Studi Temperatur Optimal Terhadap Kekuatan Tarik dan Makrostruktur pada Komposisi Campuran Polypropiline (PP) dan High-Densitiy Polyethylene (HDPE) dengan Mesin Ekstruder

DENGAN MESIN EKSTRUDER

SKRIPSI

Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

RINALDO K. SIMBOLON NIM. 090401044

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

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 “Studi Temperatur Optimal Terhadap Kekuatan Tarik dan Makrostruktur pada Komposisi Campuran Polypropiline (PP) Dan High-Densitiy Polyethylene (HDPE) dengan Mesin Ekstruder”.

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 skripsi ini dapat terselesaikan,

2. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri dan Bapak Ir. Syahril Gultom, MT, selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik USU,

3. Bapak Edy dari Laboratorium Kimia Polimer, MIPA USU yang telah berkenan membantu penulis dalam pembutan spesimen,

4. Saudara Adrianus dan Tomi dari Laboratorium Analisa Bahan, Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik USU yang telah membantu dalam pengujian kekuatan tarik spesimen,

5. Saudara Iqbal dari Laboratorium Metalurgi, Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU yang telah berkenan membantu penulis dalam pengambilan poto makrostruktur spesimen,

6. Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU,

7. Orangtua tercinta (A. Simbolon dan M.Gultom), adik-adikku yang saya sayangi Boris R. Simbolon dan Harnos V.M. Simbolon atas doa dan dukungan yang selalu menyertai saya dalam menyelesaikan pendidikan ini,

kepada saya dalam penelitian ini,

10.Adinda tersayang, Adveriana Olivia Marpaung, yang selalu memberikan motivasi kepada saya untuk kelancaran penelitian ini,

11.Kepada teman-teman mahasiswa teknik mesin khususnya stambuk 2009 yang selalu mendukung penulis dalam menyelesaikan tugas skripsi ini.

12. Abangda Sarjana,ST. atas masukan-masukan yang telah diberikan kepada saya. 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, Januari 2015 Penulis,

Rinaldo K. Simbolon 09 0401 044

kelebihan 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 ekstrusi dengan menggunakan mesin ekstruder. Pada saat ini tidak jarang dijumpai plastik hasil proses manufakturmemiliki kekuatan yang tidak baik apabila dilakukan pengujian sifat mekanik, seperti kekuatan tarik (tensile strength), hal ini dikarenakan campuran bahan tersebut tidak homogen dan kurang baiknya penentuan bahan baku plastik yang akan dicampur. Hal inilah yang mendasari sehingga penulis melakukan penelitian Studi temperatur optimal terhadap campuran polypropilne (PP) dan high-density polyethylene (HDPE) dengan mesin

ekstruder dengan tujuan agar campuran bahan baku plastik lebih homogen. Variasi campuran 80% PP : 20% HDPE, 70% PP : 30% HDPE, dan 60% PP : 40% HDPE. Sedangkan variasi temperatur pada ekstruder adalah 165°C, 170°C 175°C, 180°C. Setelah didapat hasil yang paling optimal dengan melakukan pengujian tarik, akan dilakukan pengambilan poto makrostruktur untuk mengetahui sifat struktural. Dari pengujian yang dilakukan pada penelitian ini diperoleh campuran 70% PP : 30% HDPE dan temperatur 175°C yang paling optimal. Serta sifat struktural pada struktur makronya memiliki porositas yang dengan persentase terbanyak di antara variasi lainnya.

Kata kunci : Polypropilene, High-Density Polyehtylene, Ekstruder, Variasi Campuran, Variasi Temperatur, Pengujian Tarik, Makrostruktur.

advantages of plastic are more efisien than usage of metals or logs and also the process of manufacture is relatively simple. Beside efisien, plastic is lighter, cheaper, and easely be formed. One of process that can be used to produced the product that made of plastic is called extrusion which use extruder machine. At this time, there is rarely the product of plastic manufacture which have good mechanical properties, like tensile strength because the mixture of plastic material is not homogeneous and deficiencies in the determination of material to be mixed. It is the background so that the author conducted research Studi temperatur optimal terhadap kekuatan tarik campuran polypropilne (PP) dan high-density polyethylene (HDPE) dengan mesin ekstruder with the aim of plastic raw material mixture is homogeneous. The variations of mix are 80% PP : 20% HDPE, 70% PP : 30% HDPE, dan 60% PP : 40% HDPE. While the temperature variations in the extruder are 165°C, 170°C 175°C, 180°C. Having obtained the most optimal results with tensile testing, will be taking photograph of macrostructure to determine the state of structural properties. From the tests performed in this study was obtained mixture of 70% PP : 30% HDPE and temperature of 175°C is the most optimal. And also the _{structural properties of the} macrostructure photograph has a porosity with the highest percentage among other variations.

Key word : Polypropilene, High-Density Polyehtylene, Extruder, Mixture Variation, Temperature Variation, Tensile Test, Macrostructure.

ABSTRAK ... iii

ABSTRACT ... iv

DAFTAR ISI ... v

DAFTAR TABEL ... vii

DAFTAR GAMBAR ... viii

DAFTAR NOTASI ... x

BAB I PENDAHULUAN... 1

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Batasan Masalah... 2

1.3 Tujuan dan Manfaat... 2

1.3.1 Tujuan... 2

1.3.2 Manfaat... 3

1.4 Sistematika Penulisan... 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 5

2.1 Pengenalan Bahan Baku... 5

2.2 Penomoran Jenis dan Kode Polimer pada Kemasan... 8

2.3 Pemanfaatan Polimer... 16

2.4 Bahan Baku... 19

2.5 Ekstrusi... 23

2.5.1 Definisi Ekstrusi... 23

2.5.2 Ekstrusi Bahan Termoplastik... 24

2.6 Sifat Mekanik Polimer... 27

2.6.1 Kekuatan (streght)... 27

2.6.2 Elongasi... 28

2.6.3 Modulus... 28

2.6.4 Ketangguhan (toughness)... 29

2.7 Perilaku Termoplastik saat Dideformasi... 29

2.8 Makrostruktur pada Polimer... 34

BAB III METODOLOGI PENELITIAN... 36

3.1 Tahapan Penelitian... 36

3.2 Alat dan Bahan... 37

3.2.1 Alat... 37

3.2.2 Bahan... 43

3.3 Pembuatan Spesimen... 44

3.3.1 Penimbangan Komposisi Formula... 44

3.3.2 Pembuatan Campuran Polimer... 44

3.3.3 Pembuatan Film Spesimen... 44

3.3.4 Karakteristik Campuran Polypropylene dan High-Density Polyethylene... 48

3.4 Cara Pengambilan Data... 48

BAB IV DATA DAN ANALISA... 49

4.1 Analisis Visual Spesimen... 49

4.3.1 Hasil Uji TarikPolypropylene Murni dan

High-Density Polyethylene Murni ... 62

4.4 Hasil Poto Struktur Makro... 65

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... 70

5.1 Kesimpulan... 70

5.2 Saran... 71

DAFTAR PUSTAKA... xi

LAMPIRAN 1 ... xii

LAMPIRAN 2 ... xiii

Tabel 2.1 Sifat fisik, mekanis, dan termal dari polyethylene

Tabel 2.2 Sifat fisik, mekanis, dan termal dari polypropilene

Tabel 3.1 Bahan Baku Dan Karakteristiknya

Tabel 3.2 Sampel Hasil Variasi Komposisi Volume Bahan Dan Variasi Temperatur Tabel 4.1 Data Hasil Uji Tarik/Uji Mulur Spesimen ASTM D638 Type IV

Tabel 4.2 Sifat Mekanik Spesimen

Tabel 4.3 Data Hasil Uji Tarik Film Spesimen Tabel 4.4 Hasil Perhitungan Sifat Mekanik

Gambar 2.3 High Density Polyethylene dan strukturnya Gambar 2.4 V - Polyvinyl Chloride dan strukturnya Gambar 2.5 Low Density Polyethylene dan strukturnya Gambar 2.6 Polypropylene dan strukturnya

Gambar 2.7 Polystyrene dan strukturnya Gambar 2.8 OTHER

Gambar 2.9 Proses ekstrusi logam Gambar 2.10 single screw ekstruder

Gambar 2.11 double screw ekstruder

Gambar 2.12 Pembebanan Bahan

Gambar 2.13 Spesimen Uji Tarik Dan Perilaku Polimer Termoplastik Pada Saat Mengalami Pembebanan Pada Mesin Uji Tarik

Gambar 2.14 Kurva tegangan-regangan

Gambar 2.15 Kurva Tegangan Regangan Suatu Polimer Thermoplastik (Rahmat Saptono, 2007 )

Gambar 2.16 Perilaku Elastik Polimer Thermoplastik (Rahmat Saptono, 2007 ) Gambar 2.17 Perilaku Elastik Polimer Thermoplastik (Rahmat Saptono, 2007) Gambar 2.18 Penciutan dan Kristalisasi Polimer Thermoplastik Amorphous ada

Pengujian Tarik (Rahmat Saptono, 2007 )

Gambar 2.19 Deformasi pada polimer setelah pengujian tarik (Callister) Gambar 2.20 Porositas pada polimer

Gambar 3.1 Diagram Tahapan Penelitian Gambar 3.2 Mesin Ekstruder

Gambar 3.3 Neraca Analitik Gambar 3.4 Hydraulic Hot Press

Gambar 3.5 Cetakan Standard ASTM D638 tipe IV Gambar 3.6 Mesin Uji Tarik Gotech

Gambar 3.7 Makroskop Optik Raxvision Gambar 3.8 Bahan Baku polypropylene (PP)

Gambar 3.9 Bahan Baku High-Density polyethylene (HDPE)

Gambar 3.10 Campuran Polimer Pada Cetakan Sebelum Ditekan Dengan Hydraulic Hot Press

Gambar 3.11 Diagram Pohon Sampel Hasil Variasi Komposisi Volume Bahan Baku Dengan Variasi Temperatur

Gambar 4.1 Film Spesimen (a) F1 165oC, (b) F2 165oC, (c) F3 165oC Gambar 4.2 Film Spesimen (a) F1 170oC, (b) F2 170oC, (c) F3 170oC Gambar 4.3 Film Spesimen (a) F1 175oC, (b) F2 175oC, (c) F3 175oC Gambar 4.4 Film Spesimen (a) F1 180oC, (b) F2 180oC, (c) F3 180oC Gambar 4.5 Grafik stress vs strain pada suhu 165oC

Gambar 4.6 Grafik stress vs strain pada suhu 170oC Gambar 4.7 Grafik stress vs strain pada suhu 175oC Gambar 4.8 Grafik stress vs strain pada suhu 180oC

Gambar 4.13 Film Spesimen polypropylene murni

Gambar 4.14 Film Spesimen High-Density polyethylene murni Gambar 4.15 PP 100% pada spesimen a Setelah Uji Tarik Gambar 4.16 HDPE 100% pada spesimen a Setelah Uji Tarik Gambar 4.17 Kurva Load – Stroke pada PP 100% murni spesimen a Gambar 4.18 Kurva Load – Stroke pada HDPE 100% murni spesimen a

Gambar 4.19 poto makrostruktur Sampel temperatur 165oC dengan komposisi PP 80% : HDPE 20% spesimen a

Gambar 4.20 poto makrostruktur Sampel temperatur 170oC dengan komposisi PP 80% : HDPE 20% spesimen b

Gambar 4.21 poto makrostruktur Sampel temperatur 175oC dengan komposisi PP 70% : HDPE 30% spesimen b

Gambar 4.22 poto makrostruktur Sampel temperatur 180oC dengan komposisi PP 80% : HDPE 20% spesimen b

A - Luas Penampang mm2

σ sigma Tegangan N/mm2

ε ebsilon Kemuluran %

E - Modulus Elastisitas N/mm3

F Gaya N

kelebihan 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 ekstrusi dengan menggunakan mesin ekstruder. Pada saat ini tidak jarang dijumpai plastik hasil proses manufakturmemiliki kekuatan yang tidak baik apabila dilakukan pengujian sifat mekanik, seperti kekuatan tarik (tensile strength), hal ini dikarenakan campuran bahan tersebut tidak homogen dan kurang baiknya penentuan bahan baku plastik yang akan dicampur. Hal inilah yang mendasari sehingga penulis melakukan penelitian Studi temperatur optimal terhadap campuran polypropilne (PP) dan high-density polyethylene (HDPE) dengan mesin

ekstruder dengan tujuan agar campuran bahan baku plastik lebih homogen. Variasi campuran 80% PP : 20% HDPE, 70% PP : 30% HDPE, dan 60% PP : 40% HDPE. Sedangkan variasi temperatur pada ekstruder adalah 165°C, 170°C 175°C, 180°C. Setelah didapat hasil yang paling optimal dengan melakukan pengujian tarik, akan dilakukan pengambilan poto makrostruktur untuk mengetahui sifat struktural. Dari pengujian yang dilakukan pada penelitian ini diperoleh campuran 70% PP : 30% HDPE dan temperatur 175°C yang paling optimal. Serta sifat struktural pada struktur makronya memiliki porositas yang dengan persentase terbanyak di antara variasi lainnya.

