流淌的“白金”，说不尽的传奇
2024-10-08 00:00:00肖溪树
百科知识 2024年18期
人类使用天然橡胶已经有几百年的历史了，作为一种神奇的弹性材料，橡胶在军事、交通、航天等领域以及日常生活中都具有广泛的应用。合成橡胶的诞生和进步，使橡胶迅速走进了平民的生活，并成为一种支撑人类文明进步的重要基础材料。
橡胶树淌出的传奇故事
在厄瓜多尔西北部一个叫埃斯梅拉达斯的地方生长着一种被称为“赫维”的树木。只要在该树干的表皮上切一道口子，就会有牛乳状的白色液体从切口处流出，当与空气接触后，液体会逐渐凝固并变成黑色……玛雅印第安人将这种从树上采集的树脂称为“卡乌-丘克”，意思为“树木的眼泪”。
原来，这种会“流泪”的树就是每个叶柄上都长有三片小叶子的三叶橡胶树。天然橡胶是一种有机物质，是从热带丛林高大的三叶橡胶树切口中流出的“乳汁”凝固后获得的。三叶橡胶树原产于巴西亚马孙河流域马拉岳西部地区，主要产于巴西，其次是秘鲁、哥伦比亚、厄瓜多尔、圭亚那、委内瑞拉和玻利维亚，现已广泛分布于亚洲、非洲、大洋洲、拉丁美洲的40多个国家和地区。
人们把橡胶树流出的“乳汁”凝固后获得的具有弹性的黄色固体物质叫作生橡胶，这是最为原始的天然橡胶，因其具有很强的弹性和良好的可塑性，可以用来制作玩具和多种生活用品。早在11世纪以前，美洲原住民就会用原始的方法生产橡胶了。到了15世纪，印第安人已经普遍使用橡胶材质生活用品了。
对于盛产野生橡胶资源的地区来说，得天独厚的野生橡胶资源简直就是流淌的“白色金子”，从而崛起了一大批富庶之邦。同时，橡胶树被推到了财富争夺的前沿，进而改变了诸多国家的命运。
哥伦布与橡胶球的缘分
西班牙著名航海家哥伦布从1492年到1502年先后4次横渡大西洋，发现了美洲大陆。他与橡胶的结缘，还要从一次意外的发现说起。有一天，当哥伦布的船队停泊在南美洲一个叫作海地岛的岸边时，队员们看到当地一群孩子正在玩耍一种神秘的黑色小球。令他们百思不得其解的是，这种神秘的黑色小球落到沙滩上，居然能够重新蹦起很高来，可见其弹性非常好。
哥伦布向当地居民要了一个这样的黑色小球，并询问了它的制作秘密。原来，这种小球是由“卡乌-丘克”做成的，“卡乌-丘克”其实就是上文提到的生橡胶。1493年，哥伦布回到欧洲时，带回了各种各样的珍奇物品，其中就有一个用“卡乌-丘克”制成的黑色小球。
哥伦布让欧洲人见识了橡胶球的魔力，然而欧洲人当时并没有对这种东西产生兴趣，只是出于好奇把它送进了博物馆。欧洲人真正对橡胶产生兴趣并对它进行科学研究是在200多年以后才开始的。
1735年，一名叫康德曼因的法国科学家参加了南美秘鲁的勘察队。历经10年的勘察旅行，康德曼因于1745年踏上了归国的旅途，并把采集到的橡胶标本带回了欧洲。他详细考察了橡胶树的生活习性以及采胶过程，并记录了当地人怎样用凝结的乳胶制成防水的靴子。受到康德曼因等人的影响，欧洲人开始对橡胶产生了兴趣。
改变橡胶命运的“英雄”
尽管天然橡胶获得了广泛应用，但是生橡胶具有一个致命的缺点，即其制品性能受温度影响较大。比如，生橡胶制品遇冷变脆，而遇热又容易发黏，这使得生橡胶的应用受到了很大的限制。那么，是谁改变了橡胶的命运呢？
