Rheologische Eigenschaften

Sie beschreiben das Fließ- und Deformationsverhalten von Stoffen unter mechanischer Beanspruchung. Sie geben an, wie ein Material auf Scherung, Druck oder Zug reagiert, und sind somit von entscheidender Bedeutung für Mischen, Fördern, Dosieren und Austragen. Bei Pulvern, Suspensionen und Pasten beeinflussen rheologische Effekte die Prozessstabilität und Produktqualität maßgeblich.

Grundlage der Rheologie ist der Zusammenhang zwischen Schubspannung τ und Scherrate γ:

τ = f(γ′)

• τ ist die Schubspannung
• γ′ ist die Scherrate

Je nach Stoffverhalten ergeben sich unterschiedliche rheologische Modelle. Newtonisches Verhalten: Die Viskosität ist konstant und unabhängig von der Scherrate.

τ = η ⋅ γ′

• η ist die dynamische Viskosität

Nicht-newtonisches Verhalten: Viele technische Stoffe zeigen scherratenabhängige Viskositäten. – Scherverdünnend (pseudoplastisch), – Scherverdickend (dilatant):

τ = k⋅γ′ n (n>1)

– scherverdickend (dilatant)

τ = k · γ′ n (n > 1)

• k ist der Konsistenzfaktor
• n ist der Fließindex

Fließgrenzenverhalten: Viele Pulver, Pasten und hochkonzentrierte Systeme beginnen erst oberhalb einer Mindestspannung zu fließen.

τ = τ₀ + η_p · γ′

• τ₀ ist die Fließgrenze
• η_p ist die plastische Viskosität

Bei Schüttgütern zeigen sich die rheologischen Eigenschaften weniger in Form der Viskosität als vielmehr in Form von Kohäsion und innerer Reibung. Weitere Merkmale sind das Verdichtungsverhalten sowie zeitabhängige Effekte wie Kriechen oder Verfestigung. Diese Eigenschaften beeinflussen unmittelbar die Mischbarkeit, die Entmischungsneigung und die Austragsrate aus Silos oder Pulvermischern.