teknik, PT. Pradnya Paramia, Jakara 4. Lawrence H. Van Vlack, 004, Elemen-elemen Ilmu dan Rekayasa Maerial, Ed.6 h, Penerbi Erlangga, Jakara.. Lawrence H. Van Vlack, Sriai Djaprie, 199, Ilmu dan Teknologi Bahan, Ed h, Penerbi Erlangga, Jakara 6. J.A. Brydson, 1999, Plasics Maerials, Buerworh-Heinemann, Oxford 7. Dominick. V. Rosao, Donald V. Rosao,003, Plasics Engineered Produc Design, Elsevier Ld. 8. R.J. Crawford, 00, Plasics Engineering, Ed.3 rd, Buerworh-Heinemann, Oxford. Gardan. Vol. 1 No.1, Juli 01 80