Kata kunci : Polypropilene, High-Density Polyehtylene, Ekstruder, Variasi Campuran, Variasi Temperatur, Pengujian Tarik, Makrostruktur.

advantages of plastic are more efisien than usage of metals or logs and also the process of manufacture is relatively simple. Beside efisien, plastic is lighter, cheaper, and easely be formed. One of process that can be used to produced the product that made of plastic is called extrusion which use extruder machine. At this time, there is rarely the product of plastic manufacture which have good mechanical properties, like tensile strength because the mixture of plastic material is not homogeneous and deficiencies in the determination of material to be mixed. It is the background so that the author conducted research Studi temperatur optimal terhadap kekuatan tarik campuran polypropilne (PP) dan high-density polyethylene (HDPE) dengan mesin ekstruder with the aim of plastic raw material mixture is homogeneous. The variations of mix are 80% PP : 20% HDPE, 70% PP : 30% HDPE, dan 60% PP : 40% HDPE. While the temperature variations in the extruder are 165°C, 170°C 175°C, 180°C. Having obtained the most optimal results with tensile testing, will be taking photograph of macrostructure to determine the state of structural properties. From the tests performed in this study was obtained mixture of 70% PP : 30% HDPE and temperature of 175°C is the most optimal. And also the _{structural properties of the} macrostructure photograph has a porosity with the highest percentage among other variations.

Key word : Polypropilene, High-Density Polyehtylene, Extruder, Mixture Variation, Temperature Variation, Tensile Test, Macrostructure.

BAB I

PENDAHULUAN

1.1

Latar Belakang

Dewasa ini, pemakaian barang-barang yang terbuat dari bahan baku plastik semakin meningkat. Hal ini dikarenakan plastik mempunyai banyak kelebihan-kelebihan 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.

Dalam rangka memenuhi kebutuhan manusia pada berbagai bidang kegiatan diperlukan bermacam-macam jenis barang, mulai dari yang sederhana dengan persyaratan mutu sederhana pula sampai dengan barang dengan persyaratan mutu sangat tinggi. Barang tersebut dapat dibuat dari bahan alam, bahan sintetik atau campuran/kombinasi kedua jenis bahan tersebut. Kebutuhan manusia pada berbagai kegiatan antara lain meliputi bidang rumah tangga, kemasan, pendidikan, pertanian, sandang, kesehatan, perhubungan, industri dan ruang angkasa. Masing-masing barang yang digunakan sangat beraneka ragam bentuk dengan mutu yang tertentu pula. Oleh karena itu, untuk menghasilkan suatu produk yang efisien dan dapat bersaing perlu pertimbangan dan keseksamaan dalam pembuatan produk tersebut, mulai dari pemilihan bahan baku, proses pengerjaan, sampai produk yang dihasilkan.

Namun, tidak jarang dijumpai kasus - kasus pada penggunaan barang – barang berbahan baku plastik yang membuat penggunaan tersebut kurang efisien seperti, mudah pecah, rapuh, tidak ulet, dan tidak tahan terhadap beban yang tidak terlalu berat, sehingga dibutuhkan suatu perubahan pada proses pembuatan barang – barang yang berbahan baku plastik tersebut, seperti komposisi campuran bahan baku plastik, proses pencampuran bahan baku, pemilihan temperatur optimal pada saat pencampuran dengan mesin ekstruder, sehingga didapat hasil yang lebih baik. Hal inilah yang mendasari sehingga penulis melakukan penelitian studi temperatur optimal terhadap kekuatan tarik pada campuran bahan polypropilene dan high-density polyetilene dengan proses ekstrusi pada mesin ekstruder. Dimana, penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan suatu formula/komposisi campuran bahan baku plastik

dan temperature pada saat dilakukan proses ekstrusi, kemudian memilih variasi yang paling optimal.

1.2

Batasan Masalah

Dalam penyusunan skripsi ini perlu ditentukan batasan masalah agar pembahasan lebih fokus. Batasan masalah tersebut dititikberatkan pada bahan baku, komposisi bahan baku, temperatur proses ekstrusi dan pengujian tarik. Secara rinci, batasan masalah tersebut, yaitu :

1. Pencampuran bahan baku yaitu biji plastik polypropylene (PP),high-density polyethylene (HDPE) dengan komposisi perbandingan volume:

a. Formula 1 (Polypropylene 80% + high-density polyethylene 20%) b. Formula 2 (Polypropylene 70% + high-density polyethylene 30%) c. Formula 3 (Polypropylene 60% + high-density polyethylene 40%)

2. Variasi temperatur pada mesin ekstruder yang digunakan pada proses pencampuran bahan baku formula 1 (F1), formula 2 (F2), formula 3 (F3) adalah 165°C, 170°C, 175°C, 180°C.

3. Mencetak 3 spesimen tiap masing – masing formula/campuran dengan menggunakan mesin hydraulic hot press dengan cetakan standart ASTM D638 Tipe IV.

4. Spesimen yang dihasilkan dihitung sifat mekanisnya menggunakan mesin uji tarik.

5. Spesimen, hasil pengujian dengan formula dan temperatur paling optimal, dilihat porositas struktur makronya dengan menggunakan mikroskop Raxvision. Hasil poto kemudian dianalisa dengan aplikasi imageJ.

1.3 Tujuan dan Manfaat

1.3.1. Tujuan

Tujuan dari penelitian ini adalah :

1. Menghasilkan spesimen baru antara campuran polypropilene dan high-density

polyethylene dengan proses ekstrusi menggunakan mesin ekstruder.

2. Mengidentifikasi temperatur optimal terhadap campuran polypropilene dan

3.

Mengidentifikasi sifat mekanis kekuatan tarik hasil pengujian dengan perbandingan berbagai sampel produk yang dihasilkan dari temperatur yang berbeda-beda.

4.

Mengetahui persentase porositas makrostruktur pada spesimen hasil pengujian dengan formula dan temperatur yang paling optimal.

1.3.2. Manfaat

Manfaat dari penelitian ini adalah :

1. Dihasilkan suatu produk dari hasil proses ekstrusi dengan variasi temperatur dengan bentuk mold yang sederhana yaitu berupa spesimen uji tarik yang dicetak dengan menggunakan mesin hot press.

2. Sumbangan bagi kalangan industri, sehingga mampu memproduksi plastik dengan mengetahui jenis-jenisnya dan proses pengerjaan yang cocok dengan jenis plastik dan produk yang diinginkan.

3. Sumbangan bagi kalangan akademisi dalam bidang manufaktur tentang proses pembuatan berbagai produk dari plastik (thermoplastic) dan kesalahan-kesalahan yang sering terjadi pada realita di lapangan.

1.4. Sistematika Penulisan

Sistematika laporan tugas akhir ini memuat tentang isi bab-bab yang dapat diuraikan sebagai berikut :

-BAB I PENDAHULUAN

Bab ini berisi tentang latar belakang tujuan penelitian, batasan masalah, manfaatpenelitian dan sistematika penulisan.

-BAB II TINJAUAN PUSATAKA

Bab ini berisi tentang hasil penelitian terdahulu yang dapat diambil dari jurnal,disertasi, tesis dan skripsi yang aktual. Selain itu juga berisi landasan teori yangmeliputi konsep-konsep yang relevan dengan permasalahan yang akan diteliti. -BAB III METODOLOGI PENELITIAN

Bab ini berisi tentang diagram alir penelitian, alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian, proses pencampuran dengan menggunakan mesin ekstruder, proses

kendala-kendala yang dihadapi selama penelitian. -BAB IV DATA DAN ANALISA

Bab ini berisi tentang data hasil penelitian, analisa serta pembahasannya. -BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini berisi kesimpulan hasil penelitian dan saran-saran yang bisa berguna bagi pembaca maupun peneliti selanjutnya.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pengenalan Bahan Baku

Pada pengujian ini, penulis menggunakan bahan baku biji plastik yang merupakan salah satu jenis polimer. Plastik adalah bahan yang mempunyai derajat kekristalan lebih rendah daripada serat, dan dapat dilunakkan atau dicetak pada suhu tinggi (suhu peralihan kacanya diatas suhu ruang). Plastik merupakan polimer bercabang atau linier yang dapat dilelehkan diatas panas penggunaannya. Polimer tersusun atas perulangan monomer menggunakan ikatan kimia tertentu. Ukuran polimer, dinyatakan dalam massa (massa rata ukuran molekul dan jumlah rata-rata ukuran molekul) dan tingkat polimerisasi, sangat mempengaruhi sifatnya, seperti suhu cair dan viskositasnya terhadap ukuran molekul (misal seri hidrokarbon).

Polimer merupakan molekul besar (makromolekul) yang terbangun oleh susunan unit ulangan kimia yang kecil, sederhana dan terikat oleh ikatan kovalen. Unit ulangan ini biasanya setara atau hampir setara dengan monomer yaitu bahan awal dari polimer.

polypropilene (PP) dan polyethylene (PE) adalah salah satu jenis polimer termoplastik apabila dilihat dari sifat-sifat fisiknya. Disebut termoplastik adalah karena jenis polimer ini akan mengeras jika didinginkan dan akan melunak bahkan mencair jika dipanaskan dan proses ini bisa dilakukan berulang kali sehingga polimer termoplastik dapat didaur ulang. Jenis polimer termoplastik lainnya adalah

poliysterene (PS), acrylonitryl butadine styrene(ABS), polymethil metacrylate (PMMA atau acrylik),dan lain sebagainya. Lalu ada jenis polimer lain yang sifatnya berkebalikan dengan sifat polimer termoplastik, yaitu polimer termoset. Polimer jenis ini memiliki sifat tidak dapat didaur ulang karena jika dipanaskan akan mengeras bahkan akan menjadi hangus atau menjadi arang.

Polimer termoplastik memiliki sifat – sifat khusus sebagai berikut.

 Berat molekul kecil

 Tidak tahan terhadap panas.



 Mudah untuk diregangkan.

 Fleksibel.

 Titik leleh rendah.

 Dapat dibentuk ulang (daur ulang).

