## SIFAT MEKANIK DAN CACAT PENYUSUTAN (SHRINKAGE) AKIBAT VARIASI KOMPOSISI CAMPURAN DAUR ULANG POLYETHYLENE PADA INJECTION MOULDING
Muhammad Ghilman Badri 1 , Mahros Darsin 2 , Dedi Dwilaksana 2
1 Alumni Mahasiswa Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Jember
2 Staf Pengajar Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Jember Jl. Kalimantan 37 Jember 68121 E-mail : mahros.azzahra@yahoo.co.id

## ABSTRACT
Injection moulding is one process to form plastic by compress the melted plastic in a closed die. The raw material for the process either pure plastic pellet or mixed with recycled plastics. this research focused on finding the acceptable percentage of recycled  the raw material in term of tensile strengh and shrinkage. The composition is varied from 0% to 100% of polyethylene. Tensile test shows that the more percentage  of  recycled  the  lower  is  the    tensile  strenght.  on  the  other  hand,  the  more  the  recycled composition the highernis shrinkage number. Both decrease of tensile strengh and increase of shrinkage are linearly. Recycled plastic in the raw material makes the composition be not uniform. It leads misrun defect, i.e. the melted plastic solidified before it reach the destined cavity in the mold.  Moreover, it also creates more void in the parts. The highest tensile strength of 19.10 N/mm 2 when no recycled mixed in, whereas the minimum of 12.05 N/mm 2 achieved when 100% recycled was applied. Recycled Composition of 100% also increased by 9,82% compare to pure plastic .
Keywords: Recycled plastic, tensile strength, shrinkage.

## PENDAHULUAN
Plastik  adalah  suatu  polimer  yang  mempunyai sifat-sifat  unik  dan  luar  biasa.  Polimer  adalah  suatu bahan  yang  terdiri  dari  unit  molekul  yang  disebut monomer. Jika monomernya sejenis disebut homopolimer,  dan  jika  monomernya  berbeda  akan menghasilkan kopolimer [1].
Bahan-bahan  yang  digunakan  dalam  pembuatan plastik  diantaranya  adalah polypropylene,  polyetilene, polystyrene , dsb. Polyethylene digunakan sebagai bahan pembuat  botol  susu,  botol/kemasan  deterjen,  kemasan margarin,  pipa  air,  dan  tempat  sampah. Polypropylene digunakan  dalam  berbagai  aplikasi,  diantaranya pengemasan,  tekstil  (contohnya  tali,  pakaian  dalam termal,  dan  karpet),  alat  tulis,  berbagai  tipe  wadah terpakaikan  ulang  serta  bagian  plastik,  perlengkapan labolatorium,  pengeras  suara,  komponen  otomotif, dan  uang  kertas  polimer. Polystyrene diaplikasikan untuk  pembuatan  furniture  (pelapis  kayu),  cashing monitor komputer, cashing TV, utensil, lensa (optik dari plastik).
Plastik  untuk  kemasan  mempunyai  berbagai kelebihan, diantaranya fleksibel (sesuai bentuk produk), transparan  (tembus  pandang),  tidak  mudah  pecah (lentur),  bentuk  laminasi  (dengan  kombinasi  bahan kemasan  lain,  aneka  warna,  tidak  mudah  rusak  dan harganya  yang  relatif  murah  dan  mudah  didapatkan. Bandingkan  dengan  bahan  lain  seperti  daun  pisang misalnya, yang mudah rusak dan hanya bisa digunakan dalam waktu tidak lama [2].
