Suhu PVC [PDF]

Citation preview

BAB II TINJAUAN PUSTAKA



2.1 Pengertian Dasar Bahan Polimer 2.1.1 Definisi 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, dan murah, 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 polimer digunakan untuk menggambarkan bentuk molekul raksasa atau rantai yang sangat panjang yang terdiri atas unit-unit terkecil yang berulangulang atau mer atau meros sebagai blok-blok penyusunnya. Molekul-molekul (tunggal) penyusun polimer dikenal dengan istilah monomer. 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



Universitas Sumatera Utara



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, samasekali 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 polietilen dan polipropilen, dalam struktur tiga dimensi denga ikatan kovalen seperti phenol dan resin epoksi, 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. Sebagai contoh, kebanyakan molekul rantai memberikan sifat termoplastik dengan menaikkan temperatur, dapat mencair dan mengalir. Bahan tersebut dinamakan polimer termoplastik. Di lain pihak polimer yang struktur tiga dimensinya terkeraskan karna pemanasan, tidak bersifat dapat mengalir lagi karna pemanasan. Bahan tersebut dinamakan resin termoset. Sedangkan polimer yang dihubung-silangkan secara tepat dengan S atau lainnya, seperti halnya karet, menunjukkan sifat elastomer, dapat berdeformasi karena direngangkan dan kembali ke asal apabila dilepas. Beberapa diantara polimer rantai mempunyai molekul-molekul yang tersusun secara teratur membentuk kristal. Bahan tersebut dinamakan polimer Kristal walaupun tidak seluruhnya mengkristal, temperatur dimana kristal dalam polimer itu mencair dinamakan titik cair polimer. Sifat-sifat khas bahan polimer pada umumnya adalah sebagai berikut :



Universitas Sumatera Utara



1) Mampu cetak yang baik. Pada temperatur relatif rendah bahan dapat dicetak dengan penyuntikan, penekanan, ekstrusi dan seterusnya akibatnya biaya pembuatan relatif lebih rendah dibanding pada logam atau keramik. 2) Produk yang kuat dan ringan dapat dibuat. Berat jenis polimer adalah rendah dianding logam dan keramik, yaitu 1,0 – 1,7 yang memungkinkan dapat diproduksi barang yang kuat dan ringan. 3) Banyak diantara polimer bersifat isolator yang baik. Polimer mungkin saja dibuat konduktor 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 yang baik akan menghasilkan produk yang mempunyai sifat-sifat baik sekali. 5) Produk-produk dengan sifat yang cukup berbeda dapat dibuat tergantung pada cara pembuatannya. Dengan mencampur zat plastis, pengisi dan sebagainya. Sifat-sifat dapat berubah dalam daerah yang luas. 6) Kekerasan permukaan sangat kurang. Bahan polimer yang keras ada tetapi masih jauh dibawah kekerasan logam dan keramik. 7) Kurang tahan terhadap pelarut. Umumnya larut dalam zat pelarut tertentu kecuali pada bahan tertentu seperti politetrafluoretilen. Kalau tidak larut, mudah retak karena kontak terus-menerus dengan zat pelarut dan disertai adanya tegangan. Oleh karena itu perlu perhatian khusus. 8) Beberapa bahan tahan abrasi atau mempunyai koefisien gesek yang kecil (Surdya, T dan Saito, S, 1986)



2.1.2 Jenis-jenis Bahan Polimer Menurut id.wikipedia.org/plastik (2011) Plastik adalah bahan sintetis yang dapat diubah bentuk dan dapat mempertahankan perubahan bentuk serta dikeraskan tergantung pada strukturnya.



Universitas Sumatera Utara



Pada dasarnya plastik secara umum digolongkan ke dalam 3 (tiga) macam dilihat dari temperaturnya (Ilham, 2007), 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. 2) 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. 3) Bahan Elastis (Elastomer) yaitu bahan yang sangat elastis. Contoh bahan elastis adalah : karet sintetis. Berikut pembagian polimer secara umum :



Gambar 2.1 Klasifikasi Polimer ( sumber : Pengetahuan Dasar Plastik, penerbit : PT. Tri Polyta Indonesia, tbk )



2.2 Sifat-sifat Mekanik Bahan Polimer Menurut Rahmat (2007) Kekuatan merupakan salah satu sifat mekanik dari polimer. Ada beberapa macam kekuatan dalam polimer, diantaranya yaitu: 1) Kekuatan Tarik (Tensile Strength) (Rahmat, 2007)



Universitas Sumatera Utara



Kekuatan tarik adalah tegangan yang dibutuhkan untuk mematahkan suatu sampel. Kekuatan tarik penting untuk polymer yang akan ditarik, contohnya fiber, harus mempunyai kekuatan tarik yang baik. 2) Compressive strength (Rahmat, 2007) 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 (Rahmat, 2007) Adalah ketahanan pada bending (flexing). Polimer mempunyai flexural strength jika dia kuat saat dibengkokkan. 4) Impact strength (Rahmat, 2007) 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. 2.2.1 Sifat Lenturan Material komposit mempunyai sifat tekan lebih baik dibanding tarik, pada perlakuan uji bending spesimen, bagian atas spesimen terjadi proses tekan dan bagian bawah terjadi proses tarik sehingga kegagalan yang terjadi akibat uji bending yaitu mengalami patah bagian bawah karena tidak mampu menahan tegangan tarik. Dimensi balok dapat kita lihat pada gambar 2.2. berikut ini : (Standart ASTM D 790-02).



Gmabar 2.2 Spesimen Uji Lentur (ASTM D790 -02 )



Universitas Sumatera Utara



R1



R2



Gambar 2.3. Penampang Uji bending (Standart ASTM D 790-02) Perlu mengetahui sifat tekukan bahan. Seperti ditunjukkan pada gambar 2.3, kalau batang uji di tumpu pada R1 dan R2 dan beban tekuk (P) diberikan ditengah, tegangan tekuk maksimum



pada titik nol ditengah adalah :



Di mana : σ



= kekuatan bending (MPa)



P



= beban yang diberikan(N)



L



= jarak antara titik tumpuan (mm)



B



= lebar spesimen (mm)



D



= tebal spesimen (mm)



δ



= defleksi (mm) Kekuatan lentur berubah menurut ukuran batang uji L/ oleh karna itu, umumnya



ditentukan pada



. Modulus Young pada lenturan Ef merupakan konstanta dari



perbandingan lurus antara tegangan dan regangan. Besarnya modulus ini sama dengan angka kemiringan dari kurva tegangan – regangan yang berupa garis lurus pada bagian yang dekat ke titik 0. Modulus elastisitas (E) didapat dari persamaan :



Dimana : δ



= defleksi (mm)



