PENGARUH CAMPURAN 50% POLYPROPYLENE, 30% POLYETHYLENE, 20% POLYSTYRENE TERHADAP VARIASI TEMPERATUR PADA PROSES INJECTION MOLDING TIPE TEFORMA RN 350 SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik ] PRANDANANTA SEMBIRING NIM. 060401029 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2010
PENGARUH CAMPURAN 50% POLYPROPYLENE, 30% POLYETHYLENE, 20% POLYSTYRENE TERHADAP VARIASI TEMPERATUR PADA PROSES INJECTION MOLDING TIPE TEFORMA RN 350 PRANDANANTA SEMBIRING NIM. 060401029 Diketahui / Disyahkan : Disetujui oleh : DepartemenTeknik Mesin Dosen Pembimbing, Fakultas Teknik USU Ketua, Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri Ir. Alfian Hamsi, M.Sc. NIP. 1964 1224 1992 111001 NIP.1956 0910 1987 01001
KATA PENGANTAR Puji dan syukur kita panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Kuasa, 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 Metalurgi Serbuk, yaitu Pengaruh Campuran 50% Polypropylene, 30% Polyethylene, 20% Polystyrene Terhadap Variasi Temperatur Pada Proses Injection Molding Tipe Teforma RN 350. 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 Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri dan Bapak Ir. M. Syahril Gultom, MT, selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik USU. 3. Bapak Ir. Suparmin, MT, Bapak Surya Darma, dan Bapak Trimo dari Politeknik Negeri Medan yang telah berkenan membantu penulis dalam pembuatan spesimen dan pengujian tarik. 4. Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU.
5. Orangtua tercinta P. SEMBIRING dan B. br GINTING serta abang PERANANTA SEMBIRNG atas doa dan dukungan yang selalu menyertai penulis dalam menyelesaikan pendidikan dan pembuatan tugas skripsi ini. 6. 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, PRANDANANTA SEMBIRING 060401029
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 injection molding. Salah satu faktor yang mempengaruhi kualitas suatu produk pada proses injeksi molding yaitu temperatur pemanasan bahan baku plastic. Hal inilah yang mendasari sehingga penulis melakukan penelitian pengaruh variasi temperatur pada proses injection molding dengan bahan baku campuran antara polyethylene (PE), polypropylene (PP), polystyrene (PS) terhadap sifat mekaniknya dengan komposisi masing masing 50%, 30%, 20% dibandingkan dengan bahan baku PP murni (100%). Suhu injeksi yang digunakan adalah 160 o C, 180 o C, dan 200 o C. Untuk campuran, dari pengujian tarik yang dilakukan diperoleh kekuatan tarik (tensile strength) masing masing temperatur berturut turut sebesar 13,50 MPa, 11,38 MPa, dan 6,9 MPa. Sedangkan untuk PP murni diperoleh kekuatannya 22,51 MPa, 27,66 MPa, dan 28,58 MPa. Dalam hal ini ternyata PP murni lebih kuat dibandingkan campuran, karena spesimen campuran tidak homogen ketika dilakukan proses injeksi molding. Namun campuran membentuk serat yang panjang ketika diuji tarik sehingga dapat diprediksi kapan putusnya dibandingkan dengan PP murni yang langsung putus ketika telah mencapai batas kekuatannya.
DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL... i LEMBARAN PENGESAHAN DARI PEMBIMBING... ii SPESIFIKASI TUGAS... iii LEMBARAN ASISTENSI... iv KATA PENGANTAR... v ABSTRAK... vii DAFTAR ISI... viii DAFTAR TABEL... xi DAFTAR GAMBAR... xii BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang... 1 1.2. Perumusan Masalah... 2 1.3. Tujuan dan Manfaat... 3 1.3.1 Tujuan... 3 1.3.2 Manfaat... 3 1.4. Sistematika Penulisan... 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Defenisi Plastic Injection Molding... 5 2.2. Pengenalan Bahan Baku... 8 2.3. Sifat Mekanik Polimer... 12 2.3.1 Kekuatan (Strength)... 12 2.3.2 Elongation... 13 2.3.3 Modulus... 13 2.3.4 Ketangguhan (Thoughness)... 14 2.4. Pemanfaatan Polimer... 14 2.5. Bahan Baku... 16 2.6. Perilaku Termoplastik Saat Dideformasi... 24
