Studi Sifat Mekanik Dari Campuran Bahan Serat Tandan Kelapa Sawit Dengan Polypropylene Dan Polystyrene Pada Proses Injection Moulding

BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA

2.1.

Kelapa Sawit

2.1.1. Proses Pengolahan Kelapa Sawit
Pengolahan kelapa sawit merupakan suatu proses pengolahan yang
menghasilkan minyak kelapa sawit. Hasil utama yang dapat diperoleh ialah
minyak sawit, inti sawit, sabut, cangkang dan tandan kosong.
Berikut ini merupakan proses pengolahan kelapa sawit.
TRANSPORTASI
TANDAN BUAH SEGAR (TBS)
JEMBATAN
(WEIGHT BRIDGE)

SECURITY

ADMINISTRASI BISNIS

LOADING RAMP STATION
TANDAN BUAH SEGAR (TBS)
STERILIZER STATION

THRESSHER STATION
BERONDOLAN
PRESSING STATION

FIBER

NUT

MINYAK

BAHAN BAKAR

KERNEL STATION

CLARIFICATION STATION

INTI (KERNEL)

CPO
(CRUDE PALM OIL)

CANGKANG (SHELL)

Gambar 2.1. Diagram Proses Pengolahan TBS
4
Universitas Sumatera Utara

2.1.2. Limbah Kelapa Sawit
Limbah kelapa sawit dapat digolongkan menjadi limbah perkebunan
kelapa sawit. Limbah perkebunan kelapa sawit adalah limbah yang dihasilkan dari
sisa tanaman yang tertinggal pada saat pembukaan, peremajaan dan panen kelapa
sawit. Jenis limbah ini antara lain adalah kayu, pelepah dan gulma. Sedangkan
limbah hasil pengolahan kelapa sawit berupa tandan kosong kelapa sawit (TKKS)
dan tempurung kelapa sawit.
Limbah batang sawit ini dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku
furniture dan kayu pertukangan. Limbah batang sawit ini sebagai bahan baku

alternatif di tengah kondisi kelangkaan bahan baku kayu.
Berikut merupakan tabel pemanfaatan Limbah Pabrik Kelapa Sawit.
Tabel 2.1. Jenis, Potensi dan Pemanfaatan Limbah Pabrik Kelapa Sawit
No.

Jenis

Potensi
Per Ton (%)

1.

Tandan Kosong

23,0

2.

Wet Decanter Solid

4,0

3.

Cangkang

6,5

4.

Serabut (Fiber)

13,0

5.

Limbah Cair

50,0

Manfaat
Pupuk kompos, pulp kertas,
papan partikel
Pupuk kompos, makanan
ternak
Arang, karbon aktif, papan
partikel
Energi, Pulp kertas, papan
partikel
Pupuk, air irigasi, Air
kondensat, Air umpan boiler

2.1.3. Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit
Serat tandan kosong kelapa sawit adalah hasil ikutan pengolahan sawit yang
dipisahkan dari buah setelah pengambilan minyak dan biji dalam proses pemerasan.
Serat tandan kelapa sawit ini merupakan salah satu limbah yang dapat dimanfaatkan
dalam kehidupan sehari-hari. Pemanfaatan limbah serat tandan ini selain sebagai
bahan bakar untuk proses boiler dapat juga digunakan sebagai pupuk kompos, dll.

5

Universitas Sumatera Utara

(a)

(b)

Gambar 2.2.(a). Buah Kelapa Sawit ; (b). Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit

2.1.3.1. Komposisi Serat Tandan Kelapa Sawit
Sekitar 12-13% dari sawit segar merupakan serat kelapa sawit. Serat kelapa
sawit mengandung serat kasar, lemak, dan magnesium yang tinggi sehingga dapat
digunakan sebagai bahan sumber serat kasar dalam pakan ternak ruminansia.
Berikut ini merupakan Komposisi Nutrien serat kelapa sawit.
Tabel 2.2. Kandungan Nutrisi Serat Kelapa Sawit
No.

Kandungan Nutrisi

Serat Kelapa Sawit (%)

1.

Bahan Kering

93,21

2.

Abu

6,46

3.

Protein Kasar

5,93

4.

Lemak

5,19

5.

Serat Kasar

40,80

6.

TDN

56,00

7.

Selulosa

54,89

8.

Lignin

21,18

9.

ADF

78,11

10.

NDF

84,67

Sumber : Sutardi, 1982.

Serat kelapa sawit merupakan sisa pengolahan kelapa sawit yang termasuk
dalam kelompok media tumbuh jamur tiram karena komponen nutrisi dan serat yang
masih terdapat dalam serat kelapa sawit. Kandungan nutrien serat kelapa sawit

6
Universitas Sumatera Utara

terdapat NDF, ADF (selulosa, lignin dan silika) merupakan komponen terbesar dari
serat kelapa sawit. Selulosa, hemiselulosa dan lignin adalah sumber karbon dan
energi utama bagi pertumbuhan jamur tiram, sementara protein digunakan sebagai
sumber nitrogen bagi tubuh buah.
Selulosa yang terkandung dalam limbah kelapa sawit memungkinkan kelapa
sawit dapat digunakan sebagai bahan baku produk-produk serat.
Tabel 2.3. Parameter Tipikal Serat Kelapa Sawit per Kg
No.

Material Kandungan

Komposisi (%)

1.

Uap Air

5,40

2.

Protein

3,00

3.

Serat

35,00

4.

Minyak

3,00

5.

Kelarutan Air

16,20

6.

Kelarutan Unsur Alkali 1%

29,30

7.

Debu

5,00

8.

K

1,71

9.

Ca

0,14

10.

Mg

0,12

11.

P

0,06

12.

Mn, Zn, Cu, Fe

1,07

TOTAL

100,00

Sumber : http://www.w3.org/TR/REC-html40, 2008

Masalah dalam pemanfaatan serat kelapa sawit adalah tingginya
kandungan zat ekstraktif dan lemak sehingga dapat menurunkan kekuatan
mekanik material yang dibentuk (Subiyanto). Maka untuk mengantisipasi, serat
kelapa sawit direndam dalam larutan NaOH 0.4% selama 1 hari dan kemudian
dicuci air sebelum dikeringkan pada suhu kamar selama 3 hari (Gunawan, 2009).

