Rheologie

Die Rheologie (von griechisch ῥεῖ rhei „fließen“ und λόγος logos „Lehre“, vgl. panta rhei) ist die Wissenschaft, die sich mit dem Verformungs- und Fließverhalten von Materie beschäftigt. Die Rheologie umfasst daher Teilgebiete der Elastizitätstheorie, der Plastizitätstheorie und der Strömungslehre (Nicht-Newtonsche Flüssigkeiten). Sie beschäftigt sich sowohl mit kontinuumsmechanischen Problemen als auch mit der Herleitung der dafür benötigten Materialgesetze aus der Mikro- bzw. Nanostruktur verschiedener Klassen kondensierter Materie (z.B. makromolekulare Systeme, Suspensionen). Als typisches interdisziplinäres Fach steht die Rheologie in Kontakt mit der Physik, der Physikalischen Chemie und den Werkstoffwissenschaften.  

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Eigenschaften nicht-Newtonscher Flüssigkeiten

Viele Substanzen vereinigen in sich Eigenschaften eines Festkörpers (Elastizität) und einer Flüssigkeit (Viskosität). Je nach experimentellen Bedingungen können sie auf kurzen Zeitskalen äußere Einwirkungen elastisch abfedern, auf langen Zeitskalen aber wegfließen. Solches Verhalten nennt man viskoelastisch; es kann durch eine frequenzabhängige, aber noch lineare Zusammenfassung von Elastizitätstheorie und Newtonscher Hydrodynamik beschrieben werden. Andere typisch rheologische Effekte hingegen beruhen auf nichtlinearen Zusammenhängen: siehe Nicht-Newtonsches Fluid, Normalspannungseffekt, Weißenberg-Effekt.

Anwendungsbeispiele

Die Fähigkeit eines Klebstoffs, eine Fügeteiloberfläche zu benetzen, wird von seinen rheologischen Eigenschaften geprägt. Von Bedeutung ist die Viskosität, Thixotropie, Strukturviskosität, Rheopexie und Dilatanz.

In Mühlen- und Bäckereilaboratorien werden Teigprüfgeräte wie Aleurometer eingesetzt, um Getreide- und Mehlqualität zu prüfen. Dabei wird der Widerstand eines Teiges gegen eine stets gleich bleibende mechanische Beanspruchung gemessen und in der Rheometerkurve aufgezeichnet. Dies können Knet-, Dehn- oder Verkleisterungsprüfungen (bei steigender Temperatur) sein.

Medizin

In der Medizin spielen die Fließeigenschaftes des Blutes (Hämorheologie) eine sehr bedeutende Rolle für die Mikrozirkulation und damit für die Versorgung sämtlicher Organe mit Nährstoffen und Sauerstoff. Insbesondere der Blutfluss in den allerkleinsten Gefäßen, den Kapillaren mit einem Durchmesser von 4-10 µm, wird entscheidend von den rheologischen Eigenschaften des Blutes beeinflusst. Bestimmt werden diese hauptsächlich von der Verformbarkeit und Aggregationsneigung (Geldrollen-artige Verklumpung) der Erythrozyten (mittlerer Durchmesser 7,6 µm), der Thrombozytenaggregation, der Temperatur, dem Hämatokrit und der Viskosität des Blutplasmas.

Im Rahmen der Therapie verschiedener Durchblutungsstörungen (und vermeintlicher Durchblutungsstörungen) wird oft eine Verbesserung der Hämorheologie angestrebt, um die Mikrozirkulation zu verbessern. Dazu zählen u. a. die Hämodilution und die Gabe von Thrombozytenaggregationshemmern beim Schlaganfall, bei der AVK und beim Hörsturz. Gut belegt ist allerdings nur die positive Wirkung von Thrombozytenaggregationshemmern beim Schlaganfall und bei der AVK, diese kann durchaus unabhängig von den rheologischen Effekten sein. Keinen ausreichenden wissenschaftlichen Beleg gibt es indes für die Wirkung beim Hörsturz und anderen Innenohrfunktionsstörungen.

Drucktechnik

Die Rheologie von Druckfarben spielt in der Drucktechnik eine wichtige Rolle. Die physikalischen Kenngrößen Viskosität und Fließgrenze, sowie die Gerätegröße Zügigkeit („Tack“) bestimmen maßgeblich das Verhalten der Druckfarbe in der Druckmaschine (Farbspaltung), die Übertragung auf den Bedruckstoff und die Qualität des Druckproduktes.

Druckfarben sind thixotrop, weil es sich um kolloide Systeme, also Dispersionen, handelt. Die Thixotropie ist in Druckfarben in der Regel unerwünscht.

Siehe auch

Rheometer, Viskosimeter, Fließkurve, Druckfarbe

Literatur

• Gehm, Lothar: RHEOLOGIE - Praxisorientierte Grundlagen und Glossar. VINCENZ 1998, ISBN 3-87870-449-6

• Thomas Mezger: Das Rheologie-Handbuch : für Anwender von Rotations- und Oszillations-Rheometern. Vincentz, Hannover 2000 ISBN 3-87870-567-0 (Praxisnahe Einführung in die Rheologie und rheologische Messungen)

Wissenschaftliche Vereinigungen:

• The Society of Rheology
• The European Society of Rheology
• The British Society of Rheology
• Deutsche Rheologische Gesellschaft
• Groupe Français de Rhéologie
• Belgian Group of Rheology
• Swiss Group of Rheology
• Nederlandse Reologische Vereniging
• Società Italiana di Reologia
• Nordic Rheology Society

Wissenschaftliche Zeitschriften:

• Journal of Rheology
• Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics
• Rheologica Acta
• Applied Rheology
• Korea-Australia Rheology Journal