BAB
II
LANDASAN
TEORI
2.1 Pengertian Dasar Bahan Polimer
Polimer
adalah salah satu bahan rekayasa bukan logam (non-metallic material) yang penting. Saat ini bahan polimer telah
banyak digunakan sebagai bahan substitusi untuk logam terutama karena sifat-sifatnya
yang ringan, tahan korosi dan kimia, danmurah, khususnya untuk
aplikasi-aplikasi pada temperature rendah. Hal lain yang banyak menjadi
pertimbangan adalah daya hantar listrik dan panas yang rendah, kemampuan untuk meredam
kebisingan, warna dan tingkat transparansi yang bervariasi, kesesuaian desain dan
manufaktur.
Istilah
plastik, yang sering digunakan oleh masyarakat awam untuk menyebut sebagian
besar bahan polimer, mulai digunakan pada tahun 1909.Istilah tersebut berasal dari
kata plastikos yang berarti mudah
dibentuk dan dicetak. Teknologi modern plastik baru dimulai tahun 1920-an,
yaitu dengan mulai digunakannya polimer yang berasal dari produk derivatif
minyak bumi.
Plastik,
serat, film, dan sebagainya yang biasa dipergunakan dalan kehidupan sehari-hari
mempunyai berat molekul di atas 10.000. Bahan dengan berat molekul yang besar
itu disebut polimer, mempunyai struktur dan sifat-sifat yang rumit disebabkan
oleh jumlah atom pembentuk yang jauh lebih besar dibandingkan dengan senyawa
yang berat atomnya rendah.
Umumnya
suatu polimer dibangun oleh satuan struktur tersusun secara berulang diikat
oleh gaya tarik-menarik yang kuat yang disebut ikatan kovalen, dimana setiap
atom dari pasangan terikat menyumbangkan satu elektron untuk membentuk sepasang
elektron.
Gaya
tarik-menarik diantara atom-atom di dalam benda-benda digolongkan :
1. ikatan
kovalen,
2. ikatan
ion,
3. ikatan
logam,
4. ikatan
koordinat,
5. ikatan
hidrogen,
6. gaya
Van der Waals,
7. ikatan
hidro-fobik.
Di
antaranya (1), (5) dan (6) biasa digunakan pada bahan polimer, sedangkan (2),
(4) dan 7 ditemukan kadangkadang.Gaya antar molekul yang terutama berkerja pada
bahan polimer seperti (5) dan (6),juga lebih lemah dari pada ikatan kovalen.
Bahan
polimer yang mempunyai berat molekul besar dan ikatan kovalen, sama sekali menunjukkan sifat-sifat yang berbeda dari bahan
organik yang mempunyai berat molekul rendah.
Bahan
yang mempunyai berat molekul rendah berubah menjadi cair dengan visikositas
rendah atau menguap kalau dipanaskan, sedangkan bahan polimer mencair dengan
sangat kental dan tidak menguap. Bahan yang tidak bisa berfungsi itu terurai
karna panas menjadi karbon, pada tahap akhir tanpa penguapan.
Molekul
polimer disusun dalam satu struktur rantai seperti polyethylen dan polipropilen,
dalam struktur tiga dimensi dengan ikatan kovalen seperti phenol dan
resinepoksi, dan dalam hal struktur hubungan silang seperti karet dimana
sebagian molekul rantai terikat satu sama lain. Sifat-sifat termik dan mekanik
dari polimer sangat berbeda tergantung pada keadaan. Dimana distribusi berat
molekul mempunyai hubungan erat dengan sifat-sifat bahan polimer.
