NichtNewtonische

Nicht-Newtonsche Fluide sind Fluide, deren Viskosität nicht konstant bleibt, sondern von der Schergeschwindigkeit abhängig ist und in manchen Fällen auch von der Zeit. Im Gegensatz zu newtonschen Flüssigkeiten ändert sich ihre Viskosität mit der Belastung oder der Verweilzeit, wodurch sich das Fließverhalten unter unterschiedlichen Bedingungen verändert.

Klassifikation und Beispiele

Pseudoplastische (schubverdünnende) Fluide werden fließender, je stärker sie belastet werden: Beispiele sind Blut und Ketchup. Dilatante (schubverdichtende) Fluide werden bei schneller Scherbelastung dicker, etwa eine Maisstärke–Wasser-Suspension, bekannt als Oobleck. Bingham-Plastische Fluide besitzen eine Fließgrenze; sie fließen erst, wenn der auf sie wirkende Stress einen Schwellenwert überschreitet, wie bei Zahnpasta oder einigen Pasten. Thixotrope Fluide verringern ihre Viskosität bei stetigem Schmelz- oder Fließdruck im Zeitverlauf, während rheopektische Fluide das Gegenteil tun. Viskoelastische Fluide zeigen sowohl elastische als auch viscose Eigenschaften und verhalten sich wie eine Mischung aus Gel und Flüssigkeit, z. B. Polymergels oder manche Tropfenflüssigkeiten.

Mechanismen

Das ungewöhnliche Verhalten entsteht durch die Mikrostruktur der Flüssigkeit: Netzwerke aus Partikeln, Polymerketten oder suspendierten Feststoffen können sich unter Scherkraft neu anordnen oder brechen, wodurch sich die Fließeigenschaften ändern. Temperatur, Konzentration und Zusammensetzung beeinflussen zusätzlich die Nicht-Newtonsche Reaktion.

Anwendungen

Nicht-Newtonsche Fluide finden breite Anwendung in der Industrie und im Alltag: Lebensmittel- und Kosmetikformulierungen, Öl- und Gussprozesse, 3D-Druck, Dämpfungssysteme und Schutzausrüstungen, bei denen sich durch Scherbelastung eine verbesserte Stopp- oder Schutzwirkung ergibt (z. B. schergeschützt in Körperpanzern).

Historie

Der Begriff wird verwendet, um Fluide zu beschreiben, die das neuetonsche Verhalten nicht erfüllen, und wird in der Rheologie systematisch untersucht, um Viskosität, Fließgrenze und Zeitabhängigkeit zu charakterisieren.