2.1.3.2. Manfaat Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit
Secara tradisional serat kelapa hanya dimanfaatkan untuk bahan pembuat
sapu, keset, tali dan alat-alat rumah tangga lain. Seiring dengan perkembangan

7
Universitas Sumatera Utara

zaman, serat tandan kosong kelapa sawit ini dimanfaatkan untuk menjadi bahan
baku industry karpet, jok dan dashboard kendaraan, kasur,bantal, dan hardboard.
Serat tandan kosong kelapa sawit juga dimanfaatkan untuk pengendalian
erosi. Serat tandan kosong kelapa sawit juga dapat diproses untuk dijadikan Coir
Fiber Sheet yang digunakan untuk lapisan kursi mobil, Spring Bed dan lain-lain.
Berikut ini merupakan beberapa manfaat serat Tandan Kosong Kelapa
Sawit yang diperoleh dari kemajuan teknologi, antara lain:
a.

Tandan Kosong Sawit (TKS) sebagai Kompos dan Pupuk Organik
Kompos merupakan limbah padat yang mengandung bahan organik yang
telah mengalami pelapukan, dan jika pelapukannya berlangsung dengan
baik disebut sebagai pupuk organik. Proses ini dilakukan dengan cara
fermentasi sehingga akan mengalami pelapukan.

b.

Pembuatan Papan Partikel dari Sabut Kelapa Sawit
Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit ini dapat dijadikan sebagai bahan
pembuatan papan partikel sehingga dapat mengatasi masalah limbah dan
juga dapat memberikan nilai tambah secara ekonomi.
Minyak yang terdapat pada kelapa sawit dapat mengganggu proses
perekatan dalam pembuatan papan partikel sehingga kadar minyak
terebut harus dikurangi semaksimal mungkin. Proses pengurangan kadar
minyak dapat dilakukan dengan mencampurkan larutan NaOH 10% dan
selanjutnya dilakukan dengan proses pencucian dengan air bersih dan
kemudian dilakukan pengeringan.

c.

Pembuatan Pulp dari Sabut Kelapa Sawit
Kertas merupakan salah satu kebutuhan pokok dalam kehidupan sehari
hari terutama di bidang pendidikan. Pemanfaatan sabut kelapa sawit
merupakan salah satu alternatif bahan baku bagi pabrik-pabrik kertas
untuk dapat menghasilkan kertas HVS, manila, karton, dan lain lain.

2.2.

Plastik
Istilah plastik mencakup produk polimerisasi sintetik atau semi-sintetik.

Mereka terbentuk dari kondensasi organik atau penambahan polimer dan bisa juga

8
Universitas Sumatera Utara

terdiri dari zat lain untuk meningkatkan performa atau ekonomi. Ada beberapa
polimer alami yang termasuk plastik. Plastik dapat dibentuk menjadi film atau
fiber sintetik. Nama ini berasal dari fakta bahwa banyak dari mereka "malleable",
memiliki properti keplastikan. Plastik didesain dengan variasi yang sangat banyak
dalam properti yang dapat menoleransi panas, keras, "reliency" dan lain-lain.
Digabungkan dengan kemampuan adaptasinya, komposisi dan beratnya yang
ringan memastikan plastik digunakan hampir di seluruh bidang industri.
Plastik dikategorisasikan dengan banyak cara tapi paling umum dengan
melihat tulang-belakang polimernya (vinyl, polyethylene, acrylic, silicone,
urethane, dll.). Plastik adalah polimer; rantai panjang atom mengikat satu sama
lain. Rantai ini membentuk banyak unit molekul berulang, atau "monomer".
Pengembangan plastik berasal dari penggunaan material alami (seperti: permen
karet, "shellac") sampai ke material alami yang dimodifikasi secara kimia (seperti:
karet alami, "nitrocellulose") dan akhirnya ke molekul buatan-manusia (seperti:
epoxy, polyvinyl chloride, polyethylene).

2.2.1. Klasifikasi Plastik
Plastik dapat digolongkan berdasarkan:
1.

Sifat Fisikanya
a.

Termoplastik
Merupakan jenis plastik daur-ulang dengan proses pemanasan ulang.
Contoh: polietilen (PE), polistiren (PS), ABS, polikarbonat (PC)

b.

Termoset
Merupakan jenis plastik yang tidak bisa didaur-ulang/dicetak lagi.
Pemanasan ulang akan menyebabkan kerusakan molekul-molekulnya.
Contoh: resin epoksi, bakelit, resin melamin, urea-formaldehida

2.

Kinerja Dan Penggunaanya
a.

Plastik komoditas







sifat mekanik tidak terlalu bagus
tidak tahan panas
Contohnya: PE, PS, ABS, PMMA, SAN

9
Universitas Sumatera Utara



Aplikasi: barang-barang elektronik, pembungkus makanan, botol
minuman

b.

Plastik teknik









c.







4.

Sifat mekanik bagus
Contohnya: PA, POM, PC, PBT
Aplikasi: komponen otomotif dan elektronik

Plastik teknik khusus



3.

Tahan panas, temperatur operasi di atas 100 °C

Temperatur operasi di atas 150 °C
Sifat mekanik sangat bagus (kekuatan tarik di atas 500 Kgf/cm²)
Contohnya: PSF, PES, PAI, PAR
Aplikasi: komponen pesawat

Jumlah Rantai Karbon
a.

1~4

: Gas (LPG, LNG)

b.

5 ~ 11

: Cair (bensin)

c.

9 ~ 16

: Cairan dengan viskositas rendah

d.

16 ~ 25

: Cairan dengan viskositas tinggi (oli, gemuk)

e.

25 ~ 30

: Padat (parafin, lilin)

f.

1000 ~ 3000 : Plastik (polistiren, polietilen, dll)

Sumber
a.

Polimer alami : kayu, kulit binatang, kapas, karet alam, rambut

b.

Polimer sintetis:







Tidak terdapat secara alami: nylon, poliester, polipropilen, polistiren
Terdapat di alam tetapi dibuat oleh proses buatan: karet sintetis
Polimer alami yang dimodifikasi: seluloid, cellophane (bahan
dasarnya dari selulosa tetapi telah mengalami modifikasi secara
radikal sehingga kehilangan sifat-sifat kimia dan fisika asalnya)

Beberapa keuntungan dari bahan plastik, antara lain:
1.