 Mudah larut dalam pelarut yang sesuai.

 Memiliki struktur molekul linear/bercabang. Contoh plastik termoplastik sebagai berikut.

- Polietilena (PE) = Botol plastik, mainan, bahan cetakan, ember, drum, pipa saluran, isolasi kawat dan kabel, kantong plastik dan jas hujan. - Polivinilklorida (PVC) = pipa air, pipa plastik, pipa kabel listrik, kulit sintetis, ubin plastik, piringan hitam, bungkus makanan, sol sepatu, sarung tangan dan botol detergen.

- Polipropena (PP) = karung, tali, botol minuman, serat, bak air, insulator, kursi plastik, alat-alat rumah sakit, komponen mesin cuci, pembungkus tekstil, dan permadani.

- Polistirena = Insulator, sol sepatu, penggaris, gantungan baju.

Sedangkan polimer termoseting memiliki sifat sebagai berikut.  Keras dan kaku (tidak fleksibel)

 Jika dipanaskan pertama kali akan melunak namun jika dipanaskan kembali tidak

dapat melunak lagi.

 Tidak dapat dibentuk ulang (sukar didaur ulang).  Tidak dapat larut dalam pelarut apapun.

 Tahan terhadap asam basa.

 Mempunyai ikatan silang antarrantai molekul.

Contoh plastik termoseting :

Bakelit (untuk pembuatan peralatan listrik) = asbak, fitting lampu listrik, steker listrik,peralatan fotografi, radio,perekat plywood.

1. Crystallinity (kristalinitas)

Struktur polimer yang tidak tersusun secara teratur umumnya memiliki warna transparan. Karakteristik ini membuat polimer dapat digunakan untuk berbagai aplikasi seperti pembungkus makanan, kontak lensa dan sebagainya. Semakin tinggi derajat kristalisasinya, semakin sedikit cahaya yang dapat melewati polimer tersebut.

2. Thermosetting dan Thermoplastic (Daya tahan terhadap panas)

Berdasarkan ketahanannya terhadap panas, polimer dibedakan menjadi polimer

thermoplastic dan thermosetting. Polimer thermoplastic dapat melunak bila dipanaskan, sehingga jenis polimer ini dapat dibentuk ulang. Sedangkan polimer

thermosetting setelah dipanaskan tidak dapat dibentuk ulang. Ketahanan polimer terhadap panas ini membuatnya dapat digunakan pada berbagai aplikasi antara lain untuk insulasi listrik, insulasi panas, penyimpanan bahan kimia dan sebagainya.

3. Branching (percabangan)

Semakin banyak cabang pada rantai polimer maka densitasnya akan semakin kecil. Hal ini akan membuat titik leleh polimer berkurang dan elastisitasnya bertambah karena gaya ikatan intermolekularnya semakin lemah.

4. Tacticity (taktisitas)

Taktisitas menggambarkan susunan isomerik gugus fungsional dari rantai karbon.Ada tiga jenis taktisitas yaitu isotaktik dimana gugus-gugus subtituennya terletak pada satu sisi yang sama, sindiotaktik dimana gugus-gugus subtituennya lebih teratur, dan ataktik dimana gugus-gugus subtituennya terletak pada sisi yang acak.

Pada dasarnya plastik secara umum digolongkan ke dalam 3 (tiga) macamdilihat dari temperaturnya, yakni :

1. Bahan Termoplastik (Thermoplastic) yaitu akan melunak bila dipanaskan dan setelah didinginkan akan dapat mengeras.

Contoh bahan thermoplastik adalah : Polistiren, Polietilen, Polipropilen, Nilon, Plastik fleksiglass dan Teflon.

2. Bahan Termoseting (Thermosetting) yaitu plastik dalam bentuk cair dandapat dicetak sesuai yang diinginkan serta akan mengeras jika dipanaskan dan tetap

Bakelit, Silikon dan Epoksi.

3. Bahan Elastis (Elastomer) yaitu bahan yang sangat elastis. Contoh bahanelastis adalah : karet sintetis.

Beberapa keuntungan plastik adalah : 1. Massa jenis rendah (0,9-2,2 [g/cm3])

2. Tahan terhadap arus listrik dan panas, memiliki sedikit elektron bebas untuk mengalirkan panas dan arus listrik.

3. Tahan terhadap korosi kimia karena tidak terionisasi untuk membentuk elektron kimia. Pada umumnya tahan terhadap larutan kimia, dan logam juga sangat sukar untuk larut.

4. Mempunyai permukaan dan penampakan yang sangat baik dan mudah diwarnai.

Kerugian plastik adalah :

1. Modulus elastisnya relatif rendah. 2. Mudah mulur (Creep) pada suhu kamar. 3. Maksimum temperatur nominalnya rendah. 4. Mudah patah pada sudut bagian yang tajam.

5. Beberapa jenis plastik mengandung zat kimia berbahaya pada penyusunnya (khususnya plastik dengan kode 1,3,6,7(khususnya polycarbonate)). Penomoran jenis dan kode akan dibahas selanjutnya.

2.2 Penomoran Jenis dan Kode Polimer pada Kemasan

Kemasan makanan, minuman dan hampir semua peralatan rumah tangga dan peralatan dapur kebanyakan berbahan polimer, polimer dalam kehidupan sehari-hari lebih dikenal dengan sebutan plastik. Plastik memiliki beberapa jenis tergantung kepada ujung dari rantai monomer dan kode dalam panah segitiga yang digunakan. Secara umum ada 7 jenis plastik yang sering kita gunakan dalam kehidupan sehari-hari yaitu polyethilen terephtalat (PET), High Density Polyehylene (HDPE), polyvinyl chloride (PVC), Low Density Polyethylene (LDPE), polypropilene (PP),

polystirene(PS) dan other (7). Kode-kode yang menandakan bahan pembuatan kemasan plastik tersebut dikeluarkan oleh The Society of Plastic Industry pada Tahun

1998 di Amerika Serikat dan kemudian diadopsi oleh lembaga-lembaga pengembangan sistem kode, seperti International Organization for Standarization (ISO). Tujuan pemberian kode ini adalah untuk memudahkan konsumen mengenali keamanan dan bahaya kemasan plastik. Kode ini biasanya di cetak di bawah kemasan plastik berupa angka (dan huruf) dalam lingkaran segitiga (logo daur ulang), yang biasanya tercantum di bagian bawah kemasan.

Gambar 2.1 Kode Jenis Plastik

(sumber :https://www.academia.edu/5124344/JENIS_DAN_KODE_POLIMER_UNTUK_KEMASAN) Khusus plastik dengan kode 1, 3, 6, dan 7 (polycarbonate), seluruhnya memiliki sifat bahaya secara kimiawi. Ini tidak berarti bahwa plastik dengan kode yang lain secara utuh aman, plastik dengan kode 2, 4, 5, dan 7 (kecuali polycarbonate) lebih aman untuk digunakan.

Simbol Dan Kode Jenis Plastik

1. Segitiga recycle dgn Nomor 1 PET /PETE — Polyethylene Terephthalate

Biasanya, pada bagian bawah kemasan botol plastik, tertera logo daur ulang dengan angka 1 di tengahnya dan tulisan PETE atau PET (polyethylene terephthalate). Biasa dipakai untuk botol plastik yang jernih/transparan/tembus pandang seperti botol air mineral, botol jus, dan hampir semua botol minuman lainnya. Botol Jenis PET/PETE ini direkomendasikan hanya sekali pakai,kenapa?Bila terlalu sering dipakai, apalagi digunakan untuk menyimpan air hangat apalagi panas, akan mengakibatkan lapisan polimer pada botol tersebut akan meleleh dan mengeluarkan

menggunakan bahan yang disebut dengan antimoni trioksida. Sifat : Jernih, kuat, tahan pelarut, kedap gas danair, melunak pada suhu 80oC

Penggunaan : Botol minuman, minyak goreng, selai peanut butter, kecap dansambal,

traybiskuit.

Gambar 2.2 contoh produk berbahan Polyethylene Terephthalate (PET/PETE) dan strukturnya

(sumber :https://www.academia.edu/5124344/JENIS_DAN_KODE_POLIMER_UNTUK_KEMASAN) 2. Segitiga recycle dgn Nomor 2 HDPE –High Density Polyethylene

Umumnya, pada bagian bawah kemasan botol plastik, tertera logo daur ulang dengan angka 2 di tengahnya, serta tulisan HDPE (high density polyethylene) di bawah segitiga. Biasa dipakai untuk botol susu yang berwarna putih susu, tupperware, galon air minum, kursi lipat, dan lain-lain. HDPE merupakan salah satu bahan plastik yang aman untuk digunakan karena kemampuan untuk mencegah reaksi kimia antara kemasan plastik berbahan HDPE dengan makanan/minuman yang dikemasnya. HDPE memiliki sifat bahan yang lebih kuat, keras, buram dan lebih tahan terhadap suhu tinggi. Sama seperti PET, HDPE juga direkomendasikan hanya untuk sekali pemakaian, karena pelepasan senyawa antimoni trioksida terus meningkat seiring waktu. Sifat : Keras hingga semi fleksibel, tahan terhadap bahan kimia dan kelembaban, permeabel terhadap gas, permukaan berlilin (waxy), buram (opaque), mudah diwarnai, diproses dan dibentuk, melunak pada suhu 75oC

Penggunaan : Botol susu cair dan juice, tutup plastik, kantong belanja dan wadah es krim.

Gambar 2.3 contoh produk berbahan High Density Polyethylene dan strukturnya (sumber :https://www.academia.edu/5124344/JENIS_DAN_KODE_POLIMER_UNTUK_KEMASAN)

3. Segitiga recycle dgn Nomor 3 V —Polyvinyl Chloride

Tertera logo daur ulang (terkadang berwarna merah) dengan angka 3 di tengahnya, serta tulisan V. Huruf V itu berarti PVC (polyvinyl chloride), yaitu jenis plastik yang paling sulit didaur ulang. Plastik ini bisa ditemukan pada plastik pembungkus (cling wrap), dan botol-botol. PVC mengandung DEHA yang dapat bereaksi dengan makanan yang dikemas dengan plastik berbahan PVC ini saat bersentuhan langsung dengan makanan tersebut karena DEHA ini lumer pada suhu 80oC. Reaksi yang terjadi antara PVC dengan makanan yang dikemas dengan plastik ini berpotensi berbahaya untuk ginjal, hati dan berat badan. Sifat : Kuat, keras, bisa jernih, bentuk dapat diubahdgn pelarut, melunak pada suhu 80oC

Penggunaan : Botol jus, air mineral, minyak sayur, kecap,sambal, pembungkus makanan (food wrap)

Gambar 2.4 contoh produk berbahan V - Polyvinyl Chloride dan strukturnya (sumber :https://www.academia.edu/5124344/JENIS_DAN_KODE_POLIMER_UNTUK_KEMASAN)

4. Segitiga recycle dgn Nomor 4 LDPE —Low Density Polyethylene

Tertera logo daur ulang dengan angka 4 di tengahnya, serta tulisan LDPE (low density polyethylene) yaitu plastik tipe cokelat (thermoplastic/dibuat dari minyak bumi), biasa dipakai untuk tempat makanan, plastik kemasan, dan botol-botol yang lembek. Sifat mekanis jenis plastik LDPE adalah kuat, agak tembus cahaya, fleksibel dan permukaan agak berlemak. Pada suhu di bawah 60oC sangat resisten terhadap senyawa kimia, daya proteksi terhadap uap air tergolong baik, akan tetapi kurang baik bagi gas-gas yang lain seperti oksigen. Plastik ini dapat didaur ulang, baik untuk barang-barang yang memerlukan fleksibilitas tetapi kuat, dan memiliki resistensi yang baik terhadap reaksi kimia. Barang berbahan LDPE ini sulit dihancurkan, tetapi tetap baik untuk tempat makanan karena sulit bereaksi secara kimiawi dengan makanan yang dikemas dengan bahan ini. Sifat : Mudah diproses, kuat, fleksibel, kedap air, permukaan berlilin, tidak jernih tapi tembus cahaya, melunak pada suhu 70oC Penggunaan : Pot yoghurt, kantong belanja (kresek),kantong roti dan makanan segar, botol yang dapat ditekan

Gambar 2.5 contoh produk berbahan Low Density Polyethylene dan strukturnya (sumber :https://www.academia.edu/5124344/JENIS_DAN_KODE_POLIMER_UNTUK_KEMASAN) 5. Segitiga recycle dgn Nomor 5 PP —Polypropylene

Tertera logo daur ulang dengan angka 5 di tengahnya, serta tulisan PP (polypropylene) adalah pilihan terbaik untuk bahan plastik, terutama untuk yang berhubungan dengan makanan dan minuman seperti tempat menyimpan makanan, botol minum dan terpenting botol minum untuk bayi. Karakteristik adalah biasa botol transparan yang tidak jernih atau berawan. Polipropilen lebih kuat dan ringan dengan daya tembus uap yang rendah, ketahanan yang baik terhadap lemak, stabil terhadap suhu tinggi dan cukup mengkilap.

