[科普中国]-【材料改变战争】摹写万物图鉴：战争中催生的自然替代材料

编者按：

材料是人类赖以生存的物质基础。人类社会不断地发展进步，就在于人类能够利用材料制造工具并用来改造世界。正所谓“一代材料，一代装备”。新型材料的诞生与发展，会推动武器装备和作战样式出现重大变革。那么，从古至今，材料在战争中的应用发生了哪些变化？即日起，科普中国军事科技前沿将推出《材料改变战争》系列科普文章进行解读，欢迎关注。

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