BAB II LANDASAN TEORI

Transkripsi

1 BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Pendahuluan Injection moulding merupakan salah satu proses pembuatan produk dari material plastik dengan menggunakan proses injeks. Bahan baku plastik berbentuk powder atau pellet dituangkan dalam hopper, kemudian bahan baku plastik tersebut turun ke barrel. Dengan piston atau rotating reciprocating screw, plastik dipindahkan ke dalam heating zone, karena adanya heater maka plastik menjadi meleleh. Pada kondisi meleleh plastik akan diinjeksikan ke dalam cavity oleh piston dengan tekanan yang tinggi. Akibat adanya cooling sistem material plastik yang meleleh akan membeku atau menjadi solid sesuai dengan bentuk cavity, kemudian dengan mekanisme pengeluaran produk, plastik solid berupa produk jadi dikeluarkan dari dalam mould. Proses ini sangat cocok untuk produksi masal karena bahan baku dapat diproses menjadi bentuk akhir dengan satu kali proses. Ada juga produk produk yang memerlukan proses lebih lanjut seperti assembly (perakitan), pengecetan dan proses lainnya tergantung dari produk akhir yang diinginkan. Keuntungan yang paling utama adalah dalam proses injection moulding produk yang mempunyai bentuk geometri dengan tingkat kesulitan yang tinggi dapat dibuat dengan satu kali proses. Dalam kehidupan sehari-hari banyak ditemui produk-produk hasil dari proses injection moulding, misalnya : mainan anak-anak 5

2 seperti lego, peralatan otomotif seperti dashboard mobil, peralatan rumah tangga seperti gelas plastik, dan benda-benda elektronik seperti casing handphone serta barang-barang aplikasi yang lain. 2.2 Definisi Plastik Plastik adalah bahan sintesis yang berasal dari minyak mineral, gas alam atau dibuat dari bahan asal batu bara, batu kapur, udara, air dan juga dari binatang dan tumbuhan-tumbuhan. Proses pengolahan pltik biasanya dikerjakan pada proses panas dan tekan. Sebagian besar bahan plastik adalah senyawa organik, terdiri dari karbon, hidrogen, oksigen, dan nitrogen. Platik juga disebut bahan berstruktur makro molekular, karena bahan tersebut terdiri dari molekul-molekul yang besar. Molekul plastik merupakan suatu rangkaian atau rantai dari sejumlah besar mer, karena itu platik juga polymer, dan nama dari suatu jenis plastik biasanya disebut dengan menambahkan kata poly di depan nama monomernya, misalnya polyethylene, polypropylene, polyvinylchlorida, polytetrafluoroethylene, dan lainlain. Molekul plastik dapat dianggap mempunyai tulang punggung dari rangkaian atom C dimana pada rangkaian/tulang punggung itu terdapat rusuk-rusuk atau kalung yang berupa atom-atom lain seperti hidrogen, chlor, fluor dan lain-lain. Antara molekul tulang punggung dan rusuk terikat dengan ikatan yang kuat, ikatan primer. 6

3 Gambar 2.1 Ikatan Primer Molekul Plastik Sifat-sifat khas bahan polymer pada umumnya adalah sebagai berikut : 1. Mampu cetak dengan baik. Pada temperatur relatif rendah bahan dapat dicetak dengan penyuntikan, penekanan, ekstruksi, dan seterusnya, yang menyebabkan ongkos pembuatan lebih rendah daripada untuk logam dan keramik. 2. Produk yang ringan dan kuat dapat dibuat. Berat jenis polymer rendah dibandingkan dengan logam dan keramik, yaitu 1,0 1,7 gram/cm³, yang memungkinkan membuat barang ringan dan kuat. 3. Dapat diperoleh dalam berbagai macam warna ataupun transparan. 4. Polymer dapat digunakan untuk membuat produk yang tahan karat mengingat sifat polymer yang tahan karat. 5. Banyak diantara polymer bersifat isolator listrik yang baik. Polymer mungkin juga dibuat konduktor dengan jalan mencmpurnya dengan serbuk logam, butiran karbon, dan sebagainya. 7

4 6. Baik sekali dalam ketahanan air dan ketahanan zat kimia. Pemilihan bahan yang baik akan menghasilkan produk yang mempunyai sifat-sifay baik sekali (contoh : polytetrafluoroethylene). 7. Produk-produk dengan sifat cukup berbeda dapat dibuat tergantung pada cara pembuatannya. Dengan mencampur zat pemplatis, pengisi dan sebagainya, sifatsifat dapat berubah dalam daerah yang luas. Sebagai contoh polyvinylclorida dengan zat pemplatis karet dengan pengisi (serbuk karbon), plastik diperkuat serat gelas (FRP = fiberglass reinforced plastics), dan lain sebagainya. 8. Umumnya bahan polymer lebih murah. 9. Kurang tahan terhadap panas. Hal ini sangat berbeda dengan logam dan keramik. Walaupun ketahanan panas bahan polymer tidak sekuat logam dan keramik, pada penggunaannya harus cukup diperhatikan. 10. Kekerasan permukaan yang sangat kurang. Bahan polymer yang keras ada, tetapi masih jauh dibawah kekerasan logam dan keramik. 11. Kurang tahan terhadap pelarut. Umumnya larut dalam zat pelarut tertentu kecuali beberapa bahan khusus seperti polytetrafluoroethylene. Kalau tidak dapat larut, mudah retak karena kontak yang terus menerus dengan pelarut dan disertai adanya tegangan. Karena itu perlu perhatian yang cukup. 12. Mudah termuai listrik secara elektrostatik. Kecuali beberapa bahan yang khusus dibuat agar menjadi hantaran listik, kurang higroskopik, dan dapat dimuati listrik. 8

5 13. Beberapa tahan abrasi, atau mempunyai koefesien gesek yang kecil. Dengan melihat berbagai sifat yang disebutkan di atas, maka sangat penting untuk dapat memilih bahan yang paling cocok. Plastik sangat cocok digunakan untuk barang-barang yang menerima bahan rendah atau menengah, dengan konduktivitas panas atau listrik yang rendah, dengan pilihan warna yang cukup luas serta dapat dibentuk hanya dengan satu kali proses saja. Karena itu sebagian besar plastik digunakan sebagai kotak atau wadah yang harus ringan, berwarna menarik, dan mudah diproduksi, seperti radio, peralatan rumah tangga, juga berbagai bagian dari interior mobil, dan lain-lain Termosetting Bahan ini keras dan mempunyai daya tahan panas yang tinggi. Termosetting plastik yang segera mengeras setelah mencapai temperatur pembentukannya dan selanjutnya tidak akan menjadi lunak walaupun dipanaskan kembali. Macam-macam bahan termosetting adalah : Fenol formaldehid, bahan termosetting yang mengandung polimer dasar fenol dan formaldehid. Biasanya digunakan untuk peralatan listrik, pegangan pintu, dan sebagainya yang berfungsi sebagai laminator. Banyak digunakan sebagai isolasi listrik. Urea formaldehid, biasa digunakan sebagai lem yang tahan basah juga sebagai tutup botol, peralatan makan, dan sebagainya. Melamin formaldehid, banyak digunakan sebagai alat-alat makan, peralatan rumah tangga, untuk bagian dari larutan, dan sebagainya. 9

6 2.2.2 Termoplastik Bahan termoplastik merupakan bahan plastik yang menjadi plastik karena pemanasan dan bentuknya dapat diubah dalam keadaan plastik itu. Tidak seperti termosetting, bahan termoplastik dapak dilunakkan dan dibentuk kembali dengan pemanasan. Bahan-bahan termoplastik adalah : Polyethylene (PE), bersifat tahan terhadap larutan kimiawi, ulet dan fleksibel dengan adanya pengaruh suhu, suhu pelunakkan yang rendah, serta dapat dicetak dalam bermacam-macam bentuk. Polyethylene mudah diolah, maka dari itu sering dicetak dengan penekanan, injeksi, ekstruksi peniupan dan dengan hampa udara. Perlu diperhatikan bahwa penyusutannya tinggi. Penggunaan pada temperatur rendah bersifat fleksibel tahan impak dan tahan bahan kimia. Karena itu dipakai untuk pembuatan berbagai wadah, berbagai barang kecil, botol-botol, tempat minyak tanah, film, pipa, serat, kantong sampah, isolasi kabel listrik, alat-alat dapur, boneka dan berbagai lembaran untuk pembungkus. Polyvinylchlorida (PVC), mempunyai sifat yang baik dalam ketahanan air, ketahanan asam dan ketahanan alkali, tidak bersifat racu dan tidak menyala, isolasi listriknya baik dan tahan terhadap banyak larutan. PVC melunak pada suhu 65 C - 85 C dan plastis pada suhu 120 C C. Perlu diperhatikan bahwa temperatur yang cocok untuk pengolahan adalah 150 C C. Akan tetapi sifat-sifat tersebut dapat berubah tergantung pada sistem produksi yang menyangkut keteraturan stereo dari polimer dan 10