Massa jenis rendah (0,9-2,2 [kg/dm3]);

10
Universitas Sumatera Utara

2.

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

3.

Tahan terhadap korosi;

4.

Mempunyai permukaan yang baik dan dapat diberi warna sesuai keinginan.

Beberapa kerugian dari bahan plastik, antara lain:
1.

Modulus elastis rendah;

2.

Mudah mulur (creep) pada suhu kamar;

3.

Maksimum temperatur nominal rendah;

4.

Mudah patah.

Karakteristik Sifat Plastik
Berikut beberapa karakteristik sifat plastik.
1.

PET atau PolyEthylene Terephthalate
Adalah jenis plastik yang hanya bisa sekali pakai, seperti biasa botol air
mineral dan hampir semua botol minuman lainnya. PET bersifat jernih, kuat,
tahan bahan kimia dan panas, serta mempunyai sifat elektrikal baik.
Pemakaiannya dilakukan secara berulang, terutama menampung air panas,
lapisan polimer botol meleleh mengeluarkan zat karsinogenik dan dapat
menyebabkan kanker. Pengunaan PET sangat luas antara lain : Botol-botol
untuk air mineral, soft drink, kemasan sirup, saus, selai, minyak makan.

2.

HDPE atau High Density PolyEthylene
Merupakan jenis plastik yang aman jika dibandingkan dengan jenis plastik
PET karena memiliki sifat tahan terhadap suhu tinggi. Sering dipakai untuk
botol susu yang berwarna putih susu, Tupperware, botol galon air minum.
Meski demikian, jenis plastik disarankan untuk tidak dipakai berulang.

3.

PVC atau PolyVinyl Chloride
Merupakan jenis plastik yang sulit didaur ulang, seperti botol-botol plastik
dan plastik pembungkus. Jangan gunakan plastik jenis ini untuk membungkus
makanan karena jenis plastik ini memiliki kandungan PVC atau DEHA yang
berbahaya untuk ginjal dan hati.

11
Universitas Sumatera Utara

4.

LDPE atau Low Density PolyEthylene
Merupakan jenis plastik yang bisa didaur ulang, baik dipakai untuk tempat
minuman maupun makanan.

5.

PP atau PolyPropylene
Memiliki sifat tahan terhadap bahan kimia (chemical Resistance) yang baik
tetapi ketahan terhadap pukul (Impact Strength) rendah. Juga baik digunakan
untuk tempat minuman maupun makanan. Jenis plastik semacam ini lebih
kuat dan ringan dengan daya tembus uap yang rendah dan biasanya
digunakan untuk botol minum bayi.

6.

PS atau PolyStyrene
Digunakan untuk tempat minum atau makanan sekali pakai. Mengandung
bahan Styrine yang berbahaya untuk kesehatan otak, mengganggu hormon
estrogen pada wanita yang berakibat pada reproduksi dan sistem saraf.

2.2.2. Polypropylene
Polipropilena pertama kali dipolimerisasikan oleh Dr. Karl Rehn di
Hoechst AG, Jerman, pada 1951, yang tidak menyadari pentingnya penemuan itu.
Ditemukan kembali pada 11 Maret 1954 oleh Giulio Natta.

2.2.2.1. Komposisi Penyusun Polypropylene
Polipropilena atau polipropena (PP) adalah sebuah polimer termo-plastik
yang dibuat oleh industri kimia dan digunakan dalam berbagai aplikasi,
diantaranya pengemasan, tekstil (contohnya tali, pakaian dalam termal, dan
karpet), alat tulis, perlengkapan labolatorium, pengeras suara, komponen otomotif.
Struktur molekul penyusun polipronena, adalah (CH2 = CH - CH3).
H

n C

CH 3

H

CH 3

C

C

C

H
H
propilena

n

H
H
polipropilena

n = unit perulangan

Gambar 2.3. Struktur Molekul Polypropylene

12
Universitas Sumatera Utara

Polimer adisi yang terbuat dari propilena monomer, permukaannya tidak
rata serta memiliki sifat resistan yang tidak biasa terhadap kebanyakan pelarut
kimia, basa dan asam.
Pengolahan lelehnya polipropilena bisa dicapai melalui ekstrusi dan
pencetakan. Metode ekstrusi (peleleran) yang umum menyertakan produksi serat
pintal ikat (spun bond) dan tiup (hembus) leleh untuk membentuk gulungan yang
panjang untuk nantinya diubah menjadi berbagai macam produk yang berguna
seperti masker muka, penyaring, popok dan lap.
Teknik pembentukan paling umum adalah pencetakan suntik, seperti
cangkir, alat pemotong, botol kecil, topi, wadah, perabotan, dan suku cadang
otomotif seperti baterai. Teknik pencetakan tiup dan injection-stretch blow
molding juga digunakan, yang melibatkan ekstrusi dan pencetakan.
Ada banyak penerapan penggunaan akhir untuk PP karena dalam proses
pembuatannya bisa di-tailor grade dengan aditif serta sifat molekul yang spesifik.
Sebagai misal, berbagai aditif antistatik bisa ditambahkan untuk memperkuat
resistensi permukaan PP terhadap debu dan pasir. Kebanyakan teknik
penyelesaikan fisik, seperti pemesinan, bisa pula digunakan pada PP. Perawatan
permukaan bisa diterapkan ke berbagai bagian PP untuk meningkatkan adhesi
(rekatan) cat dan tinta cetak.
Polipropilena dapat mengalami degradasi rantai saat terkena radiasi
ultraungu dari sinar matahari. Jadi untuk penggunaan propilena di luar ruangan,
bahan aditif yang menyerap ultraungu harus digunakan. Jelaga (celak) juga
menyediakan perlindungan dari serangan UV. Polimer bisa dioksidasi pada suhu
yang tinggi, merupakan permasalahan yang umum dalam operasi pencetakan.
Antioksidan normalnya ditambahkan untuk mencegah degradasi atau oksidasi
polimer.

