Mengenal Plastic Molding (Mold Plastik)

MENGENAL PLASTIC MOLDING (MOLD PLACTIK)
Oleh Okasatria Novyanto

Dewasa ini, pemakaian plastik sebagai bahan komponen kendaraan bermotor, peralatan listrik, peralatan rumah tangga, dll. semakin meningkat. Peningkatan ini tentu saja karena plastik mempunyai karakteristik dan kelebihan-kelebihan, misalnya : lentur, mempunyai daya serap yang tinggi terhadap beban kejut (impact load) dan getaran (vibration), tahan karat, mudah dibentuk, murah, dll.
Definisi
Plastik ialah salah satu bahan baku yang diperoleh melalui proses sintesis dari berbagai bahan mentah, yaitu : minyak bumi, gas bumi dan batu bara. Plastik juga dapat dinamakan bahan organik karena terdiri dari persenyawaan-persenyawaan karbon, kecuali plastik silikon yang mengandung silicium sebagai pengganti karbon (silicium secara kimiawi mirip dengan karbon).
Plastik juga disebut sebagai bahan berstruktur makro molekuler karena bahan tersebut terdiri dari molekul-molekul yang besar (makro).
Susunan Kimiawi dan Fabrikasi Plastik
Semua plastik (kecuali plastik-silikon) terdiri dari persenyawaan karbon yang membentuk molekul makro. Disamping karbon, masih terdapat elemen-elemen lain yang terkandung didalam plastik, yaitu : Hidrogen, Oksigen, Nitrogen, Chlor dan Fluor. Oksigen dan Hidrogen berasal dari bahan mentah (minyak bumi, gas bumi dan batubara). Udara dan air adalah sumber dari Hidrogen, Oksigen dan Nitrogen. Sedangkan Chlor dan Fluor berasal dari garam-garaman (misalnya : NaCl).
Secara umum, fabrikasi dari plastik terdiri atas 2 tahap, yakni :
1. Sintesis dari persenyawaan-persenyawaan organik yang mampu bereaksi. Persenyawaan-persenyawaan tersebut berstruktur molekular tunggal (monomer)
2. Penyatuan molekul tunggal yang mampu bereaksi menjadi molekul makro. Substansi semacam ini umumnya disebut dengan polimer. Dalam reaksi penyatuan tersebut beribu-ribu molekul tunggal dari monomer yang berbentuk gas maupun cair mengikatkan diri satu dengan lainnya menjadi satu molekul makro dari polimer yang berbentuk padat.
Proses pengikatan dari dapat berlangsung dalam 3 macam, yakni : Polimerisasi, Polikondensasi dan Poliadisi.
Pada Polimerisasi terbentuk molekul-molekul makro yang berbentuk benang yang membelit satu dengan lainnya (tampak seperti benang ruwet). Ketidakteraturan susunan ini dinamakan dengan amorpha.
Sebagian molekul-molekul makro dapat memiliki susunan teratur, yakni : susunan satu arah. Susunan yang demikian ini disebut dengan susunan kristalik. Jadi, dengan demikian plastik yang memiliki molekul-molekul makro yang sebagian tersusun secara amorphik dan yang lain tersusun secara kristalik disebut dengan plastik bersusunan kristalik-sebagian.
Salah satu ciri dari plastik amorphik yakni : tembus pandang seperti kaca sedangkan plastik kristalik-sebagian itu mempunyai ciri tidak tembus pandang (seperti “santen”-dalam bahasa jawa).
Melalui proses Polikondensasi dan Poliadisi akan diperoleh molekul-molekul makro yang tidak lagi saling membelit tetapi saling mengikatkan diri secara stereometrik (3D) yang seolah-olah menyerupai sebuah jala. Tempat-tempat pengikatan diri tersebut dapat berjarak pendek maupun panjang.
Jadi dapat ditarik kesimpulan bahwa plastik terdiri dari molekul-molekul makro yang berbentuk benang. Molekul-molekul makro tersebut tersusun secara amorphik, kristalik-sebagian atau jaringan jala.