Salah  satu  teknik  pembentukan  plastik  adalah dengan injection  moulding yang  sekarang  ini  telah
berkembang  dengan  pesat. Injection  moulding adalah proses pembentukan suatu benda atau produk dari  material  plastik  dengan  bentuk  dan  ukuran tertentu  yang  mendapat  perlakuan  panas  dan pemberian  tekanan  dengan  cara  diinjeksikan  pada pencetakan  atau mold .  Cetakan  plastik  pada prisipnya  adalah  suatu  alat  yang  digunakan  untuk membuat  dan  membentuk  komponen-komponen dari  material  plastik  dengan  bantuan  mesin pencetakan  plastik . Proses  produksi injection moulding merupakan  proses  yang  kompleks  karena melibatkan  beberapa  langkah  proses  yang  diawali dengan  langkah  pengisian  material (mold  filling) yaitu  bahan  plastik  leleh  akan  mengalir  dari  unit injeksi  melalui sprue,  runner,  gate dan  masuk  ke dalam cavity. Bahan  plastik  yang  ada  di  dalam cavity kemudian  ditahan  di  dalam mold di  bawah tekanan  tertentu  untuk  menjaga  adanya shrinkage selama  produk  mengalami  pendinginan.  Tekanan holding biasanya  diberikan  sampai  bahan  plastik  di daerah gate membeku. Langkah penahanan material di dalam mold ini biasa disebut holding. Selanjutnya bahan  plastik  tersebut  akan  mengalami  proses pendinginan  di  dalam mold yang  disebut  dengan cooling .  Langkah  terakhir  dari  proses  ialah pengeluaran  produk (part  ejector) yaitu mold membuka  dan  produk  yang  sudah  membeku  tadi didorong keluar dari cavity oleh ejector [3]. Dalam injection  moulding terdapat  banyak sekali  paramater  yang  dapat  mempengaruhi  hasil injeksi. Diantaranya adalah holding time, inject time, cooling  time,  mould  temperature dan  masih  banyak
lagi.  Jika  salah  satu  parameter  diabaikan,  maka  hasil cetakan  plastik  akan  memberikan  hasil  yang  kurang baik antara lain timbulnya cacat penyusutan ( shrinkage ) pada  benda  cetakan. Shringkage merupakan  salah  satu cacat yang menyebabkan menurunnya kekuatan tarik . Pemanfaatan plastik daur ulang dalam pembuatan kembali  barang-barang  plastik  telah berkembang pesat. Hampir seluruh jenis limbah plastik (80%)  dapat  diproses  kembali  menjadi  berbagai  jenis barang walaupun harus dilakukan pencampuran dengan bahan  baku  baru  dan additive untuk  meningkatkan kualitas.  Selain  itu  daur  ulang  juga  dapat  dipakai sebagai pengganti bahan logam seperti bahan dasar dari pembuatan  peralatan  rumah  tangga.  Terdapat  tiga  jenis limbah  plastik  yang  populer  dan  laku  di  pasaran  yaitu polyethylene perephtalate (PET), high density polyethylene (HDPE), dan polyprophylene (PP) [4]. Sebelumnya  beberapa  penelitian  telah  mencoba berbagai  variasi  untuk  memperoleh  plastik  yang  sesuai dengan  penerapan  dan  kegunaannya.  Ferdianto  [5] melakukan  penelitian  berkaitan  dengan  pembuatan plastik  daur  ulang  campuran  PP  dan  PP  dengan memvariasikan  komposisi  dari  plastik  daur  ulang tersebut.  Selain  itu  ada  pula  penelitian  yang memvariasikan parameter proses pengujian yaitu variasi tekanan dan temperatur barel [6] kesimpulan  keduanya bahwa temperatur barel terbaik yaitu 190 o C dan variasi tekanan terbaik pada proses injection moulding adalah 8 bar.    Adapun  penelitian  tentang  proses injection moulding melihat  cacat  produk  yaitu  penelitian  oleh Firdaus dan Citro [7]. Namun belum ada yang mencoba membuat  plastik  kemasan  dari  PE  dan  PE  daur  ulang dari  segi  komposisi,  dan  cacat  produk.  Oleh  sebab  itu peneliti  bermaksud  untuk  mencoba  memvariasikan komposisi bahan, dan cacat produk untuk menghasilkan plastik yang lebih baik .