2.2.2.2. Sifat Kimia dan Sifat Fisik Polypropylene
Kebanyakan polipropilena komersial merupakan isotaktik dan memiliki
kristalinitas tingkat menengah di antara polietilena berdensitas rendah dengan
polietilena berdensitas tinggi; modulus Youngnya juga menengah. Melalui

13
Universitas Sumatera Utara

penggabungan partikel karet, PP bisa menjadi liat serta fleksibel, bahkan di suhu
rendah. Hal ini membolehkan polipropilena digunakan sebagai pengganti berbagai
plastik teknik, seperti ABS. Polipropilena memiliki permukaan yang tak rata,
seringkali lebih kaku daripada beberapa plastik lain, lumayan ekonomis, dan bisa
dibuat translusen (bening) tapi tidak setransparan polistirena, akrilik maupun
plastik lainnya. Bisa dibuat buram dan/atau berwarna-warni melalui penggunaan
pigmen, Polipropilena memiliki resistensi yang bagus terhadap kelelahan (bahan).
Polipropilena memiliki titik lebur ~160 °C (320 °F), sebagaimana yang
ditentukan Differential Scanning Calorimetry (DSC). MFR (Melt Flow Rate)
maupun MFI (Melt Flow Index) merupakan indikasi berat molekulnya PP serta
menentukan seberapa mudahnya bahan mentah yang meleleh akan mengalir saat
pengolahan. MFR PP yang lebih tinggi akan mengisi cetakan plastik dengan lebih
mudah selama berlangsungnya proses pencetakan. Tapi ketika arus leleh (melt
flow) meningkat, maka beberapa sifat fisik, seperti kuat dampak, akan menurun.
Berikut ini merupakan tabel sifat-sifat polypropylene.
Tabel 2.4. Sifat-sifat Polypropylene
Sifat-sifat

Polypropylene

Kristalinitas

60%

Massa Jenis [103Kg.m-3]

0.90

Tg [oC]

10

Tm [oC]

176

Tegangan Tarik [N.mm-2]

30 – 40

Modulus Tarik [N.mm ]

1.1 – 1.6

Perpanjangan [%]

50 – 600

-2

Sumber : Hadi Syamsul, Ir. 1995. “Teknologi Bahan 3”, Hal. 36

Keterangan
1.

Tg = Temperatur tansisi kaca yaitu temperatur dimana polimer berubah dari
keadaan beku (rigid) ke suatu bahan yang liat (fleksibel);

2.

Tm = Temperatur luluh yaitu pada saat kritanilitas tidak tampak (kritanilitas
adalah derajat kemungkinan terbentuknya susunan kristal dalam bentuk
rantai).

14
Universitas Sumatera Utara

2.2.3. Polystyrene
Polistirena adalah sebuah polimer dengan monomer stirena, sebuah
hidrokarbon cair yang dibuat secara komersial dari minyak bumi. Pada suhu
ruangan, polistirena biasanya bersifat termoplastik padat, dapat mencair pada suhu
yang lebih tinggi. Stirena tergolong senyawa aromatik.
Polistirena foam dikenal luas dengan istilah styrofoam yang seringkali
digunakan secara tidak tepat oleh publik karena sebenarnya styrofoam merupakan
nama dagang yang telah dipatenkan oleh perusahaan Dow Chemical. Oleh
pembuatnya Styrofoam dimaksudkan untuk digunakan sebagai insulator pada
bahan konstruksi bangunan, bukan untuk kemasan pangan.

2.2.3.1. Komposisi Penyusun Polystyrene
Stirena merupakan cairan yang tidak berwarna menyerupai minyak
dengan bau seperti benzena dan memiliki rumus kimia C6H5CH=CH2 atau ditulis
sebagai C8H8.

Gambar 2.4. Reaksi Polystyrene

Polistirena merupakan salah satu polimer yang ditemukan pada sekitar
tahun 1930, dibuat melalui proses polimerisasi adisi dengan cara suspensi. Stirena
dapat diperoleh dari sumber alam yaitu petroleum. Secara laboratorium dapat
dibuat melalui dehidrogenasi etil benzene, yaitu dengan melewatkan etilena
melalui cairan benzena dengantekanan yang cukup dan aluminiumklorida sebagai
katalisnya. Etil benzena didehidrogenasi menjadi stirena dengan melewatkannya
melalui katalis oksida aktif. Pada suhu sekitar 6000C stirena disuling dengan cara
destilasi maka didapatkan polistirena.

15
Universitas Sumatera Utara

Polistirena banyak dipakai dalam produk-produk elektronik sebagai
casing, kabinet dan komponen-komponen lainya. Peralatan rumah tangga yang
terbuat dari polistirena, antar lain: sapu, sisir, baskom, gantungan baju, ember.
Polistirena dapat dibentuk menjadi berbagai macam variasi produk dengan
beberapa cara, antara lain:




Injection molding
Ekstrusi

2.2.3.2. Sifat dan Karakteristik Polystyrene
Polistirena padat murni adalah sebuah plastik tak berwarna, keras dengan
fleksibilitas yang terbatas yang dapat dibentuk menjadi berbagai macam produk
dengan detail yang bagus. Penambahan karet pada saat polimerisasi dapat
meningkatkan fleksibilitas dan ketahanan kejut. Polistirena jenis ini dikenal
dengan nama High Impact Polystyrene (HIPS). Polistirena murni yang transparan
bisa dibuat menjadi beraneka warna melalui proses compounding.












2.3.

Beberapa karakteristik dari polystyrene, antara lain:
Stabilitas dimensi yang tinggi dan shrinkage yang rendah
Temperatur operasi maksimal < 90 °C
Tahan air, bahan kimia non-organik, alkohol
Rapuh ( perpanjangan 1-3%)
Tidak cocok untuk aplikasi luar ruangan
Mudah terbakar

Proses Manufakturing Plastik

2.3.1. Klasifikasi Proses Manufakturing Plastik
Proses manufakturing plastik dapat dilakukan dengan beberapa proses
pencetakan, antar lain:
a.

Injection Molding
Bijih plastik (pellet) yang dilelehkan oleh sekrup di dalam tabung yang
berpemanas diinjeksikan ke dalam cetakan.

16
Universitas Sumatera Utara

b.

Ekstrusi
Bijih plastik (pellet) yang dilelehkan oleh sekrup di dalam tabung yang
berpemanas secara kontinyu ditekan melalui sebuah orifice sehingga
menghasilkan penampang yang kontinyu.

c.

Thermoforming
Lembaran plastik yang dipanaskan ditekan ke dalam suatu cetakan.

d.