Jenis Plastik
1. Thermoplast
Thermoplast mempunyai susunan molekul benang ruwet dan tanpa ikatan. Molekul-molekul makro bersatu karena adanya gaya yang berasal dari gesekan dan belitan antar molekul. Plastik semacam ini sangat mudah mengalami deformasi (perubahan bentuk) apabila terkena gaya yang relatip kecil karena posisi-posisi molekul mudah bergeser. Susunan molekul yang semula seperti benang ruwet apabila terkena gaya akan berubah secara teratur (searah dengan gaya). Pada temperatur ruang, gaya lekat antar molekul ini relatip besar, artinya : plastik thermo (thermoplast) keras. Dengan naiknya temperatur maka berkuranglah gaya lekat antar molekul, belitan molekul mengendorkan dari dan plastik menjadi elastis. Apabila dipanaskan lebih lanjut maka molekul-molekul makro akan mudah bergerak, artinya plastiknya menjadi lunak dan akhirnya mencair. Pada proses pendinginan plastik yang mula-mula berada dalam keadaan cair melalui tahap lunak dan elastis menjadi material keras. Perubahan keadaan ini dapat diulangi tanpa batas. Berdasarkan sifat mampu diubah melalui pemanasan tersebut, jenis plastik ini dinamakan dengan thermoplast (thermoplast = panas-bahasa Yunani).
2. Duroplast
Duroplast terdiri dari molekul-molekul makro yang membentuk susunan jala yang rapat. Susunan jala ini terbentuk berdasarkan gaya sambung kimiawi. Gaya sambung kimiawi tersebut apabila mengalami kenaikan temperature maka akan mengecil. Meskipun demikian, pada temperatur tertentu susunan jala yang rapat ini akan mengalami kerusakan dan apabila didinginkan kembali ke temperature semula jala yang telah mengalami kerusakan tidak akan kembali ke susunan atau bentuk semula. Jenis plastik ini apabila dipanaskan maka sifat-sifat mekanisnya hanya mengalami sedikit perubahan. Oleh karena itu jenis plastik ini dinamakan dengan duroplast (duros = keras-bahasa Yunani). Sebelum dikerjakan dilakukan “pembongkaran susunan jala” (umumnya pencairan) pada duroplast dan dikeraskan serta kemudian melalui pemanasan ataupun pungurangan (penurunan) kekerasan dilakukan pengerjaan akhir (pembentukan ke bentuk yang diinginkan).
3. Elastomer
Elastomer terdiri dari molekul-molekul makro yang membentuk susunan jala yang renggang. Susunan jala yang renggang ini terbentuk berdasarkan gaya fisik (yaitu : gaya gesek dan belitan) dan gaya sambung kimiawi yang terdapat pada ikatan-ikatan antara dua molekul makro. Ikatan antara dua molekul makro pada elasthomer memiliki jarak satu dengan lainnya yang relatip besar bila dibandingkan dengan duroplast. Kedua jenis gaya itulah (Fisik dan kimiawi) yang menentukan sifat dari elastomer, yaitu : molekul-molekul makro yang tersusun “ruwet” dapat diluruskan dengan sebuah gaya dan apabila gaya tersebut dihilangkan maka susunan molekul makro akan kembali ke susunan semula, yaitu : susunan “ruwet”. Sifat elastik seperti pada karet inilah yang menjadi alasan mengapa jenis plastik ini dinamakan elastomer.
Tetapi meskipun demikian, apabila elastomer dipanaskan melebihi batas temperatur yang diizinkan dan kemudian didinginkan lagi maka elastomer akan rusak seperti pada duroplast.
Pengertian Plastic Molding (Mold Plastik)
Secara umum pengertian Plastic molding adalah 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 prisipnya adalah suatu alat (tool) yang digunakan untuk membuat komponen-komponen dari material plastik dengan sarana mesin cetak plastik.
Metode Dasar Plastic Molding
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 Material Plastik yang digunakannya Plastic Molding dapat dibedakan atas beberapa jenis yaitu:
1. Blowing molding.
2. Compression molding.
3. Extrusion molding
4. Transfer molding.
5. Injection molding.
Metode Blow molding
Blow molding merupakan suatu metode mencetak benda kerja berongga dengan cara meniupkan atau menghembuskan udara kedalam material/bahan yang menggunakan cetakan yang terdiri dari dua belahan mold yang tidak menggunakan inti (core) sebagai pembentuk rongga tersebut.