科学界认为，美国人古德义是改变橡胶命运的“英雄”。古德义出生在美国康涅狄格州的一个小城市，早年曾帮助父亲经营五金业，后改行制作和改良橡胶产品。古德义经过不断探索，终于完成了一项伟大的发明—“橡胶加硫法”，从而彻底改变了橡胶的命运。
古德义改良橡胶制品的道路并非一帆风顺。由于橡胶的化学结构非常复杂，对于没有化学基础的古德义来说，研究橡胶简直比登天还难。在10多年的探索中，古德义曾尝试在生橡胶中掺入氧化镁、用石灰水对橡胶进行处理、进行多种掺加物的试验，然而屡遭失败。
1839年的一天，古德义在用硫黄做试验时出现了奇迹。当他把硫黄加到已经加热的橡胶中的时候，立即发生了剧烈反应，并释放出了大量难闻的气体。由于臭气弥漫了整个屋子，试验不得不停下来，样品也被扔进了垃圾桶。事后，古德义偶然在炉子旁边发现了一块慌乱中扔掉的橡胶。谁能想到，这块橡胶竟然在受热时不发黏，高温下仍然具有很好的弹性。
为了获得最佳性质的硫化橡胶，古德义进行了多次试验，对掺入橡胶的硫黄比例、加热到多少度以及何时停止加热等进行了探索。在此期间，他研制出了几十种橡胶产品，确立了橡胶加硫的新方法。
1844年，古德义获得了“橡胶加硫法”的专利权。然而，“橡胶加硫法”在当时并没有引起科学界的重视，“橡胶加硫法”的专利推广也遇到了很大阻碍。这个发明耗费了古德义大量精力，他却没有因此致富。1860年，古德义背着巨大的债务在贫病交加中去世。
用“轮胎”驱动的文明
轮子的发明是人类交通运输史上的一个重大技术突破，促进了各种代步工具的进步。从西夫拉克的“自行车模型”，到德莱斯的新型木制两轮自行车，都反映了自行车日趋完善的演变过程。
轮胎的发展经历了一个漫长的历程，多少代人为之付出了艰辛的劳动和高超的智慧。1842年，一名叫古德的美国人把橡胶应用到了自行车轮子上，从而发明了自行车硬橡胶轮胎。由于硬橡胶轮胎是实心的，所以骑行起来非常颠簸，极大地限制了自行车的推广和应用。
在自行车发展史上，充气轮胎的发明无疑具有划时代意义。1888年的一天，英国贝尔法斯特的一所学校要举行一场自行车比赛。为了能让儿子在自行车比赛中取得好成绩，邓禄普对自己的自行车进行了改进。
邓禄普是一位兽医，他从医治牛胀气中受到启发，发明了充气橡胶轮胎。当时，邓禄普制作的充气橡胶轮胎非常原始，即用一根充了气的管子当作气胎，并在外面涂了一层橡胶保护层。这种充气轮胎一开始就受到了人们的嘲笑，但他的儿子还是凭借此轮胎获得了比赛第一名。此后，邓禄普的充气橡胶轮胎发明受到了人们的普遍重视。
1888年，邓禄普向英国专利局申请了专利，然后放弃兽医职业，建立了世界上第一家轮胎制造厂。邓禄普制成的充气轮胎，是轮胎制造史上一个划时代的贡献。从1894年起，大批量生产的“希尔德布兰德”和“沃尔米勒”牌摩托车开始正式使用邓禄普轮胎。
两年后，德国人卡尔·本茨发明了世界上第一辆三轮汽车。邓禄普发明的充气轮胎迅速走向了汽车领域，从而为世界汽车工业的发展做出了巨大贡献。早期的充气轮胎是用涂有橡胶的帆布作为胎体，安全寿命只有两三百千米。
1937年，米其林公司研制出了子午线轮胎，这种轮胎由多层帘布层加强，并用分层钢丝帘线层箍紧，极大提高了轮胎行驶方向的稳定性。1981年，英国邓禄普公司又发明了一种新型轮胎，在轮胎穿孔的情况下，汽车仍可继续行驶，而轮胎不会从轮辋上脱出。这种轮胎的安全寿命为2.5万千米。
