5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 PENDAHULUAN Proses ekstrusi dimulai dengan memasukan bahan baku, seperti pellet plastik dan serpihan plastik ke dalam hopper. Kemudian butiran plastik disampaikan maju dengan screw yang berputar melalui barrel yang dipanaskan. Pada saat bahan plastik melewati saluran screw, secara bertahap plastik dipanaskan dan meleleh oleh panas geser yang dihasilkan oleh sekrup berputar, serta yang dilakukan dari pemanas di sekitar barrel menggunakan panas bantuan (T. Alfery, 2011). 2.2 PRINSIP KERJA MESIN EXTRUSI (EXSTRUDER) Ekstrusi adalah proses yang berkesinambungan selama bahan baku plastik meleleh dan dibentuk menjadi panjang terus menerus dari produk plastik dengan profil konstan crosssectional, dan produk kemudian dapat dipotong menjadi panjang yang diinginkan oleh peralatan pemotong (cruser). Ekstruder yang biasanya tersedia dipasaran adalah dari jenis ekstruder ulir tunggal (single screw extruder/sse) dan ekstruder ulir ganda (twin /TSE) yang dapat digunakan secara luas pada produksi bahan-bahan makanan komersial. Model twin screw extruder (TSE) lebih sering dipilih oleh perusahaan-perusahaan pengolah makanan. Model ini
6 merupakan pilihan yang tepat untuk melakukan diversifikasi jenis-jenis makanan, dikarenakan kemampuannya yang baik dalam mengatur daya tekan mekanis dan daya giling efektif pada adonan di dalam selubung mesin ekstruder (barrel) (Baianu, 1992). 2.3 KOMPONEN UTAMA MESIN EKSTRUSI (EXTRUDER) Secara global, cara kerja dari mesin extrusi ini hampir sama dengan mesin injection molding. hanya saja perbedaanya tipis sekali, kalau pada mesin injection molding mesin injection dalam mencetak satu persatu dan cetakannya berpisah dengan tabung screwnya, sedangkan pada mesin ekstrusi dalam mencetak biasanya akan berkesinambungan dan hasilnya akan di potong oleh pisau agar menjadi butiran atau pellet plastik agar mudah dalam pengemasannya. Berikut adalah komponen utama yang harus diperhatikan dalam merancang mesin ekstrusi: Screw Mekanisme screw membuat perpindahan panas yang relative cepat antara barrel yang panas dan material plastik dingin. Pada saat berputar, material dari hopper tertarik mengisi saluran screw dan didorong menuju kea rah nozzle. Agar jalanya material menjadi lancer, permukaan screw harus lebih halus dari barrel. Barrel Barrel sudah menjadi satu-kesatuan dengan screw, selain sebagai wadah pengaduk barrel juga sebagai penghantar panas heater yang terpasang pada dinding barrel. Dies Setiap keluaran pencetakan pada mesin ekstrusi, dies bermacam-macam jenis dan bentuknya. Tergantung pengaplikasiannya dalam percetakan.
7 Elemen pemanas (Heater) Elemen pemanas adalah komponen yang menghasilkan panas untuk pemprosesan plastik pada mesin ekstrusi ini. Elemen ini terdiri dari tiga buah dan dipasang pada barrel. Elemen ini diletakan pada bagian pengumpan (feed section), penekan (compression section) dan bagian pengaduk (metering section).untuk pengaturan temperature proses plastinisasi, elemen pemanas ini dihubungkan ke box control temperatur (thermokopel). Motor Listrik Dalam hal penggerak ini kita bisa menggunakan berbagai macam pilihan yakni bisa menggunakan motor listrik atau bisa juga menggunakan mesin diesel, atau bisa juga menggunakan motor bensin, dari masing-masing motor penggerak ini mempunyai kelebihan dan juga mempunyai kekurangan. Fungsinya adalah untuk memutar screw agar plastik yang melumer bisa terdorong menuju ke arah cetakan. Gear box Fungsinya untuk mengubah putaran tinggi yang dihasilkan oleh motor listrik / mesin diesel menjadi putaran lambat namun lebih kuat. Untuk gearbox sendiri ada berbagai macam type, untuk masing-masing type bisa dibedakan dengan ukurannya seperti misalnya type -60 lebih kecil daripada gearbox yang berukuran type-80. Gambar.2.1. Mesin Induk ( Master Engineering )
8 2.4 TAHAP TAHAP DALAM PROSES EKSTRUSI Proses pengolahan ekstrusi dibagi menjadi tiga tahap yaitu pra-ekstrusi, ekstrusi dan tahap setelah ekstrusi (post-extrusion). Tahap pra-ekstrusi, plumeran dan melting. Tahap ekstrusi, mesin yang digunakan ialah berbagai jenis ekstruder dan beragam aksesorisnya sesuai kebutuhan pengolah. Produk yang keluar dari tahap ini disebut ekstrudat dan tergantung dari kebutuhan kita atau jenis ekstruder yang digunakan, ekstrudat ini dapat merupakan produk akhir ekstrusi ataupun juga produk yang harus diolah lagi lebih lanjut. Tahap setelah ekstrusi (post-extrusion). Mesin yang tersedia untuk proses ini ialah mesin pengering dan pendingin yang semuannya disesuaikan dengan kebutuhan pengolah. Sebagai akibat dari perkembangan teknologi di bidang ekstrusi yang pesat akhir-akhir ini, maka selain dapat berfungsi sendiri terpisah dari ekstruder, mesin-mesin tersebut juga dapat dipasangkan pada ekstruder. 2.5 SISTEM KERJA MESIN Sistem kerja mesin ini menjadi 3 bagian yaitu: 1. Pemanasan atau pelumeran. Pemanasan atau pelumeran adalah dengan cara menampung cacahan plastik kedalam hopper, yang di dalamnya telah di aliri panas oleh heater yang terpasang di sekeliling dinding hopper. Panas yang di aplikasikan untuk pelumeran adalah 200 C di atas titik cair plastik Polypropylene (PP) yaitu 150-180 C. Tujuannya agar plastik melumer dengan sempurna.