Material plastik akan keluar secara perlahan secara perlahan akan turun dari sebuah Extruder Head kemudian setelah cukup panjang kedua belahan akan mold akan di jepit dan menyatu sedangkan begiah 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 didalam kedua belahan mold. Untuk memperlancar proses peniupan proses ini dilengkapi dengan pisau pemotong pipa plastik yang baru keluar dari extruder head.
Contoh hasil produksi yang dapat dikerjakan dengan metode ini adalah bentuk Gelas dan botol. Proses tersebut seperti gambar dibawah ini:
1. Proses Pengisian butiran Plastik dari Hopper kedalam Heater. Oleh motor Srew berputar sambil menarik butiran plastik mengisi ruang Heater.

2. Proses pemanasan butiran plastik kedalam heater. Setelah butiran plastik meleleh dan membentuk seperti pasta maka plastik diinjeksikan kedalam mold 3. Proses peniupan udara. Saat plastik menempel pada dinding mold seperti pada tahap ke II maka udara dengan tekanan tertentu ditiupkan kedalam mold. 4. Proses pengeluaran produk. Produk dikeluarkan setelah produk dingin. dengan cara salah satu cavity plate membuka. Metode Compression molding (Thermoforming)
Compression molding (Thermoforming) merupakan metode mold plastik dimana material plastik (compound plastic) diletakan kedalam mold yang dipanaskan 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 thermoseting tersebut. Material Thermosetting diletakan kedalam mold yang bersuhu antara 300 derajat Franheit hingga 359 derajat Franheit dan tekanan mold berkisar antara 155 bar hingga 600 bar.
Proses compression molding dapat dibedakan atas empat 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 di isi material sepenuhnya sampai luapan yang terjadi sebanyak yang diijinkan.
2. Positive mould - jenis ini terdiri dari dari suatu rongga (cavity) yang dalam dengan sebuah plunger yang mengkompresikan/memadatkan material kompoud pada bagian bawah mold pemberian material disesuaikan dengan kapasitasnya baik dengan cara menimbang sehingga menghasilkan produk yang baik dan seragam.
3. Landed Positive Mold - mirip dengan tipe diatas ,akan 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 antara flash type dan landed positive mold.
Metode Extrusion molding
Extrusion molding mempunyai kemiripan dengan injection molding, hanya pada extrusion molding ini material yang akan dibentuk akan berupa bentukan profil tertentu yang panjang. Pada prinsipnya juga ada bagian mesin yang berfungsi mengubah material plastik menjadi bentuk lunak (semifluida) seperti pasta dengan cara memanaskannya dalam sebuah silinder, dan memaksanya keluar dengan tekanan melalui sebuah forming die (extruder head or hole), yaitu suatu lubang dengan bentuk profill tertentu itu akan keluar dan diterima oleh sebuah conveyor dan dijalankan/ditarik sambil didingikan, sehingga profil yang terbentuk akan mengeras, dan setelah mencapai panjang tertentu akan dipotong dengan pemotong yang melengkapi mesin extrusi tersebut. Berikut ini contoh proses Extrusion molding :
1. Butiran kecil material plastik oleh gerakan srew dimasukkan kedalam silinder heater dipanaskan untuk diubah menjadi material kental seperti pasta.
2. Didalam silinder Heater atau pemanas, butiran plastik berubah menjadi cair, lalu dengan tekanan tertentu dimasukkan melalui sebuah forming die (extruder head atau hole), yaitu suatu lubang dengan bentuk profill. 3. Produk ditarik atau dikeluarkan dan diterima oleh sebuah conveyor dan dijalankan/ditarik sambil didingikan, sehingga profil yang terbentuk akan mengeras. Berikut ini contoh produk-produk yang dihasilkan dengan extrution molding. Bentuk extruder head (forming) ini bisa bermacam-macam, sesuai dengan keinginan kita dan bisa dipasang dan diganti-ganti karena dilengkapi dengan holder. Tentu saja bagian ini harus dibuat dari bahan baja pilihan yang dikeraskan, yang mampu menahan panas dan gesekan dari material yang diproses.pendinginan benda kerja dilakukan dengan menyemprotkan udara pada profil yang berjalan, sehingga bisa merata keseluruh bagian/panjang profil yang dihasilkan.
