10. PROSES PEMBENTUKAN POLIMER DENGAN METODE

EKSTRUKSI DAN MOLDING

HALAMAN JUDMolding

Secara umum pengertian molding yaitu proses pembentukan suatu benda atau produk

dari material plastik dengan bentuk dan ukuran tertentu yang mendapat perlakuan panas

dan pemberian tekanan dengan menggunakan alat bantu berupa cetakan atau mold. Mold

plastik pada dasarnya adalah suatu alat (tool) yang digunakan untuk membuat komponen-

komponen plastik dengan sarana mesin cetak plastik.

Untuk mendapatkan produk yang sesuai dengan sifat-sifat fisik yang diinginkan

bentuk desain produk, luas penampang, ketebalan, insert yang panjang, tuntutan ukuran

(toleransi) yang harus dipenuhi dan pemilihan material merupakan faktor yang

berpengaruh.

Berdasarkan materi plastik yang digunakan , plastik molding dapat dibedakan atas

beberapa jenis, yaitu:

1. Extrusion molding

2. Injection molding

3. Blow molding

4. Rotation molding

5. Compression molding

6. Transfer molding

1. Extrusion/Ekstruksi

Extrusion adalah suatu teknik pemrosesan untuk mengubah material termoplastik

bentuk bubuk atau butiran menjadi lelehan (continuous uniform melt) dan mendorong

lelehan tersebut melalui shaping die yang terletak di ujung akhir mesin. Bentuk produk

akhir yang dihasilkan tergantung pada bentuk die orifice yang dilalui lelehan polimer.

Ekstruksi ini merupakan suatu proses yang mengkombinasikan beberapa proses

meliputi pencampuran, pemasakan, pengadonan, penghancuran, pencetakan, dan

pembentukan. Dimana tujuan ekstrusi untuk meningkatkan keragaman jenis produk

pangan dalam berbagai bentuk, tekstur, warna, dan cita rasa.

2

Gambar 1 Ekstruder

Ekstruder terdiri dari suatu ulir (sejenis ulir bertekanan) yang menekan bahan baku

sehingga berubah menjadi bahan semi padat. Bahan tersebut ditekan keluar melalui suatu

lubang terbatas (cetakan/die) pada ujung ulir. Jika bahan baku tersebut mengalami

pemanasan maka proses ini disebut pemasakan ekstrusi (ekstrusi panas). Proses ekstrusi

dapat berupa pengolahan suhu rendah misalnya pada pasta, atau pengolahan suhu tinggi

misalnya pada pembuatan snack.

Tekanan yang digunakan dalam ekstruder (alat ekstrusi) berfungsi mengendalikan

bentuk, menjaga air dalam kondisi cair yang sangat panas, dan meningkatkan pengadukan.

Tekanan bervariasi mulai dari 15 sampai 200 atm.

Ciri utama proses ekstrusi adalah sifatnya yang kontinyu.alat ekstruder dioperasikan

dalam kondisi kesetimbangan dinamis, yaitu input setara dengan output, bahan yang

masuk setara dengan produk.

Gambar 2 Diagram Skematik Single Screw Extruder

Single-screw extruder terdiri dari 5 komponen

a. Drive system/sistem penggerak

3

Motor

Motor berfungsi menggerakkan screw, berdaya besar karena harus mendorong

lelehan polimer yang sangat kental melalui dielorifice yang berukuran kecil.

Speed reducer

Speed reducer berfungasi menurunkan rpm motor dengan faktor 12 : 1. Jika

putaran srewterlalu tinggi,maka temperatur lelehan polimer akan naik dan

kemungkinan akan terdegradasi. Dengan turunnya rpm, maka akan didapat torsi srew

lebih besar, dan ini diperlukan untuk mendorong lelehan polimer yang sangat kental.

b. Feed system/sistem umpan

Gambar 3 Diagram Skematik Feed System dari Single-Srew Extruder

c. Screw/barrel system

Screw merupakan bagian yang bergerak, dan berfungsi untuk

memompa/memindahkan, memanaskan, mencampur, menekan. Screw beroutar di

dalam barrel dengan daya yang dipasok oleh motor penggerak.

