Pengaruh Parameter Pencampuran terhadap Keseragaman Bahan Pengikat

Transkripsi

1 Maulida / Jurnal Teknologi Proses 5(2) Juli 6: Jurnal Teknologi Proses Media Publikasi Karya Ilmiah Teknik Kimia 5(2) Juli 6: ISSN Pengaruh Parameter Pencampuran terhadap Keseragaman Pengikat Iriany Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, Medan 155 Abstrak memegang peranan yang sangat penting dalam proses pencetakan injeksi serbuk. Ia berfungsi sebagai kendaraan sementara untuk membantu serbuk mengalir ke cetakan sewaktu diinjeksi. Oleh karena itu, bahan yang ideal harus memenuhi beberapa kriteria, salah satunya adalah keseragaman. Tulisan ini melaporkan keseragaman bahan yang dihasilkan dengan menvariasikan parameter pencampuran yaitu waktu, temperatur, dan kecepatan pencampur. Pencampur yang digunakan adalah jenis twin cam. yang digunakan terdiri dari stearin sawit, polietilena, dan polipropilena. Pengujian keseragaman dilakukan dengan mengukur viskositas bahan yang dihasilkan. Dari hasil penelitian diperoleh bahwa kondisi pencampuran yang terbaik adalah menit dengan temperatur o C dan kecepatan rpm. Keywords: pencetakan injeksi serbuk, viskositas. Pendahuluan Proses pembuatan komponen-komponen logam atau keramik yang dikenal dengan istilah pencetakan injeksi serbuk (PIM) pada dasarnya terdiri dari 4 tahapan utama, yaitu proses pencampuran serbuk logam atau keramik dengan bahan yang sesuai untuk menghasilkan bahan umpan, pencetakan injeksi untuk membangun bentuk yang diinginkan, penyisihan bahan (debinding) dan yang terakhir adalah pensinteran untuk menyatukan partikelpartikel serbuk (German and Bose 1997). Dalam proses PIM, bahan bukan merupakan bagian dari produk. Ia hanya berfungsi sebagai kendaraan sementara untuk menyeragamkan serbuk, membantu serbuk mengalir ke cetakan sewaktu injeksi, dan menahan partikel-partikel tersebut pada bentuknya hingga awal proses pensinteran. Setelah itu, bahan akan dikeluarkan dari komponen cetak. Oleh karena itu bahan memegang peranan yang sangat penting dalam menyukseskan proses PIM. yang ideal harus memenuhi beberapa kriteria, di antaranya tidak bereaksi dengan serbuk, dapat membasahi partikel-partikel serbuk, mempunyai sifat pseudoplastik dan dapat dikeluarkan dengan mudah dari komponen cetak. Merujuk kepada kriteria yang harus dipenuhi maka pada umumnya bahan harus tersusun atas beberapa jenis bahan yaitu satu polimer tulang belakang untuk menahan bentuk dan menyediakan kekuatan bagi komponen cetak, satu pengisi yang mudah disisihkan pada awal debinding dan satu bahan tambahan untuk memodifikasi sifat-sifat pembasahan, pelumasan cetakan, viskositas campuran, dan debinding (German 199).

