Viskosimetrie

Viskosimetrie
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Abb. 3:
Schematische Darstellung des Fließverhaltens nicht-NEWTON'scher Fluide
• Dilatanz: Von dilatantem Fließverhalten spricht man, wenn sich die Scherviskosität mit
steigender Schergeschwindigkeit erhöht. (D.h. das Fluid wird beim Fließen "dickflüssiger".)
Beispiel: Stärkeaufschlämmung in Wasser. Ursache der Dilatanz: Wechselwirkungen
zwischen den Partikeln (Ladungen) und Immobilisierung des Dispersionsmittels.
• Plastizität: Bei Stoffen mit plastischem Fließverhalten beginnt das Fließen erst oberhalb
einer Mindestschubspannung. Unterhalb dieser Grenze verhält sich die Substanz wie ein
Feststoff. Bei diesen Stoffen handelt es sich meist um stark gefüllte, disperse Systeme mit
benetztem dispersen Anteil. Bei sehr niedrigen Einwaagekonzentrationen des Feststoffes
verhalten sich diese Fluide wie Newtonsche Flüssigkeiten. Beispiele: Farben, Lacke, Mayonnaise,
Zahnpasta, Vaseline. Diese Stoffe sind meist gleichzeitig thixotrop 1 .
Pseudoplastizität: Pseudoplastisches Fließverhalten (Strukturviskosität) zeigen Polymerfluide
oder Stoffe, die durch energetische Wechselwirkungen (H-Brücken, interionische
Wechselwirkungen, ...) Überstrukturen aufbauen können. Bei kleinen Schergeschwindigkeiten
(im sogenannten Bereich der Ruhescherviskosität η 0 oder 1. Newtonschen Bereich)
ist die Scherviskosität unabhängig von der Schergeschwindigkeit, d.h. die Kettenmoleküle
bzw. -segmente relaxieren schnell genug. Oberhalb einer kritischen Schergeschwindigkeit
nimmt die Scherviskosität ab und weist dann eine lineare Abhängigkeit von der Schergeschwindigkeit
auf. Als mögliche Erklärung für dieses Phänomen wird eine Streckung der
Polymerketten mit zunehmender Schergeschwindigkeit angenommen, bis ein Maximalwert
erreicht ist.
Beispiele: Lacke, Thermoplaste, Mehrbereichsöle, Klebstoffe. Diese Stoffe haben gleichzeitig
die Tendenz viskoelastisch zu sein, d.h. neben den beim Fließen auftretenden Schubspannungen
(viskoser Anteil) treten auch sogenannte Normalspannungen (elastischer Anteil)
auf, wobei ein Teil der auf das Fluid wirkenden Deformationsenergie für reversible
elastische Verformungen verbraucht wird.
1 Thixotropie bezeichnet die Eigenschaft eines nicht-Newtonschen Fluids, bei einer konstanten Scherung die
Viskosität mit der zeit zu verringern. Nach Aussetzung der Scherbeanspruchung wird die Ausgangsviskosität
wieder aufgebaut. Das gegensätzliche Verhalten wird Rheopexie genannt.
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Apparatives Praktikum Physikalische Chemie, Dr. Christof Maul SS 2009
TU Braunschweig, Institut für Physikalische und Theoretische Chemie