旋轉磁場對水玻璃砂性能影響的研究

1、旋轉磁場對水玻璃砂性能影響的研究吳宇博 （ 土建0809 08231268 ）摘要：研究采用旋轉磁場對水玻璃進行物理改性的影響。試驗表明，所需磁場強度低(O027 T)，改性效果好，使用磁化改性的水玻璃所混制的水玻璃砂強度有明顯提高。微觀分析表明，經磁化處理的水玻璃，使原來在水玻璃中的納米顆粒進一步化，黏度減小。關鍵詞：型砂；水玻璃；磁化改性 水玻璃型砂強度高、成本低、操作簡便、生產周期短、生產環(huán)境潔凈。但由于它的潰散性差，回用困難，20世紀6O年代末期以來，有被樹脂等有機粘結劑型砂取代的趨勢。近年來，由于有機粘結劑來源短缺、成本高、環(huán)境污染等問題較為突出，水玻璃砂又重新為各工業(yè)國家所重視。為

2、解決水玻璃砂的上述缺點，目前廣泛采用物理和化學的方法對水玻璃進行改性研究【13】，改性水玻璃砂具有強度高、表面安定性好、加入量少等優(yōu)點，且澆注后落砂容易，潰散性好【4】。20世紀80年代我國開展水玻璃磁化改性方面的研究【5】，但基本上都是采用穩(wěn)定磁場進行磁化處理【68】。本文在此基礎上，采用旋轉磁場對水玻璃進行改性，研究其對水玻璃砂性能的影響。1 試驗材料及試驗方法11 試驗材料(1)原砂：大林標準砂NB55100。(2)市售水玻璃，其性能指針如表I所示。(3)所用有機酯為上海重型機器冶鑄廠提供。表1 水玻璃的性能指針Tab1 Specification of sodium silicate1

3、2 試驗方法為了測定水玻璃在旋轉磁場作用下的改性效果，采用如圖1所示裝置，當電流通過時，在線圈中產生旋轉磁場，旋轉速度約為1500 rmin，磁場強度由一變阻器控制線圈兩端輸入電壓的變化而改變，將容器中的水玻璃置于旋轉磁場之中，在不同的磁場強度、磁化時間條件下，對水玻璃進行磁化改性處理，然后對水玻璃的有關物性指標和水玻璃砂的性能進行測定。型砂混制工藝為：2 試驗結果及分析21 磁化時間對水玻璃黏度的影響?zhàn)ざ仁撬Ａе匾奈镄灾笜?，水玻璃黏結性能的優(yōu)劣與其黏度的變化有關，經磁化處理后的水玻璃黏度顯著減小，且隨著磁化時間的延長，水玻璃的黏度不斷下降，測定結果見圖2。由圖2可見，新購的水玻璃黏度較小

4、，而存放約一年時間的水玻璃黏度較大，不過在磁場的作用下，黏度下降幅度較大， 達到47.1。水玻璃黏度的下降必定與其內部微觀結構的變化有關。水玻璃黏度的降低，有利于水玻璃在原砂中的分散，且易在砂粒表面形成黏結膜。22 磁化時間對水玻璃粒徑的影響本文采用納米粒度機及ZETA電位分析儀測定水璃粒徑，分析磁化時間對水玻璃粒徑的影響，測定結果如表2。從表2可以看到：經磁化改性后的水玻璃體系中，納米粒子的尺寸減小，以磁化10 min較佳。對于新購水玻璃中剛產生的納米粒子是經磁化處理產生的，它可使水玻璃成為真溶液。一般認為，水玻璃的“老化”現(xiàn)象是由于其納米粒子發(fā)生團聚產生的，在磁場的作用下，組成納米粒子的各

5、分子將重新取向，發(fā)生分子的旋轉，破壞了原先的連接， 因而使納米粒子變得更小。根據(jù)這樣的原理，旋轉磁場比穩(wěn)定磁場對水玻璃的改性更有效，因為在旋轉磁場的作用下，分子更易發(fā)生旋轉。試驗結果表明，在旋轉磁場強度(00190027T)較小的條件下，也能取得明顯的磁化效果。23 磁化時間對水玻璃砂性能的影響磁場強度為0027T，水玻璃加人量為原砂的8，有機酯加入量為水玻璃加入量的10，不同磁化時間對水玻璃砂抗拉強度的影響如圖3所示。從圖3可以看出，磁化30 min對提高水玻璃的粘結強度有很好的效果，24h后的抗拉強度達到最高，磁化時間再延長，其抗拉強度降低，而未經磁化處理的水玻璃砂強度是最低的。這是因為水

6、玻璃經過磁化處理后，水玻璃中帶電的凝膠團在磁場中獲得能量，促使大分子的凝膠團解聚成為可溶性溶膠，使水玻璃成為均勻的溶膠體，體系中納米粒子更小，提高了水玻璃的粘結強度，從而使水玻璃砂的抗拉強度提高。從圖2中還可以看出，磁化處理對高模數(shù)水玻璃強度的提高不明顯，這還有待于進一步研究，可能是高模數(shù)水玻璃容易形成環(huán)四硅酸、立方八硅酸和其它縮聚產物而難以解聚。24 磁化后水玻璃放置不同時間對水玻璃砂抗拉強度的影響本實驗研究了水玻璃在磁化15、30、45、60min后，分別放置在室內1、2、3、24h后開始混砂，測定水玻璃砂在1、2、3、24h的干強度。磁場強度為0027T，水玻璃模數(shù)為23(新)和285，

7、水玻璃加入量為原砂的8，有機酯加入量為水玻璃加入量的10，實驗結果見圖4圖11。從圖中可以看出，隨著放置時間的延長，水玻璃砂的強度逐漸減小。由于磁化處理后的水玻璃處于高能量激活狀態(tài)，為不穩(wěn)定狀態(tài)，必然向低能態(tài)轉變。磁化過程是外界提供能量將高分子鏈狀硅酸分子分散的均勻化過程。另外，水是極性分子，受磁場力的作用，能量提高，氫鍵夾角減小且拉長，使分子更具極性，增強了硅酸膠粒的水化能力，也增加了硅酸鈉的溶解度。從實驗結果可以很明顯看出，放置一段時間的磁化水玻璃，磁化效果將逐漸失。25 磁化水玻璃對型砂存放性的影響研究水玻璃型砂試樣存放性的變化，主要測定了磁化后水玻璃砂試樣放置時間與抗拉強度的化，實驗結果如圖12所示。由圖12可見，兩條曲線有相同的變化趨勢，強度在24h后都下降，但在48h內兩條曲線的變化幅度都不是非常大，48h后變化的幅度相對比較大，5天后未磁化水玻璃曲線還處于下降的