2 155 Iriany / Jurnal Teknologi Proses 5(2) Juli 6: Oleh karena bahan terdiri dari beberapa jenis bahan, maka penyediaan bahan yang seragam merupakan suatu langkah yang penting. Biasanya bahan dihasilkan dengan mencampur berbagai bahan penyusunnya dalam suatu pencampur. Sementara proses pencampuran bergantung kepada berbagai parameter seperti waktu, temperatur, urutan pemasukan bahan, komposisi bahan dan laju geser (Supati dkk. ). Tujuan dari penelitian ini adalah mendapatkan kondisi pencampur yang terbaik untuk menghasilkan bahan yang seragam. Parameter pencampur yang dikaji adalah waktu, temperatur, dan kecepatan pencampur. yang digunakan terdiri dari polipropilena yang berfungsi sebagai tulang belakang, polietilena sebagai pengisi, dan stearin sawit sebagai bahan tambahan. Kedua polimer ini merupakan bahan yang biasa digunakan sebagai komponen bahan. Stearin sawit adalah salah satu minyak nabati yang berpotensi sebagai bahan tambahan karena mempunyai sifat seperti viskositas rendah, tidak bereaksi dengan serbuk, licin, dan mengandung asam-asam lemak yang dapat berfungsi sebagai surfaktan. Metodologi Penelitian Gambar 1 menunjukkan bahan baku yang digunakan sebagai penyusun bahan. (a) (b) (c) GAMBAR 1: (a) polipropilena, (b) polietilena dan (c) stearin sawit. TABEL 1: Sifat-sifat yang Digunakan Densitas Titik lebur (kg/m 3 ) ( o C) Polipropilena Polietilena Stearin sawit a 172,1 1, 52, Ket.: a pada suhu 5 o C. Tabel 1 menunjukkan sifat-sifat bahan baku yang digunakan sedangkan komposisi bahan baku ditunjukkan dalam Tabel 2. TABEL 2: Komposisi yang Digunakan % berat Polipropilena (PP) Polietilena (PE) Stearin sawit (SW) 5 Jumlah berat bahan yang digunakan 6 gram. Pencampuran dimulai dengan memasukkan PP, PE dan sedikit SW ke dalam bilik pencampur Brabender (PL ). Setelah polimer melebur, SW yang masih ada dimasukkan sedikit demi sedikit ke dalam pencampur. Pengumpanan memerlukan waktu sekitar 15 menit; dimulai dengan pengisian polimer hingga umpan terakhir. Pencampuran dilakukan pada waktu, temperatur dan kecepatan yang divariasikan seperti ditunjukkan dalam Tabel 3. Temperatur pencampuran ditentukan berdasarkan temperatur lebur bahan yang tertinggi PP yaitu sekitar 17 o C. Rentang temperatur yang sempit ini (165 hingga 175 o C) bertujuan untuk mencegah penguapan SW. Kecepatan pencampuran yang dipilih adalah kecepatan yang memberikan jenis pencampuran laminar. TABEL 3: Variasi Parameter Pencampuran Parameter proses pencampuran Temperatur ( o C) Kecepatan Waktu (menit) BP1 165 BP2 17 BP3 175 BP4 17 BP5 17 BP6 17 BP BP8 17 BP9 17 BP 17 BP11 17 BP12 17 BP13 17 BP14 17 BP BP16 17 BP17 17 BP18 17

3 Iriany / Jurnal Teknologi Proses 5(2) Juli 6: Tujuh sampel uji diambil pada bagian yang berbeda dari setiap campuran yang dihasilkan. Kemudian sampel ini dihancurkan dan diuji viskositasnya dengan menggunakan reometer kapiler Shimadzu (CFT-5D) pada temperatur 165 o C, tegangan geser 24,52 kpa, panjang kapiler mm dan diameter kapiler 1 mm. Hasil dan Pembahasan Pengaruh temperatur Gambar 2 menunjukkan nilai viskositas rata-rata pada berbagai temperatur pencampuran. Viskositas ini merupakan nilai rata-rata 7 sampel uji dari setiap bahan. Gambar ini menunjukkan bahwa pada umumnya viskositas menurun dengan meningkatnya suhu pencampuran, kecuali BP1 yang dicampur pada 165 o C. Viskositas BP1 yang tertera merupakan nilai rata-rata dari 3 sampel uji saja karena sampel lain tidak menunjukkan adanya aliran di dalam kapiler reometer sehingga tidak ada data pengukuran. Pada salah satu sampel uji ditemukan biji polipropilena yang belum melebur. Hal ini menyebabkan bahan yang dihasilkan tidak seragam. Fenomena ini juga ditandai dengan deviasi standar yang tinggi dari data pengukuran seperti yang diperlihatkan pada Tabel 4. yang tinggi dapat meningkatkan aktivitas molekul-molekul sehingga PE dan SW lebih mudah meresap masuk ke dalam matriks PP. Dengan demikian bahan yang dihasilkan lebih seragam dan mempunyai viskositas yang lebih rendah. TABEL 4: Viskositas Rata-rata Pengikat pada Berbagai Temperatur Pencampuran Temperatur ( o C) Viskositas Deviasi standar BP1 BP2 BP ,94 18, 4,46 1, Pengaruh kecepatan Viskositas rata-rata bahan yang dihasilkan menurun dengan meningkatnya kecepatan pencampur seperti ditunjukkan dalam Tabel 5. Deviasi standar viskositas bahan menurun dan kemudian meningkat jika kecepatan pencampur bertambah. Pada kecepatan pencampur yang tinggi, laju geser yang besar akan menyebabkan pemisahan komponenkomponen bahan akibat ikatan yang lemah antara komponen-komponen tersebut sehingga bahan yang dihasilkan kurang seragam. Hal ini ditandai oleh deviasi standar yang lebih tinggi. Dari kajian ini didapat kecepatan pencampuran yang terbaik adalah rpm temperatur ( o C) TABEL 5: Viskositas Rata-rata Pengikat pada Berbagai Kecepatan Pencampuran Kecepatan Viskositas. Deviasi standar BP4 BP2 BP5 BP6 23,71 19,13 18,82 1,76,79 2,44 Pengaruh waktu GAMBAR 2: Viskositas rata-rata bahan pada kecepatan pencampuran rpm, waktu menit dan temperatur yang divariasikan. Viskositas bahan yang menurun dengan meningkatnya temperatur pencampuran dapat dijelaskan sbb.: suhu Lamanya proses pencampuran juga mempengaruhi keseragaman bahan yang dihasilkan seperti ditunjukkan dalam Gambar 3, 4 dan 5. Viskositas bahan menurun dengan waktu pencampuran hingga mencapai suatu nilai yang tertentu dan kemudian meningkat. -bahan yang digunakan mempunyai

