ANALISA TOE CAP PLASTIK HASIL PROSES CETAK INJEKSI

  Prosiding Seminar Nasional Kulit, Karet dan Plastik Ke-5

ISSN : 2477-3298

  Yogyakarta, 26 Oktober 2016

ANALISA TOE CAP PLASTIK HASIL PROSES CETAK INJEKSI

_,

  

Dwi Wahini Nurhajati *, Arum Yuniari, Hardjaka, Ihda Novia Indrajati

Balai Besar Kulit, Karet dan Plastik

• *E-mail:

  

ABSTRAK

Penelitian ini bertujuan untuk menganalisa toe cap yang dibuat dari berbagai bahan plastik dengan

menggunakan mesin cetak injeksi. Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah polikarbonat (PC),

akrilonitril butadienastiren (ABS) dan polipaduan PC/ABS. Penyetelan suhu dan tekanan injeksi berdasarkan

pada bahan yang digunakan. Toe cap yang diperoleh dilakukan pengujian sesuai dengan standar uji

  ISO

20345: 2011, Personal Protective Equipment-Safety Footwear meliputi: ketahanan pukul dengan energi 200

J dan ketahanan terhadap tekanan dengan beban 15 kN. Hasil uji menunjukkan bahwa toe cap yang dibuat

o o dari poli paduan PC/ABS yang dicetak pada suhu 225-240

  C, suhu nozzle 120

  C, tekanan injeksi 58-65% dan tekanan holding 60% telah memenuhi persyaratan sepatu pengaman.

  Kata kunci: Toe cap, sepatu pengaman, polipaduan PC/ABS, cetak injeksi.

  95

  

ISSN : 2477-3298 Prosiding Seminar Nasional Kulit, Karet, dan Plastik Ke-5

Yogyakarta, 26 Oktober 2016

  

ANALISYS OF INJECTION MOLDED PLASTIC TOE CAP

_,

Dwi Wahini Nurhajati *, Arum Yuniari, Hardjaka, Ihda Novia Indrajati

  

Center for Leather, Rubber and Plastics

• *E-mail:

  

ABSTRACT

The objective of this research is to analyze toe cap made of various plastic materials by injection molding

machine. The materials used in this research were poly carbonate (PC), acrylonitrile butadiene styrene (ABS)

and PC/ABS blends. Setting of the injection temperature and pressure was based on the specification of

materials used. The resulting toe caps are tested in accordance with the test standard ISO 20345: 2011,

Personal Protective Equipment-Safety Footwear includes: impact resistance at the energy of 200 J and

resistance to pressure with load 15 kN. The test results showed that the toe cap made of PC/ABS blend that

were molded at a temperature of 225-240 °C, nozzle temperature of 120°C, 58-65% injection pressure and

60% holding pressure compliant with safety shoes standard.

  Keywords: Toe cap, safety shoes, PC/ABS blend, injection molding.

  96

  Prosiding Seminar Nasional Kulit, Karet dan Plastik Ke-5

ISSN : 2477-3298

  Yogyakarta, 26 Oktober 2016

PENDAHULUAN

  

Toe cap merupakan bagian sepatu pengaman (safety shoes) yang berfungsi untuk untuk melindungi

pemakainya dari benda jatuh, sengatan listrik dan bahaya tempat kerja lainnya. Menurut Costa, et.al (2014)

toe cap adalahkomponen utama yang memberi kontribusi berat sekitar 35% daritotal berat untuk setiap

model sepatu pengaman dan secara normatif menuntut persyaratan dengan ketahanan terhadap

deformasi dan impak yang tinggi.Awalnya toe cap dibuat dari baja, namun dengan perkembangan teknologi

sekarang sudah dijumpai toe cap dari plastik.Dalam US patent 005666745A tanggal 16 September 1997 toe

caps dibuat dari resin plastik poliolefin, poliuretan, dan impact-modified nilon dan dicetak menggunakan

metode cetak injeksi. Sedangkan dalam US patent 5210963A tertanggal 18 Mei 1993 mempublikasikan

penemuan toe cap dari resin termoplastik dalam hal ini poliuretan yang diberi penguat serat gelas dengan

persen berat 40

• – 65% dari total campuran, menggunakan metode cetak injeksi. MenurutISO 20345: 2011,

  

Personal Protective Equipment-Safety Footwear syarat mutu toe cap non logam adalah tahan terhadap

impak dengan energi 200 J dan tahan terhadap tekanan dengan beban 15 kN. Plastik yang mempunyai

ketahanan impak tertinggi adalah polikarbonat (PC) diikuti akrilonitril butadiene stiren (ABS).