2.7. Pencetakan (Molding)... 30 2.8. Waktu Siklus... 31 2.9. Parameter Proses Injection Molding... 34 2.10. Pencampuran... 36 2.10.1 Teori pencampuran... 36 2.10.2 Metode pencampuran... 37 2.10.3 Faktor yang mempengaruhi sifat campuran... 41 2.10.4 Mesin pencampur... 41 BAB III METODOLOGI 3.1. Tahapan Penelitian... 45 3.2. Peralatan... 46 3.2.1 Mesin Plastic Injection Molding... 46 3.2.2 Cetakan Plastic... 47 3.2.3 Mesin Uji Tarik... 48 3.3. Bahan Baku... 49 3.4. Proses Pencetakan Plastic... 50 3.5. Cara Pengambilan Data... 51 3.6. Kendala Kendala... 52 BAB IV DATA DAN ANALISA 4.1. Data Penelitian... 54 4.1.1 Sifat Mekanik... 56 4.1.1.1 Sifat Mekanik Spesimen Temperatur 160 o C... 56 4.1.1.2 Sifat Mekanik Spesimen Temperatur 180 o C... 59 4.1.1.3 Sifat Mekanik Spesimen Temperatur 200 o C... 61 4.1.2 Sifat Fisis... 64 4.1.3 Deformasi Spesimen Setelah Pengujian Tarik... 64 4.2. Analisa Hasil Pengujian... 65 4.2.1 Analisa Kekuatan... 65 4.2.2 Analisa Temperatur... 66 4.3. Perbandingan Kekuatan Campuran dengan PP Murni... 67
4.3.1 Sifat Mekanik Spesimen Temperatur 160 o C... 67 4.3.2 Sifat Mekanik Spesimen Temperatur 180 o C... 68 4.3.3 Sifat Mekanik Spesimen Temperatur 200 o C... 69 BAB V KESIMPULAN 5.1. Data Pengujian Tarik... 72 5.1.1 Campuran 50% PP, 30% PE, 20% PS... 72 5.1.2 PP Murni (100% PP)... 73 5.2. Deformasi Spesimen Setelah Pengujian Tarik... 74 5.3. Saran... 75 DAFTAR PUSTAKA
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Biaya Proses Plastic Injection Molding (PIM) 8 Tabel 2.2 Sifat fisik, mekanis, dan thermal dari Polyethylene 18 Tabel 2.3 Sifat sifat Polypropylene 20 Tabel 2.4 Sifat fisik, mekanis, dan thermal dari Polypropylene 21 Tabel 2.5 Sifat fisik, mekanis, dan thermal dari Polystyrene 23 Tabel 3.1 Bahan Baku dan Komposisinya 49 Tabel 4.1 Sifat Mekanik Spesimen Temperatur 160 o C 56 Tabel 4.2 Sifat Mekanik Spesimen Temperatur 180 o C 59 Tabel 4.3 Sifat Mekanik Spesimen Temperatur 200 o C 61 Tabel 4.4 Deformasi pada Spesimen 64 Tabel 4.5 Sifat Mekanik Spesimen Temperatur 160 o C 67 Tabel 4.6 Sifat Mekanik Spesimen Temperatur 180 o C 68 Tabel 4.7 Sifat Mekanik Spesimen Temperatur 200 o C 69
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Kelebihan proses PIM dibandingkan dengan proses lain 6 Gambar 2.2 Keistimewaan Proses Plastic Injection Molding (PIM) 6 Gambar 2.3 Tahapan Proses Plastic Injection Molding (PIM) 7 Gambar 2.4 Klasifikasi Polimer 9 Gambar 2.5 Perkembangan Bahan Polimer 12 Gambar 2.6 Spesimen Uji Tarik dan Perilaku Polimer Thermoplastik Saat Mengalami Pembebanan di Mesin Uji Tarik 24 Gambar 2.7 Kurva Tegangan Regangan Suatu Polimer Thermoplastik 25 Gambar 2.8 Perilaku Elastik Polimer Thermoplastik 26 Gambar 2.9 Perilaku Plastik Polimer Thermoplastik 27 Gambar 2.10 Penciutan dan Kristalisasi Polimer Thermoplastik Amorphous Pada Pengujian Tarik 28 Gambar 2.11 Deformasi pada polimer setelah pengujian tarik 29 Gambar 2.12 Perbandingan kekuatan baja dengan termoplastik 29 Gambar 2.13 Proses Plastic Injection Molding 30 Gambar 2.14 Waktu siklus pada Mesin Injection Molding 31 Gambar 2.15 Pengisian bahan plastik ke dalam cetakan 32 Gambar 2.16 Masa penenangan mulai pendinginan 33 Gambar 2.17 Pengisian bahan plastik sekaligus pendinginan 33 Gambar 2.18 Pembukaan kedua mold sekaligus pengeluaran hasil cetakan 33 Gambar 2.19 Proses pencampuran pada mesin two roll mill 39 Gambar 2.20 Skema diagram internal mixer 39 Gambar 2.21 Mixer model sluiters 42 Gambar 2.22 Mixer model nobel dan model schippers 43 Gambar 2.23 Mixer interfarcial surface generator (ISG) 43 Gambar 3.1 Skema Tahapan Penelitian 45
Gambar 3.2 Plastik Injection Molding Type RN 350 47 Gambar 3.3 Cetakan Spesimen Uji Tarik 47 Gambar 3.4 Mesin Uji Tarik 48 Gambar 3.5 Bahan Baku 50 Gambar 3.6 Spesimen Uji Tarik yang Dihasilkan 51 Gambar 4.1 Spesimen 160 o C setelah pengujian tarik 54 Gambar 4.2 Spesimen 180 o C setelah pengujian tarik 55 Gambar 4.3 Spesimen 200 o C setelah pengujian tarik 55 Gambar 4.4 Hasil Pengujian Tarik Spesimen 160-1 57 Gambar 4.5 Hasil Pengujian Tarik Spesimen 160-2 57 Gambar 4.6 Hasil Pengujian Tarik Spesimen 160-3 58 Gambar 4.7 Grafik Stress Strain Spesimen 160 o C 58 Gambar 4.8 Hasil Pengujian Tarik Spesimen 180-1 59 Gambar 4.9 Hasil Pengujian Tarik Spesimen 180-2 60 Gambar 4.10 Hasil Pengujian Tarik Spesimen 180-3 60 Gambar 4.11 Grafik Stress Strain Spesimen 180 o C 61 Gambar 4.12 Hasil Pengujian Tarik Spesimen 200-1 62 Gambar 4.13 Hasil Pengujian Tarik Spesimen 200-2 62 Gambar 4.14 Hasil Pengujian Tarik Spesimen 200-3 63 Gambar 4.15 Grafik Stress Strain Spesimen 200 o C 63 Gambar 4.16 Grafik Stress Strain Spesimen 160 o C 68 Gambar 4.17 Grafik Stress Strain Spesimen 180 o C 69 Gambar 4.18 Grafik Stress Strain Spesimen 200 o C 70