Pengaruh Variasi Holding Time dan Temperatur Paduan Polipropilena (PP) dengan Serat Sabut Kelapa Terhadap Kekuatan Tarik dan Bending Pada Proses Injection Molding
Nurdin Akbar A 1 , Yuni Hermawan 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

## Email: akbaralamsyah15@gmail.com

## ABSTRACT
Utilization  of  composite  materials  as  an  alternative  to  metal  materials  in  the  expanding  field  of engineering.  This  is  because  the  advantages  possessed  by  Composite  materials  such  as  natural  fibers into  a  lighter  construction,  corrosion  resistance,  and  strength  can  be  designed  in  accordance  with  the direction of loading. In this study, the authors make the specimen using coco fiber as a reinforcement of composite  and  polypropylene  as  a  matrix  with  the  holding  time  and  temperature  variations  in  the injection molding process. The purpose of this study to determine the tensile strength and bending as well as shape analysis and mikroskipis macroscopic fracture that occurs in the specimen by using a camera and  microscope  test  equipment.  Variations  holding  time  is  7  seconds,  8  seconds,  9  seconds.  Barrel temperature on the injection molding machine used is 180ºC, 190ºC, 200ºC and injection pressure of 7 bar.  Of  tensile  and  bending  test  results  it  can  be  concluded  that  there  are  significant  variations  of holding  time  and  temperature  on  the  mechanical  properties  of  the  composite  strength  values  were generated.  In  the  holding  time  and  temperature  variations,  occurring  on  average  values  of  tensile strength and bending at the highest temperature holding time is 9 seconds 190ºC is 11.42831 N/mm 2 . and a temperature holding time 8 seconds 180ºC ie 10,584 MPa.
Keywords: holding time, temperature, injection molding, tensile strength, bending strength

## PENDAHULUAN
Pembangunan industri plastik di Indonesia dewasa ini  setiap  tahun  meningkat  dengan  pesat,  hal  ini memerlukan  bahan  bangunan  dalam  jumlah  yang  sangat besar.  Dalam  industri  plastik,  para  pelaku   industri khususnya  industri  rumah  tangga  memproduksi  barang- barang  peralatan  rumah  tangga  dengan  menggunakan bahan  dasar  plastik.  Khusus  pembuatan   perabotan  rumah tangga  dengan  berbahan  dasar  polimer  komposit  mulai  di kembangkan,  material  komposit  berasal  dari  serat  alam yang  kekuatannya  tidak  kalah  dengan  material  komposit pada  logam,  Selain  itu,  material  komposit  berbahan  dasar serat alam memiliki tingkat kelenturan yang tinggi.
Sebagai  negara  kepulauan  yang  berada  didaerah tropis dan  kondisi agroklimat  yang  mendukung, Indonesia merupakan  negara  penghasil  kelapa  yang  utama  di  dunia. Pada  tahun  2009,  luas  areal  tanaman  kelapa  di  Indonesia mencapai 3.799.124 Ha, dengan total produksi diperkirakan sebanyak 3.257.969 ton butir kelapa mengacu pada  Deptan  (2002).  Pemilihan  bahan  baku  serat  sabut kelapa  ini  didasari  beberapa  pertimbangan  yaitu  bagian dari  buah  kelapa  yang  dimanfaatkan  hanya  bagian dagingnya,  sehingga  sabut  kelapanya  dibuang  begitu  saja dan kurang dimanfaatkan[1].
Penelitian  ini  juga  menggunakan  polipropilena karena  ringan  (kerapatan  0,9  cm/cm 3 ),  mempunyai kekuatan  tarik  dari  polietilena  (PE),  tidak  mudah  sobek, permeabilitas uap  air  rendah  sedangkan permeabilitas gas
sedang,  titik  lelehnya  tinggi  mencapai  170 0 C,  tahan terhadap asam kuat dan basa [2].
Pemanfaatan bahan komposit sebagai bahan alternatif  pengganti  bahan  logam  dalam  bidang rekayasa semakin meluas. Hal ini disebabkan karena keuntungan  yang  dimiliki  oleh  bahan  komposit berpenguat  serat  alami  seperti  konstruksi  menjadi lebih  ringan,  tahan  korosi,  dan  kekuatannya  dapat didesain sesuai dengan arah pembebanan. Penggunaan  serat  alami  untuk  bahan  penguat  pada komposit saat ini sedang berkembang dengan pesat. Serat alami memiliki banyak keunggulan dibandingkan  dengan  serat  sintetis  antara  lain ringan, dapat didaur ulang, dapat terurai oleh bakteri pembusuk,  dapat  diperbaharui  dan  mempunyai kekuatan serta kekakuan yang relative tinggi[3].
Tujuan dari penelitian ini adalah mengidentifikasi pengaruh variasi temperatur pemanasan plastik dan holding time terhadap produk akhir terhadap kekuatan produk.

