旋转磁场对水玻璃砂性能影响的研究

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1、旋转磁场对水玻璃砂性能影响的研究吴宇博（土建080908231268）摘要：研究采用旋转磁场对水玻璃进行物理改性的影响。试验表明，所需磁场强度低(O．027T)，改性效果好，使用磁化改性的水玻璃所混制的水玻璃砂强度有明显提高。微观分析表明，经磁化处理的水玻璃，使原来在水玻璃中的纳米颗粒进一步化，黏度减小。关键词：型砂；水玻璃；磁化改性水玻璃型砂强度高、成本低、操作简便、生产周期短、生产环境洁净。但由于它的溃散性差，回用困难，20世纪6O年代末期以来，有被树脂等有机粘结剂型砂取代的趋势。近年来，由于有机粘结剂来源短缺、成本高、环境污染等问题较为突出，水玻璃砂又重新为各

2、工业国家所重视。为解决水玻璃砂的上述缺点，目前广泛采用物理和化学的方法对水玻璃进行改性研究【1~3】，改性水玻璃砂具有强度高、表面安定性好、加入量少等优点，且浇注后落砂容易，溃散性好【4】。20世纪80年代我国开展水玻璃磁化改性方面的研究【5】，但基本上都是采用稳定磁场进行磁化处理【6~8】。本文在此基础上，采用旋转磁场对水玻璃进行改性，研究其对水玻璃砂性能的影响。1试验材料及试验方法1．1试验材料(1)原砂：大林标准砂NB55／100。(2)市售水玻璃，其性能指针如表I所示。(3)所用有机酯为上海重型机器冶铸厂提供。表1水玻璃的性能指针Tab．1Specifica

3、tionofsodiumsilicate1．2试验方法为了测定水玻璃在旋转磁场作用下的改性效果，采用如图1所示装置，当电流通过时，在线圈中产生旋转磁场，旋转速度约为1500r／min，磁场强度由一变阻器控制线圈两端输入电压的变化而改变，将容器中的水玻璃置于旋转磁场之中，在不同的磁场强度、磁化时间条件下，对水玻璃进行磁化改性处理，然后对水玻璃的有关物性指标和水玻璃砂的性能进行测定。型砂混制工艺为：2试验结果及分析2．1磁化时间对水玻璃黏度的影响黏度是水玻璃重要的物性指标，水玻璃黏结性能的优劣与其黏度的变化有关，经磁化处理后的水玻璃黏度显著减小，且随着磁化时间的延长，水

4、玻璃的黏度不断下降，测定结果见图2。由图2可见，新购的水玻璃黏度较小，而存放约一年时间的水玻璃黏度较大，不过在磁场的作用下，黏度下降幅度较大，达到47.1％。水玻璃黏度的下降必定与其内部微观结构的变化有关。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结膜。2．2磁化时间对水玻璃粒径的影响本文采用纳米粒度机及ZETA电位分析仪测定水璃粒径，分析磁化时间对水玻璃粒径的影响，测定结果如表2。从表2可以看到：经磁化改性后的水玻璃体系中，纳米粒子的尺寸减小，以磁化10min较佳。对于新购水玻璃中刚产生的纳米粒子是经磁化处理产生的，它可使水玻璃成为真溶液。

5、一般认为，水玻璃的“老化”现象是由于其纳米粒子发生团聚产生的，在磁场的作用下，组成纳米粒子的各分子将重新取向，发生分子的旋转，破坏了原先的连接，因而使纳米粒子变得更小。根据这样的原理，旋转磁场比稳定磁场对水玻璃的改性更有效，因为在旋转磁场的作用下，分子更易发生旋转。试验结果表明，在旋转磁场强度(0．019～0．027T)较小的条件下，也能取得明显的磁化效果。2．3磁化时间对水玻璃砂性能的影响磁场强度为0．027T，水玻璃加人量为原砂的8％，有机酯加入量为水玻璃加入量的10％，不同磁化时间对水玻璃砂抗拉强度的影响如图3所示。从图3可以看出，磁化30min对提高水玻璃的

6、粘结强度有很好的效果，24h后的抗拉强度达到最高，磁化时间再延长，其抗拉强度降低，而未经磁化处理的水玻璃砂强度是最低的。这是因为水玻璃经过磁化处理后，水玻璃中带电的凝胶团在磁场中获得能量，促使大分子的凝胶团解聚成为可溶性溶胶，使水玻璃成为均匀的溶胶体，体系中纳米粒子更小，提高了水玻璃的粘结强度，从而使水玻璃砂的抗拉强度提高。从图2中还可以看出，磁化处理对高模数水玻璃强度的提高不明显，这还有待于进一步研究，可能是高模数水玻璃容易形成环四硅酸、立方八硅酸和其它缩聚产物而难以解聚。2．4磁化后水玻璃放置不同时间对水玻璃砂抗拉强度的影响本实验研究了水玻璃在磁化15、30、4

7、5、60min后，分别放置在室内1、2、3、24h后开始混砂，测定水玻璃砂在1、2、3、24h的干强度。磁场强度为0．027T，水玻璃模数为2．3(新)和2．85，水玻璃加入量为原砂的8％，有机酯加入量为水玻璃加入量的10％，实验结果见图4～图11。从图中可以看出，随着放置时间的延长，水玻璃砂的强度逐渐减小。由于磁化处理后的水玻璃处于高能量激活状态，为不稳定状态，必然向低能态转变。磁化过程是外界提供能量将高分子链状硅酸分子分散的均匀化过程。另外，水是极性分子，受磁场力的作用，能量提高，氢键夹角减小且拉长，使分子更具极性，增强了硅酸胶粒的水化能力，也增加了硅酸钠的