Rheologi har tillämpningar inom materialvetenskap, teknik, geofysik, fysiologi, humanbiologi och farmaci. Materialvetenskap används vid produktion av många industriellt viktiga ämnen, t.ex. cement, färg och choklad, som har komplexa flödesegenskaper. Dessutom har plasticitetsteorin varit lika viktig för utformningen av metallformningsprocesser. Vetenskapen om reologi och karakteriseringen av viskoelastiska egenskaper vid tillverkning och användning av polymera material har varit avgörande för tillverkningen av många produkter för användning inom både den industriella och militära sektorn. studiet av vätskors flödesegenskaper är viktigt för farmaceuter som arbetar med tillverkningen av flera doseringsformer, t.ex. enkla vätskor, salvor, krämer, pastor etc. Vätskors flödesbeteende vid pålagd belastning är av stor betydelse inom farmaci. Flödesegenskaperna används som viktiga verktyg för kvalitetskontroll för att bibehålla produktens överlägsenhet och minska variationerna från sats till sats.
MaterialvetenskapRedigera
PolymererRedigera
Exempel kan ges för att illustrera de potentiella tillämpningarna av dessa principer på praktiska problem i samband med bearbetning och användning av gummi, plaster och fibrer. Polymerer utgör grundmaterialet för gummi- och plastindustrin och är av avgörande betydelse för textil-, olje-, bil-, pappers- och läkemedelsindustrin. Deras viskoelastiska egenskaper bestämmer den mekaniska prestandan hos slutprodukterna från dessa industrier och även hur framgångsrika bearbetningsmetoderna är i mellanstadierna i produktionen.
I viskoelastiska material, t.ex. de flesta polymerer och plaster, beror förekomsten av ett vätskeliknande beteende på egenskaperna hos och varierar därför med hastigheten för den påförda belastningen, dvs. hur snabbt en kraft appliceras. Silikonleksaken ”Silly Putty” beter sig helt olika beroende på hur snabbt man applicerar en kraft. Om man drar långsamt i den uppvisar den ett kontinuerligt flöde, som liknar det som en mycket viskös vätska uppvisar. Alternativt, när den träffas hårt och direkt, splittras den som ett silikatglas.
Det konventionella gummit genomgår dessutom en glasövergång (ofta kallad gummi-glasövergång). T.ex. orsakades katastrofen med rymdfärjan Challenger av O-ringar av gummi som användes långt under sin glasövergångstemperatur en ovanligt kall morgon i Florida och därför inte kunde böjas tillräckligt för att bilda korrekta tätningar mellan sektionerna i de två raketboosters med fast bränsle.
BiopolymererRedigera
Sol-gelEdit
Med viskositeten hos ett sol som justeras i ett lämpligt intervall kan både glasfiber av optisk kvalitet och eldfasta keramiska fibrer dras, vilka används för fiberoptiska sensorer respektive värmeisolering. Mekanismerna för hydrolys och kondensation och de reologiska faktorer som styr strukturen mot linjära eller grenade strukturer är de mest kritiska frågorna inom vetenskap och teknik för sol-gel.
GeofysikRedigera
Den vetenskapliga disciplinen geofysik innefattar studier av flödet av smält lava och studier av spillror (flytande mudderströmmar). Denna disciplinära gren behandlar också fasta jordmaterial som endast uppvisar flöden över längre tidsskalor. De som uppvisar ett visköst beteende kallas rheids. Granit kan t.ex. flyta plastiskt med en försumbar sträckgräns vid rumstemperatur (dvs. ett visköst flöde). Långsiktiga krypexperiment (~10 år) visar att viskositeten hos granit och glas under omgivande förhållanden är i storleksordningen 1020 poises.