  

Menurut Krache, and Debbah (2011) PC ditandai dengan sifat modulus tinggi, sifat liat yang tinggi,

ketahanan impak tinggi dan sulit diproses karena viskositas lelehannya tinggi. Akrilonitril butadiene stiren

(ABS) bersifat liat seperti karet termoplastik, tahan terhadap impak, dan mudah diproses. Menurut Ho et.al

(2015) PC/ABS adalah produ kamorf yang merupakan polimer termoplastik campuran dari

polikarbonat(PC)dan akrilonitril butadiene stiren (ABS) yang menggabungkan sifat yang sangat baik dari dua

bahan tersebut dimana ABS mempunyai sifat mampu bentuk dan bahan PC terkait sifat mekanik seperti

ketahanan impak, tahan panas, dan ketahanan terhadap sinar ultraviolet (UV).

Menurut Kavade, and Kadam (2012) proses cetak injeksi merupakan proses siklus untuk memproduksi artikel

identik dari cetakan, dan yang paling banyak digunakan untuk pengolahan polimer. Keuntungan utama dari

proses ini adalah dapat memproduksisuatu benda yang memiliki geometri yang kompleks pada tingkat produksi

yang tinggi secara berulang. Kompleksitas hampir tak terbatas dan ukuran bisa berkisar dari sangat kecil sampai

yang sangat besar. Menurut Shi, and Park (2013) proses cetak injeksi adalah teknologi yang kompleks dengan

beberapa kemungkinan masalah produksi. Permasalahan juga dapat disebabkanoleh cacat dalam cetakan atau

lebih sering terkait dengan pengolahan.Banyak faktor pengolahan yang terlibat dalam proses ini danmemiliki

pengaruh yang besar pada kualitas produk akhir.Faktor-faktor ini biasanya dapatdiklasifikasikan ke dalam empat

kategori yaitu bahan, mesin injeksi, desain produk dan kondisi proses.Dalam proses pencetakan plastik

menggunakan mesin injection molding maka padabagian-bagian tertentu suatu produk tidak lepas dari cacat

produk seperti sink mark, shortshot, mold flash, silver streak, warpage, bubble, string ataupun earline(Zulianto,

2015).Cacat produk dapat terjadi bila tidak tepat dalam menentukan setting parameter proses seperti tekanan

injeksi, temperatur injeksi serta waktu pendinginan (Cahyadi, 2014).

Tujuan penelitian ini adalah menganalisa toe cap yang dibuat dari berbagai bahan plastik dengan mesin

cetak injeksi.

BAHAN DAN METODE Bahan Penelitian

  

Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah resin poli karbonat (PC) (injection grade, MFI

o o o

  300 C/1,2kg = 10g/10 menit, suhu proses/leleh 230-320

  C), resin ABS (injection grade, MFI 220 C/10kg = o o

  25g/10 menit, suhu proses/leleh 220-230

  C), polipaduan ABS/PC 25/75 (injection grade, MFI 240 C/5kg = o

  10g/10 menit, suhu proses/leleh 250-270 C).

  97

  

ISSN : 2477-3298 Prosiding Seminar Nasional Kulit, Karet, dan Plastik Ke-5

Yogyakarta, 26 Oktober 2016

  

Sifat fisis bahan plastik yang digunakan dalam penelitian ini secara lebih lengkap disajikan pada Tabel 1.

Dari Tabel 1 terlihat bahwa bahan plastik tersebut dapat digunakan untuk membuat toe cap ditinjau dari

sifat ketahanan impak yang mempunyai nilai diatas 200 Joule.

