Reologialla on sovelluksia materiaalitieteessä, insinööritieteissä, geofysiikassa, fysiologiassa, ihmisbiologiassa ja farmasian alalla. Materiaalitiedettä hyödynnetään monien teollisesti tärkeiden aineiden, kuten sementin, maalin ja suklaan, tuotannossa, joilla on monimutkaiset virtausominaisuudet. Lisäksi plastisuusteoria on ollut yhtä tärkeää metallien muokkausprosessien suunnittelussa. Reologian tiede ja viskoelastisten ominaisuuksien karakterisointi polymeerimateriaalien tuotannossa ja käytössä on ollut ratkaisevaa monien sekä teollisuudessa että sotilasalalla käytettävien tuotteiden tuotannossa. nesteiden virtausominaisuuksien tutkiminen on tärkeää farmaseuteille, jotka työskentelevät useiden lääkemuotojen, kuten yksinkertaisten nesteiden, voiteiden, voiteiden, pastojen jne. valmistuksessa. Nesteiden virtauskäyttäytyminen jännityksen alaisena on erittäin tärkeää farmasian alalla. Virtausominaisuuksia käytetään tärkeinä laadunvalvonnan välineinä tuotteen paremman laadun säilyttämiseksi ja eräkohtaisten vaihteluiden vähentämiseksi.
MateriaalitiedeMuokkaa
PolymeeritMuokkaa
Voidaan antaa esimerkkejä, jotka havainnollistavat näiden periaatteiden mahdollisia sovellusmahdollisuuksia käytännön ongelmiin kumien, muovien ja kuitujen käsittelyssä ja käytössä. Polymeerit muodostavat kumi- ja muoviteollisuuden perusmateriaalit, ja niillä on elintärkeä merkitys tekstiili-, öljy-, auto-, paperi- ja lääketeollisuudelle. Niiden viskoelastiset ominaisuudet määräävät näiden teollisuudenalojen lopputuotteiden mekaanisen suorituskyvyn ja myös käsittelymenetelmien onnistumisen tuotannon välivaiheissa.
Viskoelastisissa materiaaleissa, kuten useimmissa polymeereissä ja muoveissa, nestemäisen kaltaisen käyttäytymisen esiintyminen riippuu ominaisuuksista ja siten vaihtelee käytetyn kuorman nopeuden mukaan eli sen mukaan, kuinka nopeasti voima kohdistetaan. Silikonilelu ”Silly Putty” käyttäytyy aivan eri tavalla riippuen voiman kohdistamisnopeudesta. Jos sitä vedetään hitaasti, siinä on jatkuva virtaus, joka on samanlainen kuin erittäin viskoosissa nesteessä. Vaihtoehtoisesti, kun sitä lyödään kovaa ja suoraan, se murtuu kuin silikaattilasi.
Tavanomainen kumi käy lisäksi läpi lasimuutoksen (jota kutsutaan usein kumin ja lasin väliseksi siirtymäksi). Esim. avaruussukkula Challengerin katastrofi johtui kumisista O-renkaista, joita käytettiin huomattavasti alle niiden lasittumislämpötilan epätavallisen kylmänä floridalaisena aamuna, eivätkä ne näin ollen kyenneet taipumaan riittävästi muodostaakseen kunnollisia tiivisteitä kahden kiinteän polttoaineen polttoaineen polttoaineen syöttölaitteen osien välille.
Biopolymeerit Muokkaa
BiopolyymejäTiedosto
Sol-gelEdit
Kun liuoksen viskositeetti on säädetty sopivalle alueelle, voidaan vetää sekä optista laatua olevia lasikuituja että tulenkestäviä keraamisia kuituja, joita käytetään kuituoptisissa antureissa ja lämmöneristyksessä. Hydrolyysi- ja kondensaatiomekanismit sekä reologiset tekijät, jotka ohjaavat rakennetta lineaarisiin tai haarautuneisiin rakenteisiin, ovat sol-geelitieteen ja -tekniikan kriittisimpiä kysymyksiä.
GeofysiikkaTiede
Geofysiikan tieteenala käsittää sulan laavan virtauksen tutkimisen ja roskavirtojen (nestemäisten mutavyöryjen) tutkimisen. Tämä tieteenala käsittelee myös kiinteitä maa-aineksia, joissa virtaus ilmenee vain pitkillä aikaskaaloilla. Niitä, jotka käyttäytyvät viskoosisti, kutsutaan reideiksi. Esimerkiksi graniitti voi virrata plastisesti, ja sen myötöraja huoneenlämmössä on häviävän pieni (eli viskoosi virtaus). Pitkäkestoiset virumiskokeet (~10 vuotta) osoittavat, että graniitin ja lasin viskositeetti huoneenolosuhteissa on luokkaa 1020 poisia.