Tabel 2.1
Bahan polymers dan kerja temperature panas[1]
Polymers
|
Jangka panjang kerja
temperatur oC
|
Semi-Kristal
|
Bahan yang terbentuk
|
PEEK, PPS, PTFE, LCP
|
PES, PSU, PEI, EP
|
150-250
|
PET, PBT, POM, PA 66, PA46, PP
|
PC, UP
|
90-120
|
HDPE, LDPE, LLDPE
|
PS, PVC, PE, HIPS, PMMA, ABS
|
<90
|
2.2 Proses
Pembuatan Plastik
Bahan
plastik dapat dikelompokkan menjadi 2 golongan, yaitu termoseting dan
termoplastik. Bahan termoseting dibentuk menjadi produk memerlukan panas dengan
atau tanpa tekanan dan menghasilkan produk yang keras dan tetap. Panas yang
diberikan untuk melunakan material, panas tambahan atau bahan kimia khusus akan
menimbulkan perubahan kimiawi yang disebut polimerisasi dan sesudah itu plastik
tidak dapat dilunakkan lagi. Polimerisasi adalah suatu proses kimia yang
menghasilkan susunan baru dengan berat molekul yang lebih besar dari bahan
semula.
Proses
pemberian bentuk plastik termoseting mencakup penekanan atau pencetakan
transfer, pengecoran, laminasi dan impregnasi. Plastik termoseting dapat juga
digunakan untuk membuat busa yang tegar atau fleksibel.
Bahan
termoplastik tidak mengalami polimerisasi dalam proses pemanasan dan
pembentukannya dan tidak menjadi bahan keras. Jenis plastik ini tetap lunak
pada temperatur tinggi dan baru mengeras ketika didinginkan. Disamping itu
termoplastik ini dapat dicairkan kembali berulang-ulang, dengan pemanasan
kembali, menyerupai sifat parafin atau lilin. Bahan termoplastik terutama
dibentuk dengan cara pencetakan injeksi atau tiup, ekstrusi, pembentukan termal
dan pengerolan.
Bermacam-macam
bahan mentah plastik, seperti macam-macam produk pertanian, mineral dan
material organis termasuk batubara, gas alam, minyak bumi, batu kapur, silika
dan belerang. Selain bahan-bahan tadi, masih ditambah bahan penambah seperti
zat pewarna, pelarut, pelumas, pengubah sifat plastis dan bahan pengisi. Bahan
pengisi ini dapat berbentuk kayu, tepung, kapas, serat, asbes, bubukan logam,
grafit dan bahan-bahan lain yang dapat dipakai sebagai pengisi. Keuntungan dari
pemakaian bahan pengisi adalah menurunkan ongkos produksi, mengurangi
pengerutan, menaikan ketahanan panas, memberikan kekuatan kejut atau memberikan
trik sifat-sifat lain pada produk.
2.3 Sifat-sifat Bahan Polimer
Beberapa
diantara polimer rantai mempunyai molekul-molekul yang tersusun secara teratur
membentuk kristal. Bahan tersebut dinamakan polimer Kristal walaupun tidak
seluruhnya mengkristal, temperature dimana kristal dalam polimer itu mencair
dinamakan titik cair polimer. Sifat-sifat khas bahan polimer pada umumnya
adalah sebagai berikut :
1. Mampu
cetak yang baik. Pada temperatur relatif rendah bahan dapat dicetak dengan
penyuntikan, penekanan, ekstrusi dan seterusnya akibatnya biaya pembuatan
relative lebih rendah dibanding pada logam atau keramik.
2. Produk
yang kuat dan ringan dapat dibuat. Berat jenis polimer adalah rendahdianding
logam dan keramik, yaitu 1,0 – 1,7 yang memungkinkan dapat diproduksibarang
yang kuat dan ringan.
3. Banyak
diantara polimer bersifat isolator yang baik. Polimer mungkin saja
dibuatkonduktor dengan jalan mencampurnya dengan serbuk logam, butiran
karbon,serbuk alam dan lain-lain.
4. Baik
sekali dalam ketahanan air dan ketahanan zat kimia. Pemilihan bahan yangbaik
akan menghasilkan produk yang mempunyai sifat-sifat baik sekali.