7 derajat polimerisasinya. Oleh karena itu perlu dipilih bahan yang cocok untuk memenuhi keperluan. Derajat polimerisasinya yang tinggi dari bahan memberikan sifat mekanik yang baik, tetapi temperatur proses tinggi dan sempit daerahnya. Kalau Bahan yang derajat polimerisasinya dibuat untuk selang dan pembungkus; yang dibuat untuk kabel listrik dan pasta; yang dibuat untuk film, kulit imitasi, lembaran tipis dan pipa lunak; yang untuk lembaran kaku, pipa kaku, botol; yang dibuat untuk pelat gramopon; yang kurang dari 400 dipakai untuk cat danperekat. Cara pembuatan yang utama adalah pengkalenderan dan ekstrusi. Kedua bahan yang kaku dan lunak dapat dipergunakan. Pada pengekstrusian, bahan dipanaskan dalam 3-4 tahap dimulai dari 120 C C sampai 140 C C, 160 C C, dan ditahan pada temperatur tertinggi tepat waktu mencapai cetakan. Polystyrene, bersifat tahan asam dan juga sangat bagus sebagai isolator listrik. Polystyrene tidak berwarna dan merupakan resin transparan dapat diwarnai secara bening. Massa jenisnya lebih rendah daripada polyethylene dan polypropylene. Memiliki sifat listrik yang baik sekali terutama bagi frekuensi tinggi, walaupun kestabilan terhadap cahaya dan sifat tahan cuacanya agak rendah daripada resin metakrilik. Ketahanan radiasinya sangat baik. Polystyrene mudah larut dalam keton ester dan pelarut hidrokarbon aromatic, tahan terhadap asam, alkali, asam kalor, asam organik, minyak bumi dan alkohol. Kestabilan panas dan kecairannya pada pencairan yang sangat baik, sedangkan barang cetakan yang titik lunaknya rendah (70 C) memiliki 11

8 ketahanan impak yang rendah dan bersifat getas. Ketahanan terhadap retak tegangan, juga kurang baik. Ada beberapa jenis polystyrene, yaitu : a. Polystyrene keperluan umum (GP), adalah plastik yang umum dipakai. b. Polystyrene dengan ketahanan impak tinggi (HI). Kegetasan, yang merupakan kekurangan bagi polystyrene, telah diperbaiki terutama dengan jalan mencampurkan 5% - 20% karet sintetik atau SBR (Styrene Butadiene Rubber). Makin banyak kadar karetnya makin baik ketahanan impaknya sedangkan sebaliknya terjadi pada kekuatan tarik, ketahanan panas, mampu cetak, kehalusan permukaan, dan seterusnya akan semakin berkurang. Untuk memperbaiki sifat tembus cahaya dari bahan yang dicampur karet, dibuat sehalus mungkin partikel karet yang didispersikan agar dapat menghindari hamburan cahaya, dengan itu pula kekuatan impaknya menjadi lebih baik. c. Polystyrene tahan cahaya. Seperti telah diuraikan diatas, polystyrene mempunyai ketahanan cahaya yang buruk, jadi karena cahaya fluoresen dan cahaya matahari langsung menjadi pudar warnanya dan terdegradasi. Polystyrene keperluan umum tidak cocok untuk peralatan yang kena sinar atau penggunaan di luar rumah. Jenis ini telah dikembangkan dengan mencampur zat pengabsor ultra violet dan zat antioksidasi. d. Polystyrene busa. Butan, pentan, heksan, dan seterusnya, dicampurkan sebagai bahan pembusa bagi polystyrene, yang dibuat dalam bentuk butiran. Kalau dipanaskan dalam cetakan akan mengembang menjadi kali lebih besar menjadi lunak dan kuat sebagai barang busa yang tercetak. 12

9 Kertas stiren yang mempunyai permukaan mengkilat bagus dibuat dengan menggunakan mesin ektruksi. Busa polystyrene terdiri dari gelembunggelembung kecil yang bebas sehingga dapat menghalangi panas atau suara. Pencetakan polystyrene akan lunak pada temperatur sekitar 95 C dan menjadi cairan kental pada 120 C C dan menjadi encer di atas 250 C, kemudian terurai di atas 320 C C. Karena itu, dibandingkan dengan resin termoplastik lain, bahan ini mempunyai temperatur dekomposisi termal yang lebih tinggi dan kecairannya lebih baik. Pencetakan jenis injeksi adalah cara yang paling cocok. Akan tetapi karena tegangan dalam terjadi selama pencetakan, maka perlu penganilan yang tepat. Yaitu dipanaskan pada temperatur lebih rendah dari temperatur ketahanan panasnya (70 C - 80 C) kemudian didinginkan perlahan-lahan. Polystyrene keperluan umum dan yang mempunyai kekuatan impak tinggi banyak digunakan untuk radio TV, refrigerator, dan peralatan listrik lainnya demikian juga untuk peti kemas dan barang rumah tangga. Polystyrene busa padat untuk bahan isolasi dan parking. Polyamide dan polyester, bersifat ulat, kuat dan juga tahan gesekan. Biasanya cukup fleksibel dan dengan ketahanan tumbuk yang cukup tinggi. 13 Polypropylene (PP), bersifat lebih keras dan lebih mampu tetap pada bentuknya (sampai 130 C) daripada polyethylene. Bahan baku polypropylene didapat dengan menguraikan petroleum (Naftan) dengan cara yang sama seperti pada ethylene. Menurut proses yang serupa dengan metode tekanan rendah untuk polyethylene, mempergunakan katalis Zieger

10 Natta, polypropylene dengan keteraturan ruang dapat diperoleh dari propylene. Sifat-sifat polypropylene serupa dengan sifat-sifat polyethylene. Massa jenisnya rendah (0,90 093). Termasuk kelompak yang paling ringan diantara bahan polimer. Dapat terbakar kalau dinyalakan. Dibandingkan dengan polyethylene, masa jenis dan titik lunaknya tinggi sekali (176 C,Tm), kekuatan tarik, kekuatan lentur dan kekuatannya lebih tinggi, tetapi ketahanan impaknya rendah terutama pada temperatur rendah. Sifat tembus cahayanya pada pencetakan lebih baik daripada polyethylene dengan permukaan yang mengkilap, penyusutannya pada pencetakan kecil, penampilan dan ketelitian dimensinya lebih baik. Sifat mekaniknya dapat ditingkatkan sampai batas tertentu dengan jalan mencampurkan serat gelas. Pemuaian termal juga dapat diperbaiki sampai setingkat dengan resin termoset. Sifat-sifat listriknya hampir sama dengan sifatsifat pada polyethylene. Ketahanan kimianya kira-kira sama bahkan lebih baik daripada polyethylene masa jenis tinggi. Ketahanan retak tegangannya sangat baik. Dalam hidrokarbon aromatik dan hidrokarbon yang terklorinasi, larut pada 80 C atau lebih, tetapi pada temperatur biasanya hanya membengkak. Oleh karena itu sukar untuk diolah dengan perekatan dan pencapan seperti halnya dengan polyethylene yang memerlukan perlakuan tertentuk pada permukaannya. Molekul polypropylene mengandung atom karbon erggu metil rantai utama. Atom hidrogen terikat pada atom karbon tertier yang mudah bereaksi dengan oksigen dan ozon. Yang menyebabkan ketahanan oksidasinya lebih kecil 14

