摘　要：目前，聚酯、乙烯基酯和环氧树脂是通过加热、紫外线辐射或电子束进行固化。加热工艺在这个领域中是常见的。作为一种新的固化技术，微波辐射用于适应RTM工艺的这些热固性树脂，它能提供一些重要的优势，比如优于当前固化技术的灵活性和性价比。

　　复合材料零部件需要在非常严格的加工条件下进行固化，以确保树脂可再现的聚合。聚酯、乙烯基酯和环氧树脂目前是采用加热、紫外线辐射或电子束进行固化。加热工艺在复合材料领域中是常用的。微波辐射作为一种新的固化技术，用于适应RTM工艺的聚酯、乙烯基酯和环氧树脂，它可以产生两个重要的优势：体积加热以及填充和固化阶段的分离。因此，在RTM中使用微波固化的主要目的是：优化树脂聚合，提高生产率和性价比，减少固
化时间、人工、生产周期时间、能耗和苯乙烯排放。

1　微波技术

　　以电阻、红外辐射或油为基础的传统加热工艺涉及通过传导的能量转移，因此，沿着部件的厚度可能出现热梯度和一个非均匀的放热反应。这导致了固化变化，内外固化、热降解和与过程相关的剩余应力。这样，必须在低温和低的加热速度下工作。这牵涉到长的固化周期以及产生树脂拉伸和收缩的内外固化，并会引起分层和，或基体断裂。
　　微波是频率范围在300MHz到300GHz的电磁辐射。它们主要用于雷达系统、通信技术、等离子体生成和材料加热。2.45GHz微波是工业应用中常用的。材料的微波固化涉及电磁固化工艺。由于微波的高频率，通过自由空间的传播是可能的。因而，不用特殊的电极也可能做到三维固化。
　　微波功率辐射是作为一种非常快且具选择性的加热方法而闻名，它清洁安全，多用途，使用方便。它可用于聚酯树脂加速聚合过程。现在，这种技术已被工业化用于一个连续挤出过程中，固化热固性弹性体(SBR、NBR，天然橡胶等)。
　　与传统的加热系统相反，聚合物中微波吸收的主要机理是在施加的电场中偶极的重新取向；由于偶极的运动，能量被消散好像加热一样，能量被体积传递，因此温度梯度减小，内外固化就有可能，如图1所示。在图2中，一个红外热成像图显示聚酯树脂使用微波辐射固化的不同步骤。可以沿着固化时间观察到体积加热。
　　不是所有的聚合物材料都适用于微波工艺。但是，许多聚合物含有形成强偶极的基团。微波辐射和聚合物材料相互作用的效率取决于偶极强度，移动性和质量。
　　热固性树脂一般是极性材料，能够吸收作用于它们的微波。通过材料吸收微波依赖于它们的介电性能，导致极性基团的激活并因而引起一个加热效应。微波的穿透能力使材料能够体积加热，这对于采用热加热是不可能的(图1)。介电添加剂可以被用来提高微波和树脂之间的相互作用。介电添加剂是极性物质，以非常低的用量(达2.5％)加入到树脂混合物中，吸收微波辐射并转化为热，传递至树脂。

2　工艺和性能

　　开展微波固化的研究(图2)，以突出它针对复合材料加工的优点。适用于RTM工艺和微波固化的多功能聚酯、乙烯基酯和环氧树脂被改性成低粘度，用于模具的优化填充。在填充过程完成后，应用三维微波系统开始树脂的固化过程。固化是一种放热反应，微波只是启动固化。这种创新的微波系统和一种温度控制系统相关联，以确保均匀的加热和树脂的佳固化。在模拟软件的帮助下开发该微波系统用于微波场和终的加热。

　　通过微波辐射增加树脂聚合度，可以达到100％，而固化时间减少。由于非常高的聚合度，苯乙烯排放特别是在脱模过程中，与开模工艺相比可以降低80％以上。使用示差扫描量热法(DSC)对固化部件的表征显示它们采用该项技术可完全固化。
　　这些试验的目的是把放热过渡的焓和树脂固化度相联系，两者呈反比关系。一个较高的焓表示较低的固化度。对于采用微波或传统加热方法固化的树脂，固化度百分比可以按照未固化树脂的焓计算。
　　在本研究中，需要在相同条件下进行实验，已获得试样固化度的修正值。一个评估的未固化聚酯树脂的焓E=256.97 J/g，相当于树脂固化过程中释放的放热过渡的焓。考虑到这个值，在相同试验条件下采用传统加热固化试样的试验，具有94％的固化度，如图3所示。相比之下，采用微波辐射，树脂的聚合度增加至100％，如图4所示。

3　结　论

　　开发了一个适用于RTM的可升级微波系统，用于复合材料部件的均匀加热和固化。只有被开发的树脂和温控微波系统相结合才能确保部件的均匀加工。
　　该新工艺潜在的好处是：
　　(1)通过把填充和固化步骤分开，从根本上改变了RTM工艺。反应直到施加微波才开始发生。
　　(2)减少了固化时间（体积加热）。
　　(3)减少了苯乙烯排放和人工。
　　(4)采用微波固化，提高了聚合度（近100％），不需要高温下后固化。
　　(5)由于均匀加热减少了内应力。