9 2. Pengadukan. Pengadukan dalam mesin ini menggunakan screw yang di putar oleh motor, tujuan pengadukan adalah agar plastik tidak menggumpal dan mudah saat keluar melalui cetakan. 3. Pencetakan. Pencetakan bertujuan agar lebih mempermudah pengemasan, Sistem cetakan pada mesin sangat sederhana, Plastik yang melumer di dalam bareel di aduk dan di dorong oleh screw dan keluar melalui mulut bareel yang terpasang dies (cetakan). Bentuk hasil cetakannya berupa seperti pasta. 2.6 LANDASAN TEORI 2.6.1 Sifat Termal Plastik Bahan Plastik Pengetahuan sifat thermal dari berbagai jenis plastik sangat penting dalam proses pembuatan dan daur ulang plastik. Sifat-sifat thermal yang penting adalah titik lebur (Tm), temperatur transisi (Tg) dan temperatur dekomposisi. Temperatur transisi adalah temperatur di mana plastik mengalami perengganan struktur sehingga terjadi perubahan dari kondisi kaku menjadi lebih fleksibel. Di atas titik lebur, plastik mengalami pembesaran volume sehingga molekul bergerak lebih bebas yang ditandai dengan peningkatan kelenturannya. Temperatur lebur adalah temperatur di mana plastik mulai melunak dan berubah menjadi cair. Temperatur dekomposisi merupakan batasan dari proses pencairan. Jika suhu dinaikkan di atas temperatur lebur, plastik akan mudah mengalir dan struktur akan mengalami dekomposisi. Dekomposisi terjadi karena energi thermal melampaui energi yang mengikat rantai molekul. Secara umum polimer akan mengalami dekomposisi pada suhu di atas 1,5 kali dari temperatur transisinya. Data sifat termal yang penting pada proses daur ulang plastik bisa dilihat pada tabel berikut:
10 Tabel 2.1 Data Temperatur Transisi Dan Temperatur Lebur Plastik Jenis Bahan Tm (ºC) Tg (ºC) Temperatur kerja maks. (ºC) PP 168-175 -20 81 100 HDPE 130-137 59 110 LDPE 98-115 -25 100 220 PA 260 50 100 PET 245-265 73 80 65 ABS 110 85 PS 74 105 50 85 PMMA 85 105 50 90 PC 150 246 PVC 75 105 85 100 2.6.2 Sifat sifat Material Plastik 1) Polypropylene ( PP ) - Density/massa jenis ( 70 0 F ) : 0.9 gr - Massa jenis rendah - ketahanan temperatur sampai 110 0 C - Mengambang di air - PP tahan terhadap asam dan basa organik lemah, alkohol, Oli, deterjen. - Kalau dibakar, kecepatannya slow berbau diesel dengan warna nyala api Blue biru dengan ujung Yellow kuning. - Material ulet, permukaan licin tidak bisa di cat / plating dan ditempeli sticker. - Mudah deformasi saat di eject di moldnya. - Temp proses melt (melebur) : 420-520 0 F - Temp proses molding (pencetakan) : 60-150 0 F c
11 - Contoh aplikasinya : bagian dalam mesin cucu pakaian, rumah pompa, kontainer, koper, mainan, dll 2) Polvinly Chloride ( PVC ) - PVC tahan terhadap Asam, basa, alkohol, grease, bensin. - PVC tidak tahan terhadap perubahan cuaca. - kalau dibakar, kecepatannya lambat berbau hydrochloric dengan warna nyala api kuning dengan tepian api berwarna hijau. - Material U PVC ( Hard PVC ) : rigid dan keras, tahan terhadap larutan kimia tinggi - Material P PVC ( Soft PVC ) : Ulet, fleksibel - Density/ massa jenis : 1.29-1.44 gr 3 - tenggelam dalam air. - Temp proses Injeksi : 180-210 0 C - Temp Proses Blow : 180-210 0 C - Temp Proses ekstrusi : 170-200 0 C - Penggunaan PVC : Hard PVC : Pipa saluran air, Botol, Fitting, - Soft PVC : Seal / penyekat, Kaki boneka, selang. cm 3) Polyacetal / Polyoxymethylene ( POM ) - Kalau dibakar, kecepatannya slow berbau asam cuka (tajam menyengat) dengan warna nyala api kuning dengan letupan. Berjelaga dan berasap hitam. - Tahan terhadap temperature. - Daya serap air rendah. - Material : keras, ulet. - Density/massa jenis : 1.42 gr 3 Tenggelam dalam air. - Temp proses Injeksi : 200-210 0 C. - Temp Proses Blow : 180 0 C. - Temp Proses ekstrusi : 180-190 0 C. - Penggunaan : Roda gigi/ gear, baut, mur, roda. cm
