Rheometrie

Rheometrie ist die Wissenschaft und Praxis der Messung der Fließ- und Verformungseigenschaften von Materialien unter Einwirkung von Kräften. Ziel ist es, das Fließ- und Verformungsverhalten unter verschiedenen Bedingungen zu charakterisieren, insbesondere bei Nicht-Newtonsche Flüssigkeiten, Pasten und Gele. Ein Rheometer misst Stress als Funktion der Deformation oder Dehnung als Funktion der Zeit, wobei geometrische Aufbauten wie Cone-Plate, Parallelplatten, Zylinder-Geometrien (Couette) oder Kapillarrohre verwendet werden.

Tests können statisch oder dynamisch erfolgen. Bei statischen Messungen werden Steady-Shear-Tests durchgeführt, bei denen die Schergeschwindigkeit variiert und die resultierende Scherspannung gemessen wird, um die Viskosität η abzuleiten. Dynamische Tests, das oszillierende rheologische Messverfahren, liefern G' (Speicher-Modul) und G'' (Verlust-Modul) sowie die komplexe Viskosität η. Frequenz- und Temperaturabhängigkeiten werden durch Sweep-Tests und Methoden wie Zeit-Wachstums-Superposition (Time-Temperature Superposition) untersucht. Typische Verhaltensweisen sind Newtonsche Flüssigkeiten (konstante Viskosität) vs. Nicht-Newtonsche, die scherstromabhängig, thixotrop oder viskoelastisch sein können.

Daten werden oft mit rheologischen Modellen wie Herschel-Bulkley, Carreau oder Power-Law beschrieben. In der Praxis finden Rheometrie Anwendungen in der Polymer-, Kunststoff-, Lebensmittel-, Kosmetik-, Lack- und Ölindustrie sowie in Geowissenschaften und Geotechnik.

Standards von ISO und ASTM legen Versuchsdurchführung, Probevorbereitung und Auswertungsverfahren fest. Wichtig ist sorgfältige Probenvorbereitung, Vermeidung von Wandslip und korrekte Temperaturführung.

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