Materialviskosität

Materialviskosität ist der Widerstand eines Materials gegen Fließen oder Verformen unter Schub. Physikalisch beschreibt sie die innere Reibung zwischen benachbarten Schichten eines Materials, die durch eine Schergeschwindigkeit γ̇ erzeugt wird. Die dynamische Viskosität η ist definiert durch die Beziehung τ = η · γ̇, wobei τ die Scherspannung ist. Die kinematische Viskosität ν ergibt sich aus ν = η / ρ, mit der Dichte ρ des Materials. Die Größen werden in Pa·s bzw. m^2/s angegeben.

Man unterscheidet zwischen Newton’schen und Nicht-Newton’schen Flüssigkeiten. Newtonsche Flüssigkeiten haben bei festen Temperatur- und Druckbedingungen eine konstante Viskosität, unabhängig vom Schergeschwindigkeitsprofil. Nicht-Newton’sche Flüssigkeiten zeigen eine Viskositätsänderung mit der Schergeschwindigkeit, der Zeit oder beidem; häufige Beispiele sind Schubspindel-, Schubsenkung- oder Schubabnahmeverhalten (Schubabnahme, Pseudoplastizität; Schubhochverhalten, Dilatanz) sowie Fließeigenschaften mit Fließgrenze (Bingham-Plastik).

Temperatur, Druck und chemische Zusammensetzung beeinflussen die Viskosität stark. Allgemein nimmt die Viskosität mit steigender Temperatur ab; bei höheren Drücken kann sie zunehmen. In der Praxis werden Viskositäten je nach Medium in unterschiedlichen Bereichen gemessen, oft mit Kapillar- oder Rotationsviskosimetern; die Einheit der dynamischen Viskosität ist Pa·s, die der kinematischen Viskosität m^2/s. Zentrosenrollen und Rankine-Druck unterscheiden sich je nach Dichte.

Wichtige Einflussfaktoren sind Molekularstruktur, Molekulargewicht, Verzweigungsgrad, Lösungskonzentration, Suspensionen und Gelstrukturen. In der Polymertechnik, Lebensmittelforschung, Schmierstofftechnik und Biologie ist die Viskosität ein zentraler Parameter für Pumpen, Mischungen, Verarbeitungsprozesse und Fließverhalten.