流淌的“白金”，說(shuō)不盡的傳奇

人類(lèi)使用天然橡膠已經(jīng)有幾百年的歷史了，作為一種神奇的彈性材料，橡膠在軍事、交通、航天等領(lǐng)域以及日常生活中都具有廣泛的應(yīng)用。合成橡膠的誕生和進(jìn)步，使橡膠迅速走進(jìn)了平民的生活，并成為一種支撐人類(lèi)文明進(jìn)步的重要基礎(chǔ)材料。

橡膠樹(shù)淌出的傳奇故事

在厄瓜多爾西北部一個(gè)叫埃斯梅拉達(dá)斯的地方生長(zhǎng)著一種被稱(chēng)為“赫維”的樹(shù)木。只要在該樹(shù)干的表皮上切一道口子，就會(huì)有牛乳狀的白色液體從切口處流出，當(dāng)與空氣接觸后，液體會(huì)逐漸凝固并變成黑色……瑪雅印第安人將這種從樹(shù)上采集的樹(shù)脂稱(chēng)為“卡烏 - 丘克”，意思為“樹(shù)木的眼淚”。

原來(lái)，這種會(huì)“流淚”的樹(shù)就是每個(gè)葉柄上都長(zhǎng)有三片小葉子的三葉橡膠樹(shù)。天然橡膠是一種有機(jī)物質(zhì)，是從熱帶叢林高大的三葉橡膠樹(shù)切口中流出的“乳汁”凝固后獲得的。三葉橡膠樹(shù)原產(chǎn)于巴西亞馬孫河流域馬拉岳西部地區(qū)，主要產(chǎn)于巴西，其次是秘魯、哥倫比亞、厄瓜多爾、圭亞那、委內(nèi)瑞拉和玻利維亞，現(xiàn)已廣泛分布于亞洲、非洲、大洋洲、拉丁美洲的 40 多個(gè)國(guó)家和地區(qū)。

人們把橡膠樹(shù)流出的“乳汁”凝固后獲得的具有彈性的黃色固體物質(zhì)叫作生橡膠，這是最為原始的天然橡膠，因其具有很強(qiáng)的彈性和良好的可塑性，可以用來(lái)制作玩具和多種生活用品。早在 11 世紀(jì)以前，美洲原住民就會(huì)用原始的方法生產(chǎn)橡膠了。到了 15 世紀(jì)，印第安人已經(jīng)普遍使用橡膠材質(zhì)生活用品了。

對(duì)于盛產(chǎn)野生橡膠資源的地區(qū)來(lái)說(shuō)，得天獨(dú)厚的野生橡膠資源簡(jiǎn)直就是流淌的“白色金子”，從而崛起了一大批富庶之邦。同時(shí)，橡膠樹(shù)被推到了財(cái)富爭(zhēng)奪的前沿，進(jìn)而改變了諸多國(guó)家的命運(yùn)。

哥倫布與橡膠球的緣分

西班牙著名航海家哥倫布從1492 年到 1502 年先后 4 次橫渡大西洋，發(fā)現(xiàn)了美洲大陸。他與橡膠的結(jié)緣，還要從一次意外的發(fā)現(xiàn)說(shuō)起。有一天，當(dāng)哥倫布的船隊(duì)停泊在南美洲一個(gè)叫作海地島的岸邊時(shí)，隊(duì)員們看到當(dāng)?shù)匾蝗汉⒆诱谕嫠Ｒ环N神秘的黑色小球。令他們百思不得其解的是，這種神秘的黑色小球落到沙灘上，居然能夠重新蹦起很高來(lái)，可見(jiàn)其彈性非常好。

哥倫布向當(dāng)?shù)鼐用褚艘粋€(gè)這樣的黑色小球，并詢(xún)問(wèn)了它的制作秘密。原來(lái)，這種小球是由“卡烏 - 丘克”做成的，“卡烏 - 丘克”其實(shí)就是上文提到的生橡膠。1493 年，哥倫布回到歐洲時(shí)，帶回了各種各樣的珍奇物品，其中就有一個(gè)用“卡烏 - 丘克”制成的黑色小球。

哥倫布讓歐洲人見(jiàn)識(shí)了橡膠球的魔力，然而歐洲人當(dāng)時(shí)并沒(méi)有對(duì)這種東西產(chǎn)生興趣，只是出于好奇把它送進(jìn)了博物館。歐洲人真正對(duì)橡膠產(chǎn)生興趣并對(duì)它進(jìn)行科學(xué)研究是在 200 多年以后才開(kāi)始的。

