【材料改变战争】摹写万物图鉴:战争中催生的自然替代材料

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【材料改变战争】摹写万物图鉴:战争中催生的自然替代材料

2年前 · 科普中国

 

 

在铁器时代和工业革命之间的不过一两千年里,人类开伐森林、掘出煤铁油金、乃至于从生物上获得皮革、油脂、毛发、一时间到了“万物皆可为我所用”的地步。

但宝库的大门,并非任何时候都无私地向所有人敞开。或因战争,或因国家之间的分歧隔阂,某一国家总有得不到完整自然材料供应的时候。

那,怎么办?从无到有,把工具概念带到人世间的智者后裔们肯定不会轻言放弃,因为这不仅是展现科研实力的舞台,更直接关乎到战争的成败。

  

  图为一台克虏伯KD1卡车改装的“卡车炮”,该车已经开始应用橡胶轮胎。(图源:FutureWGworker)

  铁马须有蹄:第一次世界大战催生的甲基橡胶

继十九世纪下半叶人类发明内燃机之后,于20世纪第二个十年开幕的“欧陆大战”不仅是后世俗称的第一次世界大战,更是第一场大规模应用内燃机动力的战争。

但内燃机在机械,尤其是地面装备之间带来了澎湃动力的同时,却也产生了相应的难题:在此之前,蒸汽车辆要么只需要在平整轨道上行进,要么就速度缓慢,没有缓冲需求。

于是,橡胶车胎应运而生,并逐渐在第一次世界大战的十年前成为汽车、摩托车、乃至于高级自行车的“标配”。

不过,第一次世界大战开幕后,以德国为首的同盟国集团很快发现一个问题:生产轮胎需要橡胶树里流出来的“天然橡胶”,但天然橡胶的主要产地(东南亚)都在英国、法国等协约国集团的控制下,自协约国集团祭出“贸易封锁”这一招之后,德国得到天然橡胶的渠道也就被瞬间切断。

好在德国人早有点准备,至少他们已经知道天然橡胶的主要组成成分,以及二甲基丁二烯这种丙酮的加热产物,经加热后能产生一定数量的橡胶近似产物。反复实验之下,被细分为W/H两个组分的“甲基橡胶”被制取出来,分别取代硬软两种天然橡胶。

当然,早期合成橡胶的性能并不靠谱,制取也异常麻烦,只能说算是解决了有无问题:比方说,人工合成软橡胶需要在70度恒温状况下聚合数个月之久才能得到,且在低温环境下会迅速劣化,变得如同石头那般坚硬……

和掏茅厕说再见:合成氨战火中现身

  

  图为现于博物馆展出的高压反应塔组件,用于哈伯法合成氨生产。(图源:BASF)

  橡胶的禁运,其实也只是德国在第一次世界大战里贸易渠道“被包围”的一个缩影。从铜矿石、皮革到羊毛,几乎所有德国非原产,需要海外殖民地和客户运进的物资都被禁运,其中也包括了军工业和农业的命脉,硝酸盐。

英国人对禁运硝酸盐矿物这件事很乐观,他们预估如果德国人没有氮肥和炸药来源,那么德国用不了两年就要投降。

但是,德国著名化学家哈伯早在1910年就摸到了实用合成氨技术的门路,氢气氮气在高压催化反应下的合成效率几十倍于之前的“水吸煤气”,成本也比电石制氨低一个数量级。

而这个“低”是什么概念呢?早期合成氨的高压管道设备损耗极大,以至于有“一吨合成氨需要一吨钢铁”的逸闻记载,足可见难度之大。

当然,合成氨不仅解决了德国的吃饭,以及战争机器运转问题,还延长了第一次世界大战的持续时间和烈度,不过随着德国战败,巴斯夫工厂的哈伯合成氨技术专利也随之转移到了各战胜国手中,人类告别硝石矿,乃至于“掏茅厕”的新时代至此开幕。

从黑猪到丝袜:改变世界的尼龙

  

  现存的一件Le.F.H.18型105毫米榴弹炮清洁刷,由黑猪猪鬃制成。(图源:relicsww2)

  一直以来,“中国黑猪猪鬃是二战战略物资”的说法在坊间广为流传。这在战争前期也确实是事实,对美英等同盟国而言,黑猪猪鬃的战略意义几乎能与钨等同。

但随着战争进程的继续,黑猪猪鬃的战略意义却在不断下降,这并不是因为火炮技术进步,再也不需要使用猪鬃制造的“火炮清理刷”,而是化学巨头美国杜邦的努力发挥了作用。

战前,杜邦就已经投产尼龙纤维,只不过应用范围和黑猪猪鬃风马牛不相及,是女士们当时趋之若鹜的高筒长丝袜。但很快欧洲和亚洲大战相继开打,各项性能优异且产量不受限的尼龙纤维立刻变了个模样,被制成清洁机械的毛刷、降落伞的布料绳索、保护大兵的蚊帐……

大量生产也使得围绕着尼龙的研究愈发频繁,战后尼龙家族迅速庞大。现在我们熟知的丝绒、防火材料Nomex、凯夫拉等合成材料,都可以说是尼龙的直系后裔。

出品:科普中国军事科技前沿

策划:赵清建

制作:旋钮工作室

监制:光明网科普事业部

文章来源:中国科协

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