## METODOLOGI PENELITIAN
Pada  penelitian  ini  menggunakan  bahan polipropilena  dan  serat  sabut  kelapa,  sedangkan untuk  alat  menggunakan  alat injection  molding dengan  spesifikasi  tipe burkert  standart ,  dengan merk: Burkert, model:  RN  350,  spesifikasi kelistrikan:  220  volt,  suhu:  20°C  -  450°C  untuk
proses  pencetakan  spesimen.  Spesimen  uji  tarik  dicetak menurut  ASTM  D638  dan  spesimen  uji bending dicetak menurut ASTM D790
Penelitian  yang  dilakukan  adalah  pembuatan komposit  dengan  menggunakan polypropylene HI10HO dengan Tensile  yield  strenght 34  Mpa  dan melting temperatur  160  °C sebagai  matriks.  Kekuatan  tarik  serat sabut  kelapa  dengan  diameter  antara  (0,18  -  0,6  mm) adalah  sebesar  220  MPa, elongation  at  failure 15-25  %, modulus  elastisitas  6  Gpa.  .  Tekanan  injeksi  7  bar, persentase  massa  serat  sabut  kelapa  sebesar  5%  dan memvariasikan holding  time dan  temperatur  yang  dipakai ialah holding time 7 detik, 8 detik, 9 detik, dan temperatur 180°C, 190°C, 200°C.
Pada  penelitian  pembuatan  spesimen  komposit dan  polipropilena  murni  ini  memakai  bantuan  mesin injection molding . Sebelum pembuatan spesimen, menyiapkan  bahannya  terlebih  dahulu.  Bahan  ditimbang sebesar 15 gram, setelah bahan tercampur, bahan campuran dimasukan  ke  dalam hopper mesin injection  molding. Variasi holding  time ialah  7  detik,  8  detik,  9  detik,  dan temperatur barrel ialah 180°C,  190°C,  200°C .  Tekanan udara  ialah  7  bar.  Spesimen  diuji  dengan  pengujian  tarik seperti  Gambar  1  dan bending dengan  dimensi  panjang span  =  150  mm,  lebar  =  15  mm,  tebal  =  6  mm . Setiap spesimen  komposit  tersebut  dilakukan  pengujian  tarik  dan bending dengan  pembebanan  maksimal  30  kN  dengan pengulangan 5 kali.
A. Spesimen Uji Tarik Standart ASTM D 638
Gambar 1. Spesimen uji tarik
σ = E . ε
dimana hubungan antara beban tarik dan tegangan adalah:

## F = σ . A
dengan :
F = Beban tarik (N)
A = Luas penampang (mm 2 ) σ = Tegangan (MPa)
Besarnya  regangan  adalah  jumlah  pertambahan  panjang karena  pembebanan  dibandingkan  dengan  panjang  daerah ukur ( gage length ).
ε = ∆l / l 0

## B. Spesimen Uji Bending Standart ASTM D 790
Kekuatan bending suatu material dapat dihitung dengan persamaan berikut:
Keterangan:
σ = Kekuatan bending , MPa
M = Momen, N.mm
I = Inersia, mm 4
c = Jarak dari sumbu netral ke tegangan serat, mm