5. Produk-produk
dengan sifat yang cukup berbeda dapat dibuat tergantung pada carapembuatannya.
Dengan mencampur zat plastis, pengisi dan sebagainya. Sifat-sifatdapat berubah
dalam daerah yang luas.
6. Kekerasan
permukaan sangat kurang. Bahan polimer yang keras ada tetapi masihjauh dibawah
kekerasan logam dan keramik.
7. Kurang
tahan terhadap pelarut. Umumnya larut dalam zat pelarut tertentu kecualipada
bahan tertentu seperti politetrafluoretilen. Kalau tidak larut, mudah
retakkarena kontak terus-menerus dengan zat pelarut dan disertai adanya
tegangan. Olehkarena itu perlu perhatian khusus.
2.4
Molekul, Berat, Bentuk & Struktur Polimer
2.4.1 Molekul
a. Polimer biasa disebut juga polidispersi, adalah banyaknya
hamburan yang artinya satu molekul yang
dibentuk dari molekul yang sama tetapi berat molekul tidak sama.
b. Nilai bobot molekul bergantung pada besarnya ukuran yang
digunakan dalam metode pengukurannya. Metode ini dipakai untuk menentukan bobot
molekul rata - rata jumlah.
c. Bobot molekul rata - rata jumlah adalah: bilangan atau
ukuran jumlah molekul dari setiap berat dalam sampel uji.
d. Sehingga, berat total dari suatu sampel uji polimer, W =
jumlah berat dari setiap bagian molekul polimer, dirumuskan:
- - - - - - - - - - - - - - - (2.1)
-
Dimana:
N =
jumlah mol
M = berat molekul
Dengan demikian, bobot molekul rata - rata jumlah (Mn), dapat dihitung dengan menggunakan
defenisi Mn = berat sampel per mol, sehingga dirumuskan:
- - - - - - - - - - - - - - - (2.2)
2.4.2 Berat Molekul
Berat
molekul biasanya ditentukan secara statistik dalam bentuk rata-rata berat molekul
atau distribusi berat molekulnya.
Tabel 2.2 Berat molekul rata-rata suatu thermoplastik[1]
Berat
molekul rata-rata atau derajat polimerisasi dari suatu polimer thermoplastik
sangat berpengaruh terhadap keadaan dan sifat-sifatnya. Viskositas dan kekuatan polimer misalnya akan
meningkat dengan meningkatnya berat molekul atau derajat polimerisasinya.
Kita
dapat membandingkan keadaan dari monomer ethylene pada derajat polimerisasi
yang berbeda-beda. Perbedaan dari sifat
tersebut, bahwa semakin panjang rantai molekul suatu polimer, semakin besar
energi yang diperlukan untuk mengatasi ikatan sekundernya.
2.4.3 Bentuk dan Struktur Molekul
Karakteristik fisik polimer tergantung dengan
berat molekul dan bentuk serta perbedaan struktur rantai molekul .
1.
Polimer
linier (linear polymer) : Dimana
ujungnya bergabung bersama pada ujung-ujungnya dalam rantai tunggal.
Gambar 2.1 Linier
polymer[1]
1. Polimer bercabang (branched
polymer) : Dimana rantai utama memiliki rantai cabang.
Gambar 2.2 Branched
polymer[1]
2. Polimer berkait (cross-linked
polymer) : Dimana rantai linier bargabung satu sama lain pada beberapa
tempat dengan ikatan kovalen.
Gambar 2.3 Cross-linked
polymer[1]
3. Polymer network/jaringan (network polymer): Dimana unit mer trifunctionalbyang mempunyai tiga
ikatan kovalen aktif membentuk jaringan 3 dimensi.
