工業微波加熱技術及其玻纖行業的應用

武曉春

摘要：近些年來，伴隨技術的飛速發展，微波加熱技術在各行各業中獲得了普遍的運用，推動了各行各業的發展。基于此，本文介紹了微波加熱原理以及微波加熱技術的核心特征，然后重點探究了微波加熱技術在玻璃纖維行業中的運用，以供參考。

關鍵詞：微波加熱技術;玻璃纖維行業;應用

微波擁有量子特性明顯、頻率高以及波長短等特點。微波技術在遙感、導航、電視與雷達等方面獲得了普遍的運用[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用微波加熱技術。近些年，將微波加熱技術運用于玻璃纖維行業中，既能夠提升反應轉化率以及選擇性，也將環保與節能等優點體現出來，受到人們的普遍關注。

一、微波加熱原理

通常來說，在微波能加熱行業中，所處理的材料大部分是介質材料，而介質材料一般都可以吸收微波能，微波電磁場和介質材料互相耦合，會產生各類功率耗散，進而實現能量轉化的終極目的。能量有很多種轉化方式，如壓電現象、磁滯、電致伸縮、界面極化、核磁共振、偶極子轉動、鐵磁共振以及離子傳導等，其中偶極子轉動與離子傳導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，將其不斷轉換為熱能，使自身整體同時升溫的加熱方式，與其他傳統的加熱方式完全不同[2]。傳統的加熱方式是按照輻射、對流以及熱傳導原理使熱量由外部逐漸傳到物料內部，熱量始終是由表及里的傳遞，以對物料進行加熱，物料里面存在溫度梯度，于是加熱的物料不太均勻，使得物料產生局部過熱的情況，對物料的反應過程與品質產生了影響，且能源耗損高，加熱速度慢。不同于常規加熱方式，微波加熱技術是經過被加熱體內部的偶極分子高頻往復運動，出現“內摩擦熱”而使被加熱物料溫度不斷升高，無需任何熱傳導過程，就可以同時加熱物料內外部，加熱快且均勻。

二、微波加熱技術的核心特征

（一）加熱快

微波加熱是使被加熱物體自身變成發熱物體，稱作整體加熱方式，無需熱傳導的相關過程，于是可以實現短期加熱。微波加熱過程中物體各個部位不管形狀如何，一般都可以對電磁波進行均勻滲透，以生成熱量，進一步提升介質材料加熱的效率。

（二）加熱均勻

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

（三）微波膨化

借助于微波的內部加熱特性，使物料內部快速升溫并產生很多蒸汽，內部的蒸汽在往外沖出的過程中，產生大量的微小孔道，使物料組織疏松與膨脹。相比于干燥油炸式的膨化，微波膨化不會進一步破壞物料的成分，擁有低熱量與不容易變質的優勢。

（四）選擇性加熱

由于物質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組分進行選擇性加熱。一般說介電常數大的介質很容易用微波加熱，介電常數太小的介質就很難用微波加熱。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、微波加熱技術在玻璃纖維行業中的運用

微波加熱技術可以對玻璃纖維原絲進行干燥。同時，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，由此提升了無機玻璃纖維表面和硅烷偶聯劑的結合力[4]。將硅烷偶聯劑的無機反應基團全面利用起來，如過氧基硅烷、乙氧基以及甲氧基等，形成硅氧鍵，提升了硅烷偶聯劑和玻璃纖維表面之間的界面結合力。

第二，玻璃纖維表面的有機固化成膜層，從微觀方面來看，其外層是成膜劑層，中間是過渡層，內層是連續成膜的偶聯劑層，中間層內有機聚合物與偶聯劑分子的成膜劑分子相互穿插。采取微波加熱技術進行干燥，因為各個介質的介電特性不一樣，內層的偶聯劑層先進行干燥，形成外層緊包內層，進一步降低了硅烷偶劑層與膜劑層或者外層之間出現“空隙”情況的概率，這極大地降低了生產玻璃鋼制品在樹脂層以及偶聯劑層之間產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，玻璃纖維生產過程中會出現大量微裂紋，所以一定要使用浸潤劑，浸潤劑逐漸融入到裂紋中，原絲經過烘干后，浸潤劑可以粘結以及閉合玻璃纖維表面的裂紋，進而提升玻纖的強度。借助于微波加熱技術對玻璃纖維原絲進行烘干，能夠比常規的加熱方式更有效[5]。

第四，借助于微波加熱技術對玻璃纖維原絲進行干燥，既能除去多余的水分，又能使玻璃纖維表面的浸潤劑成膜。相比于傳統的加熱烘干方式，其所需時間更短，對玻纖原絲的強度損失不多。借助于微波加熱技術對玻璃纖維原絲進行干燥，因水蒸汽很快蒸發，產生一個壓力梯度，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度較低。玻璃纖維原絲經微波烘干后，纖維與纖維呈松散狀態，與樹脂混合的纖維分散性好，用其制成的玻璃鋼制品強度和性能較傳統工藝有了很大的提高。

四、結語

隨著微波能在干燥、固化、高溫燒結等技術應用領域的不斷突破，玻璃纖維行業目前也大量的運用了微波技術來加熱、烘干玻璃纖維產品，隨著微波研究工作的不斷深入，其應用的行業和領域一定會更加寬廣。

參考文獻：

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

[2]李會平，甘超宇，劉者羽.材料性質和環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.微波加熱技術的現狀與發展分析[J].南方農機，2019，050（005）：152.

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

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