Eb = modulus elastisitas (MPa)



Universitas Sumatera Utara



P



= beban yang diberikan (N) = m (gradien garis lurus pada kurva beban vs defleksi) Umumnya pada bahan polimer modulus elastik untuk tekan berbeda dengan untuk



tarik, tegangan tekan yang besar terjadi pada bagian yang mengalami tegangan tekan ( gambar 2.3 ). Selanjutnya kekuatan tekan pada bahan polimer jauh lebih besar daripada kekuatan tarik, hal inilah yang menyebabkan patah karena tekukan pada bagian yang mengalami teganga tarik. kekuatan tekuk lebih besar daripada kekuatan tarik tetapi lebih kecil daripada kekuatan tekan, atau berada diantaranya. Sedangkan kekakuan dapat dicari dengan persamaan (Lukkassen, D, Meidel, A, 2003) dengan mencari momen inersia terlebih dahulu :



Sedangkan kekakuan dapat dicari dengan perhitungan sebagai berikut :



Dimana : D



= kekakuan (N.mm2)



E



= modulus elastisitas (N/mm2)



I



= momen inersia (mm4)



b



= lebar (mm)



d



= tinggi (mm)



2.2.2 Teori Uji Tekan Statik



Tegangan tekan berlawanan dengan tegangan tarik. Jika pada tegangan tarik, arah kedua gaya menjahui ujung benda (kedua gaya saling berjauhan), maka pada tegangan tekan, arah kedua gaya saling mendekati. Dengan kata lain benda tidak ditarik tetapi ditekan (gayagaya bekerja di dalam benda). Kekuatan tekan material adalah nilai tegangan tekan uniaksial yang mempunyai modus kegagalan ketika saat pengujian. Perubahan bentuk benda yang disebabkan oleh tegangan tekan dinamakan mampatan. Misalnya pada tiang-



Universitas Sumatera Utara



tiang yang menopang beban, seperti tiang bangunan mengalami tegangan tekan. Kekuatan tekan biasanya diperoleh dari percobaan dengan alat pengujian tekan. Ketika dalam pengujian nantinya, spesimen (biasanya silinder) akan menjadi lebih mengecil seperti menyebar lateral. (Ismoyo,1999). Perubahan benda yang disebabkan tegangan tekan dapat dilihat pada gambar 2.4



Gambar 2.4 Perubahan benda yang disebabkan oleh tegangan tekan aksial Keterangan : A = Luas Penampang F = Gaya yang bekerja sebagai penekanan L0 = Panjang Awal ΔL = Perubahan panjang, dimana : ΔL = L0 – L1 Dalam perancangan teknik yang sebenarnya sebagian besar kita bertumpu pada tegangan teknik. Pada kenyataannya, tegangan sebenarnya berbeda dengan tegangan teknik. Oleh sebab itu, material akibat beban tekan dapat dihitung dari penjelasan persamaan yang diberikan. Hal ini tentu saja karena perubahan luas penampang (A0) dan fungsi dari luas penampang A = φ (F). (Callister:2003) 1. Perbedaan nilai deviasi tegangan dapat disimpulkan sebagai berikut: Pada kompresi spesimen akan mengecil atau memendek. Material akan cenderung menyebar kearah lateral dan meningkatnya luas penampang



Universitas Sumatera Utara



2. Pada uji tekan, spesimen dijepit pada ujung – ujungnya. Untuk alasan ini, timbul gaya gesekan yang akan menentang penyebaran lateral ini. Berarti yang harus dilakukan untuk menghindari gaya gesekan ini harus dengan meningkatnya energi selama proses penekanan. (Ismoyo,1999). 2.2.3 Respon Material Akibat Beban Tekan Statik Mekanisme deformasi polymericfoam akibat beban tekan statik ditunjukkan oleh kurva tegangan-regangan. Pada uji tekan statik diperoleh tiga tingkatan respon yaitu: elastisitas linier (bending), plateau (buckling elastis), dan densification. Elastisitas linier ditandai oleh bending terhadap dinding rongga dan kemiringan (tegangan-regangan) awal atau modulus elastisitas diperoleh dari tingkatan ini. Plateau merupakan karakteristik respon yang terjadi setelah polymericfoam mengalami elastisitas linier ditandai dengan berlipatnya rongga-rongga polymericfoam. Pada saat rongga-rongga hampir terlipat seluruhnya dan dinding-dinding rongga menyatu mengakibatkan ronggarongga menjadi lebih padat, tegangan normal tekan statik akan meningkat. Untuk mengoptimalkan produk tersebut perlu diketahui karakteristik material penyusunnya akibat beban tekan statik. Karakteristik suatu spesimen harus terukur, untuk itu perlu suatu pengujian tekan statik agar karakteristik dapat diketahui. Karakteristik dapat diketahui dari respon yang dialami oleh material. Respon diakibatkan oleh adanya gangguan (disturbance) yang diberikan terhadap sebuah sistem, seperti: F (gaya), T (temperatur), dan lain-lain. Di dalam uji tekan statik, gaya yang diberikan ditunjukkan pada Gambar. 2.5



Gambar. 2.5. Pengujian beban tekan pada batang spesimen (a).Sebelum Uji Tekan,(b).Setelah Uji Tekan.



Universitas Sumatera Utara



Berdasarkan respon yang ditunjukkan pada Gambar.2.5 dapat ditentukan respon mekanik berupa tegangan normal dan regangan akibat beban tekan statik. Pertimbangan yang paling penting dalam upaya untuk mencegah terjadinya kegagalan desain suatu struktur adalah tegangan yang terjadi tidak melebihi dari kekuatan material. Akan tetapi, ada banyak pertimbangan lain harus diperhatikan, misalnya: tegangan yang terjadi dalam jangka waktu yang lama (fatik), tegangan yang terjadi secara tiba-tiba (impak), dan lain sebagainya. Penyelidikan respon meliputi beberapa aspek, antara lain: respon material dan struktur terhadap pembebanan tertentu, mekanisme perubahan bentuk yang terjadi pada saat terjadinya beban maksimum, dan lain sebagainya. Dalam penelitian ini terdapat bahan yang mengalami deformasi plastis jika terus diberikan tegangan dan bahan ini tidak akan berubah kebentuk semula. Biasanya material teknik terjadi pada daerah elastis yang hampir berimpitan dengan batas proposionalistik. Perubahan panjang ini disebut sebagai regangan teknik yang didefinisikan sebagai perubahan panjang yang terjadi akibat perubahan statik (ΔL) terhadap panjang batang mula-mula (L0).Tegangan yang dihasilkan pada proses ini disebut dengan tegangan teknik (σeng), dimana didefinisikan sebagai nilai pembebanan yang terjadi (F) pada suatu luas penampang awal (A0). Tegangan normal tesebut akibat beban tekan statik dapat ditentukan berdasarkan persamaan (2.1)



Dimana : σ



= Tegangan normal akibat beban tekan statik (N/m2)



F



= Beban tekan (N)



A



= Luas penampang spesimen (m2).