Sifat : Keras tapi fleksibel, kuat, permukaan berlilin, tidak jernih tapi tembus cahaya, tahan terhadap bahan kimia, panas dan minyak, melunak pada suhu 140oC Penggunaan : Pembungkus biskuit, kantong chipskentang, krat serealia, pita perekat kemasan dan sedotan.

Gambar 2.6 contoh produk berbahan Polypropylene dan strukturnya (sumber :https://www.academia.edu/5124344/JENIS_DAN_KODE_POLIMER_UNTUK_KEMASAN) 6. Segitiga recycle dgn Nomor 6 PS —Polystyrene

Tertera logo daur ulang dengan angka 6 di tengahnya, serta tulisan PS (polystyrene) ditemukan tahun 1839, oleh Eduard Simon, seorang apoteker dari Jerman, secara tidak sengaja. PS biasa dipakai sebagai bahan tempat makan styrofoam, tempat minum sekali pakai, dan lain-lain. Polystyrene merupakan polimer aromatik yang dapat mengeluarkan bahan styrene ke dalam makanan ketika makanan tersebut bersentuhan. Selain tempat makanan, styrene juga bisa didapatkan dari asap rokok, asap kendaraan dan bahan konstruksi gedung. Bahan ini harus dihindari, karena selain berbahaya untuk kesehatan otak, mengganggu hormon estrogen pada wanita yang berakibat pada masalah reproduksi, dan pertumbuhan dan sistem syaraf, juga karena bahan ini sulit didaur ulang. Pun bila didaur ulang, bahan ini memerlukan proses yang sangat panjang dan lama. Bahan ini dapat dikenali dengan kode angka 6, namun bila tidak tertera kode angka tersebut pada kemasan plastik, bahan ini dapat dikenali dengan cara dibakar (cara terakhir dan sebaiknya dihindari). Ketika dibakar, bahan ini akan mengeluarkan api berwarna kuning- jingga, dan meninggalkan jelaga. Polistiren (PS) Sifat : Jernih seperti kaca, kaku, getas, buram, terpengaruh lemak dan pelarut, mudah dibentuk, melunak pada suhu 95oC. Penggunaan : Wadah makanan beku, sendok, garpu Polistiren busa (EPS –‗stryofoam‘).

Sifat : Bentuk busa, ringan, getas, kaku, biasanya berwarna putih Penggunaan : Wadah makanan siap saji, cup kopi.

Gambar 2.7 contoh produk berbahan Polystyrene

(sumber :https://www.academia.edu/5124344/JENIS_DAN_KODE_POLIMER_UNTUK_KEMASAN)

7. Segitiga recycle dgn Nomor 7 - OTHER

Untuk jenis plastik ―other‖ ini ada 4 macam, yaitu: 1. SAN –styrene acrylonitrile,

2. ABS –acrylonitrile butadiene styrene, 3. PC –polycarbonate,

4. Nylon

Jenis-jenis tersebut dapat ditemukan pada tempat makanan dan minuman seperti botol minum olahraga, suku cadang mobil, alat rumah tangga, komputer, alat elektronik dan plastik kemasan. SAN dan ABS memiliki resistensi yang tinggi terhadap reaksi kimia, suhu, kekuatan, kekakuan dan tingkat kekerasan yg telah ditingkatkan. Biasanya SAN terdapat pada mangkuk mixer, pembungkus termos, piring, alat makan, penyaring kopi dan sikat gigi. Sedangkan ABS biasanya digunakan sebagai bahan mainan lego dan pipa. Bahan-bahan ini merupakan salah satu bahan plastik yang sangat baik untuk digunakan dalam kemasan makanan atau pun minuman. PC (polycarbonate) dpt ditemukan pada botol susu bayi, gelas anak batita (sippy cup), botol minum polikarbonat dan kaleng kemasan makanan serta minuman, termasuk kaleng susu formula. Bahan ini dapat mengeluarkan bahan utamanya yaitu Bisphenol-A ke dalam makanan dan minuman yang berpotensi merusak sistem

imunitas. Contoh lain jenis plastik yang termasuk kode 7 misalnya polikarbonat. Sifat : Keras, jernih, tahan panas

Penggunaan : Galon air mineral, botol susu bayi

Selain plastik yang disebutkan diatas, Melamin-formaldehid (MF), termasuk jenis plastik berkode 7. Plastik ini tidak dapat didaur ulang (termoset). Melamin terbuat dari resin dan formalin. Formalin pada melamin inilah yang dapat membahayakan tubuh manusia. Melamin yang asli sebenarnya dapat tahan terhadap suhu tinggi namun akhir-akhir ini beredar melamin produk Cina yang kualitasnya berbeda dengan melamin asli. Sifat : Keras, kuat, mudah diwarnai, bebas rasa dan bau, tahan terhadap pelarut dan noda, kurang tahan terhadap asam dan alkali Penggunaan : Peralatan makan: gelas, mangkok, sendok, dan piring.

Gambar 2.8. contoh produk berkode recycle nomor 7

(sumber :https://www.academia.edu/5124344/JENIS_DAN_KODE_POLIMER_UNTUK_KEMASAN)

2.3 Pemanfaatan Polimer

Penggunaan polimer dalam kehidupan sehari – hari yang telah dikenal dan digunakan secara umum yaitu:

1. Polyurethanes

Polyurethanes banyak digunakan untuk produk-produk yang terbuat dari foam, serat, dan yang digunakan untuk elastomer dan pelapis (coating). Aplikasinya dalam kehidupan sehari-hari misalnya untuk pembuatan wadah dari foam, untuk industri garmen, untuk aplikasi bahan bangunan dan sebagainya.

2. Polyester

Poliester dibentuk dari monomer-monomer ester.Salah satu contoh polimer ini adalah dakron.Dakron digunakan sebagai serat tekstil. Selain dakron dikenal pula Mylar, yang digunakan sebagai pita perekam magnetik

3. Polypropylene (PP)

Biasanya digunakan untuk membuat karung, tali, botol dan sebagainya. 4. Polyethylene (PE)

Biasanya digunakan untuk pembungkus makanan, kantung plastik, ember dan sebagainya.

5. Akrilat (flexiglass)

Beberapa polimer dibuat dari asam akrilat sebagai monomernya.Polimetilmetakrilat atau flexiglass merupakan plastik bening, keras tetapi ringan.Polimer jenis ini banyak digunakan untuk kaca jendela pesawat terbang dan mobil.

6. Bakelit

Bakelit banyak digunakan untuk alat-alat listrik. 7. PVC

PVC (polivinilklorida) biasanya digunakan untuk membuat pipa, selang, pelapis lantai dan sebagainya

8. Teflon

Teflon atau politetrafluoroetilena memiliki sifat yang tahan terhadap bahan kimia dan panas, sehingga seringkali digunakan untuk pelapis tangki atau panci anti lengket 9. Karet alam dan karet sintetis

Karet diperoleh dari getah pohon karet (lateks).Karet alam merupakan polimer isoprena.Karet sintetis terdiri dari beberapa macam, misalnya polibutadiena, polikloroprena dan polistirena.Karet sintetis yang telah banyak dikenal yaitu SBR. SBR terdiri dari monomer stirena dan 1,3- butadiena, banyak digunakan untuk pembuatan ban mobil.

Faktor utama yang perlu diperhatikan dalam memilih bahan plastik meliputi : 1. Aplikasi

Sebelum memilih bahan plastik, perlu dipertimbangkan apakah bahan tersebut memenuhi kebutuhan aplikasi. Empat hal dapatdipertimbangkan sebagai parameter/kondisi untuk penggunaan, yaitu:

• Lingkungan penggunaan

Perlu meneliti pengaruh lingkungan terhadap produk yang dibuatdari bahan plastik yang digunakan. Pengaruh lingkungan tersebutmeliputi suhu, kelembaban dan daerah kerja, kemungkinan kontakdengan gas, unsur kimia, atau larutan kimia, maupun keterbukaanalam (matahari, hujan atau radiasi) • Jenis gaya eksternal yang dikenakan padanya

Perlu dianalisa jenis gaya eksternal seperti gaya tarik, lentur,kompresi, geser atau friksi yang dikenakan di bawah lingkungan tersebut di atas dan bagaimana kombinasi dari gaya-gaya di atas. Perlu diteliti apakah gaya-gaya ini dikenakan sebagai beban tumbukan, tegangan berulang atau gaya dinamis. Setelah mempertimbangkan faktor-faktor ini baru memilih bahan-bahanplastik yang memiliki ketahanan terhadap gaya eksternal.

• Situasi khusus

Setiap negeri mempunyai standar kualitas tidak sama, sehinggabahan yang dipilih harus memenuhi persyaratan standar di negara masing-masing, misalnya bahan plastik yang digunakan dalambidang kelistrikan untuk di ekspor ke Amerika Serikat harus memenuhi persyaratan ―Standar UL‖ untuk keamanan termal danlistrik.

• Pengguna dan tujuan pemakaian

Faktor tersebut pantas memperoleh perhatian siapa penggunaproduk tersebut misalnya anak-anak, atau orang dewasa barudipertimbangkan pemilihan bahan yang sesuai atau tidakmembahayakan. Selanjutnya mempertimbangkan di mana produk tersebut akan digunakan, apakah untuk tujuan produksi atau untukkonsumen umum, baru kemudian memilih jenis bahan plastik yang di kehendaki.

2. Sifat-sifat Bahan Plastik

Dengan mempertimbangkan faktor yang memenuhi aplikasi pemilihanbahan plastik, barulah memilih bahan plastik yang memiliki sifat-sifatbahan tersebut seperti berat spesifik, warna, transparansi, sifat,mekanik, elektronik, termal, kimiawi, durabilitas dan prosesabilitas.

3. Pertimbangan Ekonomis

Harga merupakan salah satu faktor penentu dalam pemilihan jenisbahan plastik baik dengan membandingkan harga produk sainganmaupun dengan bahan plastik lain setelah mempertimbangkan biayaproses fabrikasi.

