## OPTIMALISASI PROSES INJECTION MOULDING PADA NANOALUMINA

## MOH. JUFRI
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Malang
E-mail: Jufri63@yahoo.com

## ABSTRAK
Komposit disusun dari material dengan fungsi sebagai matriks yang mempunyai karakteristik kelemahan dan material dengan fungsi pengisi yang mempunyai fungsi untuk mentransfer kekuatan dari beban di matriks untuk memberi kekuatan ke material. Plastik memiliki lebih banyak kelebihan disbanding material lain; diantaranya, dapat dibentuk dengan baik, berbobot ringan, mudah didapatkan dan harganya relative murah. Akan tetapi, masalahnya adalah filler yang digunakan masih menggunakan fiberglass yang akan mengganggu kesehatan manusia. Butiran alumina yang digunakan di sini adalah Merck dengan ukuran partikel > 0.063 mm, untuk mendapatkan ukuran nano akan dilakukan pencampuran dengan menggunakan Mixer Ball Mill selama 50 jam dan akan diukur untuk menentukan ukuran partikel dengan Particle Size Analyzer (PSA), kemudian akan dikeringkan dalam oven dengan temperatur 80° C. Prosentase dari nano alumina untuk masing-masing adalah 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6% dan 7%. Setelah itu, akan dicampur dengan butiran plastik PP yang akan dikonduksi dengan internal mixer to memastikan material terdistribusi merata, kemudian akan dituangkan dalam mesin cetak injeksi yang beroperasi pada temperatur 170° C dan diinjeksikan dalam cetakan contoh. Hasil dari karakteristik tensile strength, modulus elasticity dan tensile menunjukkan pengurangan dengan penambahan 2-3% nano alumina pada matrik polipropilen.
Kata kunci: komposit, nanoalumina, polipropilene

## ABSTRACT
Composite is arranged from material with function as matrix that has weaker characteristic and material with filler function that has a function to transfer force from load in matrix. Plastic has more advantages than other materials; those are, able to be formed finely, light in weight, easy to get and the price is cheaper relatively. However, the problem is the filler that is involved here is still using fiberglass in which it will disturb human health. Alumina dust used here is Merck by particle size of > 0.063 mm, to get nano size then it would be mixed by Mixer Ball Mill for 50 hours and would be measured for dust grain size with particle size analyzer (PSA), then it is dehydrated in the oven by temperature of 80° C. The percentage of nano alumina for each are 1%, 2%, 3%, 4% ,5%,6% and 7%. Furthermore, it is mixed with PP plastic grain that is conducted by internal mixer to ensure the material distribution evenly, then it is poured in hoper in injection moulding machine that is operated in the temperature of 170° C and is injected in sample test moulding. The result of characterization of tensile strength, modulus elasticity and tensile show the decrement by addition of 2–3% of nano alumina in polypropylene matrix.
Key words : composite, nanoalumina, polypropylenee