Gambar 4 Diagram skematik Screw dan Barrel

Barrel merupakan silinder yang membentang dari feed throat sampai ujung

screw. Ujung akhir barrel disebut kepala/head. Permukaan bagian dalam barrel

dilapisi bahan yang sangat keras, seperti tungsten-carbide alloy. Lapisan ini

mengurangi terjadinya abrasi barrel dan memperpanjang umur barrel.

4

d. Head/Die system

Gambar 5 Diagram Skematik Die Head

Die merupakan “otak” dari operassi extrusion. Head/die system menerima lelehan

polimer dari screw dan membentuknya menjadi bentuk akhir yang diinginkan.

Biasanya digunakan nozzle dan/atau adaptor untuk mengarahkan aliran lelehan dari

barrel exit ke die entrance.

e. Instrumentitation & Control System

Aplikasi pada proses ekstrusi ini yaitu kebanyakan jenis termoplastik dengan

resinnya yaitu:

PE (polyethylene),

PP (polypropylene),

PVC (poly vinyl choride)

ABS (acrylonitrile-butadiene-styrene)

PS (poly stryrene)

Produk yang dihasilkan dengan proses ekstruksi yaitu:

1. Pipe and tubbing

Pipa dan tube banyak digunakan untuk pipa air, seperti untuk rumah tangga,

rumah sakit, dan irigasi. Produk ini dibuat dengan menggunakan die berbentuk

annulus.

2. Sheet and cast film

3. Coating

Ada 2 jenis coating: substrate coating dan wire coating. Substrate coating

biasanya berbentuk datar, seperti lembaran polimer. Contoh: untuk cover buku.

Wire coating diperlukan dalam produksi extension cord, kabel listrik, dan kabel

telepon.

4. Fiber

5

Fiber digunakan untuk tekstil (pakaian dan karpet) dan tali pancing.

5. Blown film

Blown film extrusion merupakan teknik yang paling banyak digunakan. Contoh

produk: tas belanja, kantong sampah.

Keunggulan proses ekstruksi yaitu:

1. Keberagaman produk dalam kisaran luas yang kebanyakan tidak dengan mudah

dihasilkan oleh metode pengolahan lain, dapat dihasilkan dengan mengubah bahan

baku, kondisi pengoperasian, dan cetakan.

2. Biaya operasional lebih rendah dan produktivitas lebih tinggi karena dapat

dioperasikan kontinyu tanpa terputus.

3. Menghasilkan produk berkualitas tinggi, karena pemasakan ekstruksi melibatkan

suhu tinggi dalam waktu pendek sehingga komponen bahan pangan yang peka

tidak mengalami kerusakan.

4. Ramah lingkungan karena merupakan proses dengan kadar air rendah, dan tidak

menghasilkan limbah.

2. Injection Molding

Salah satu teknik yang cukup efektif dan banyak dipergunakan untuk pengolahan

bahan thermoplastic adalah injection molding. Teknik ini pertama kali diperkenalkan oleh

John Wesley Hyatt pada tahun 1868, dengan melakukan injeksi celluloid panas ke dalam

mold, untuk membuat bola billiar. Bersama sudara perempuannya Isaiah, dia mematenkan

mesin injection mold utnuk penyedot debu tahun 1872. Tahun 1946 James Hendri untuk

pertama kalinya membuat mesin screw injection mold, sehingga terjadi perubahan besar

pada industri plastik. Dan 95% mesin molding saat ini mengikuti teknik ini, untuk

menghasilkan efisiensi panas, efisiensi campuran dan injeksi plastik ke molding (Anonim,

2008).

Injection Molding adalah metode material termoplastik dimana material yang

meleleh karena pemanasan diinjeksikan oleh plunger ke dalam cetakan yang

diinginkan oleh air dimana material tersebut akan menjadi dingin dan mengeras

sehingga bisa dikeluarkan dari cetakan (Jamaluddin, 2007).

Injection Molding melakukan 3 fungsi yaitu:

a. Melelehkan plasstik sehingga dapat dialirkan dengan bantuan tekanan.

b. Menginjeksikan lelehan plastik ke dalam cetakan.

6

c. Memegang lelehan plastik dalam cetakan dingin sementara lelehan tersebut mengeras,

kemudian mengeluarkan plastik tersebut.

