La reologia ha applicazioni nella scienza dei materiali, ingegneria, geofisica, fisiologia, biologia umana e farmaceutica. La scienza dei materiali è utilizzata nella produzione di molte sostanze importanti a livello industriale, come il cemento, la vernice e il cioccolato, che hanno caratteristiche di flusso complesse. Inoltre, la teoria della plasticità è stata altrettanto importante per la progettazione di processi di formatura dei metalli. La scienza della reologia e la caratterizzazione delle proprietà viscoelastiche nella produzione e nell’uso di materiali polimerici è stata fondamentale per la produzione di molti prodotti da usare sia nel settore industriale che in quello militare.Lo studio delle proprietà di flusso dei liquidi è importante per i farmacisti che lavorano nella produzione di diverse forme di dosaggio, come liquidi semplici, unguenti, creme, paste ecc. Il comportamento di flusso dei liquidi sotto stress applicato è di grande rilevanza nel campo della farmacia. Le proprietà di flusso sono usate come importanti strumenti di controllo della qualità per mantenere la superiorità del prodotto e ridurre le variazioni da lotto a lotto.
Scienza dei materialiModifica
PolimeriModifica
Si possono fornire esempi per illustrare le potenziali applicazioni di questi principi a problemi pratici nella lavorazione e nell’uso di gomme, plastiche e fibre. I polimeri costituiscono i materiali di base dell’industria della gomma e della plastica e sono di vitale importanza per l’industria tessile, petrolifera, automobilistica, della carta e farmaceutica. Le loro proprietà viscoelastiche determinano le prestazioni meccaniche dei prodotti finali di queste industrie, e anche il successo dei metodi di lavorazione nelle fasi intermedie della produzione.
Nei materiali viscoelastici, come la maggior parte dei polimeri e delle materie plastiche, la presenza di un comportamento di tipo liquido dipende dalle proprietà di e quindi varia con la velocità del carico applicato, cioè quanto velocemente viene applicata una forza. Il giocattolo in silicone ‘Silly Putty’ si comporta in modo abbastanza diverso a seconda del tasso di tempo di applicazione di una forza. Tirandolo lentamente, esibisce un flusso continuo, simile a quello evidenziato in un liquido altamente viscoso. In alternativa, se colpita duramente e direttamente, si frantuma come un vetro di silicato.
Inoltre, la gomma convenzionale subisce una transizione vetrosa (spesso chiamata transizione gomma-vetro). Ad esempio, il disastro dello Space Shuttle Challenger è stato causato da O-ring di gomma che sono stati utilizzati ben al di sotto della loro temperatura di transizione vetrosa in una mattina insolitamente fredda della Florida, e quindi non potevano flettersi adeguatamente per formare guarnizioni adeguate tra le sezioni dei due razzi a combustibile solido.
BiopolimeriModifica
Sol-gelEdit
Con la viscosità di un sol regolata in un intervallo appropriato, sia la fibra di vetro di qualità ottica che la fibra ceramica refrattaria possono essere disegnate e utilizzate rispettivamente per i sensori a fibra ottica e l’isolamento termico. I meccanismi di idrolisi e condensazione, e i fattori reologici che orientano la struttura verso strutture lineari o ramificate sono le questioni più critiche della scienza e della tecnologia sol-gel.
GeofisicaModifica
La disciplina scientifica della geofisica include lo studio del flusso di lava fusa e lo studio dei flussi di detriti (smottamenti fluidi). Questa branca disciplinare si occupa anche dei materiali solidi della Terra che mostrano il flusso solo su scale temporali estese. Quelli che mostrano un comportamento viscoso sono conosciuti come reidi. Per esempio, il granito può scorrere plasticamente con una tensione di snervamento trascurabile a temperatura ambiente (cioè un flusso viscoso). Esperimenti di creep a lungo termine (~10 anni) indicano che la viscosità del granito e del vetro in condizioni ambientali sono dell’ordine di 1020 poises.
