На основе комплексных экспериментальных исследований микроструктуры отвержденных полимерных композиционных материалов на эпоксидной матрице установлено, что в матрице и межфазном слое при взаимодействии со сверхвысокочастотным электромагнитным полем, энергетические параметры которого не достигают значений, вызывающих деструкцию матричного материала, происходят изменения, способствующие увеличению количества областей контактного взаимодействия «матрица – волокно». В результате повышается связанность армирующих компонентов и равномерность перераспределения внешних нагрузок, что позволяет значимо повысить механические характеристики материала в составе конечного изделия. Показано, что энергетические параметры и время воздействия оказывают значимое, а при определенных соотношениях – экстремальное влияние на механические характеристики полимерных композиционных материалов. Установлено, что на рациональных режимах обработки углепластика обеспечивается повышение предельных напряжений трехточечного изгиба в среднем на 25–42%, межслоевого сдвига – на 14–16%, растяжения – на 7–8%. Показано, что общий независимо от вида наполнителя механизм структурных изменений, способствующих упрочнению отвержденных полимерных композиционных материалов, заключается в совместном действии термического и волнового процессов, в результате которых матрица под действием диэлектрического нагрева до температур 40–70°С временно переходит в высокоэластичное состояние. При этих условиях под действием волновых колебательных процессов, стимулированных электромагнитным полем, повышается вероятность конформационных поворотов звеньев макромолекул и релаксации остаточных напряжений, увеличиваются степень кристалличности и количество упорядоченных надмолекулярных образований в процессе повторного отверждения.