4. Keamanan dan Kesehatan

Merupakan salah satu faktor penting mempertimbangkan kesehatandan keamanan orang yang bekerja pada proses fabrikasi dan atau pengguna produk akhir. 5. Limbah

Hal ini penting di carikan jalan keluar penanganannya, disertai kegiatan promosi daur ulang dalam proses proses produksi.

2.4 Bahan baku

a. Polyethylene (PE)

Polyethylene merupakan polimer termoplastik yang mudah diolah maka dari itu sering di cetak dengan penekanan, injeksi, ekstruksi, peniupan dan hampa udara.

Polyethylene massa jenis rendah (Low-Density Polyethylene) terutama digunakan dalam bentuk tipis atau lembaran, misalnya : tas, botol-botol yang dapat dijepit tabung tinta padapena, tali senar/dawai, isolator kabel, wadah alat dapur, botol minyak tanah, dankantong tempat sampah. Sedangkan polyethylene massa jenis tinggi (High-Density Polyethylene) digunakan untuk perpipaan, mainan, filament tenunan dan peralatan rumah tangga.

Pada polyethylene massa jenis rendah (LDPE), molekul-molekulnya tidak mengkristal secara baik tetapi memiliki banyak cabang. Polyethylene mengandung unsur kimia karbon dan hidrogen dan juga dibuat melalui polimerisasi etena. Disisi lain polyethylene tekanan rendah kurang bercabang dan merupakan rantai lurus karena itu massa jenisnya lebih besar sebab mengkristal secara baik sehingga memiliki kristalinitas tinggi. Karena kristal yang berbentuk baik itu mempunyai gaya antar molekul yang kuat, maka bahan ini memiliki kekuatan mekanis yang tinggi dan titik lunak yang tinggi pula. Polyethylene ini dibuat dengan jalan polimerisasi gas etilen yang dapat diperoleh dengan memberi hydrogen gas petroleum pada pemecahan minyak(nafia), gas alam atau asetelin. Melihat kristalinitas dan massa molekul, titik leleh, dan transisi gelas sulit melihat sifat fisik polietilena. Temperatur titik tersebut sangat bervariasi bergantung pada tipe polietilena. Pada tingkat komersil, polietilena

tingkat resistansi kimia yang sangat baik dan tidak larut pada temperatur ruang karena sifat kristalinitas mereka. Polietilena umumnya bisa dilarutkan pada temperatur yang tinggi dalam hidrokarbon aromatik seperti toluena atau xilena, atau larutan terklorinasi seperti trikloroetana atau triklorobenzena.

Produknya mempunyai fleksibilitas pada suhu ruang maupun rendah, kedap air,tidak ber-reaksi dengan zat kimia, dapat disambung dengan cara dipanaskan dan dapat diberi warna. Produknya mencakup: cetakan es, baki, pencuci film, kain,kemasan, botol susu bayi, selang air, kabel koaksial dan bahan isolasi atau peredam getaran untuk frekuensi tinggi. Semua produk-produk tersebut, dibuat dengan cara: cetak-injeksi, cetak-tiup atau ekstrusi.

Tabel 2.1 Sifat fisik, mekanis dan termal dari Polyethylene

TYPICAL PROPERTIES of POLYETHYLENE

ASTM or UL

test Property LDPE HDPE UHMW

PHYSICAL

D792 Density (lb/in³) (g/cm³)

0.033 0.92

0.035 0.96

0.034 0.93 D570 Water Absorption, 24 hrs (%) <0.01 <0.01 <0.01

MECHANICAL

D638 Tensile Strength (psi) 1,400 4,800 5,800 D638 Tensile Modulus (psi) 57,000 200,000 80,000 D638 Tensile Elongation at Break (%) 100 400 300 D790 Flexural Strength at Yield (psi) 1,500 4,600 3,500 D790 Flexural Modulus (psi) 29,000 174,000 88,000 D695 Compressive Strength (psi) 1,400 4,600 3,000 D695 Compressive Modulus (psi) 54,000 100,000 80,000 D732 Shear Strength (psi) - - 3,000

D785 Hardness, Shore D D45 D69 D62-D66 D256 IZOD Notched Impact (ft-lb/in) No

Break 1.3

No Break THERMAL

D696

Coefficient of Linear Thermal Expansion

(x 10-5 _in./in./°F)

- 6 11

D648

Heat Deflection Temp (°F / °C) at 66 psi

at 264 psi

120 / 48 116 / 46

170 / 76 176 / 80

203 / 95 180 / 82 D3418 Approx. Melting Temperature (°F / °C) 244 /

118

275 / 135

288 / 142 - Max Operating Temp (°F °C) 320/160 356/180 356/180

C177

Thermal Conductivity (BTU-in/ft²-hr-°F) (x 10-4

cal/cm-sec-°C) - - - - 2.84 10.0 UL94 Flammability Rating HB HB< HB

ELECTRICAL

D149 Dielectric Strength (V/mil) short time,

1/8" thick 460-700 450-500 2300 D150 Dielectric Constant at 1 MHz

2.25-2.30

2.30-2.35

2.30-2.35 D150 Dissipation Factor at 1 kHz 0.0002 0.0002 0.0005 D257 Surface Resistivity (ohm/square) at

50% RH > 10

15 _{> 10}15 _{> 10}15 D495 Arc Resistance (sec) 135-160 200-250 250-350

Sumber : http://boedeker.com/polye_p.htm

b. Polypropilene (PP)

Polipropilen dibentuk dengan berbagai teknik termoplastik, memiliki sifat-sifat listrik yang baik, tahan terhadap impak, kekuatannya tinggi dan tahan terhadap suhu tinggi serta zat-zat kimia.

Serat polipropilen dapat dijalin untuk dijadikan tali/tambang, jala dan tekstil. Sering juga digunakan untuk membuat peralatan rumah sakit, laboratorium, mainan anak-anak, koper, perabotan, kemasan makanan, kotak TV dan isolasilistrik.

–

mekaniknya dapat ditingkatkan sampai batas tertentu dengan jalan mencampurkan serat gelas dan pemuaian termal juga dapat diperbaiki sampai setingkat dengan bahan thermoseting. Sifat- sifat listriknya hampir sama dengan sifat-sifat pada polyethylene. Tahan kimianya kira-kira sama bahkan lebih baik dari pada polyethylene massa jenis tinggi (high-density polyethylene).

Polypropylene paling umum digunakan untuk cetakan plastik, dimana hal ini disuntikkan ke dalam cetakan sementara cair, membentuk bentuk kompleks dengan biaya yang relatif rendah dan volume tinggi; contoh termasuk tutup botol,botol, dan alat kelengkapan. Polypropylene memiliki rumus molekul (C3H6)n. Massa jenisnya rendah (0,90 - 0,92) termasuk kelompok yang paling ringan diantara bahan polimer, dapat terbakar bila dinyalakan dibandingkan polyethylene massa jenis tinggi. Titik lelehnya tinggi sekali (164°C), kekuatan tarik, kekuatan lentur dan kekuatannya lebih tinggi tetapi tahan impaknya lebih rendah terutama pada temperatur rendah.

Table 2.2 Sifat fisik, mekanis dan thermal dari Polpropylene

TYPICAL PROPERTIES of POLYPROPYLENE

ASTM or

UL test Property Homopolymer

Co-Polymer

Flame Retardant PHYSICAL

D792 Density (lb/in³) (g/cm³) 0.033 0.905 0.033 0.897 0.035 0.988 D570 Water Absorption, 24 hrs (%) <0.01 0.01 0.02

MECHANICAL

D638 Tensile Strength (psi) 5,000 5,000 4,500 D638 Tensile Modulus (psi) 195,000 - - D638 Tensile Elongation at Yield (%) 12 23 28 D790 Flexural Strength (psi) 7,000 5,400 - D790 Flexural Modulus (psi) 180,000 160,000 145,000 D695 Compressive Strength (psi) 7,000 6,000 - D695 Compressive Modulus (psi) - - -

D785 Hardness, Rockwell R 92 80 - D256 IZOD Notched Impact (ft-lb/in) 1.9 7.5 0.65

THERMAL

D696

Coefficient of Linear Thermal Expansion

(x 10-5 _in./in./°F)

6.2 6.6 -

D648

Heat Deflection Temp (°F / °C) at 66 psi

at 264 psi

210 / 99 125 / 52

173 / 78 110 / 43

106 / 41 57 / 14 D3418 Melting Temperature (°F / °C) 327 / 164 327 / 164 327 / 164

- Max Operating Temp (°F / °C) 356/180 338/170 356/180

C177

Thermal Conductivity (BTU-in/ft²-hr-°F) (x 10-4 _{cal/cm-sec-°C)}

0.76-0.81 2.6-2.8 - - - - UL94 Flammability Rating HB n.r. V-O

ELECTRICAL

D149 Dielectric Strength (V/mil) short

time, 1/8" thick 500-660 475 500-650 D150 Dielectric Constant at 1 kHz 2.25 2.2-2.36 2.3 D150 Dissipation Factor at 1 kHz 0.0005-0.0018 0.0017 - D257 Volume Resistivity (ohm-cm) at

50% RH 8.5 x 10 14

2 x 1016

1015 D495 Arc Resistance (sec) 160 100 -

Sumber : http://boedeker.com/polyp_p.htm

2.5 Ekstrusi

2.5.1 Definisi Ekstrusi

Ekstrusi adalah salah satu proses manufaktur yang mengkombinasikan beberapa proses pengolahan meliputi pencampuran (mixing), pengulenan (kneading), pengadukan (shearing), pemanasan (heating), pendinginan (cooling), dan pencetakan

memperkenalkan ekstrusi bahan logam, dengan mengekstrusi pipa lead. Dalam prosesnya sebuah billet berbentuk silindris ditempatkan dalam sebuah wadah dan didorong melalui sebuah cetakan terbuka dengan menggunakan sebuah ram. Hasil produk keluar dari die dengan pengurangan penampang permukaan. Proses sederhana ditunjukkan pada gambar 2.9 berikut ini

Gambar 2.9 Proses ekstrusi logam Keterangan gambar:

1. Benda kerja (billet)

2. Wadah (container)

3. Cetakan (die)

4. Ram

5. Dummy block

6. Die backer

Proses ekstrusi dapat diperlakukan dalam bentuk kerja panas maupun dingin, walaupun demikian, proses kerja panas lebih banyak untuk berbagai jenis metal karena mengurangi gaya dorong yang diperlukan. Logam-logam seperti lead, copper,

aluminium, magnesium, dan paduan dari logam ini umumnya mudah dilakukan proses ekstrusi karena logam ini memiliki kekuatan luluh yang rendah dan begitu juga dengan suhu ekstrusinya.

2.5.2 Ekstrusi Bahan Termoplastik

Proses ekstrusi bahan termoplastik mempunyai prinsip yang hampir sama pada proses ekstrusi bahan logam, hanya saja dalam mengekstrusi bahan polimer termoplastik tidak lagi menggunakan ram seperti halnya ekstrusi logam, tetapi menggunakan sebuah screw.

Bahan baku yang digunakan dalam proses ekstrusi termoplastik ini juga berbeda dengan ekstrusi logam. Jika pada ekstrusi logam bahan baku yang dimasukkan dalam bentuk batangan, plat, ataupun lembaran, maka pada ekstrusi termoplastik bahan baku yang digunakan adalah dalam bentuk biji plastik (pellet). Hasil produk dari proses ekstrusi termoplastik juga beraneka ragam, seperti halnya pada ekstrusi logam.

