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撕胶带让你抓狂过吗?




20世纪出现了很多改变文化的黏合剂产品,其中最重要的一种当数胶带,这是由3M公司另一位发明家理查德·鲁(Richard  Drew)在1925年发明出来的。鲁发明的胶带中有关键的三层,中间一层是玻璃纸,这是一种由木浆制成的塑料,可以让胶带拥有机械般的强度和透明度。胶带的底层是黏合剂层,顶层则至关重要,它是一层不会粘的材料,就像特氟龙一样,大多数物质在与它接触时都有很低的表面张力,无法将其轻松地润湿(所以我们会用它制作不粘锅)。将它应用在胶带中真是绝妙的做法,这意味着胶带可以贴在自己上面,却不会永久地粘住彼此,这样便可以制作成胶带卷使用。说起来,谁家会没有一卷胶带?而我需要用上10卷。

你可以通过观察一个人如何对付一卷胶带来了解他。我必须坦率地承认,我习惯用手撕胶带,而不是剪断。要是你找我要胶带,我肯定会抓起一卷,然后热情地帮你撕下一段。但我可能不会一下子就撕好,最可能发生的情况是,我先撕出一点碎片,要么是撕开的角度很奇怪,要么是干脆撕断一截,而且难免会让有黏性的一面互相粘在一起。对此,我不会得意,它是真的惹怒了我。我对着胶带生气,它却似乎变本加厉地刺激我,自己重新粘了回去,并且贴合得没有一丝痕迹,让我不知该从哪儿撕起。这个时候,我就不得不动用自己的大拇指,不断地绕着胶带卷搓动,试图找出胶带的头,并感到十分无助。这种情况有时候会持续很长时间,气得我忍不住对胶带大吼大叫,甚至会把它扔到房间的另一头,心想我为什么连个胶带切割器都没有。

电工胶带更适合我,不用剪刀就可以撕开它。其中的织物纤维贯穿了整卷胶带以便于加固,这使它更容易被撕断。胶带的强度来自织物纤维,黏性与柔韧性则是来自塑料和黏合层。我非常喜欢电工胶带,我承认我羡慕在腰带上随时别着电工胶带的人,那是他们的工作必需品。想到这里,我偷偷地瞥了一眼仍在看电影的苏珊,想知道她喜欢哪一种胶带。她此前看的书是奥斯卡·王尔德的《道连·格雷的画像》,正摆在她面前的小桌板上。我注意到书脊像是已经用某种红色电工胶带修补过了,而胶带的末端被剪刀剪得十分利索。看来她是那种喜欢剪断胶带的人。



复合板与黏合剂的完美结合


由理查德·鲁首创的胶带,虽说是一种很有用的发明,但不是引领现代飞机工艺的技术创新,而这一点是由另一位美国化学家利奥·贝克兰(Leo  Baekeland)实现的,他成功地研制出了第一种塑料。他将两种液体混合后得到了塑料:一种是酚类,也就是桦木树脂中的主要成分;另一种则是甲醛,一种防腐液。这两种液体一起反应,得到一种新的分子,而这种分子还有个多余的化学键,可以连接更多的酚类分子,这样就产生了更多可以与酚类反应的化学键。最后,液体(如果比例合适的话)会被化学键牢牢地锁在一起,形成一个固体。换句话来说,这个反应会形成一个巨大的分子,所有将它固定起来的化学键都是永久性的,所以无论你创造出一个什么物体,它都会变得异常坚硬而强韧。

苯酚和甲醛形成了一种强力黏合剂

贝克兰用这种塑料制作出了很多物件,包括当时刚刚被发明出来的新电话。当然,这是相当有用的,也让贝克兰发了大财。不过,它还带来了另一个影响。化学家们意识到,苯酚和甲醛,可以在混合后应用于两个物体之间的界面,混合物变硬的时候就可以将物体黏合在一起。这催生出了一大类新型黏合剂,也就是双组分黏合剂,强度超过了以往的任何胶水。

人们使用双组分黏合剂越多,就越了解它们的用途。首先,不同的组分——苯酚与甲醛可以单独存储在不同的容器中,因此在使用前它们都可以保持液态。除此之外,你可以通过添加剂改变它们的化学成分,使其润湿性变得更好或更差,这样就可以粘在不同的材料上,如金属或木材。

这种新型的黏合剂对工程师产生了很大影响,他们又开始重新考虑最先在古埃及被发明出来的复合板。如果你用双组分黏合剂制作复合板,它就能完美地与木材键合,最终得到的复合板既没有依靠动物胶的弱化学键结合,也不会对水敏感。但是,这种新型的复合材料要想获得成功,还需要旺盛的市场需求,与此同时发展起来的飞机工业正好需要它。20世纪初,多数飞机都是由木头制造,但是因为木头有纹理,飞机很容易开裂。复合板是一个完美的解决方案,它可以被加工成符合空气动力学的形状,有了新型的双组分黏合剂之后,它变得既可靠又有弹性。

有史以来,最著名的复合板飞机是德·哈维兰公司研制的蚊式轰炸机。当它在第二次世界大战中投入应用时,是飞行速度最快的飞机。因为飞得比其他飞机都快,所以它甚至没有配备防御机枪。直到今天,它恐怕都是有史以来最漂亮的复合板制品。它的优雅与知性,源于复合板可以在黏合剂的作用下被制成各种复杂的形状,这一特性让它几十年来深受设计师们的青睐。

战后,复合板继续改变着我们的世界,这一次轮到了家具。当时最具创意的两位设计师分别是查尔斯·伊姆斯(Charles  Eames)和雷·伊姆斯(Ray  Eames),用复合板重新定义了木制家具。他们的设计成为经典,特别是现在为人们所熟知的伊姆斯椅子。直到今天,这些椅子还在被制造或仿制,随便走进一家咖啡厅或一间教室,你都有可能看见它们。家具界的时尚潮流不断变化,但复合板的吸引力经久不衰。

蚊式轰炸机

不过,尽管复合板家具经受住了时间的考验,航空工程却在继续发展。战后,铝合金成为制造飞机的首选材料,这不是因为它的强度在同等重量下比复合板更高,甚至也不是因为其硬度比复合板高。铝之所以能够胜出,是因为它可以被更好地制造、加压,也更加可靠、安全,尤其是当飞机变得越来越大,飞得越来越高的时候。要想让复合板停止吸水或失水,是很难的。如果在干旱的国家停留得太久,复合板飞机就会变得干燥,由此引起材料收缩,并对胶接处产生应力。而当飞机停在非常潮湿的地方时,复合板便会膨胀甚至腐烂,这同样会危及飞机的安全。

铝不会出现以上问题,事实上,它具有不可思议的抗腐蚀性,因此,它成为之后50年里飞机结构的基础。但它绝不是完美的,它在一定重量下的硬度或强度,都不足以制造出真正轻量、节能的飞机。所以,尽管铝制飞机的生产正处于鼎盛时期,当时的工程师们也还在为寻找更理想的飞机外壳材料而绞尽脑汁。他们很想知道,那会是一种金属,还是某种完全不同的材料?碳纤维看起来很有前途,因为在同等重量条件下,它的硬度是钢、铝或复合板的10倍。但碳纤维是一种纺织品,而在当时,没有人用它制造机翼。