Relation between viscoelasticity and shear-thinning behaviour in liquids

SummaryThe shear-thinning behaviour of a liquid is represented in terms of a relaxation timeλ, defined by the ratioη0/G0 of initial viscous and elastic constants. The relationship provides a very simple basis for the evaluation ofλ andG0 from viscosity/shear data. Results are compared with relaxation times and moduli from primary normal-stress measurement, from stress relaxation and from direct measurement of recoverable shear strain. Good agreement is found but there is experimental evidence the recoverable shear strainγe is related to normal stressN1 and shear stressσ byγe = N1/3σ, which does not agree with the theoretical prediction of eitherWeissenberg orLodge.ZusammenfassungDas Scherentzähungsverhalten einer Flüssigkeit wird mittels einer Relaxationszeitλ beschrieben, die durch das Verhältnis der Anfangswerte von Viskosität und Elastizitätsmodulη0/G0 definiert ist. Diese Beziehung eröffnet eine einfache Methode zur Bestimmung vonλ undG0 aus Scherviskositätsmessungen. Die damit erhaltenen Ergebnisse werden mit Relaxationszeiten und Moduln verglichen, die durch Messung der ersten Normalspannungsdifferenz, der Spannungsrelaxation und der Scherdehnungsrückstellung (recoverable shear strain) gewonnen worden sind. Es wird eine gute Übereinstimmung gefunden, zugleich aber wird der experimentelle Nachweis geführt, daß die Scherdehnungsrückstellungγe mit der ersten NormalspannungsdifferenzN1 und der Schubspannungσ durch die Beziehungγe = N1/3σ verknüpft ist, was sowohl zu der theoretischen Voraussage vonWeissenberg als auch zu derjenigen vonLodge im Widerspruch steht.