固化

固化是聚合物化学和工艺工程中采用的一种化学过程，通过聚合物链的交联使聚合物材料增韧或硬化。 即使它与热固性聚合物的生产密切相关，术语固化也可用于从液体溶液中获得固体产品的所有过程，例如 PVC 塑料溶胶。

在固化过程中，单一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xxx部分，形成了具有各种结构的分子分支，并且它们的分子量随着反应的程度而增加，直到网络大小等于系统的大小。 体系失去溶解性，粘度趋于无穷大。 剩余的分子开始与宏观网络共存，直到它们与网络反应产生其他交联。 交联密度增加，直到系统达到化学反应的终点。

固化可以通过热、辐射、电子束或化学添加剂来引发。 引用 IUPAC 的话：固化可能需要也可能不需要与化学固化剂混合。 因此，两大类是 (i) 由化学添加剂（也称为固化剂、硬化剂）引起的固化和 (ii) 在没有添加剂的情况下固化。 中间情况涉及树脂和添加剂的混合物，需要外部刺激（光、热、辐射）来诱导固化。

固化方法取决于树脂和应用。 特别注意固化引起的收缩。 通常较小的收缩值 (2-3%) 是可取的。

环氧树脂通常通过使用通常称为硬化剂的添加剂来固化。 经常使用多胺。 胺基团使环氧化物环开环。

在橡胶中，固化也是通过添加交联剂引起的。 由此产生的过程称为硫磺硫化。 硫分解形成聚合物链部分之间的多硫化物交联（桥）。 交联度决定了材料的刚性和耐久性以及其他性能。

油漆和清漆通常含有油性干燥剂，通常是金属皂，可以催化主要包含它们的不饱和干性油的交联。 当油漆被描述为干燥时，它实际上是通过交联硬化。 氧原子充当交联键，类似于硫在橡胶硫化中所起的作用。

在混凝土的情况下，固化需要形成硅酸盐交联。 该过程不是由添加剂引起的。

在许多情况下，树脂以含有热活化催化剂的溶液或混合物的形式提供，这会引发交联，但仅在加热时才会发生。 例如，一些基于丙烯酸酯的树脂是用过氧化二苯甲酰配制的。 加热混合物后，过氧化物转化为自由基，自由基加到丙烯酸酯上，引发交联。

一些有机树脂会受热固化。 当施加热量时，树脂的粘度在交联开始之前下降，然后随着组成低聚物相互连接而增加。 这个过程一直持续到形成低聚物链的三维网络——这个阶段被称为凝胶化。 就树脂的可加工性而言，这标志着一个重要阶段：凝胶化之前系统相对流动，凝胶化之后流动性非常有限，树脂和复合材料的微观结构是固定的，严重的扩散限制进一步固化是 创建。 因此，为了在树脂中实现玻璃化，通常需要在胶凝后提高工艺温度。

当催化剂被紫外线辐射激活时，该过程称为紫外线固化。

例如，固化监测是控制复合材料制造过程的重要组成部分。材料最初是液体，在过程结束时将变为固体：粘度是过程中最重要的变化特性。

固化监测依赖于监测各种物理或化学性质。

在固化过程中监测粘度变化以及反应程度的一种简单方法是测量弹性模量的变化。

要测量固化过程中系统的弹性模量，可以使用流变仪。 通过动态力学分析，可以测量储能模量 (G') 和损耗模量 (G'')。 G'和G随时间的变化可以指示固化反应的程度。

如图 4 所示，经过一段感应时间后，G' 和 G 开始增加，斜率突然变化。