Regangan akibat beban tekan statik dapat ditentukan berdasarkan persamaan :



Universitas Sumatera Utara



Dimana :



ΔL = L-L0



Keterangan : ε = Regangan akibat beban tekan statik L = Perubahan panjang spesimen akibat beban tekan. (mm) Lo = Panjang spesimen mula-mula (mm) Pada prakteknya nilai hasil pengukuran tegangan pada suatu pengujian tarik dan tekan pada umumnya merupakan nilai teknik. Regangan akibat beban tekan yang terjadi, panjang akan menjadi berkurang dan diameter pada spesimen akan menjadi besar, maka ini akan terjadi deformasi plastis. =ΔL



2.2.4 Perpatahan (Fracture) 2.2.4.1 Dasar-dasar Perpatahan Kegagalan dari bahan teknik hampir selalu tidak diinginkan terjadi karena beberapa alasan seperti membahayakan hidup manusia, kerugian dibidang ekonomi dan gangguan terhadap ketersediaan produk dan jasa. Meskipun penyebab kegagalan dan sifat bahan mungkin diketahui, pencegahan terhadap kegagalan sulit untuk dijamin. Kasus yang sering terjadi adalah pemilihan bahan dan proses yang tidak tepat dan perancangan komponen kurang baik serta penggunaan yang salah. Menjadi tanggung jawab para insinyur untuk mengantisipasi kemungkinan kegagalan dan mencari penyebab pada kegagalan untuk mencegah terjadinya kegagalan lagi(Calliester, 2007).



Universitas Sumatera Utara



Patah sederhana didefinisikan sebagai pemisahan sebuah bahan menjadi dua atau lebih potongan sebagai respon dari tegangan static yang bekerja dan pada temperatur yang relative rendah terhadap temperatur cairnya. Dua model patah yang mungkin terjadi pada bahan teknik adalah patah liat (ductile fracture) dan patah getas (brittle fracture). Klasifikasi ini didasarkan pada kemampuan bahan mengalami deformasi plastik. Bahan liat (ductile) memperlihatkan deformasi plastic dengan menyerap energi yang besar sebelum patah. Sebaliknya, patah getas hanya memeperlihatkan deformasi plastik yang kecil atau bahkan tidak ada. Setiap proses perpatahan meliputi dua tahap yaitu pembentukan dan perambatan sebagai respon terhadap tegangan yang diterapkan. Jenis perpatahan sangat tergantung pada mekanisme perambatan retak (Callister, 2007). 2.3 Pemanfaatan Polimer Banyak polimer yang telah dikenal dan secara umum digunakan dalam kehidupan seharihari (id.wikipedia.org/polimer, 2011) yaitu : 1) Polyethylene (PE) Biasanya digunakan untuk pembungkus makanan, kantung plastik, ember dan sebagainya. 2) Polypropylene (PP) Biasanya digunakan untuk membuat karung, tali, botol dan sebagainya. 3) Teflon Teflon atau politetrafluoroetilena memiliki sifat yang tahan terhadap bahan kimia dan panas, sehingga seringkali digunakan untuk pelapis tangki atau panci anti lengket 4) PVC PVC (polivinilklorida) biasanya digunakan untuk membuat pipa, selang, kabel optik dan sebagainya



Universitas Sumatera Utara



(a)



(b)



Gambar 2.6 (a) Pipa PVC (b) Kabel Optik 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 ini adalah dakron. Dakron digunakan sebagai serat tekstil. Selain dakron dikenal pula Mylar, 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). Aplikasinya dalam kehidupan sehari-hari misalnya untuk pembuatan wadah dari foam, untuk industri garmen, untuk aplikasi bahan bangunan dan sebagainya. 9) Karet alam dan karet sintetis Karet diperoleh dari getah pohon karet (lateks). Karet alam merupakan polimer isoprena. Karet sintetis terdiri dari beberapa macam, misalnya polibutadiena, polikloroprena dan polistirena. Karet sintetis yang telah banyak dikenal yaitu SBR. SBR terdiri dari monomer stirena dan 1,3-butadiena, banyak digunakan untuk pembuatan ban mobil. 2.4 Bahan Baku Polyvinil Chlorida (PVC) PVC ditemukan secara tidak sengaja oleh Henri Victor Regnault pada tahun 1835 dan Eugen Baumann di tahun 1872. Di awal abad ke 20, ahli kimia Rusia, Ivan Ostromislensky dan Fritz Klatte dari perusahaan kimia Jerman Griesheim-Elektron mencoba menetapkan penggunaan PVC sebagai produk komersial. Tetapi, kesulitan pengkakuan bahan menghalangi usaha mereka. Di tahun 1926, Waldo Semon dan



Universitas Sumatera Utara



perusahaan B. F. Goodrich mengembangkan metode menjadikan PVC 'benar-benar plastik' dengan menambahkan berbagai bahan tambahan. Hasilnya, PVC menjadi lebih fleksibel dan lebih mudah diproses yang lalu mencapai penggunaan secara luas. Polivinil klorida (IUPAC: Poli(kloroetanadiol)), biasa disingkat PVC, adalah polimer termoplastik urutan ketiga dalam hal jumlah pemakaian di dunia, setelah polietilena dan polipropilena. Di seluruh dunia, lebih dari 50% PVC yang diproduksi dipakai dalam konstruksi. Sebagai bahan bangunan, PVC relatif murah, tahan lama, dan mudah dirangkai. PVC bisa dibuat lebih elastis dan fleksibel dengan menambahkan plasticizer, umumnya ftalat. PVC yang fleksibel umumnya dipakai sebagai bahan pakaian, perpipaan, atap, dan insulasi kabel listrik. Tepung putih dengan masa jenis 1,4 ini, baik dalam ketahanan air, ketahanan asam dan ketahanan alkali, tidak bersifat racun dan tidak menyala, isolasi listriknya baik dan tahan terhadap banyak larutan. Melunak pada suhu 65-68oC dan plastis pada suhu 120150oC. Mencair pada atau diatas suhu 170oC dan terurai memberikan asam klorida pada atau di atas suhu 190oC. Temperatur yang cocok untuk pengolahan adalah 150-180oC, perlu diperhatikan (Surdia, Tata 2005). Akan tetapi sifat-sifat tersebut dapat berubah tergantung pada sistem produksi yang menyangkut keteraturan stereo pada polimer dan derajat polimerisasinya, oleh karena itu perlu dipilih bahan yang cocok untuk memenuhi keperluan. Derajat polimerisasi yang tinggi dari bahan memberikan sifat mekanik yang baik, tetapi temperatur proses tinggi dan sempit daerahnya. Kalau derajat polimerisasi rendah, maka sebaliknya sifat-sifat mekaniknya menjadi buruk, tetapi pemrosesanya mudah dan bersifat lebih rekat. Proses produksi yang dipakai pada umumnya adalah polimerisasi suspensi. Pada proses ini, monomer vinil klorida dan air diintroduksi ke reaktor polimerisasi dan inisiator polimerisasi, bersama bahan kimia tambahan untuk menginisiasi reaksi. Kandungan pada wadah reaksi terus-menerus dicampur untuk mempertahankan suspensi dan memastikan keseragaman ukuran partikel resin PVC. Reaksinya adalah eksotermik, dan membutuhkan mekanisme pendinginan untuk mempertahankan reaktor pada temperatur yang dibutuhkan. Karena volume berkontraksi selama reaksi (PVC lebih padat dari pada monomer vinil klorida), air secara kontinu ditambah ke campuran untuk mempertahankan suspensi.