  

Tabel 1. Sifat fisis berbagai bahan plastik

Bahan plastik No Sifat fisis Metode Uji Satuan PC ABS PC/ABC

  1 Densitas ASTM D-792 g/ml 1,2 1,04 1,15

  2 Ketahanan impak Izod ASTM D-256 J/m 850 210 590

  3 Kuat tarik ASTM D- 638 MPa

  61.8 49 53,9

  4 Kekerasan Rockwell ASTM D- 785 R 77 116 110

  Peralatan Penelitian

Alat yang digunakan dalam penelitian ini meliputi alat proses berupa mesin cetak injeksi Komatsu 80T

(kapasitas 80 ton) dan Nissei 80T (kapasitas 80 ton), serta cetakan toe cap no 7 dan 9. Cetakan toe cap

disajikan pada Gambar 1. Alat uji sifat fisis meliputi alat uji pukul (International Safety Boot Tester STD 409)

dan alat uji tekan (Tensile Strain Tester) merk Zwick & Roell.

  

Gambar 1. Cetakan toe cap

Metode Penelitian Pencetakan toe cap

Pencetakan toe cap menggunakanmesin cetak injeksi (injection molding) merek Komatsu 80T merek Nissei

100T dilakukan di PT. Yogya Presisi Teknikatama Industri (YPTI), Yogyakarta. Prinsip proses

cetakinjeksiadalahbahan plastik dimasukkan kedalam mesin injeksi melalui hopper, plastik dari hopper

masuk ke unit injeksi dimana terdapat barrel panas yang telah di atur suhunya sesuai dengan kondisi proses

yang ditetapkan sehingga bahan plastik akan leleh. Selanjutnya bahan plastik leleh akan mengalir dari unit

injeksi melalui sprue, runner, gate dan masuk ke dalam cavity. Bahan plastik yang ada di dalam cavity

kemudian ditahan (holding) di dalam mold di bawah tekanan tertentu untuk menjaga adanya shrinkage

selama produk mengalami pendinginan. Selanjutnya produk yang sudah membeku tadi didorong keluar dari

cavity oleh ejector. Bahan plastik sebelum dicetak dilakukan pemanasan pendahuluan (preheating) terlebih

o

dahulu selama 4 jam pada suhu sekitar 80 C untuk mengurangi kadar air yang ada didalam plastik yang

dapat menyebabkan terjadinya gelembung udara dan silver streak. Kondisi proses pencetakan toe cap pada

berbagai bahan plastik disajikan pada Tabel 2. Hasil proses pencetakan toe cap pada berbagai bahan plastik

disajikan pada Tabel 2.

  98

  Prosiding Seminar Nasional Kulit, Karet dan Plastik Ke-5

ISSN : 2477-3298

  Yogyakarta, 26 Oktober 2016

Pengujian toe cap

  Toe cap yang dihasilkan dilakukan uji sesuai dengan standar uji

  ISO 20345: 2011, Personal Protective

Equipment-Safety Footwear meliputi: ketahanan impak dengan energi 200 J dan ketahanan terhadap

tekanan dengan beban 15 kN.

  

Tabel 2. Kondisi proses pencetakan toe cap pada berbagai bahan plastik

Bahan plastik/nama mesin No Parameter proses PC ABS ABS/PC: 25/75 K80T K80T K80T N80T o

  1 Suhu barrel, C Zone 1 302 230 280 240 Zone 2 302 225 280 235 Zone 3 300 220 275 225 Zone 4 (feeding zone) 290 210 270

• o

  2 Suhu nozzle, C 257 161 182 120

  3 Tekanan injeksi, % Detik ke 1 102

  70

  95

  68 Detik ke 2 102

  65

  90

  65 Detik ke 3 100

  62

  85

  60 Detik ke 4

  58 Detik ke 1

  98

  55

  38

  20 Detik ke 2

  95

  52

  35

  18 Detik ke 3

  95

  48

  32

  15 Detik ke 4

  15

  5 Tekanan holding, % 95-98

  65

  85

  60

  6 Kecepatan holding, %

  85

  55

  40

  35

  7 Waktu injeksi, dt

  8

  9

  9

  8

  8 Waktu pendinginan, dt

  50

  50

  40

  40

  9 Waktu siklus, dt

  80

  80

  75

  80 HASIL DAN PEMBAHASAN

  

Hasil uji toe cap plastik terkait uji ketahanan pukul dengan energi 200 J dan uji ketahanan terhadap tekanan

dengan beban 15 kN disajikan pada Tabel 4 dan 5.