Blow Molding
Biji plastik yang dilelehkan oleh sekrup dalam tabung yang berpemanas
secara kontinyu diekstrusi membentuk pipa kemudian ditiup dalam cetakan.

2.3.2. Injection Moulding
Proses injection moulding adalah metode pembentukan material
termoplastik dimana material yang meleleh karena pemanasan diinjeksikan oleh
plunger ke dalam cetakan yang didinginkan oleh air sehingga mengeras.
Termoplastik dalam bentuk butiran bubuk ditampung dalam sebuah hopper
kemudian turun ke dalam barrel secara otomatis (karena gaya gravitasi) dimana ia
dilelehkan oleh pemanas yang terdapat di dinding barrel dan oleh gesekan akibat
perputaran sekrup injeksi.
Semakin panas suhunya, plastik/material itu akan semakin encer (rendah
viskositasnya) sehingga semakin mudah diinjeksi,disemprotkan kedalam mold.
Setiap material memiliki karakter suhu molding. Semakin lunak formulasinya,
yang berarti kandungan plastis tinggi, membutuhkan temperatur rendah,
sebaliknya yang memiliki formulasi lebih keras butuh temperatur tinggi. Bentukbentuk partikel yang sulit, besar dan jumlah cavity yang banyak serta runner yang
panjang menyebabkan tuntutan temperatur yang tinggi atau naik.
Salah satu keistimewaan dari proses Injection Moulding adalah
kemampuan menggabungkan dan menggunakan kelebihan teknologi seperti
kemampuan pembentukan bahan plastik, ketepatan dalam pencetakan dan
kebebasan memilih bahan. Komponen yang dihasilkan banyak digunakan dalam
bidang industri otomotif, kimia, penerbangan, listrik, komputer, kedokteran dan
bidang militer.

17
Universitas Sumatera Utara

106
Teknik
Injeksi
Plastik
(PIM)

Penekanan dan Sinter
105

Penuangan

104
103

Permesinan

Rendah

Teknik Injeksi Serbuk

Sedang

Tinggi

Gambar. 2.5. Kelebihan Injeksi Moulding (Cremer, 1994)

Gambar. 2.6. Keistimewaan Injeksi Moulding (Moller, 1994)

Keuntungan plastic injection molding
1.

Kecepatan produksi yang tinggi

2.

Toleransi tinggi

3.

bermacam,-macam material yang dapat digunakan

4.

Biaya tenaga kerja yang rendah

5.

Plsatik sisa yang terbuang minimal

6.

Sedikit kebutuhan dan finishing

Kerugian plastic injection molding
1.

Investasi perawatan yang sangat tinggi

2.

Biaya menjalankan perlatan tinggi

3.

Produk plastik harus sesuai dengan pertimbangan mold

18
Universitas Sumatera Utara

2.3.2.1. Bagian Dan Fungsi Injection Moulding
Pada dasarnya Injection Moulding dibagi dalam 3 bagian, yaitu
Clamping, Mold dan Injection.

Gambar 2.7. Injection Moulding Machine
1.

Clamping Unit
Clamping unit berfungsi untuk memegang dan mengatur gerakan dari mould
unit, serta gerakan ejector saat melepas benda dari moulding unit. Pada
clamping unit, kita dapat mengatur berapa panjang gerakan moulding saat
dibuka dan berapa panjang ejector harus bergerak.
Ada dua clamping unit yang dipakai, yaitu toggle clamp dan hidroulic clamp.

Gambar 2.8.(a). Toggle Clamp; (b). Hidroulic Clamp
(http://plastics.turkavkaz.ru)

2.

Moulding Unit
Pada molding unit sebenarnya adalah bagian lain dari mesin plastic injection,
molding unit adalah bagian yang membentuk benda yang di buat, secara garis
besar molding unit memiliki 2 bagian utama yaitu bagian cavity dan core.

19
Universitas Sumatera Utara

Bagian cavity adalah bagian cetakan yang berhubungan dengan nozle mesin,
sedangkan bagian core adalah bagian yang berhubungan dengan ejector.

3.

Injection Unit
Injection unit terdiri dari beberapa bagian, yaitu :

Gambar 2.9. Bagian Plastic Injection Machine
(www.substech.com/dokuwiki/doku.php?id=injection_molding_of_polymers)
Bagian dari Injection Unit
1.

Motor dan Transmisi Gear Unit
Berfungsi untuk menghasilkan daya yang digunakan untuk memutar screw
pada barrel, sedangkan transmisi unit berfungsi untuk memindahkan daya
dari putaran motor ke dalam screw dan berfungsi untuk mengatur tenaga yang
disalurkan sehingga tidak terjadi pembebanan yang terlalu besar.

2.

Cylinder Screw Ram
Berfungsi untuk mempermudah gerakan screw dengan menggunakan momen
inersia sekaligus menjaga perputaran screw tetap konstan, sehingga
dihasilkan kecepatan dan tekanan yang konstan saat proses injeksi dilakukan.

3.

Hopper
Sebagai tempat untuk menempatkan material sebelum masuk barrel. Biasanya
berfungsi untuk menjaga kelembaban material plastik digunakan tempat
penyimpanan khusus yang dapat mengatur kelembaban sebab apabila
kandungan air terlalu besar pada udara, dapat menyebabkan hasil injeksi yang
tidak bagus.

20
Universitas Sumatera Utara

4.

Barrel
Sebagai tempat screw dan selubung yang menjaga aliran plastik ketika
dipanasi oleh heater. Pada bagian ini juga terdapat heater untuk memanaskan
plastik sebelum masuk ke nozzle.

5.

Screw
Reciprocating screw berfungsi untuk mengalirkan plastik dari hopper ke
nozzle. Ketika screw berputar, material dari hopper akan tertarik mengisi
screw yang selanjutnya dipanasi lalu didorong ke arah nozzle.

6.

Nonreturn Valve
Berfungsi untuk menjaga aliran plastik yang telah meleleh agar tidak kembali
saat screw berhenti berputar.

2.3.2.2. Proses Injection Moulding
Secara garis besar, proses injection moulding terdiri dari enam tahapan
penting. Berikut ini merupakan tahapan proses pencetakan pada Injection
Moulding, adalah
SERBUK
CAMPURAN

BUTIRAN

BINDER

PENCETAKAN

DEBINDING

SINTERING

SELESAI

KELUARAN

Gambar 2.10. Proses Plastic Injection Moulding (German, 1990)

1.