Gambar 6 Major parts of a Typical Injection-Molding Machine

Bagian-bagian Injection Molding yaitu:

a. Injection unit

Injeksi unit memiliki 2 fungsi yaitu menjadikan bentuk pellet atau bubuk dan

menginjeksikan lelehan ke dalam cetakan.

b. Plasticizing screw

Merupakan bagian untuk memasukkan pellet plastik (resin) dan pemanasan.

Bagian dari plasticizing unit: Hopper untuk memasukkan resin; Screw untuk

mencampurkan material supaya merata; Barrel; Heater dan Nozzle.

c. Heating cylinder

d. Clamp

Merupakan tempat untuk menyatukan molding. Clamping system sangat

kompleks, dan di dalamnya terdapat mesin molding (cetakan), dwelling untuk

memastikan molding terisi penuh oleh resin, injection untuk memasukkan resin

melalui sprue pendingin, ejection untuk mengeluarkan hasil cetakan plastik dari

molding (Jamaluddin, 2007).

PROSES INJECTION MOLDING

7

Proses Injection Molding diawali dengan pellet plastik kadang orang menamakan

resin. Secara sederhana dapat dijelaskan resin dimasukkan ke dalam Hopper (bagian dari

mesin injection), memasuki ke bagian barrel sesuai dengan prinsip gravitasi. Pemanasan

resin hingga tercapai ke titik melting oleh heater, resin mengalami proses plasticizing

berbentuk cairan sehingga mudah untuk diinjeksikan ke dalam molding (cetakan). Di

dalam Molding, resin dicetak sesuai dengan desain dari cetakannya, dan mengalami

pendinginan untuk proses perubahan fase dari cair ke padatan (solidifikasi) (Steven, 2011).

Faktor yang mempengaruhi dalamInjection Molding adalah material plastik yang

dipergunakan, mesin injection dan proses Injection Molding. Secara kuantitatif proses

injection molding sangat dipengaruhi: suhu material, tekanan, kecepatan aliran material

dalam silinder dan molding, temperatur molding, kekentalan resin, laju pendinginan.

Namun tidak semua faktor ini dapat terukur dalam ruangan Injection Molding yang

terisolasi (Jamaluddin, 2007).

Plasticizing Process

Plasticizing merupakan salah satu proses dalam Injecttion Molding, proses ini terjadi

dalam plasticizing unit. Resin yang termasuk dalam plasticizing unit dengan adanya screw

yang berputar menjadikan resin tercampur lebih homogen. Dibagian depan screw terjadi

pemanasan resin hingga titik melting, resin mengalami proses plasticizing. Resin berubah

bentuk dari padat ke cairan. Dengan bentuk cairan memudahkan untuk proses injeksi ke

nozzle dan akhirnya molding (Jamaluddin, 2007).

Gambar 7 Plasticizing dalam Screw

Injection

Injection diawali dari resin cair dalam plasticizing unit, diinjeksikan ke nozzle

(sambungan antara molding unit dengan tabung plasticizing unit). Melalui sprue material

mengalir ke molding, tekanan dan kecepatannya aliran ditentukan oleh perputaran screw.

Bagian dwelling akan bekerja untuk menentukan molding telah terisi penuh dengan

8

memberikan tekanan. Colling dilakukan dengan menentukan laju pendinginan untuk

proses solidifikasi plastik, hal ini sangat penting untuk menghasilkan plastik sesuai desain.

Molding dapat dibuka dengan memisahkan satu bagian dengan bagian lain molding.

Selanjutnya plastik hasil injeksi dikeluarkan melalui ejector (Jamaluddin, 2007).

Gambar 8 Clamping Unit, menunjukkan proses injeksi dari

nozzle ke Sprue, molding dan terdapat ejector untuk mrngrluarkan plastik

Polimer yang biasa diproses dengan molding:

a. Polyethylene, polypropylene, dan polystyrene untuk pembuatan container, mainan,

dan peralatan rumah tangga.

b. Polyester untuk gear, bearing, konektor, switch, dan socket listrik, perlengkapan

rumah, pegangan pintu.

c. Nylons untuk peralatan yang digunakan pada temperatur tinggi seperti bagian tangki

radiator mobil dan untuk anti korosi.

d. Acetals untuk gear, bearing, impeller, faucet, dan fitting pipa.

e. Polymethyl methacrylate untuk lensa dan pelindung sinar matahari.

f. Polycarbonates dan ABS untuk peralatan rumah dan mobil.