Proses ekstrusi memiliki beberapa keuntungan, yaitu:

 Produk beraneka ragam bentuk dan ukuran

 Relatih murah dan ekonomis

 Proses otomatis dan produktivitas tinggi

 Kualitas produk baik

 Tidak menghasilkan limbah

Prinsip pengoperasian untuk semua jenis ekstruder pada umumnya adalah sama, yaitu:

 Bahan baku dimasukkan ke dalam hopper dan dialirkan sepanjang ekstruder

 Ketika bergerak sepanjang ekstruder, die yang kecil membatasi volume dan menghambat pergerakan bahan

 Akibatnya bahan mengalami tekanan yang tinggi

 Selama bergerak sepanjang ekstruder, screw memutar bahan (menguleni) dan mengubahnya menjadi semisolid yangbersifat plastis

 Pada extrusion cooking adanya panas karena gesekan menyebabkan suhu meningkat

 Setelah melewati barrel dimana tekanan meningkat, bahan didorong melalui die

 Produk mengalami perubahan tekanan dari tinggi ke rendah sehingga mengembang

 Produk mengalami proses pendinginan secara cepat karena air dari produk menguap

Mesin ekstrusi (ekstruder) untuk bahan termoplastik umumnya terdiri dari sebuah poros berulir tunggal (single screw) namun pada saat ini telah dikembangkan juga ekstruder termoplastik dengan menggunakan twin screw (poros berulir kembar).

yaitu jumlah screw yang digunakan.

1. single screw ekstruder (mesin ekstrusi poros berulir tunggal)

Ekstruder jenis ini memiliki satu buah screw yang berputar di dalam barrel. Screw tersebut berfungsi untuk mendorong dan menekan bahan pellet hingga keluar dari die.

Gambar 2.10 single screw extruder

(Sumber: http://www.polymerprocessing.com/operations/sscrew/big.html)

Dalam prosesnya bahan baku termoplastik berbentuk pellet dimasukkan ke dalam hopper dan digerakkan melalui barrel dengan menggunakan sebuah poros berulir tunggal yang berbentuk helical (single screw conveyor) untuk kemudian dihantarkan hingga ke cetakan (die).

Kecepatan putaran screw merupakan parameter penting yang mempengaruhi:

 Lama produk dalam ekstruder

 Jumlah energi panas yang terbentuk

 Kecepatan transfer panas

2. twin screw ekstruder (mesin ekstrusi poros berulir kembar)

Ekstruder jenis ini memiliki dua buah screw yang berputar di dalam

barrel.Namun berdasarkan arah putarannya dibagi menjadi dua, yaitu

 co-rotating (berputar searah satu sama lain)

Gambar 2.11 twin screw ekstruder

(sumber: http://www.polymerprocessing.com/operations/tscrew/index.html) Keuntungan mesin ini adalah:

 Tidak tergantung feed rate

 Kontrol transfer panas lebih baik

 Dapat digunakan untuk bahan berminyak, lengket atau basah

 Dapat digunakan untuk berbagai ukuran partikel Sedangkan kerugiannya adalah:

 Harga relatif mahal

 Biaya pemeliharaan tinggi

 Pengoperasian lebih sulit

2.6

Sifat Mekanik Polimer

2.6.1. Kekuatan (Strength)

Kekuatan merupakan salah satu sifat mekanik dari polimer. Ada beberapamacam kekuatan dalam polimer, diantaranya yaitu:

A. Kekuatan Tarik (Tensile Strength)

Kekuatan tarik adalah tegangan yang dibutuhkan untuk mematahkan suatu sampel. Kekuatan tarik penting untuk polymer yang akan ditarik,contohnya fiber, harus mempunyai kekuatan tarik yang baik.

B. Compressive strength

Adalah ketahanan terhadap tekanan.Beton merupakan contoh material yang memiliki kekuatan tekan yang bagus.Segala sesuatu yang harusmenahan berat dari bawah harus mempunyai kekuatan tekan yang bagus.

Adalah ketahanan pada bending (flexing).Polimer mempunyai flexural strength jika dia kuat saat dibengkokkan.

D. Impact strength

Adalah ketahanan terhadap tegangan yang datang secara tiba-tiba.Polimer mempunyai kekuatan impak jika dia kuat saat dipukul dengan keras secara tiba-tiba seperti dengan palu.

Gambar 2.12 Pembebanan Bahan

(sumber: http://rudimarvell.blogspot.com/2011/04/sifat-mekanik-logam-sifat-mekanik-bahan.html)

2.6.2. Elongation

Semua jenis kekuatan memberitahu kita berapa tegangan yang dibutuhkanuntuk mematahkan sesuatu, tetapi tidak memberitahu kita tentang apa yang terjadipada sampel kita saat kita mencoba untuk mematahkannya, itulah kenapa kita mempelajari elongation dari polimer. Elongasi merupakan salah satu jenis deformasi. Deformasi merupakan perubahan ukuran yang terjadi saat material diberi gaya. % Elongasi adalah panjang polimer setelah di beri gaya (L) dibagi dengan panjang sampel sebelum diberi gaya (Lo) kemudian dikalikan 100%. Elongation-to-break

(ultimate elongation) adalah regangan pada sampel pada saat sampel patah.

2.6.3. Modulus

Modulus diukur dengan menghitung tegangan dibagi dengan elongasi. Satuan modulus sama dengan satuan kekuatan (N/mm2).

2.6.4. Ketangguhan (Toughness)

Ketangguhan adalah pengukuran sebenarnya dari energi yang dapat diserap oleh suatu material sebelum material tersebut patah.

2.7 Perilaku Thermoplastik Saat Diuji Tarik

Perilaku mekanika polimer thermoplastik sebagai respon terhadap pembebanan secara umum dapat dijelaskan dengan mempelajari hubungan antara struktur rantai molekulnya dan fenomena yang teramati.

Gambar 2.13 Spesimen Uji Tarik dan Perilaku Polimer Termoplastik pada saat mengalami pembebanan pada Mesin Uji Tarik

(sumber: http://diajengsekar.blogspot.com/2013/08/dasar-tegangan-dan-regangan.html)

Biasanya yang menjadi fokus perhatian adalah kemampuan maksimum bahan tersebut dalam menahan beban. Kemampuan ini umumnya disebut “Ultimate Tensile Strength” disingkat dengan UTS, dalam bahasa Indonesia disebut tegangan tarik maksimum.

Menurut Hukum Hooke (Hooke’s Law), pada tahap sangat awal dari uji tarik, hubungan antara beban atau gaya yang diberikan berbanding lurus dengan perubahan panjang bahan tersebut. Ini disebut daerah linier atau linear zone. Di daerah ini, kurva pertambahan panjang vs beban mengikuti aturan Hooke sebagai berikut:

rasio tegangan (stress) dan regangan (strain) adalah konstan. Stress adalah beban dibagi luas penampang bahan dan strain adalah pertambahan panjang dibagi panjang awal bahan.

 Stress:

σ =

� �

Dimana F adalah gaya tarikan (N) ; A luas penampang (mm2) ; σ adalah tegangan (MPa). Nilai F didapat dengan menggunakan rumus F=Load x 9,807N dimana

Load adalah beban atau gaya yang diberikan pada saat benda putus (break).

 Strain:

ε

= ∆�

��� %

ΔL adalah pertambahan panjang (mm) ; Lo adalah panjang awal (mm) ; ε adalah regangan (%)

 Maka hubungan antara stress dan strain dapat dirumuskan:

E =

�

�

; dimana E adalah Modulus Elastisitas

Untuk memudahkan pembahasan, grafik pada gambar 2.13 kita modifikasi sedikit dari hubungan antara gaya tarikan dan pertambahan panjang menjadi hubungan antara tegangan dan regangan (stress vs strain). Selanjutnya kita dapatkan gambar 2.14, yang merupakan kurva standar ketika melakukan eksperimen uji tarik. E adalah gradien kurva dalam daerah linier, dimana perbandingan tegangan (σ) dan regangan (ε) selalu tetap. E diberi nama “Modulus Elastisitas” atau “Young Modulus”. Kurva yang menyatakan hubungan antara strain dan stress seperti ini kerap disingkat kurva SS (SS curve).

Gambar 2.14 Kurva tegangan-regangan

(sumber: http://diajengsekar.blogspot.com/2013/08/dasar-tegangan-dan-regangan.html)

 Pada daerah linear dinyatakan apabila sebuah bahan diberi beban sampai pada titik sebelum titik luluh, kemudian bebannya dihilangkan, maka bahan tersebut akan kembali ke kondisi semula (tepatnya hampir kembali ke kondisi semula) sehingga disebut dengan daerah deformasi elastis, yaitu regangan ―nol‖ pada titik 0. Tetapi bila beban ditarik sampai melewati titik luluh, hukum Hooke tidak lagi berlaku dan terdapat perubahan permanen dari bahan sehingga disebut dengan daerah deformasi plastis. Terdapat konvensi batas regangan permamen (permanent strain) sehingga masih disebut perubahan elastis yaitu kurang dari 0.03%, tetapi sebagian referensi menyebutkan 0.005%. Tidak ada standarisasi yang universal mengenai nilai ini.

 Titik luluh (yield strength) adalah batas atau titik atau daerah peralihan fase elastis dan fase plastis

 Ultimate tensile strength adalah merupakan besar tegangan maksimum yang didapatkan dalam uji tarik.

 Titik putus adalah merupakan besar tegangan di mana bahan yang diuji putus atau patah.

 Modulus elastisitas (young modulus) adalah kecenderungan suatu benda untuk berubah bentuk sepanjang sumbu ketika stress berlawanan diaplikasikan sepanjang sumbu itu; itu didefinisikan sebagai rasio tegangan tarik terhadap regangan tarik.

Perilaku mekanik dari polimer thermoplastik secara umum dapat dikelompokkan menjadi 3 bagian, yaitu: (1) Perilaku Elastik, (2) Perilaku Plastik, dan (3) Perilaku Visko-Elastik.

Berikut Kurva Tegangan Regangan Suatu Polimer Thermoplastik:

Gambar 2.15 Kurva Tegangan Regangan Suatu Polimer Thermoplastik (Rahmat Saptono, 2007 )

pada waktu (time-dependent). Hal ini dapat dijelaskan dari 2 mekanisme yang terjadi pada daerah elastis, yaitu: (1) distorsi keseluruhan bagian yang mengalami deformasi, dan (2) regangan dan distorsi ikatan-ikatan kovalennya. Perilaku elastik non-inear

atau non-proporsional pada daerah elastis terutama berhubungan dengan mekanisme distorsi dari keseluruhan rantai molekulnya yang linear atau linear dengan cabang.

Gambar 2.16 Perilaku Elastik Polimer Thermoplastik (Rahmat Saptono, 2007 ) Perilaku plastis pada polimer thermoplastik pada umumnya dapat dijelaskan dengan mekanisme gelinciran rantai (chain sliding). Ikatan sekunder sangat berperan dalam mekanisme ini sebagaimana diilustrasikan dalam gambar. Mula-mula akan terjadi pelurusan rantai liner molekul polimer yang keadaannya dapat diilustrasikan seperti ‗mie‘ dengan ikatan sekunder dan saling kunci mekanik. Selanjutnya akan terjadi gelinciran antar rantai molekul yang telah lurus pada arah garis gaya.

Ikatan sekunder dalam hal ini akan berperan sebagai semacam ‗tahanan‘ dalam proses gelincir atau deformasi geser (shear) antar rantai molekul yang sejajar searah dengan arah garis gaya. Dengan demikian dapat dijelaskan bahwa ikatan sekunder sangat menentukan ketahanan polimer thermoplastik terhadap deformasi plastik atau yang selama ini kita kenal dengan kekuatan (strength) dari polimer.

