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原理

为什么湿纸一扯就破,湿布却变得更结实?

纸和布都由纤维素构成。可纸一湿就变弱,布一湿反而更结实。差别不在材料,而在于强度来自纤维之间的结合,还是来自纤维的交缠。

好奇

湿了的纸,手指一碰就破。可湿了的棉抹布或牛仔裤,反而比干的时候更结实。两者都只是沾了水,一个变弱,一个变强。更令人意外的是,纸和棉花其实是同一种材料,纤维素。同样的材料,为何在水面前表现得截然相反?

一般的想法

人们容易以为纸弱、布强,但这并非答案。干燥时,纸也相当结实。一张报纸,逆着纹理也不易撕开。差别不在材料有多强,而在那份强从何而来。纸的强与布的强,来源不同。所以当水这位同样的客人到来,它在一边抽走了支柱,在另一边却反倒帮了忙。

可视化
同样的水,相反的结果(选一种材料,加点水)
干燥时100%
干纸。短纤维靠氢键牢牢相连,相当结实。
0%
强从何来(点一种材料,看看内部结构)
白点=氢键(水切断之处)
纸:短纤维在接触处(白点)借氢键直接相连。强度全系于此,水一断结合便崩塌。

所以同是纤维素,结果却分道扬镳。纸把强度托付给纤维间的结合,于是断开结合的水便成了它的弱点。布把强度托付给纤维的交缠,于是水来了也不动摇,膨胀的纤维反把交缠收得更紧。强度建立在什么之上,在水面前决定了各自的命运。

上方:选一种材料并加水,看强度计向相反方向移动。下方:点一种材料,看看内部结构,强从何来。

本质

不妨想想纸是怎么造的。从木头里取出的短纤维素纤维,在水里化成纸浆,再摊薄、晾干。随着变干,短纤维在彼此接触处,借助一种叫氢键的化学把手直接粘连。纸的强度,几乎全部来自这些纤维之间的结合,好比用胶水粘起来的一叠碎纸。一旦水进来,麻烦就来了。水分子也带着同样的把手,于是挤进纤维彼此相握的位置,将其占据。纤维与纤维之间的结合松开,短纤维便彼此撒手。仿佛粘合的胶水化开,轻轻一扯就破。布则是另一回事。棉线由许多长纤维捻合而成,棉线再纵横交织成布。布的强度,不来自纤维间的化学结合,而来自长长捻合、密密交织的物理交缠。所以即便水触及氢键的位置,结构也不会崩塌。相反,每一根纤维吸水膨胀,截面变粗,把相邻的纤维挤得更紧。交缠反而更牢。因此湿棉比干棉约强两成。

回到日常

这种差别,在挑选物品时一目了然。淋雨也不能破的地图与包装纸,会在纸里添加特殊药剂,使纤维的结合不被水泡开。反过来,丢进马桶的卫生纸,则故意做成一沾水结合就迅速松开,于是散开而不堵塞管道。抹布用棉,也有道理。洗用之间总是又湿又被拉扯,可越湿越结实,便不易磨损。

参考资料
原理
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