STUDI SIFAT MEKANIK CAMPURAN POLYPROPYLENE (PP) POLYETHYLENE (PE) DAN ALUMUNIUM POWDER(AL)MENGGUNAKAN MESIN MIXER SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik SYUGITO NIM. 110401037 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2015
STUDI SIFAT MEKANIK CAMPURAN POLYPROPYLENE (PP), POLYETHYLENE (PE), DAN ALUMUNIUM POWDER (AL) MENGGUNAKAN MESIN MIXER SYUGITO NIM : 110401037 Disetujui Oleh: Dosen Pembimbing Ir. Alfian Hamsi, MSc NIP. 19560910198701001
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN AGENDA : 2284 /TS/2015 FAKULTAS TEKNIK USU DITERIMA TGL : 24 Agustus 2015 MEDAN PARAF: TUGAS SARJANA NAMA : SYUGITO NIM : 1100401037 MATA KULIAH : PROSES PRODUKSI SPESIFIKASI : KAJIAN STUDI SIFAT MEKANIK CAMPURAN POLYPROPYLENE (PP), POLYETHYLENE (PE), DAN ALUMINIUM POWDER (AL) MENGGUNAKAN MESIN MIXER. DIBERIKAN TANGGAL : 24 AGUSTUS 2015 SELESAI TANGGAL : 27 NOVEMBER 2015 MEDAN, 01 Desember 2015 DOSEN PEMBIMBING, Ir. Alfian Hamsi, MSc NIP. 19560910198701001
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK USU MEDAN KARTU BIMBINGAN TUGAS SARJANA MAHASISWA NO : 2284/TS/2015 Sub. Program studi : Proses Produksi Bidang Tugas : Proses Produksi Judul Tugas : STUDI SIFAT MEKANIK POLYPROPYLENE (PP), POLYETHYLENE (PE), DAN ALUMINIUM POWDER (AL) MENGGUNAKAN MESIN MIXER. Diberikan Tanggal : 24 Agustus 2015 Selesai Tgl : 27 November 2015 Dosen Pembimbing : Ir. Alfian Hamsi, M.Sc Nama Mhs : Syugito ` N.I.M : 110401037 Catatan : 1. Kartu ini harus diperlihatkan kepada Dosen Pembimbing setiap asistensi. 2. Kartu ini harus dijaga bersih dan rapi. 3. Kartu ini harus dikembalikan ke departemen, Bila kegiatan asistensi telah selesai.
STUDI SIFAT MEKANIK CAMPURAN POLYPROPYLENE (PP), POLYETHYLENE (PE), DAN ALUMINIUM POWDER (AL) MENGGUNAKAN MESIN MIXER SYUGITO NIM : 110401037 Telah Diperiksa dan Disetujui Dari Hasil Seminar Skripsi Periode ke 828 pada Tanggal 8 Desember 2015 Disetujui Oleh: Dosen Pembanding II, Suprianto,ST.MT NIP. 197909082008121001
STUDI SIFAT MEKANIK CAMPURAN POLYPROPYLENE (PP), POLYETHYLENE (PE), DAN ALUMINIUM POWDER (AL) MENGGUNAKAN MESIN MIXER SYUGITO NIM : 110401037 Telah Diperiksa dan Disetujui Dari Hasil Seminar Skripsi Periode ke 828 pada Tanggal 8 Desember 2015 Disetujui Oleh: Pembimbing Ir. Alfian Hamsi, MSc NIP. 19560910198701001
ABSTRAK Mesin mixer merupakan peralatan yang sangat penting yang digunakan pada proses percampuran dua atau lebih material dalam suatu industri yang berbahan dasar Thermoplastik dan serbuk (powder). Proses percampuran dimaksudkan untuk mendapatkan suatu campuraan yang homogen dari beberapa jenis material. Sampai saat ini mesin mixer untuk mencampur bahan-bahan thermoplastik dan serbuk belum tersedia di laboratorium Teknik Mesin Fakultas Teknik USU sedangkan kegunaannya mutlak diperlukan untuk penelitian-penelitian mahasiswa S1, S2 dan dan S3. Penelitian ini bertujuan untuk mendesain, pembutan mesin mixer serta pengujian pengaruh variasi komposisi dan putaran terhadap kehomogenan dan sifat mekanis campuran Polypropylene(PP), Polyethylene(PE) dan Alumunium powder (AL). Pengujian dilakukan menggunakan mikroskop optik dan foto makro untuk melihat homogenan campuran dan pengujian tarik untuk melihat kekuatan campuran.pengujian juga di lakukan dengan simulasi autodesk moldflow adviser untuk membandingkan proses fill time dan air traps dengan proses manual hidrolic hot press. Hasil pengujian mesin diperoleh bahwa mesin mixer dapat dioperasikan dengan variasi putaran 52, 100, 144 Rpm dan temperatur 160 0 C, 170 0 C, 180 0 C. Hasil pengujian tarik variasi komposisi yang paling optimum adalah polypropylene 