Studi Sifat Mekanik campuran Polypropylene (PP),Polyethylene (PE) dan Alumunium Powder (AL) Menggunakan Mesin Mixer

STUDI SIFAT MEKANIK CAMPURAN POLYPROPYLENE (PP)
POLYETHYLENE (PE) DAN ALUMUNIUM
POWDER(AL)MENGGUNAKAN MESIN MIXER
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan untuk Melengkapi
Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

SYUGITO
NIM. 110401037

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2015

Universitas Sumatera Utara

STUDI SIFAT MEKANIK CAMPURAN POLYPROPYLENE (PP),
POLYETHYLENE (PE), DAN ALUMUNIUM POWDER (AL) MENGGUNAKAN
MESIN MIXER

SYUGITO
NIM : 110401037

Disetujui Oleh:
Dosen Pembimbing

Ir. Alfian Hamsi, MSc
NIP. 19560910198701001

Universitas Sumatera Utara

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK USU
MEDAN

AGENDA
: 2284 /TS/2015
DITERIMA TGL : 24 Agustus 2015
PARAF:

TUGAS SARJANA
NAMA

:

SYUGITO

NIM

:

1100401037

MATA KULIAH

:

PROSES PRODUKSI

SPESIFIKASI

:

KAJIAN STUDI SIFAT MEKANIK CAMPURAN
POLYPROPYLENE (PP), POLYETHYLENE (PE),
DAN ALUMINIUM POWDER (AL) MENGGUNAKAN
MESIN MIXER .

DIBERIKAN TANGGAL :

24 AGUSTUS 2015

SELESAI TANGGAL

27 NOVEMBER 2015

:

MEDAN, 01 Desember 2015

DOSEN PEMBIMBING,

Ir. Alfian Hamsi, MSc
NIP. 19560910198701001

Universitas Sumatera Utara

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK USU
MEDAN
KARTU BIMBINGAN
TUGAS SARJANA MAHASISWA
NO : 2284/TS/2015
Sub. Program studi
Bidang Tugas
Judul Tugas

: Proses Produksi
: Proses Produksi
: STUDI

SIFAT
MEKANIK
POLYPROPYLENE
(PP),
POLYETHYLENE (PE), DAN ALUMINIUM POWDER (AL)
MENGGUNAKAN MESIN MIXER.

Diberikan Tanggal
Dosen Pembimbing

: 24 Agustus 2015
: Ir. Alfian Hamsi, M.Sc
`

Selesai Tgl : 27 November 2015
Nama Mhs : Syugito
N.I.M
: 110401037

Catatan :

1. Kartu ini harus diperlihatkan kepada Dosen
Pembimbing setiap asistensi.
2. Kartu ini harus dijaga bersih dan rapi.
3. Kartu ini harus dikembalikan ke departemen,
Bila kegiatan asistensi telah selesai.

Universitas Sumatera Utara

STUDI SIFAT MEKANIK CAMPURAN POLYPROPYLENE (PP),
POLYETHYLENE (PE), DAN ALUMINIUM POWDER (AL) MENGGUNAKAN
MESIN MIXER

SYUGITO
NIM : 110401037

Telah Diperiksa dan Disetujui Dari Hasil Seminar Skripsi
Periode ke 828 pada Tanggal 8 Desember 2015

Disetujui Oleh:

Dosen Pembanding II,

Suprianto,ST.MT
NIP. 197909082008121001

Universitas Sumatera Utara

STUDI SIFAT MEKANIK CAMPURAN POLYPROPYLENE (PP),
POLYETHYLENE (PE), DAN ALUMINIUM POWDER (AL) MENGGUNAKAN
MESIN MIXER

SYUGITO
NIM : 110401037

Telah Diperiksa dan Disetujui Dari Hasil Seminar Skripsi
Periode ke 828 pada Tanggal 8 Desember 2015

Disetujui Oleh:

Pembimbing

Ir. Alfian Hamsi, MSc
NIP. 19560910198701001

Universitas Sumatera Utara

ABSTRAK

Mesin mixer merupakan peralatan yang sangat penting yang digunakan pada
proses percampuran dua atau lebih material dalam suatu industri yang berbahan
dasar Thermoplastik dan serbuk (powder). Proses percampuran dimaksudkan
untuk mendapatkan suatu campuraan yang homogen dari beberapa jenis material.
Sampai saat ini mesin mixer untuk mencampur bahan-bahan thermoplastik dan
serbuk belum tersedia di laboratorium Teknik Mesin Fakultas Teknik USU
sedangkan kegunaannya mutlak diperlukan untuk penelitian-penelitian mahasiswa
S1, S2 dan dan S3. Penelitian ini bertujuan untuk mendesain, pembutan mesin
mixer serta pengujian pengaruh variasi komposisi dan putaran terhadap
kehomogenan dan sifat mekanis campuran Polypropylene(PP), Polyethylene(PE)
dan Alumunium powder (AL). Pengujian dilakukan menggunakan mikroskop
optik dan foto makro untuk melihat homogenan campuran dan pengujian tarik

untuk melihat kekuatan campuran.pengujian juga di lakukan dengan simulasi
autodesk moldflow adviser untuk membandingkan proses fill time dan air traps
dengan proses manual hidrolic hot press. Hasil pengujian mesin diperoleh bahwa
mesin mixer dapat dioperasikan dengan variasi putaran 52, 100 , 144 Rpm dan
temperatur 1600C, 1700C, 1800C. Hasil pengujian tarik variasi komposisi yang
paling optimum adalah polypropylene 78% , Polyethylen 20% dan Alumunium
2% pada putaran 52 rpm,temperatur 1500C di peroleh nilai tegangan tarik 20,92
N/mm2.untuk variasi putaran dan temperatur paling optimum terdapat pada
putaran 100 rpm,temperatur 1600C di peroleh tegangan tarik optimum sebesar
17,91 N/mm2.Hasil simulasi autodesk modflow adviser pada proses Fill time
selama 6 detik sedangkan pada proses manual hidrolic hot press waktu yang di
capai selama 10 detik. dan pada hasil simulasi air traps terjadi pada ujung bagian
bawah sampel,sedangkan pada manual hirolic hot press terjadi pada bagian
leher,tengah dan ujung sampel.
Kata kunci : mixer,Temperatur, putaran, polypropylene, Polyethylene Alumunium
powder dan Autodesk mudflow adviser.

i
Universitas Sumatera Utara

ABSTRACT
Mixer is a very important equipment used on process of mixing two or more
materials for industrial-based thermoplastics and powder (powder). Mixing
process is intended to obtain a homogeneous mixing of several types of material.
Until now the machine mixer for mixing thermoplastic materials and powders has
not yet available in the laboratory of Mechanical Engineering, Faculty of
Engineering USU while its needed is absolutely necessary for research students of
graduate and part graduate. This research aims to design, manufacture and testing
mixer engine variations influence the composition and speed of the homogeneity
and mechanical properties of a mixture of Polypropylene(PP), Polyethylene(PE)
and Aluminum(AL). Tests carried out using an optical microscope and a macro
photo to see the homogeneity of the mixture and the tensile test for the strength of
the mixture. testing is also done with Autodesk Moldflow simulation adviser to
compare the fill time and air traps with manual processes hidrolic hot press The
test results showed that the mixer machine may operate with a variety of speed 52,
100, 144 rpm and a temperature of 1600C, 1700C, 1800C. The results of tensile
testing optimum composition variation is 78% polypropylene, polyethylen 20%
and 2% aluminum on 52 rpm, temperature of 1500C obtained tensile stress value
of 20.92 N/ mm2.finally the conclusion for optimum speed variation found on 100
rpm , the temperature of 1600C in obtaining optimum tension of 17.91 N / mm2.

Autodesk Moldflow simulation results Fill time adviser on the process for 6
seconds while the manual process hidrolic hot press time achieved for 10 seconds.
and in the simulation of air traps occur at the lower end of the sample, while in the
hot press manual hirolic occur on the neck, middle and end of the sample.
Keywords : mixer, temperature, speed, polypropylene, polyethylene aluminum
powder and autodesk moldflow adviser.

ii
Universitas Sumatera Utara

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Allah SWT atas karunia-Nya
sehingga penulis bisa menyelesaikan skripsi ini. Skripsi adalah salah satu syarat
untuk menyelesaikan pendidikan dan memperoleh gelar Sarjana Teknik di
Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Adapun
judul skripsi yang penulis kerjakan ini adalah.” Studi Sifat Mekanik campuran
Polypropylene