## METODOLOGI PENELITIAN
Bahan  yang  digunakan  adalah polyetylene (PE) dan polyetylene daur  ulang  dengan  komposisi  PE  jenis high  density  polyethylene (HDPE).  Serta  meggunakan cetakan  dari  baja  ST  37  yang  dibentuk  sesuai  dengan desain  uji  spesimen  uji  tarik  pada  injection  Moulding [8].
Gambar  dari  skema  alat  ditunjukkan  pada Gambar 1.
Gambar 1. Injection Moulding Mechine Part [9]
Keterangan Gambar : 1) mould , 2) nozzle, 3) barrel , 4) hopper ,  5)  silinder,  6)  tabung  silinder,  7)  tuas penurun/penaik
Tipe mesin  Merk : Burket  Tipe : RN 350  Tekanan : 10 bar  Tegangan : 220 volt/ 600 watt Mesin uji tarik  Merk : Tarno Grocki  Type : PH 2, Up to 20 KN
Variasi  komposisi  campuran  daur  ulang  dan  murni yang  digunakan  adalah  0%,  10%,  20%,  30%,  40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 100%.

## Prosedur pelaksanaan penelitian
 Mould disiapkan terbuat dari baja ST 37.
 Menimbang dan menyiapkan bahan dengan variasi  komposisi  campuran  daur  ulang yang  digunakan  adalah  0%,  10%,  20%, 30%,  40%,  50%,  60%,  70%,  80%,  90%, 100%.
 Menghidupkan mesin injection moulding.
 Tekanan (menggunakan 8 bar).
 Mesin  ditunggu  hingga  mesin  mencapai kondisi  yang  maksimum  yaitu  dimana mesin pada kondisi hingga panas.
 Bahan  baku  berupa  komposisi  PE  dan    PE daur ulang dimasukkan.
 Temperatur diatur  sesuai dengan  ketentuan 190°C.
 Eksperimen  diulang  sesuai  dengan  yang diinginkan sebanyak 3 kali percobaan.
 Pengukuran shrinkage atau  penyusutan  ini dilakukan dengan proses pengukuran, yaitu mengukur terlebih dahulu volume spesimen uji  tarik  sebelum  dilakukannya  pengujian tarik dan  mengukur  volume  spesimen  uji tarik. Shrinkage dinyatakan  dalam  bentuk prosentase (%) .

## HASIL PENELITIAN
Dalam  penelitian  ini  dilakukan  pengujian tarik. Data hasil pengujian tarik berupa gaya ( F ) dan pertambahan panjang ( Δl ). Untuk menganalisis hasil pengujian  tarik  tersebut,  data  hasil  pengujian  perlu dikonversikan  menjadi  tegangan  ( σ )  dan  regangan ( ε ). Untuk mendapatkan nilai tegangan dan regangan diperlukan data input dari dimensi spesimen uji tarik tersebut.
Spesimen  uji  pada  pengujian  tarik  disini menggunakan  standart  ASTM  E8,  dengan  dimensi spesimen sebagai berikut: p   = 13 mm l = 5 mm
Dari  data  tersebut,  maka  dapat  dihitung luas penampang spesimen uji sebagai berikut
A  = p x l
= 13 x 5
= 65 mm 2
Data  hasil  pengujian  berupa  gaya  dan pertambahan  panjang  perlu  dirubah  menjadi  data kekuatan tarik dan regangan terlebih dahulu. Tegangan UTS
σ   = F.UTS/A σ   = 1200/65 σ   = 18,46 mm 2 Regangan maksimal ε   = Δl/lo ε  = 7/5 ε  = 1,4 Hasil pada penelitian ini disajikan pada Tabel 1.