1735 年，一名叫康德曼因的法國(guó)科學(xué)家參加了南美秘魯?shù)目辈礻?duì)。歷經(jīng) 10 年的勘察旅行，康德曼因于 1745 年踏上了歸國(guó)的旅途，并把采集到的橡膠標(biāo)本帶回了歐洲。他詳細(xì)考察了橡膠樹(shù)的生活習(xí)性以及采膠過(guò)程，并記錄了當(dāng)?shù)厝嗽鯓佑媚Y(jié)的乳膠制成防水的靴子。受到康德曼因等人的影響，歐洲人開(kāi)始對(duì)橡膠產(chǎn)生了興趣。

改變橡膠命運(yùn)的“英雄”

盡管天然橡膠獲得了廣泛應(yīng)用，但是生橡膠具有一個(gè)致命的缺點(diǎn)，即其制品性能受溫度影響較大。比如，生橡膠制品遇冷變脆，而遇熱又容易發(fā)黏，這使得生橡膠的應(yīng)用受到了很大的限制。那么，是誰(shuí)改變了橡膠的命運(yùn)呢？

科學(xué)界認(rèn)為，美國(guó)人古德義是改變橡膠命運(yùn)的“英雄”。古德義出生在美國(guó)康涅狄格州的一個(gè)小城市，早年曾幫助父親經(jīng)營(yíng)五金業(yè)，后改行制作和改良橡膠產(chǎn)品。古德義經(jīng)過(guò)不斷探索，終于完成了一項(xiàng)偉大的發(fā)明——“橡膠加硫法”，從而徹底改變了橡膠的命運(yùn)。

古德義改良橡膠制品的道路并非一帆風(fēng)順。由于橡膠的化學(xué)結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，對(duì)于沒(méi)有化學(xué)基礎(chǔ)的古德義來(lái)說(shuō)，研究橡膠簡(jiǎn)直比登天還難。在 10 多年的探索中，古德義曾嘗試在生橡膠中摻入氧化鎂、用石灰水對(duì)橡膠進(jìn)行處理、進(jìn)行多種摻加物的試驗(yàn)，然而屢遭失敗。

1839 年的一天，古德義在用硫磺做試驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)了奇跡。當(dāng)他把硫磺加到已經(jīng)加熱的橡膠中的時(shí)候，立即發(fā)生了劇烈反應(yīng)，并釋放出了大量難聞的氣體。由于臭氣彌漫了整個(gè)屋子，試驗(yàn)不得不停下來(lái)，樣品也被扔進(jìn)了垃圾桶。事后，古德義偶然在爐子旁邊發(fā)現(xiàn)了一塊慌亂中扔掉的橡膠。誰(shuí)能想到，這塊橡膠竟然在受熱時(shí)不發(fā)黏，高溫下仍然具有很好的彈性。

為了獲得最佳性質(zhì)的硫化橡膠，古德義進(jìn)行了多次試驗(yàn)，對(duì)摻入橡膠的硫磺比例、加熱到多少度以及何時(shí)停止加熱等進(jìn)行了探索。在此期間，他研制出了幾十種橡膠產(chǎn)品，確立了橡膠加硫的新方法。

1844 年，古德義獲得了“橡膠加硫法”的專(zhuān)利權(quán)。然而，“橡膠加硫法”在當(dāng)時(shí)并沒(méi)有引起科學(xué)界的重視，“橡膠加硫法”的專(zhuān)利推廣也遇到了很大阻礙。這個(gè)發(fā)明耗費(fèi)了古德義大量精力，他卻沒(méi)有因此致富。1860 年，古德義背著巨大的債務(wù)在貧病交加中去世。

用“輪胎”驅(qū)動(dòng)的文明

輪子的發(fā)明是人類(lèi)交通運(yùn)輸史上的一個(gè)重大技術(shù)突破，促進(jìn)了各種代步工具的進(jìn)步。從西夫拉克的“自行車(chē)模型”，到德萊斯的新型木制兩輪自行車(chē)，都反映了自行車(chē)日趨完善的演變過(guò)程。