Universitas Sumatera Utara



Ketika reaksi sudah selesai, hasilnya, cairan PVC, harus dipisahkan dari kelebihan monomer vinil klorida yang akan dipakai lagi untuk reaksi berikutnya. Lalu cairan PVC yang sudah jadi akan disentrifugasi untuk memisahkan kelebihan air. Cairan lalu dikeringkan dengan udara panas dan dihasilkan butiran PVC. Pada operasi normal, kelebihan monomer vinil klorida pada PVC hanya sebesar kurang dari 1 PPM. Proses produksi lainnya, seperti suspensi mikro dan polimerisasi emulsi, menghasilkan PVC dengan butiran yang berukuran lebih kecil, dengan sedikit perbedaan sifat dan juga perbedaan aplikasinya. Produk proses polimerisasi adalah PVC murni. Sebelum PVC menjadi produk akhir, biasanya membutuhkan konversi dengan menambahkan heat stabilizer, UV stabilizer, pelumas, plasticizer, bahan penolong proses, pengatur termal, pengisi, bahan penahan api, biosida, bahan pengembang, dan pigmen pilihan. Karena bahan ini mempunyai kekuatan impak yang tidak begitu tinggi, maka bahan polimer lain seperti resin ABS, karet nitril, polietilen diklorkan, dsb ditambahkan 6-10 bagian, diaduk dan dikopolimerisasi agar sifatnya menjadi lebih baik . Karen bahan ini sangat buruk dalam kestabilanya terhadap panas dan cahaya UV, maka dipakai bahan penyetabil tertentu, yaitu campuran dari timbal anorganik, sabun logam dan seyawa tanah organik. Poengaruh bahan penyetabil sangat tergantug pada bahan pemelastik yang dipakai. Cara pembuatan yang utama adalah pengkalenderan dan ekstrusi. Kedua bahan yang kaku dan lunak dapat dipergunakan. Pada pengekstrusian, bahan dipanaskan dalam 3-4 tahap dimulai dari 120-140oC sampai 140-160oC, 160-190oC dan ditahan pada temperatur tertinggi tepat pada waktu mencapai cetakan. PVC mempunyai isolasi listrik yang baik dan daya rekat yang baik denga logamlogam, cocok dipakai sebagai isolasi untuk kabel listrik setelah dicampur dengan alkifenol. Bahan ini memiliki sifat baik dalam tahanan terhadap panas, air, minyak, bahan kimia dan abrasi, dan sukar terdegradasi denga meningkatnya temperatur. Satu tahap penting lagi sebelum resin PVC bisa ditransformasikan menjadi berbagai produk akhir adalah pembuatan compound/adonan (compounding). Compound adalah resin PVC yang telah dicampur dengan berbagai aditif yang masing-masing memiliki fungsi tertentu, sehingga siap untuk diproses menjadi produk jadi dengan sifatsifat yang diinginkan. Sifat-sifat yang dituju meliputi warna, kefleksibelan bahan,



Universitas Sumatera Utara



ketahanan terhadap sinar ultra violet (bahan polimer/plastik cenderung rusak jika terpapar oleh sinar ultra violet yang terdapat pada cahaya matahari), kekuatan mekanik transparansi, dan lain-lain. PVC dapat direkayasa hingga bersifat keras untuk aplikasiaplikasi seperti pipa dan botol plastik, lentur dan tahan gesek seperti pada produk sol sepatu, hingga bersifat fleksibel/lentur dan relatif tipis seperti aplikasi untuk wall paper dan kulit imitasi. PVC dapat juga direkayasa sehingga tahan panas dan tahan cuaca untuk penggunaan di alam terbuka. Dengan segala keluwesannya, PVC cocok untuk jenis produk yang nyaris tak terbatas dan setiap compound PVC dibuat untuk memenuhi kriteria suatu produk akhir tertentu. Compound PVC kemudian dapat diproses dengan berbagai cara untuk memenuhi ratusan jenis penggunaan yang berbeda, misalnya: 1)



PVC dapat diekstrusi, artinya dipanaskan dan dialirkan melalui suatu cetakan berbagai bentuk, sehingga dihasilkan produk memanjang yang profilnya mengikuti bentuk cerakan tersebut, misalnya produk pipa, kabel dan lain-lain.



2)



PVC juga dapat di lelehkan dan disuntikkan (cetak-injeksi) ke dalam suatu ruang cetakan tiga dimensi untuk menghasilkan produk seperti botol, dash board, housing bagi produk-produk elektronik seperti TV, computer, monitor dll.



3)



Proses kalendering menghasilkan produk berupa film dan lembaran dengan berbagai tingkat ketebalan, biasanya dipakai untuk produk alas lantai, wall paper , dll.



4)



Dalam teknik cetak-tiup (blow molding), lelehan PVC ditiup di dalam suatu cetakan sehingga membentuk produk botol, misalnya.



5)



Resin PVC yang terdispersi dalam larutan juga dapat digunakan sebagai bahan pelapis/coating, misalnya untuk lapisan bawah karpet dll.



