Rheologie

Rheologie ist die Wissenschaft vom Fließen und der Verformung von Materie unter mechanischer Belastung. Sie befasst sich damit, wie Stoffe auf Scherung oder Dehnung reagieren und wie ihr zeitabhängiges Fließ- und Verformungsverhalten aus ihrem inneren Aufbau resultiert. Im Mittelpunkt stehen Größen wie Viskosität, Fließkurven und viskoelastische Eigenschaften von Fluiden und weichen Feststoffen.

Zentrale Konzepte sind Schergeschwindigkeit gamma_dot und Scherspannung tau. Das Verhältnis tau/gamma_dot definiert die Viskosität. Newtonsche Fluide haben eine konstante Viskosität unabhängig von gamma_dot; nicht-Newtonsche Fluide zeigen Abhängigkeiten von der Scherrate und können scherverdicken, schererwärme oder zeitabhängig verhalten. Zeitlich veränderliche Eigenschaften führen zu Phänomenen wie Thixotropie (Viskositätsabnahme mit der Dauer der Belastung) und Rheopexie (Zunahme).

Viscoelastische Materialien weisen sowohl fließ- als auch elastische Anteile auf; sie lassen sich mit mechanischen Modellen beschreiben, etwa Maxwell-, Kelvin-Voigt- oder Standard-Linear-Solid-Modelle, die Feder-Dämpfer-Netzwerke verwenden.

Messmethoden in der Praxis umfassen Rotations- und Kapillarrheometrie, Oszillationsmessungen sowie die Bestimmung von Fließkurven, Speicher- und Verlustmodulen. Diese Instrumente liefern quantitative Kennwerte für Formulierungen in Forschung und Industrie.

Anwendungen finden sich in Polymertechnik, Lebensmittel- und Kosmetikindustrie, Geowissenschaften, Biomedizin und Bauwesen. Die Rheologie dient der Entwicklung, Verarbeitung und Qualitätskontrolle von Materialien sowie dem Verständnis ihres Verhaltens unter realen Prozessbedingungen. Die Grundlagen reichen von Newtons Gesetzen der Viskosität bis zu zeit- und messabhängigen Modellen, die komplexe Fluide und Weichgewebe beschreiben.