## HASIL DAN PEMBAHASAN Data Perhitungan Komposisi Komposit
Kapasitas barrel yang  mampu  untuk menampung campuran antara polipropilena (PP) dan serat sabut kelapa pada mesin injeksi molding Type Burkert  Standart  model  RN  350  adalah  15 gram. Massa 1 spesimen PP murni sebesar 14,25 gram dan serat sebesar 0,75 gram.
Hasil Uji Tarik dan Bending
Gambar 2. Diagram kekuatan tarik rata-rata komposit
Holding  time 7  detik,  8  detik,  9  detik,  dan temperature  180°C,  190°C,  200°C akan  terlihat pengaruhnya  terhadap  kekuatan  tarik  dan bending dari  material  komposit  yang  dihasilkan  sesuai gambar grafik di bawah ini.
Pada  Gambar  2,  bahwa  kekuatan  tarik terlihat  perbedaan  pola  pada  tingkat  kekuatan  tarik menurut variasi temperature . Pada temperatur 180 0 C dan 190 0 C mempunyai pola yang sama dimana pada waktu  tahan  7  detik,  8  detik,  9  detik  mengalami peningkatan  kekuatan  tarik,  dan  jika  ditinjau  dari peningkatan  kekuatan  tarik  pada  temperature  180 dengan  waktu  tahan  7  detik,  terus  mengalami peningkatan  hingga  di  temperature  190  dengan
Penggumpalan serat Fiber pull out karbon Fiber break Penggumpalan karbon void Fiber pull out void Fiber Fiber pull Fiber break karbon
waktu  tahan  9  detik.  Sedangkan.  Nilai  kekuatan  tarik tertinggi adalah 11.42831 N/mm 2 .
Gambar 3. Diagram kekuatan bending rata-rata komposit
Pada  Gambar  3,  kekuatan bending rata-rata terlihat  jelas  perbedaan  pada  pola  waktu  tahan  tetapi terdapat persamaan pada pola temperatur, dimana kekuatan bending tertinggi  pada  tiap  pola  dengan  waktu  tahan  8 detik  pada  variasi temperature 180 0 C.  Pola  pada  variasi temperatur 180 0 C, 190 0 C, dan 200 0 C juga  mengalami pola yang  sama  yaitu  kekuatan  bending  tertinggi  ada  pada waktu  tahan  8  detik.  Nilai  kekuatan bending tertinggi adalah 10,584 Mpa .

## Pembahasan Makroskopis Nilai Pengujian Tertinggi
Gambar 4. Foto makroskopis daerah patahan spesimen uji tarik dengan holding time 9 detik temperature 190 0 C
Fiber pull out Patahan elastisitas Fiber break
Gambar 5. Foto makroskopis daerah patahan spesimen uji bending dengan holding time 8 detik temperature 180 0 C
Pada  variasi holding  time 9  detik temperature 190 0 C  pada  pengujian  tarik.  Spesimen  pada  variasi  ini merupakan  spesimen  dengan  nilai  terbesar  atau  puncak dari  nilai  kekuatan  tarik  spesimen  uji  tarik,  dikarenakan dengan temperature 190 0 C dan waktu tahan 9 detik matriks polypropylene dan  serat  sabut  kelapa  mengalami penggabungan  ( fusion )  yang  sangat  baik.  Matriks  maupun serat menemukan temperature dan waktu tahan yang ideal, sehingga terbentuk solid sangat baik.
Pada variasi holding time detik 8 detik temperatur 180 0 C  pada  pengujian bending .  Spesimen  dengan  variasi ini  mengalami  tegangan bending tertinggi  karena
mengalami patah elastis pada matriks polypropylene sehingga  pada  saat  spesimen  menerima  beban bending dari  kekuatan  tarik  dan  tekan  pada  sifat elastisitas  spesimen  sehingga  mampu  menahan beban bending . Pembahasan Makroskopis Nilai Pengujian Tertinggi Pada  spesimen temperature 200 0 C dengan waktu  tahan  ( Holding  Time )  9  detik  ini  memiliki nilai  rata-rata  kekuatan  tarik  sebesar   10.49354 N/mm 2 .  Secara  nilai  kekuatan  tarik,  spesimen  pada variasi  ini  merupakan  yang  terkecil.  Hal  ini  bisa dilihat  pada  gambar  di  atas  bahwa  banyaknya  serat yang menjadi karbon karena tidak mampu menahan temperatur  tinggi  serta  waktu  tahan  yang  semakin lama dan banyaknya fiber pull out yang disertai void disekeliling fiber  pull  out ,  maka  dengan  demikian ikatan  antara  matriks  dan  serat  pada  variasi  ini sangat  buruk,  sehingga  kekuatan  tarik  yang dihasilkan  menjadi  rendah.  Bentuk  patahan  pada spesimen  ini  bersifat  patah  getas  karena  patahan relative rata dan tidak adanya deformasi plastis.
Gambar 6. Foto makroskopis daerah patahan spesimen uji tarik dengan holding time 9 detik temperature 200 0 C
Gambar 7. Foto makroskopis daerah patahan spesimen uji bending dengan holding time 7 detik temperature 180 0 C
Pada  spesimen  variasi temperature 180 0 C dengan  waktu  tahan  7  detik  ini  memiliki  nilai  rata- rata  kekuatan bending sebesar  6.166  Mpa,  dari  segi nilai,  spesimen  dengan  variasi  ini  merupakan  yang terkecil  dari  semua  spesimen  bending,  Terlihat dalam  gambar  diatas  bahwasannya  terdapat  void yang  berbentuk  lubang  ( hole )  karena  dalam penyuntikan  ( injection ),  didalam  cetakan  masih berkumpul oksida, sehingga pada waktu penyuntikan  ( injection )  matriks  dan  serat,  oksida  di dalam  cetakan  sulit  keluar  sehingga  terjebak
bersama  dengan  matriks  dan  serat.  Penyebaran  serat sebenarnya  sudah  merata,  namun  banyak  terjadi fiber  pull out karena  ikatan  antara  matriks  dan  serat  tidak  sempurna karena  terdapat  lignin  pada  serat  sabut  kelapa  sehingga pada  saat  dilakukan  pengujian bending ,  sehingga  berat serat  tidak  mampu  menahan  beban bending yang diterimanya.
Gambar 8. Foto Spesimen Uji Bending Dan Uji tarik