11 daripada polyethylene. Dilain pihak karena temperatur pengolahan lebih tinggi daripada polyethylene, oksidasi harus dicegah. Fenol alkyl dipakai sebagai anti oksidasi yang dikombinasikan dengan senyawa belerang organik atau senyawa amin. Agar degradasi oleh sinar ultra violet secara efektif dapat dikurangi, maka dicampurkan bubuk karbon sebagai bahan pengabsorb ultra violet. Polypropylene mempunyai tembus cahaya jauh lebih baik daripada polyethylene, karena itu dipakai sebagai pembuatan film. Dengan mempergunakan bahan penginti kristal, ukuran kristal dapat dibuat lebih kecil agar lebih transparan, yang juga memperbaiki kekakuannya dan kekuatan impaknya pada temperatur rendah. Sebagai penginti dipergunakan bahan Na, Zn, Al dan garam logam lainnya dari asam karboksilat aromatik. Permebilitas gas polypropylene lebih baik daripada polyethylene, karena itu perlu hati-hati untuk mencegah dispersi pada pengepakan wangi-wangian tersebut. Polypropylene mempunyai sifat mampu cetak yang baik seperti halnya polyethylene. Seperti yang telah diutarakan diatas, polypropylene mempunyai faktor penyusutan cetakan yang lebih kecil dibandingkan polyethylene yang bermassa jenis tinggi, pada kondisi optimal dapat diperoleh produk dengan ketelitian dimensinya baik dan ketegangan sisa yang kecil. Penggunaan polypropylene hampir sama dengan polyethylene, polypropylene banyak dipakai sebagai bahan dalam produksi peralatan meja makan, keranjang, peralatan kamar mandi, keperluan rumah tangga, mainan, peralatan listrik, barang-barang kecil, komponen mobil, dan seterusnya. 15

12 Penggunaanya yang luas itu berkat mampu cetaknya yang baik, permukaan yang licin, mengkilat dan tembus cahaya. Film yang diregangkan pada dua arah sumbu adalah kuat dan baik ketahanan impaknya pada temperatur rendah. Untuk memperbaiki permeabilitas gas dan mampu sekat terhadap panas telah dikembangkan berbagai macam laminasi film. Benang celah dibuat dengan jalan meregangkan film sampai putus pada panjang yang sama, dan benang pisah dengan robekan yang banyak, dipakai untuk membuat tali dan pita untuk keperluan pengepakan. Serat digunakan utnuk tambang, karpet, tirai dan bahkan yang dicetak tiup untuk berbagai macam botol. 2.3 Bahan Mould Berhasilnya fungsi suatu tools, yang dalam hal ini termasuk mould, dari segi intern ditentukan oleh desain kualitas manufacturing bahan. Kesalahan ataupun kekurangan dari salah satu unsur tersebut, akam menyebabkan kegagalan dari fungsi tools, atau paling tidak performance yang optimal dari tools tidak tercapai. Ditinjau dari segi biaya boleh jadi bahan merupakan unsur yang paling murah dalam pembuatan mould. Namun mengingat akibat yang ditimbulkan, pemilihan bahan harus dilakukan dengan seksama. Adapun maksud pemilihan disini bukan berarti harus menggunakan bahan yang paling mahal atau paling super melainkan menekankan segi tepat guna. Oleh karena itu diperlukan pengetahuan yang baik mengenai sifat dan jenis bahan. Dalam memilih bahan langkah yang harus dilakukan adalah menganalisa terlebih dahulu tentang beban dan kondisi yang akan dialami oleh bagian-bagian mould 16

13 pada waktu pengoperasiannya. Langkah selanjutnya adalah mempelajari sifat bahan dari segi sifat mekanik dan sifat fisik, untuk dapat mendukung beban maupun kondisi yang akan dialami. Selanjutnya sifat machineable termasuk kemungkinan tratment yang mungkin diperukan guna mencapai performance yang optimal dari bahan. Pada umumnya sifat bahan yang diperlukan untuk pembuatan mould adalah sebagai berikut [11] : Wear resist :tahan terhadap keausan Toughness : tahan terhadap tegangan, retak atau kelelahan Ductile : liat Corotion resist : tahan terhadap karat Heat conductive : penghantar panas Machineable : dapat dikerjakan dengan proses permesinan Polishable : dapat dipoles Setiap bagian dari mould tidak harus dibuat dari bahan yang mempunyai sifat tersebut diatas, tetapi cukup dengan beberapa sifat saja, asalkan sesuai dengan fungsi dan perlakuan yang akan dialami dan kemudahan pengerjaannya. Disamping itu saat ini tidak ada bahan yang mampu mempunyai sifat di atas secara seimbang atau kalaupun ada yang mendekati harganya akan sangat mahal. Apabila suatu bagian mould perlu dilakukan heat treatment pada bahannya, maka harus dipilih bahan yang persyaratan heat treatment-nya dapat dipenuhi dengan perlengkapan yang tersedia. 17

14 2.4 Shrinkage Faktor (Faktor Penyusutan) Material plastik dalam keadaan leleh membentuk produk di dalam cavity. Akibat adanya cooling system material plastik akan membeku dan kuat saat dikeluarkan dari bahan mould. Karena adanya pendinginan material plastik akan menyusut sehingga produk jadi ukurannya lebih kecil dari ukuran cavity. Bila saat produk dikeluarkan dari dalam mould suhunya masih lebih tinggi dari suhu kamar maka produk akan terus menyusut sampai suhunya sama dengan suhu kamar. Besarnya faktor penyusutan ini dipengaruhi oleh [7] : Tebal dinding produk. Jenis material dan bentuk produk. Kondisi pendinginan dan proses pembentukan (kondisi pada saat penginjeksian). Adapun besarnya faktor penyusutan untuk setiap material plastik tidaklah sama. Berikut adalah tabel besarnya faktor penyusutan yang dinyatakan dalam prosentase : Tabel 2.1 Faktor Penyusutan Material Plastik [7] 18

15 Dengan adanya faktor penyusutan di atas, dimensi cavity di dalam mould harus dibuat lebih besar. Apabila dikehendaki panjang produk = Lp, faktor penyusutan = S, maka panjang cavity (Lc) adalah : [11] Lp = Lc (S% x Lc) = Lc (1 S%) Lp = Lp (1 S%)...(2.1) Dimana : Lp = Panjang produk Lc = Panjang cavity S = Faktor penyusutan 19

16 2.5 Injection Moulding Mekanisme kerja dari injection moulding yang didapat dari studi literatur dapat dilihat pada gambar 2.2 berikut ini : Gambar 2.2 Mesin Injection Moulding Saat motor dihidupkan, screw akan berputar. Bersamaan dengan hidupnya motor material biji plastik dimasukkan ke dalam hopper. Karena perputaran screw maka biji plastik bergerak turun dari hopper menuju ke barrel yang akhirnya terbawa oleh sirip dari profil screw menuju nozzle. Pada dinding di sekitar barrel terdapat elemen pemanas (heater) dengan konfigurasi makin ke kiri suhu makin panas sehingga material biji plastik dapat mencapai titik lebur dan mencair. Dengan demikian ruangan antara nozzle dan barrel dipenuhi dengan material plastik leleh. Akibatnya pertambahan biji plastik, screw akan terdorong ke belakang (kanan). Pangkal screw dihubungkan dengan piston yang ada dalam silinder hidrolik. Jika silinder dialiri minyak hidrolik, maka piston akan mendorong screw ke depan 20

17 (kiri) dan material plastik yang akan meleleh akan terinjeksi ke dalam rongga cavity melalui nozzle dan sprue. Setelah rongga cavity terisi material plastik cair, tekanan minyak dipertahankan beberapa saat sampai material plastik cair betulbetul terisi penuh di dalam cavity. Setelah itu screw akan bergerak ke belakangdan terjadi pengisian material plastik kembali. Bersamaan dengan pengisian material biji plastik, pendinginan berlangsung agar material plastik cair dapat membeku dan membentuk produk yang padat. Waktu yang diperlukan untuk pendinginan ini disebut cooling time. Setelah material plastik cair membeku membentuk produk, maka produk tersebut akan dikeluarkan dari dalam mould. Untuk pengeluaran produk ini moving plate akan bergerak ke kiri. Sebagian plate akan mengikuti moving plate dan fix plate sesuai dengan gambar 2.2. Setelah mould membuka cukup panjang, stripper plate akan mendorong produk terlepas dari male plate dan jatuh di tempat yang tersedia. Gerakan berikut adalah penutupan mould dan dilanjutkan proses penginjeksian yang berikutnya. 21

18 2.6 Mekanisme Pengeluaran Produk Pengeluaran produk dari mould dilakukan dengan menggerakkan mould kearah membuka. Gerakan ini berupa mundurnya beberapa plate dan bagian lain dari mould yang terbawa gerak dari moving plate. Pada gerakan membuka, mould terbagi menjadi dua bagian [11] : 1. Moving plate 2. Fix plate Pada umumnya, mould pada moving plate berfungsi sebagai pembentuk produk bagian dalam, dimana pada bagian ini terdapat mekanisme pengeluaran produk. Sedangkan pada fix plate biasanya sebagai pembentuk produk bagian luar, dan pada bagian ini terdapat sprue dan sistem runner. Berikut adalah beberapa contoh tetang sistem pengeluaran produk [11] : Sistem stripper Sistem ejector Sistem lepas bertahap (kombinasi stripper dan ejector) Sistem unscrewing (terutama untuk produk dengan double wall dimana dinding produk sebelah dalam mempunyai snap) 22