Secara umum proses pembuatan PVC mulai dari bahan baku, pembentukan monomer, proses polimerisasi, PVC compounding hingga menjadi sebuah produk akhir dapat dilihar pada Gambar 2.7 sebagai berikut :



Universitas Sumatera Utara



Ethylene



Thermal D iti



Polymerisation



Chlorine Ethylene Dichlorine (EDC)



Vinyl Chloride (VCM)



Polyvinyl Chloride (PVC)



Additives



Thermal



Processing (e.g Extrusion, Moulding)



PVC Compound



PVC Product



Gambar 2.7 Diagram Alir Dari Proses Pembuatan Resin PVC Secara Keseluruhan (sumber : Life Cycle Assesment PVC, European Commission 2004)



2.5 Bahan Tambahan Bahan tambahan digunakan untuk meningkatkan kemampuan pemrosesan atau untuk mengubah kualitas dan sifat produk dengan menambahkan bahan tersebut kepada bahan pokok yaitu polimer. Dalam melakukan pekerjaan ini perlu berhati-hati, selain meperhatikan perforanya juga perlu memperhatikan segi keselamatan. 2.5.1 Bahan Penyetabil



Universitas Sumatera Utara



Polivinil klorida di dehidroklorinasi menjadi struktur polien dan kehilangan warna bila dipanaskan sampai 150oC atau di atasnya atau kalau disinari UV. Untuk menghindari kehilangan warna perlu di tambahkan bahan penyetabil. Mekanisme bahan penyetabil itu adalah sebagai berikut : 1) Sebagai titik pemula dehidroklorinasi mengurangi keaktifan klor yang kurang stabil dengan cara koordinasi dan reaksi. 2) Menetralkan asam klorida yang dihasilkan oleh dihidroklorinasi dan menghilangkan warna. 3) Mengurangi peroksida. 2.5.2 Pengisi (Filler) Pengisi adalah bahan yang ditambahkan pada bahan polimer untuk meningkatkan sifat-sifatnya dan kemampuan pemrosesan atau untuk mengurangi ongkos. Berikut beberapa kegunaan dari bahan pengisi : 1) Penguat : sebagai penguat : karet dan karbon hitam maupun serat gelas dan berbagai polimer termal dsb. 2) Perbaikan dari temperatur deformasi termal. 3) Meperbaiki sifat isolasi listrik dan ketahanan permeabilitas gas 4) Perbaikan sifat pencetakan dan pelekatan. 5) Pengurangan harga produksi.



2.5.3 Lain-lain 1. Pewarna : merupakan zat yang digunakan untuk mewarnai polimer. Di samping mewarnai zat tersebut dapat memberikan sifat ketahanan cahaya karena melindungi, memantulkan dan menyerap cahaya. 2. Zat antistatic : bahan polimer mempunyai sifat isolasi listrik yang unggul jadi pembentukan listrik static dengan tegangan listrik tinggi mudah terjadi oleh gesekan. Akibatnya debu dapat melekat, meberikan kejutan atau dapat menyebabkan nyala tergantung dari keadaan, zat antistatic dipakai untuk mencegah hal tersebut.



Universitas Sumatera Utara



2.6 Ekstrusi Teknologi ekstrusi merupakan teknologi yang cukup tua. Pada tahun 1797 di Inggris, Joseph Bramah menciptakan mesin untuk membuat pipa tanpa sambungan yang diperkirakan sebagai mesin ekstrusi pertama. Tidak lama kemudian produk-produk lain seperti sabun, macaroni, dan bahan-bahan bangunan diproses menggunakan mesin yang sama. Pada mesin ini untuk menggiling dan mencampur bahan digunakan piston yang dioperasikan oleh tangan. Karena keterbatasan proses yang dilakukan ekstruder terdahulu maka ekstruder yang menggunakan ulir (screw) diciptakan untuk kebutuhan industri kabel. Konsep awal yang diketahui mengenai ekstruder ulir tunggal ditemukan di tahun 1873 pada suatu gambar rancangan milik Phoenix Gummiwerke A.G. Sementara ekstruder ulir ganda yang pertama dikembangkan pada tahun 1869 oleh Follows dan Bates di Inggris untuk keperluan industri sosis. Sejak saat itu penggunaan ekstruder bagi pengolahan semakin meningkat (Janssen, 1978). Ekstrusi mungkin terus-menerus (secara teoritis menghasilkan bahan tanpa batas panjang) atau semi-kontinu (menghasilkan banyak buah). Proses ekstrusi dapat dilakukan dengan bahan panas atau dingin. Umumnya bahan diekstrusi meliputi logam , polimer , keramik , beton dan bahan makanan. Untuk memperoleh benda cetak dengan kualitas hasil yang optimal, perlu mengatur beberapa parameter yang mempengaruhi jalannya proses produksi tersebut. Parameterparameter suatu proses tentu saja ada yang berperan sedikit dan adapula yang mempunyai peran yang signifikan dalam mempengaruhi hasil produksi yang diinginkan. Biasanya orang perlu melakukan beberapa kali percobaan hingga ditemukan parameter-parameter apa saja yang cukup berpengaruh terhadap produk akhir. Adapun parameter-parameter yang berpengaruh terhadap proses produksi plastik melalui metode ini adalah: 1) Temperatur leleh Adalah batas temperatur dimana bahan plastik mulai meleleh kalau diberikan enegi panas. 2) Kecepatan screw



Universitas Sumatera Utara



Yaitu kecepatan lajunya bahan plastik yang telah meleleh keluar dari nozzle. Untuk mesin-mesin ekstrusi tertentu kecepatan ini dapat terukur, tetapi untuk mesin-mesin ekstrusi sederhana kadang-kadang tidak dilengkapi dengan pengukur kecepatan ini. 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 kontinue yang menghasilkan beberapa produk seperti, Film plastik, tali rafia, pipa, peletan, lembaran plastik, fiber, filamen, selubung kabel dan beberapa produk dapat juga dibentuk. Pada prinsipnya semua thermoplastik dapat diekstrusi, tetapi disini berlaku thermoplastik yang mempunyai viskositas tinggi. Tabel 2.1 menunjukkan bahan termoplastik yang dapat di ekstrusi dan bentuk-bentuk yang biasa di ekstrusi :



