微波在紡織上的應(yīng)用

嚴 瑛

（陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院，陜西咸陽 712000）

微波是頻率大約在300MHz～300GHz，即波長在1m～10-3m 范圍內(nèi)的電磁波。它位于電磁波譜的紅外輻射（光波）和無線電波之間。在一般條件下，微波可方便地穿透某些材料，如玻璃、陶瓷、某些塑料（如聚四氟乙烯）等；同時，微波也可被一些介質(zhì)材料，如水、碳、橡膠、食品、木材和濕紙等吸收而產(chǎn)生熱，因此，微波作為一種能源在家用、工業(yè)、科研和其它許多領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用。這種微波功率是一類不屬于通訊用的微波功率。

1 微波的加熱原理

微波是一種頻率很高，波長很短的無線電波，也稱為高頻波。微波加熱一般采用磁控管作為微波發(fā)生器，磁控管的輸出功率較大，頻率較高且穩(wěn)定。微波加熱不同于一般的常規(guī)加熱方式，后者是由外部熱源通過熱輻射由表及里的傳導式加熱。微波加熱是材料在電磁場中由介質(zhì)損耗而引起的體加熱。微波加熱意味著將微波電磁能轉(zhuǎn)變成為熱能，其能量是通過空間或媒質(zhì)以電磁波形式來傳遞的，對物質(zhì)的加熱過程與物質(zhì)內(nèi)部分子的極化有著密切的關(guān)系[1]。

在微波加熱領(lǐng)域中，被微波處理的物料通常是能以不同程度吸收微波的介質(zhì)，稱為極性介質(zhì)。所謂極性介質(zhì)是由許多的一端帶正電，另一端帶負電的分子組成。如果將介質(zhì)放于兩金屬片之間，由于介質(zhì)中的偶極子做雜亂無章的運動，分子的排列也就毫無規(guī)律。如果將50Hz 的交流電加到兩塊金屬板上，電壓就會以每秒50 次的速度交替的變換著方向，兩極性的電場方向也就隨之改變。介質(zhì)中的偶極子的取向也同樣以每秒50 次的速度改變，即做快速擺動。由于分子的熱運動和相鄰分子間相互作用，偶極子隨外加電場方向的改變而作的規(guī)律性擺動受到了干擾和阻礙，因而產(chǎn)生了類似摩擦的作用，使雜亂無章的熱運動分子獲得能量并以熱的形式表現(xiàn)出來，介質(zhì)的溫度也就隨之升高。如果交變電流頻率達到微波頻率，則加熱效果更加快捷。

2 微波加熱的特點

微波加熱與傳統(tǒng)的加熱方法比較，具有以下特點：

（1）體加熱作用。可在物料不同深度同時產(chǎn)生熱，而不是依靠物料本身的熱傳導，因此加熱更快速、更均勻，大大縮短了處理材料所需的時間，節(jié)省了寶貴的能源。同樣的熱效果，微波加熱只需傳統(tǒng)加熱所需時間的1%～10%就可完成。

（2）反應(yīng)靈敏。常規(guī)的加熱方法不論是電熱、蒸汽、熱空氣等，要達到一定的溫度都需要預熱一段時間，在發(fā)生故障或停止加熱時，溫度的下降又需要較長的時間。而利用微波加熱開機幾分鐘就可以正常運轉(zhuǎn)，調(diào)整微波輸出功率，加熱情況無惰性改變，關(guān)機后加熱無滯后效應(yīng)，便于進行自動控制[2]。

（3）加熱均勻，微波加熱場中，無溫度梯度存在，熱效率高。

3 微波對化學反應(yīng)的影響

微波可以直接與化學體系發(fā)生作用從而促進各類化學反應(yīng)的進行。早在1967年N. H. Williams就報道了用微波加快某些化學反應(yīng)的實驗研究結(jié)果。1986年加拿大的Raymond J. Giguere 等人發(fā)現(xiàn)用微波輻射4-氰基苯氧離子與氰芐的SN2親核取代反應(yīng)可以使反應(yīng)速率提高1240 倍，并且產(chǎn)率也有不同程度的提高。從那時起用微波加速和控制化學反應(yīng)便受到了人們的高度重視[3]。近年來大量的實驗證實微波可以極大地提高一些化學反應(yīng)的反應(yīng)速率，使一些在通常條件下不易進行的反應(yīng)迅速進行[4]。

4 微波在紡織上的應(yīng)用

隨著紡織工業(yè)的發(fā)展，微波技術(shù)在紡織工業(yè)中的應(yīng)用也越來越多。目前，主要的應(yīng)用有兩個方面： 微波測量和微波加熱干燥。用微波測量溫度、厚度、濕度、速度、長度等，迅速而準確。特別是由于微波測量時，一般與加工物或?qū)ο蟛⒉恢苯咏佑|，因此可以在生產(chǎn)線上作連續(xù)測量，便于實現(xiàn)自動控制。而微波加熱和干燥則在60年代由于微波管生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展及大量生產(chǎn)成本降低得到了迅速的發(fā)展。

4.1 蠶繭微波干燥

蠶繭采用微波干燥使得繭層的溫濕度場方向一致，干燥速度快，可由原約5h 左右縮短到約30min，生絲萬米吊糙少。同時生產(chǎn)過程可自動化，能減輕操作工的勞動強度和提高生產(chǎn)效率。

4.2 棉花的烘干

雨季收獲的棉桃含水量高，容易發(fā)生霉爛或影響纖維的質(zhì)量。用曬干或其它方法烘干，不僅受天氣等自然條件的限制，而且在烘干時間、均勻性方面難以掌握。采用微波烘干可以快速、均勻干燥并保持纖維質(zhì)量，而且殺蟲效果顯著[5]。

4.3 微波固色

用一般表面加熱方法進行干燥，大部分水分是在纖維材料的表面或其附近狹窄的蒸發(fā)區(qū)內(nèi)蒸發(fā)的。在整個干燥過程中，水從纖維材料的內(nèi)部向表面移動。當干燥過程結(jié)束時，表面上或表面附近的染料濃度比內(nèi)部的高。用微波加熱，蒸發(fā)是在整個纖維材料上普遍進行的，液態(tài)水很少或沒有移動。因此，染料或整理劑在纖維材料中的沉積是均勻的，從而使產(chǎn)品質(zhì)量提高。

4.4 微波其他應(yīng)用

微波還可用于絲的脫膠及精練、漿紗干燥、印花蒸化等許多方面，顯示出了其特有的性質(zhì)。

5 結(jié)語

現(xiàn)在微波已被廣泛應(yīng)用于從無機反應(yīng)到有機反應(yīng)，從醫(yī)藥化工到食品、紡織，從簡單的分子反應(yīng)到復雜的生命過程的各個化學領(lǐng)域，發(fā)揮著巨大的作用。

[1]金欽漢. 微波化學[M]. 北京：科學出版社， 2001.

[2]應(yīng)四新. 微波加熱與微波干燥[M]. 北京：國防工業(yè)出版社，1976.

[3]樊興君，尤進茂，譚干祖，等. 微波促進有機化學反應(yīng)研究進展[J]. 化學進展，1998，10(3)：285.

[4]彭金輝，楊紅鵑. 微波輔射法在無機化學中的應(yīng)用研究[J]. 現(xiàn)代化工，1993(11)：38.

[5]何偉方. 微波在紡織工業(yè)中的應(yīng)用[M]. 北京：紡織工業(yè)出版社，1990.