万能的胶水

马克·米奥多尼克

提到胶水，我们的第一感觉，大多都是黏黏糊糊、不好清理。然而，“胶”的用处并不只是用来贴发票，它还能用来粘飞机、假肢，甚至我们身体里的胶原蛋白也是“胶”的一种。

这么一想，坐在飞机上的你，知道飞机是“粘”在一起的，会不会突然感到一丝不安？

更神奇的是，如果你不小心割破了手，医生很有可能掏出502帮你粘上伤口。胶水究竟是什么？它为什么能粘住东西？拿502粘伤口真的靠谱吗？

飞机是用胶水粘在一起的？

不管我在飞机上经历了多少次颠簸，我似乎永远无法阻止在脑海中埋下恐慌的种子。理性地想，我知道机翼并不会因此而折断，我们乘坐的是有史以来技术最先进的客机之一，我甚至参观过机翼的黏合组装工厂，看到它们正在接受机械测试。尽管如此，我大脑中的理性思维还是被惊慌失措的神经元忽视了。我知道，出现这种情况的不止我一个人。这些年来，我已经不会告诉其他乘客，飞机是黏合在一起的事实，他们一般不会因此获得安全感。很多液体都具有黏性，也就是说，当你把手指放进去的时候，它们便会粘到你的指头上。油会粘上我们，水会粘上我们，汤会粘上我们，蜂蜜也会粘上我们。幸亏它们更容易粘上别的东西，所以毛巾才能发挥作用。当你冲澡的时候，水会顺着你的身体流下来，它没有弹开，而是粘在你的皮肤上，不顾重力的作用，迎合着你的胸部、腹部和臀部的曲线。这种黏性是由水与皮肤之间的低表面张力造成的。当水与毛巾的纤维接触时，就像碰到了细小的灯芯，正如烛芯会吸走液态的蜡，毛巾上微小的“灯芯”也吸走了你皮肤上的水，然后你的皮肤变干了，毛巾却湿了。所以，液体的黏性并不是某种液体固有的属性，而是取决于它们与不同材料之间产生的相互作用。

不过，液体具有黏性，并不意味着我们就可以用胶水将飞机粘在一起。当你浸湿手指，沾一沾灰尘，灰尘就会粘在你的手上，直到水分蒸发完。水蒸发后便失去了黏性，这也就是为什么它虽然也有黏性，却不是一种胶水。胶水一开始是液态的，但它一般会慢慢转化为固体，从而将两个物体长久地黏合在一起。

能黏住飞机的环氧树胶

我还得说一点，现代飞机并不是用蜡粘在一起的，我们现在有了更好的胶水——工程师们最终选择的是环氧树脂胶。环氧树脂是另一类双组分黏合剂配方，但它的核心是一种被称为环氧化物的单分子。环氧化物分子的内部，有一个由两个碳原子及一个氧原子构成的环。打破这些化学键时，环也会因此而打开，环氧化物便可以与其他分子反应，形成一种高强度固体。硬化反应一开始并不会发生，直到分子中的环因碳氧键的断裂而被打开，而这一般是通过添加固化剂来实现的。环氧树脂的一个主要优点是，它的反应过程与温度相关，你可以先将不同组分混合起来，直到你需要时它们才开始键合。这对于生产机翼所需的零件来说至关重要，而这些零件具有复杂的形状，并采用纤维增强材料，每一件都很庞大，需要几周的时间才能被制造出来。当你准备将黏合剂变成结实的固体时，只需要将它放入一台高压烤箱，把机翼加热到合适的温度，然后就是见证奇迹的时刻了。这些烤箱被称为高压釜，而它们有飞机那么大。所有的空气在加热前都需要从飞机模具中排出，这也解决了黏合剂的另一个问题——它们经常将空气困于其中并形成气泡，硬化后就会成为缺陷。