輪胎的發(fā)展經(jīng)歷了一個(gè)漫長(zhǎng)的歷程，多少代人為之付出了艱辛的勞動(dòng)和高超的智慧。1842 年，一名叫古德的美國(guó)人把橡膠應(yīng)用到了自行車(chē)輪子上，從而發(fā)明了自行車(chē)硬橡膠輪胎。由于硬橡膠輪胎是實(shí)心的，所以騎行起來(lái)非常顛簸，極大地限制了自行車(chē)的推廣和應(yīng)用。

在自行車(chē)發(fā)展史上，充氣輪胎的發(fā)明無(wú)疑具有劃時(shí)代意義。1888 年的一天，英國(guó)貝爾法斯特的一所學(xué)校要舉行一場(chǎng)自行車(chē)比賽。為了能讓兒子在自行車(chē)比賽中取得好成績(jī)，鄧祿普對(duì)自己的自行車(chē)進(jìn)行了改進(jìn)。

鄧祿普是一位獸醫(yī)，他從醫(yī)治牛脹氣中受到啟發(fā)，發(fā)明了充氣橡膠輪胎。當(dāng)時(shí)，鄧祿普制作的充氣橡膠輪胎非常原始，即用一根充了氣的管子當(dāng)作氣胎，并在外面涂了一層橡膠保護(hù)層。這種充氣輪胎一開(kāi)始就受到了人們的嘲笑，但他的兒子還是憑借此輪胎獲得了比賽第一名。此后，鄧祿普的充氣橡膠輪胎發(fā)明受到了人們的普遍重視。

1888 年，鄧祿普向英國(guó)專(zhuān)利局申請(qǐng)了專(zhuān)利，然后放棄獸醫(yī)職業(yè)，建立了世界上第一家輪胎制造廠。鄧祿普制成的充氣輪胎，是輪胎制造史上一個(gè)劃時(shí)代的貢獻(xiàn)。從 1894 年起，大批量生產(chǎn)的“希爾德布蘭德”和“沃爾米勒”牌摩托車(chē)開(kāi)始正式使用鄧祿普輪胎。

兩年后，德國(guó)人卡爾·本茨發(fā)明了世界上第一輛三輪汽車(chē)。鄧祿普發(fā)明的充氣輪胎迅速走向了汽車(chē)領(lǐng)域，從而為世界汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。早期的充氣輪胎是用涂有橡膠的帆布作為胎體，安全壽命只有兩三百千米。

1937 年，米其林公司研制出了子午線輪胎，這種輪胎由多層簾布層加強(qiáng)，并用分層鋼絲簾線層箍緊，極大提高了輪胎行駛方向的穩(wěn)定性。1981 年，英國(guó)鄧祿普公司又發(fā)明了一種新型輪胎，在輪胎穿孔的情況下，汽車(chē)仍可繼續(xù)行駛，而輪胎不會(huì)從輪輞上脫出。這種輪胎的安全壽命為 2.5 萬(wàn)千米。

在汽車(chē)工業(yè)中，橡膠主要用作輪胎、門(mén)窗密封條、膠管、減振制品、防塵罩、膠帶、油封、皮碗、皮膜等。橡膠占車(chē)用材料總質(zhì)量的 5%，每輛汽車(chē)使用的橡膠件為四五百個(gè)。

開(kāi)啟合成橡膠新時(shí)代

鄧祿普開(kāi)啟了用輪胎驅(qū)動(dòng)世界的新時(shí)代，但是當(dāng)時(shí)人們使用的還都是天然橡膠。制取 1 噸橡膠需要 3000 棵成年橡膠樹(shù)的膠汁，而一棵橡膠樹(shù)苗成長(zhǎng)為成年橡膠樹(shù)至少需要 6 ～ 8 年的時(shí)間。有人測(cè)算過(guò)，平均 1 畝（約 666 平方米）地種植的成年橡膠樹(shù)，一年的產(chǎn)膠量只能制造一兩個(gè)輪胎，可見(jiàn)橡膠樹(shù)的產(chǎn)膠效率是非常低的。而且，用于制作輪胎時(shí)，天然橡膠的性能也存在缺陷。