Gambar 2.4 Network
polymer[1]
Beberapa struktur molekul panjang (mer) dari polimer,
sebagai berikut :
Tabel
2.3 Daftar struktur
umum untuk polimer [1]
2.5 Jenis-jenis Bahan Polimer
Plastik
adalah bahan sintetis yang dapat diubah bentuk dan dapat mempertahankan perubahan
bentuk serta dikeraskan tergantung pada strukturnya. Pada dasarnya plastik
secara umum digolongkan ke dalam 3 (tiga)
macam dilihat dari temperaturnya, yakni :
1. Bahan
Thermoplastik (Thermoplastic) yaitu akan melunak bila dipanaskan dan
setelah didinginkan akan dapat mengeras. Contoh bahan thermoplastik adalah :
Polistiren, Polietilen, Polipropilen, Nilon, Plastik fleksiglass dan Teflon
Tabel 2.4 Suhu Operasi Termoplastik[4]
Bahan
|
Temperatur Pengerjaan (˚C)
|
Contoh Pengerjaan
|
CA
|
160-200
|
Profil, lembaran, pipa
|
PS
|
170-210
|
Lembaran busa
|
SB
|
170-220
|
Lembaran, profil
|
ABS
|
170-220
|
Pipa, lembaran, profil
|
LDPE
|
130-200
|
Pipa, lembaran, bungkus kawat
|
HDPE
|
140-220
|
Pipa, lembaran, bungkus kawat, pipa pengikat
|
PP
|
180-260
|
Pipa, lembaran, pipa pengikat
|
PVC-Keras
|
160-200
|
Pipa, lembaran, profil
|
PVC-Lunak
|
150-190
|
Selang, profil, bungkus kabel dan karet
|
PMMA
|
160-190
|
Lembaran, profil, pipa
|
PC
|
300-340
|
Lembaran, profil
|
PA
|
260-300
|
Selang, bungkus kabel, pipa
|
POM
|
170-200
|
Pipa profil
|
1. Bahan
Thermoseting (Thermosetting) yaitu plastik dalam bentuk cair dan dapat
dicetak sesuai yang diinginkan serta akan mengeras jika dipanaskan dan tetap
tidak dapat dibuat menjadi plastik lagi. Contoh bahan thermosetting adalah :
Bakelit, Silikon dan Epoksi.
2. Bahan
Elastis (Elastomer) yaitu bahan yang sangat elastis. contoh bahan elastis adalah : karet sintetis.
2.6
Sifat-sifat Mekanik
Bahan Polimer
Kekuatan merupakan salah satu sifat
mekanik dari polimer. Ada beberapa macam kekuatan dalam polimer, diantaranya
yaitu:
1.
Kekuatan Tarik (Tensile
Strength)
Kekuatan tarik adalah tegangan yang
dibutuhkan untuk mematahkan suatu sampel. Kekuatan tarik penting untuk polymer
yang akan ditarik,
2.
Compressive strength
Adalah ketahanan terhadap
tekanan.Beton merupakan contoh material yang memiliki kekuatan tekan yang
bagus.Segala sesuatu yang harus menahan berat dari bawah harus mempunyai
kekuatan tekan yang bagus.
3.
Flexural strength
Adalah ketahanan pada bending
(flexing).Polimer mempunyai flexural strength jika dia kuat saat dibengkokkan.
4.
Impact strength
Adalah ketahanan terhadap tegangan
yang datang secara tiba-tiba.Polimer mempunyai kekuatan impak jika dia kuat
saat dipukul dengan keras secara tiba-tiba seperti dengan palu.
2.7 Sifat dan Jenis Plastik
Masing-masing plastik memiliki sifat-sifat yang berbeda,
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 yang Jika. 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, dan
lain-lain. 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.
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
terhadapbahan kimia (chemical Resistance) yang baik tetapi ketahan terhadap
pukul (Impact Strenght) 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
Merupakan Jenis Plastik
yang digunakan untuk tempat minum atau makanan sekali pakai. Mengandung bahan
bahan Styrine yang berbahaya untuk kesehatan otak, mengganggu hormon estrogen
pada wanita yang berakibat pada masalah reproduksi dan sistem saraf.