Metode 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.
Pada proses transfer molding dibutuhkan toleransi yang kecil pada semua bagian mold, sehingga sangat perlu dalam pembuatan mold, dikonsultasikan secara baik dengan product designer, mold designer dan molder/operator untuk menentukan toleransi.
Proses transfer moulding terdiri atas dua type yaitu: sprue Type dan plunger tipe. Jenis plunger memerlukan tekanan yang lebih kecil dibandingkan dengan tipe sprueMetode Injection molding
Proses injection molding merupakan proses pembentukan benda kerja dari material compound berbentuk butiran yang ditempatkan kedalam suatu hopper/torong dan masuk kedalam silinder injeksi yang kemudian didorong melalui nozel dan sprue bushing kedalam rongga (cavity) dari mold yang sudah tertutup. Setelah beberapa saat didinginkan, mold akan dibuka dan benda jadi akan dikeluarkan dengan ejector. Material yang sangat sesuai adalah material thermoplastik dan karena pemanasan material ini akan melunak dan sebaliknya akan mengeras lagi bila didinginkan. Perubahan–perubahan ini hanya bersifat fisik, jadi bukan perubahan kimiawi sehingga memungkinkan untuk mendaur ulang material sesuai dengan kebutuhan.
Material plastik yang dipindahkan dri silinder pemanas biasanya suhunya berkisar antara 177 derajat Celcius hingga 274 derajat Celcius. Semakin panas suhunya, plastik/material itu akan semakin encer (rendah viskositasnya) sehingga semakin mudah diinjeksi,disemprotkan kedalam mold. Setiap material memiliki karakter suhu molding. Semakin lunak formulasinya, yang berarti kandungan plastis tinggi, membutuhkan temperatur rendah, sebaliknya yang memiliki formulasi lebih keras butuh temperatur tinggi. Bentuk-bentuk partikel yang sulit, besar dan jumlah cavity yang banyak serta runner yang panjang menyebabkan tuntutan temperatur yang tinggi atau naik.
Proses kerja mold injeksi berkisar antara 35 detik yang terdiri atas beberapa tahap seperti kedua gambar dibawah in :
Untuk mempercepat proses pengerasan/pembekuan material yang telah di Injeksi ke dalam cavity maka mold selalu didinginkan sehingga produk cepat dikeluarkan dari mold tanpa rusak/cacat, dengan demikian berarti memperpendek cycle time-nya. Hal ini dikerjakan dengan mengalirkan cooling yang mengelilingi cavity dalam mold plate dengan suhu cooling antara 30 derajat hingga 70 derajat. Untuk pekerjaan-pekerjaan khusus kadang-kadang juga diperlukan perlakuan panas mold plate (menjaganya pada suhu tertentu) sampai dengan 170 derajat Celcius.
Pembuatan mold injeksi membutuhkan tooling cost atau biaya peralatan yang tinggi namun memiliki “cylce time” atau waktu produksi yang lebih cepat dibandingkan dengan proses yang lainnya. Dengan pertimbangan waktu produksi yang cepat maka biaya tiap bagiannya akan menjadi lebih murah apalagi jika berjalan secara otomatis.
Berdasarkan jumlah pelatnya umumnya mold injeksi dibagi atas dua type yakni tipe two plate and three plate mold seperti pada gambar dibawah ini: Berdasarkan jenis runner mold injeksi dapat dibedakan atas beberapa tipe antara lain:
1. Mold konvensional dengan runner dingin (cold runner) 2. Mould dengan runner yang terisolasi
Keuntungan tipe ini adalah temperatur cairan yang masuk stabil, tidak memerlukan kepressian yang tinggi tentang keseimbangan runner. Namun jenis ini memerlukan biaya produksi dan perawatan yang tinggi serta desain dan pengoperasiannya yang rumit. 3. Mold hot runner
Keutungan jenis mould ini adalah waktu pemanasan awal berkurang dan cocok untuk cavity yang besar dan jumlah banyak. Namun tipe ini membutuhkan desain dan produksi yang rumit sehingga biayanya juga tinggi. Pada pembahasan mengenai mould injeksi ini penulis akan batasi pada jenis cold runner two plate khususnya pada pembuatan mold tangki radiator. Selain terdiri atas beberapa jenis runner injeksi mold juga terdiri dari berbagai tipe gate, sprue dan ejector.