Gelinciran rantai molekul polimer thermoplastik dapat pula dilihat sebagai aliran viskos dari suatu fluida. Kemudahan molekul polimer untuk dideformasi secara permanen dalam hal ini berbanding lurus dengan viskositas dari polimer.Dari persamaan umum dapat dilihat bahwa tegangan geser akan menyebabkan gradien

kecepatan antar rantai molekul yang dapat menyebabkan deformasi permanen tergantung pada viskositasnya.

Gambar 2.17 Perilaku Plastik Polimer Thermoplastik (Rahmat Saptono, 2007 ) Perilaku penciutan (necking) dari polimer thermoplastik amorphous agak sedikit berbeda dengan perilaku penciutan logam pada umumnya. Hal ini disebabkan karena pada saat terjadi penciutan akan terjadi kristalisasi yang menyebabkan penguatan lokal pada daerah tersebut dan penurunan laju deformasi.

Gambar 2.18 Penciutan dan Kristalisasi Polimer Thermoplastik Amorphous

pada Pengujian Tarik (Rahmat Saptono, 2007 )

Visko-elastisitas berhubungan perilaku polimer thermoplastik saat dideformasi yang terjadi dengan deformasi elastis dan aliran viskos ketika beban diaplikasikan pada bahan. Hal ini berhubungan dengan ketergantungan perilaku bahan terhadap

dapat disimulasikan dengan mengkombinasikan persamaan Pegas Hooke dan Dashspot. Regangan, misalnya, dapat diasumsikan seri atau paralel, menggunakan Elemen Maxwell dan Elemen Voight-Kelvin.

Gambar 2.19 Deformasi pada polimer setelah pengujian tarik (Callister)

Keterangan Gambar 2.17: A. Elastis – Getas

B. Elastis – Plastik C. Elastisitas tinggi

2.8 Makrostruktur Pada Polimer

Makrostruktur pada polimer dapat menentukan sifat bahan/produk polimer, baik sifat fisik maupun kimianya. Sebagian besar kajian analitik dan karakterisasi polimer mutakhir dilakukan atas makrostruktur dan dampaknya atas sifat struktural maupun fungsional bahan.

Pengamatan struktur makro dapat menggunakan mikroskop optik dengan pembesaran tertentu. Pengamatan struktur makro adalah salah satu cara untuk mengetahui metalurgi permukaan benda uji, sehingga dapat diketahui sifat mekanik dari material tersebut.

Pada pengamatan struktur makro, terdapat porositas. Porositas adalah besarnya persentasi ruang-ruang kosong atau besarnya kadar pori yang terdapat pada sampel dan merupakan salah satu faktor utama yang mempengaruhi kekuatan sampel.

Polimer mempunyai kecenderungan berisi rongga akibat adanya air yang terbentuk selama atau sesudah percetakan dan kemudian kering sehingga menimbulkan rongga-rongga udara. Dapat ditambahkan bahwa selain air yang mengawali pemakaian ruangan dan kelak menjadi rongga, terjadi juga rongga-rongga udara langsung pada jumlah persentase yang kecil.

Gambar 2.20 Porositas pada polimer

Porositas adalah ukuran dari ruang/rongga kosong (pori-pori) di antara material, dan merupakan fraksi dari volume ruang kosong terhadap total volume, yang bernilai antara 0 dan 1, atau sebagai persentase antara 0-100%.

Porositas dapat berpengaruh pada sifat mekanik seperti kekerasan. Semakin tinggi persentase porositas lapisan maka kekerasan akan menurun demikian pula sebaliknya lapisan dengan densitas yang semakin tinggi akan memiliki kekerasan yang semakin tinggi pula. Namun pada sifat mekanik seperti kekuatan tarik, semakin tinggi persentase porositas lapisan suatu material maka kekuatan tarik akan cenderung semakin tinggi karena hubungan kekerasan dari suatu bahan berbanding terbalik dengan kekuatan tarik. Kekerasan adalah ketahanan material terhadap deformasi local (permukaan), sementara kekuatan tarik adalah ketahanan material terhadap deformasi plastis yang terjadi diseluruh permukaan material (global). Sehingga jika suatu bagian dari material memiliki kekuatan tarik yang baik, maka material tersebut semakin ulet sehingga memiliki sifat yang semakin lunak dan tidak getas, Sementara itu sifat dari material yang memiliki kekerasan mempunyai sifat getas dan cenderung tidak lunak atau ulet. Karena itu, semakin ulet material maka akan semakin kuat pula material tersebut serta semakin tidak memiliki sifat kekerasan.

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

4.1

Tahapan Penelitian

Berikut ini adalah diagram alir tahapan penelitian:

3.2 Alat dan Bahan

3.2.1 Alat

a. Ekstruder

Ekstruder yang digunakan pada penelitian ini adalah mesin ekstrusi poros berulir tunggal (single-screw ekstruder). Kecepatan putar porosnya konstan sebesar 300rpm

Gambar 3.2 Mesin Ekstruder Keterangan gambar:

1. Hopper

2. Pengatur temperatur 3. Tombol power

4. Ruang pemanas 5. Ruang pencampuran 6. Barrel

7. Die 8. Motor

Alat ini memiliki ketelitian yang tinggi, mampu menimbang zat atau benda sampai batas 0,001 gr. Neraca ini sangat peka, karena itu bekerja dengan neraca ini harus secara halus dan hati-hati. Alat ini digunakan penulis di Laboratorium Kimia Dasar MIPA USU.

Gambar 3.3 Neraca Analitik

Keterangan gambar 3.3 : 1. Bahan yang akan ditimbang 2. Landasan timbangang 3. Indikator

4. Tombol power

c. Hydraulic hot press

Mesin hydraulic hot press adalah suatu alat atau mesin yang digunakan untuk membentuk suatu perlengkapan dari bahan plastik dengan menyampaikan

konsep/sistem tekanan dengan aplikasi panas untuk melelehkan bahan, (seperti termoplastik) yang juga disebut termo pembentuk, prosedur ini menciptakan produk dengan tekstur, atau bentuk dapat dipakai sebagai hasil langsung. Operasi ini dicapai melalui penggunaan hidrolik disesuaikan untuk mentransfer energi, (dalam bentuk tekanan), untuk materi.

Pada penelitian ini digunakanlah mesin hydraulic hot press yang merupakan jenis rakitan, namun prinsip kerjanya sama dengan prinsip kerja mesin – mesin hasil pabrikan.

Gambar 3.4 Hydraulic hot press

Keterangan gambar 3.4 :

1. Pengatur temperatur pencampuran 2. Panel power

3. Pemanas

4. Hydraulic

5. Rumah mesin 6. Ruang penekanan

Untuk pengambilan data sifat mekanik, ukuran spesimen dibuat sesuai standard ASTM D638 tipe IV dengan dimensi seperti gambar berikut:

Gambar 3.5 Cetakan Standard ASTM D638 tipe IV Keterangan gambar 3.5 :

• Lo = Length overall (113 mm)

• L = Length of narrow section (33 mm) • D = Distance between grips (65 mm) • G = Gage length (20 mm)

• Wo = Width overall (19 mm)

• W = Width of narrow section (6 mm) • Ro = Out radius (25 mm)

• R = Radius of fillet (14 mm) • T = Thickness (2 mm)

e. Mesin Uji Tarik

Pada penelitian ini, mesin uji tarik yang digunakan adalah Gotech testing machine AI-7000 LA30. Mesin ini bekerja secara komputerisasi sehingga data yang dimasukkan dan hasil pengujiannya dapat dibaca pada monitor komputer.

Gambar 3.6 Mesin Uji Tarik Gotech

Keterangan gambar: 1. Pencekam atas 2. Pencekam bawah

3. Pengatur posisi pencekaman 4. Komputer

Spesifikasi mesin uji tarik Gotech testing machine model AI-7000 LA30:

 Kapasitas : 20kN

 Stroke (termasuk grips) : 1100 mm

 Kecepatan tarik : 0,0001-1000�� _��

 Unit : kgf, lbf, N, kN, kPa, Mpa

Mikroskop ini digunakan untuk melihat skruktur makro dari suatu material. Berbagai material dapat dilihat struktur makronya dengan menggunakan mikroskop ini, misalnya material berbahan baja, kayu, polimer, dan sebagainya. Gambar/foto hasil penampakan makrostruktur dari mikroskop ini dapat dilihat dengan menggunakan komputer yang telah dihubungkan pada mikroskop.

Gambar. 3.7 Mikroskop Optik Raxvision

Keterangan gambar 3.7: 1. Lensa okuler 2. Lensa obyektif

3. Kabel penghubung mikroskop dengan komputer 4. Meja

5. Pengatur posisi meja 6. Tombol power

3.2.2 Bahan

Bahan baku yang digunakan dalam penelitian ini Polypropilene (PP) dan

High-Density Polyethylene (HDPE).

Tabel 3.1 Bahan Baku dan Karakteristiknya

Bahan Baku Temperatur Leleh Berat/Butir

Polypropilene (PP) 164oC 0,025 gr

High-Density Polyethylene (HDPE) 135oC 0,025 gr

Sumber : boedeker.com

Gambar 3.8 Bahan Baku polypropylene (PP)

3.3 Pembuatan Spesimen

3.3.1 Penimbangan Komposisi Formula

Sebelum menuju kearah pembuatan spesimen, bahan baku ditimbang terlebih dahulu untuk mendapatkan komposisi yang diinginkan. Dalam hal ini, penulis ingin menggunakan 80 gram polimer, yaitu campuran polypropylene dan High-Density polyethylene. Alat yang digunakan adalah neraca analitik. Alat ini diperoleh penulis di Laboratorium Kimia Polimer MIPA USU.

Komposisi formula tersebut adalah :

- Formula 1 (Polypropylene 80% + High-Densitypolyethylene 20%) - Formula 2 (Polypropylene 70% + High-Densitypolyethylene 30%) - Formula 3 (Polypropylene 60% + High-Densitypolyethylene 40%)

3.3.2 Pembuatan Campuran Polimer

Pencampuran polypropylene dan High-Density polyethylene dilakukan dengan menggunakan alat yang bernama ekstruder. Temperatur yang digunakan bervariasi, yaitu, 165oC, 170oC, 175oC dan 180oC. Dasar penentuan temperatur ini karena titik leleh polypropylene (164oC) lebih tinggi daripada High-Density polyethylene (135oC) dan kedua bahan tersebut memiliki temperatur pengoperasian maksimum yang sama (180oC). Komposisi formula PP : HDPE yang digunakan adalah (80% : 20%), (70% : 30%), (60% : 40%).

3.3.3 Pembuatan Film Spesimen

Setelah mengalami proses ekstrusi pada mesin esktruder, campuran polimer tersebut akan dibuat film spesimen yaitu dengan memasukkannya ke dalam cetakan sesuai ketentuan untuk uji karakteristiknya yaitu standard ASTM D638 tipe IV dan ditekan dengan menggunakan hydraulic hot press. Lamanya penekanan dengan

hydraulic hot press yaitu 30 menit. Berikut ini adalah gambar campuran polimer untuk pembuatan film spesimen sebelum ditekan dengan hydraulic hot press.

Gambar 3.10 Campuran Polimer pada cetakan sebelum ditekan dengan hydraulic hot press.

Untuk tiap-tiap komposisi dan temperatur tersebut dicetak 3 buah spesimen uji tarik, dapat kita lihat pada table 3.2.