Pengapitan
Suatu mesin injeksi memiliki tiga bagian utama, yaitu cetakan, pengapit

dan unit penyuntik. Unit pengapit adalah pemegang cetakan yang mengalami
tekanan selama proses penyuntikan dan pendinginan.

21
Universitas Sumatera Utara

2.

Suntikan
Pada saat penyuntikan, material plastik umumnya dalam bentuk

butiran/pellet, diisi kedalam suatu wadah saluran tuang (hopper) yang terdapat
bagian atas unit mesin. Butir/pellet ini disuap ke dalam silinder untuk dipanaskan
hingga mencair. Di dalam silinder (barrel) terdapat mesin screw (berputar) yang
mencampur bahan butiran/pellet cair dan mendorong campuran ke bagian ujung
silinder.
Ketika material yang dikumpulkan di ujung screw telah cukup, proses
penyuntikan dimulai. Plastik yang dicairkan dimasukkan kedalam cetakan melalui
suatu nozzle injector, ketika tekanan dan kecepatan diatur oleh screw tersebut.
Sebagian mesin injeksi menggunakan suatu pendorong sebagai pengganti screw.

Gambar 2.11. Pengisian bahan plastic kedalam cetakan (mold)

3.

Penenangan
Tahap ini adalah waktu penenangan sesaat setelah proses penyuntikan.

Plastik cair telah disuntik kedalam cetakan dan tekanan dipertahankan untuk
meyakinkan segala sisi rongga cetakan telah terisi secara sempurna.

Gambar 2.12. Masa penenangan mulai pendinginan

4.

Pendinginan
Plastik didinginkan didalam cetakan untuk mendapatkan bentuk padatnya

didalam cetakan. Pada proses ini sekaligus pengisian ulang bahan plastik dari
hopper ke dalam barrel dengan screw yang berputar.

22
Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.13. Pengisian bahan plastik sekaligus pendinginan

5.

Cetakan Dibuka
Unit pengapit dibuka, yang memisahkan kedua belah cetakan

Gambar 2.14. Pembukaan kedua mold sekaligus pengeluaran hasil cetakan

6.

Pengeluaran
Pena dan plat ejector mendorong dan mengeluarkan hasil cetakan dari

dalam cetakan,. Geram dan sisa pada sisi-sisi hasil cetakan yang tidak dipakai
dapat didaur ulang untuk digunakan pada pencetakan berikutnya.

2.3.2.3. Parameter Proses Injection Moulding
Untuk memperoleh benda cetak dengan kualitas hasil yang optimal, perlu
mengaturbeberapa paramateryang mempengaruhi jalannya proses produksi
tersebut. Parameter- parameter suatu proses tentu saja ada yang berperan sedikit
dan adapula yang mempunyai peran yang signifikan dalam mempengaruhi hasil
produksi yang diinginkan. Biasanya orang perlu melakukan beberapa kali
percobaan hingga ditemukan parameter-parameter apa saja yang cukup
berpengaruh terhadap produk akhir benda cetak.
Adapun parameter produksi plastik melalui metoda injection molding adalah:
a.

Temperatur Cair (Melting Temperature)
Adalah batas temperatur dimana bahan plastik mulai meleleh kalau diberikan
enegi panas.

23
Universitas Sumatera Utara

b.

Batas Tekanan (Pressure Limit)
Adalah batas tekanan udara yang perlu diberikan untuk menggerakkan piston
guna menekan bahan plastik yang telah dileleh- kan. Terlalu rendah tekanan,
maka bahan plastik kemungkinan tidak akan keluar atau terinjeksi ke dalam
cetakan. Jika tekanan udara terlalu tinggi dapat mengakibatkan tersemburnya
bahan plastik dari dalam cetakan dan hal ini akan berakibat proses produksi
menjadi tidak efisien.

c.

Waktu Tahan (Holding Time)
Adalah waktu yang diukur dari saat temperatur leleh yang di-set telah tercapai
hingga keseluruhan bahan plastik yang ada dalam tabung pemanas benarbenar telah meleleh semuanya. Hal ini dikarenakan sifat rambatan panas yang
memerlukan waktu untuk merambat ke seluruh bagian yang ingin dipanaskan.
Dikhawatirkan jika waktu tahan ini terlalu cepat maka sebagian bahan plastik
dalam tabung pemanas belum meleleh semuanya, sehingga akan mempersulit jalannya aliran bahan plastik dari dalam nozzle.

d.

Waktu Penekanan (Compression Time)
Adalah waktu untuk memberikan tekanan pada piston yang mendorong
plastik yang telah leleh. Pengaturan waktu bertujuan agar bahan plastik benarbenar mengisi ke seluruh rongga cetak. Oleh karena itu waktu penekanan ini
sangat tergantung dengan besar kecilnya dimensi cetakan (mold). Makin
besar ukuran cetakan makin lama waktu penekan yang diperlukan.

e.

Temperatur Cetakan (Moulding Temperature)
Yaitu temperatur pemanasan awal cetakan sebelum dituangi bahan plastik
yang meleleh.

f.

Kecepatan Injeksi (Injection Rate)
Yaitu kecepatan lajunya bahan plastik yang telah meleleh keluar dari nozzle
untuk mengisi rongga cetak. Untuk mesin-mesin injeksi tertentu kecepatan ini
dapat terukur, tetapi untuk mesin-mesin injeksi sederhana kadang-kadang
tidak dilengkapi dengan pengukur kecepatan ini.

24
Universitas Sumatera Utara

g.

Ketebalan Dinding Cetakan (Wall Thickness)
Menyangkut desain secara keseluruhan dari cetakan (moulding). Semakin
tebal dinding cetakan, semakin besar kemungkinan untuk terjadinya cacat
shrinkage.

2.4.

Uji Tarik (Tensile Test)
Kekuatan tarik adalah kemampuan bahan untuk menerima beban tarik

tanpa mengalami kerusakan dan dinyatakan sebagai tegangan maksimum sebelum
putus. Proses ini dilakukan dengan cara memberikan gaya tarik berlawanan arah
pada salah satu ujung benda yang akan diuji. Proses ini akan mengakibatkan
terjadinya perubahan bentuk (deformasi) dari benda uji.

