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Strukturviskosität

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

Je stärker die Scherung ist, die auf das Fluid wirkt, desto weniger viskos (zähflüssig) ist es. Im Englischen wird solch ein Fluid daher auch treffenderweise „shear-thinning“ genannt, im Deutschen also „scherverdünnend“. Da die Viskosität nicht konstant bleibt, wird das Fluid nicht-newtonsch genannt.

Die Abnahme der Viskosität entsteht durch eine Strukturänderung im Fluid, die dafür sorgt, dass die einzelnen Fluid-Partikel 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 für strukturviskose Fluide:

• 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 z.B. 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.

Bei Systemen mit Füllstoffen tritt eine Besonderheit auf. Man kann z.B. 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 Auswirkungen einer solchen Fließgrenze kennt jeder, der versucht hat 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.