從6樓扔下仍完好無(wú)損的“防彈涂層”西瓜，還能吃嗎？

2025年3月19日，在小米汽車工廠內(nèi)，雷軍上演了一場(chǎng)"暴力美學(xué)"實(shí)驗(yàn)秀：一個(gè)涂有"防彈涂層"的西瓜，從6樓被扔下，不僅沒(méi)有摔爛，反而保持完整，像皮球一樣彈了起來(lái)！

圖源：小米汽車官方微博

01、這個(gè)神奇的涂層，到底是啥？

這個(gè)厲害的涂層，學(xué)名叫“聚脲”，是一種高性能彈性體。它的制造過(guò)程堪稱材料界的“閃電結(jié)婚”——由異氰酸酯和氨基化合物在無(wú)溶劑條件下高速反應(yīng)生成[1]。兩種原料一旦混合，僅需幾秒即可完成反應(yīng)并迅速固化，形成一層致密、無(wú)縫的保護(hù)膜。

聚脲涂層的厚度可精確調(diào)控，根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域的不同，厚度要求不同。常規(guī)的防腐防水聚脲涂層的厚度通常在0.5～3毫米之間，防彈聚脲層的厚度多為3毫米左右，防爆聚脲層的厚度為5～15毫米。

薄薄的聚脲涂層之所以如此“抗打”，源自其內(nèi)部“軟硬兼?zhèn)洹钡奈⒂^結(jié)構(gòu)。從分子層面看，聚脲分子由交替排列的“硬段”和“軟段” 結(jié)構(gòu)組成：

聚脲的分子鏈結(jié)構(gòu)示意圖｜圖源：作者自繪

硬段：由異氰酸酯反應(yīng)生成的剛性結(jié)構(gòu)單元組成，分子鏈排列緊密、整齊，并通過(guò)大量氫鍵相互連接，形成穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。受到高速?zèng)_擊時(shí)，硬段能夠迅速“鎖死”結(jié)構(gòu)，撐起防護(hù)屏障。

聚脲中的氫鍵｜圖源：作者自繪

軟段：通常由聚醚或聚酯類柔性鏈段構(gòu)成，具有伸展性和能量吸收能力。在受到外力作用時(shí)，軟段可以發(fā)生大幅度的彈性形變，把外部沖擊能量迅速吸收并分散出去。

更妙的是——?dú)滏I網(wǎng)絡(luò)把硬段和軟段牢牢地“團(tuán)結(jié)”在一起，讓聚脲既有鋼鐵般的硬度，又有橡膠般的彈性，在高速?zèng)_擊下，硬段擋子彈，軟段卸力氣，可謂材料界的“雙修高手”。

02、 涂了涂層的西瓜，還能吃嗎？

能吃——但前提是：你得有一把電鋸。

網(wǎng)友的靈魂拷問(wèn)｜圖源：雷軍官方微博

之前，國(guó)外的科普頻道Veritasium曾做過(guò)類似的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)人員最后用電鋸鋸開(kāi)了西瓜的“防彈涂層”，發(fā)現(xiàn)里面早已化成一攤西瓜汁。

圖源：科普頻道Veritasium

這說(shuō)明：涂層抗沖擊≠內(nèi)部抗沖擊！

聚脲涂層雖然能抵御外部沖擊力，但內(nèi)部物體是否安然，還取決于沖擊波在內(nèi)部的傳播和吸收情況。當(dāng)巨大的沖擊能量以沖擊波形式向西瓜內(nèi)部傳播時(shí)，脆弱的果肉受不了壓力而碎裂成汁。

就像穿了防彈衣雖然能擋住子彈，卻仍可能因?yàn)闆_擊力過(guò)大而導(dǎo)致內(nèi)傷——比如軟組織挫傷、甚至肋骨骨折。

03、防彈涂層，可以用橡膠代替嗎？

橡膠作為一種韌性材料，也具有優(yōu)異的抗拉強(qiáng)度和耐磨性，那么能用橡膠代替聚脲來(lái)保護(hù)西瓜嗎？

我們先對(duì)比一下聚脲和橡膠在結(jié)構(gòu)上的區(qū)別。

聚脲分子憑借其可調(diào)節(jié)的硬段和軟段結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出特殊的力學(xué)性能——既堅(jiān)固又富有彈性，加上在固化過(guò)程中形成的大量氫鍵，賦予其超強(qiáng)的韌性：拉伸強(qiáng)度最高可達(dá)56MPa，斷裂伸長(zhǎng)率最高可達(dá)1000%[2]。