## PENDAHULUAN
Strategi  pengembangan  nanoteknologi  pada masing-masing  negara  umumnya  mengacu  pada kompetensi  negaranya.  Dalam  kenyataanya, Indonesia  memiliki  keunggulan  kompetitif  yang berupa kekayaan sumber daya alam baik berupa mineral  pasir  besi,  kuarsa,  alumina,  tembaga, emas  dan  lain-lain  (www.indonetwork.co.id/sell/ kimia/0.html). Di Jawa Timur pada wilayah utara dan  selatan  dikelilingi  oleh  pegunungan  kapur yang memproduksi sumber daya alam baik berupa mineral pasir besi, kuarsa, alumina, tembaga, emas
dan lain-lain. Alumina (Al 2 O 3 ) termasuk mineralogi batuan yang prosentase kandungannya nomor dua (15,01%) setelah pasir silika/SiO 2 (69,39) dan alumina (Al 2 O 3 ) produk lokal diekspor dalam bentuk bauksit dengan nilai eksportnya 15 juta US$ sedangkan nilai importnya setelah diolah menjadi alumina analis dan teknis harganya menjadi 2000 kali lipat (Edy D, 1996).
Namun,  sumber  daya  tersebut  masih  belum banyak  diberikan  nilai  tambah  sehingga  belum dapat dijadikan sebagai penentu daya saing bangsa. Pemanfaatan  sumber  daya  alam  tersebut  baru
berupa  eksploitasi  dengan  kuantitas  yang  besar dan belum banyak diolah sehingga masih bernilai sangat  rendah.  Oleh  karena  itu,  pengembangan nanoteknologi  harus  dapat  diarahkan  untuk mengolah dan memberikan penambahan nilai secara signifikan bagi sumber daya alam Indonesia sehingga dapat meningkatkan daya saing bangsa (Nurul T, 2006). Limbah Plastik dapat dimanfaatkan untuk aplikasi bahan teknik (Hajrianto, Feri F.,2005) dan dipilihnya  plastik  polypropylene  oleh  pendesaim material karena dapat menghasilkan sifat gabungan yang tidak mungkin diperoleh pada jenis bahan lain seperti ringan, tangguh, tahan korosi, warna tahan lama, transparan, mudah pemrosesannya (Hosen J., 2001). Pada penelitian ini matriks yang digunakan yaitu matriks polimer jenis polypropelene daur ulang. Polypropylene merupakan jenis plastic yang sulit terdegradasi.
Dari suatu pengamatan bahwa polipropelen yang berperan sebagai compatibilizer didalam komposit terlokalisir pada interface yang merupakan filler dan matrik polimer sehingga meningkatkan adhesi antara  2  bagian  tersebut.  Ikatan  kimia  antara polipropelene yang terbentuk akan berperan penting dalam  meningkatkan  sifat  mekanika  komposit. Polypropylene dapat dihasilkan dengan keteraturan tinggi dalam konfigurasi polimernya. Polypropylene adalah suatu material hemat yang menawarkan suatu kombinasi antara, bahan kimia, mekanik, kekayaan  elektrik  dan  yang  berkenaan  dengan panas yang tidak ditemukan pada termo-plastik lain. Polypropylene mempunyai kelebihan di mana tahan terhadap temperatur tinggi dan memiliki elastisitas. Polypropylene memiliki sifat mampu larut dalam organik, degreasing agen dan electrolytic menyerang. Dalam penelitian ini, nano alumina dipilih sebagai filler karena sifat kombinasi kimiawi dan fisiknya yang istimewa seperti ketahanan pada panas dan wear, kekuatan spesifik yang tinggi dan ketahanan oksidasi yang baik.