2.8
Pemanfaatan Polimer
Banyak polimer yang telah dikenal dan
secara umum digunakan dalam kehidupan seharihari, yaitu :
1.
Polyethylene (PE)
Biasanya digunakan untuk pembungkus
makanan, kantung plastik, ember dansebagainya.
2.
Polypropylene (PP)
Biasanya digunakan untuk membuat
karung, tali, botol dan sebagainya.
3. Teflon
Teflon atau politetrafluoroetilena
memiliki sifat yang tahan terhadap bahan kimiadan panas, sehingga seringkali
digunakan untuk pelapis tangki atau panci antilengket
4. PVC
(polivinilklorida)
Biasanya digunakan untuk membuat
pipa, selang, kabeloptik dan sebagainya.
5. Akrilat
(flexiglass)
Beberapa polimer dibuat dari asam
akrilat sebagai monomernya.Polimetilmetakrilat atau flexiglass merupakan
plastik bening,keras tetapi ringan.Polimer jenis ini banyak digunakan untuk
kaca jendela pesawat terbang dan mobil.
6. Bakelit
Bakelit banyak digunakan untuk
alat-alat listrik.
7. Polyester
Poliester dibentuk dari
monomer-monomer ester.Salah satu contoh polimer iniadalah dakron. Dakron
digunakan sebagai serat tekstil. Selain dakron dikenal pulaMylar, yang
digunakan sebagai pita perekam magnetik
8. Polyurethanes
Polyurethanes banyak
digunakan untuk produk-produk yang terbuat dari foam,serat, dan yang
digunakan untuk elastomer dan pelapis (coating).Aplikasinyadalam
kehidupan sehari-hari misalnya untuk pembuatan wadah dari foam, untukindustri
garmen, untuk aplikasi bahan bangunan dan sebagainya.
9. Karet
alam dan karet sintetis
Karet diperoleh dari getah pohon
karet (lateks).Karet alam merupakan polimerisoprena.Karet sintetis terdiri dari
beberapa macam, misalnya polibutadiena,polikloroprena dan polistirena.Karet
sintetis yang telah banyak dikenal yaitu SBR.
2.9
Mesin Ekstruder
Extrusi pada thermo plastik adalah proses pada material
sampai mencapai meleleh akibat panas dari luar / panas gesekan dan yang
kemudian dialirkan ke die oleh screw yang kemudian dibuat produk sesuai bentuk
yang diinginkan. Proses ekstrusi adalah proses kontinyu yang menghasilkan
beberapa produk sperti, Film plastik, tali rafia, pipa, peletan, lembaran
plastik, fiber, filamen, selubung kabel dan beberapa produk dapat juga
dibentuk.
Ekstruder
yang biasanya tersedia di pasaran adalah dari jenis ekstruder ulir tunggal (single
screw extruder) dan ekstruder ulir ganda (twin screw extruder). mesin extruder yang
terdiri dari Hopper, Barrel/screw dan Die. Berikut gambaran extruder yang
sering ada saat ini.
Gambar 2.5 Komponen
Extruder[2]
2.9.1 Bagian-bagian extruder
Adapun
bagian-bagian dari mesin extruder, berikut
ini adalah bagian-bagiannya ;
1.
Hopper
Semua extruder pasti mempunyai masukan untuk bahan biji/pallet plastik yang
melalui lubang yang nantinya mengalir dalam dinding dinding extruder tersebut, hopper biasanya terbuat dari lembaran baja atau stainless steel
yang berbentuk untuk menampung sejumlah bahan pelet plastik untuk stock
beberapa jam pemrosesan. Hopper ada
yang disediakan pemanas awal jika diperlukan proses pallet yang memerlukan
pemanasan awal sebelum pellet memasuki extruder.