小米SU7 Ultra電池包外殼就用上了聚脲涂層幫助抵御外部沖擊｜圖源：小米汽車官網(wǎng)

再看橡膠，它的分子主要由長(zhǎng)鏈非極性聚合物構(gòu)成，以柔性鏈段為主，不像聚脲那樣有明顯的硬段區(qū)域，很難形成強(qiáng)有力的剛性結(jié)構(gòu)，因此抗沖擊性能遜于聚脲。雖然可以通過(guò)添加炭黑、硅土等填料或硫化工藝提升強(qiáng)度和耐磨性，但即使是“進(jìn)化”后的橡膠，其抗拉強(qiáng)度通常也不會(huì)超過(guò)30MPa，遠(yuǎn)不及聚脲。

其次，橡膠在成膜過(guò)程中，常因溶劑揮發(fā)不足或粘度問(wèn)題，難以形成連續(xù)、均勻、無(wú)缺陷的膜層，因此，橡膠很少作為高性能防護(hù)涂層使用。

如果非要用橡膠替代聚脲涂層去“摔西瓜”，恐怕現(xiàn)場(chǎng)會(huì)變成一場(chǎng)紅綠交織的慘案。

04、聚脲，有多全能？

聚脲除了超強(qiáng)韌性，還具有防爆、防水、防腐等多項(xiàng)功能，堪稱涂料界的“六邊形戰(zhàn)士”，廣泛應(yīng)用于建筑、航空航天、汽車高鐵、水利發(fā)電、國(guó)防軍工等多個(gè)領(lǐng)域。

防爆：聚脲涂層能有效提升金屬、混凝土及復(fù)合材料的抗爆性能，已廣泛應(yīng)用于軍事儲(chǔ)液罐、輸油管道、戰(zhàn)場(chǎng)設(shè)備等設(shè)施。

噴涂聚脲的墻在爆炸中不倒塌｜圖源：Line-X

防彈背心上的聚脲涂層｜圖源：Line-X

防腐：聚脲對(duì)強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、鹽溶液、油和有機(jī)溶劑等化學(xué)物質(zhì)具有很好的抵抗力，可用于油罐、海上鉆井平臺(tái)、工業(yè)管道內(nèi)襯等場(chǎng)景。其致密無(wú)縫的涂層結(jié)構(gòu)，能有效隔絕腐蝕介質(zhì)，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。

近海鉆探設(shè)備使用聚脲涂層｜圖源：Rhino Linings Australasia

防水：聚脲可形成連續(xù)無(wú)縫的防水涂層，適用于屋頂、地下室、水池、污水處理廠等防水工程。其優(yōu)異的附著力和彈性使其即使在結(jié)構(gòu)輕微變形或長(zhǎng)期潮濕環(huán)境下，也不易脫落或滲漏。

聚脲作為防水材料噴涂在屋頂｜圖源：imcdistributors

耐極端溫度：傳統(tǒng)防水材料耐受溫度一般為-25～90℃，而聚脲防水材料適用于-45～135℃[3]，在低溫下也能保持柔韌性。

哈爾濱冰雪大世界的設(shè)施，就靠聚脲撐住了-30℃的冰雪考驗(yàn)和百萬(wàn)游客的反復(fù)踩踏｜圖源：哈爾濱冰雪大世界官網(wǎng)

環(huán)保：聚脲是一種高固含量的環(huán)保材料，其揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）排放量極低，在環(huán)保性能上具有明顯優(yōu)勢(shì)[2]。

如果你可以給一樣?xùn)|西涂上“防彈涂層”，你會(huì)選什么呢？歡迎大家在評(píng)論區(qū)放飛想象！

參考文獻(xiàn)

[1]Howarth,G.A (2003). "Polyurethanes, polyurethane dispersions and polyureas: Past, present and future". Surface Coatings International Part B: Coatings Transactions. 86 (2): 111–118.

[2]沈行,梁智勝,肖春霞,等.聚脲防水材料的研究進(jìn)展[J/OL].功能高分子學(xué)報(bào),1-14[2025-03-26].

[3]連江河.聚脲防水涂料在工業(yè)廠房中的應(yīng)用[J].工程技術(shù)研究,2025,10(02):125-127.

作者&編輯：小小蒲公英

科學(xué)審核：清華大學(xué)化學(xué)系博士、化學(xué)工程師孫亞飛；上海大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院副教授吳洋

封面圖源：雷軍官方微博