Rheologische Prüfung

Wofür wird die rheologische Analyse verwendet?

Die rheologische Analyse wird zur Messung der Fließeigenschaften von Flüssigkeiten verwendet, die unabhängig von der auf sie einwirkenden Spannung keine konstante Viskosität aufweisen. Die Art und Weise, wie diese sogenannten nicht-newtonschen Materialien in Prozessen fließen, ist von größter Bedeutung bei der Auslegung industrieller Prozesse oder Anlagen.

Ein gutes Beispiel hierfür ist das Spritzgießen von Kunststoffen. Beim Spritzgießen muss die Viskosität des Materials niedrig genug sein, damit es frei in die Formen fließen kann. Gleichzeitig möchten Hersteller keine übermäßigen Mengen an Energie oder Wärme im Formprozess verwenden, um die Materialqualität nicht zu beeinträchtigen, wodurch rheologische Messungen zur Optimierung des Prozesses erforderlich werden.

Wie werden rheologische Eigenschaften gemessen?

Rheologische Eigenschaften werden üblicherweise mit einem Rheometer getestet, einem Gerät, das die Fließeigenschaften einer Substanz unter Belastung misst. Rheometer lassen sich in zwei Hauptkategorien einteilen: Scherrheometer (auch Rotationsrheometer genannt) üben eine Scherkraft auf die Probe aus, während Extensionsrheometer eine Zugkraft ausüben.

Scher-/Rotationsrheometer umfassen eine Metallspindel mit einer bestimmten Geometrie, die sich mit einer festgelegten Geschwindigkeit dreht. Die Spindel wird in die zu prüfende Substanz eingeführt und beginnt sich zu drehen. Das Gerät misst dann den Widerstand, den die Substanz auf die Spindel ausübt, um deren freie Drehung zu verhindern. Diese Daten werden verwendet, um den Fließwiderstand oder die Viskosität der Substanz zu berechnen.

Typische Aufbauten für die Rotationsrheometrie umfassen Platte-Platte und Kegel-Platte, es können jedoch auch viele andere Konfigurationen verwendet werden, wobei sich die Auswahl nach den Probeneigenschaften richtet.

Die Art und Weise, wie sich die Viskosität infolge der Einwirkung von Scherspannung verändert, hilft dabei, Flüssigkeiten in scherverdünnende und scherverdickende Flüssigkeiten zu unterteilen. Scherverdünnende Flüssigkeiten weisen unter hohen Schergeschwindigkeiten eine Verringerung der Viskosität auf, während scherverdickende Materialien bei höheren Schergeschwindigkeiten eine Erhöhung der Viskosität erfahren.

Welche Arten von Proben sind für rheologische Prüfungen geeignet?

Beispiele für Substanzen, auf die die Rheologie Anwendung findet, sind viele „dicke“ Flüssigkeiten wie Klebstoffe, Farben, Öle und Lebensmittel wie Honig, Joghurt und Ketchup. Rheologische Tests können auch zur Analyse von Substanzen mit sowohl flüssigen als auch festen Eigenschaften unter verschiedenen Bedingungen verwendet werden, wie beispielsweise Beton und viele Polymere.

Rheologie vs. Viskosität

Die Begriffe Rheologie und Viskosität werden häufig synonym verwendet. Sie beziehen sich zwar auf denselben Bereich der wissenschaftlichen Forschung, haben jedoch leicht unterschiedliche Bedeutungen. „Rheologie“ bezeichnet die Wissenschaft, die sich mit der Verformung und dem Fließverhalten von Materialien und Substanzen befasst, während „Viskosität“ das Maß für diese Eigenschaften ist. Mit anderen Worten: Die Messung der Viskosität ist eine Form der rheologischen Analyse, aber die Rheologie umfasst mehr als nur Viskositätstests.

Rheologie mit Raman-Spektroskopie

Rheologische Tests liefern in erster Linie Daten über die physikalischen und mechanischen Eigenschaften der Probe. Daher muss eine andere Technik eingesetzt werden, um Informationen über die chemischen Eigenschaften der Probe zu sammeln. Die Raman-Spektroskopie wird manchmal in Verbindung mit rheologischer Analyse verwendet, um gleichzeitig Informationen über die chemische Struktur und die rheologischen Eigenschaften zu liefern.

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