环氧化物的另一大优点是在化学上应用广泛。化学家们可以将不同的组分与环氧化物的环相连，使其与不同的材料相结合，如金属、陶瓷以及碳纤维。五金店出售的环氧树脂可以用于修补破碎的陶器，或是将旋钮重新装回榨汁机的盖子上。你可能想知道，为什么它们在使用前不需要在高压釜中进行加热。这是因为它们所用的固化剂的化学成分与制造飞机的化学成分不相同，它们可以在室温下与环氧化物的分子发生反应。这种黏合剂被分为两个包装进行销售，所以你需要将它们混合。其中一管装的是环氧树脂，另一管中则是固化剂与各种用于加快反应的催化剂，让黏合剂可以更快地变为固体。这些家用型环氧树脂的强度不如飞机所用的，但也不容小觑。

或许这一切听上去都很简单，但认识复合材料结构并研发相关技术足足用了几十年的时间，人们这才对这些飞行的碳纤维飞机表示信任。最初，這些碳纤维复合材料是在地面上的赛车中得到了检验，结果非常成功。如今，赛车的引擎中甚至还有这些含碳的零件，你肯定猜到了，我们设计出了可以用于高温环境的环氧树脂。之后，碳纤维复合材料被应用在假肢中，这是一项伟大的发明，因为它们比很多金属更硬、更坚固，还要轻得多。一些残疾跑步运动员所用的“刀锋”，其实就是由碳纤维复合材料制成的。这种材料也被用于制造自行车。迄今为止，世界上性能最好的自行车都由碳纤维复合材料打造，而这些材料便是用环氧树脂黏合在一起的。当然，波音公司和空中客车公司最新型的商用客机也是用碳纤维复合材料制造的。

万能的502胶水

正如假肢和飞机中的螺栓与铆钉已经被胶水或黏合剂取代，医院中的缝线与螺钉很可能也将会被替换成胶水。前些天踢球的时候，我不小心在头上划了一道口子，于是用手帕捂住伤口去了医院，血淋淋地在候诊室等了两个小时。终于叫到了我的号，医生问诊后，清洗了我头上的伤口，随后制作了一管氰基丙烯酸酯黏合剂。他把这种胶喷到我伤口的两端，然后紧紧推到一起保持10秒钟，就让我回家了。他不是想节省时间的奇葩医生，而是在采用医院的标准做法。

氰基丙烯酸酯黏合剂是出了名的强力胶，也是一种奇怪的液体。就其本身而言，它是一种油，性状也很像油。但是，如果将它暴露在水中，水分子就会和氰基丙烯酸酯发生反应，并打开其中连接原子的双键，使它得以与另一个氰基丙烯酸酯分子发生反应，这样就形成了一个有富余化学键的双分子，可以与其他物质发生反应。而它也确实这么做了，继续和另一个氰基丙烯酸酯反应，生成一个具有富余化学键的三分子，然后接着反应，以此类推。随着这一连锁反应的不断进行，一个越来越长且内部相互紧扣的分子形成了。

这已经很智能化了，但还有更精妙的地方。只需要空气中有一点儿水蒸气，薄薄一层氰基丙烯酸酯液体就能转化为固体。虽说很多黏合剂都不能在潮湿的环境下黏结物体，因为所有的水分都会使它们很难附着在物体表面，但强力胶可以在任何地方起作用。试过的人都知道，它也可以很容易地让你的手指粘在一起。所以，化学家们还在寻找一种快速而又舒适的方法来让强力胶脱落。

撇开手指不谈，如今黏合剂已经将世界上的很多东西粘在了一起，未来可能还会有更多，飞机可以以每小时500英里的速度穿过湍流，这是一个有力的证据。我们对很多黏性物质的研究也许还不够深入，特别是当你还在研究其他生物正在使用的强黏性物质究竟有多少种，几乎每天都有科学家发现植物、贝类或蜘蛛使用的某种新型胶水。

（可可摘自天津科学技术出版社《迷人的液体》）