Coeficiente de Dilatación Térmica

 

Coeficiente de Dilatación Térmica

Cuando se calienta el caucho, su largo, área y volumen se expanden y su temperatura sube. La extensión de esta expansión depende del tipo de caucho, del polímero base y de su composición. La expansión es proporcional a la subida de temperatura (ΔT) y al coeficiente de dilatación térmica. Para un material isotrópico, los coeficientes de dilatación térmica superficial y volúmico son, respectivamente, 2x y 3x el coeficiente de dilatación térmica linear.

Coeficiente de Dilatación Térmica Lineal

El coeficiente de dilatación térmica lineal es altamente dependiente de la composición del caucho y, sobre todo, del tipo y de la cantidad de cargas que se presenten. A mayores volúmenes de cargas corresponden coeficientes de dilatación más bajos. Como regla, muy general, se puede decir que el coeficiente de dilatación térmica lineal del caucho es más de diez veces mayor que el del acero, o sea, del orden de 120×10-6 cm.cm-1.°C-1. Para composiciones del tipo “pura goma”, pueden ser del orden de los 200×10-6 cm.cm-1.°C-1 y para composiciones de ebonita puede ser solamente del orden de los 50×10-6 cm.cm-1.°C-1. Con tan grande amplitud se hace necesario conocer exactamente el coeficiente de dilatación térmica de una composición de caucho en lo particular, para la producción de piezas de grande precisión dimensional.

Sea L1 una de las dimensiones de uno artefacto de caucho, si este es calentado desde la temperatura T1 (por ejemplo, desde la temperatura ambiente) hasta la temperatura T2, su buena dimensión va a ser L2:

O sea, su dilatación es:

En la cual α es el coeficiente de dilatación lineal.

 

Coeficiente de Dilatación Térmica Superficial

Sea A1 el área de un artefacto de caucho, si el artefacto es calentado desde la temperatura T1 (por ejemplo, la temperatura ambiente) hasta una temperatura T2, su nueva dimensión del área va a ser A2:

En la cual β es el coeficiente de dilatación superficial. Como se ha dicho, para un material isotrópico, β = 2 . α.

 

Coeficiente de Dilatación Térmica Volúmico

Sea V1 el volumen de un artefacto de caucho, si el artefacto es calentado desde la temperatura T1 (por ejemplo, la temperatura ambiente) hasta una temperatura T2, la nueva dimensión del volumen es V2:

O sea, su dilatación volúmica es:

En lo cual γ es el coeficiente de dilatación volúmica. Como se ha dicho, para un material isotrópico, γ = 3 . α.

En una situación más general, de un material no isotrópico, va a ser necesario determinar, experimentalmente, los coeficientes de dilatación lineal en dos o tres direcciones.

En la Tabla 22, se presentan coeficientes de dilatación térmica para algunos tipos de caucho y para los metales comúnmente utilizados en el fabrico de moldes.

 

Tabla 22 – Conductividades y Coeficientes de Dilatación Térmica
Polímero de base o material Conductividad Térmica Coeficiente de Dilatación Térmica
kJ.m-1.h-1.°C-1 cm.cm-1.°C-1.10-6
AU / EU 0,68 – 1,05 175
Caucho Fluorados 0,68 – 1,08 –
Caucho celular 0,16 –
BR 0,90 225
CR 0,65 – 0,84 125 – 205
CSM 0,95 175
Ebonita 0,61 50 – 77
Ebonita 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
Acero 170 – 210 10 – 18
Aluminio 576 – 917 23,1 – 24
Hierro fundido 168 – 286 9,90 – 12

 

Normas aplicables: ASTM E831-19 (ver Anexo A)