2.
Screw
Screw adalah jantungnya extruder,
screw mengalirkan polimer yang telah meleleh ke kepala die setelah mengalami proses
pencampuran dan homogenisasi pada lelehan polimer tersebut.
Gambar 2.6
Parameter Screw[2]
Ada beberapa pertimbangan dalam mendesign sebuah screw untuk
jenis material tertentu, yang paling penting adalah Depth of Chanel (kedalaman kanal). Mesikipun screw itu mempunyai
fungsi sama secara umum, alangkah baiknya merancang disesuaikan dengan tipe
material yang dipakai untuk mendapatkan hasil yang terbaik. Jadi untuk contoh
optimal proses screw bahan PVC,
kemudian diikuti screw untuk bahan
PP/PE.
Ada beberapa perbedaan antara screw bahan PVC dan bahan PE :
1.
Screw PVC
PVC adalah material yang tidak
stabil dalam keadaan panas, maka untuk proses ini memerlukan screw dengan
kedalaman chanel yang lebih, sedikit bahkan tidak ada zona metering sama
sekali, bahan dilapisi dengan hard chrom, ujung screw berbentuk kerucut
menhindari material tertahan.Diameter screw bervariasi antara 30mm s/d 140mm.
L/D rasio berfariasi antara 18 - 22 untuk singgle screw dan 16 - 18 untuk double/twin screw. Compression rasio
bervariasi antara 1,5 - 2,2 : 1 baik untuk screw single maupun twin. Venting (lubang) pada extruder di pakai
untuk menghilangkan uap/gas.
2.
Screw PP/PE
Screw PP/PE hampir sama, tetapi screw ini di desain dengan chanel
yang dangkal, compressi tiba-tiba dan zona matering yang lebih panjang. L/D
rasio bervariasi 24:1 s/d 33:1, diameter screw 20mm s/d 250mm, compresi rasio
2.5 s/d 3.1
Pada
umumnya bentuk screw ada 2 jenis ; screw 1 ulir dan 2 ulir , screw tidak dapat
menyelesaikan proses leleh secara sempurna. Jadi dalam kasus tertentu extruser
berisi material plastik yang belum leleh, ini dapat di cegah dengan membuat
screw ulir kedua (barrier) pada kanal (lihat gambar). Barier ini dapat memotong
dan memaksa hanya plastik yang leleh bisa lewat. Jadi design barrier ini
memastikan lelehan plastis komplit /selesai pada extruder.
Gambar 2.7 Type single
screw[2]
Gambar 2.8 Type double
screw[2]
3.
Kepala mixing
Daerah metering pada screw standar
tidak membunyai pencampuran yang baik. Aliran lapisan-lapisan halus plastik
berjalan secara tetap pada dalam screw. Sehingga juga ada lapisan yang tidak
sama tidak akan bercampur dengan baik, kepala Mixer dibuat pada screw agar
dapat mencapur antar lapisan tersebut sehingga lebih merata dan homogen.
Pin Mixer (Dupon Mixer)
adalah sample mixer yang menggunakan pin dengan gesekan rendah, alat ini mudah
di pasang pada screw yang ada untuk meningkatkan performance dari screw
Gambar 2.9 Pin mixer[2]
Type lain dari Mixer adalah Maddock (Union Carbide) dan Egan, mixer jenis ini beroperasi pada lelehan
material dengan gaya gesek tinggi sehingga dapat lebih sempurna percampurannya.
Mixer maddock cara kerja operasi
seperti screw type barrier, putarannya mengakibatkan material bergerak maju dan
tertekan sehingga membantu material lebih homogeny.
Gambar 2.10 Maddock
mixer[2]
Gambar 2.11 Egan Mixer[2]
4.
Breaker Plate /Screen Park
(saringan)
Breker Plate dengan saringan
dimasukkan kedalam adapter, yang mana menghubungkan antara ujung extruder dan
pangkal die.