在汽车工业中，橡胶主要用作轮胎、门窗密封条、胶管、减振制品、防尘罩、胶带、油封、皮碗、皮膜等。橡胶占车用材料总质量的5%，每辆汽车使用的橡胶件为四五百个。
开启合成橡胶新时代
邓禄普开启了用轮胎驱动世界的新时代，但是当时人们使用的还都是天然橡胶。制取1吨橡胶需要3000棵成年橡胶树的胶汁，而一棵橡胶树苗成长为成年橡胶树至少需要6～8年的时间。有人测算过，平均1亩（约666平方米）地种植的成年橡胶树，一年的产胶量只能制造一两个轮胎，可见橡胶树的产胶效率是非常低的。而且，用于制作轮胎时，天然橡胶的性能也存在缺陷。
德国拜耳公司总裁卡尔·杜伊斯堡预见到了开发天然橡胶替代品的商业价值，并于1906年发出了一个悬赏令。该悬赏令规定，如果有人能够在1909年11月1日之前研制出制造橡胶或橡胶替代品的方法，公司将奖励两万马克的奖金。两万马克在当时可是一笔十分可观的数目。
1909年，德国化学家弗里茨·霍夫曼第一次在实验室里成功地合成出了橡胶，并于同年9月12日获得了世界上第一个合成橡胶—甲基橡胶的生产专利，从而为此后合成橡胶的发展奠定了基础。霍夫曼发明的甲基橡胶，可以随温度的变化而变得很软或很硬，但是始终保持弹性。甲基橡胶的发明，标志着合成橡胶的诞生。霍夫曼就此为合成橡胶打开了一扇门，人类从此开启了合成橡胶的历史。
第一次世界大战期间，由于天然橡胶供不应求，德国开始了甲基橡胶的小批量生产，主要用于制造硬质橡胶制品。由于这种合成橡胶质次价高，战后即停止了生产。第二次世界大战期间，随着战争对战略物资的需求的增加，合成橡胶以及与战争相关的汽车轮胎、飞机轮胎的生产得到了很大的发展。
第二次世界大战以后，发达国家中的汽车等工业蓬勃兴起，推动了世界橡胶工业的大发展。到了20世纪70年代，橡胶加工及橡胶合成的生产技术达到了空前未有的高度，也迎来了世界橡胶工业的高速发展期。
不同寻常的“特种橡胶”
根据需要设计合成的具有特殊用途的橡胶，被称为特种橡胶。丁腈橡胶、丁基橡胶、硅橡胶、氟橡胶等都属于特种橡胶。不同的特种橡胶具有不同的“绝活”，从而在国防、工业、医疗以及尖端科学技术领域大放异彩。硅橡胶等特种橡胶还是航天领域不可或缺的新型材料。硅橡胶是把硅元素引入到有机世界而开发出来的一种新型特种橡胶。它既耐热又耐寒，使用温度为-100～350℃，具有优异的耐气候性和良好的绝缘性，可用作飞机和航天器的密封材料。
目前，汽车工业仍然是多种特种橡胶的用武之地，特别是随着节能、环保型汽车的快速发展，对汽车橡胶制品的质量提出了更为苛刻的要求。同时，汽车性能的提高和安全性的增加在很大程度上也取决于橡胶制品的可靠性。丁基橡胶的化学稳定性和电绝缘性很好，可用于制造各种车辆内胎、电线、电缆包皮、耐热传送带、蒸汽胶管等。
氟橡胶是含有氟原子的合成橡胶，具有优异的耐热性、耐氧化性、耐油性和耐药品性，可用作密封材料、耐介质材料以及绝缘材料，在航空、化工、石油、汽车等领域具有广泛的应用。聚氨酯橡胶可应用于田径运动跑道。
此外，特种橡胶可用作人工关节、人造软骨、人工心脏瓣膜等医学卫生材料，还可用于高精密度仪表的制造。
【责任编辑】蒲 晖
