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)中獲得了普遍的運用,推動了各行各業(yè)的發(fā)展?;诖耍疚慕榻B了微波加熱原理以及微波加熱技術(shù)的核心特征,然后重點探究了微波加熱技術(shù)在玻璃纖維行業(yè)中的運用,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。微波技術(shù)在遙感、導(dǎo)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(shù)。近些年,將微波加熱技術(shù)運用于玻璃纖維行業(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,會產(chǎn)生各類功率耗散,進而實現(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、鐵磁共振以及離子傳導(dǎo)等,其中偶極子轉(zhuǎn)動與離子傳導(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)運動,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,于是可以實現(xiàn)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(zhì)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(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,微波膨化不會進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組分進行選擇性加熱。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)中的運用
微波加熱技術(shù)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(lián)劑的結(jié)合力[4]。將硅烷偶聯(lián)劑的無機反應(yīng)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(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)進行干燥,因為各個介質(zhì)的介電特性不一樣,內(nèi)層的偶聯(lián)劑層先進行干燥,形成外層緊包內(nèi)層,進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,進而提升玻纖的強度。借助于微波加熱技術(shù)對玻璃纖維原絲進行烘干,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,其所需時間更短,對玻纖原絲的強度損失不多。借助于微波加熱技術(shù)對玻璃纖維原絲進行干燥,因水蒸汽很快蒸發(fā),產(chǎn)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(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)域一定會更加寬廣。
參考文獻:
[1]李康強,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)保護與利用,2019,039(003):133-139.
[2]李會平,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,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(shù)[J].中國機械工程,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.