PENGARUH VARIASI CAMPURAN DAN TEMPERATUR POLYPROPYLENE, POLYETHYLENE, DAN POLYSTYRENE PADA PROSES PLASTIC MOLDING

Transkripsi

1 PENGARUH VARIASI CAMPURAN DAN TEMPERATUR POLYPROPYLENE, POLYETHYLENE, DAN POLYSTYRENE PADA PROSES PLASTIC MOLDING SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik ] YASSER ARAFAT NIM DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2010 i

2 ii

3 iii

4 iv

5 v

6 vi

7 KATA PENGANTAR Puji dan syukur kita panjatkan kehadirat Allah SWT, 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 Proses Produksi Non Logam, yaitu Pengaruh Variasi Campuran Dan Temperatur Polypropylene, Polyethylene, Dan Polystyrene Pada Proses Plastic 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 Ir. Awaluddin Thayab, M.Sc dan Bapak Dr. Ing. Ikhwansyah Isranuri selaku dosen penguji I dan II. 3. Bapak Dr. Ing. Ikhwansyah Isranuri dan Bapak Ir. M. Syahril Gultom, MT, selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU. 4. Bapak Ir. Suparmin, MT, Bapak Surya Darma, dan Bapak Trimo dari Politeknik Negeri Medan yang telah berkenan membantu penulis dalam pembutan spesimen dan pengujian tarik. 5. Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU. vii

8 6. Orangtua tercinta dan adik adik yang saya sayangi (Nurul dan Adek) atas doa yang selalu menyertai saya dalam menyelesaikan pendidikan ini. 7. Kepada teman-teman mahasiswa teknik mesin khususnya stambuk 2006 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, Desember 2010 Penulis, Yasser Arafat viii

9 ABSTRAK Dewasa ini, pemakaian barang-barang yang terbuat dari bahan baku plastik semakin meningkat. Hal ini dikarenakan plastik mempunyai banyak kelebihankelebihan yang mulai diperhitungkan oleh masyarakat. Keunggulan plastik pada umumnya adalah lebih efisien dibandingkan penggunaan logam atau kayu dan juga proses pengerjaannya yang relatif sederhana. Selain efisien, plastik juga lebih ringan, lebih murah dan mudah dibentuk. Salah satu proses yang digunakan untuk membuat produk dari bahan baku plastik adalah proses plastic molding. Salah satu faktor yang mempengaruhi kualitas suatu produk pada proses plastik molding yaitu komposisi bahan baku plastik. Hal inilah yang mendasari sehingga penulis melakukan penelitian pengaruh variasi komposisi dan temperatur bahan baku plastik pada proses injection molding dan compression molding dengan bahan baku. Campuran polyethylene (PE), polypropylene (PP), polystyrene (PS) dengan komposisi masing masing 55%, 35%, 10% dicetak dengan proses injeksi molding. Suhu injeksi yang digunakan adalah 150 o C, 175 o C, dan 200 o C. Dari pengujian tarik yang dilakukan diperoleh kekuatan tarik (tensile strength) masing masing temperatur berturut turut sebesar 14,39 MPa, 12,44 MPa, dan 6,09 MPa. Terjadi penyusutan yang sangat besar terutama pada temperatur 200 o C. Campuran antara polyethylene (PE) dan polystyrene (PS) dengan komposisi 75%PE : 25%PS, 50%PE : 50%PS, dan 25%PE : 75%PS dicetak dengan proses compression molding. Suhu injeksi yang digunakan adalah 135 o C. Dari pengujian tarik yang dilakukan diperoleh kekuatan tarik (tensile strength) untuk masing masing campuran berturut turut sebesar 26,77 MPa, 20,52 MPa, dan 29,15 MPa. Ketiga spesimen memiliki sifat yang sama, yaitu keras dan getas/rapuh. Secara keseluruhan pada spesimen terbentuk buble yang menurunkan sifat mekaniknya. Penyusutan (shrinkage) yang terjadi sangat kecil. Kata kunci : polypropylene, polyethylene, polystyrene, injection molding, compression molding, tensile strength, shrinkage ix

10 DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL... i LEMBAR PENGESAHAN HASIL SIDANG... ii LEMBAR PENGESAHAN HASIL SEMINAR... iii LEMBARAN PENGESAHAN DARI PEMBIMBING... iv SPESIFIKASI TUGAS... v LEMBARAN ASISTENSI... vi KATA PENGANTAR... vii ABSTRAK... ix DAFTAR ISI... x DAFTAR TABEL... xii DAFTAR GAMBAR... xiii BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Batasan Masalah Tujuan dan Manfaat Tujuan Manfaat Sistematika Penulisan... 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Teknologi Pemrosesan Plastik Defenisi Polymer Sifat Mekanik Polimer Pemanfaatan Polimer Bahan Baku Pengujian Sifat Mekanis Pencampuran x