(PP),Polyethylene

(PE)

dan

Alumunium

Powder

(AL)

Menggunakan Mesin Mixer”
Pada kesempatan ini penulis juga mengucapkan terima kasih yang sebesar
besarnya kepada pihak yang telah memberikan bantuan dan bimbingannya
sehingga skripsi ini dapat diselesaikan yaitu:
1. Allah SWT, untuk kesehatan jasmani dan rohani sehingga penulis dapat
melaksanakan dan menyelesaikan laporan tugas akhir dengan baik.
2. Orang tua dan keluarga besar, Ayahanda Khonut dan Ibunda Asnawati
Simatupang yang telah memberikan dukungan dan doa, semangat juga
materi kepada penulis untuk dapat mengikuti pendidikan di Departemen
Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
3. Bapak Dr.Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri , selaku Ketua Departemen Teknik
Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak Ir. Alfian Hamsi MSc, selaku dosen pembimbing yang telah
menyediakan waktu, tenaga dan pikiran untuk mengarahkan penulis dalam
menyusun skripsi ini.
5. Bapak/Ibu staff pengajar di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik,
Universitas Sumatera Utara.

iii
Universitas Sumatera Utara

6. Laboran Laboratorium Politeknik medan, yang telah banyak memberikan
arahan kepada penulis selama pengujian berlangsung.
7. Teman-teman Asisten Laboratorium Teknologi Mekanik Departemen
Teknik Mesin, Universitas Sumatera Utara, yang tidak dapat penulis
sebutkan satu per satu, yang telah memberikan masukan serta semangat
kepada penulis.
8. Teman-teman stambuk 2011 dan seluruh pihak yang telah banyak
membantu dalam Skripsi ini.
Akhir kata, semoga ALLAH SWT berkenan membalas segala kebaikan
semua pihak yang telah membantu penulis. Penulis mengaharapkan kritik dan
saran yang bersifat membangun agar laporan ini menjadi lebih baik dan
bermanfaat bagi semua pihak yang membacanya.

Medan, 03 Desember 2015
Hormat kami,

Penulis
SYUGITO
NIM .110401037

iv
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR ISI

ABSTRAK .........................................................................................................i
KATA PENGANTAR .......................................................................................iii
DAFTAR ISI ......................................................................................................v
DAFTAR GAMBAR ........................................................................................viii
DAFTAR TABEL .............................................................................................x
DAFTAR NOTASI ............................................................................................xi
BAB I PENDAHULUAN .................................................................................1
1.1

Latar Belakang 1 ..............................................................................1

1.1

Batasan Masalah ...............................................................................2

1.2

Tujuan Penelitian ..............................................................................3

1.3

Manfaat Penelitian ............................................................................3

1.4

Metodologi Penulisan .......................................................................3

1.5

Sistematika Penulisan .......................................................................4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA.......................................................................6
2.1

Mesin Mixer .....................................................................................6

2.2

Pengertian Pencampuran .................................................................7

2.2.1 Jenis-Jenis Pencampuran ............................................................ 7
2.2.2

Jenis-Jenis Peralatan Pencampuran …...………………………. 8

2.3

Elemen Pemanas .............................................................................11

2.4

Pengertian Plastik .............................................................................12

2.4.1 Karakteristik Plastik .....................................................................13
2.4.2 Bahan Dasar Pembuatan Plastik ..................................................13
2.4.3 Keuntungan Dan Kelemahan Bahan Plastik ................................16
2.5

Alumunium.......................................................................................17

2.5.1 Sifat fisik alumunium ..................................................................18
2.5.2 Sifat Mekanik Alumunium .........................................................19
2.5.3 Kekuatan Tensil ..........................................................................19
2.5.4 Kekerasan ...................................................................................20
2.5.5 Ductility……………………………………………………… ...20
2.6

Karakteristik .....................................................................................21

v
Universitas Sumatera Utara

2.6.1 Tegangan (Stress)……………………………………………… 21
2.6.2 Regangan (Strain) …………………………………………….. 22
2.7

Autodesk Simulation Moldflow…………………………………… 23

2.7.1 Analisis Autodesk Simulation Moldflow Adviser………………. 23
BAB III METODE PENELITIAN…………………………………………. 24
3.1

Diagram Alir Proses Penelitian…………………………………… 24

3.2

Waktu Dan Tempat Penelitian .........................................................25

