工業(yè)微波加熱技術(shù)及其玻纖行業(yè)的應(yīng)用

武曉春

摘要：近些年來，伴隨技術(shù)的飛速發(fā)展，微波加熱技術(shù)在各行各業(yè)中獲得了普遍的運(yùn)用，推動(dòng)了各行各業(yè)的發(fā)展。基于此，本文介紹了微波加熱原理以及微波加熱技術(shù)的核心特征，然后重點(diǎn)探究了微波加熱技術(shù)在玻璃纖維行業(yè)中的運(yùn)用，以供參考。

關(guān)鍵詞：微波加熱技術(shù);玻璃纖維行業(yè);應(yīng)用

微波擁有量子特性明顯、頻率高以及波長短等特點(diǎn)。微波技術(shù)在遙感、導(dǎo)航、電視與雷達(dá)等方面獲得了普遍的運(yùn)用[1]。1960年以來，人們開始在樹脂擠出、木材以及紙類等加工過程中運(yùn)用微波加熱技術(shù)。近些年，將微波加熱技術(shù)運(yùn)用于玻璃纖維行業(yè)中，既能夠提升反應(yīng)轉(zhuǎn)化率以及選擇性，也將環(huán)保與節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)出來，受到人們的普遍關(guān)注。

一、微波加熱原理

通常來說，在微波能加熱行業(yè)中，所處理的材料大部分是介質(zhì)材料，而介質(zhì)材料一般都可以吸收微波能，微波電磁場和介質(zhì)材料互相耦合，會(huì)產(chǎn)生各類功率耗散，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)化的終極目的。能量有很多種轉(zhuǎn)化方式，如壓電現(xiàn)象、磁滯、電致伸縮、界面極化、核磁共振、偶極子轉(zhuǎn)動(dòng)、鐵磁共振以及離子傳導(dǎo)等，其中偶極子轉(zhuǎn)動(dòng)與離子傳導(dǎo)是微波加熱的核心原理。

微波加熱屬于利用物體吸收微波能，將其不斷轉(zhuǎn)換為熱能，使自身整體同時(shí)升溫的加熱方式，與其他傳統(tǒng)的加熱方式完全不同[2]。傳統(tǒng)的加熱方式是按照輻射、對流以及熱傳導(dǎo)原理使熱量由外部逐漸傳到物料內(nèi)部，熱量始終是由表及里的傳遞，以對物料進(jìn)行加熱，物料里面存在溫度梯度，于是加熱的物料不太均勻，使得物料產(chǎn)生局部過熱的情況，對物料的反應(yīng)過程與品質(zhì)產(chǎn)生了影響，且能源耗損高，加熱速度慢。不同于常規(guī)加熱方式，微波加熱技術(shù)是經(jīng)過被加熱體內(nèi)部的偶極分子高頻往復(fù)運(yùn)動(dòng)，出現(xiàn)“內(nèi)摩擦熱”而使被加熱物料溫度不斷升高，無需任何熱傳導(dǎo)過程，就可以同時(shí)加熱物料內(nèi)外部，加熱快且均勻。

二、微波加熱技術(shù)的核心特征

（一）加熱快

微波加熱是使被加熱物體自身變成發(fā)熱物體，稱作整體加熱方式，無需熱傳導(dǎo)的相關(guān)過程，于是可以實(shí)現(xiàn)短期加熱。微波加熱過程中物體各個(gè)部位不管形狀如何，一般都可以對電磁波進(jìn)行均勻滲透，以生成熱量，進(jìn)一步提升介質(zhì)材料加熱的效率。

（二）加熱均勻

微波加熱過程中，物體各個(gè)部位不管形狀如何一般都可以對微波進(jìn)行均勻滲透，從而生成熱量[3]，因此充分提升了均勻性。同時(shí)，能夠防止物料出現(xiàn)外干內(nèi)濕與外焦內(nèi)生的情況;有助于物料品質(zhì)的提升。

（三）微波膨化

借助于微波的內(nèi)部加熱特性，使物料內(nèi)部快速升溫并產(chǎn)生很多蒸汽，內(nèi)部的蒸汽在往外沖出的過程中，產(chǎn)生大量的微小孔道，使物料組織疏松與膨脹。相比于干燥油炸式的膨化，微波膨化不會(huì)進(jìn)一步破壞物料的成分，擁有低熱量與不容易變質(zhì)的優(yōu)勢。

（四）選擇性加熱

由于物質(zhì)吸收微波的能力取決于自身的介電特性，因此可對混合物料中的各個(gè)組分進(jìn)行選擇性加熱。一般說介電常數(shù)大的介質(zhì)很容易用微波加熱，介電常數(shù)太小的介質(zhì)就很難用微波加熱。由于水分子可以很好地吸收微波，于是相比于含水量很低的部位，含水量高的部位可以吸收更多的微波功率。