Sifat impak dari bahan polimer secara langsung berkaitan dengan ketangguhan (toughness) material.

Ketangguhan merupakan kemampuan polimer untuk menyerap energi yang tersalurkan. Semakin tinggi

energi impak material, semakin tinggi ketangguhan dan sebaliknya. Pada uji ketahanan impak pemukul baja

yang beratnya 20 ± 0,2 kg dijatuhkan diatas toe cap pada ketinggian sekitar 100 cm sehingga memberikan

tenaga pukulan sebesar 200J yang dapat menyebabkan plastik yang tidak tahan akan menjadi retak

maupun pecah.

  99

• – 302 ^o

  Warna: Hitam Berat/set: 83 g Produk penuh dan mengkilap

  C, tekanan injeksi 32-38% Tekanan holding = 85%

  Warna: Hitam Berat/set: 79,7 g Produk penuh, kusam dan sedikit ada silver

  ABS/PC Mesin N80T

  Cetakan no 9 Suhu 225-240 ^o

  C, suhu nozzle 120 ^o

  C, tekanan injeksi 58-65% Tekanan holding = 60%

  

Tabel 4. Hasil uji ketahanan impak dengan energi 200 J

No Hasil uji ketahanan impak

  Cetakan no 7 suhu 270 - 280 ^o

  ISO 20345:2011 Jarak minimum ruang antara toe cap, mm PC ABS ABS/PC K80T K80T K80T N80T

  1 23,5 retak pecah 24,3 retak

  25,30 Tidak retak

  2. Mesin N80T membuat toe cap ukuran 9 2 22,8 retak pecah

  22,8 retak 26,59

  Tidak retak 3 19,1 retak pecah pecah

  C, suhu nozzle 182 ^o

  ABS/PC Mesin K80T

  26,25 Tidak retak

  C, tekanan injeksi 100-102%, Tekanan holding = 95-98%

  

ISSN : 2477-3298 Prosiding Seminar Nasional Kulit, Karet, dan Plastik Ke-5

Yogyakarta, 26 Oktober 2016

  100

Tabel 3. Hasil proses pencetakan toe cap pada berbagai bahan plastik

Bahan plastik

  (mesin injeksi) Kondisi proses Toe cap yang dihasilkan Keterangan

  PC Mesin K80T

  Cetakan no 7 suhu 290

  C, suhu nozzle 257 ^o

  Warna: Natural Berat/set: 84,2 g Produk terdapat sedikit

  silver streak

  silver streak

  ABS Mesin K80T

  Cetakan no 7 suhu 210 - 230 ^o

  C, suhu nozzle 161 ^o

  C, tekanan injeksi 62-70% Tekanan holding = 65%

  Warna: Hitam Berat/set: 78,5 g Produk penuh sedikit

• Toe cap no.7: min 14
• Toe cap no 9: min 14,5 Catatan: 1. mesin K80T membuat toe cap ukuran 7

  Prosiding Seminar Nasional Kulit, Karet dan Plastik Ke-5

ISSN : 2477-3298

  Yogyakarta, 26 Oktober 2016

Tabel 4 memperlihatkan bahwa toe cap yang dibuat dari bahan PC maupun ABS semuanya pecah sewaktu

dikenai uji ketahanan impak dengan energi 200J. Demikian juga untuk toe cap yang dibuat dari polipaduan

o

  

