2025年3月19日，在小米汽车工厂内，雷军上演了一场"暴力美学"实验秀：一个涂有"防弹涂层"的西瓜，从6楼被扔下，不仅没有摔烂，反而保持完整，像皮球一样弹了起来！

图源：小米汽车官方微博

这个神奇的涂层，到底是啥？

这个厉害的涂层，学名叫“聚脲”，是一种高性能弹性体。它的制造过程堪称材料界的“闪电结婚”——由异氰酸酯和氨基化合物在无溶剂条件下高速反应生成[1]。两种原料一旦混合，仅需几秒即可完成反应并迅速固化，形成一层致密、无缝的保护膜。
聚脲涂层的厚度可精确调控，根据应用领域的不同，厚度要求不同。常规的防腐防水聚脲涂层的厚度通常在0.5～3毫米之间，防弹聚脲层的厚度多为3毫米左右，防爆聚脲层的厚度为5～15毫米。
薄薄的聚脲涂层之所以如此“抗打”，源自其内部“软硬兼备”的微观结构。从分子层面看，聚脲分子由交替排列的“硬段”和“软段” 结构组成：
聚脲的分子链结构示意图｜图源：作者自绘
硬段：由异氰酸酯反应生成的刚性结构单元组成，分子链排列紧密、整齐，并通过大量氢键相互连接，形成稳定的网络结构。受到高速冲击时，硬段能够迅速“锁死”结构，撑起防护屏障。

聚脲中的氢键｜图源：作者自绘
软段：通常由聚醚或聚酯类柔性链段构成，具有伸展性和能量吸收能力。在受到外力作用时，软段可以发生大幅度的弹性形变，把外部冲击能量迅速吸收并分散出去。
更妙的是——氢键网络把硬段和软段牢牢地“团结”在一起，让聚脲既有钢铁般的硬度，又有橡胶般的弹性，在高速冲击下，硬段挡子弹，软段卸力气，可谓材料界的“双修高手”。

 
涂了涂层的西瓜，还能吃吗？
能吃——但前提是：你得有一把电锯。
网友的灵魂拷问｜图源：雷军官方微博
之前，国外的科普频道Veritasium曾做过类似的实验。实验人员最后用电锯锯开了西瓜的“防弹涂层”，发现里面早已化成一摊西瓜汁。
图源：科普频道Veritasium
这说明：涂层抗冲击≠内部抗冲击！
聚脲涂层虽然能抵御外部冲击力，但内部物体是否安然，还取决于冲击波在内部的传播和吸收情况。当巨大的冲击能量以冲击波形式向西瓜内部传播时，脆弱的果肉受不了压力而碎裂成汁。
就像穿了防弹衣虽然能挡住子弹，却仍可能因为冲击力过大而导致内伤——比如软组织挫伤、甚至肋骨骨折。

 防弹涂层，可以用橡胶代替吗？

橡胶作为一种韧性材料，也具有优异的抗拉强度和耐磨性，那么能用橡胶代替聚脲来保护西瓜吗？
我们先对比一下聚脲和橡胶在结构上的区别。
聚脲分子凭借其可调节的硬段和软段结构，表现出特殊的力学性能——既坚固又富有弹性，加上在固化过程中形成的大量氢键，赋予其超强的韧性：拉伸强度最高可达56MPa，断裂伸长率最高可达1000%[2]。

小米SU7 Ultra电池包外壳就用上了聚脲涂层

帮助抵御外部冲击｜图源：小米汽车官网
再看橡胶，它的分子主要由长链非极性聚合物构成，以柔性链段为主，不像聚脲那样有明显的硬段区域，很难形成强有力的刚性结构，因此抗冲击性能逊于聚脲。虽然可以通过添加炭黑、硅土等填料或硫化工艺提升强度和耐磨性，但即使是“进化”后的橡胶，其抗拉强度通常也不会超过30MPa，远不及聚脲。
其次，橡胶在成膜过程中，常因溶剂挥发不足或粘度问题，难以形成连续、均匀、无缺陷的膜层，因此，橡胶很少作为高性能防护涂层使用。
如果非要用橡胶替代聚脲涂层去“摔西瓜”，恐怕现场会变成一场红绿交织的惨案。

 聚脲，有多全能？

聚脲除了超强韧性，还具有防爆、防水、防腐等多项功能，堪称涂料界的“六边形战士”，广泛应用于建筑、航空航天、汽车高铁、水利发电、国防军工等多个领域。
防爆：聚脲涂层能有效提升金属、混凝土及复合材料的抗爆性能，已广泛应用于军事储液罐、输油管道、战场设备等设施。

喷涂聚脲的墙在爆炸中不倒塌｜图源：Line-X
防弹背心上的聚脲涂层｜图源：Line-X
防腐：聚脲对强酸、强碱、盐溶液、油和有机溶剂等化学物质具有很好的抵抗力，可用于油罐、海上钻井平台、工业管道内衬等场景。其致密无缝的涂层结构，能有效隔绝腐蚀介质，延长设备使用寿命。
近海钻探设备使用聚脲涂层｜图源：Rhino Linings Australasia
防水：聚脲可形成连续无缝的防水涂层，适用于屋顶、地下室、水池、污水处理厂等防水工程。其优异的附着力和弹性使其即使在结构轻微变形或长期潮湿环境下，也不易脱落或渗漏。

聚脲作为防水材料喷涂在屋顶｜图源：imcdistributors
耐极端温度：传统防水材料耐受温度一般为-25～90℃，而聚脲防水材料适用于-45～135℃[3]，在低温下也能保持柔韧性。
哈尔滨冰雪大世界的设施，就靠聚脲撑住了-30℃的冰雪考验和百万游客的反复踩踏｜图源：哈尔滨冰雪大世界官网
环保：聚脲是一种高固含量的环保材料，其挥发性有机化合物（VOC）排放量极低，在环保性能上具有明显优势[2]。
如果你可以给一样东西涂上“防弹涂层”，你会选什么呢？欢迎大家在评论区放飞想象！
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参考文献

[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,梁智胜,肖春霞,等.聚脲防水材料的研究进展[J/OL].功能高分子学报,1-14[2025-03-26].https://doi.org/10.14133/j.cnki.1008-9357.20241011001.

[3]连江河.聚脲防水涂料在工业厂房中的应用[J].工程技术研究,2025,10(02):125-127.

作者&编辑：小小蒲公英
科学审核：清华大学化学系博士、化学工程师孙亚飞；上海大学环境与化学工程学院副教授吴洋
封面图源：雷军官方微博
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