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化学交联的奇迹：什么让聚合物变得如此坚韧？
在聚合物化学和过程工程中，固化是一种化学过程，通过聚合物链的交联来产生聚合物材料的加固或硬化。尽管这一过程与热固性聚合物的生产密切相关，但「固化」这一术语也可以用于所有从液体溶液获得固体产品的过程，例如 PVC 塑料胶。固化使聚合物变得更加坚韧，让它在真实世界应用中更具弹性。
固化过程
在固化过程中，单体和低聚物与或不与固化剂混合，反应形成三维聚合物网络。在反应的最初阶段，各种结构的分子分支形成，随着反应的进行，分子量随时间增加，直到网络大小等于系统的大小。系统失去了可溶性，其粘度趋于无限。剩余的分子开始与宏观网络共存，直到它们与网络反应，形成其他交联。
固化可以通过热、辐射、电子束或化学添加剂来诱导。在某些情况下，固化不需要混合化学固化剂。
通过添加剂诱导的固化
环氧树脂通常需要添加剂进行固化，这些添加剂通常被称为硬化剂。聚胺基通常用于此目的，因为胺基能够开环环氧基。对于橡胶，固化也可以通过添加交联剂来实现，这个过程称为硫熔融。硫分解以形成聚硫交联（桥接）聚合物链的结构。交联的程度会影响材料的刚性、耐用性及其他性质。
许多油漆和清漆中通常含有助于干燥的金属肥皂，这些金属肥皂催化不饱和干燥油的交联，当油漆被描述为“干燥”时，实际上是通过交联硬化。
不使用添加剂的固化
在混凝土的情况下，固化涉及矽酸盐交联的形成，并不需要添加剂。在许多情况下，树脂以溶液或与热活化催化剂的混合物形式提供，这种催化剂仅在加热时诱导交联。例如，一些基于丙烯酸的树脂是用二苯甲酰过氧化物配方制成的，在加热混合物时，过氧化物转化为自由基，开始交联过程。
热施加后，树脂的粘度会下降，但随着交联的开始而上升，这一过程持续到形成三维低聚物链网络为止。
监测方法
固化监测对于控制复合材料制造过程至关重要，材料从液体转变为固体，粘度是固化过程中最重要的变化特征。固化监测依赖于监测各种物理或化学性能。
流变分析
固化过程中监测粘度变化的一种简单方法是测量弹性模量的变化。可以使用流变仪来测量系统在固化过程中的弹性模量，特别是动态机械分析，可以测量储存模量 (G') 和损失模量 (G)。
热分析
如果交联过程中的反应是放热的，则交联速率可与反应产生的热量相关。热流差示扫描量热法可以用于测量热流。
介电分析
传统的介电法能够监测树脂从液体到橡胶再到固态的固化过程，并拥有监测复杂树脂混合物的相分离能力。
波谱分析
通过测量特定反应树脂物质的浓度变化，可以采用光谱法来监测固化过程，例如使用傅里叶变换红外光谱 (FTIR) 和拉曼光谱。
超声分析
超声固化监测方法的基本原理是根据超声波传播特性变化与组件实时机械性能之间的关系进行评估。
在探索聚合物坚韧性背后的化学交联过程时，我们不禁要思考：未来的材料科学将如何推动我们的技术与生活边界的拓展?
