Rheologie. Lexikon Pharmatechnologie - prozesstechnik online

Lexikon Pharmatechnologie

Rheologie

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Lehre / Wissenschaft von der Deformation und dem Fließen von Materie.

Die Fassung der Fließ-, Kraft- und mechanischen Spannungsvorgänge und deren Wechselwirkungen in einer hochviskosen Substanz (Lösung oder Schmelze) mittels mathematischer Gesetzmäßigkeiten ist die rheologische Grundlage für die Auslegung der Kunststoffverarbeitungsmaschinen für thermoplastische Kunststoffe wie z. B. zum Extrudieren, Spritzgießen etc.

Beispiele:

  • Der Weissenberg- oder Normalspannungseffekt, der zeigt, dass bei Vorlage von Schubspannungen in einer hochviskosen (Viskosität) Substanz gleichzeitig auch induzierte Normalspannungen vorliegen müssen (infolge Molekülorientierung und -dehnung), wodurch entsprechende Strömungsvorgänge bzw. Strömungsrichtungen der hochviskosen Substanz erklärbar sind.

  • Näherungsweise Anwendung der Bernoulli-Regel auf Strömungen hochviskoser Schmelzen, um das Schmelzenverhalten etwa beim Extrudieren von thermoplastischen Kunststoffen zu berechnen.

  • Die physikalische Erscheinung der gummielastischen Deformation von Thermoplasten kann infolge einwirkender Normalspannungen aufgrund von resultierenden Makromolekülorientierungen anhand der Entropiereduzierung (Entropie) mittels der Rheologie erklärt bzw. berechnet werden.

Bei der Rheologie von Polymerschmelzen ist zu beachten, dass es sich aufgrund der hohen Viskosität um elastische, nichtnewtonsche „Flüssigkeiten” handelt, worauf sich z. B. auch die Strukturviskosität (Thixotropie) derartiger Stoffe begründen lässt.

Beim newtonschen Fließen sind Schubspannungen τ und Schergeschwindigkeiten dr/dt proportional, mit der Viskosität η als Proportionalitätsfaktor:

Abweichungen hiervon gelten als „nichtnewtonsches Verhalten”, wobei sich die Viskosität η mit der Scherbeanspruchung (Scherspannung τ oder Schergeschwindigkeit dr/dt) ändert.

Die Auslegung von Verarbeitungsmaschinen für Thermoplaste erfolgt nach den rheologischen Gesetzmäßigkeiten in Verbindung mit thermodynamischen Prinzipien.

Strömungsphänomene der Strukturviskosität, der Dilatanz, der Rheopexie und der Thixotropie werden durch die Rheologie mathematisch erfasst und erklärt.

© 2013 – ECV – Lexikon der Pharmatechnologie

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