Beberapa tipe atau jenis gate yang biasanya digunakan dalam injection mold antara lain :
1. Manually Trimmed :
a. Fan Gate
b. Sprue gate
c. Direct of Pin Gate
d. Tab Gate
e. Edge Gate
2. Automatically Trimmed:
a. Pinpoint Tab Gate
b. Submarine or Tunnel Gate
Keterangan
1. Mannually trimmed :
a. Fan or flash type gate - cocok untuk benda kerja yang tipis, rata tetapi besar atau lebar. Sering disebut juga sebagai band gate (film gate). b. Sprue gate - Metode paling tua dan paling sederhana, dimana material disemprotkan langsung melaluoi sprue tanpa melalui runner. Metode ini Biasannya digunakan untuk pada mold satu cavity. c. Ring type gate - sesuai untuk benda-benda kerja yang berbentuk silindris dan berlubang, karena bentuk runner dan gate-nya mengelilingi core, dan masuk ke dalam cavity secara bersama. d. Disk atau Diagram gate - digunakan untuk benda kerja yang berbentuk annular dan rata. Bagian sprue-nmya langsung ke bentuk disk atau piringan dan material mengalir dari pusat ke segala arah menuju cavity untuk menghindari pengelasan. Jadi metupakan kebalikan dari sistem ring gate yang memasukkan material dari pinggir lingkaran menuju benda kerja. Pekerjaan finishing tinggal memotong bentuk disk-nya yang membentuk gate. e. Tab gate (flash and Square) - Gate kecil antara dinding dan ujung runner yang berbentuk bulat penuh itu akan menaikkan suhu atau temperatur dari material, dan menyebabkan plastik panas itu mudah masuk ke dalam cavity. Biasanya menghasilkan bentuk yang bagus, mengurangi “sink mark” (kerutan akibat ketebalan material yang tidak sama), sehingga juga memperbaiki stabilitas ukuran benda kerja. 2. Automatically trimmed :
a. Pin point gate - cocok untuk material polystyrene. Bentuk runner-nya adalah bulat dan ujungnya berbentuk bola dan diteruskan oleh gate tersebut masuk ke dalam cavity. b. Tunnel (sub marine gate) - bentuknya menyerupai terowongan kerucut dari runner ke dalam cavity. Tujuannya adalah untuk memisahkan produk terhadap runner secara otomatis pada saat produk didorong keluar, sehingga sangat mengurangi (waktu) pekerjaan finishing. Untuk itu perlu dicermati konstruksi dan ukuran dari runner, gate, dan sudut kemiringannya. Bentuk-bentuk lain ejector terdiri atas beberapa tipe antara lain :
1. Sleeve Ejector
Sleeve Ejector digunakan untuk benda yang sirkular (silindris dan berlubang ditengahnya dan mempunyai ketebalan benda yang tipis. Inti atau core itu sendiri dipasang pada ejector plate. Ejector tersebut melingkari core pin dan menyentak produk diseluruh sudut.
2. Blade ejector atau pisau
Blade ejector digunakan untuk mengeluarkan produk yang mempunyai ribb atau penguat yang tipis dan panjang.
3. stripper plate atau pelat peyentak
stripper plate digunakan untuk mengeluarkan produk yang core-nya berbentuk taper dengan menggunakan pelat secara akurat disekeliling core. Stripper plate ini merupakan solusi yang mahal karena dibutuhkan ketepatan ukuran sehingga tidak mudah terjadi flashing (jebret). Keuntungan dari tipe ini yakni bekas ejector tidak nampak.
4. Disk ejector
Disk ejector digunakan untuk mengeluarkan produk yang besar, sirkular dan tipis.
Bentuk sprue yang umum digunakan dalam injection molding adalah seperti pada gambar dibawah ini :