PC/ABS yang di proses dengan mesin K80T pada suhu 270-280 C mengalami retak dan ada juga yang pecah

ketika dilakukan uji ketahanan impak. Hal ini ini berarti toe cap tersebut tidak mampu menyerap energi

pada daerah plastis. Kejadian ini dikarenakan pada toe cap tersebut terdapat silver sterak akibat adanya uap

air yang terperangkap akibat preheating yang kurang yang menyebabkan tidak tahan impak, selain itu untuk

toe cap yang dibuat dari PC/ABS dengan mesin K80T juga terdapat "void" yang dikarenakan suhu nozzle

terlalu tinggi (Tabel 3 dan Gambar 2). Adanya silver streak ataupun void pada produk plastik hasil cetak

injeksi menyebabkan produknya rapuh karena tidak adanya adhesi antar muka yang baik. Menurut

Nurhidayat dan Wijoyo (2014) rongga yang terjadi didalam komposit akan berpengaruh terhadap

menurunnya kekuatan impak pada komposit.

  Toe cap yang dibuat dari poli paduan PC/ABSdengan o o

  C, suhu nozzle 120

  C, tekanan injeksi 58-65% dan menggunakan mesin Nissei 80T pada suhu 225-240 tekanan holding 60% tidak retak sewaktu dikenai uji ketahanan impak dengan energi 200J sehingga telah

memenuhi persyaratan sepatu pengaman. Hal ini juga sesuai data yang ada di Tabel 3 yang menyatakan

bahwa toe cap yang dihasilkan penuh dan mengkilap tanpa ada silver streak.

  Menurut Mathivanan et.al

(2010) pengaturan optimal dari variabel proses injection molding memainkan peran yang sangat penting

dalam mengontrol kualitas produk injeksi. Selama injection molding bahan termoplastik lelehan mengalami

kombinasi gradien medan aliran yaitu geser dan elongational. Pada temperatur tinggi material akan getas

karena pengaruh vibrasi elektronnya yang semakin rendah, begitupun sebaliknya.

  Silver streak pada toe cap PC Hasil uji impak toe cap PC, pecah Hasil uji impak toe cap ABS, pecah

  Silver streak pada toe cap ABS Silver streak/void pada toe cap PC/ABSABS

  Hasil uji impak toe cap PC/ABS, retak

  

Gambar 2. Silver streak pada toe cap dan hasil uji ketahanan impak

101

  

ISSN : 2477-3298 Prosiding Seminar Nasional Kulit, Karet, dan Plastik Ke-5

Yogyakarta, 26 Oktober 2016

  

Tabel 5 memperlihatkan bahwa semua toe cap yang dibuat baik yang berbahan baku PC, ABS, dan PC/ABS

pada berbagai kondisi proses tidak retak ketika dikenai uji dengan beban 15 kN. Hal ini berarti memenuhi

persyaratan toe cap yaitu tahan terhadap . tekanan dengan beban 15 kN

  Tabel 5. Hasil uji ketahanan terhadap tekanan dengan beban 15 kN Hasil uji ketahanan terhadap tekanan

  ISO 20345:2011 No PC ABS ABS/PC Jarak minimum ruang antara toe cap, mm K80T K80T K80T N100T

  1 25 23,3 24,6 30,39

• Toe cap no.7: min 14 Tidak retak Tidak retak Tidak retak Tidak retak
• Toe cap no 9: min 14,5 Catatan: 2 24,4 23,1 23,7 28,18

  1. Mesin K80T membuat toe Tidak retak Tidak retak Tidak retak Tidak retak cap ukuran 7

  3 24,3 23,1 23,6 30,46

  2. Mesin N80T membuat toe Tidak retak Tidak retak Tidak retak Tidak retak cap ukuran 9

KESIMPULAN

  

Toe cap yang dibuat dari bahan PC maupun ABS semuanya pecah sewaktu dikenai uji ketahanan impak

dengan energi 200J, demikian juga untuk toe cap yang dibuat dari polipaduan PC/ABS yang di proses dengan

o

  . Namun semua toe cap tersebut tahan terhadap mesin K80T pada suhu 270-280 C tekanandenganbeban 15

kN.Toe cap yang dibuat dari poli paduan PC/ABSdengan menggunakan mesin Nissei 80T pada suhu 225-240

o o

  C, suhu nozzle 120

  C, tekanan injeksi 58-65% dan tekanan holding 60% tahan terhadap uji impak dengan enerji 200 J dan tahan terhadap tekanan dengan beban 15 kN sehingga telah memenuhi persyaratan sepatu pengaman .