11 2.8. Jenis Jenis Mesin Plastik Molding Parameter Proses Injection Molding BAB III METODOLOGI 3.1. Tahapan Penelitian Alat dan Bahan Alat Bahan Pembuatan Spesimen BAB IV DATA DAN ANALISA 4.1. Spesimen Campuran 55%PP 35%PE 10%PS Sifat Mekanik Sifat Mekanik Spesimen Temperatur 150 o C Sifat Mekanik Spesimen Temperatur 175 o C Sifat Mekanik Spesimen Temperatur 200 o C Sifat Fisik Penyusutan (Shrinkage) Pada Spesimen Spesimen Campuran PE : PS Analisa Visual Spesimen Hasil Uji Mekanik Spesimen Hasil Uji Mikrostruktur Spesimen Penyusutan (Shrinkage) Pada Spesimen BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN xi

12 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Sifat Mekanis Polimer 18 Tabel 3.1 Bahan Baku dan Karakteristiknya 49 Tabel 4.1 Data Hasil Uji Tarik/Uji Mulur Spesimen 52 Tabel 4.2 Sifat Mekanik Spesimen Temperatur 150 o C 54 Tabel 4.3 Sifat Mekanik Spesimen Temperatur 175 o C 55 Tabel 4.4 Sifat Mekanik Spesimen Temperatur 200 o C 57 Tabel 4.5 Sifat Mekanik Spesimen Rata Rata 59 Tabel 4.6 Dimensi Spesimen Setelah Pencetakan 61 Tabel 4.7 Penyusutan (Shrinkage) Pada Spesimen 62 Tabel 4.8 Data Hasil Uji Tarik/Uji Mulur Spesimen 65 Tabel 4.9. Sifat Mekanik Spesimen 67 Tabel 4.10 Sifat Mekanik Spesimen Rata Rata 69 Tabel 4.11 Dimensi Spesimen Setelah Pencetakan 76 Tabel 4.12 Penyusutan (Shrinkage) Pada Spesimen 77 xii

13 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Klasifikasi Polimer 7 Gambar 2.2 Sifat Material Kurva Tegangan Regangan Thermoplastik 20 Gambar 2.3 Proses pencampuran pada mesin Two Roll Mill 23 Gambar 2.4 Proses Pencampuran pada Internal Mixer 23 Gambar 2.5 Unit Mesin Injection Moulding 25 Gambar 2.6 Proses Injection Molding 26 Gambar 2.7 Waktu Siklus 27 Gambar 2.8 Proses Pengisian Butiran Plastik 29 Gambar 2.9 Proses Pemanasan Butiran Plastik 29 Gambar 2.10 Proses Peniupan Udara 30 Gambar 2.11 Proses Pengeluaran Produk 30 Gambar 2.12 Metode Compression Molding 31 Gambar 2.13 Metode Extrusion Molding 32 Gambar 2.14 Pemanasan Plastik 33 Gambar 2.15 Proses Pencetakan 33 Gambar 2.16 Proses Pengeluaran Produk 34 Gambar 2.17 Produk Yang Dihasilkan dengan Extrution Molding 34 Gambar 2.19 Metode Rotational Molding 35 Gambar 2.20 Metode Calendering 36 Gambar 3.1 Skema Tahapan Penelitian 39 Gambar 3.2 Internal Mixer 40 Gambar 3.3 Mesin Plastic Injection Molding 42 Gambar 3.4 Cetakan Spesimen Uji Tarik DIN 43 Gambar 3.5 Compression Molding 44 Gambar 3.6 Dimensi Specimen Uji Tarik Standard ASTM 44 Gambar 3.7 Mesin Uji Tarik 45 xiii

14 Gambar 3.8 Mikroskop RaxVision 3 48 Gambar 3.9 Bahan Baku 49 Gambar 4.1 Spesimen 150 o C setelah pengujian tarik 51 Gambar 4.2 Spesimen 175 o C setelah pengujian tarik 51 Gambar 4.3 Spesimen 200 o C setelah pengujian tarik 52 Gambar 4.4 Grafik Stress Strain Spesimen 150 o C 54 Gambar 4.5 Grafik Stress Strain Spesimen 175 o C 56 Gambar 4.6 Grafik Stress Strain Spesimen 200 o C 57 Gambar 4.7 Grafik Temperatur Leleh vs Stress 60 Gambar 4.8 Grafik Temperratur Leleh vs % Shrinkage 63 Gambar 4.9 Spesimen 75% PE : 25% PS 64 Gambar 4.10 Spesimen 50% PE : 50% PS 64 Gambar 4.11 Spesimen 25% PE : 75% PS 65 Gambar 4.12 Spesimen Setelah Pengujian Tarik 70 Gambar 4.13 Kurva Tegangan Regangan Spesimen 71 Gambar 4.14 Grafik Komposisi vs Stress 72 Gambar 4.15 Mikrostruktur Spesimen 75%PE : 25%PS 73 Gambar 4.16 Mikrostruktur Spesimen 50%PE : 50%PS 74 Gambar 4.17 Mikrostruktur Spesimen 25%PE : 75%PS 75 Gambar 4.18 Grafik Komposisi vs % Shrinkage 77 xiv