Effetto Gough-Joule - Polímeros termoplásticos, elastómeros y aditivos

El efecto Gough-Joule es típico de los materiales que tienen una estructura similar a los elastómeros. Describe la tendencia de la goma a contraerse cuando se calienta durante un estado de tensión y también sirve para definir el aumento de temperatura de una tira de goma cuando se estira adiabáticamente, por lo que este término se utiliza para indicar la dependencia de la deformación mecánica de la temperatura. . Es útil detenerse en este fenómeno debido al gran interés en el campo automotriz donde los diferentes componentes elastoméricos están sujetos a estrés y calentamiento y para esto requieren un diseño específico que tenga en cuenta la posible contracción del material. Como es visible, este comportamiento va en contra de la lógica de expansión de volumen con el calentamiento típico de gases, pero es posible tener una explicación al realizar un análisis termodinámico o mediante mediciones empíricas de la tensión del elástico en función de la temperatura (estudios Savarino y Fisch). El tratamiento termodinámico es similar al de un gas sujeto a un cambio repentino en el volumen, por lo tanto, la energía libre de Gibbs debe analizarse porque durante el estiramiento del componente de caucho hay una disminución en la entropía y aproximadamente un ΔH = 0 es decir, sin intercambios de calor con el entorno para el que se obtiene:

De la ecuación se observa que la energía depende exclusivamente del término entrópico para el que se obtendrá un aumento de energía debido a la reducción de la entropía. Esta correlación es el punto común que une el tratamiento elastomérico con el de los gases; de hecho, al calentar un gas se obtiene el estado de máxima entropía: hay un aumento de volumen a presión constante o presión a volumen constante con aumento de temperatura . Desde un punto de vista experimental, el sistema que se muestra en la figura se usa en el que se coloca un elástico dentro de un tubo de ensayo donde se tensa y se engancha a un medidor de tensión. La temperatura varía gracias al agua insertada dentro del sistema y su estabilidad se verifica con un termómetro. Desafortunadamente, experimentalmente es difícil obtener mediciones ideales debido a dos problemas principales: el primero ocurre durante la liberación de la tensión, el elástico tiende a disminuir el retorno al estado original para generar una histéresis en la medición de la tensión y causar un incumplimiento entre especímenes relajados de la misma longitud; el segundo consiste en la deformación permanente que puede sufrir un elástico si se tensa durante un período demasiado largo. Sin embargo, los resultados experimentales confirman la existencia del efecto Gough-Joule. En conclusión, es bueno resaltar cómo este efecto es evidente solo en el caso de que el elastómero sufra una fuerza constante (deformación y posteriormente calentamiento), de lo contrario, este material también tiende a expandirse con un aumento de la temperatura.