時間依存粘度

連続体力学では、時間依存粘度は、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減少します。反対はレオペクシーで、粘度は時間とともに増加します。

非ニュートン 擬塑性流体の中には、時間に依存した粘度の変化と非線形の応力-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が低くなります。チキソトロピー流体は、せん断速度の段階的変化が導入されると粘度平衡に達するまでに時間がかかります。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、せん断減粘特性が現れます。

静的な状態では濃厚 (粘性) なゲルや液体は、振ったり、かき混ぜたり、その他の方法でストレスを与えると、薄くなって流動し始めます。ストレスがなくなると、時間が経つと粘度の高い状態に戻ります。ケチャップなどの一部のチキソトロピー液体は、ほぼ瞬時にゲル状態に戻り、擬塑性液体と呼ばれます。ヨーグルトなどの他の液体は、はるかに長い時間がかかり、ほぼ固体になることがあります。多くのゲルやコロイドはチキソトロピー物質で、静止状態では安定した形状を示しますが、かき混ぜると流動性が増します。

人体の細胞質、滑液（一部の骨の間の関節に存在）、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]蜂蜜のいくつかの種類（例：ヘザーハニー）は、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を含む）はチキソトロピー性を示し、洞窟で見つかる特定の粘土堆積物も同様です（地下の流れが遅いと、細粒の堆積物が泥の層に層を成す傾向があり、最初は乾燥して固く見えますが、掘ったり、その他の方法でかき乱したりすると、湿ってドロドロになります）。土質工学用途に使用される掘削泥水はチキソトロピー性である可能性があります。

チクソモールディングなどの半固体鋳造プロセスでは、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。特定の温度範囲内で適切な準備を行うことで、これらの合金を半固体状態で金型に注入することができ、通常の射出成形プロセスで鋳造し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品が得られます。

電子機器製造の印刷プロセス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:シルクスクリーン テキスタイル プリントで使用されるプラスチゾル) は、チキソトロピー特性を示します。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れ、その後はそれ以上の流れに抵抗する (垂直面ではたるみの原因になる) ことが望ましいです。CMYK タイプの印刷プロセスでは、すぐに高粘度に戻るチキソトロピー 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の構造を保護するために必要です。

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の奇跡などの科学的説明として提案されてきた。^[2]

チキソトロピー流体の他の例としては、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。

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珍しいクラスであり、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。レオペクティック流体は、せん断力が長くかかるほど粘度が高くなります。^[3]これは、レオペクティック流体の微細構造が連続せん断下で構築されるためです（せん断誘起結晶化によるものと考えられます）。

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。

また、レオペクティック材料については、特に衝撃吸収における潜在的な用途に関して、積極的な研究が進行中です。明らかな軍事用途の可能性に加えて、レオペクティックパッドと装甲は、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まで、幅広い分野で現在使用されている代替材料に比べて大きな利点を提供できる可能性があります。

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]

• 流体力学
• 粘度
• レオペクティ: 流体がせん断力を受ける時間が長いほど、粘度が高くなります。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、粘度は低くなります。これは時間依存のせん断減粘挙動です。
• 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。

• JR Lister および HA Stone (1996)。高速回転する高密度流体中の液滴の時間依存粘性変形。流体力学ジャーナル、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。