19 Gambar 2.3 Sistem Stripper Gambar 2.4 Sistem Ejector 23

20 Gambar 2.5 Sistem Kombinasi Gambar 2.6 Sistem Unscrewin 24

21 2.7 Bagian-Bagian Mould Gambar 2.7 bagian-bagian Mould 25

22 2.7.1 Bagian Saluran Masuk Bagian saluran masuk adalah bagian mould yang berhubungan dengan masuknya material plastik cair ke dalam rongga cavity. Bagian saluran masuk ini terdiri dari beberapa bagian antara lain sebagai berikut : Sprue Adalah saluran tempat mengalirya material plastik cair dari nozzle pada ujung silinder (barrel) ke dalam saluran runner dan cavity, sprue merupakan bagian dari mould sedangkan nozzle merupakan bagian dari mesin injeksi. Sprue akan melalui material plastik cair dengan tekanan tinggi untuk itu perencanaan pembuatan sprue harus dilakukan sebaik mungkin agar hubungan antara sprue dan nozzle tidak ada celah agar tidak terjadi kebocoran atau perembesan material plastik cair dari dalam mould. Pada mould dengan sistem runner, ukuran dan dimensi sprue dan runner harus dapat mempermudah tercabutnya afal dari dalam sprue, sepert pada gambar berikut : Gambar 2.8 Sprue dan Nozzle 26

23 Bentuk dan ukuran agar afalan dapat dicabut dengan mudah, yaitu sebagai berikut [7] : Lubang sprue berbentuk kerucut terpancung dengan konis (α) ± 4. D = d + 1 mm dan harus sentris. R = r + 2. Permukaan lubang dipoles halus. Bila kapasitas volume injeksi dan tekanan dari mesin memenuhi maka diameter sprue (D) minimum dapat ditentukan berdasarkan tabel berikut : Tabel 2.2 Diameter Sprue Minimum [8] Tabel 2.3 adalah sebagai penuntun saja, dimana D minimum yang lebih kecil dapat digunakan sesuai dengan material plastik yang mudah mengalir seperti PE, PS, PP, sedangkan D minimum yang lebih besar dapat digunakan untuk material plastik yang lebih sulit mengalir seperti ABS, PMMA, PC, dan lain-lain. Apabila pada produk yang dindingnya sangat tipis atau panjang runner kali diameter produk maka ukuran D minimum harus diperbesar sesuai dengan kebutuhan. 27

24 Runner Runner adalah plastik beku mulai dari sprue sampai pada cavity. Runner ini adalah saluran penghubung antara sprue dengan cavity pada mould. Plastik beku ini adalah sisa plastik yang tidak berguna dan harus dikeluarkan dari dalam mould sedangkan plastik yang berguna membeku membentuk produk yang diinginkan. Pada mould yang menggunakan banyak cavity (multicavity) harus mempertimbangkan tata letak cavity dan distribusi runner agar afalan yang terbentuk dapat diminimalkan selain itu untuk memperkecil pressure drop. Afalan ini biasa digunakan dan diolah untuk proses kembali sesuai dengan sifat plastik itu sendiri. Namun tidak semua bahan plastik dapat diolah kembali. Misalnya bahan-bahan plastik thermosetting. Pada saat merencanakan distribusi runner, 3 hal berikut harus diingat, yaitu : Setiap gate dari cavity harus dicapai aliran material plastik secara serentak. Waktu pengisian setiap cavity harus sama. Kondisi tiap gate harus sama. Berat waste atau afalan dapat dicari dengan [11] : M = A x L x p...(2.2) Dimana : m = Berat waste A = Penampang saluran L = Panjang saluran ρ = Berat jenis bahan plastik 28

25 Ada beberapa kerugian dalam penggunaan runner dalam bentuk mould, yaitu : Sejumlah material plastik akan menjadi waste atau afalan. Menyebabkan injection time akan bertambah. Konsumsi energi bertambah karena stroke dari injection force lebih panjang. Bertambahnya pressure drop. Di lain pihak, runner mutlak ada untuk injection mould multi cavity. Perancangan runner mutlak yang kurang baik akan menyebabkan penurunan tekanan yang besar saat penginjeksian material plastik ke dalam rongga cavity. Untuk memilah penurunan tekanan yang kecil maka saluran runner dari sprue ke masingmasing cavity di rancang memiliki panjang yang sama, agar material plastik dapat mengisi cavity sampai penuh secara bersamaan dan tidak ada ruang kosong di dalam cavity mould. Aliran runner dijaga agar tetap laminer. Jika aliran menjadi turbulen, maka akan banyak udara yang terjebak dalam material plastik. Aliran laminer akan terjadi apabila Reynold number berada dibawah 2320, atau Re 2320 [8] Re = W.D v = W.D.ρ η.g...(2.3) Dimana Re = Reynold number W = Kecepatan aliran (m/detik) v = kinematic viscosity (m²/detik) D = Saluran dalam bentuk diameter (m) 29

26 ρ = Berat jenis material (kg/m 3 ) η = dynamic viscosity (kp.detik/m²) g = gravitasi (9,8 m/detik²) Untuk kecepatan aliran material dapat dicari dengan [8] : W = injection volume yang diperlukan injection time x luas penampang saluran v W =...(2.4) t x A Dimana : v = injection volume untuk cavity dan saluran runner (m³) T = injection time untuk menghasilkan volume diatas (detik) A = π D² (m²) D = diameter saluran (m)...(2.5) 4 Sehingga : W = v t x π (m/detik)...(2.6) D² 4 Kinematic viscosity (v) dan dynamic viscosity (η) adalah [8] : V = η x berat jenis gravitasi V = η x ρ g...(2.7) Dari persamaan-persamaan diatas maka [8] : Re = W x D x ρ η x g Re = v x D x ρ t x π D² η x 9,

27 Re = v x ρ t x π D η x 9,81 4 Re = v x ρ 7,7 η x t x D Re = 0,13.v.ρ η.d.t...(2.8) Syarat agar aliran laminer adalah Re 2320 [8] 0,13.v.ρ η.d.t ,13.v.ρ η.t 2320 D...(2.9) Jadi diameter minimum runner agar aliran material plastik laminer adalah [8] : D 0, v.ρ η.t...(2.10) Friksi aliran laminer pada lubang bulat adalah [8] : λ = 64 Re...(2.11) Jika panjang saluran = L, maka pressure drop yang terjadi (dp) adalah [8] : dp = W².ρ 2.g.λ. L D...(2.12) 31

28 Pressure drop akan naik pada saluran kasar dan berbelok tajam, namun pressure drop akan turun dengan memperbesar D, tetapi waste juga akan semakin banyak. Untuk memperkecil pressure drop (dp) ada beberapa cara, yaitu : Permukaan saluran di-finish halus. Belokan pada saluran dibuat landai. Diameter diperbesar. Bentuk saluran runner yang paling ideal adalah berbentuk bulat, tetapi sulit untuk proses manufakturnya (pembuatanya). Kompromi bentuk ideal dengan kemudahan manufacturing adalah penampang tidak bulat, tetapi dibuat dengan bentuk yang mendekati lintasan bulat. Sudut 3-5 bertujuan untuk mengeluarkan afalan dari runner. Berikut adalah gambar penampang runner. Gambar 2.9 Bentuk Penampang Runner 32

29 Gate Gate adalah celah atau lubang yang relatif sangat kecil, merupakan pintu masuk dari material plastik yang diinjeksikan ke dalam rongga cavity. Jarak yang ditempuh dari material plastik mulai dari gate sampai cavity terisi penuh disebut flow path. Pada posisi penempatan gate tertentu, aliran material plastik cair yang telah melewati gate akan membentur bagian dalam cavity misalnya core part, aliran material plastik akan membelok beberapa arah yang akhirnya masing-masing ujung dari aliran akan saling bertemu. Titik pertemuan terakhir disebut welding spot, sedangkan apabila pertemuan aliran tersebut berupa garis disebut welding line. Flow path dan welding line ini akan berpengaruh langsung pada kualitas produk maupun pada proses mouldingnya. Semakin panjang flow path yang terbentuk maka tekanan injeksi yang diperlukan akan semakin besar, agar cavity terisi material plastik secara baik. Aliran material dengan tekanan tertentu setelah melewati gate tekanan aliran akan menurun, akan tetapi terjadi kenaikan suhu akibat adanya gaya gesek antara material plastik dengan dinding cavity. Semakin tinggi tekanan injeksi yang diperlukan untuk mengisi material plastik ke dalam rongga cavity, maka kenaikan suhu yang dialami aliran material plastik setelah melewati gate juga tinggi dan ini akan menyebabkan material plastik terbakar. Karena material plastik terbakar maka warna material tidak sama seperti semula akan tetapi berubah menjadi berwarna coklat atau kehitam-hitaman dan ini akan tampak pada material yang dikeluarkan dari dalam mould. Di samping itu warna produk akan kelihatan mangkak. 33