Injection Molding banyak dipilih karena memiliki beberapa keuntungan diantaranya:

kapasitas produksi tinggi, sisa penggunaan material (useless material) sedikit dan tenaga

kerja minimal. Sedangkan kekurangannya, biaya investasi dan perawatan alat yang tinggi,

serta perancangan produk harus mempertimbangkan untuk pembuatan desain

moldingnya. Keyboard, mouse, panel TV, pesawat telepon merupakan hasil pengolahan

plastik dengan menggunakan teknik injection molding (Sutanto, 2009).

3. Blow Molding

Blow molding merupakan suatu metode mencetak bendakerja berongga dengan

meniupkan atau menghembuskan udara ke dalam material/bahan yang menggunakan

9

cetakan yang terdiri dari dua belahan mold yang tidak menggunakan inti (core) sebagai

pembentuk rongga tersebut (Yuswinanto, 2011).

Material plastik akan keluar secara perlahan akan turun dari dari sebuah Extruder

Head kemudian setelah cukup panjang kedua belahan mold akan dijepit dan menyatu

sedangkan bagian bawahnya akan dimasuki sebuah alat peniup (blow Pin) yang

menghembuskan udara ke dalam pipa plastik yang masih lunak, sehingga plastik tersebut

akan mengembang dan membentuk seperti bentuk rongga mould-nya. Material yang sudah

terbentuk akan mengeras dan bisa dikeluarkan dari mold hal ini karena mold dilengkapi

dengan saluran pendingin di dalam kedua belahan mold. Untuk memperlancar proses

peniupan proses ini dilengkapi dengan pisau pemotong pipa plastik yang baru keluar dari

extruder head (Yuswinanto, 2011).

Tahapan utama dari proses blow molding bisa dijelaskan secara singkat sebagai

berikut:

a. Material thermoplastic dipanaskan sampai keadaan lelehnya tercapai.

b. Selanjutnya lelehan diekstruksi melalui die head untuk membentuk tube berongga

(hollow) yang biasa dikenal sebagai PARISON.

c. Parison lalu dijatuhkan diantara dua bagian cetakan yang melingkar yang selanjutnya

digelembungkan dengan fluida pendorong (gas, udara, dll).

d. Lelehan thermoplastic selanjutnya akan mengalami pengerasan karena proses

pendinginan yang diberikan oleh cetakan (mold).

e. Setelah tercapai waktu pendinginan optimum maka cetakan (mold) akanterbuka dan

produk akhir terjatuh akibat gaya gravitasi atau penggerak otomatis lainnya.

Produk utama yang dihasilkan melalui teknik blow molding adalah botol plastik yang

selanjutnya bisa diproduksi dengan berbagai macamplastik yang berbeda disesuaikan

dengan properties yang diharapkan dan menggunakan metode yang berbeda-beda namun

yang paling banyak diaplikasikan oleh dunia industri meliputi:

a. Ekstrusi Blow Molding

b. Injeksi Blow Molding

c. Strech Blow Molding

d. Reheat BlowMolding

Contoh hasih produksi yang dapat dikerjakan dengan metode ini adalah bentuk gelas

dan botol. Proses tersebut seperti gambar di bawah ini:

10

a. Proses pengisian butiran plastik dari Hopper ke dalam Heater oleh motor Screw

berputar sambil menarik butiran plastik mengisi ruang Heater.

Gambar 9 Proses Pengisian Plastic ke Heater

b. Proses pemanasan butiran plastik ke dalam heater.

Setelah butiran plastik meleleh dan membentuk seperti pasta maka plastik

diinjeksikan ke dalam mold.

Gambar 10 Proses Pemanasan Plastic ke Heater

c. Proses peniupan udara

Saat plastik menempel pada dinding mold seperti pada tahap ke II maka udara dengan

tekanan tertentu ditiupkan ke dalam mold.

11

Gambar 11 Proses Peniupan Udara

d. Proses pengeluaran produk.

Produk dikeluarkan setelah produk dingin, dengan cara salah satu cavity plate

membuka.