Tabel 2.1 Suhu Operasi Termoplastik Bahan



Temperatur



Contoh Pengerjaan



pengerjaan (oC) 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



Universitas Sumatera Utara



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



(sumber : Indrawibawa, Nyoman. 2009. Pengetahuan Bahan Plastik. Bandung : Polman) Suatu proses yang dikenal dengan nama pelapisan ekstrusi digunakan secara meluas untuk melapisi kertas, kain, dan lembaran logam. Bahan thermoplastik diekstrusi melalui cetakan yang pipih (lihat gambar di bawah ini) pada lembaran kertas/kain atau logam yang bergerak dibawahnya, lapisan yang diekstrusi yang masih lunak, melekat pada lapisan bawahnya kemudian ditekan oleh rol karet pada rol logam. Sisi lapisan dipotong sebelum digulung. Meskipun setiap bahan thermoplastik dapat diekstrusi untuk pelapis, bahan yang paling banyak digunakan adalah vinil, polietilen, dan polipropilen. Proses lapis ekstrusi lainnya yang penting juga adalah penyalutan isolasi pada kawat dan kabel. 2.6.1 Mesin Ekstruder Ekstruder memiliki banyak jenis ukuran, bentuk dan metode pengoperasian. Ada ekstruder yang dioperasikan secara hidraulik dimana pada ekstruder ini piston berperan untuk mendorong adonan melalui lubang pencetak (die) yang terletak pada ujung ekstruder. Terdapat pula ekstruder tipe roda, dimana bahan didorong keluar atas hasil kerja dua roda yang saling berputar. Kemudian yang telah banyak dikenal saat ini ialah ekstruder tipe ulir (screw) dimana putaran ulir akan memompa bahan keluar melalui die. Ekstruder digunakan pada pengolahan bahan makanan karena ekstruder mampu menghasilkan energi mekanis yang digunakan untuk proses pemasakan bahan. Ekstruder mendorong bahan/adonan dengan cara memompanya melalui sebuah lubang dengan bentuk tertentu. Ekstruder mampu melakukan proses pencampuran dengan baik yang bertujuan agar bahan homogen dan terdispersi dengan baik (Frame, 1994).



Universitas Sumatera Utara



Ekstruder yang biasanya tersedia di pasaran adalah dari jenis ekstruderulir tunggal (single screw extruder/SSE) dan ekstruder ulir ganda (twin screw extruder/TSE) yang dapat digunakan secara luas pada produksi bahan-bahan makanan komersial. Model twin screw extruder (TSE) lebih sering dipilih oleh perusahaan-perusahaan pengolah makanan. Model ini merupakan pilihan yangtepat untuk melakukan diversifikasi jenis-jenis makanan, dikarenakan kemampuannya yang baik dalam mengatur daya tekan mekanis dan daya giling efektif pada adonan di dalam selubung mesin ekstruder (barrel) (Baianu, 1992). Ekstruder tipe ulir biasanya dikelompokkan berdasarkan seberapa banyak energi mekanis yang dapat dihasilkan. Sebagai contoh, ekstruder dengan energy mekanis yang rendah dirancang untuk mencegah proses pemasakan pada adonan bahan. Ekstruder tipe ini biasanya digunakan pada pembuatan pretzel, pasta dan beberapa jenis makanan ringan dan sereal. Ekstruder dengan energi mekanis tinggir dirancang untuk memberikan energi yang besar agar dapat diubah menjadi panas untuk mematangkan adonan bahan dan biasa digunakan dalam produksi makanan hewan, makanan ringan dengan bentuk mengembang dan sereal (Frame, 1994). 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 menentukan rancangan ekstruder (Linko, et. al. dalam Jowitt, 1982). SSE 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 bergerak dengan bebas pada permukaan ulir dan menempel sebanyak mungkin pada dinding.



Universitas Sumatera Utara



Gambar 2.8 Bagian-bagian Proses Pengolahan pada Ekstruder Secara Umum (Sumber : Schlosburg, 2005) Pada umumnya zona operasi pada SSE (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 harus 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.



Pada Pump zone dimana saluran ulir dipenuhi oleh adonan bahan terdapattiga jenis aliran yang dapat dibedakan : 1) Drag flow disebabkan oleh pengaruh bersinggungannya bahan dengan barrel dan permukaan ulir.



Universitas Sumatera Utara



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. (Janssen, 1978



Gambar 2.9 Pada Ekstruder Ulir Tunggal (Sumber : van Zuilichem, et. al. dalam Jowitt 1982) SSE 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 (Levine dan Miller dalam Heldman dan Lund, 2007). Hingga saat ini ekstruder ulir tunggal masih digunakan secara luas pada banyak jenis produksi pangan dan pakan. Alasan kenapa hingga sekarang orangorang masih menggunakan ekstruder ulir tunggal ialah karena pada kala itu alat ini merupakan satusatunya alternatif untuk menggantikan metode pengolahan konvensional. Secara keseluruhan memang proses ekstruder tipe ini jauh lebih unggul dibanding metode pengolahan konvensional tetapi sekarang TSE yang jauh lebih maju dari segi teknologi mampu menawarkan banyak keuntungan bagi para pengolah. Bersamaan dengan semakin banyaknya



perusahaan-perusahaan



yang



menyadari



keuntungan-keuntungan



yang



ditawarkan maka mereka akan lebih cenderung untuk menggunakan TSE (Clextral, 2007). Pada ekstruder ulir ganda, dua ulir yang paralel ditempatkan dalam barrel berbentuk angka 8. Jarak ulir yang diatur dengan rapat akan mengakibatkan bahan bergerak di antara ulir dan barrel dalam sebuah ruang yang berbentuk C. Tujuannya ialah untuk mengatasi keterbatasan pada hasil kerja SSE seperti tergelincirnya bahan dari dinding barrel. Sebagai hasilnya bahan akan terhindar dari aliran balik (negarif) ke arah bahan masuk tetapi digerakkan pada arah positif yaitu menuju die tempat bahan keluar.



Universitas Sumatera Utara



Pada ekstruder tipe ini gesekan pada dinding barrel tidak terlalu penting untuk diperhatikan walaupun sebenarnya hal ini tergantung dari proses pengolahan apa yang dilakukan. 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 (Linko, et. al. dalam Jowitt, 1982).



Tabel 2.2 Perbedaan Utama Antara Ekstruder Ulir Tunggal dan Ulir Ganda Perbedaan



Ekstruder



Ulir Ekstruder



Tunggal Mekanisme



Ulir



Ganda



Penggerak Friksi antara logam Penggerak bahan kea



Bahan



dan adonan



rah positif



Penyedia Energi Utama



Panas gerak ulir



Panas



yang



dipindahkan



pada



barrel Kapasitas



Tergantung



pada Tidak



tergantung



kandungan air, lemak apapun dan tekanan Perkiraan Energi yang 900 – 1500 kJ/kg Digunakan



per



400 – 600 kJ/kg



Kg



Produk Distribusi Panas Biaya Keseluruhan



Perbedaan



Perbedaan



temperaturnya besar



temperaturnya kecil



rendah



tinggi



(Sumber : van Zuilichem, et. al. dalam Jowitt 1982) Secara umum, ulir pada ekstruder ulir ganda dapat dibagi menjadi dua kategori utama yaitu ulir intermeshing dan non-intermeshing. Pada ulir ekstruder tipe nonintermeshing, 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



Universitas Sumatera Utara



bahan yang tergelincir dari dinding barrel menjadi tidak mungkin karena ulir intermeshing yang satu akan mencegah bahan pada ulir lain untuk berputar dengan bebas (Linko, et. al. dalam Jowitt, 1982). 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.