30 Penempatan posisi gate menjadi sangat penting agar cacat (defect) di atas tidak terjadi atau paling tidak dikurangi sekecil mungkin. Dibawah ini ditunjukkan mengenai kemungkinan cacat (defect) yang timbul sehubungan dengan penempatan gate. Penempatan gate pada gambar 2.10a, menyebabkan flow path yang panjang sehingga memerlukan tekanan injeksi yang besar. Di samping itu ada kemungkinan udara yang terjebak di bagian pojok C, dimana produk akan berlubang pada tempat tersebut. Untuk produk berukuran besar akan mengalami deformasi, misalnya produk menjadi oval, dan lain-lain. Penempatan gate seperti pada gambar 2.10b, merupakan solusi yang paling baik, meskipun appereance produk bagian atas akan terdapat bekas luka kecil yang merupakan bekas gate. Gambar 2.10 Penempatan Gate 34

31 Penempatan gate pada gambar 2.11a, arah aliran setelah melewati gate akan terpecah menjadi dua, dimana masing-masing ujung aliran akan bertemu di O. Pada produk yang besar suhu kedua ujung aliran pada saat bertemu sudah sangat menurun, dimana material pada ujung aliran mendekati beku. Pada keadaan yang demikian, pertemuan (welding) dari kedua ujung tidak menghasilkan kaitan yang kuat, sehingga produk pada bagian O ini akan rapuh atau mudah retak. Pertemuan ini biasanya berupa garis dan disebut welding line. Gambar 2.11b, merupakan improvement dari gambar 2.11a. Gambar 2.11c, menunjukkan adanya modifikasi pada produk, yaitu tempat yang berlawanan dengan posisi gate diberi kantung. Ujung aliran yang suhunya sudah sangat turun dimasukkan ke dalam kantung, sehingga material yang saling bertemu dan berkaitan adalah material di belakang ujung aliran, masih mempunyai suhu serta keenceran yang lebih baik. Gambar 2.11d, merupakan solusi terbaik dimana ujung aliran akan bertemu dengan material yang masih cukup fresh. Gambar 2.11 Penempatan Gate 35

32 Dari beberapa contoh di atas diketahui bahwa dimanapun gate ditempatkan, selalu akan memberikan cacat (defect) baik pada segi appereance yaitu tampak bekas gate, pada segi kekuatan produk yaitu produk rapuh pada welding line, atau pada segi lain misalnya produk bengkok dan sebagainya. Dalam hal ini perancang mould harus memahami atau perlu diberi tahu tentang persyaratan produk apakah mengutamakan segi appereance atau mengutamakan fungsional. Tujuan dari merancang mould sebenarnya adalah agar mould yang dibuat dapat dicetak produk yang sesuai dengan spesifikasi secara efektif dan efisien. Ada tiga macam tipe gate yang paling sering digunakan dalam pembuatan mould yaitu : strip gate, pin gate, tunnel gate. Pemilihan pemakaian salah satu dari ketiga gate tersebut ditentukan oleh : Bentuk dan persyaratan produk. Sifat fisik dari jenis material plastik yang dipakai, misalnya lembek atau brittle, dan sebagainya. Jumlah cavity, single cavity, multicavity, batasan opening stroke mesin, dan lainlain. Tujuan diameter ujung gate dibuat kecil dengan maksud : Gate mudah putus sehingga runner mudah di lepas dari produk. Memberikan akselerasi tekanan aliran dari material yang diinjeksikan ke dalam cavity. Bekas gate yang tertinggal pada produk tidak terlalu mengganggu penampilan. 36

33 A. Strip Gate Pada umumnya berbentuk seperti piramide terpotong kemudian dibelah seperti pada gambar Gambar Strip Gate Pada waktu pemberian ukuran pada gate, harus diingat bahwa gate yang besar akan mempersulit putusnya runner dari produk, dan pada produk akan tampak jelas adanya bekas gate. Sedang ukuran gate yang terlalu kecil akan mempertinggi tekanan injeksi dengan akibat seperti telah diutarakan di depan. Gate yang terlalu kecil akan menimbulkan shrink mark yaitu produk akan kelihatan berkerut. Untuk gate berikut ini dapat dipakai sebagai guidance, produk dengan volume material cc tiap cavity, panjang gate L = 2 3 mm, ujung gate r = 0,3 0,6 mm, lebar b = 1 3 mm. Untuk produk dengan volume yang lebih besar, ukuran juga diperbesar. 37

34 Kerugian Penggunaan Strip Gate Produk dan runner masih tergandeng ketika dikeluarkan dari dalam mould, sehingga diperlukan pekerjaan tambahan untuk memisahkan. Produk dapat menjadi oval (untuk bentuk bulat) dimana keovalannya bisa mencapai lebih dari 0,5 mm pada diameter produk ± 100 mm dengan material polypropylene atau polyethylene. Flow path panjang, sehingga memerlukan tekanan injeksi yang tinggi Keuntungan Penggunaan Strip Gate Pembuatan mould lebih mudah sehingga lebih murah. Ukuran mould menutup maupun mould membuka lebih pendek, sesuai dengan mesin opening stroke yang terbatas, demikian juga waktu yang diperlukan untuk mekanisme pengeluaran produk lebih pendek. Bekas gate pada produk relatif bukan tempat yang menyolok, sehingga secara sekilas tidak mengganggu penampilan. B. Pin Point Gate Dipakai terutama untuk produk berdinding tipis dengan frekuensi penginjeksian minimal 3 4 kali per menit, atau cycle time maksimal detik. Berikut adalah 38

35 gambar pin point gate : Gambar 2.13 Pin Point Gate Kerugian Penggunaan Pin Point Gate Pembuatan mould lebih mahal. Hanya sesuai untuk produk dengan dinding tipis pada mould tanpa pemanas runner (tebal dinding ke bawah), pada dinding yang tebal agar produk tidak mengalami shrink mark (berkerut), lubang gate akan berakibat kesulitan dalam pemutusan runner dari produk atau bekas gate akan tampak sekali. 39

36 Keuntungan Penggunaan Pin Point Gate Produk saat keluar dari mould sudah terlepas dari runner. Apabila posisi penempatan gate di tengah, akan menghindari welding line, homogenius kepadatan hasil injeksi lebih baik, flow path pendek. Tabel 2.3 Diameter gate Minimum Berdasarkan Berat Produk dan Cycle time[8] Material yang diinjeksikan ke dalam cavity langsung berasal dari nozzle, dimana penurunan suhu maupun hambatan pengalirannya sangat kecil, sehingga ukuran gate dapat dibuat kecil. Tabel 2.3 di atas merupakan guidance untuk menentukan besarnya diameter gate. Material yang diinjeksikan sebelum mencapai cavity akan melewati runner terlebih dahulu. Makin panjang saluran runner maka suhu material di ujung aliran akan sangat turun sehingga akan sulit melewati gate yang sempit. Kantung runner digunakan untuk menjebak dan menampung material di ujung saluran, sehingga material yang akan masuk melewati gate adalah material yang ada di belakang ujung aliran dengan kondisi yang masih cukup baik. Mengenai ukuran gate dipengaruhi oleh kondisi penampang dan kondisi belokan serta panjang runner. 40

37 C. Tunnel Gate Berbentuk kerucut terpancung, menjorok miring ke sisi cavity atau produk. Ukuran diameter lubang gate (d) harus mempertimbangkan berat produk, kondisi penampang dan belokan serta panjang runner. Sebagai guidance yaitu untuk berat 10 gram digunakan diameter gate (d) adalah 0,8 mm. Untuk produk yang lebih besar ukuran dimensi juga diperbesar. Berikut adalah gambar tunnel gate : Gambar 2.14 Tunnel Gate Kerugian Penggunaan Tunnel Gate Produk dapat menjadi oval seperti pada strip gate. Flow path panjang. 41