UCAPAN TERIMA KASIH

  

Penulis mengucapkan terima kasih kepada Kepala Balai Besar Kulit, Karet dan Plastik yang telah memberi

kepercayaan untuk melakukan penelitian dan kepada Tim Kelompok Kerja 1866.001.001.012B tahun 2015

yang telah membantu penelitian ini sampai selesai.

  102

  Prosiding Seminar Nasional Kulit, Karet dan Plastik Ke-5

ISSN : 2477-3298

  Yogyakarta, 26 Oktober 2016 103 DAFTAR PUSTAKA

  

Cahyadi, D. (2014). Analisis Parameter Operasi pada Proses Plastik Injection Moolding untuk Pengendalian Cacat

  Produk, SINTEK JURNAL, 8(2), 9-16

  

Costa, S.L., Mendonça, J.P.,& Peixinho, N. (2014). Numerical Simulation of Quasi-Static Compression Behavior of the

Toe Cap Component for Safety Footwear, International Journal of Computer Theory and Engineering, 6(4), 285- 291.

Harwood, J.M. (1993). US patent 5210963A: Molded Plastic Toe Cap. Washington, USA: U.S. Patent and Trademark

Office

Harwood, J.M. (1997). US Paten US005666745A: Molded plastic toe cap for shoes. Washington, USA: U.S. Patent and

Trademark Office

Ho, M.H, Wang, P.N., Yeh, J.P., and Li, S.J. (2015). Research on Fatigue Fracture Characterization of PC/ABS Blend.5th

International Conference on Advanced Design and Manufacturing Engineering (ICADME 2015), Published by

  Atlantis Press, pp. 1899-1902.

  International Organization for Standardization ISO 20345: 2011, Personal Protective Equipment-Safety Footwear

  

Kavade, M. V., &Kadam, S. D. (2012). Parameter Optimization of Injection Molding of Polypropylene by using Taguchi

Methodology, IOSR Journal of Mechanical and Civil Engineering (IOSR-JMCE), 4(4), 49-58

  Krache, R., &Debbah, I. (2011), Some Mechanical and Thermal Properties of PC/ABS Blends, Materials Sciences and Applications, 2, 404-410. Mathivavan, D., Nouby, M., & Vidya, R. (2010). Minimization of sink mark defects in injection molding process

• – Taguchi approach, International Journal of Engineering, Science and Technology, 2 (2), 13-22

  Nurhidayat, A. dan Wijoyo. (2014). Pengaruh Fraksi Volume Serat Cantula terhadap Ketangguhan Impak Komposit Cantula-HDPE Daur Ulang Sebagai Bahan Core Lantai Ramah Lingkungan, Prosiding SNATIF Ke -1, Fakultas Teknik

• – Universitas Muria Kudus, 145-152 Shin, H., &Park, E.S. (2013). Analysis of Incomplete Filling Defect for Injection-Molded AirCleaner Cover Using Moldflow Simulation. Journal of Polymers. Article ID 720209, 1-1 Hindawi Publishing Corporation, diases tanggal 24 April 2016.

  

Taghizadeh, S., Özdemir, A., &Uluer, O.2013. Warpage Prediction in Plastic Injection Molded Part Using Artificial

Neural Network, Iranian Journal of Science and Technology Transactions of Mechanical Engineering, 37 (M2), 149-160.

Zulianto, D. (2015). Analisa Pengaruh Variasi Suhu Plastik Terhadap Cacat Warpage Dari Produk Injection Molding

  berbahan PolyProphylene (PP)Bab I: Pendahuluan, Tugas Akhir thesis, UniversitasMuhammadiyah Surakarta,

   diakses tanggal 25 Agustus 2016

  

ISSN : 2477-3298 Prosiding Seminar Nasional Kulit, Karet, dan Plastik Ke-5

Yogyakarta, 26 Oktober 2016

  104