Peralatan ini mempunyai beberapa
fungsi sebagai berikut :
a. Meredam puteran rotasinal lelehan
dan dirubah menjadi searah
b. Memperbaiki homogenisasi dengan
memecah dan menggabungkan lagi
c. Memperbaiki mixing dengan
meningkatnya tekanan balik
d. Menghilangkan kotoran dan materil
tidak leleh.
Saringan dibuat beberapa lapis dan tiap lapis mempunyai perbedaan mesh,
saringan paling kasar sebagai penopang diletakkan menghadap breker plate
kemudian ke yang paling halus terakhir
Gambar 2.12 Breaker
plate[2]
5.
Dies
Variasi type dies digunakan untuk proses bahan PVC atau
PP/PE. Ini bisa berbentuk Flat atau model lingkaran. Tyope dies dapat dilihat sebagai
berikut.
Dies PVC
PVC adalah bahan panas tidak stabil, maka die untuk PVC harus memiliki alur
yang sempurna.
Spiral mandrel pada die berguna
untuk membagi lelehan merata dan membantu lebih homogen sehingga aliran menjadi
lebih halus merata ke luar dies.
Gambar 2.13 Mandrel untuk bahan PVC[2]
DiesPP/PE
Untuk memproses bahan PP/PE die menggunakan spiral seperti gambar. Plastik
leleh mengalir dari lubang masuk ke putraan spiral pada die. Dari Gambar 3.10
dibawah ini jelas bahwa kedalam antara sepiral dan dinding betambah seiring
bertambahnya material dalam die itu sendiri, sebagi hasilnya penyebaran
diseluruh die lebih merata sehingga mudah untuk di adjust ketebalan dari tabung
/ balon.
Gambar 2.14 Mandrel untuk bahan PE[2]
Dalam hal mekanisme penggerakkan bahan
dalam ekstruder, terdapat perbedaan yang nyata antara ekstruder ulir tunggal dan ganda.
Pada ekstruder ulir tunggal daya untuk menggerakkan bahan berasal dari pengaruh
dua gesekan, yang pertama adalah gesekan yang diperoleh dari ulir dan bahan sedangkan
yang kedua adalah gesekan antara dinding barrel ekstruder dan bahan. Ekstruder
ulir tunggal membutuhkan dinding barrel ekstruder untuk menghasilkan kemampuan menggerakkan
yang baik, maka dari itulah dinding selubung
ekstruder pada ekstruder ulir tunggal memainkan peran penting dalam enentukan rancangan ekstruder. Single screw extruder memiliki ulir yang
berputar di dalam sebuah barrel. Jika bahan yang diolah menempel pada ulir dan
tergelincir dari permukaan barrel, maka tidak akan ada produk yang dihasilkan
dari ekstruder karena bahan ikut berputar bersama ulir tanpa terdorong ke
depan. Untuk menghasilkan output produksi yang maksimal maka bahan harus dapat pergerak
dengan bebas pada permukaan ulir dan menempel sebanyak mungkin pada dinding.
Pada umumnya
zona operasi pada single screw
(tergantung spesifikasi mesin) terbagi menjadi tiga bagian yaitu :
1. Solid
transport zone yang terletak di bawah hopper/feeder. Pada zona ini bahan digerakkan
dalam bentuk bubuk atau granula. Berhubung output produk yang dihasilkan arus sama dengan input bahan yang dimasukkan
maka perencanaan yang buruk pada zona ini akan membatasi output yang
dihasilkan.
2. Melting
zone. Pada zona ini bahan padat akan dipanaskan
3. Pump
zone. Pada bagian pertama zona ini, tinggi saluran berkurang disebabkan oleh
peningkatan diameter dari ulir. Pada zona ini bahan mengalami tekanan
untuk mengurangi jumlah ruang-ruang
kosong pada bahan. Pada bagian kedua zona ini yang disebut juga sebagai
metering zone, bahan digerakkan dan dihomogenisasi lebih lanjut. Pada beberapa
ekstruder peningkatan tekanan terjadi di zona ini.