38 Keuntungan Penggunaan Tunnel Gate Pembuatan mould lebih mudah Produk pada waktu keluar dari mould sudah terlepas dari gandengan runner. Ukuran mould menutup dan membuka lebih pendek yang memberikan keuntungan seperti pada strip gate Bagian Utama Mould Bagian utama adalah tempat pembentukan produk setelah proses penginjeksian material plastik dilakukan. Bagian utama mould terdiri dari : Cavity Cavity adalah bagian utama dari mould, sebab di dalam cavity ini terjadi proses pembentukan produk, dimana permukaan cavity ini akan membentuk dinding bagian luar dari produk. Beberapa hal yang perlu diperhatikan yaitu : Kehalusan permukaan cavity untuk mendapatkan permukaan produk yang halus Ketepatan ukuran dari setiap bagian cavity agar diperoleh produk sesuai dengan ukuran yang diinginkan. Pada umumnya cavity dibuat pada female plate, bukan merupakan pasangan antara insert cavity dengan plate. Pada female plate ini juga dibuat saluran runner, 42

39 hal ini dilakukan dengan pertimbangan sebagai berikut : Untuk menghemat jumlah material. Dinding bagian luar produk bentuknya ttidak terlalu rumit dan tidak perlu perlakuan khusus. Keuntungan mould tanpa insert cavity adalah biaya pembuatan mould yang lebih murah. Tidak memerlukan adanya pengikatan pada bagian insert Core Core adalah bagian dari mould yang berfungsi untuk membentuk bagian dalam dari produk yang berupa ulir. Core juga berfungsi untuk menahan produk ketika produk lepas dari female plate. Untuk mempermudah proses pemesinan pembuatan core ini, biasanya core dibuat menggunakan sistem insert core. Hal ini dilakukan dengan pertimbangan bahwa pada saat pelepasan produk dari core terjadi gesekan antara produk dengan insert core, sehingga apabila terjadi kerusakan ulir pada salah satu core cukup mengganti komponen insert core yang bersangkutan dan tidak perlu mengganti seluruh komponen yang ada. Untuk memperpanjang umur insert core ini maka perlu dilakukan hardening (proses pengerasan) pada permukaan insert core yang bergesekan dengan produk. 43

40 2.8 Volume Injeksi Volume injeksi adalah banyaknya material dalam cubic-centimeter yang diinjeksikan oleh mesin injeksi dalam satu langkah injeksi. Besarnya volume injeksi tergantung dari banyaknya cavity yang dibuat. Ada kapasitas maksimal dari tiap-tiap mesin injeksi untuk melakukan proses injeksi sesuai dengan kapasitas injeksi mesin. Volume injeksi (yang diperlukan untuk satu kali shot) adalah sama dengan volume produk dikalikan dengan jumlah cavity ditambah dengan semua saluran distribusi. Untuk dapat menghasilkan produk yang baik maka volume injeksi sebaiknya tidak lebih dari 90% kapasitas injeksi mesin. Perhitungan tersebut akan menghasilkan jumlah cavity maksimal. Tetapi jumlah cavity tersebut harus diperiksa kemampuan clamping force mesin dan kekuatan komponen dalam menahan gaya injeksi. Selain itu jumlah cavity harus diperiksa terhadap dimensi plat wagen dari mesin. Plat wagen adalah tempat kedudukan mould diantara az wagen. Apabila jumlah cavity banyak, maka dimensi mould akan menjadi lebih besar. Jika ukuran mould base yang digunakan lebih besar dari jarak as wagen, maka mould tidak dapat masuk diantara as wagen, sedangkan untuk produk yang lebar diperlukan mould plate yang juga lebar. 44

41 2.9 Clamping Force Clamping force adalah kemampuan mesin untuk menahan gaya injeksi. Persamaan untuk gaya injeksi adalah [7] : Fi = Ap x Ip...(2.13) Dimana : Fi = gaya injeksi (kg). Ap = luas penampang cavity secara proyeksional (cm²). Ip = internal injection pressure (kg/cm²). Untuk mould multi-cavity, maka besarnya gaya injeksi harus dikalikan dengan banyaknya cavity. Sebenarnya pada saluran runner terdapat juga gaya injeksi, tetapi karena penampang runner terlalu kecil maka besarnya gaya injeksi akibat penampang runner dapat diabaikan. Besarnya clamping force dari mesin minimal 10% lebih besar dari gaya injeksi. Hal ini dikarenakan jika clamping force lebih kecil, maka mould akan membuka pada saat penginjeksian. Ini akan mengakibatkan material yang diinjeksikan akan keluar (flash). 45

42 2.10 Cycle Time Cycle time adalah total waktu yang dibutuhkan untuk pembuatan produk mulai dari penginjeksian sampai menjadi produk dan dikeluarkan dari dalam mould untuk satu kali penginjeksian. Cycle time itu sendiri terdiri dari jumlah dari waktu dari beberapa proses dalam penginjeksian. Proses-proses tersebut antara lain sebagai berikut : Mould menutup. Mould membuka. Penutupan mould Mould Menutup Waktu mould menutup terjadi beberapa proses dimana waktu yang diperlukan masing-masing proses berbeda-beda. Proses itu antara lain sebagai berikut : Waktu Penginjeksian Material Plastik Setelah material plastik cair mengisi penuh ruangan antara ujung screw dan nozzle maka selanjutnya material plastik cair tersebut diinjeksikan ke dalam rongga cavity pada mould. Penginjeksian ini dilakukan oleh nozzle. Proses penginjeksian material plastik adalah tahap yang penting dalam suatu cycle time proses, sebab tahap ini akan menentukan kualitas dari produk yang akan dihasilkan, maka dari itu pengaturan parameter perlu dilakukan. 46

43 Parameter penginjeksian yang perlu diperhatikan adalah : Tekanan inkesian (injection pressure). Kecepatan penginjeksian. Temperatur proses (temperatur penginjeksian). Tekanan injeksi ada dua macam, yaitu internal injection pressure dan external injection pressure. Pada saat proses injeksi dilakukan, diperlukan tekanan dari luar mould untuk menginjeksi material plastik kedalam cavity. Ujung screw didalam barrel dihubungkan dengan piston yang terletak didalam silinder. Bila silinder diisi oli, maka piston akan bergerak mendorong screw dengan gaya F. Gaya F ini oleh piston akan diteruskan ke ujung screw yang kemudian menekan plastik leleh ke dalam cavity. Tekanan external dapat dihitung dengan membagi gaya dorong ujung screw (Fp) dengan luas penampangnya [7]. Fscrew = Apenampang screw x P (tekanan) P = F A...(2.14) Tekanan P ini yang diperlukan untuk menginjeksikan material kedalam mould. Karena tekanan ini terjadi diluar mould, maka disebut dengan external injection pressure. Internal injection pressure adalah external injection pressure setelah mendapat hambatan didalam saluran distribusi (nozzle, sprue,runner,gate) dan tekanan ini terus menurun sampai didalam cavity. Internal injection pressure ini merupakan tekanan penginjeksi yang terjadi didalam mould dan besarnya sangat mempengaruhi kualitas produk. Besarnya internal injection pressure tidak dapat dihitung secara akurat karena 47

44 selama material mengalir terjadi perubahan viskositas akibat terjadinya penurunan temperatur kondisi saluran distribusi runner dengan elbow-nya, tipe gate, dan lain-lain. External injection pressure dapat dihitung dengan mudah berdasarkan tekanan oli, diameter piston, dan diameter ujung screw. Tetapi internal injection pressure atau tekanan didalam cavity sulit dihitung secara akurat. Meskipun demikian besarnya internal injection pressure ini harus dihitung untuk tujuan : Menentukan jumlah cavity sehubungan dengan batas clamping force mesin Stress analisis komponen mould akibat beban injeksi. Internal injection pressure yang diperlukan untuk menghasilkan produk yang baik pada saat proses injeksi berlangsung biasanya dihitung dengan formulasi empiris, dimana formulasi ini dikembangkan oleh Mannesman Demag Kunststofftechnik. Parameter yang dipakai adalah : Panjang lintasan material di dalam cavity (flow path). Tebal dinding produk. Jenis material (mudah mengalir dan sulit mengalir). Ada dua cara yang dapat digunakan untuk menentukan besarnya internal injection pressure, yaitu sebagai berikut : Cara 1 Secara diagramatis berdasarkan rasio antara flow path dan tebal dinding produk ditunjukkan seperti pada gambar 2.15, maka internal injection pressure dapat dicari sebagai berikut : 48