FysiologiRedigera
Fysiologin omfattar studiet av många kroppsvätskor som har en komplex struktur och sammansättning och därmed uppvisar ett brett spektrum av viskoelastiska flödesegenskaper. Det finns särskilt en specialiserad studie av blodflöde som kallas hemorheologi. Detta är studiet av flödesegenskaperna hos blod och dess beståndsdelar (plasma och bildade beståndsdelar, inklusive röda blodkroppar, vita blodkroppar och blodplättar). Blodets viskositet bestäms av plasmaviskositet, hematokrit (volymfraktion av röda blodkroppar, som utgör 99,9 % av cellelementen) och de röda blodkropparnas mekaniska beteende. Därför är de röda blodkropparnas mekanik den viktigaste faktorn för blodets flödesegenskaper.
LivsmedelsreologiEdit
Livsmedelsreologi är viktig vid tillverkning och bearbetning av livsmedelsprodukter, t.ex. ost och gelato.
Tjockgörare, eller förtjockningsmedel, är ämnen som, när de tillsätts till en vattenblandning, ökar dess viskositet utan att väsentligt förändra dess andra egenskaper, t.ex. smak. De ger fyllighet, ökar stabiliteten och förbättrar suspensionen av tillsatta ingredienser. Förtjockningsmedel används ofta som livsmedelstillsatser och i kosmetika och produkter för personlig hygien. Vissa förtjockningsmedel är geleringsmedel som bildar en gel. Dessa medel är material som används för att förtjocka och stabilisera flytande lösningar, emulsioner och suspensioner. De löser sig i den flytande fasen som en kolloidblandning som bildar en svagt sammanhållande inre struktur. Livsmedelsförtjockningsmedel är ofta baserade på antingen polysackarider (stärkelse, vegetabiliskt gummi och pektin) eller proteiner.
Betongens reologiRedigera
Betongens och murbrukets bearbetbarhet är relaterad till de reologiska egenskaperna hos den färska cementpastan. De mekaniska egenskaperna hos härdad betong ökar om mindre vatten används i betongblandningens utformning, men en minskning av förhållandet mellan vatten och cement kan dock göra det svårare att blanda och applicera betong. För att undvika dessa oönskade effekter tillsätts vanligen superplastifieringsmedel för att minska den färska pastans skenbara sträckgräns och viskositet. Deras tillsats förbättrar kraftigt betongens och murbrukets egenskaper.
Fyllda polymerers reologiEdit
Inkorporering av olika typer av fyllmedel i polymerer är ett vanligt sätt att minska kostnaderna och att ge vissa önskvärda mekaniska, termiska, elektriska och magnetiska egenskaper till det resulterande materialet. De fördelar som fyllda polymersystem har att erbjuda kommer med en ökad komplexitet i det reologiska beteendet.
I vanliga fall måste man när man överväger att använda fyllmedel göra en kompromiss mellan de förbättrade mekaniska egenskaperna i fast tillstånd å ena sidan och den ökade svårigheten vid smältbearbetning, problemet med att uppnå en jämn spridning av fyllmedlet i polymermatrisen och processens ekonomi på grund av det tillkommande steget med sammansättning å den andra. De reologiska egenskaperna hos fyllda polymerer bestäms inte bara av typen och mängden fyllmedel utan också av partiklarnas form, storlek och storleksfördelning. Viskositeten hos fyllda system ökar i allmänhet med ökande fyllnadsfraktion. Detta kan delvis förbättras genom breda partikelstorleksfördelningar via Farris-effekten. En ytterligare faktor är spänningsöverföringen vid gränssnittet mellan fyllmedel och polymer. Gränsytans vidhäftning kan förbättras avsevärt med hjälp av ett kopplingsmedel som vidhäftar väl till både polymeren och fyllnadspartiklarna. Typ och mängd av ytbehandling på fyllmedlet är således ytterligare parametrar som påverkar de reologiska och materiella egenskaperna hos fyllda polymersystem.
Det är viktigt att ta hänsyn till väggglidning när man utför den reologiska karakteriseringen av högfyllda material, eftersom det kan vara en stor skillnad mellan den faktiska deformationen och den uppmätta deformationen.