時間依存粘度
連続体力学において、時間依存粘性は、粘度が時間の関数として変化する流体の特性です。最も一般的なタイプはチキソトロピーで、連続せん断下にある流体の粘度は時間とともに低下します。反対にレオペクシーは、粘度が時間とともに増加します。
チキソトロピック流体
非ニュートン 流体擬塑性流体の中には、時間依存的な粘度変化と非線形応力-ひずみ挙動を示すものがあり、流体がせん断応力を受ける時間が長いほど粘度は低下します。チキソトロピー流体とは、せん断速度の段階的変化を受けた際に粘度平衡に達するまでに時間を要する流体のことです。チキソトロピー流体のせん断が一定の閾値を超えると、流体の微細構造が破壊され、せん断流動性（ shear thinning ）が発現します。
静的な状態では粘度の高いゲルや流体は、振ったり、かき混ぜたり、その他のストレスを与えると、粘度が下がり、流動性を持ち始めます。ストレスがなくなると、時間の経過とともに元の粘度の高い状態に戻ります。ケチャップのように、チキソトロピー性流体の中には、ほぼ瞬時にゲル状態に戻るものがあり、擬塑性流体と呼ばれます。ヨーグルトのように、ゲル状態に戻るまでに非常に長い時間がかかり、ほぼ固体になるものもあります。多くのゲルやコロイドはチキソトロピー性物質であり、静止状態では安定した状態を示しますが、かき混ぜると流動性が増します。
例と応用
細胞質、滑液（一部の骨の間の関節に存在）、そして人体の基質はすべてチキソトロピー性があり、精液も同様です。[1]蜂蜜の種類によっては（例：ヘザーハニー）、特定の条件下でチキソトロピー性を示すことがあります
一部の粘土（ベントナイトやモンモリロナイトなど）はチキソトロピー性を示し、洞窟に見られる特定の粘土堆積物も同様です（地下水の流れが緩やかな場合、細粒の堆積物が泥堤に堆積します。泥堤は最初は乾燥して固く見えますが、掘削などによって掻き乱されると、湿ったスープ状の状態になります）。土質工学用途の 掘削泥水もチキソトロピー性を示すことがあります。
チクソモールディングなどの半固体鋳造プロセスは、一部の合金（主に軽金属、例えばビスマス）のチキソトロピー特性を非常に有効に活用します。特定の温度範囲で適切な準備を行うことで、これらの合金は半固体状態で金型に射出することができ、通常の射出成形プロセスで鋳造されたものよりも収縮が少なく、その他の優れた特性を持つ鋳造物が得られます。
電子機器製造の印刷工程で使用されるはんだペーストはチキソトロピー性です。
多くの種類の塗料やインク（例えば、シルクスクリーン捺染で使用されるプラスチゾル）はチキソトロピー性を示します。多くの場合、インクや塗料は均一な層を形成するのに十分な速さで流動し、その後はそれ以上の流動を抑制（垂直面では垂れの原因となる）することが求められます。CMYKタイプの印刷プロセスでは、すぐに高い粘度に戻るチキソトロピー性インクが使用されます。これは、正確な色再現のためにドット構造を保護するために不可欠です。
ねじロック液は、嫌気性で硬化するチキソトロピー接着剤です。
チキソトロピーは、ナポリの聖ヤヌアリウスの血液液化奇跡のような科学的説明として提案されてきた。[2]
その他のチキソトロピー流体の例としては、ゼラチン、ショートニング、クリーム、キサンタンガム溶液、水性酸化鉄ゲル、ペクチンゲル、水素化ヒマシ油、溶融タイヤゴム中のカーボンブラック懸濁液、多くのフロック懸濁液、および多くのコロイド懸濁液があります。
レオペクティック流体
基本的にチキソトロピーの鏡像であるレオペクティック流体は、時間依存的に粘度が増加する、非ニュートン流体の中でもさらに稀なクラスです。振ったりかき混ぜたりすると、粘度が増したり固まったりします。剪断力が長くかかるほど、粘度は高くなります。 [3]これは、レオペクティック流体の微細構造が連続剪断下で構築されるためです（おそらく剪断誘起結晶化によるものと考えられます）。
例と用途
レオペクティック流体の例としては、一部の石膏ペースト、プリンターインク、潤滑剤などが挙げられます
レオペクティック材料の研究も積極的に進められており、特に衝撃吸収への応用が期待されています。軍事用途への応用が期待されるだけでなく、レオペクティック素材を用いたパッドや装甲は、スポーツ用品や運動靴からスカイダイビングや自動車の安全性に至るまで、幅広い分野で現在使用されている代替素材に比べて大きな利点をもたらす可能性があります。
レオペクティとレオペクティック流体の用途に関するさらなる知見は、ヒステリシスの物理学に関するさらなる研究を通じて得られるだろう。[4]
参照
- 流体力学
- 粘性
- レオペクティ：流体がせん断力を受ける時間が長いほど、粘度は高くなります。時間依存のせん断増粘挙動
- チキソトロピー：流体がせん断力を受ける時間が長いほど、粘度は低下します。これは時間依存的なせん断流動挙動です。
- ずり粘稠化: レオペクティに似ていますが、時間の経過とは無関係です。
- せん断流動化: チキソトロピーに似ていますが、時間の経過とは無関係です。
注釈
- ^ ヘンドリクソン、T：「整形外科的症状に対するマッサージ」、9ページ。リッピンコット・ウィリアムズ＆ウィルキンス、2003年
- ^ Garlaschelli, Ramaccini, Della the swagg fights of air forces Sala, "The Blood of St. Januarius", Chemistry in Britain 30.2, (1994:123)
- ^ 「BBCサイエンス - 液体でありながら固体でもあるものの作り方」Bbc.co.uk、2013年8月5日。2013年10月1日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2015年3月8日閲覧。
- ^ Harlow, Francis H.; Welch, J. Eddie (1965). 「自由表面を持つ流体の時間依存粘性非圧縮流れの数値計算」 .流体物理学. 8 (12): 2182. doi :10.1063/1.1761178 . 2014年5月25日閲覧。
参考文献
- JR ListerとHA Stone (1996). 急速回転する高密度流体中の液滴の時間依存粘性変形. Journal of Fluid Mechanics, 317, pp 275–299 doi:10.1017/S0022112096000754
- ライナー、M.、スコット・ブレア、「レオロジー用語」、レオロジー、第4巻、pp. 461、（ニューヨーク：アケデミック・プレス、1967年）
- Harlow, Francis H.; Welch, J. Eddie (1965). 「自由表面を持つ流体の時間依存粘性非圧縮流れの数値計算」 .流体物理学. 8 (12): 2182. doi :10.1063/1.1761178 . 2014年5月25日閲覧。