78%, Polyethylen 20% dan Alumunium 2% pada putaran 52 rpm,temperatur 150 0 C di peroleh nilai tegangan tarik 20,92 N/mm 2.untuk variasi putaran dan temperatur paling optimum terdapat pada putaran 100 rpm,temperatur 160 0 C di peroleh tegangan tarik optimum sebesar 17,91 N/mm 2.Hasil simulasi autodesk modflow adviser pada proses Fill time selama 6 detik sedangkan pada proses manual hidrolic hot press waktu yang di capai selama 10 detik. dan pada hasil simulasi air traps terjadi pada ujung bagian bawah sampel,sedangkan pada manual hirolic hot press terjadi pada bagian leher,tengah dan ujung sampel. Kata kunci : mixer,temperatur, putaran, polypropylene, Polyethylene Alumunium powder dan Autodesk mudflow adviser. i
ABSTRACT Mixer is a very important equipment used on process of mixing two or more materials for industrial-based thermoplastics and powder (powder). Mixing process is intended to obtain a homogeneous mixing of several types of material. Until now the machine mixer for mixing thermoplastic materials and powders has not yet available in the laboratory of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering USU while its needed is absolutely necessary for research students of graduate and part graduate. This research aims to design, manufacture and testing mixer engine variations influence the composition and speed of the homogeneity and mechanical properties of a mixture of Polypropylene(PP), Polyethylene(PE) and Aluminum(AL). Tests carried out using an optical microscope and a macro photo to see the homogeneity of the mixture and the tensile test for the strength of the mixture. testing is also done with Autodesk Moldflow simulation adviser to compare the fill time and air traps with manual processes hidrolic hot press The test results showed that the mixer machine may operate with a variety of speed 52, 100, 144 rpm and a temperature of 160 0 C, 170 0 C, 180 0 C. The results of tensile testing optimum composition variation is 78% polypropylene, polyethylen 20% and 2% aluminum on 52 rpm, temperature of 150 0 C obtained tensile stress value of 20.92 N/ mm 2.finally the conclusion for optimum speed variation found on 100 rpm, the temperature of 160 0 C in obtaining optimum tension of 17.91 N / mm 2. Autodesk Moldflow simulation results Fill time adviser on the process for 6 seconds while the manual process hidrolic hot press time achieved for 10 seconds. and in the simulation of air traps occur at the lower end of the sample, while in the hot press manual hirolic occur on the neck, middle and end of the sample. Keywords : mixer, temperature, speed, polypropylene, polyethylene aluminum powder and autodesk moldflow adviser. ii
KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Allah SWT atas karunia-nya sehingga penulis bisa menyelesaikan skripsi ini. Skripsi adalah salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan dan memperoleh gelar Sarjana Teknik di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik,. Adapun judul skripsi yang penulis kerjakan ini adalah. Studi Sifat Mekanik campuran Polypropylene (PP),Polyethylene (PE) dan Alumunium Powder (AL) Menggunakan Mesin Mixer Pada kesempatan ini penulis juga mengucapkan terima kasih yang sebesar besarnya kepada pihak yang telah memberikan bantuan dan bimbingannya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan yaitu: 1. Allah SWT, untuk kesehatan jasmani dan rohani sehingga penulis dapat melaksanakan dan menyelesaikan laporan tugas akhir dengan baik. 2. Orang tua dan keluarga besar, Ayahanda Khonut dan Ibunda Asnawati Simatupang yang telah memberikan dukungan dan doa, semangat juga materi kepada penulis untuk dapat mengikuti pendidikan di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik,. 3. Bapak Dr.Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri, selaku Ketua Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik,. 4. Bapak Ir. Alfian Hamsi MSc, selaku dosen pembimbing yang telah menyediakan waktu, tenaga dan pikiran untuk mengarahkan penulis dalam menyusun skripsi ini. 5. Bapak/Ibu staff pengajar di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik,. iii
