STUDI TEMPERATUR OPTIMAL TERHADAP KEKUATAN TARIK DAN MAKRO STRUKTUR PADA KOMPOSISI CAMPURAN

POLYPROPILENE DAN HIGH-DENSITY POLYETHYLENE

Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik RINALDO K. SIMBOLON NIM. 090401044 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2015 Universitas Sumatera Utara

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kita panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Kuasa, atas segala karunia dan anugerah-Nya yang senantiasa diberikan sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.

Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk dapat lulus menjadi Sarjana Teknik di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Adapun Skripsi yang dipilih, diambil dari mata kuliah Metalurgi Serbuk, yaitu

“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,

8. Seluruh keluarga besar Simbolon dan Gultom yang selalu mendukung baik materi maupun moril untuk menyelesaikan penelitian ini,

9. Adik Sepupu, Friska Elvitaningru Simbolon, yang selalu memberikan semangat 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

ABSTRAK

Era globalisasi, 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. 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 manufaktur memiliki 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.

ABSTRACT

In this new era, usage of goods which made of plastic material is more increasing

because plastic has a lot of advantages for people’s necessary. Generally the

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

the

temperature of 175°C is the most optimal. And also 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.

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR.................................................................................. i

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

4.2 Hasil Uji Tarik Spesimen.................................................................................. 51

4.2.1 Perhitungan............................................................................................... 53

4.3 Perbandingan Kekuatan Campuran (Polypropylene +

High-Density Polyethylene) dengan Polypropylene Murni

dan High-Density Polyethylene Murni................................................................ 61

4.3.1 Hasil Uji Tarik Polypropylene 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

LAMPIRAN 3 ............................................................................................. xxv

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Sifat fisik, mekanis, dan termal dari polyethyleneTabel 2.2 Sifat fisik, mekanis, dan termal dari polypropileneTabel 3.1 Bahan Baku Dan KarakteristiknyaTabel 3.2 Sampel Hasil Variasi Komposisi Volume Bahan Dan Variasi TemperaturTabel 4.1 Data Hasil Uji Tarik/Uji Mulur Spesimen ASTM D638 Type IVTabel 4.2 Sifat Mekanik SpesimenTabel 4.3 Data Hasil Uji Tarik Film SpesimenTabel 4.4 Hasil Perhitungan Sifat Mekanik

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Kode Jenis PlastikGambar 2.2 Polyethylene Terephthalate (PET/PETE) dan strukturnyaGambar 2.3 dan strukturnya

High Density Polyethylene

Gambar 2.4 V - Polyvinyl Chloride dan strukturnyaGambar 2.5 Low Density Polyethylene dan strukturnyaGambar 2.6 Polypropylene dan strukturnyaGambar 2.7 Polystyrene dan strukturnyaGambar 2.8 OTHERGambar 2.9 Proses ekstrusi logamGambar 2.10 single screw ekstruderGambar 2.11 double screw ekstruderGambar 2.12 Pembebanan BahanGambar 2.13 Spesimen Uji Tarik Dan Perilaku Polimer Termoplastik Pada Saat

Mengalami Pembebanan Pada Mesin Uji Tarik

Gambar 2.14 Kurva tegangan-reganganGambar 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 polimerGambar 3.1 Diagram Tahapan PenelitianGambar 3.2 Mesin EkstruderGambar 3.3 Neraca Analitik

Gambar 3.4

Hydraulic Hot Press

Gambar 3.5 Cetakan Standard ASTM D638 tipe IVGambar 3.6 Mesin Uji Tarik GotechGambar 3.7 Makroskop Optik RaxvisionGambar 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

o o o

Gambar 4.1 Film Spesimen (a) F1 165

C, (b) F2 165

C, (c) F3 165 C

o o o

Gambar 4.2 Film Spesimen (a) F1 170

C, (b) F2 170

C, (c) F3 170 C

o o o

Gambar 4.3 Film Spesimen (a) F1 175

C, (b) F2 175

C, (c) F3 175 C

o o o

Gambar 4.4 Film Spesimen (a) F1 180

C, (b) F2 180

C, (c) F3 180 C

Gambar 4.5 Grafik stress vs strain pada suhu 165 C

Gambar 4.6 Grafik stress vs strain pada suhu 170 C

Gambar 4.7 Grafik stress vs strain pada suhu 175 C

Gambar 4.8 Grafik stress vs strain pada suhu 180 C

Gambar 4.9 Kurva Load - stroke pada 80% PP : 20% PE 165 C spesimen a o

Gambar 4.10 Kurva Load - stroke pada 80% PP : 20% PE 170 C spesimen b

Gambar 4.11 Kurva Load - stroke pada 70% PP : 30% PE 175 C spesimen b

Gambar 4.12 Kurva Load - stroke pada 80% PP : 20% PE 180 C spesimen bGambar 4.13 Film Spesimen polypropylene murniGambar 4.14 Film Spesimen High-Density polyethylene murniGambar 4.15 PP 100% pada spesimen a Setelah Uji TarikGambar 4.16 HDPE 100% pada spesimen a Setelah Uji TarikGambar 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 165 C dengan komposisi PP

80% : HDPE 20% spesimen a

Gambar 4.20 poto makrostruktur Sampel temperatur 170 C dengan komposisi PP

80% : HDPE 20% spesimen b

Gambar 4.21 poto makrostruktur Sampel temperatur 175 C dengan komposisi PP

70% : HDPE 30% spesimen b

Gambar 4.22 poto makrostruktur Sampel temperatur 180 C dengan komposisi PP

80% : HDPE 20% spesimen b

DAFTAR NOTASI Simbol Nama Keterangan Satuan

A - Luas Penampang mm

sigma Tegangan N/mm

ebsilon Kemuluran %

E - Modulus Elastisitas N/mm

3 F Gaya N

L - Panjang mm

STUDI TEMPERATUR OPTIMAL TERHADAP KEKUATAN TARIK DAN MAKRO STRUKTUR PADA KOMPOSISI CAMPURAN