45 Jika panjang flow path = 90 mm. Tebal dinding produk = 1,25 mm. Maka menghasilkan rasio = 90 : 1,25 = 70 : 1 Letakkan sebuah titik di posisi 1,25 (yaitu antara 1 1,5) pada garis AB. Dari titik tadi, tarik garis ke kiri sejajar garis AB hingga memotong garis AC. Garis AC didapat injection pressure ± 175 Bar atau ± 175 kg/cm². Gambar 2.15 Grafik Internal Injection Pressure [8] Cara 2 Berdasarkan faktor ketebalan dinding produk. Berikut adalah tabel 2.4, antara tebal dinding produk (Sw) dengan faktor ketebalan dinding produk (Fsw) : 49

46 Tabel 2.4 Faktor Ketebalan Dinding Produk (Fsw) Dengan Dinding Produk (Sw) [7] 50

47 Persamaan internal injection pressure tersebut adalah [7] : Ip = fp x Fsw...(2.15) Dimana : Ip = Internal injection pressure (kg/cm²) : fp = panjang flow path cm) Fsw = faktor ketebalan dinding produk (dari tabel). Formula empiris tersebut di atas hanya berlaku untuk : Material yang bersifat mudah mengalir seperti PS,PE,PP. Bentuk produk sederhana tanpa belokan tajam. Minimum internal injection pressure 110 kg/cm². Untuk material yang sulit mengalir, bentuk yang tidak sederhana, hasil perhitungan diatas harus dipertinggi. Tekanan injeksi yang terlalu kecil menyebabkan cavity tidak dapat terisi penuh oleh material plastik. Karena dengan menurunnya temperatur plastik, viskositas akan naik dan hambatan aliran semakin besar Waktu Penahanan Tekanan (Holding Time) Adalah waktu yang diperlukan untuk menahan tekanan sesaat setelah penginjeksian material plastik. Penahanan tekanan ini dimaksudkan agar material plastik betul-betul penuh mengisi cavity pada mould, sehingga setelah material plastik dingin dan dikeluarkan dari dalam mould menghasilkan produk yang utuh tidak berongga atau cacat. Selama berlangsungnya penahanan tekanan (holding time), valve pada silinder hidrolik dalam keadaan tertutup, sehingga tidak ada tambahan oli yang masuk untuk mendorong piston. Hal ini mengakibatkan screw yang mendorong material 51

48 akan berhenti. Perkiraan waktu penahanan tekanan diperoleh dari Joseph B. Dym, dimana penentuan waktu penahaan tekanan ini perlu mempertimbangkan beberapa hal berikut : Kerumitan bentuk produk. Ukuran produk. Ketebalan dinding produk. Untuk produk yang rumit, memiliki ukuran dan ketebalan dinding yang besar maka waktu penahanan tekanan juga semakin lama Waktu Pendinginan (Cooling Time) Adalah waktu yang diperlukan untuk mendinginkan produk sampai pada temperatur tertentu, sehingga produk dapat dikeluarkan dengan baik dari dalam mould dalam keadaan sudah padat (solid). Saluran pendingin di dalam mould harus dirancang sebaik mungkin berdasarkan pertimbangan-pertimbangan yang ada, karena saluran pendingin ini berpengaruh terhadap waktu pendinginan yang nantinya juga berpengaruh terhadap kualitas dan penampilan produk yang dibuat. Untuk menentukan lamanya waktu pendinginan tergantung dari material plastik yang digunakan dan ketebalan dinding produk yang dibuat. Besarnya waktu pendinginan ini dapat dilihat pada tabel Minimum Actual Cooling Time In Seconds [5] di lampiran. Berdasarkan hasil pengamatan di pabrik, waktu pendinginan untuk Tutup Botol ini ternyata dilakukan secara kontinyu, hal ini berkaitan dengan aliran air pendingin yang dilakukan secara terus menerus tanpa berhenti. Hal ini dilakukan agar material cepat dingin dan mempersingkat cycle time injeksi. 52

49 Mould Menbuka Setelah penginjeksian material plastik ke dalam rongga cavity dan pendinginan produk berakhir, mould membuka dan terjadi beberapa proses, yaitu : Waktu Pelepasan Runner Adalah pelepasan runner dari mould. Pelepasan runner ini terdiri dari dua bagian yaitu pelepasan runner dari female plate dan pelepasan runner dari runner lock pin. Pada umumnya pelepasan runner ini dilakukan pertama kali pada saat mould membuka. Hal ini disamping karena mould adalah afalan yang terbuang juga untuk mempermudah pelepasan runner dari mould pada temperatur yang tidak terlalu rendah. Untuk mould dengan tipe hot runner, maka tidak akan ada proses pelepasan runner dari dalam mould, karena pada mould tipe ini tidak lagi menghasilkan runner. Pada mould dengan sistem hot runner, plate yang menjadi rumah saluran runner diberi sistem heater sehingga material di dalam saluran selalu dalam keadaan leleh (melt). Kelemahan dari hot runner adalah biaya mould yang digunakan mahal dan proses pembuatannya lebih sulit Waktu Pelepasan Produk Adalah waktu yang diperlukan untuk melepaskan produk dari dalam mould. Sama halya dengan pelepasan runner, pelepasan produk dari dalam mould ini terdiri dari beberapa bagian yaitu pelepasan produk dari female plate, pelepasan produk dari insert core, pelepasan produk dari bushing core, dan terakhir waktu jatuhnya produk keluar dari dalam mould ke tempat yang tersedia. 53

50 Pada waktu produk dikeluarkan dari dalam mould harus memperhatikan temperatur produk, dimana temperatur ini tidak boleh terlalu tinggi ataupun terlalu rendah. Jika temperatur produk terlalu tinggi maka produk masih dalam keadaan leleh dan mudah terdeformasi sebaliknya apabila terlalu rendah maka produk akan kesulitan dikeluarkan dari dalam mould dan cycle time akan bertambah lama Penutupan Mould Adalah waktu yang dibutuhkan untuk mould menutup kembali setelah produk dan runner dikeluarkan dari dalam mould. Tahap ini merupakan tahap terakhir dalam satu kali cycle time dan selanjutnya penginjeksian material plastik siap dilakukan untuk siklus berikutnya. Waktu penutupan mould ini dipengaruhi oleh kecepatan mould menutup dan jarak bukaan mould yang terbuka dimana masing-masing plate jarak bukaannya tidak sama satu dengan yang lainnya sesuai dengan kebutuhan Sistem Saluran Pendingin (Cooling System) Dalam proses pencetakan produk terjadi pemindahan sejumlah kalor dari material plastik dengan temperatur tinggi ke dalam mould. Karena proses pencetakan berpusat di dalam cavity, maka pada bagian ini akan menerima material plastik panas dengan jumlah yang paling banyak dibandingkan dengan pada bagian-bagian lain, sehingga jumlah kalor yang terdapat didalam cavity juga paling banyak. Berdasarkan pada kondisi tersebut maka perhitungan kalor dan pembuangannya difokuskan pada cavity, dengan tidak mengesampingkan pertimbangan pada bagian lain. 54

51 Kalor yang dilepaskan oleh material plastik di dalam rongga cavity akan dipindahkan ke dinding cavity. Karena pemindahan kalor berlangsung terus-menerus selama proses penginjeksian, maka kalor yang diterima oleh dinding cavity makin lama makin banyak yang mengakibatkan kenaikan temperatur pada dinding cavity. Setiap kenaikan temperatur pada dinding cavity akan menghambat laju heat transfer atau perpindahan kalor. Apabila kenaikan suhu tersebut sampai pada suatu kondisi dimana temperatur dinding cavity sama dengan temperatur material plastik yang masuk cavity, maka proses perpindahan kalor tidak dapat berlangsung. Untuk mencegah terjadinya hal ini maka harus dilakukan pembuangan kalor untuk mengimbangi kenaikan suhu dinding cavity. Proses pembuangan kalor ini berpengaruh langsung pada kualitas produk yang akan dohasilkan. Karena apabila temperatur dinding cavity terlalu rendah maka akan terjadi pendinginan yang cepat (cooling rate tinggi) sehingga menimbulkan tegangan sisa pada produk, mengakibatkan produk yang dihasilkan berongga. Sedangkan jika temperatur dinding cavity terlalu tinggi maka proses pendinginan menjadi lebih lama, hal ini akan meningkatkan cycle time sehingga produktivitas akan menjadi rendah. Pembuangan kalor sebenarnya dapat dilakukan secara alami, yaitu bahwa kalor yang diterima oleh dinding cavity akan membuat ke permukaan luar dari mould akibat adanya pendinginan dari luar. Kemudian dari permukaan luar mould ini kalor akan dilepas secara konveksi dan radiasi ke lingkuan. Tetapi karena kecepatan pembuangan kalor dengan cara ini terlalu rendah dan tidak seimbang dengan kalor yang diterima, maka perlu dilakukan pembuangan kalor secara paksa. Pembuangan kalor dari dinding cavity dilakukan dengan cara membuat saluran pendingin di dekat dinding cavity, dimana di dalam saluran tersebut dialirkan air sebagai fluida pendingin. Selanjutnya 55