## METODE
Karakterisasi  sampel  sebagai  bahan  baku pembuatan  panel  komposit  berbasis  polimer berbentuk  bijik  plastik  jenis  polypropylene  (PP) yang diperkuat dengan serbuk nano alumina. Serbuk alumina    yang  digunakan  merek  Merck  dengan ukuran partikel > 0.063 mm, untuk mendapatkan ukuran nano kemudian di Mixer Ball Mill selama 50  jam  dan  dilakukan  pengukuran  besar  butir serbuk  dengan  particle  size  alnalyser  (PSA)  dan dikeringkan  di  dalam  oven  pada  suhu  80°C. Prosentase nanoalumina masing-masing 1%, 2%, 3%, 4%,5%,6% dan 7% selanjutnya dicampur dengan bijih plastik jenis PP dilakukan oleh internal mixer
untuk memastikan pemerataan material, kemudian dituangkan  kedalam  hoper  pada  mesin injection moulding yang diopersikan pada suhu 170° C dan diinjeksikan kedalam cetakan sampel uji yang telah disiapkan. Pengujian dilakukan sesuai standar ASTM D  638  dengan  menggunakan  Universal  Testing Maching 4302. Langkah selanjutnya melakukan karakterisasi terhadap kekuatan tarik, modulus elastisitas dan elongasi dari sampel.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil  penelitian  terhadap  karakteristik  sifat mekanik yang meliputi kekuatan tarik, modulus young (elastisitas) dan elongasi/peregangan dengan penambahan nano alumina(Al 2 O 3 ) masing-masing 1,2,3,4,5,6 dan 7% pada bijih plastik polypropylene. Dengan  bertambahnya  prosentase  kandungan nanoalumina  pada  bijih  plastik  polypropylene, maka kekuatan tarik nanokomposit akan menurun sampai dengan 2% dan kemudian meningkat setelah di atas 2.0% (gambar 1). Kekuatan tarik menurun dengan  bertambahnya  prosentase  kandungan alumina  karena  ikatan  antar  muka  yang  lemah yang  menciptakan  jarak  mikro  yang  terpisah secara parsial antara filler dan matrik polimer akan menghalangi perkembangan tekanan ketika tekanan tarik diberikan karena matrik mempunyai interaksi yang lemah (Yang, H.S. dkk, 2004).
Dari gambar 1 dan 2 terlihat bahwa penurunan nilai  kekuatan  tarik  dan  modulus  elastisitas nanokomposit  dengan  penambahan  prosentase alumina  terhadap  bijih  plastitik  polypropylene disebabkan  partikel  nano  mudah  menyebabkan formasi pengelompokkan filler dalam badan matrik yang kemudian akan menyebabkan kegagalan pada bagian tertentu yang bisa menyebarkan keretakan atau patah. Akibatnya, akan menyebabkan penurunan
Gambar 1. Kekuatan tarik nanokomposit penguat Al 2 O 3 matrik bijik plastik polypropylene hasil daur ulang dengan prosentase berbeda.
nilai kekuatan tarik. Permukaan partikel nano Al 2 O 3 adalah polar dan polypropylene adalah non polar sehingga dengan tambahan nano Al 2 O 3 pada matrik polypropylene, permukaan antara keduanya akan menjadi tidak menyatu. Dengan kata lain, kekuatan dan modulus komposit tidak bisa lebih besar daripada modulus yang tidak mengandung penguat(filler), karena  partikel  filler  tidak  bisa  menghasilkan fraksi  ekstra  dari  beban  eksternal  (Wu,  2002). Adapun pada Gambar 2 menunjukkan nilai modulus elastisitas (young) mengalami penurunan di bawah 1% dengan bertambahnya prosentase nanoalumina dan mengalami peningkatan di atas 2%.
Polypropylene mempunyai sifat sangat kaku; berat jenis rendah, tahan terhadap bahan kimia, asam,  basa,  tahan  terhadap  panas,  dan  tidak mudah  retak.  Plastik  polypropylene  digunakan untuk membuat alat-alat rumah sakit, komponen mesin cuci, komponen mobil, pembungkus tekstil, botol, permadani, tali plastik., sedangkan fungsi alumina sebagai filler sebagai penopang kekuatan dari komposit, sehingga tinggi rendahnya kekuatan komposit  sangat  tergantung  dari  filler  yang digunakan,  karena  tegangan  yang  dikenakan pada komposit mulanya diterima oleh matrik akan diteruskan  kepada  filler,  sehingga  serat  akan menahan beban sampai beban maksimum. Oleh karena itu serat harus mempunyai tegangan tarik dan modulus elastisitas yang lebih tinggi daripada matrik penyusun komposit. Di antara berbagai jenis polimer termoplastik, polypropylene merupakan salah satu jenis plastik yang paling luas penggunaannya, khususnya dalam bidang otomotif, listrik, pengemas, kontainer/botol dan berbagai aplikasi konsumen lainnya. Alasannya dapat ditemukan pada sifat- sifat polypropylene yang ringan, mudah diproses, temperatur panas distorsi yang mencapai di atas
100°  C,  dan  memiliki  ketahanan  kimia  maupun mekanik yang bagus. Evaluasi ketahanan kimia pada polypropylene komersial yang telah membuktikan bahwa  kekuatan  mekanik  polypropylene  tidak mengalami  perubahan  yang  signifikan  ketika didegradasi  dalam  berbagai  jenis  bahan  kimia, yaitu  air,  garam,  asam  dan  bahan  bakar  diesel (solar) selama waktu degadrasi hingga 1000 jam. Plastik polypropylene merupakan salah satu jenis polimer yang sering dimodifikasi dan ditingkatkan performanya,  yaitu  dengan  menambahkan  filler atau  zat  aditif  lain  ke  dalam  matriks  sehingga menghasilkan  material  baru  komposit  plastik polypropylene.
Alumina  sebagai  penguat  dalam  komposit memiliki  ikatan  antar  atom  pada  alumina merupakan ionic bonding yang kuat sehingga tetap stabil walaupun pada temperatur yang sangat tinggi karena membentuk fasa kristal heksagonal alpha ( a -hexagonal)  yang  sangat  stabil.  Pada  oksida keramik, fasa ini merupakan yang paling kuat dan kaku.  Lebih  lanjut,  fasa  ini  memiliki  kekerasan tinggi dan sifat dielektrik yang excellent. Alumina murni, memiliki fungsi ganda baik sebagai atmosfer pengoksidasi maupun pereduksi sampai 1925° C. Sedangkan kehilangan berat material ini dalam ruang  vakum  berkisar  dari  10 -7 sampai  10 -6 g/ cm 2 det di atas temperatur 1700° C sampai 2000° C.  Kemudian,  alumina  sangat  resisten  terhadap serangan segala gas kecuali fluorine, dan tahan terhadap semua reagen terkecuali asam hydrofluoric dan phosphosric. Adapun serangan pada suhu tinggi, alumina dengan kemurnian rendah, mudah diserang oleh partikulat gas logam alkali (arumaarifu, 2010).
Berdasarkan  pada  Gambar  3,  persentase peregangan  pada  patah  untuk  Polypropylene/ nano  komposit  Al 2 O 3 menurun  seiring  dengan bertambahnya  persentase  nano  Al 2 O 3 hingga
Gambar 2. Modulus elastisitas (Young) nanokomposit peng uat  Al 2 O 3 matrik  bijik  plastik polypropylene  hasil  daur  ulang  dengan prosentase berbeda.
Gambar 3. Elongasi/peregangan(%)  nanokomposit peng uat  Al 2 O 3 matrik  bijik  plastik polypropylene  hasil  daur  ulang  dengan prosentase berbeda
2 wt% dan kemudian meningkat hingga 3 sampai 7 wt% nano Al 2 O 3 , peregangan pada patah sedikit meningkat. Menurut F. Mirjali dkk. (2009) semakin tinggi tingkat homogenitasnya maka kekuatannya juga semakin baik. Karena pendistribusian filler tidak  merata  dan  terkonsentrasi  pada  beberapa tempat saja maka akan terbentuk ikatan yang lemah, dan pada titik–titik terlemah ini yang menyebabkan spesimen mudah patah sedangkan patahan yang terjadi pada spesimen merupakan patahan getas (Budinski Keneth G., 2003). Semakin kaku material, maka semakin rendah pula persentase peregangan pada  patah  yang  akan  ditekan.  Ini  ditunjukkan pada penurunan daya kerusakan pada antar muka yang  kaku  antar  fiber  dan  matrik.  Penurunan pada  peregangan  patah  menunjukkan  keuletan Polypropylene yang sudah ditekan oleh adanya nano Al 2 O 3 . Modulus flexural nano Al 2 O 3 /Polypropylene komposit menunjukkan susunan peningkatan yang sangat baik pada bidang-bidangnya, secara drastis akan meningkatkan nano Al 2 O 3 hingga 2 wt% setelah sedikit menurunkan beban nano Al 2 O 3 dan kemudian memperbaiki beban nano Al 2 O 3 hingga 3 sampai 7 wt%. Menurut Malcolm (2005) bahan yang tidak dapat dicampur memiliki gaya tarik fisis antar bahan pembentuknya yang lemah pada batas komposisi tertentu, tetapi pada batas komposisi tertentu pula bahan komposit ini memiliki gaya tarik fisis antar bahan pembentuknya yang kuat sehingga bahan tersebut menjadi lebih ulet dan keras. Penurunan nilai kekuatan dan modulus flexural karena struktur non homogenitas campuran dan keberadaan antar muka ikatan yang lemah antara nano Al 2 O 3 di sekitar matrik.