## KESIMPULAN
Dari hasil pengujian tarik dan bending .  Nilai rata- rata  kekuatan  tarik  tertinggi  dengan  suhu  190 0 C  waktu tahan  9  detik  dengan,  yaitu  11,42831  N/mm 2 ,  untuk  nilai kekuatan bending tertinggi dengan suhu 180 0 C waktu tahan 8 detik, yaitu 10,584 Mpa. Sedangkan untuk nilai rata-rata kekuatan  pengujian  tarik  terendah  dengan  temperatur 200 0 C dengan  waktu  tahan  ( Holding  Time )  9  detik  ini memiliki  nilai  rata-rata  kekuatan  tarik  sebesar   10.49354 N/mm 2. ,  untuk  nilai  kekuatan bending terendah  dengan temperature 180 0 C  dengan  waktu  tahan  7  detik  ini memiliki  nilai  rata-rata  kekuatan bending sebesar  6.166 Mpa.
Menurunnya  nilai  kekuatan  spesimen  uji  Tarik dan Bending disebabkan  oleh  banyak  faktor,  antara  lain timbulnya void atau  udara  yang  terjebak,  tidak  meratanya penyebaran serat, serta jalur masuk saluran komposit yang tidak tegak lurus terhadap alur cetakan.

## SARAN
Untuk penelitian selanjutnya supaya menggunakan  pendingin  pada  cetakan,  kecepatan  injeksi, waktu  injeksi,  titik  penginjeksian,  serta  dimensi  cetakan yang  vertikal  agar  distribusi  serat  merata  pada  saat penginjeksian

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Pertiwi,  Dini.,  Welly  Herumurti.  2010.  Studi Pemanfaatan  Sabut  Kelapa  Sebagai  Karbon Aktif  Untuk  Menurunkan  Konsentrasi  Fenol. Jurnal  Teknik  Lingkungan  Fakultas  Teknik Sipil  dan  Perencanaan.  Institut  Teknologi Sepuluh November Surabaya. Surabaya
[2] Junus,  Salahuddin.  2011.  Komposit. UPT Penerbitan Universitas Jember. Jember.
[3] Alvin, Christian. 2013. Pengaruh Variasi
Tekanan Injeksi Dan Temperature Barrel Terhadap Kekuatan Impact Pada Proses
Injection Moulding. Tugas Akhir S-1,
Universitas Jember. Jember.
[4] Barr Harbor Dr, West Conshohoken, Pa 19428. American Society for Testing and Materials Standart Test Methods for Fluxural Properties of Unreinforced and Reinforced Plastic and Electrical Insulating Materials.
[5] C arli., dkk. 2012. Analisis Kekuatan Tarik dan Lentur Komposit Serat Gelas Jenis Woven dengan Matriks Epoxy dan Polyester Berlapis Simetri dengan Metoda Manufaktur Hand Lay- Up. Jurnal Teknis Vol. 7 No. 1 : 31-35. Teknik Mesin Politeknik Negeri Semarang dan Universitas Diponegoro Semarang. Semarang.
[6] ASTM. D 790 – 02 Standart test methods for flexural properties of unreinforced and reinforced plastics and electrical insulating material . Philadelphia, PA : American Society for Testing and Materials .
[7] ASTM D 638 – 01 Standart test method for tensile properties of plastics. Philadelphia, PA : American Society for Testing Materials.
[8] Surdia, T ata ., dan Shinroku Saito. 1984.
Pengetahuan Bahan Teknik . Pradnya Paramita. Jakarta.
.