52 kalir yang diterima oleh dinding cavity akan disalurkan ke dinding saluran dan dibawa oleh fluida pendingin Kebutuhan Air Pendingin Perpindahan kalor akan berlangsung secara efektif apabila aliran didalam saluran pendingin berlangsung secara turbulen. Aliran air yang turbulen dapat dilihat seperti pada gambar 2.16 berikut : Gambar 2.16 Aliran Turbulen 56

53 Berikut adalah gambar 2.17 yang merupakan grafik untuk menentukan kekentalan kinematik air : Gambar 2.17 Grafik kekentalan Kinematik Air [8] 57

54 Aliran turbulen terjadi bila [8] : Re = W.d v (2.16) Dimana : Re = Renold number. W = kecepatan aliran (m/detik). d = diameter saluran (mm). v = kinematik viscosity (m²/detik). Aliran akan transisional, dimana mungkin tidak terjadi aliran turbulensi, pada 2300 Re Sehingga perhitungan diambil pada Re = 3000 ~ 6000, dimana aliran pasti akan turbulen [8]. Sehingga : W. d = Re. v W. d = (3000 ~ 6000)v (m²/detik)...(2.17) Adapun pertimbangan-pertimbangan dalam perencanaan saluran pendingin, antara lain : Kemudahan untuk mengatur dalam perencanaan saluran pendingin yang homogen. Kemudahan proses drilling saluran pendingin. Kemudahan mendapatkan mata bor, ukuran nipple, ukuran tap, dan lain-lain yang berhubungan dengan pembuatan saluran, maka diameter saluran d disalurkan ± 8 mm dan ± 11 mm. Agar aliran tetap turbulen, baik pada diameter saluran 8 mm ataupun 11 mm, maka harus disediakan kecepatan aliran air sebesar [8] : W = (3000 ~ 6000).v 0,008+0,011 ( m detik )...(2.18) 58

55 Jadi jumlah air (liter/jam) yang harus dialirkan untuk membuang kalor secara efektif adalah : M = A. W M = π 4 d². W ( m³ detik ) M = π 4 m³ detik d². W ( ) (liter). 60 ( detik m³ menit ) M = π 4 d². W ( detik menit )...(2.19) Kapasitas Potensial Air Pendingin Selama proses injeksi. Temperatur air yang mengalir dalam saluran akan naik. Akibat perpindahan panas dari produk dan dinding cavity. Δt tidaj boleh terlalu tinggi, dimana Δt adalah : Δt = tout tin...(2.20) Selisih temperatur yang terlalu tinggi pada dinding cavity akan menyebabkan internal stress pada produk yang dibuat sehingga produk akan rapuh. Proses penghanyutan kalor oleh air terjadi selama pemasukan plastik kedalam mould ditambah dengan waktu pendinginan. Sedangkan pada saat proses pengeluaran produk sampai saat mould siap diisi material lagi, kecil sekali terjadi pembuangan kalor. Kalor yang dibuang oleh aliran air pendingin harus lebih kecil dari kapasitas potensial dari aliran air pendingin. 59

56 Kapasitas potensial aliran air pendingin dapat diperoleh dari : Kp = M x Cp x T x h H...(2.21) Dimana M = kapasitas air pendingin (liter/jam). T = kenaikan temperatur air yang dikehendaki ( C). h = waktu penginjeksian dan pendinginan (detik). H = cycle time proses penginjeksian (detik). Cp = panas jenis air pendingin (kj/kg. C). Panas jenis air pendingin (Cp) dapat diperoleh dari tabel 3, Properties of Water pada lampiran. Jika kalor yang harus dibuang lebih besar daripada kapasitas potensial pendingin, maka kecepatan aliran air pendingin (W) dan atau diameter (d) diperbesar sehingga jumlah air yang dialirkan (M) naik dan aliran tetap turbulen Jumlah Kalor Yang Harus Dibuang Pengeluaran produk dari dalam mould tidak perlu menunggu sampai temperaturnya sama dengan temperatur udara luar. Tetapi berdasarkan pada temperatur tertentu dimana produk sudah cukup kuat dikeluarkan dari dalam mould. Biasanya pada temperatur 60 C atau jika mungkin bisa lebih tinggi lagi. 60

57 Kalor Yang Dilepaskan Plastik Ke Dalam Mould Jumlah kalor yang dilepas material plastik kedalam mould adalah : Qo = G x Δi x 3600 H kcal/jam...(2.22) Dimana : Qo = panas yang dilepas material plastik ke dalam mould (kcal/jam). G = berat material produk (kg). Δi = selisih entalpi pada suhu pemasukan material (tin) dengan suhu pengeluaran produk (tout), nilai i ini dapat diperoleh dari grafik entalpi pada gambar 2.18 (kcal/kg). H = cycle time proses penginjeksian (detik). Gambar 2.18 Grafik Entalpi 61

58 Kalor Yang Terbuang Secara Alami Kalor yang diterima mould sebesar Qo, sebagian dibuang secara alami (konveksi), dan sebaguan lagi akan dibuang oleh aliran air pendingin. Didasarkan pada hanyutan kalor oleh udara yang mengelilingi permukaan mould, maka besarnya kalor yang terbuang secara alami (konveksi) adalah : Q1 = α1 F (tm tu) (kcal/jam)...(2.23) Dimana : Q1 = panas yang dibuang mould secara alami ke udara (kcal/jam). F = luas permukaan mould yang berhubungan dengan udara (m 2 ). Tm = temperatur rata-rata permukaan mould ( C). Tu = temperatur udara ( C). α1 = faktor perpindahan kalor seacara konveksi antara udara dengan mould (kcal/m 2 ).jam. C). Untuk faktor perpindahan panas secara konveksi antara udara dengan mould (α1), menurut Gastrow adalah sebagai berikut : α1 = 0, tm (2.24) Jadi kalor yang harus dibuang oleh air pendingin adalah : Q2 = Q++o Q1 (kcal/jam)...(2.25) Dengan syarat Q2 < kapasitas potensial air pendingin (Kp) 62

59 Panjang Saluran Pendingin Panjang saluran pendingin dapat dicari melalui persamaan-persamaan berikut ini : Qo = Q2 + Q1...(2.26) Dimana : Qo = jumlah kalor yang harus dibuang. Q1 = kalor yang dibuang secara alami. Q2 = kalor yang dibuang secara konveksi oleh air pendingin. Sehingga kalor yang dibuang secara konveksi oleh air pendingin : Q2 = Qo Q1 (kcal/jam)...(2.25) Dimana Q2 60% didinginkan pada female plate dan 40% didinginkan pada male plate. Maka : Q2 = Q2 female + Q2 male...(2.27) Kalor yang harus dibuang secara konveksi pada female plate adalah : Q2 female = α3 x φ (t5m t3m)...(2.28) Dimana : α3 = faktor perpindahan panas dari dinding aliran ke air = 1755 (1+ 0,015 t3m) w 0,55 kcal/m2 jam C...(2.29) φ = luas permukaan saluran pendingin = π x d x 1 (m 2 )...(2.30) t3m = temperatur air rata-rata = ½ (tair masuk + tair keluar) ( C)...(2.31) T5m = temperatur rata-rata dinding saluran pendingin Jadi Q2 female = 1755 (1 + 0,015 x t3m) w 0,55 Jika M = jumlah air yang mengalir per jam (m 3 /jam). x π x d x 1 (t5m t3m)...(2.32) = π 4 x d2 x W x d 2. W...(2.19) 63

60 Maka kecepatan air W = d = diameter saluran (m). M 2830 d² m/jam. Sehingga panjang saluran air 1 yang diperlukan : 1 = Q2 female x d 3,53 (1+0,015.t3m)x M (t5m t3m) (m)...(2.33) Lay Out Saluran Pendingin ( C). Ada dua macam lay out saluran pendingin, yaitu saluran pendingin seri dan saluran pendingin pararel. Berikut adalah layout saluran pendingin : Gambar 2.19 Saluran Pendingin Seri 64

61 Gambar 2.20 saluran Pendingin Pararel 65