Fließkurve

Fließkurve ist ein Begriff aus der Rheologie und beschreibt die Beziehung zwischen Scherspannung τ und Schergeschwindigkeit γ̇ eines Materials unter einfachem Scherverhalten. Sie wird typischerweise in einem Rotations rheometer bei konstanter Temperatur gemessen. Aus der Fließkurve lässt sich die scheinbare Viskosität η(γ̇) = τ/γ̇ ableiten und das Fließverhalten des Materials charakterisieren.

Bei Newtonschen Flüssigkeiten ist die Fließkurve linear durch den Ursprung, und die Steigung entspricht der konstanten Viskosität des Fluids. Nicht-Newtonsche Flüssigkeiten zeigen dagegen nichtlineare Beziehungen: Bei shear-thinning (pseudoplastisch) nimmt die Viskosität mit zunehmender Schergeschwindigkeit ab, bei shear-thickening (dilatant) zu. Materialien mit Fließgrenze weisen erst ab Überschreiten einer Yield-Spannung τ_y eine Fließung auf.

Modelle der Fließkurve umfassen verschiedene Ansätze. Die einfache Newtonsche Beziehung lautet τ = η γ̇. Der Bingham-Plastik-Ansatz beschreibt τ = τ_y + η_p γ̇. Der Herschel-Bulkley-Modell erweitert dies zu τ = τ_y + K γ̇^n, wobei n ≤ 1 typischerweise für Fließvorgänge steht; der Power-law oder Ostwald-de Waele Ansatz τ = K γ̇^n beschreibt Fließverhalten ohne Fließgrenze (τ unabhängig von γ̇ bei τ = 0 entfällt).

Messung und Anwendungen: Typische Geometrien sind die Kegel-Platten-Geometrie und die Parallelplattengeometrie. Temperaturkontrolle und Probenstabilität sind wichtig. Fließkurven sind entscheidend bei der Formulierung von Farben, Lacken, Lebensmitteln und Kosmetika sowie bei Prozessen wie Beschichten, Extrudieren oder Pumpen. Wichtige Eigenschaften sind das Fließfenster, die Yield-Spannung, die Abhängigkeit von γ̇ und zeitabhängige Phänomene wie Thixotropie.