Fysiologia Muokkaa
Fysiologiaan kuuluu monien kehon nesteiden tutkiminen, joilla on monimutkainen rakenne ja koostumus ja joilla on siten monenlaisia viskoelastisia virtausominaisuuksia. Erityisesti on olemassa veren virtauksen erikoistutkimus, jota kutsutaan hemorheologiaksi. Se on veren ja sen osien (plasma ja muodostuneet osat, kuten punasolut, valkosolut ja verihiutaleet) virtausominaisuuksien tutkimusta. Veren viskositeetti määräytyy plasman viskositeetin, hematokriitin (99,9 prosenttia soluelementeistä muodostavien punasolujen tilavuusosuus) ja punasolujen mekaanisen käyttäytymisen perusteella. Näin ollen punasolujen mekaniikka on tärkein veren virtausominaisuuksiin vaikuttava tekijä.
Elintarvikkeiden reologiaEdit
Elintarvikkeiden reologia on tärkeää elintarvikkeiden, kuten juuston ja gelaton, valmistuksessa ja prosessoinnissa.
Paksunnosaineet eli sakeuttamisaineet ovat aineita, jotka lisäämällä niitä vesipitoiseen seokseen lisäävät sen viskositeettiä ilman, että se muuttaa olennaisesti sen muita ominaisuuksia, kuten makua. Ne antavat täyteläisyyttä, lisäävät stabiilisuutta ja parantavat lisättyjen ainesosien suspendoitumista. Sakeuttamisaineita käytetään usein elintarvikkeiden lisäaineina sekä kosmetiikassa ja henkilökohtaisen hygienian tuotteissa. Jotkin sakeuttamisaineet ovat hyytelöimisaineita, jotka muodostavat geelin. Aineet ovat aineita, joita käytetään sakeuttamaan ja stabiloimaan nestemäisiä liuoksia, emulsioita ja suspensioita. Ne liukenevat nestemäiseen faasiin kolloidiseoksena, joka muodostaa heikosti koheesiokykyisen sisäisen rakenteen. Elintarvikkeiden sakeuttamisaineet perustuvat usein joko polysakkarideihin (tärkkelys, kasvikumi ja pektiini) tai proteiineihin.
Betonin reologia Muokkaa
Betonin ja laastin työstettävyys liittyy tuoreen sementtimassan reologisiin ominaisuuksiin. Kovettuneen betonin mekaaniset ominaisuudet paranevat, jos betonimassan suunnittelussa käytetään vähemmän vettä, mutta vesi-sementtisuhteen pienentäminen voi kuitenkin heikentää sekoituksen ja levityksen helppoutta. Näiden ei-toivottujen vaikutusten välttämiseksi lisätään yleensä superplastisointiaineita, joilla pienennetään tuoreen betonimassan näennäistä myötörajaa ja viskositeettia. Niiden lisääminen parantaa huomattavasti betonin ja laastin ominaisuuksia.
Täytettyjen polymeerien reologia Muokkaa
Erilaisten täyteaineiden sisällyttäminen polymeereihin on yleinen keino alentaa kustannuksia ja antaa tuloksena syntyvälle materiaalille tietyt toivotut mekaaniset, termiset, sähköiset ja magneettiset ominaisuudet. Täytettyjen polymeerisysteemien tarjoamiin etuihin liittyy lisääntynyt monimutkaisuus reologisessa käyttäytymisessä.
Yleensä täyteaineiden käyttöä harkittaessa on tehtävä kompromissi toisaalta kiinteän tilan parempien mekaanisten ominaisuuksien ja toisaalta sulan prosessoinnin lisääntyneen vaikeuden, täyteaineen tasaisen dispergoitumisen aikaansaamisen ongelman polymeerimatriisissa ja prosessin taloudellisuuden välillä, joka aiheutuu lisätystä sekoitusvaiheesta. Täytettyjen polymeerien reologiset ominaisuudet määräytyvät täyteaineen tyypin ja määrän lisäksi myös sen hiukkasten muodon, koon ja kokojakauman mukaan. Täytettyjen järjestelmien viskositeetti kasvaa yleensä täyteaineosuuden kasvaessa. Tätä voidaan osittain lieventää laajoilla partikkelikokojakaumilla Farris-ilmiön avulla. Lisätekijä on jännityksen siirtyminen täyteaineen ja polymeerin rajapinnassa. Rajapinnan adheesiota voidaan merkittävästi parantaa kytkentäaineella, joka tarttuu hyvin sekä polymeeriin että täyteainehiukkasiin. Täyteaineen pintakäsittelyn tyyppi ja määrä ovat siten lisäparametreja, jotka vaikuttavat täytettyjen polymeerisysteemien reologisiin ja materiaalisiin ominaisuuksiin.
On tärkeää ottaa huomioon seinämän liukuminen, kun suoritetaan korkeasti täytettyjen materiaalien reologista karakterisointia, koska todellisen ja mitatun muodonmuutoksen välillä voi olla suuri ero.