Gambar 12 Proses Pengeluaran Produk

4. Rotation Molding

Rotational molding adalah salah satu proses pembentukan plastik. Rotational

moldingbisa juga disebut rotomoulding. Proses ini biasanya menggunakan temperatur

yang tinggi, tekanan rendah (low pressure) dalam metode manufakturingnya yang

mengkombinasikan panas dan perputaran bi-axial (bi-axial rotation).

Dalam proses ini, bubuk digilas halus dan dipanaskan dalam cetakan yang berputar

sampai meleleh. Jika bahan cair yang digunakan, proses ini sering disebut lumpur salju

molding. Resin yang melebur akan seragam dalam melapisi permukaan dalam cetakan.

Gambar 13 Skema dari Rotational Molding

Tujuan dari proses rotational molding adalah untuk mengurangi ongkos produksi dan

membuat design possibilities yang lebih luas/tak terbatas. Hal ini memberikan kesempatan

bagi seorang designer untuk membuat parts dengan ketebalan dinding yang sama dan

12

bentuk yang rumit. Proses ini dapat menjadi alternative bagi proses blow molding,

thermoforming, dan plastic injection molding.

Keuntungan dari proses pembuatan plastik dengan proses rotational molding adalah:

Lebih hemat ongkon produksi.

Memberikan flexibility yang lebih baik dalam mendesain produk.

Ketebalan dinding produk yang dihasilkan akan seragam.

Produk tidak ada parting line.

5. Compression Molding (Thermoforming)

Metode compression molding (thermoforming) merupakan metode mold plastik

dimana material plastik (compound plastic) diletakkan ke dalam mold kemudian setelah

material tersebut menjadi lunak dan bersifat plastis, maka bagian atas dari die atau mould

akan bergerak turun menekan material menjadi bentuk yang diinginkan. Apabila panas

dan tekanan yang ada diteruskan, maka akan menghasilkan reaksi kimia yang bisa

mengeraskan material thermosetting tersebut (Jamaluddin, 2007).

Gambar 14 Proses Compression

Material termosetting diletakkan ke dalam mold yang bersuhu antara 3000F hingga

3590F dan tekanan mold berkisar antara 155 bar hingga 600 bar.

Proses compression molding ada 4 macam yaitu:

1. Flash Type Mold

Jenis ini bentuknya sederhana, murah, saat mold menutup maka material sisa yang

kemudian meluap akan membentuk lapisan parting line/ plain (land B), dan karena

tipisnya akan segera mengeras/beku sehingga menghindari meluapnya material lebih

banyak. Jadi biasanya mold akan diisi material sepenuhnya sampai luapan yang terjadi

sebanyak yang diijinkan.

2. Positive Mold

Jenis ini teriri dari suatu rongga (cavity) yang dalam dengan sebuah plunger yang

mengkompresikan/ memadatkan material kompound pada bagian bawah mold

13

pemberian material disesuaikan dengan kapasitasnya baik dengan cara menimbang

sehingga menghasilkan produk yang baik dan seragam.

3. Landed Positive Mold

Mirip dengan tipe diatas, tetapi tinggi bidang batas dibatasi. Bagian “land” bekerja

menahan tekanan (bukan bagian produknya). Karena ketebalan material terkontrol

dengan baik, maka kepadatan benda kerja tergantung dari posisi pengisian yang

diberikan.

4. Semi Positive Mold

Merupakan kombinasi flash type dan landed positive mold (Jamaluddin, 2007).

6. Transfer Molding

Transfer Molding merupakan proses pembentukan suatu benda kedalam sebuah mold

(yang tertutup) dari material thermosetting, yang disiapkan kedalam reservoir dan

memaksanya masuk melalui runner/kanal kedalam cavity dengan menggunakan panas dan

tekanan (Jamaluddin, 2007).

Pada proses transfer molding dibutuhkan toleransi yang kecil pada semua bagian

mold, sehingga sangat perlu dalam pembuatan mold, sehingga sangat perlu dalam

pembuatan mold, dikonsultasikan secara baik dengan product designer, mold designer,

dan molder/operator untuk menentukan toleransi (Jamaluddin, 2007).

Proses transfer molding terdiri atas dua type yaitu: sprue type dan plunger type. Jenis

plunger memerlukan tekanan yang lebih kecil dibandingkan dengan tipe sprue.

Gambar 15 Proses Transfer Molding