Tabel 1. Data hasil pengujian
Komposisi Campuran Daur Ulang PE (%) Gaya UTS (N) Volume Spesimen (ml) Murni Daur Ulang 100 0 1200 12,6 1275 12,4 1250 12,6 90 10 1150 12,2
1200 12,2 1250 12,4 80 20 1200 12,1 1200 12,2 1100 12 70 30 1175 12,2 1150 12 1025 12 60 40 1050 11,8
1100 12 1050 11,9 50 50 1050 11,7 1025 11,9 1000 11,7 40 60 900 11,6 1000 11,8 1050 11,7 30 70 975 11,5 950 11,7
900
11,6 20 80 800 11,4 900 11,3 1050 11,3 10 90 825 11,4 850 11,2
800 11,3
0 100 825 11,2 750 11,2 775 11,3
Shrinkage dihitung dari selisih antara volume cetakan  dengan  volume  specimen  dibagi  volume cetakan  lalu  dikalikan  100%  [7].  Sebagai  contoh dari uji specimen komposisi 0% didapatkan:
Vo = 13,24 ml
V
= 12,53 ml
S    = Vo – V/ Vo x 100% = (13,24 – 1,53) / 13,24 x 100%
= 5,34 %
Hasil  rata-rata  kekuatan  tarik  dan shrinkage dari  komposisi  selengkapnya  dapat  dilihat  pada Tabel 2.
Tabel 2. Data kekuatan tarik dan shrinkage Komposisi Campuran Daur Ulang PE (%) Kekuatan Tarik (N/mm 2 ) Shrinkage (%) Murni Daur Ulang 100 0 19,10 5,34 90 10 18,46 7,35 80 20 17,95 8,61 70 30 17,18 8,86 60 40 16,41 10,12 50 50 15,76 11,13 40 60 15,12 11,63 30 70 14,48 12,39 20 80 13,58 14,40 10 90 12,69 14,65 0 100 12,05 15,16

## PEMBAHASAN
Dapat  dilihat dari  Gambar  2  nilai  tertinggi pada  kekuatan  tarik  terjadi  pada  variasi  komposisi 0%  dengan  nilai  kekuatan  tarik  19,10  N/mm 2 . Sedangkan nilai terendah pada kekuatan tarik terjadi pada variasi komposisi 100% dengan nilai kekuatan tarik  sebesar  12,05  N/mm 2 .  Sedangkan  jika  dilihat dari  gambar  3  nilai  terendah  pada  shrinkage  terjadi pada  variasi  komposisi  0%  dengan  penyusutnya sebesar  5,  34%.  Sebaliknya  nilai  tertinggi  pada shrinkage  terjadi  pada  variasi  komposisi  100% dengan penyusutan sebesar 15,16%.
Pada  Gambar  2  grafik  uji  tarik  mengalami penurunan  pola  penurunan  sebanding  atau  lurus terhadap kenaikan komposisi daur ulang disebabkan berkurangnya  sifat  elastis  pada  plastik  daur  ulang. Karena  plastik  daur  ulang  sebelumnya  telah  diolah menjadi  produk  yang  mengalami  proses  pemanasan pada pembentukan sebelumnya sehingga mengalami degradasi sifat – sifatnya dan menurunkan kekuatan tariknya [10].
Gambar 2. Grafik pengaruh variasi komposisi terhadap kekuatan tarik
Pada Gambar 3 grafik shrinkage mengalami pola kenaikan  sebanding  atau  lurus  terhadap  kenaikan komposisi  daur  ulang  hal  ini  disebabkan  plastik bercampur  dengan  daur  ulang  menyebabkan  terjadinya ketidakseragaman  sehingga  menyebabkan  terjadinya misrun (tidak  mengalir  cairan  dalam  memenuhi cetakan) Hal ini mempengaruhi kekuatan shrinkage dan menurunya  sifat  elastisitas  sehingga  menghasilkan banyak  rongga  void  dan  menurunya  kualitas  dari specimen tersebut.
Gambar 3. Grafik pengaruh variasi komposisi terhadap

## shrinkage
Pengamatan  foto  makro  dilakukan  pada  bentuk patahan  void  benda  uji  pada  komposisi  Polyethylene dan  polyethylene  daur  ulang  Gambar  4  menunjukkan foto makro void dari variasi campuran daur ulang mulai 0%,  10%,  20%,  30%,  40%,  50%,  60%,  70%,  80%, 90%, 100%.