FisiologiaModifica
La fisiologia include lo studio di molti fluidi corporei che hanno struttura e composizione complesse, e quindi mostrano una vasta gamma di caratteristiche di flusso viscoelastico. In particolare c’è uno studio specialistico del flusso sanguigno chiamato emorologia. Questo è lo studio delle proprietà di flusso del sangue e dei suoi elementi (plasma ed elementi formati, compresi i globuli rossi, i globuli bianchi e le piastrine). La viscosità del sangue è determinata dalla viscosità del plasma, dall’ematocrito (frazione di volume dei globuli rossi, che costituiscono il 99,9% degli elementi cellulari) e dal comportamento meccanico dei globuli rossi. Pertanto, la meccanica dei globuli rossi è il principale determinante delle proprietà di flusso del sangue.
Reologia alimentareModifica
La reologia alimentare è importante nella produzione e nella lavorazione dei prodotti alimentari, come il formaggio e il gelato.
Gli agenti addensanti, o addensatori, sono sostanze che, se aggiunte a una miscela acquosa, ne aumentano la viscosità senza modificarne sostanzialmente le altre proprietà, come il gusto. Forniscono corpo, aumentano la stabilità e migliorano la sospensione degli ingredienti aggiunti. Gli agenti addensanti sono spesso usati come additivi alimentari e nei cosmetici e nei prodotti di igiene personale. Alcuni agenti addensanti sono agenti gelificanti, che formano un gel. Gli agenti sono materiali usati per addensare e stabilizzare soluzioni liquide, emulsioni e sospensioni. Si dissolvono nella fase liquida come una miscela colloidale che forma una struttura interna debolmente coesiva. Gli addensanti alimentari sono spesso basati su polisaccaridi (amidi, gomme vegetali e pectine) o proteine.
Reologia del calcestruzzoModifica
La lavorabilità del calcestruzzo e della malta è legata alle proprietà reologiche della pasta fresca di cemento. Le proprietà meccaniche del calcestruzzo indurito aumentano se si usa meno acqua nel mix design del calcestruzzo, tuttavia la riduzione del rapporto acqua-cemento può diminuire la facilità di miscelazione e applicazione. Per evitare questi effetti indesiderati, i superfluidificanti sono tipicamente aggiunti per diminuire la tensione di snervamento apparente e la viscosità della pasta fresca. La loro aggiunta migliora notevolmente le proprietà del calcestruzzo e della malta.
Reologia dei polimeri riempitiModifica
L’incorporazione di vari tipi di riempitivi nei polimeri è un mezzo comune per ridurre i costi e per conferire alcune proprietà meccaniche, termiche, elettriche e magnetiche desiderabili al materiale risultante. I vantaggi che i sistemi polimerici riempiti hanno da offrire sono accompagnati da una maggiore complessità nel comportamento reologico.
Di solito, quando si considera l’uso di riempitivi, si deve fare un compromesso tra le migliori proprietà meccaniche allo stato solido da un lato e l’aumento della difficoltà nella lavorazione in fusione, il problema di ottenere una dispersione uniforme del riempitivo nella matrice polimerica e l’economia del processo dovuta alla fase aggiunta di compounding dall’altro. Le proprietà reologiche dei polimeri riempiti sono determinate non solo dal tipo e dalla quantità di riempitivo, ma anche dalla forma, dalle dimensioni e dalla distribuzione dimensionale delle sue particelle. La viscosità dei sistemi riempiti generalmente aumenta con l’aumentare della frazione di riempimento. Questo può essere parzialmente migliorato attraverso un’ampia distribuzione delle dimensioni delle particelle tramite l’effetto Farris. Un ulteriore fattore è il trasferimento di stress all’interfaccia riempitivo-polimero. L’adesione interfacciale può essere sostanzialmente migliorata tramite un agente di accoppiamento che aderisce bene sia al polimero che alle particelle di riempitivo. Il tipo e la quantità di trattamento superficiale sul riempitivo sono quindi parametri aggiuntivi che influenzano le proprietà reologiche e materiali dei sistemi polimerici riempiti.
È importante prendere in considerazione lo slittamento della parete quando si esegue la caratterizzazione reologica dei materiali altamente riempiti, in quanto ci può essere una grande differenza tra la deformazione effettiva e la deformazione misurata.