FH D - Frank Kameier - Fachhochschule Düsseldorf

Die Auftragung der Schubspannung τ über dem Schergefälle γ& oder D nennt man „Fließkurve“
einer Substanz. Hängt die dynamische Viskosität (im folgenden vereinfacht „Viskosität“ genannt)
eines Fluids nur von Temperatur und Druck ab, so spricht man von einem „newtonschen“ Fluid.
Hierzu zählen alle Gase sowie niedermolekulare, einphasige Flüssigkeiten wie Wasser,
Mineralöle, organische Lösungsmittel und viele mehr. Die Fließkurve einer newtonschen
Substanz stellt eine Gerade durch den Ursprung dar mit der Geradengleichung (Umkehrung von
Gl. 3):
dc
τ = η ⋅ γ&
= η ⋅
(4)
dy
Bild 2
Bei höhermolekularen Stoffe sowie mehrphasigen Systemen ist die Viskosität oft zusätzlich von
der Beanspruchung abhängig. So sind z.B. Farben und Lacke bei der Verarbeitung mit Pinsel
oder Sprühgerät dünnflüssiger als im bereits aufgetragenen (aber noch nicht getrockneten)
Zustand. Flüssigkeiten, deren Viskosität vom Schergefälle bzw. von der Scherzeit abhängen,
werden „nicht-newtonsche Flüssigkeiten“ genannt. Hierzu zählen auch Stoffe, deren
Eigenschaften sowohl Festkörper- wie auch Flüssigkeitsmerkmale aufweisen (die sogenannten
viskoelastischen Flüssigkeiten). Bei nicht-newtonschen Substanzen ist die Fließkurve keine
Gerade durch den Ursprung (gemäß Gl. 4). Ihre Fließkurven sind mehr oder weniger stark
gekrümmt oder weisen einen Ordinatenabschnitt auf (Bild 2). Solche Fließanomalien hängen
ausschließlich mit der Struktur der betreffenden Flüssigkeit zusammen.
Ein sogenanntes „Bingham-Medium“ verhält sich unterhalb einer Mindestschubspannung τo (Bild
2) wie ein Festkörper, d.h. elastisch. Beim Überschreiten dieser „Fließgrenze“ setzt Fließen ein;
das Medium verhält sich bei höheren Schubspannungen wie eine newtonsche Flüssigkeit.
Klassische Beispiele für solche Substanzen sind Zahnpasta oder Fette. Drückt man Zahnpasta
aus der Tube heraus, wird die Fließgrenze nur an der Wand der Tubenöffnung überschritten, der
Rest bleibt starr und gleitet auf dem dünnen, fließenden äußeren Film nach außen ab. Wird die
Belastung abgebrochen, kommt auch das Fließen augenblicklich zum Stillstand.
Bei „strukturviskosen“ Flüssigkeiten nimmt die Schubspannung mit steigendem Schergefälle nur
unterproportional zu. Dies bedeutet andererseits, dass die (scheinbare) Viskosität einer solchen
Flüssigkeit mit steigendem Schergefälle sinkt (Bild 3). Ein solches Verhalten zeigen z.B. viele
Malerfarben: während der Pinselbewegung (Schergefälle!) ist das Material dünnflüssig und lässt
sich leicht verarbeiten, hört die Bewegung auf, haftet die Farbe an der Oberfläche und läuft nicht
ab. Ein anderes Beispiel ist Haargel, das beim Auftragen (Verreiben) dünnflüssig sein, aber im
Kameier/Müller 3
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