Strukturviskos


Strukturviskos

Strukturviskosität, auch Scherentzähung genannt, ist die Eigenschaft eines Nichtnewtonschen Fluids, bei hohen Scherkräften eine niedrigere Viskosität zu zeigen.

Je stärker die Scherung ist, die auf das Fluid wirkt, desto weniger viskos, also dünnflüssiger, ist es. Im Englischen wird solch ein Fluid daher auch treffenderweise „shear-thinning“ genannt, im Deutschen also „scherverdünnend“, was gelegentlich auch als Synonym für strukturviskos verwendet wird. Da die Viskosität nicht konstant bleibt, wird dies als nicht-newtonsches Verhalten klassifiziert (neben der Strukturviskosität gehören dazu u. a. noch die Dilatanz, Thixotropie und die Rheopexie).

Die Abnahme der Viskosität entsteht durch eine Strukturänderung im Fluid, die dafür sorgt, dass die einzelnen Fluid-Partikel (z. B. Polymerketten) besser aneinander vorbei gleiten können.

Das gegensätzliche Verhalten wird Dilatanz genannt.

Wenn die Viskosität nach Verminderung der Scherkraft nicht sofort wieder ansteigt, spricht man auch von Thixotropie.

Beispiele

  • In Polymerlösungen und -schmelzen sind die einzelnen Polymerketten miteinander verschlauft (= verhakt). Bei steigender Scherkraft lösen sich diese Verschlaufungen und die Viskosität sinkt. Dieser Effekt spielt bei der Verarbeitung von Thermoplasten eine große Rolle. So werden bei der Erstellung von dünnwandigen Spritzgußteilen geringere Einspritzdrücke benötigt als bei Dickwandigen.
  • Nicht-tropfende Wandfarbe tropft nicht von der Rolle, da die Scherung klein und somit die Zähigkeit bzw. Viskosität groß ist, wogegen sie auf die Wand leicht aufzutragen ist, da die dünne Schicht zwischen Wand und Rolle eine große Scherung hervorruft und somit die Viskosität klein ist.
  • Blut hat bei kleinen Scherkräften eine hohe Viskosität. Bei stärkeren Scherkräften verformen sich die roten Blutkörperchen zu eher länglichen Gebilden. Dadurch kann das Blut besser durch die kleinen Adern fließen.
  • assoziative Materialien sind Systeme, bei denen sich über physikalische Wechselwirkungen, beispielsweise Wasserstoffbrückenbindungen oder Ion-Dipol-Wechselwirkungen, kleine Moleküle zusammenlagern – zu supramolekularen Systemen. Durch Scherung werden diese (im Vergleich zu Sigma-Bindungen) schwachen Bindungen aufgebrochen, was die Viskosität senkt. Die Besonderheit hierbei ist, dass die Bindungen erst nach einer gewissen materialspezifischen Zeit sich vollständig zurückbilden (→ Thixotropie). Technisch wichtige Vertreter sind Ionomere.

Fließgrenze

Bei Systemen mit Füllstoffen tritt eine Besonderheit auf. Man kann beispielsweise Blut als eine Suspension aus Wasser und diversen Feststoffen (roten Blutkörperchen) begreifen. Wenn sich die Feststoffe in einer bestimmten Formation zusammenlagern, ergibt sich ein verändertes Fließverhalten. Bei geringen Scherraten tritt eine starke Fließbehinderung ein, die man als Fließgrenze bezeichnet.

Die Fließgrenze ist beispielsweise von Bedeutung, wenn versucht wird, aus einer Ketchupflasche, die längere Zeit nicht bewegt wurde, etwas Ketchup zu entnehmen. Entweder die aufgebrachte Scherbeanspruchung ist sehr gering, dann tut sich nichts oder die Fließgrenze wird durch starke Beanspruchung überwunden, dann kommt viel zu viel heraus.


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