## SIMPULAN
Hasil penelitian dengan penambahan partikel nanopartikel alumina yang dicampurkan kedalam
matrik bijih plastik Polypropylene hasil daur ulang dengan  proses  injection  moulding  menunjukkan bahwa  kekuatan  tarik,  modulus  elastisitas  dan peregangan(elongation)  menurun  ketika  dengan penambahan sampai 2 % dan mengalami peningkatan ketika prosentase nanoalumina meningkat di atas 2% hingga sampai 7%.

## DAFTAR PUSTAKA
Arumaarifu. 2010. Apa itu komposit [Diakses 02 April 2010] arumaarifu.wordpress.com Budinski Keneth G. 2003. Engineering Material Properties and Selection, Prentice Hall, New Jersey
Edy Dwi Cahyono. 1996. “Proseding Pemaparan Hasil Hibah IPTEK, Bandung, 14–16 Oktober F. Mirjali, dkk. 2009. Mechanical properties of a -Al 2 O 3 /
PP nano composite. journal of applied Sci. 9(17): 3199–301.
Hajrianto,  Feri  F.  2005.  Limbah  Plastic,  jenis  dan kemungkinan pemanfaatnya untuk aplikasi bahan teknik. Jogyakarta
Hosen J., 2001. Polimerisasi, Pemrosesan Produk Plastik berbasis Polyester. ITB Bandung
http://www.indonetwork.co.id/sell/kimia/0.html http://www.pu.go.id/balitbang/puskim/protek_kim/ttg_kim_
27070/ttg_kim_ppsp_htm
Malcolm.P.S. 2005. Kimia polimer. Pradnya paramita.
Jakarta
Nurul T. 2006. Nano teknologi di Indonesia peluang dan tantangan. LIPI Jakarta
Yang, H.S., Kim, H.J., Son, J., Park, H.J., Lee, B.J & Hwang, T.S. 2004. Rice Husk Flour Filled Polyprophylene Composites; Mechanical and Morphological Study.

## Compos Struc. 63, 305–312
Wu,  C.L,  MQ.  Zheng  M.Z.  Rong  and  K.  Frederick. 2002.  Tensile  performance  improvement  of  low nanoparticles filler-polypropelene composites comp. Sci. technol. 62-1327-1340.