材料受熱本質(zhì)上是立體的，并不局限于表面積。利用微波輻射處理PMC（聚合物基復(fù)合材料），聚合物內(nèi)部產(chǎn)生熱量的機(jī)制是偶極子重取向。偶極子重新排列以至與振蕩電場取向相同。偶極子的這些頻繁運(yùn)動(dòng)受到慣性、摩擦、彈性、分子相互作用力并導(dǎo)致整個(gè)材料均勻加熱。一般PMC由兩相基體和增強(qiáng)體組成。具有高介電常數(shù)的材料在輻射時(shí)吸收更多的微波能量以被加熱；然后熱量通過熱傳導(dǎo)的方式被轉(zhuǎn)移到低介電材料上并保持恒定。前文提到過，與傳統(tǒng)的處理技術(shù)相比，選擇性加熱工藝被認(rèn)為是處理復(fù)合材料時(shí)具有更高的效率和更均勻的加熱。另一方面，如果復(fù)合材料中沒有任何成分具有所需的介電特性（如不透明材料），在這種情況下，可以向材料中添加導(dǎo)電材料完成微波加熱過程。有關(guān)報(bào)道指出，微波加熱的效率和熱傳導(dǎo)速率隨著增強(qiáng)材料、填料或添加劑體積分?jǐn)?shù)的增加而變化。總的來說，微波加熱處理PMC取決于以下幾個(gè)因素：偶極子的結(jié)構(gòu)、溫度、電導(dǎo)率、微波頻率和材料本身的介電性質(zhì)。具有低介電常數(shù)的增強(qiáng)體，例如，玻璃、芳族聚酰胺不會(huì)顯著吸收微波輻射；在這種情況下，微波被聚合物基體吸收。基體加熱后，熱量部分轉(zhuǎn)移到增強(qiáng)體材料中。反之，如果增強(qiáng)體與基體相比具有高介電常數(shù)，例如在天然纖維增強(qiáng)的熱塑性聚合物復(fù)合材料中，微波被增強(qiáng)體吸收，加熱后部分熱量通過熱傳導(dǎo)的方式進(jìn)入基體。大多數(shù)天然纖維的介電常數(shù)在3–6的范圍內(nèi)，而聚合物的介電常數(shù)范圍為2.26–2.4。

在熱固性PMC中，由于隨著溫度的升高，聚合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化，微波加熱會(huì)改變基體材料的介電性能。熱固性基體在微波作用下發(fā)生交聯(lián)改變結(jié)構(gòu)從而改變材料的介電性能。通常，在室溫下，所有熱固性聚合物都是液態(tài)的，在加入硬化劑后隨著時(shí)間的推移而固化。在室溫微波照射下，聚合物分子有效吸收微波能量，但隨著交聯(lián)程度增加，分子鏈粘度增加，限制了偶極子在振蕩電場中運(yùn)動(dòng)，從而降低熱固性材料對(duì)微波能量的有效吸收。在室溫下，熱固性PMC的固化過程主要由基質(zhì)材料完成。然而，在高溫下，熱固性PMC的能量吸收主要取決于增強(qiáng)纖維的介電常數(shù)。

熱塑性聚合物復(fù)合材料的微波處理非常困難，主要受三個(gè)方面限制：結(jié)晶度、溫度和導(dǎo)電性。一直以來，具有較高結(jié)晶度的熱塑性塑料（大于45%），由于偶極子運(yùn)動(dòng)受限，因此基體不會(huì)吸收微波能量，只有纖維會(huì)吸收能量，然后熱量通過傳導(dǎo)的方式進(jìn)入基體。當(dāng)基體達(dá)到玻璃化溫度（Tg）以上，結(jié)晶態(tài)被破壞，偶極子可以運(yùn)動(dòng)，此時(shí)基體可以吸收微波能量，有助于材料均勻加熱。另一方面，如果熱塑性塑料基體和增強(qiáng)體都能吸收微波能量，那么兩種材料吸收能量的百分比取決于每種材料的介電損耗因數(shù)。盡管使用微波加熱熱塑性PMC在實(shí)際生產(chǎn)中還存在一些問題，但與傳統(tǒng)加工技術(shù)相比，微波加工優(yōu)勢(shì)還是突出的。熱塑性聚合物的能量吸收機(jī)理復(fù)合材料如圖4所示。

圖4 微波輻射下聚合物復(fù)合材料的加熱過程

熱固性聚合物樹脂是復(fù)合材料當(dāng)中廣泛應(yīng)用的基體材料，其中環(huán)氧樹脂由于其相對(duì)良好的機(jī)械和物理性能成為復(fù)合材料中熱固性聚合物樹脂基體的代表。固化過程是指將具有低分子量的液體聚合物轉(zhuǎn)化為三維高度交聯(lián)固體。在壓力作用下，隨著熱量的增加，樹脂由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)。固化聚合物樹脂的物理和化學(xué)性質(zhì)主要取決于固化方法和條件（溫度和時(shí)間）。傳統(tǒng)的固化技術(shù)種類繁多，有室溫固化、熱固化爐內(nèi)固化、加熱模具、熱壓、高壓釜、電子光束加熱等。隨著對(duì)PMC的需求不斷增加，固化技術(shù)也得到發(fā)展，紫外光、伽馬射線、電子束，微波輻射等技術(shù)相繼出現(xiàn)，其中微波固化技術(shù)尤為重要。