Dari  foto  makro  tersebut,  tampak  adanya guratan-guratan  pada  masing-masing  bentuk  patahan spesimen.  Adanya  guratan-guratan  menandakan  bahwa spesimen  tersebut  mempunyai  sifat  yang  lebih  ulet. Jadi,  semakin  banyak  guratan  yang  terjadi  maka  sifat yang  dihasilkan  akan  lebih  ulet  sehingga  menandakan spesimen tersebut mempunyai kekuatan tarik yang lebih besar. Pada spesimen dengan  semua  komposisi  tampak adanya void pada  bentuk  patahan. Void merupakan salah  satu  faktor  yang  menyebabkan  kekuatan  tarik menurun  dan  meningkatkan  shrinkage.  Jadi  semakin besar  void  yang  timbul,  maka  kekuatan  tarik  akan semakin  rendah  dan  shrinkage  semakin  meningkat.
Dengan  adanya void dalam  spesimen  akan  terjadi konsentrasi  tegangan  awal  yang  mengakibatkan munculnya awal retak [10]
Gambar 4. Foto makro void terhadap variasi campuran daur ulang polyethylene komposisi
Sebagian  komposit  patahan  yang  terjadi  di bagian pinggir dari spesimen atau tidak terjadi tepat berada  di  tengah-tengah  dari  spesimen  seperti  pada pengerjaan  beberapa  variasi  komposisi  0%  sampai 100%,  penyebab  terjadinya  patahan  ini  biasanya terjadi  karena  adanya  daerah  tertentu  yang  kurang serat  akibat  tidak  meratanya  penguat  dengan matriks.  Hal  ini  bisa  terjadi  karena  pada  saat
20% 70% 60% 50% 40% 80% 90% 100% 10% 30% 0% 3mm 3mm 3mm 3mm 3mm 3mm 3mm 3mm 3mm 3mm 3mm
pembuatan  dan  pencampuran  tidak  merata  atau  tidak homogen,  bisa  juga  diakibatkan  adanya  celah  udara yang  menyebabkan  spesimen  kurang  baik.  Maka kekuatannya  tariknya  pun  rendah,  yang  mengakibatkan mudah  terjadinya  patahan  di  titik  tersebut  pada  saat  di uji tarik dan dapat meningkatkan shrinkage [11].

## KESIMPULAN
Kesimpulan  yang  didapat  dari  hasil  penelitian sifat  mekanik  dan  cacat  penyusutan  (shrinkage)  akibat variasi  komposisi  daur  ulang polyethylene pada injection moulding adalah sebagai berikut:
1) Pada  penggunaan  variasi  komposisi  daur  ulang  0% sampai  100%  kekuatan  tarik  yang  dihasilkan semakin  menurun  dikarenakan  berkurangnya  sifat elastis  pada  plastik  daur  ulang.  Hal  ini  disebabkan plastik daur  ulang sebelumnya telah diolah  menjadi produk  jadi  yang  mengalami  berbagai  proses pembentukan   sehingga  mengalami  degrasi  kualitas dan  sifat-sifat  mekaniknya.  Jadi  semakin  tinggi komposisi  campuran  daur  ulang  PE  maka  semakin rendah juga nilai kekuatan tariknya.
2) Penambahan  bahan  daur  ulang  memicu  shrinkage biji  plastik  murni  tidak  banyak  terjadi  penyusutan dan  tidak  banyak  menghasilkan  rongga  void sehingga  spesimen  memiliki  sifat  elastisitas  yang tinggi.  Sedangkan  pada  komposisi  10%  daur  ulang sampai  100%  daur  ulang  terjadi  peningkatan shrinkage pada spesimen semakin besar. Peningkatan shrinkage ini  akan  menyebabkan penurunan  elastisitas  dan  kualitas  dari  spesimen tersebut.  Jadi  semakin  tinggi  komposisi  maka  akan semakin tinggi juga shrinkage yang dihasilkan.