Gambar 2.10 Contoh Kerapatan Ulir Intermeshing, Counter Rotating (Sumber : van Zuilichem, et. al. dalam Jowitt 1982)



Gambar 2.11 Tipe-tipe Ulir



Universitas Sumatera Utara



(a) counter rotating, intermeshing (b) co-rotating, intermeshing (c )counter rotating, non-intermeshing (d) co-rotating, non-intermeshing (Sumber : Janssen, 1978)



Gambar 2.12 Dua Ulir Paralel Pada Ekstruder Ulir Ganda (Sumber : van Zuilichem, et. al. dalam Jowitt 1982) Ekstruder ulir ganda memiliki kapasitas yang lebih besar dalam menghasilkan produk walaupun ekstruder ulir ganda biasanya beroperasi dengan kecepatan putaran yang rendah (20 – 60 rpm) daripada ekstruder ulir tunggal (100 – 400 rpm). Hal ini menunjukkan sangat efektifnya ekstruder ulir ganda dalam menggerakkan bahan (van Zuilichem, et. al. dalam Jowitt 1982) Ekstruder ulir ganda dikembangkan untuk mengatasi beberapa keterbatasan kemampuan kerja dari ekstruder ulir tunggal (Single Screw Extruder). Bila dibandingkan dengan ekstruder ulir tunggal, ada beberapa keuntungan yang dapat diperoleh dengan penggunaan ekstruder ulir ganda, diantaranya ialah : 1) Aliran produk dari awal hingga akhir dapat dikendalikan atau diawasi dengan lebih baik. Pada ekstruder ulir ganda, hasil kerja dua ulir menggerakkan produk melalui barrel ekstruder. Pada ekstruder ulir tunggal produk bergerak sebagai akibat dari gesekan antara ulir dan dinding barrel. 2) Ekstruder ulir tunggal sering mengalami selip (slippage) dan tersumbat (surging). Slippage terjadi ketika tekanan tinggi di dalam barrel menyebabkan produk menjadi tergelincir antara ulir dan dinding barrel. Hal ini akan menyebabkan tahap pemasakan dan pengolahan yang dijalani produk tidak sempurna. Surging terjadi ketika produk tertahan dari aliran bahan yang seharusnya terus bergerak ke arah



Universitas Sumatera Utara



ujung ekstruder (die). Bila proses produksi terus berjalan maka tekanan akan meningkat dan akhirnya produk pecah tidak beraturan ketika melalui die. Hal ini akan mengakibatkan produk yang masih belum matang dan bentuk yang dihasilkan tidak sesuai dengan keinginan. 3) Semua faktor yang berpengaruh pada pengolahan dengan proses ekstrusi dapat diatur lebih baik dengan menggunakan ekstruder ulir ganda. Semua parameter pengolahan seperti suhu, tekanan, kecepatan ulir, kandungan air dan kecepatan aliran bahan dapat diubah dengan leluasa. Hal ini akan memberikan pengendalian yang maksimal pada proses ekstrusi. Pada ekstruder ulir tunggal faktor-faktor pengolahan seperti di atas dapat disesuaikan juga, tetapi pada tingkat yang jauh lebih rendah. 4) Proses pencampuran pada TSE menyebabkan tahap pencampuran bahan yang lebih baik dibandingkan dengan proses pencampuran yang dihasilkan oleh ekstruder ulir tunggal. Di samping itu, TSE mampu melakukan tahaptahap pencampuran yang lebih beragam sebagai hasil kerja dari komponen-komponen seperti cakram pencampur yang rumit bentuknya, ulir-ulir dengan arah putaran yang dapat diatur, kepadatan gerigi, daya giling dan jarak antar ulir yang dapat diatur. Kesemuanya itu akan menghasilkan proses pencampuran bahan yang dilaksanakan dengan sangat baik. TSE dapat mengolah partikel dengan beragam ukuran dan dalam waktu yang sama menjamin tahap pencampuran bahan dan keseluruhan pengolahan berjalan dengan baik. 5) Bagian dalam TSE dapat dibersihkan secara otomatis (pada ulir tipe self whiping), karena dua ulir yang terdapat dalam barrel TSE dapat saling membersihkan. Hal ini disebabkan karena putaran yang dihasilkan salah satu ulir dapat membersihkan ulir yang lain dari sisa-sisa bahan. Ekstruder dengan ulir tunggal tidak memiliki kemampuan ini dan sangat rentan terhadap “titik mati” yang sukar dibersihkan. Pada titik ini produk sisa yang tidak terbawa aliran bahan akan melekat pada ulir. Produk sisa ini akan terbakar lalu lepas dan menyumbat die, hal ini akan mengakibatkan barrel menjadi rusak. 6) TSE memiliki fleksibilitas yang lebih tinggi dibandingkan dengan ekstruder ulir tunggal. Sebagian besar produk olahan bahan makanan yang dapat dihasilkan oleh ekstruder ulir tunggal dapat pula dihasilkan oleh TSE, tetapi tidak sebaliknya. TSE



Universitas Sumatera Utara



dapat mengolah produk pada kelembaban yang lebih tinggi, mengolah bahan kering pada berbagai macam ukuran partikel. Sementara pada ekstruder ulir tunggal agar pengolahan berjalan optimal maka bahan-bahan yang dibutuhkan harus memiliki ukuran partikel yang seragam. TSE juga dapat mengolah bahanbahan dengan kandungan lemak dan gula yang lebih tinggi dari bahanbahan yang dapat diolah dengan menggunakan ekstruder ulir tunggal. 7) Tahap scale-up dengan TSE dapat lebih diprediksi. Proses peralihan dari pengembangan laboratorium ke produksi secara menyeluruh merupakan masalah utama dari ekstruder ulit tunggal. Sementara pada TSE bukan merupakan masalah selama data yang diperoleh itu benar dan terus direkam selama riset dan pengembangan produk baru. TSE memberikan pengendalian yang sangat akurat atas parameter produksi, yang mana hal ini sangat penting dalam tahap scale-up.