Tabel 3.2 Sampel hasil variasi komposisi volume bahan dengan variasi temperatur Formula

Temperatur

Formula 1 (PP 80% + PE 20%)

Formula 2 (PP 70% + PE 30%)

Formula 3 (PP 60% + PE 40%)

(165°C)

Sampel 1

(Uji I, Uji II, Uji III) _{(Uji I, Uji II, Uji III)} Sampel 2 _{(Uji I, Uji II, Uji III)} Sampel 3

(170°C) _{(Uji I, Uji II, Uji III)} Sampel 4 _{(Uji I, Uji II, Uji III)} Sampel 5 _{(Uji I, Uji II, Uji III)} Sampel 6

(175°C) _{(Uji I, Uji II, Uji III)} Sampel 7 _{(Uji I, Uji II, Uji III)} Sampel 8 _{(Uji I, Uji II, Uji III)} Sampel 9

variasi temperatur dapat kita lihat pada gambar 3.10 :

165oC _{70% PP : 30% HDPE} 80% PP : 20% HDPE

60% PP : 40% HDPE

Spesimen 2 Spesimen 3 Spesimen 1

Spesimen 1 Spesimen 2 Spesimen 3 Spesimen 1 Spesimen 2 Spesimen 3

170oC _{70% PP : 30% HDPE} 80% PP : 20% HDPE

60% PP : 40% HDPE

Spesimen 2 Spesimen 3 Spesimen 1

Spesimen 1 Spesimen 2 Spesimen 3 Spesimen 1 Spesimen 2 Spesimen 3

Gambar 3.10 Diagram pohon sampel hasil variasi komposisi volume bahan baku dengan variasi temperatur

Dari tabel 3.2 dan gambar 3.10 diketahui bahwa terdapat empat variasi temperatur dan tiga variasi komposisi bahan baku polypropilene dan high-density polyethylene dimana setiap kombinasi dicetak tiga spesimen sehingga diproleh 36 buah spesimen yang kemudian akan diuji tarik.

175oC _{70% PP : 30% HDPE} 80% PP : 20% HDPE

60% PP : 40% HDPE

Spesimen 2 Spesimen 3 Spesimen 1

Spesimen 1 Spesimen 2 Spesimen 3 Spesimen 1 Spesimen 2 Spesimen 3

180oC _{70% PP : 30% HDPE} 80% PP : 20% HDPE

60% PP : 40% HDPE

Spesimen 2 Spesimen 3 Spesimen 1

Spesimen 1 Spesimen 2 Spesimen 3 Spesimen 1 Spesimen 2 Spesimen 3

Untuk mengetahui karakteristik campuran polimer polypropylene dan high-density polyethylene, perlu dilakukan kekuatan uji tarik. Dari sini akan diperoleh tegangan dan regangan dari tiap film spesimen dengan komposisi formula yang berbeda. Hasil tersebut akan dibandingkan dengan polypropylene dan high-density polyethylene murni untuk mengetahui pencampuran polimer ini lebih baik atau tidak bila dibanding dengan polimer murni.

3.4 Cara Pengambilan Data

Cara pengambilan data pada penelitian ini yaitu dengan melakukan pengukuran dimensi dari tiap spesimen yang ada dan kemudian melakukan pengujian tarik dengan menggunakan mesin uji tarik Gotech testing machine model AI-7000 LA30 dengan kecepatan tarik 15 mm/sec sehingga didapat data yang selanjutnya dianalisis. Pengujian ini dimaksudkan untuk mengetahui sifat-sifat mekanis bahan. Deformasi bahan disebabkan oleh adanya beban tarik yang merupakan dasar dari pengujian dan studi mengenai kekuatan. Kemudian, hasil pengujian kekuatan tarik yang paling optimal untuk setiap variasi temperatur, dilihat struktur makronya dengan menggunakan Mikroskop Raxvision dan hasilnya dianalisa menggunakan aplikasi

BAB IV

DATA DAN ANALISA

4.1. Analisis Visual Spesimen

Pada penelitian ini, spesimen yang dihasilkan berbentuk film tipis dengan ketebalan 2 mm dan dibentuk sesuai dengan ASTM D638 Type IV. Tampilan film bahan Polypropilene (PP) : High-Density Polyethylene (HDPE) dengan komposisi 80% : 20% (F1), 70%: 30% (F2), dan 60% :40% (F3) dengan variasi temperatur pada mesin ekstruder adalah 165oC, 170oC, 175oC, 180oC dapat dilihat sebagai berikut:

(a) (b)

(c)

(a) (b)

(c)

Gambar 4.2 Film Spesimen (a) F1 170oC, (b) F2 170oC, (c) F3 170oC

(a) (b)

(c)

(a) (b)

(c)

Gambar 4.4 Film Spesimen (a) F1 180oC, (b) F2 180oC, (c) F3 180oC

Dari gambar di atas, dapat dilihat bahwa spesimen antara masing – masing komposisi tidak terdapat perbedaan warna yang berarti walaupun komposisi campuran dan juga temperatur pada proses pencampuran yang diberikan pada saat pencetakan berbeda. Selanjutnya film spesimen ini dilakukan uji mekanik yaitu Uji Tarik/Uji Kemuluran. Dari pengujian tarik ini nantinya akan diketahui berapa kekuatan spesimen, pertambahan panjang (elongasi), dan modulus elastisitas (E) spesimen.

4.2. Hasil Uji Tarik Spesimen

Terdapat 36 spesimen yang telah diuji kekuatan tariknya yang terdiri dari variasi temperatur yaitu 165oC, 170oC, 175oC, 180oC. Begitu juga dengan variasi komposisi PP : HDPE, yaitu (80% : 20%), (70% : 30%), dan (60% :40%). Data lengkap hasil Uji Tarik/Uji Mulur spesimen ditunjukkan pada tabel 4.1 :

Temperatur Sampel Tebal Lebar Luas (Ao)

Gaya pada saat putus

Pertambahan panjang (ΔL) (°C) PP

:HDPE (mm) (mm) (mm2) (kg.f) (mm)

165°C

F1 a 2,2 6,15 13,53 45,666 5 F1 b 2,26 6,1 13,79 40,173 3,92 F1 c 2,11 6,1 12,87 38,259 4,7 F2 a 2,11 6,13 12,93 39,386 4,54 F2 b 2,07 6,1 12,63 36,627 5,23 F2 c 2,16 6,05 13,07 36,999 4,27 F3 a 2,15 6,1 13,12 29,911 3,6 F3 b 2,17 6,07 13,17 28,625 3,2 F3 c 2,16 6,07 13,11 35,874 4,26

170°C

F1 a 2,28 6,13 13,98 32,297 4,2 F1 b 2,13 6,15 13,10 45,495 5,68 F1 c 2,31 6,07 14,02 35,001 4,82 F2 a 2,26 6,08 13,74 35,349 4,16 F2 b 2,28 6,15 14,02 39,049 4 F2 c 2,25 6,1 13,73 40,864 5,4 F3 a 2,2 6,1 13,42 38,847 4,9 F3 b 2,08 6,13 12,75 35,842 4,05 F3 c 2,13 6,13 13,06 38,003 4,98

175°C

F1 a 2,1 6,1 12,81 45,443 4,9 F1 b 2,26 6,05 13,67 48,841 4,63 F1 c 2,21 6,05 13,37 36,965 4,58 F2 a 2,03 6,1 12,38 51,899 4,55 F2 b 2,11 6,13 12,93 54,362 4,68 F2 c 2,05 6,15 12,61 51,866 5,58 F3 a 2,18 6,07 13,23 39,822 4,2 F3 b 2,01 6,1 12,26 30,346 3,76 F3 c 2,02 6,15 12,42 34,971 4,5

180°C

F1 a 2,12 6,13 13,00 34,858 4,98 F1 b 2,28 6,1 13,91 48,542 7,3 F1 c 2,12 6,07 12,87 41,812 4,68 F2 a 2,01 6,07 12,20 39,943 4,87 F2 b 2,11 6,1 12,87 39,273 3,92 F2 c 2,06 6,15 12,67 38,587 5,4 F3 a 2,04 6,15 12,55 39,03 3,82 F3 b 2,2 6,07 13,35 45,95 5,1 F3 c 2,09 6,07 12,69 38,915 4,12

4.2.1. Perhitungan

• 80% PP : 20% PE (Spesimen a)

Berdasarkan tabel 4.1, maka kekuatan tarik, kemuluran, dan modulus elastis spesimen dapat dicari berdasarkan perhitungan sebagai berikut:

1kgf=9,807N.

Luas penampang awal (Ao) 80% PP : 20% HDPE (Spesimen a) adalah :

Ao = 2,2 mm x 6,15 mm = 13,53 mm2

Fmaks = 45,566 x 9,807 N = 446,865762 N

Maka kekuatan tarik σmaks (stress) spesimen adalah : σmaks = ����

�� =

447,846462

13,53��2 = 33,10 N _mm2 = 33,10 MPa

Kemuluran

�

merupakan perbandingan antara pertambahan panjang ΔL dengan panjang mula – mula Lo dimana panjang mula – mula spesimen 20 mm dan pertambahan panjang spesimen 6,95 mm maka diperoleh :

�

=

∆

�

�

100% =

5

20

�

100% = 25%

Modulus elastis (E) merupakan konstanta dari perbandingan lurus antara tegangan dan regangan. Besarnya modulus ini sama dengan angka kemiringan dari kurva tegangan – regangan yang berupa garis lurus pada bagian yang dekat ke titik 0.

� = σmaks

� =

33,10 ��

0,20 = 132,40 ��

Untuk spesimen selanjutnya dapat diperoleh dengan menggunakan rumus yang sama seperti di atas , dan hasilnya terdapat pada tabel 4.2

Temperatur Sampel Kekuatan Tarik Elongasi Modulus Elastisitas

(°C) PP : HDPE (MPa) (%) (Mpa)

165°C

F1 a 33,10 25,00 132,40 F1 b 28,58 19,60 145,81 F1 c 29,15 23,50 124,05 F2 a 29,86 22,70 131,54 F2 b 28,45 26,15 108,78 F2 c 27,77 21,35 130,05 F3 a 22,37 18,00 124,26 F3 b 21,31 16,00 133,20 F3 c 26,83 21,30 125,98

170°C

F1 a 22,66 21,00 107,92 F1 b 34,06 28,40 119,93 F1 c 24,48 24,10 101,58 F2 a 25,23 20,80 121,29 F2 b 27,31 20,00 136,55 F2 c 29,20 27,00 108,14 F3 a 28,39 24,50 115,87 F3 b 27,57 20,25 136,14 F3 c 28,54 24,90 114,63

175°C

F1 a 34,79 24,50 142,00 F1 b 35,03 23,15 151,32 F1 c 27,11 22,90 118,40 F2 a 41,10 22,75 180,67 F2 b 41,22 23,40 176,15 F2 c 40,35 27,90 144,61 F3 a 29,51 21,00 140,54 F3 b 24,27 18,80 129,11 F3 c 27,61 22,50 122,70

180°C

F1 a 26,31 24,90 105,64 F1 b 34,23 36,50 93,78 F1 c 31,86 23,40 136,17 F2 a 32,11 24,35 131,85 F2 b 29,92 19,60 152,67 F2 c 29,87 27,00 110,63 F3 a 30,51 19,10 159,73 F3 b 33,75 25,50 132,33 F3 c 30,08 20,60 146,03

(a)

(b)

(c)

Gambar 4.7 Kurva Load–Stroke

(a)

(b)

(c)

Gambar 4.8 Kurva Load–Stroke

(a)

(b)

(c)

Gambar 4.9 Kurva Tegangan – Regangan

(a)

(b)

(c)

Gambar 4.10 Kurva Tegangan – Regangan

(a)

(b)

(c)

Gambar 4.11 Kurva Tegangan – Regangan

(a)

(b)

(c)

Gambar 4.12 Kurva Load – Stroke