3) Jika  dilihat  dari  sisi  ekonomis  daur  ulang  jenis  PE banyak dimanfaatkan sebagai alternatif bahan sekali pakai  seperti  pembuatan  sendok,  sedotan,  gelas sekali pakai dan sebagainya. Dan dapat juga dipakai sebagai  campuran  pembuatan  botol  pembersih, tergantung  campuran  berapa  persen  daur  ulang  dan murni yang digunakan.

## SARAN
Beberapa  saran  yang  dapat  diberikan  oleh penulis dari hasil penelitian ini adalah sebagai berikut:
1) Untuk  penelitian  selanjutnya  supaya  menggunakan nilai  variabel  seperti holding  time , inject time , kecepatan  injeksi  dan  campuran  daur  ulang  yang lain  supaya  dapat  diketahui  dan  mendapatkan  nilai yang optimal .
2) Pada  saat  proses injection  moulding berlangsung, pastikan  cetakan  dalam  keadaan  tertutup  rapat sehingga  tidak  ada  udara  yang  masuk,  karena  akan mempengaruhi shrinkage pada suatu specimen.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]Mujiarto,  Imam.  2005. Sifat  dan  Karakteristik Material  Plastic  dan  Bahan  Adiktif .  Jakarta:
Erlangga.
[2]Kuswoyo.  2010. Pengolahan  Limbah  Plastik . Universitas Muhammadiyah Malang [http://hk1aesculapius.stu...f/umm_blog_article_ 54.pdf jam 09.40 tanggal 11.02.2014] [3]Malloy, Robert A. 1994. Plastic Part Design for Injection Moulding . New York: Hanser Publisher, Munich Vienna New York.
[4]Zulkarnain,  Evan.  2011. Pengembangan  Usaha Plastik  Bekas  di  PT.  Mitra  Bangun  Cemerlang , Tanggerang. Institut Pertanian Bogor [http://repository.ipb.ac.id/handle/123456789/52 504 jam 10.15 tanggal 11.02.2014]
[5]Yanuar,  Ferdianto.  2012. Pembuatan  Plastik Dengan  Penambahan  Plastik  Daur  Ulang Menggunakan Proses Injection Moulding. Skripsi S-1. Teknik Mesin Universitas Jember.
[6]Baga.  2013. Pengaruh  Tekanan  Injeksi  dan Temperatur  Barrel  terhadap  Kekuatan  Impact Pada  Proses  Injection  Moulding  dengan Penambahan  Filler  Serbuk  Arang  Kayu  15% . Skripsi S-1. Teknik Mesin Universitas Jember.
[7]Firdaus,  et  al.  2002. Studi  Eksperimental Pengaruh  Parameter  Proses  Pencetakan  Bahan Plastik  terhadap  Cacat  Penyusutan  (Shrinkage) pada  Benda  Cetak  Pneumatics  Holder. Vol  4, No 2 p. 75 – 80.
[8]Fahrizal.  2009. Prosedur  Pengolahan  Plastik dengan  metode  Injection  Molding. Jurnal APTEK  Vol.  1  No.  1.  Politeknik  Pasir Pengaraian.
[9]Nor,  Khairul.  2010. Quality  Improvement  Using Classical  Method  Concept  in  Injection  Molding Manufacturing. Universiti  Teknikal  Malaysia Melaka Vol. 8, p. 43 – 47.
[10]Hutapea,  et  al.  2008. Degradasi  Termal Polietilen  dengan  Variasi  Konfigurasi  Rantai, Lama  Waktu  Degradasi,  dan  Input  Gas Nitrogen. Vol 1, p. 21 – 28.
[10]Virasantoto,  A.T.  2008. Simulasi  Mold  Alat Circumsisi  dengan  Software  Catia  V5  dan Moldflow  Plastigt  Insight  5 .  Tugas  Akhir  S- 1.Universitas Muhammadiyah Surakarta. Surakarta.
[11]Kwon  Keehae,  Isayev  A.  I,  2006, Theoretical and  Experimental  Studies  of  Anisotropic Shrinkage  in  Injection  Moldings  of  Various Polyesters , Journal Of Applied Polymer Science,
Vol. 102, p. 3526 – 3544.