6. Laboran Laboratorium Politeknik medan, yang telah banyak memberikan arahan kepada penulis selama pengujian berlangsung. 7. Teman-teman Asisten Laboratorium Teknologi Mekanik Departemen Teknik Mesin,, yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu, yang telah memberikan masukan serta semangat kepada penulis. 8. Teman-teman stambuk 2011 dan seluruh pihak yang telah banyak membantu dalam Skripsi ini. Akhir kata, semoga ALLAH SWT berkenan membalas segala kebaikan semua pihak yang telah membantu penulis. Penulis mengaharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun agar laporan ini menjadi lebih baik dan bermanfaat bagi semua pihak yang membacanya. Medan, 03 Desember 2015 Hormat kami, Penulis SYUGITO NIM.110401037 iv
DAFTAR ISI ABSTRAK...i KATA PENGANTAR...iii DAFTAR ISI...v DAFTAR GAMBAR...viii DAFTAR TABEL...x DAFTAR NOTASI...xi BAB I PENDAHULUAN...1 1.1 Latar Belakang 1...1 1.1 Batasan Masalah...2 1.2 Tujuan Penelitian...3 1.3 Manfaat Penelitian...3 1.4 Metodologi Penulisan...3 1.5 Sistematika Penulisan...4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA...6 2.1 Mesin Mixer...6 2.2 Pengertian Pencampuran...7 2.2.1 Jenis-Jenis Pencampuran... 7 2.2.2 Jenis-Jenis Peralatan Pencampuran.... 8 2.3 Elemen Pemanas...11 2.4 Pengertian Plastik...12 2.4.1 Karakteristik Plastik...13 2.4.2 Bahan Dasar Pembuatan Plastik...13 2.4.3 Keuntungan Dan Kelemahan Bahan Plastik...16 2.5 Alumunium...17 2.5.1 Sifat fisik alumunium...18 2.5.2 Sifat Mekanik Alumunium...19 2.5.3 Kekuatan Tensil...19 2.5.4 Kekerasan...20 2.5.5 Ductility...20 2.6 Karakteristik...21 v
2.6.1 Tegangan (Stress) 21 2.6.2 Regangan (Strain).. 22 2.7 Autodesk Simulation Moldflow 23 2.7.1 Analisis Autodesk Simulation Moldflow Adviser. 23 BAB III METODE PENELITIAN. 24 3.1 Diagram Alir Proses Penelitian 24 3.2 Waktu Dan Tempat Penelitian...25 3.3 Alat Dan Bahan...24 3.2.1 Alat...24 3.2.2 Bahan...30 3.4 Metode Pengumpulan Data... 31 3.5 Prosedur Pencampuran Untuk Variasi Komposisi,Variasi Putaran Dan Temperatur... 32 3.6 Prosedur Pencetakan Sampel Uji Tarik Dan Pengujian Tarik... 34 3.7 Prosedur Simulasi 35 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN...39 4.1 Hasil Uji coba Peralatan Mixer. 39 4.2 Hasil Pengujian Variasi Komposisi.. 40 4.2.1 Tabel Hasil Pengujian Tarik Variasi Komposisi. 40 4.2.2 Grafik Hasil Pengujian Tarik Variasi Komposisi. 42 4.2.3 Hasil Injeksi dan Pengujian tarik Variasi Komposisi.. 43 4.2.4 Hasil Foto Makro Untuk Sampel Variasi Komposisi Pencampuran 45 4.2.5 Hasil foto Mikro Untuk Sampel Variasi Komposisi Pencampuran 46 4.3 Hasil Pengujian Variasi Putaran Dan Temperatur... 47 4.3.1 Tabel Hasil Pengujian Tarik Variasi Komposis... 47 4.3.2 Grafik Hasil Pengujian Tarik Variasi Putaran Dan Temperatur... 49 4.3.3 Hasil Injeksi Dan Pengujian Tarik Variasi Putaran Dan Temperatur... 50 4.3.4 Hasil Foto Makro Untuk Sampel Variasi Putaran vi
Dan Temperatur... 53 4.3.4 Hasil Foto Mikro Untuk Sampel Variasi Putaran Dan Temperatur.. 54 4.4 Grafik Hasil Kekuatan Tarik Untuk Sampel Variasi Putaran Dan Temperatur Dengan Polypropylene Murni... 55 4.5 Hasil Simulasi Autodesk Moldflow Adviser 56 4.5.1 Fill Time.. 56 4.5.1 Air Traps... 57 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 59 5.1 Kesimpulan...59 5.2 Saran...60 DAFTAR PUSTAKA xii LAMPIRAN vii