三、微波加熱技術(shù)在玻璃纖維行業(yè)中的運(yùn)用

微波加熱技術(shù)可以對玻璃纖維原絲進(jìn)行干燥。同時(shí)，也可以利用微波加熱干燥的特性提升玻璃鋼制品的綜合性能。

第一，采取微波加熱干燥之后的玻璃纖維表面除水很徹底，由此提升了無機(jī)玻璃纖維表面和硅烷偶聯(lián)劑的結(jié)合力[4]。將硅烷偶聯(lián)劑的無機(jī)反應(yīng)基團(tuán)全面利用起來，如過氧基硅烷、乙氧基以及甲氧基等，形成硅氧鍵，提升了硅烷偶聯(lián)劑和玻璃纖維表面之間的界面結(jié)合力。

第二，玻璃纖維表面的有機(jī)固化成膜層，從微觀方面來看，其外層是成膜劑層，中間是過渡層，內(nèi)層是連續(xù)成膜的偶聯(lián)劑層，中間層內(nèi)有機(jī)聚合物與偶聯(lián)劑分子的成膜劑分子相互穿插。采取微波加熱技術(shù)進(jìn)行干燥，因?yàn)楦鱾€(gè)介質(zhì)的介電特性不一樣，內(nèi)層的偶聯(lián)劑層先進(jìn)行干燥，形成外層緊包內(nèi)層，進(jìn)一步降低了硅烷偶劑層與膜劑層或者外層之間出現(xiàn)“空隙”情況的概率，這極大地降低了生產(chǎn)玻璃鋼制品在樹脂層以及偶聯(lián)劑層之間產(chǎn)生的界面失效的概率，有利于玻璃鋼制品整體性能的提升。

第三，玻璃纖維生產(chǎn)過程中會(huì)出現(xiàn)大量微裂紋，所以一定要使用浸潤劑，浸潤劑逐漸融入到裂紋中，原絲經(jīng)過烘干后，浸潤劑可以粘結(jié)以及閉合玻璃纖維表面的裂紋，進(jìn)而提升玻纖的強(qiáng)度。借助于微波加熱技術(shù)對玻璃纖維原絲進(jìn)行烘干，能夠比常規(guī)的加熱方式更有效[5]。

第四，借助于微波加熱技術(shù)對玻璃纖維原絲進(jìn)行干燥，既能除去多余的水分，又能使玻璃纖維表面的浸潤劑成膜。相比于傳統(tǒng)的加熱烘干方式，其所需時(shí)間更短，對玻纖原絲的強(qiáng)度損失不多。借助于微波加熱技術(shù)對玻璃纖維原絲進(jìn)行干燥，因水蒸汽很快蒸發(fā)，產(chǎn)生一個(gè)壓力梯度，使得蒸汽排出。相比于電加熱的方式，由于成膜的原因，烘干的玻璃纖維原絲之間粘結(jié)在一起，與樹脂混合后纖維分散性較差，制作的玻璃鋼制品強(qiáng)度較低。玻璃纖維原絲經(jīng)微波烘干后，纖維與纖維呈松散狀態(tài)，與樹脂混合的纖維分散性好，用其制成的玻璃鋼制品強(qiáng)度和性能較傳統(tǒng)工藝有了很大的提高。

四、結(jié)語

隨著微波能在干燥、固化、高溫?zé)Y(jié)等技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷突破，玻璃纖維行業(yè)目前也大量的運(yùn)用了微波技術(shù)來加熱、烘干玻璃纖維產(chǎn)品，隨著微波研究工作的不斷深入，其應(yīng)用的行業(yè)和領(lǐng)域一定會(huì)更加寬廣。

參考文獻(xiàn)：

[1]李康強(qiáng)，李鑫培，陳晉，等.微波加熱技術(shù)在冶金渣資源化利用中的應(yīng)用[J].礦產(chǎn)保護(hù)與利用，2019，039（003）：133-139.

[2]李會(huì)平，甘超宇，劉者羽.材料性質(zhì)和環(huán)境因素對微波加熱特性的影響[J].玻璃與搪瓷，2019（6）：15-19.

[3]丁澤智，楊晚生.微波加熱技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展分析[J].南方農(nóng)機(jī)，2019，050（005）：152.

[4]王向偉，王海龍，王揚(yáng).基于微波熱裂法的陶瓷切割技術(shù)[J].中國機(jī)械工程，2019，30（23）：2820-2828.

[5]王黎，藺琎.變頻技術(shù)應(yīng)用于微波加熱方面的探索與研究[J].真空電子技術(shù)，2019，338（01）：80-82.