Hukum Hooke (Hooke's Law)
Hampir semua logam, 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 yaitu rasio
tegangan (stress) dan regangan (strain) adalah konstan. Berikut ini merupakan
kurva hubungan antara gaya tarikan dengan perubahan panjang.

Gambar 2.15. Kurva Tegangan-Regangan

25
Universitas Sumatera Utara

Perubahan panjangan dalam kurva disebut sebagai regangan teknik (εeng),
yang didefinisikan sebagai perubahan panjang yang terjadi akibat perubahan statik
(ΔL) terhadap panjang batang mula mula (Lo). Tegangan yang dihasilkan pada
proses ini disebut dengan tegangan teknik (σeng), dimana didefinisikan sebagai
nilai pembebanan yang terjadi (F) pada suatu luas penampang awal (Ao).
Tegangan normal akibat gaya tarik dapat ditentukan berdasarkan persamaan (2.1).





F
A

(2.1)

Dimana :
σ

= Tegangan Tarik (MPa)

F

= Gaya Tarik (N)

A

= Luas Penampang (mm2)

Regangan akibat beban tekan statik dapat ditentukan berdasarkan persamaan (2.2).

 

L
L

(2.2)

Dimana : ΔL = L - Lo
Dimana:
ε

= Regangan akibat gaya tarik

L

= Panjang spesimen akibat beban tarik (mm)

Lo = Panjang spesimen mula mula (mm)

Regangan akibat gaya tarik yang terjadi, panjang akan bertambah dan diameter
pada spesimen akan menjadi kecil, maka ini akan terjadi deformasi plastis (Nash,
1998). Hubungan antara stress dan strain dirumuskan pada persamaan:

E






(2.3)

26
Universitas Sumatera Utara

E adalah “Modulus Elastisitas” atau “Young Modulus” merupakan gradien kurva

daerah dalam linier, dimana perbandingan tegangan (σ) dan regangan (ε) selalu
tetap. Kurva yang menyatakan hubungan antara strain dan stress disingkat kurva
SS (SS Curve).

Gambar 2.16. Profil Data Hasil Uji Tarik
Keterangan Gambar:
1.

Atas elastic σE (elastic limit), Pada Gambar 3 dinyatakan dengan titik A. Bila
sebuah bahan diberi beban sampai pada titik A, kemudian bebannya
dihilangkan, maka bahan tersebut akan kembali ke kondisi semula (tepatnya
hampir kembali ke kondisi semula ) yaitu regangan “nol” pada titik O. Tetapi

bila beban ditarik sampai melewati titik A, hukum Hooke tidak lagi berlaku.
2.

Batas proporsional σp (proportional limit). Titik di mana penerapan hukum
Hooke masih bisa ditolerir. Tidak ada standarisasi tentang nilai ini. Dalam
praktek, biasanya batas proporsional sama dengan batas elastis.

3.

Deformasi plastis (plastic deformation). Perubahan bentuk yang tidak
kembali ke keadaan semula. Pada Gambar 3 yaitu bila bahan ditarik sampai
melewati batas proporsional dan mencapai daerah landing.

4.

Tegangan luluh atas σuy (upper yield stress). Tegangan maksimum sebelum
bahan memasuki fase daerah landing peralihan deformasi elastis ke plastis.

27
Universitas Sumatera Utara

5.

Tegangan luluh bawah σly (lower yield stress). Tegangan rata-rata daerah
landing sebelum benar-benar memasuki fase deformasi plastis. Bila hanya

disebutkan tegangan luluh (yield stress ), maka yang dimaksud adalah
tegangan mekanis pada titik ini.
6.

Regangan luluh εy (yield strain). Regangan permanen saat bahan akan
memasuki fase deformasi plastis.

7.

Regangan elastis εe (elastic strain). Regangan yang diakibatkan perubahan
elastis bahan. Pada saat beban dilepaskan regangan ini akan kembali ke posisi
semula.

8.

Regangan plastis εp (plastic strain). Regangan yang diakibatkan perubahan
plastis. Pada saat beban dilepaskan regangan ini tetap tinggal sebagai
perubahan permanen bahan.

9.

Regangan total (total strain). Merupakan gabungan regangan plastis dan
regangan elastic (εT = εe+εp). Perhatikan beban dengan arah OABE. Pada titik
B, regangan yang ada adalah regangan total. Ketika beban dilepaskan, posisi
regangan ada pada titik E dan besar regangan yang tinggal (OE) adalah
regangan plastis.

10. Tegangan tarik maksimum (UTS, Ultimate Tensile Strength). Pada Gambar 3
ditunjukkan dengan titik C (σβ), merupakan besar tegangan maksimum yang
didapatkan dalam uji tarik.
11. Kekuatan patah (breaking strength). Pada Gambar 3 ditunjukkan dengan titik
D, merupakan besar tegangan di mana bahan yang diuji putus atau patah.

Umumnya, limit elastis bukan merupakan definisi tegangan yang jelas,
tetapi pada besi tidak murni dan baja karbon rendah, titik awal terjadinya
deformasi plastis ditandai dengan penurunan bebas secara tiba-tiba yang
menunjukkan adanya titik luluh atas dan titik luluh bawah. Perilaku luluh ini
merupakan karakteristik berbagai jenis logam khususnya yang memiliki struktur
BCC dan mengandung sejumlah kecil elemen terlarut. Untuk material yang tidak
memiliki titik luluh yang jelas, berlaku definisi konvensional mengenai titik awal

28
Universitas Sumatera Utara

deformasi plastis yaitu tegangan uji 0,1 atau 0,2%. Disini ditarik garis sejajar
dengan bagian elastis kurva tegangan-regangan dari titik dengan regangan 0,2%.
Faktor – Faktor Yang Mempengaruhi Kekuatan Tarik :
1.

Kadar Karbon
Penambahan kadar karbon akan meningkatkan kekerasan bahan. Sehingga
kekuatan bahan juga meningkat namun pertambahan %C hanya sampai ± 1 %

2.

Heat Treatment
Heat Treatment berpengaruh pada bentuk buturan.Bila bentuk butiran kecil
maka daya tarik antar atom semakin besar sehingga kekuatan tarik menjadi
besar, sedangkan butiran besar maka daya tarik antar atom semakin kecil
sehingga kekuatan tarik menjadi kecil.

