nichtNewtonischen

Nicht-Newtonische Fluide sind Flüssigkeiten, deren Viskosität sich nicht konstant verhält, sondern von der Scherrate, der Schubspannung oder der Zeit abhängt. Im klassischen Newtonschen Modell ist die Viskosität bei gegebener Temperatur konstant, weshalb die Schubspannung proportional zur Scherrate verläuft. Bei nicht-Newton’schen Flüssigkeiten weichen diese Beziehungen jedoch deutlich ab.

Die gängigsten Kategorien umfassen scherratesensitive Fluide, die als scherverdünnend (pseudoplastisch) bezeichnet werden, wobei die Viskosität bei zunehmender Scherrate sinkt; scherratendichte (dilatant) Fluide, bei denen die Viskosität mit steigender Scherrate zunimmt; sowie Fluide mit Fließgrenze (yield stress), zu denen Bingham- oder Herschel-Bulkley-Modelle passen. Zusätzlich gibt es zeitabhängige Effekte: Thixotie, bei der die Viskosität unter stetiger Scherung mit der Zeit abnimmt, und Rheopexie, bei der sie zeitabhängig zunimmt. Viele nicht-Newtonische Fluide zeigen außerdem viskoelastische Eigenschaften, bei denen sich flüssiges Verhalten mit elastischen Anteilen mischt.

Typische Beispiele sind Ketchup und Zahnpasta (scherverdünnend bzw. mit Fließgrenze), Maisstärke-Wasser-Gemische (Oobleck, scherverdickend unter plötzlicher Belastung), Honig sowie viele Polymerschmelzen und Suspensionen. In der Industrie spielen nicht-Newtonische Fluide eine zentrale Rolle in der Lebensmitteltechnik, Kosmetik, Schmierstoffen, Bohrungen und Betonherstellung, wo das Fließverhalten unter unterschiedlichen Belastungen kritisch ist.

Zur Beschreibung werden rheologische Modelle wie das Ostwald-de Waele (Power-Law) Modell für scherverdünnende bzw. scherverdickende Systeme, das Herschel-Bulkley-Modell (mit Fließgrenze) oder Bingham-Plastikmodelle verwendet. Messungen erfolgen über Rotations- oder Kapillarrheometer, um Scherrate, Schubspannung und zeitabhängige Effekte zu charakterisieren.