Fließ- / Viskositätskurve
Dynamische Viskosität oder Schubspannung
als Funktion der Scherrate
Zur allgemeinen Bestimmung des Fließverhaltens einer Probe wird die Viskosität in einem Rotationsrheometer in Abhängigkeit von der Scherrate gemessen. Zur Darstellung der Ergebnisse trägt man entweder die Viskosität oder die Schubspannung gegen die Scherrate auf und erhält damit die Viskositäts- bzw. die Fließkurve. Häufig spricht man jedoch bei beiden Diagrammen von Fließkurven. Fließkurven sind meist die erste und häufig auch die wichtigste rheologische Messung. Man erkennt an ihnen das Fließverhalten sowohl bei niedrigen Scherraten (langsame Bewegung) als auch bei hohen Scherraten (schnelle Bewegung). Niedrige Scherraten treten z.B. beim Verlaufen und Ablaufen von Farben auf, bei der Sedimentation und beim langsamen Fließen. Hohe Scherraten (> 1.000 1/s) treten bei fast allen technischen Verarbeitungsprozessen auf, z.B. beim Streichen, Sprühen oder beim Strömen durch Leitungen.
An der Fließkurve lässt sich ablesen, wie hoch die Viskosität im interessierenden Scherratenbereich ist: Möchte man das Verlaufverhalten beurteilen, muss man die Viskositätswerte bei geringen Scherraten unterhalb von 1 1/s betrachten. Interessiert man sich dagegen für das Verhalten "auf der Maschine", sind die Messwerte bei hohen Scherraten entscheidend.
Zur Veranschaulichung sind die relevanten Scherratenbereiche bei einigen praktischen Anwendungen in eine Viskositätskurve eingezeichnet.
Typische Scherraten bei einigen technischen Anwendungen
Grundsätzlich unterscheidet man idealviskoses, scherverdünnendes und scherverdickendes Fließverhalten:
Fließkurven: (A) idealviskos, (B) scherverdünnend, (C) scherverdickend
Viskositätskurven: (A) idealviskos, (B) scherverdünnend, (C) scherverdickend
A) Beim idealviskosen Fließverhalten ist die Viskosität unabhängig von der Scherrate. Man findet dieses Verhalten bei homogenen niedermolekularen Flüssigkeiten, z.B. bei Schmierölen. Bei solchen Proben ist für die Beschreibung des Fließverhaltens ausreichend, pro Temperatur einen Viskositätswert anzugeben.
B) Bei den meisten nicht-homogenen Flüssigkeiten, bei Lösungen von Makromolekülen sowie bei fast allen pastösen und cremeartigen Produkten nimmt die Viskosität mit zunehmender Scherrate ab. Man nennt dieses Fließverhalten scherverdünnend. Fast alle Produkte des Alltags (z.B. Farben, Cremes, Baustoffe, Soßen, Duschgel, Klebstoffe oder Zahnpasta) zeigen scherverdünnendes Fließverhalten.
C) Scherverdickendes Fließverhalten zeigt sich hauptsächlich bei hoch gefüllten Dispersionen bei hohen Scherraten. Ein bekanntes Beispiel kann man sich in der Küche mit Stärkemehl und ein wenig Wasser selbst herstellen.
Gibt man die Viskosität einer Substanz mit nicht-idealviskosem Fließverhalten an, so muss neben der Temperatur immer auch die Scherrate genannt werden, bei der gemessen wurde.