Coeficientes de Dilatação Térmica

 

Quando a borracha é aquecida, ela expande-se em termos de comprimento, de área e de volume, e a sua temperatura sobe. A extensão dessa expansão depende do tipo de borracha – do polímero base e da sua composição. A expansão é proporcional ao aumento de temperatura (Δt) e ao coeficiente de dilatação térmica. Para um material isotrópico, os coeficientes de dilação térmica superficial e volúmico são, respectivamente, 2x e 3x o coeficiente de dilatação térmica linear.

 

Coeficiente de dilatação térmica linear

O coeficiente de dilatação térmica linear é altamente dependente da composição da borracha e, sobretudo, do tipo e da quantidade de cargas presentes. A maiores volumes de cargas correspondem coeficientes de dilatação térmica mais baixos. Como uma regra muito geral, pode dizer-se que o coeficiente de dilatação térmica linear da borracha é mais de dez vezes maior do que o do aço – portanto da ordem de 120×10-6 cm/cm/ºC. Para composições do tipo pura goma podem ser da ordem dos 200×10-6 cm/cm/ºC e para as composições de ebonite podem ser da ordem de 50×10-6 cm/cm/ºC. Com amplitudes tão grandes, torna-se necessário conhecer exactamente o coeficiente de dilatação térmica de uma composição de borracha em particular, para a produção de peças de grande precisão dimensional.

Seja L1 uma das dimensões de um artefacto de borracha; se o artefacto for aquecido da temperatura T1 ( por exemplo, a temperatura ambiente) até uma temperatura T2, a sua nova dimensão será L2:

Ou seja, a sua dilatação é:

Em que α é o coeficiente de dilatação linear.

 

Coeficiente de dilatação térmica superficial

Seja A1 a área de um artefacto de borracha; se o artefacto for aquecido da temperatura T1 ( por exemplo, a temperatura ambiente) até uma temperatura T2, a nova dimensão da área será A2:

Ou seja, a sua dilatação é:

Em que β é o coeficiente de dilatação superficial. Como foi dito, para um material isotrópico, β = 2.α

 

Coeficiente de dilatação térmica volúmico

Seja V1 a área de um artefacto de borracha; se o artefacto for aquecido da temperatura T1 (por exemplo, a temperatura ambiente) até uma temperatura T2, a nova dimensão do volume será V2:

Ou seja, a sua dilatação volúmica é:

Em que γ é o coeficiente de dilatação volúmico. Como foi dito, para um material isotrópico, γ = 3.α

Num caso mais geral, de um material não isotrópico, será necessário determinar, experimentalmente, os coeficientes de dilatação linear em duas ou três direcções.

Na Tabela 13 apresentam-se coeficientes de dilatação térmica de alguns tipos de borracha e para os tipos de metais utilizados mais correntemente no fabrico de moldes.

 

Tabela 13 – Condutividades e Coeficientes de dilatação térmica
Polímero base ou material Condutividade térmica
kJ m-1 h-1 C-1		 Coeficiente de dilatação térmica,
x10-6 cm cm-1 C-1
AU / EU 0,68 – 1,05 175
Borrachas Fluoradas 0,68 – 1,08 –
Borracha celular 0,16 –
BR 0,90 225
CR 0,65 – 0,84 125 – 205
CSM 0,95 175
Ebonite 0,61 50 – 77
Ebonite celular 0,11 –
ECO – 225
EPDM 0,68 – 0,90 225
IIR/CIIR7BIIR 0,32 – 0,65 130 – 195
NBR 0,86 – 0,92 150 – 200
NR, IR 0,50 – 0,78 180 – 220
NR (pura goma) 0,50 200
Q 0,50 – 1,59 255 – 790
SBR 0,61 – 0,90 180 – 220
Aço 170 – 210 10 – 18
Alumínio 576 – 917 23,1 – 24
Ferro fundido 168 – 286 9,90 – 12

 

Normas aplicáveis: ASTM D864 (Veja-se Anexo A).