3.

Bidang Slip
Logam dan paduannya berdeformasi dengan geseran plastis/slip dimana atom
bergeser terhadap bidang atom didekatnya. Deformasi geser terjadi apabila
ada gaya tekan, karena gaya – gaya tersebut dapat diuraikan menjadi
tegangan geser. Slip dapat terjadi dengan lebih mudah dalam arah kristal atau
bidang tertentu.
Dalam uji tarik biasa, gerakan kepala silang mesin penguji memaksa benda
uji berada di penjepit. Sebab penjepit harus tetap sebaris. Karena benda uji
tidak dapat berubah bentuk secara bebas dengan luncuran merata di tiap –tiap
bidang slip sepanjang ukuran benda uji.

4.

Homogenitas ( kesamaan partikel logam)
Homogenitas suatu bahan akan terpengaruh terhadap gaya ikatan antar
atomnya. Untuk material dengan tingkat homogenitas yang tinggi maka gaya
ikat antar atom juga tinggi sehinggaa kekuatan tariknya juga tinggi.

5.

Kecepatan Pendinginan
Semakin cepat pendinginan yang dilakukan maka kekerasan akan meningkat
begitu pula dengan kekuatan tarikannya juga kecil.

6.

Konduktifitas Fermal Bahan
Konduktifitas Fermal yang kecil akan memperlambat laju pendinginan
sehingga kekerasan baja kecil dan kekuatan tariknya juga kecil.

29
Universitas Sumatera Utara

7.

Unsur Paduan
Adanya unsur paduan yang pada umumnya dapat bersenyawa dengan baja
atau bahan seperti, nikel, chronium dan mangan dapat meningkatkan
kekuatan tarik karena unsur paduan tersebut memiliki sifat keras.

8.

Ukuran Butir
Ukuran butiran yang besar bersifat ductive dibandingkan dengan butir yang
halus. Ukuran butir yang halus memiliki sifat yang keras sehingga kekuatan
tarik besar.

9.

Dimensi Bahan
Pada dimensi bahan yang kecil kecepatan pendinginan lebih besar jadi
kekerasan besar dan kekuatan tarik besar, begitu juga sebaliknya.

Hubungan tegangan-regangan pada kekuatan tarik memberikan nilai
yang cukup berubah tergantung pada laju tegangan, temperatur, lebaman dst,
sebab dalam bahan polimer sifat-sifat viskoelastik mempunyai kekhasan seperti
dinyatakan diatas, Pada bahan thermoplastik kelakuan demikian sangat berubah
dengan penyearahan molekul rantai dalam bahan. Umunya kekuatan tarik dari
bahan polimer lebih rendah daripada umpamanya baja 70 kgf/mm2, duralumin 44
kgf/mm2 dan sebagainya. Kekuatan tarik nilon 66 adalah 6,5 - 8,4 kgf/mm2 dan
PVC 3,5-6,3 kgf/mm2. Pada resin biasa seperti Polystyrene, Polyethylene dan
Polypropylene kekuatan tariknya antara 0,7-8,4 kgf/mm2.

Gambar 2.10 menunjukan kekuatan tarik dari bahan polimer dalam
bentuk kurva tegangan-regangan menurut kehasannya lunak atau besar, lemah
atau kuat, getas atau liat. Dilihat dari kelakuan mulurnya ada tiga jenis kurva
tegangan –regangan seperti ditunjukkan pada gambar 2.11.
Seperti ditunjukkan oleh garis OA1 pada (a) laju perpanjangan agak
rendah dan meningkat sampai 0,5-2 % pada saat patah menunjukkan hubungan
lurus. Bahan yang termasuk kelompok ini adalah fenol, urea, melamin, polister tak
jenuh, epoksi dan resin stiren yang bersifat patah getas.
Selanjutnya, yang ditunjukkan pada (c), OY adalah lurus sampai titik
mulur pada Y, tetapi setelah itu memberikan perpanjangan yang besar sampai 100

30
Universitas Sumatera Utara

-1000%, dan sebelum patah tegangan tarik meningkat cepat. Kadang-kadang
peningkatan terakhir ini tidak dapat teramati. Bahan yang termasuk kelompok ini
adalah polyethylene, polypropylene, polyacetal dan lainnya yang terdiri dari
molekul rantai.
Jenis (b) ada di antara (a) dan (c) yang tidak menunjukkan penurunan
bebas setelah titik mulur seperti halnya ditunjukkan pada (c) tetapi hanya satu titik
infleksi, jadi beban meningkat dan akhirnya mengakibatkan patah. Bahan yang
termasuk jenis ini adalah resin ABS, Asetat, resin fluoro,dst. Kelakuan bahan
tersebut diatas berlaku pada temperatur kamar (20oC). Kelakuan tersebut akan
berubah banyak apabila temperatur berubah.

Gambar 2.17. Kelakuan tarikan bahan polimer

Gambar 2.18. Kelakuan mulur dalam kurva tegangan-regangan bahan polimer

31
Universitas Sumatera Utara

Resin termoset seperti resin fenol menunjukkan kelakuan semacam pada
(a), walaupun temperatur berubah sampai batas tertentu, sedangkan resin
thermoplastik sering berubah dari kelakuan (a) ke (c) apabila temperatur
meningkat.
Dari setiap gambar tersebut, konstanta perbandingan antara tegangan dan
regangan pada bagian lurus OY adalah modulus elastic yaitu modulus elastic
Young. Modulus elastic Young pada bahan polimer terletak di daerah 0,1-21 x
102 kgf/mm2 .
Harga tersebut lebih rendah daripada baja yaitu 200x102 kgf/mm2.
Akan tetapi kalau molekul rantai cukup terarah seperti serat, maka harga tersebut
diatas menjadi lebih besar hampir menyamai logam. Deformasi oleh penarikan
sampai patah berbeda banyak tergantung pada jenis dan temperatur. Pada 20ºC
perpanjangannya ada pada daerah luas yaitu 0,5 – 700%. Kebanyakan thermoset,
kurang dari 5%. Pada resin thermoplastic berkristal kebanyakan menunjukkan tipe
(c) dengan perpanjangan yang jelas.

32
Universitas Sumatera Utara