Kadang-kadang iperlukan beberapa zona tambahan selain tiga
zona di atas, tetapi hal ini dilakukan sesuai dengan kebutuhan. Zona tambahan
diperlukan untuk menyediakan daya tekan tambahan untuk pengadonan, homogenisasi
bahan dan daerah dengan tekanan rendah untuk mengeluarkan udara dari
bahan-bahan yang dipanaskan.
Pada Pump zone
dimana saluran ulir dipenuhi oleh adonan bahan terdapat tiga jenis aliran yang
dapat dibedakan :
1. Drag
flow disebabkan oleh pengaruh bersinggungannya bahan dengan barrel dan
permukaan ulir.
2. Pressure
flow yang disebabkan oleh tekanan yang meningkat pada ujung ekstruder (die).
Arah dari aliran ini berlawanan dengan arah drag flow.
3. Leakage
flow. Aliran melalui celah antara barrel dan gerigi ulir.
Gambar 2.15 Zona Pada
Ekstruder Ulir Tungga[5]
Single screw
mengandalkan pada drag flow untuk menggerakkan bahan dalam barrel dan
menghasilkan tekanan pada die. Agar bahan terdorong maju maka bahan tidak boleh
ikut berputar dengan ulir. Sama saja seperti cara kerja sebuah sekrup dan mur,
agar sekrup bergerak maju maka mur harus dalam keadaan diam bukannya ikut
bergerak dengan sekrup.
Tetapi bentuk geometris
ulir sangatlah penting untuk diperhatikan karena bentuk ulir ini dapat menyebabkan
peningkatan tekanan pada ruang ekstruder yang akan menyebabkan aliran bahan
dari satu ruang ke ruang yang lain baik ke arah negatif maupun positif.
Tabel
2.5 Perbedaan Utama Antara Ekstruder Ulir
Tunggal dan Ulir Ganda[5]
Secara umum,
ulir pada ekstruder ulir ganda dapat dibagi menjadi dua kategori utama yaitu
ulir intermeshing dan non-intermeshing. Pada ulir ekstruder tipe
non-intermeshing, jarak antara poros ulir setidaknya sama dengan diameter luar
ulir. Sedangkan pada ulir tipe intermeshing, jarak antar poros ulir lebih kecil
daripada diameter luar ulir, atau permukaan ulir dimungkinkan dalam keadaan saling
bersentuhan. Pada ulir tipe ini bahan yang tergelincir dari dinding barrel menjadi
tidak mungkin karena ulir intermeshing yang satu akan mencegah bahan pada ulir
lain untuk berputar dengan bebas. Selain dua kategori utama tersebut, terdapat
juga beberapa jenis konfigurasi ulir pada ekstruder ulir ganda berdasarkan arah
putarannya. Yang pertama ialah intermeshing/non-intermeshing
counter rotating, dimana pada tipe ini arah putaran ulir saling berlawanan.
Kedua ialah tipe intermeshing/nonintermeshing
co-rotating, dimana arah putaran ulir sama.
Selain itu ada
juga konfigurasi ulir self wiping
dimana bentuk kedua ulirnya berbeda dengan ulir tipe intermeshing. Semua
perbedaan jenis ulir dan arah putarannya tersebut akan menghasilkan
karakteristik aliran, mekanisme gerak bahan dan pencampuran dengan pengaruh
yang berbeda-beda pada bahan karena tipe-tipe ulir tersebut memiliki kelebihan
dan kekurangannya masing-masing.
Sumber :
1.
Proses Pembuatan Pipa Kabel HDPE 32/23 mm2 di PT. Rusli Vinilon Sakti, a/n Taufik Ramdhan (2012),
Universitas Gunadarma 2015 .