4 157 Iriany / Jurnal Teknologi Proses 5(2) Juli 6: sifat-sifat yang sangat berbeda. Di antara sifat-sifat tersebut adalah viskositas dan titik lebur. Stearin sawit selain mempunyai viskositas yang lebih rendah, ia juga mudah menguap jika dibandingkan dengan bahan lain, PP dan PE yang digunakan. Hal ini menyebabkan viskositas bahan meningkat setelah dicampur selama menit baik pada kecepatan pencampuran, maupun rpm. Fenomena ini terutama berlaku pada bahan yang langsung menyentuh bilik dan bilah pencampur yang menjadi sumber panas sehingga viskositas sampel uji yang diambil pada bagian ini meningkat. Keadaan ini juga menyebabkan keseragaman bahan berkurang seperti yang terlihat pada Gambar 4 dan 5 yang mana error bar semakin panjang pada waktu pencampuran lebih dari menit. Viskositas rata-rata dan deviasi standar viskositas masing-masing bahan pada variasi ini dapat dilihat pada Tabel 6. 5 GAMBAR 3: Viskositas rata-rata bahan pada 17 o C dan kecepatan rpm. 5 GAMBAR 4: Viskositas rata-rata bahan pada 17 o C dan kecepatan rpm. 5 GAMBAR 5: Viskositas rata-rata bahan pada 17 o C dan kecepatan rpm. TABEL 6: Viskositas Rat-rata Pengikat pada Berbagai Kecepatan dan Waktu Pencampuran. N t (menit) η σ BP4 BP13 BP14 BP7 BP8 BP2 BP9 BP BP11 BP15 BP16 BP5 BP17 BP ,71 19,94 28,13 29,15 22,44 14,87 16,88 18,7 29,7,86 19,13 17,9 31,61 Ket.: N = kecepatan, t = waktu, η = viskositas, σ = deviasi standar 1,76 2,36 1,73 2,36 3,6 1,78 2,14 3,32 3,27 2,42,79,67 2,53 Dari data pengukuran yang diperoleh, maka kecepatan dan waktu pencampuran yang terbaik adalah rpm dan menit. Viskositas rata-rata bahan yang dihasilkan adalah 17,9 Pa.s dengan deviasi standar sebesar,67. Kesimpulan Kondisi pencampuran yang terbaik untuk menghasilkan bahan yang seragam adalah pada temperatur o C, dengan kecepatan pencampur rpm dan waktu pencampuran sekitar menit.

5 Iriany / Jurnal Teknologi Proses 5(2) Juli 6: Penghargaan Penulis mengucapkan terima kasih kepada Kementerian Sains, Teknologi dan Alam Sekitar Malaysia atas dukungan dana untuk penelitian ini melalui dana proyek IRPA Ucapan terima kasih juga ditujukan kepada Herbert Devan yang telah membantu melaksanakan penelitian ini. Daftar Pustaka German, R.M Powder injection molding. New Jersey: Metal Powder Industries Federation. German, R.M. & Bose, A Injection molding for metal and ceramic. New Jersey: Metal Powder Industries Federation. Supati, R., Loh, N.H., Khor, K.A. & Tor, S.B.. Mixing and characterization of feedstock for powder injection molding. Materials Letters 46: