沥青密封圈试验成功后,整个蒸汽谷都热闹起来。
工匠们奔走相告,说陛下用黑乎乎的石油炼出了神仙一样的宝贝,困扰大家半年的密封难题,总算有了解决办法。
江丰年更是逢人便夸,说陛下是天降圣人,无所不知,无所不能。
秦烈却没有因此松懈,因为沥青在低温下会变脆。
大同的冬天零下几十度,寒风像刀子一样,沥青密封圈未必撑得住。
他还得找一种更耐寒、更耐用的材料。
秦烈能想到就是硫化松脂。
松脂是松树分泌的树脂,这个时代并不罕见。
人们用它做火把、制油墨、入药,甚至拿来熏肉。
松脂本身有些弹性,却经不起冷热变化,遇热会化,遇冷则脆,单独拿来做密封材料,和沥青差不多。
如果往松脂里加入硫磺,再加热处理,便能大幅提高它的弹性和耐用性。
它当然比不上真正的橡胶,却能胜过纯沥青和纯松脂。
更重要的是,硫化技术本身就是日后处理橡胶的关键。
现在先把工艺摸熟,等将来拿到橡胶,便能直接派上用场。
这天下午,秦烈来到丹房分院,亲自指导学子们进行硫化松脂的试验。
丹房里,几个学子正围着案台忙碌。
案上摆着几块黄色松脂、一小罐硫磺,还有几个铁碗、铁勺和酒精灯。
这些学子都属于化学科,之前跟着秦烈蒸馏过石油,已经积累了一些经验。
只是眼前的试验,他们还是第一次接触。
一个名叫刘化的学子捏起一小块松脂,在指间掰了掰,松脂立刻裂开。
他抬起头,半信半疑地问道:“陛下,这松脂加了硫磺,真的能变得有弹性?”
他把碎掉的松脂放回案上,又补充道:“学生小时候常拿这东西玩,一掰就断,跟玻璃似的。加一点硫磺,就能变好了?”
“先做出来再说。”
秦烈拿起一块松脂,在铁碗边敲了敲,“把松脂切碎,放进铁碗里,用小火慢慢熬化。火不能太大,烧糊了,这一锅就废了。”
学子们立刻分头行动,将松脂切成小块,放进铁碗,用酒精灯从下方加热。
松脂渐渐融化,变成黄色的黏稠液体,空气中很快多了一股清新的松香味。
秦烈取过一小撮硫磺粉,放在指尖捻了捻:
“现在加硫磺。按十份松脂、一份硫磺的比例来,慢慢加,一边加一边搅。”
他指了指那罐硫磺:“硫磺要提前研细,不能留太大的颗粒,否则混不均匀。”
刘化应了一声,小心翼翼地用小勺舀起硫磺粉,一点一点撒进松脂里。
另一只手握着铁勺,不停搅拌。
硫磺混入后,松脂的颜色从黄色逐渐变成深褐色,黏度也越来越大。
铁勺搅动起来明显沉了许多,刘化的手腕很快酸了起来。
“火再小一点。”
秦烈俯身看了看铁碗里的松脂,“别让底下糊了。搅拌时尽量顺着一个方向,别来回乱搅。等硫磺完全融进去,里面看不到颗粒,再停手。”
学子们轮流搅拌。
约莫一刻钟后,松脂和硫磺终于融成一体,变成深褐色的黏稠物。
表面泛着一层光,看不出半点硫磺颗粒。
秦烈让人取来一块抹过油的石板:“倒上去,摊开,等它冷下来。”
硫化松脂冷却后呈深褐色,表面光滑。
刘化伸手按了按,指印很快陷了进去,松开后又慢慢恢复。
他拿起一块试着弯折,松脂没有像往常那样立刻断裂,反而被拉长了一截。
等他松手,松脂又缓慢地缩了回去。
“真有弹性!”
旁边的学子忍不住叫出声,“纯松脂一掰就断,这个居然能拉长!”
刘化把那块硫化松脂翻来覆去地看,又用指甲掐了掐,脸上的怀疑已经变成了惊喜:“陛下,这东西软而不粘,能拉还能回弹,比沥青软和多了。”
秦烈接过他手里的松脂,试了试韧性:“不错。弹性比纯松脂好不少,耐低温性也应该比沥青强。”
他将三种材料分别放到案上:“做个对比试验。纯松脂、沥青、硫化松脂,各取几块,放进冰水里浸一个时辰。等捞出来以后,再看谁先裂。”
学子们马上准备样品,将三种材料一一放进冰水。
一个时辰后,样品被捞了出来。
纯松脂刚弯下去,便“咔嚓”一声碎成了几片,像玻璃一样。
沥青勉强撑过了第一下,第二次弯折时,表面便裂开了一道口子。
硫化松脂被来回掰了几次,只是发生了变形,始终没有裂开。
几个学子围在案边,盯着那块硫化松脂看了半天。
“真神了!”
有人用手指敲了敲案面,“加了硫磺,松脂竟像换了个东西。”
一个年轻学子拿起样品,反复查看后,终于忍不住问道:
“陛下,这硫磺加进去,怎么就能让松脂变得有弹性?学生实在想不明白。”
“松脂里的某些成分,和硫磺在加热时发生了反应,生成了新的物质。”
秦烈指着手里的样品说道,“这种新物质既保留了松脂的黏性,又增加了韧性,所以不再像原来的松脂那样一碰就碎。”
他将样品放回案上:“至于其中更具体的变化,等你们把化学学得更深,自然会慢慢弄清楚。”
学子们点着头,目光仍停在那块硫化松脂上。
他们原本以为松脂和硫磺只是两样普通材料,没想到加热混合后,竟会变成完全不同的东西。
刘化一直没有说话。
他捏着那块样品,眉头时而皱起,时而舒展。
过了片刻,他忽然抬起头:“陛下,学生好像明白了。”
秦烈看向他:“你说。”
刘化拿起一旁的铁片,在案上比划道:
“这和炼铁有些像。纯铁太软,加了碳就成了钢,既硬又韧。松脂本来软而脆,加了硫磺,便成了硫化松脂,又弹又韧。”
他越说越顺:“材料还是那些材料,可换了成分和做法,性质就不一样了。”
秦烈点了点头:“说得不错。无论炼铁还是硫化,都是在改变物质的成分和结构。能从炼铁想到这里,说明你在动脑子。”
刘化被夸得耳根发红,连忙躬身:“陛下过奖了,学生只是随便猜的。”
“不是随便猜。”
秦烈看着他,“这是格物。”
他抬手指了指案上的三种材料:“格物穷理,就是从不同的事物里找出相通的道理。今日你能从炼铁想到硫化,日后便能从硫化想到别的东西。好好钻研,化学科还需要有人挑起担子。”
刘化郑重应道:“是,学生记住了。”
秦烈又让他们做了几只双层密封圈。
内层用硫化松脂,外层用沥青麻布。
密封圈做好后,便装到一台小型蒸汽机上进行测试。
蒸汽升压之后,活塞很快运动起来。
接缝处没有漏气,机器运转也比预想中稳定。
此前泡过冰水的密封圈装上以后,同样没有出现脆裂。
蒸汽机连续运转了一段时间,功率始终保持在四十马力以上。
刘化站在机器旁,看着稳定转动的飞轮,回头说道:
“陛下,这硫化松脂确实管用。冬天密封圈冻裂的问题,至少暂时不用担心了。”
秦烈看了一眼测功装置:“先别急着下结论,还要继续试。不同温度、不同配比,都得记录下来。”
他说得平静,心里却很清楚,硫化松脂终究只是权宜之计。
它比沥青强,却远远比不上真正的橡胶。
橡胶的弹性、耐磨性和耐高低温性能,都不是硫化松脂能够相比的。
橡胶可以拉长数倍而不断,硫化松脂最多只能拉长两倍。
橡胶制成的密封圈能用几年,硫化松脂却未必撑得过几个月。
更麻烦的是,松脂的产量有限,根本不适合大规模供应。
秦烈问道:“松脂的产量怎么样?”
刘化想了想,答道:“回陛下,松脂得从松树上割。只要在树干上划一道口子,再在下面挂桶收集。一棵松树一年也就能割几斤,割多了,树便活不成了。”
他顿了顿,又道:“全国的松树虽然不少,可要大规模采脂也不容易。况且割过脂的松树木质会变差,不能再做栋梁。百姓靠松树吃饭,自然也不愿意把树割坏。”
秦烈皱了皱眉。
“所以,沥青和硫化松脂都只是过渡。”
他看着手里的样品,“真正适合做密封材料的,是橡胶。”
学子们纷纷抬头。
秦烈继续说道:“南洋的热带雨林里,有一种树叫橡胶树。割开树皮,便会流出白色汁液,像牛奶一样。汁液凝固以后,就是橡胶。”
他将硫化松脂放回案上:“橡胶的弹性比硫化松脂好得多,能拉长五六倍而不断;耐磨性也强,做成密封圈,可以用上几年。它不怕冷,也不怕热,零下几十度不容易裂,受热后也不会轻易融化。”
学子们听得面面相觑。
“而且,一棵橡胶树一年能割出几十斤汁液。”秦烈说道,“割过以后,树还能继续生长,不会像松树那样一割便伤了根本。”
刘化张了张嘴,还是有些不敢相信:“陛下,世上真有这样的树?”
“有。”秦烈答得干脆,“朕在古籍里看过记载。南洋当地的人,会用一种树的汁液做鞋子、做瓶子,制成的东西很有弹性。那便是橡胶树。”
这当然不是他从什么古籍中看到的。
只是这个来历,足以让旁人信服。
另一个学子问道:“陛下,橡胶树能不能种在华夏?”
“北方不行。”
秦烈摇了摇头,“橡胶树只适合热带,怕冷。等下了南洋,便把种子和树苗带回来,在南洋以及两广、云南的热带地区试种。只要种起来,橡胶便不会断了来源。”
他看向案上的硫化松脂:“不过,生橡胶同样需要硫化。它遇热会变软,遇冷会变脆,和未经处理的松脂差不多。加入硫磺之后,橡胶才会变得又弹又韧。”
秦烈抬手敲了敲案面:“所以,今天让你们做硫化松脂,不只是为了眼下这台蒸汽机。把工艺练熟,将来有了橡胶,便能少走许多弯路。”
学子们这才明白过来。
原来陛下让他们试验硫化松脂,既是解决眼前的问题,也是提前为橡胶做准备。
刘化等人相互看了一眼,纷纷拱手:“陛下深谋远虑,学生佩服。”
秦烈摆了摆手:“先别急着佩服。把硫化松脂的工艺继续完善,找出最合适的配比和温度。”
他指了指剩下的硫磺:“硫磺多了少了都不行,温度高了低了也不行。多做几组试验,把每次的结果记清楚。”
“还有,其他树脂也可以试试。”
秦烈补充道,“桐油、亚麻油、大漆,都加硫磺试一试。说不定能找到比松脂更合适的材料。”
“是!”
学子们重新忙碌起来。
有人调整松脂和硫磺的比例,有人取来桐油和大漆,还有人蹲在炉边记录温度。
丹房里很快又响起了切割、搅拌和搬动器皿的声音。
秦烈站在一旁,看着他们各自忙开。
沥青解决了密封的燃眉之急,硫化松脂又补上了耐低温的缺口。
虽说这两样都不是最理想的材料,却足够支撑蒸汽机继续改进。
等蒸汽机车和蒸汽船造出来,再去南洋寻找橡胶树,密封材料的问题才算真正解决。
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