Beberapa keuntungan yang dapat diperoleh dengan menggunakan ekstruder ulir ganda/Twin Screw Extruder (TSE) bila dibandingkan dengan metode pengolahan konvensional diantaranya ialah: 1) TSE mampu menghasilkan produk baru. Hanya dengan menggunakan satu ekstruder saja kita dapat menghasilkan produk dengan pilihan bentuk dan jenis yang beragam. Metode konvensional membatasi kita pada hanya satu proses pengolahan saja karena memang alat yang digunakan kemampuannya memang terbatas. Sebagai contoh mixer hanya dapat digunakan untuk mencampur bahan saja tidak bisa digunakan untuk tahap pengolahan yang lain seperti memasak adonan dan mencetak. Ekstruder memberikan kita fleksibilitas yang luar biasa dalam mengolah bahan dan kontrol proses pengolahan yang belum tentu tersedia dalam metode konvensional. 2) TSE berperan sebagai suatu sistem pengolahan yang lengkap, oleh karena itu menghasilkan produktivitas yang tinggi. Bahan-bahan dicampur, dimasak, dibentuk dan diadoni dalam satu proses yang berkesinambungan. Beberapa ekstruder yang telah tersedia saat ini sudah bisa menghasilkan lebih dari 16 ton produk jadi per jamnya. 3) TSE menghasilkan produk yang berkualitas tinggi. Kemampuan kerja ekstruder memberikan kendali yang hampir tak terbatas terhadap prosesproses pengolahan



Universitas Sumatera Utara



yang dialami bahan dan perubahan-perubahan yang dikehendaki pada produk dapat dilakukan dengan mudah selama proses pemasakan berlangsung. Hal ini memberikan kontrol yang penuh terhadap proses pemasakan dan pengolahan produk. Di samping itu metode pemasakan HTST dalam TSE mampu menghasilkan produk yang berkualitas. Temperatur tinggi yang digunakan akan membunuh



mikroorganisme



berbahaya,



di



saat



yang



bersamaan



dapat



meminimalisasi hilangnya zat gizi dan flavor pada makanan yang sedang diolah. 4) Ekstruder membutuhkan biaya yang rendah bila dibandingkan dengan biaya yang dikeluarkan untuk peralatan memasak konvensional. Harga beli satu TSE akan lebih rendah daripada kita membeli peralatan memasak tradisional seperti mixer, oven, pengering dan aksesoris pelengkap lainnya untuk meghasilkan produk yang sama. Selain itu, TSE efektif dalam biaya pengoperasian karena mampu melaksanakan fungsi-fungsi pengolahan seperti pencampuran, pengadonan, pemasakan dan pencetakan dalam satu proses pengolahan saja. 5) TSE sangat serbaguna, dapat menghasilkan produk makanan dengan pilihan jenis dan



bentuk



yang



beragam.



Dapat



dilakukan



dengan



cara



melakukan



penganekaragaman bahan-bahan dan modifikasi kondisi pengolahan. 6) TSE sangat efisien pada penggunaan energi. Pada beberapa proses, TSE dapat mengurangi kebutuhan energi yang digunakan untuk pengolahan. Dengan TSE produk dapat dimasak lebih cepat dan efisien. Hal ini disebabkan oleh proses pengaturan temperatur dan kelembaban yang dilakukan secara tepat dan juga membutuhkan waktu reaksi yang lebih singkat (Clextral, 2007). Untuk melakukan proses pemasakan produk makanan, ekstruder ulir ganda (Twin Screw Ekstruder) merupakan alat pengolahan yang semakin umum digunakan di industri pengolahan pangan. Alat ini merupakan suatu reactor biologis yang berkecepatan tinggi dengan



melakukan



serangkaian



proses



pemanasan,



pendinginan,



pengadonan,



pencampuran, penguapan, pemotongan dan penurunan suhu menggunakan udara (aerating). Ekstruder jenis ini sekarang semakin banyak digunakan karena mudah sekali bagi kita untuk mengatur serangkaian parameter-parameter tahap pengolahan ekstrusi (Schlosburg, 2005). 2.7 Proses Pembuatan Pipa PVC



Universitas Sumatera Utara



Pipa PVC dibuat dari polyvinyl chloride yang pada umumnya digunakan sebagai saluran air dalam suatu proyek perumahan atau gedung atau jalan dsb. Pipa PVC ini sifatnya keras, ringan, dan kuat. Karena penginstalannya mudah, maka sangatlah ideal jika digunakan untuk saluran dibawah sink dapur, kamar mandi, instalasi listrik dsb. Bahkan penggunaan pipa PVC ini dapat bekerja lebih baik daripada menggunakan pipa besi yang perlu disolder, juga tahan terhadap hampir semua alkalin atau zat beracun serta mudah dipasang. Berikut ini beberapa keuntungan dari penggunaan pipa PVC : 1. Penginstalannya mudah. 2. Tahan terhadap bahan kimia 3. Sangat kuat 4. Memiliki daya tahan korosi. 5. Daya konduksi panas yang rendah 6. Biaya instalasinya rendah 7. Hampir bebas pemeliharaan (virtually free maintenance). Pembuatan PVC memerlukan sangat sedikit energi. Studi menunjukkan bahwa energi yang digunakan untuk memproduksi PVC jauh lebih kecil dibanding energi yang digunakan untuk memproduksi bahan-bahan jenis lain. Pembuatan PVC hanya memerlukan 40% dari energi yang diperlukan untuk memproduksi besi baja dan hanya 13% dari energi yang diperlukan untuk memproduksi aluminium. PVC juga menggunakan paling sedikit komponen minyak bumi dibanding bahan plastik yang lain. Berikut ini diagram alir pembuatan pipa PVC :



Universitas Sumatera Utara



Gambar 2.13 Bagan Alir Proses Pembuatan Pipa PVC Pertama Thermoplastik baik berupa tepung dilelehkan pada Ekstruder, kemudian diinjeksikan melalui cetakan (Die),



Gambar2.14 Cetakan Mesin Ekstrusi Untuk Pipa setelah keluar dari cetakan yang sesuai dengan profil yang diinginkan dinasukkan ke dalam tangki air (Cooling) untuk didinginkan.



(a)



Universitas Sumatera Utara



(b)



(c)



(d) Gambar 2.15 (a) Cooling (b), (c) dan(d) Keadaan didalam Cooling Lubang pada gambar (a) adalah pintu masuk pipa yang masih lunak ke dalam cooling.Pada sekitar lubang ada selang berwarna orange,berfungsi sebagai selang vacuum,agar pipa yang masih lunak,dapat masuk dengan mudah ke dalam cooling



Setelah dingin dimasukkan ke ban penarik (Puller).



Gambar 2.16 Penarik Pipa (Puller)



Universitas Sumatera Utara



kemudian dipotong-potong sesuai dengan ukuran yang diminta pada alat potong.



(a)



(b) Gambar 2.17 (a) Proses Pemotongan Secara Manual (b) Mesin Potong Setelah dilakukan pemotongan maka pipa – pipa masuk ke tahap finishing dimana pipa disamakan ukuran kemudian dibersihkan.



(a)



Universitas Sumatera Utara



(b) Gambar 2.18 Proses Finishing (a) Proses Pemotnogan (b) Proses Pembersihan



Universitas Sumatera Utara