3.3 Alat Dan Bahan ................................................................................24
3.2.1 Alat .............................................................................................24
3.2.2

Bahan ..........................................................................................30

3.4

Metode Pengumpulan Data ……………………………………... 31

3.5

Prosedur Pencampuran Untuk Variasi Komposisi,Variasi Putaran
Dan Temperatur............................................................................. 32

3.6

Prosedur Pencetakan Sampel Uji Tarik Dan Pengujian Tarik.. …. 34

3.7

Prosedur Simulasi…………………………………………………35

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ..........................................................39
4.1 Hasil Uji coba Peralatan Mixer …………………….……………

39

4.2

40

Hasil Pengujian Variasi Komposisi…………… ………………..

4.2.1
4.2.2

Tabel Hasil Pengujian Tarik Variasi Komposisi………….… 40
Grafik Hasil Pengujian Tarik Variasi Komposisi …….……

42

4.2.3

Hasil Injeksi dan Pengujian tarik Variasi Komposisi……..…43

4.2.4

Hasil Foto Makro Untuk Sampel Variasi Komposisi
Pencampuran………………………………………………… 45

4.2.5

Hasil foto Mikro Untuk Sampel Variasi Komposisi
Pencampuran………………………………………………… 46

4.3

Hasil Pengujian Variasi Putaran Dan Temperatur…………….......

47

4.3.1

Tabel Hasil Pengujian Tarik Variasi Komposis……………... 47

4.3.2

Grafik Hasil Pengujian Tarik Variasi Putaran Dan
Temperatur………..…………………………………………. 49

4.3.3

Hasil Injeksi Dan Pengujian Tarik Variasi Putaran Dan
Temperatur………..…………………………………………. 50

4.3.4

Hasil Foto Makro Untuk Sampel Variasi Putaran

vi
Universitas Sumatera Utara

Dan Temperatur………………………………………..……. 53
4.3.4

Hasil Foto Mikro Untuk Sampel Variasi Putaran
Dan Temperatur………………………………………..………54

4.4

Grafik Hasil Kekuatan Tarik Untuk Sampel Variasi Putaran
Dan Temperatur Dengan Polypropylene Murni……………....... 55

4.5

Hasil Simulasi Autodesk Moldflow Adviser……………………… 56

4.5.1

Fill Time…………………………………………………….. 56

4.5.1

Air Traps……………………………………………………... 57

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN……………………………………… 59
5.1 Kesimpulan ......................................................................................59
5.2

Saran .................................................................................................60

DAFTAR PUSTAKA………………………………………………………… xii
LAMPIRAN

vii
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1

Dry Blending ...............................................................................9

Gambar 2.2

High Shear Mixer ........................................................................9

Gambar 2.3 Ultra High Shear Mixing ………………………………………. 10
Gambar 2.4

High Viscosity Batch Mixing……………………………………… 10

Gambar 2.5

Double Planetary Mixing ………………………………………… 11

Gambar 2.6

Elemen Pemanas Pada Mesin Mixer ……..…………………… 12

Gambar 2.7

Serbuk Alumunium dan foto mikro……………………………. 18

Gambar 2.8

Grafik Hubungan Tegangan-Regangan ……………………….. 22

Gambar 3.1

Diagram Alir Proses Penelitian ..................................................... 24

Gambar 3.2

Mesin mixer ................................................................................. 25

Gambar 3.3

Mesin Hidrolic Hot Press ........................................................... 26

Gambar 3.4

Cetakan (mold) ............................................................................ 27

Gambar 3.5

Dimensi Cetakan Uji Tarik Polymer………………………….. 27

Gambar 3.6

Stopwatch ……………………………………………………...28

Gambar 3.7

Mesin Uji Tarik ........................................................................... 28

Gambar 3.8

Timbangan Digital ...................................................................... 29

Gambar 3.9

Thermocouple ............................................................................. 29

Gambar 3.10 Polypropylene ............................................................................... 30
Gambar 3.11 Polyetylene ................................................................................... 30
Gambar 3.12 Serbuk Alumunium ..................................................................... 31
Gambar 3.13 Hasil pencampuran dari variasi komposisi dan variasi putaran.. 33
Gambar 3.14 Prosedur Pencetakan Specimen ………………………………..34
Gambar 3.15 Diagram Alir simulasi Autodesk Moldflow Adviser………………
Gambar 3.16