碳纖維增強(qiáng)樹脂（CFRP）已獲得近幾十年來受到廣泛關(guān)注，主要應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。使用微波固化CFRP的研究已有報(bào)道。微波加熱熱固性聚合物通過極化過程產(chǎn)生熱量。極化有幾種類型，但只有偶極極化和界面極化是能量轉(zhuǎn)移的方式。極化水平取決于材料的介電特性。高介電損耗材料，具有低微波DP，此類材料可以反射絕大多數(shù)的微波。具有低介電損耗因數(shù)的材料，具有高DP，這意味著它們吸收具有更少的能量微波輻射。對(duì)于碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的微波能量吸收很大程度上取決于光纖軸和EM波方向夾角。在最近的一項(xiàng)研究中，Zhou等人通過實(shí)驗(yàn)確定不同夾角對(duì)微波吸收的影響。據(jù)報(bào)道，在單向CFRP層壓板中，平行于電場排列的纖維不吸收微波并且表現(xiàn)為反射材料。而對(duì)于90^? 布層角度，最大微波能量被垂直排列的碳纖維吸收。另外一些研究表面，微波沒有影響固化反應(yīng)，只是提高了反應(yīng)速率。通過對(duì)環(huán)氧樹脂、雙馬來酰亞胺和聚酰亞胺三種不同基體研究微波固化過程的機(jī)理和反應(yīng)速率，發(fā)現(xiàn)微波對(duì)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)沒有顯著影響，而EM產(chǎn)生的溫度分布區(qū)域中觀察到的固化過程隨時(shí)間變化而變化。

Drzal等人認(rèn)為，這是微波固化CFRP可以提高纖維-基質(zhì)界面的粘附力，這是由于在加熱過程中，微波能量優(yōu)選地被碳纖維吸收，然后通過傳導(dǎo)將其轉(zhuǎn)移到聚合物基體，從而使其具有更好的界面性質(zhì)。據(jù)報(bào)道，微波固化使用在玻璃纖維聚合物復(fù)合材料中時(shí)也有類似的效果。相比高壓釜固化等傳統(tǒng)處理方法，微波固化具有更少的處理時(shí)間和能耗，顯著降低CFRP產(chǎn)品的制造成本。碳納米管增強(qiáng)聚合物也可以通過微波加熱在更短的時(shí)間內(nèi)更有效地加工。

盡管使用微波加熱聚合物復(fù)合材料使其固化有很多好處，但該技術(shù)尚未在行業(yè)中得到廣泛認(rèn)可。主要原因包括：（a）缺乏工藝中使用的工具（b）生產(chǎn)初期投資過高（c）與傳統(tǒng)工藝相比，工藝需要成本更高的消耗材料；（d）微波發(fā)射器的尺寸不合適（e）復(fù)雜幾何形狀的模具加熱特性需要在商業(yè)使用前進(jìn)行驗(yàn)證（f）對(duì)于光纖材料，選擇性微波加熱耦合可導(dǎo)致斑點(diǎn)和電弧（g）難以在材料內(nèi)部形成均勻電磁場（h）微波處理期間微波輻射泄漏危及生產(chǎn)安全。

有人認(rèn)為，降低成本對(duì)于微波工藝商業(yè)化來說很重要。微波加熱固化必須可以生產(chǎn)與市場上具有同等機(jī)械性能或更好水平的部件，才可以取代傳統(tǒng)工藝。微波加熱固化CFRP的機(jī)械性能取決于工藝和材料等因素。研究人員已經(jīng)研究并報(bào)道了微波加熱固化CFRP的壓縮、層間剪切、層間斷裂韌性、拉伸和彎曲性能。用微波加熱固化復(fù)合材料（MCC）與熱固化復(fù)合材料（TCCs）相比，其性能優(yōu)異。最近提出了一種新的間接微波加熱方法，Rao等人研究了間接微波加熱固化工藝玻纖/環(huán)氧樹脂復(fù)合層壓板。Li等人研究了多取向CFRP復(fù)合材料間接微波加熱固化過程，結(jié)果表明多取向剛性碳纖維CFRP層壓板的面內(nèi)電磁特性導(dǎo)致材料無法吸收微波能量。Zhou等人提出了一個(gè)獨(dú)特的解決方案，通過引入超薄和由電介質(zhì)間隔物支撐的柔性諧振結(jié)構(gòu)高反射CFRP層壓板，形成金屬絕緣體CFRP，可以耦合微波磁場中的層壓板。這個(gè)設(shè)計(jì)可以有效地在碳纖維增強(qiáng)樹脂內(nèi)部產(chǎn)生強(qiáng)電流將微波能量轉(zhuǎn)換為熱能，從而加熱層壓材料。通過改變共振結(jié)構(gòu)的排布，垂直穿透微波（VPM）也被提出作為多取向CFRP層壓板微波加熱的解決方法。與高壓釜加熱工藝相比，微波固化CFRP層壓板的溫度均勻性有助于提高復(fù)合材料的力學(xué)性能，控制特定區(qū)域的溫度分布，也稱為通過頻率選擇性吸收進(jìn)行區(qū)域調(diào)節(jié)微波加熱。但微波加熱復(fù)合材料工藝在工業(yè)領(lǐng)域的的應(yīng)用始終受限。研究表明，能夠生產(chǎn)大規(guī)模的微波加熱器，必須要配套有精確控制和優(yōu)化工藝過程的組件，確保可重復(fù)性生產(chǎn)。