12 4) Polyethylene ( PE ) - Density ( 70 0 F ) : 0.94 gr 3- Mengambang dalam air. cm - Kalau dibakar, kecepatannya fast berbau parafin dengan warna nyala api biru dengan ujungnya kuning. Melebur. - Material Ulet. - Isolasi yang sangat baik - PE tahan terhadap : asam, basa, larutan garam, air, alcohol. - Density / massa jenis : 0.92-0.955 gr cm 3-. - Temp proses Injeksi : LDPE : 160-260 0 C, HDPE : 200-280 0 C. - Temp Proses Blow : LDPE : 140 0 C, HDPE : 160-190 0 C. - Temp Proses ekstrusi : LDPE : 140 0 C, HDPE : 180-250 0 C. - Penggunaan : Isolasi kawat dan kabel, pipa pemanas, tempat botol (krat), box baterai. 2.6.3 Temperatur Parameter kunci pada proses Extrude molding adalah temperature leleh (mencair) dan temperature di dalam cetakan. Efektivitas biaya dipengaruhi dari waktu yang dihabiskan untuk siklus yang meliputi injeksi, pendinginan, dan pergerakan dari unit klem (Neculaidan Cătălin,2010). Daftar temperature proses yang direkomendasikan untuk termoplastik dan elastomer termoplastik ditunjukkan pada Table 2.1 (halaman 10 dan 11) buku Johannaber, 1997. Data yang ditunjukkan merupakan pengaturan temperatur untuk daerah pemanasan pada plasticating unit dari mesin extrude molding, serta untuk pengaturan temperature pada nozzle dan suhu pendinginan pada cetakan. Besarnya temperatur untuk melelehkan material termoplastik berkisar dari yang terendah sebesar 130 C sampai yang tertinggi sebesar 400 C.
13 2.6.4 Kecepatan Ekstrusi Dalam menentukan output scrwe tergantung desainner dari pihak pembuat screwnya. Dalam proses desain bisa terjadi keberhasilan dan kegagalan tergantung dari ujicoba yang dilakukan pihak pemesan. 2.6.5 Pemanas Elektrik Besarnya daya heater tergantung dari jenis material yang akan dipanaskan, massa benda yang akan dipanaskan, dan waktu yang ingin ditempuh dalam mencapai temperatur tertentu. Untuk menentukan besarnya daya heater nantinya, menggunakan rumusan dari produsen heater sebagai berikut: Q = m x c x T 860 x t x ɳ (2.1) Dimana: Q : Daya heater, kwatt C : Kalor jenis material yang dipatahkan kc kg m : Massa bareel ( kg ) Δ : Kenaikan suhu ( C ) T : Waktu pemanasan ( jam ) ɳ : Efisiensi, 0,1 0,5
14 2.6.6 Kalor Kalor adalah sesuatu yang dipindahkan diantara sebuah sistem dan sekelilingnya sebagai akibat dari hanya perbedaan temperatur. Konsep kalor sebagai sebuah zat yang jumlah seluruhnya tetap konstan akhirnya tidak mendapat dukungan eksperimen (Wiley, 1978). Rumus untuk menghitung jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikan temperatur atau merubah temperatur adalah sebagai berikut: Q = m.c. T (2.2) Dimana: Q m c T : Jumlah kalor yang diserap atau dilepas (J) : Massa zat (kg) : Kalor jenis Zat ( J kg ) : Perubahan Temperatur (Temperatur awal - Temperatur kedua)
15 Tabel 2.2 Kalor Jenis Material 2.6.7 Daya Penggerak Pada saat proses molding, terdapat gaya ( F ) yang dibutuhkan untuk mendorong material plastik dan ada juga pergerakan ( v) dari elemen pendorong. Maka dari kondisi ini dapat diketahui daya ( P power ) yang dibutuhkan pada saat ekstrusi. Karena direncanakan untuk mengganti piston dengan motor sebagai unit pendorong, makan daya ini nanti akan dibutuhkan untuk pertimbangan pemilihan motor.