35

Bentuk Geometri Sampel Pada Autocad……………………… 36

Gambar 3.17 Proses export file dari Autocad ke Autodesk Moldflow Adviser.36
Gambar 3.18 Menentukan Titik Injeksi…………………………………….. 37
Gambar 3.19 Menentukan Material…………………………………………...37
Gambar 3.20 Menentukan Parameter Proses Simulasi……………………..... 38
Gambar 3.21 Menentukan Jenis Analisis Proses Simulasi……………………38
Gambar 4.1

Mesin Mixer Sistem Gear box……………………………........ 38
viii
Universitas Sumatera Utara

Gambar 4.2

Grafik Hasil Pengujian Tarik Variasi Komposisi ....................... 42

Gambar 4.3

Grafik Pengaruh Percampuran Komposisi Terhadap Elongation ...... 42

Gambar 4.4

Sampel Dari Hasil Hidrolic Hot Press........................................ 43

Gambar 4.5

Bentuk Patahan Pengujian Tarik Variasi Komposisi .................. 44

Gambar 4.6

Bentuk Patahan Yang Berbedavariasi komosisi ......................... 44

Gambar 4.7

Bentuk Patahan Yang Berbeda Foto Makro ............................... 45

Gambar 4.8

Foto MakroVariasi Komposisi PP 78 %,PE 20 % Dan AL 2 %. 45

Gambar 4.9

Foto Mikro Variasi Komposisi PP 78 %,PE 20 % Dan AL 2 % 46

Gambar 4.10 Foto Makro Variasi Komposisi Pencampuran PP, PE Dan AL
Yang Terdapat Void .................................................................... 47
Gambar 4.11 Grafik Hasil Pengujian Tarik Sampel Variasi Putaran 52 Rpm,
100 Rpm Dan 144 Rpm Pada Temperatur 1600c Dengan
Komposisi PP 78 %,PE 20 % Dan AL 2%. ................................ 49
Gambar 4.12 Grafik Elongation Variasi Putaran Dan Temperatur 1600C ........49
Gambar 4.13 Sampel Setelah Di Injeksi Variasi Putaran Dan Temperatur
Yang Paling Optimum Pada Formula 1 ...................................... 50
Gambar 4.14 Sampel Bentuk Patahan Setelah Di Uji Tarik Variasi Putaran
Dan Temperatur Yang Paling Optimum Formula 1 .................. 51
Gambar 4.15 Bentuk Patahan Yang Berbeda Sampel Variasi Putaran dan
Temperatur Formula 1. ............................................................... 52
Gambar 4.16 Bentuk patahan yang berbeda foto makro ...................................52
Gambar 4.17 Foto Makro Variasi Putaran Yang Paling Optimum Pada
Formula 1 ................................................................................... 53
Gambar 4.18 Foto Mikro Variasi Putaran Dan Temperatur Yang Paling
Optimum Pada Formula 1 ........................................................... 54
Gambar 4.19 Grafik Hasil Kekuatan Uji Tarik Variasi Putaran Dan
Temperatur Dengan Polypropylene Murni. ................................ 55
Gambar 4.20 Proses Fill Time Analysis Temperatur 160oc Dan Waktu
Penekanan 6 Detik……………………………………………..57
Gambar 4.21 Proses Air traps ...........................................................................58

ix
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Tabel Sifat Fisik Aluminium…........................................................ 18
Tabel 3.1 Dimensi ASTM D 638, T=4mm ...................................................... 27
Tabel 4.1 Hasil Data Dari Pengujian Tarik Variasi Komposisi…………….

40

Tabel4.2 Hasil Data Dari Pengujian Tarik Variasi Putaran dan
temperatur…………………………………………………………... 48

x
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR NOTASI
Lambang
δmax

Keterangan
tegangan tarik

Satuan
N/mm2

Fmax

gaya

N

A0

luas penampang

mm

Ε

elongation

%

ΔL

pertambahan panjang

mm

L0

panjang awal

mm

L1

Panjang akhir

mm

xi
Universitas Sumatera Utara