德國(guó)拜耳公司總裁卡爾·杜伊斯堡預(yù)見(jiàn)到了開(kāi)發(fā)天然橡膠替代品的商業(yè)價(jià)值，并于 1906 年發(fā)出了一個(gè)懸賞令。該懸賞令規(guī)定，如果有人能夠在 1909 年 11 月1 日之前研制出制造橡膠或橡膠替代品的方法，公司將獎(jiǎng)勵(lì)兩萬(wàn)馬克的獎(jiǎng)金。兩萬(wàn)馬克在當(dāng)時(shí)可是一筆十分可觀的數(shù)目。

1909 年，德國(guó)化學(xué)家弗里茨·霍夫曼第一次在實(shí)驗(yàn)室里成功地合成出了橡膠，并于同年 9 月 12 日獲得了世界上第一個(gè)合成橡膠——甲基橡膠的生產(chǎn)專(zhuān)利，從而為此后合成橡膠的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)?；舴蚵l(fā)明的甲基橡膠，可以隨溫度的變化而變得很軟或很硬，但是始終保持彈性。甲基橡膠的發(fā)明，標(biāo)志著合成橡膠的誕生?；舴蚵痛藶楹铣上鹉z打開(kāi)了一扇門(mén)，人類(lèi)從此開(kāi)啟了合成橡膠的歷史。

第一次世界大戰(zhàn)期間，由于天然橡膠供不應(yīng)求，德國(guó)開(kāi)始了甲基橡膠的小批量生產(chǎn)，主要用于制造硬質(zhì)橡膠制品。由于這種合成橡膠質(zhì)次價(jià)高，戰(zhàn)后即停止了生產(chǎn)。第二次世界大戰(zhàn)期間，隨著戰(zhàn)爭(zhēng)對(duì)戰(zhàn)略物資的需求的增加，合成橡膠以及與戰(zhàn)爭(zhēng)相關(guān)的汽車(chē)輪胎、飛機(jī)輪胎的生產(chǎn)得到了很大的發(fā)展。

第二次世界大戰(zhàn)以后，發(fā)達(dá)國(guó)家中的汽車(chē)等工業(yè)蓬勃興起，推動(dòng)了世界橡膠工業(yè)的大發(fā)展。到了 20 世紀(jì) 70 年代，橡膠加工及橡膠合成的生產(chǎn)技術(shù)達(dá)到了空前未有的高度，世界橡膠產(chǎn)業(yè)也迎來(lái)了高速發(fā)展期。

不同尋常的“特種橡膠”

根據(jù)需要設(shè)計(jì)合成的具有特殊用途的橡膠，被稱(chēng)為特種橡膠。丁腈橡膠、丁基橡膠、硅橡膠、氟橡膠等都屬于特種橡膠。不同的特種橡膠具有不同的“絕活”，從而在國(guó)防、工業(yè)、醫(yī)療以及尖端科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域大放異彩。硅橡膠等特種橡膠還是航天領(lǐng)域不可或缺的新型材料。硅橡膠是把硅元素引入到有機(jī)世界而開(kāi)發(fā)出來(lái)的一種新型特種橡膠。它既耐熱又耐寒，使用溫度為 -100℃ ～ 350℃，具有優(yōu)異的耐氣候性和良好的絕緣性，可用作飛機(jī)和航天器的密封材料。

目前，汽車(chē)工業(yè)仍然是多種特種橡膠的用武之地，特別是隨著節(jié)能、環(huán)保型汽車(chē)的快速發(fā)展，對(duì)汽車(chē)橡膠制品的質(zhì)量提出了更為苛刻的要求，因?yàn)槠?chē)性能的提高和安全性的增加在很大程度上取決于橡膠制品的可靠性。由于丁基橡膠的化學(xué)穩(wěn)定性和電絕緣性很好，目前被廣泛用于制造各種車(chē)輛內(nèi)胎、電線、電纜包皮、耐熱傳送帶、蒸汽膠管等。

氟橡膠是含有氟原子的合成橡膠，具有優(yōu)異的耐熱性、耐氧化性、耐油性和耐藥品性，可用作密封材料、耐介質(zhì)材料以及絕緣材料，在航空、化工、石油、汽車(chē)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。聚氨酯橡膠可應(yīng)用于田徑運(yùn)動(dòng)跑道。

此外，特種橡膠可用作人工關(guān)節(jié)、人造軟骨、人工心臟瓣膜等醫(yī)學(xué)衛(wèi)生材料，還可用于高精密度儀表的制造。

（劉誼人摘自《百科知識(shí)》2024年09B期）