Viskosität ist eine maßgebliche Eigenschaft von Fluiden. Die Viskosität beschreibt den Widerstand von Fluiden gegen das Fließen und steht mit der inneren Reibung in der Fluid im Zusammenhang. Zur Betrachtung des Fließverhaltens wird meist die Scherströmung herangezogen. Bei einer Scherströmung bewegen sich Schichten des Fluids aufgrund einer Scherkraft relativ zueinander. Durch diese externe Kraft wird eine Schubspannung erzeugt. Die Schubspannung ist definiert als „eine Kraft, die über eine vorgegebene Fläche des Fluids hinweg wirkt und zu einem als ‚Schergeschwindigkeit‘ oder ‚Scherrate‘ bezeichneten Geschwindigkeitsgradienten über die Dicke der Probe hinweg führt“. Die „Scherviskosität“ oder „dynamische Viskosität“ im Zusammenhang mit diesem Vorgang ergibt sich aus dem Verhältnis von Schubspannung zu Schergeschwindigkeit, wie weiter unten dargestellt.

Nichtnewtonsche Fluide

Viele unkomplizierte Fluide werden als „Newtonsche Fluide“ klassifiziert. Bei diesen Fluiden ist die Viskosität unabhängig von der eingeprägten Scherkraft. Beispiele hierfür sind Wasser und einfach strukturierte Kohlenwasserstoffe. Mit zunehmender Komplexität eines Fluids, z. B. durch den Einschluss von Luftblasen, Tropfen, Partikeln oder Polymeren, weisen Fluide möglicherweise ein komplizierteres Verhalten auf und verhalten sich als nichtnewtonsche Fluide. Bei nichtnewtonschen Fluiden ist die Viskosität von der Größe der eingeprägten Scherkraft abhängig. Diese Arten von Fluiden werden meist als „strukturierte Fluide“ oder „komplexe Fluide“ bezeichnet. Das Verhalten dieser Fluide wird mithilfe eines Rheometers bestimmt. Mit einem Rheometer kann eine Reihe von Viskositätswerten über ein breiteres Spektrum an Schergeschwindigkeiten, Schubspannungen und Temperaturen hinweg als mit einem einfachen Viskosimeter ermittelt werden.

Ein solches nichtnewtonsches Verhalten weisen viele in Industrie und Handel anzutreffende Produkte auf. Gut bekannte Beispiele wären Zahnpasta, Mayonnaise, Farben, Kosmetika und Zemente. Bei diesen Produkten handelt es sich grundsätzlich um Stoffe mit strukturviskosem Verhalten, d. h. die Viskosität verringert sich mit steigender Scherrate. Es gibt jedoch hochstrukturierte so genannte „dilatante“ Stoffe, bei denen die Viskosität mit der Scherrate steigt. 

Anwendungsgebiete der Viskosität 

Meist werden Stoffe benötigt, die bei niedrigen Scherraten eine hohe Viskosität aufweisen, um Schichtenbildung oder Kriechen zu vermeiden, bei höheren Scherraten jedoch dünnflüssiger werden, damit die Stoffe besser aufgetragen bzw. verarbeitet werden können. Daher ist ein einzelner Messwert für die Viskosität zur Beschreibung der Viskosität solcher Materialien nicht ausreichend. Stattdessen ist die Viskosität über einen breiteren Bereich von Scherraten oder Scherspannungen hinweg oder zumindest bei einer für den Prozess oder das Auftragen relevanten Scherrate zu messen. Nichtnewtonsche Fluide können zudem noch weitere Phänomene wie Fließgrenzen, Thixotropie und Viskoelastizität aufweisen, die sich nicht unwesentlich auf das Materialverhalten und das Verhalten des Produkts auswirken können.


Weitere Viskositätsmaße sind die „Relative Viskosität“, die „Spezifische Viskosität“ und die „Intrinsische Viskosität“. Diese Viskositätsmaße beziehen sich auf Dispersionen und benennen den Beitrag der gelösten bzw. dispergierten Phase zur Viskosität einer Lösung bzw. Dispersion. Diese Parameter können am einfachsten mithilfe eines Differential-Viskosimeters ermittelt werden, wie dies beim OMNISEC Gelpermeationschromatographie(GPC)-System erfolgt.

Für die Beschreibung des Verhaltens von newtonschen Fluiden über einen engen Bereich von Scherraten sind meist einfache Viskosimeter ausreichend. Bei nichtnewtonschen Fluiden und bei Anwendungen, bei denen ein breiterer Bereich von Scherraten zu betrachten ist, sind kompliziertere Viskosimeter und Rheometer erforderlich. Malvern Panalytical bietet eine Reihe von hochentwickelten Viskosimetern und Rheometern an, die diesen Anforderungen genügen und zu folgenden Zwecken genutzt werden können:

  • Erstellen von Viskositätsprofilen von nichtnewtonschen Fluiden mit scherratenabhängigem Verhalten zur Simulation von Zuständen bei Verarbeitung bzw. Nutzung.
  • Aufnahme des viskoelastischen Fingerabdrucks zur Bestimmung des Ausmaßes an feststoffähnlichem bzw. flüssigkeitsähnlichem Verhalten.
  • Beurteilung und Optimierung der Stabilität einer Dispersion.
  • Bestimmung der Thixotropie von Farben und Beschichtungsmaterialien zur Optimierung der Produktanwendung und Qualität des Endprodukts.
  • Bestimmung des Einflusses der molekularen Struktur von Polymeren auf die Viskoelastizität und somit auf die Verarbeitungsmerkmale und Anwendungsqualität.
  • Festlegen objektiver Parameter für die Pumpbarkeit und Schmierfähigkeit von Lebensmitteln und Körperpflegeprodukten.
  • Aufnahme von Profilen bei der Aushärtung von Klebstoffen und Geliersystemen.
  • Untersuchung von Therapeutika, insbesondere Bio-Pharmazeutika, in der Präformulierungsphase.