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Dry Blending...9 Gambar 2.2 High Shear Mixer...9 Gambar 2.3 Ultra High Shear Mixing. 10 Gambar 2.4 High Viscosity Batch Mixing 10 Gambar 2.5 Double Planetary Mixing 11 Gambar 2.6 Elemen Pemanas Pada Mesin Mixer.. 12 Gambar 2.7 Serbuk Alumunium dan foto mikro. 18 Gambar 2.8 Grafik Hubungan Tegangan-Regangan.. 22 Gambar 3.1 Diagram Alir Proses Penelitian... 24 Gambar 3.2 Mesin mixer... 25 Gambar 3.3 Mesin Hidrolic Hot Press... 26 Gambar 3.4 Cetakan (mold)... 27 Gambar 3.5 Dimensi Cetakan Uji Tarik Polymer.. 27 Gambar 3.6 Stopwatch...28 Gambar 3.7 Mesin Uji Tarik... 28 Gambar 3.8 Timbangan Digital... 29 Gambar 3.9 Thermocouple... 29 Gambar 3.10 Polypropylene... 30 Gambar 3.11 Polyetylene... 30 Gambar 3.12 Serbuk Alumunium... 31 Gambar 3.13 Hasil pencampuran dari variasi komposisi dan variasi putaran.. 33 Gambar 3.14 Prosedur Pencetakan Specimen.. 34 Gambar 3.15 Diagram Alir simulasi Autodesk Moldflow Adviser 35 Gambar 3.16 Bentuk Geometri Sampel Pada Autocad 36 Gambar 3.17 Proses export file dari Autocad ke Autodesk Moldflow Adviser. 36 Gambar 3.18 Menentukan Titik Injeksi.. 37 Gambar 3.19 Menentukan Material...37 Gambar 3.20 Menentukan Parameter Proses Simulasi... 38 Gambar 3.21 Menentukan Jenis Analisis Proses Simulasi 38 Gambar 4.1 Mesin Mixer Sistem Gear box... 38 viii
Gambar 4.2 Grafik Hasil Pengujian Tarik Variasi Komposisi... 42 Gambar 4.3 Grafik Pengaruh Percampuran Komposisi Terhadap Elongation... 42 Gambar 4.4 Sampel Dari Hasil Hidrolic Hot Press... 43 Gambar 4.5 Bentuk Patahan Pengujian Tarik Variasi Komposisi... 44 Gambar 4.6 Bentuk Patahan Yang Berbedavariasi komosisi... 44 Gambar 4.7 Bentuk Patahan Yang Berbeda Foto Makro... 45 Gambar 4.8 Foto MakroVariasi Komposisi PP 78 %,PE 20 % Dan AL 2 %. 45 Gambar 4.9 Foto Mikro Variasi Komposisi PP 78 %,PE 20 % Dan AL 2 % 46 Gambar 4.10 Foto Makro Variasi Komposisi Pencampuran PP, PE Dan AL Yang Terdapat Void... 47 Gambar 4.11 Grafik Hasil Pengujian Tarik Sampel Variasi Putaran 52 Rpm, 100 Rpm Dan 144 Rpm Pada Temperatur 160 0 c Dengan Komposisi PP 78 %,PE 20 % Dan AL 2%.... 49 Gambar 4.12 Grafik Elongation Variasi Putaran Dan Temperatur 160 0 C...49 Gambar 4.13 Sampel Setelah Di Injeksi Variasi Putaran Dan Temperatur Yang Paling Optimum Pada Formula 1... 50 Gambar 4.14 Sampel Bentuk Patahan Setelah Di Uji Tarik Variasi Putaran Dan Temperatur Yang Paling Optimum Formula 1... 51 Gambar 4.15 Bentuk Patahan Yang Berbeda Sampel Variasi Putaran dan Temperatur Formula 1.... 52 Gambar 4.16 Bentuk patahan yang berbeda foto makro...52 Gambar 4.17 Foto Makro Variasi Putaran Yang Paling Optimum Pada Formula 1... 53 Gambar 4.18 Foto Mikro Variasi Putaran Dan Temperatur Yang Paling Optimum Pada Formula 1... 54 Gambar 4.19 Grafik Hasil Kekuatan Uji Tarik Variasi Putaran Dan Temperatur Dengan Polypropylene Murni.... 55 Gambar 4.20 Proses Fill Time Analysis Temperatur 160 o c Dan Waktu Penekanan 6 Detik..57 Gambar 4.21 Proses Air traps...58 ix
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Tabel Sifat Fisik Aluminium... 18 Tabel 3.1 Dimensi ASTM D 638, T=4mm... 27 Tabel 4.1 Hasil Data Dari Pengujian Tarik Variasi Komposisi. 40 Tabel4.2 Hasil Data Dari Pengujian Tarik Variasi Putaran dan temperatur... 48 x
DAFTAR NOTASI Lambang Keterangan Satuan δ max tegangan tarik N/mm 2 F max gaya N A 0 luas penampang mm Ε elongation % ΔL pertambahan panjang mm L 0 panjang awal mm L 1 Panjang akhir mm xi