黄色球衣的化学反应

这是1948年环法自行车赛的第一天，33岁的意大利自行车手吉诺·巴尔塔利从巴黎出发，试图赢得他的第二次环法自行车赛冠军，他几乎不认识身边的人。距离他最后一次穿上领袖的黄色球衣已经过去了十年。在没有环法的战争年代之后，新一代车手出现了;他之前的一些竞争对手都死了。巴尔塔利已经结婚了，战争期间他在军队服役，担任一名自行车信使，在阿西西和他的家乡佛罗伦萨之间骑行170公里。但这不是巴尔塔利的故事。这就是黄色球衣的故事——至少是部分的故事，那年的黄色球衣有点不同。这是一个关于套头衫、聚合物和拉线的故事。这是一个关于化学如何改变运动结构的故事。

二战前的自行车和泳装以天然纤维为主，更确切地说，是羊毛，只要你不把它弄湿就没问题。以“红色潜水女孩”标志而闻名的美国公司Jantzen推出了第一款泳衣，据报道，这是一款针织连体泳衣，游泳后重约8磅(3.6公斤)。当穿着黄色球衣的巴尔塔利1937年的环法自行车赛在科劳河突然结束时，他可能也感到了同样的沉重。再加上缓慢的干燥时间，粗糙的表面和宽松的搭配会产生阻力，它并不完全有利于快速骑行。奥地利因斯布鲁克大学(University of Innsbruck)的纺织化学家托马斯·贝克托德(Thomas Bechtold)解释说:“羊毛在使用时处于不利地位，因为它会吸收液体，变得又重又粘。”“这就是为什么现在在高强度运动中，服装总是以合成纤维为基础。“尽管如此，在那个年代，每个人都处于同样的劣势，因为合成纤维还没有。

人造纤维是存在的，但它们是通过化学处理天然纤维制成的。生产粘胶人造丝(一种人造丝和流行的袜子面料)的克罗斯和贝万工艺使用烧碱和二硫化碳从木浆中生产纤维。据当时英国领先的粘胶纤维生产商Courtaulds估计，1938年全球连续长丝(纱线)和不连续长纤维(短纤维)的产量分别接近10亿磅(454,000吨)，而生丝的产量为1.23亿磅(55800吨)¹．当Castelli自行车服装公司开始生产第一款丝绸计时赛服时，它本来有两种选择，尽管只指定了“丝绸”。然而，这种人造纤维很快就被第一种真正的合成纤维所取代。

尼龙的出现

尼龙是一种聚酰胺纤维，在1937年的巡回赛期间已经发明，但还没有进入法国。那一年，化学家Léon Pranal(他最终成为了法国Rhodiaceta公司尼龙部门的主管)用法语对纱线做了笔记superpolyamides这是杜邦公司技术部的一位同事私下给他看的。这些特殊的纤维由华莱士·卡罗瑟斯的聚合物研究小组发现被拉长到自己长度的四倍。“据信，这是第一次人造丝线的构造如此接近天然丝。”Pranal写道激动地说。“在拉伸过程中，长链分子会自我定位，产生非常耐拉伸的纤维。”但制造这些纤维的秘密仍处于保密状态。

弹性即将成为随着穿着者而移动的新型合身运动风格的核心概念。Jantzen通过加入有弹性的“神奇纤维”，为其泳衣创造了更流线型的轮廓，橡胶松紧线-用另一种纤维(如棉或粘胶人造丝)包裹的橡胶线。1939年，奥运会游泳金牌得主泰山电影明星Johnny Weissmuller被拍到身着Jantzen Lastex的半裸服装。

毫无疑问，普拉纳尔展示的是原始尼龙的样品，由己二酸冷凝而成。更准确地说，它被称为尼龙-6,6，表示每个起始分子中碳原子的数量。Pranal描述的长链分子是聚合物，当分子两端的胺和羧基发生反应，将它们按顺序连接在一起时形成。当尼龙-6,6的分子量超过12,000时，它可以被拉伸成具有特征的强力线——纺织化学家称之为“拉伸纤维”。在杜邦最终将希望放在6,6上之前，卡罗瑟斯的团队已经丢弃了大量其他聚酰胺纤维和聚酯纤维，但与这些劣质线不同的是，6,6不易溶解，其熔点足够高，这意味着它可以经受热洗。仅仅几个月后，杜邦向Rhodiaceta、英国的ICI和德国的Farben提供了获得其技术许可的机会。“一种全新性质的纤维被创造出来了。现在，化学家终于可以制造出完整的纤维了。²几年后，在曼彻斯特。

天然的还是合成的?

即使在今天，泳衣和紧身衣的弹力和力量仍然通常是由尼龙提供的。平纺尼龙比平纺丝绸结实。^3.但在20世纪40年代，这种有弹性的新纺织品主要是对战争中的降落伞和袜子工业感兴趣。1940年5月15日，当尼龙丝袜首次在美国公开发售时，大约售出了80万双。一个月后，美国每天可纺250公斤尼龙的设备运抵法国里昂，Pranal公司计划在那里为尼龙丝袜生产纱线。1941年开始生产工业纺织品。在战争期间，法国、英国和美国都在努力建设他们的尼龙6,6工业，而德国人则专注于化学性质非常密切的Perlon或尼龙6——单个数字表明它是由一个自冷凝的六碳单体制成的;这里是己内酰胺。

因此，当环法自行车赛在战后回归时，法国的尼龙工业正如火如荼地进行着。合成纤维的强度和弹性开始引起纺织工业更广泛的兴趣。英国曼彻斯特城市大学的纺织专家约翰·麦克洛克林说:“他们用它做了所有东西——背心、衬衫，甚至床单。”1948年，巡回赛第一次有了赞助商的名字——Sofil，一家人造纱线制造商，用合成“混纺”生产黄色球衣。高奏,现在伊尔维他一边训练，一边用他的自行车架运送假文件，以拯救意大利犹太人免受驱逐。在第一阶段之后，他一度领先，但很快就失去了领先优势，他花了前两周的大部分时间无黄色的。但问题是:Sofil的合成“混合物”到底是什么?纱线制造商会不会把传统的羊毛针织衫加了尼龙?McLoughlin并不确定。“我从没听说过羊毛和尼龙的混纺。这并不是说在这方面没有实验。我肯定有过。”

这件“合成”球衣的秘密越来越深。因为到1948年，不仅尼龙可用。正如普拉纳尔所指出的，卡罗瑟斯在杜邦的团队“错过了开发出优质聚酯的运气”，但在1941年，曼彻斯特印花布印刷协会申请了一项专利⁴并且被禁了五年。那时，聚合物科学已经很成熟，从卡罗瑟斯的工作中可以清楚地看到，形成合成纤维需要长而高分子量的聚合物链。该协会的化学家约翰·雷克斯·惠恩菲尔德(John Rex Whinfield)对杜邦的研究非常熟悉，他之前曾与粘胶人造丝工艺的发明者之一合作过。因此，当一位年轻同事在他的指导下，第一次就成功地进行了乙二醇和对苯二甲酸的缩合时，用他自己的话说，他很“高兴”。“这又是一种纤维，但由于战争期间专利发布的限制，他们的聚酯-聚对苯二甲酸乙二醇酯的专利直到战争结束后才出现。”

出汗问题

1947年，也就是巴尔塔利回归的前一年，聚对苯二甲酸乙二醇酯的生产权被卖给了ICI，后来又被杜邦收购，后者正迅速成为纺织业巨头。先不说尼龙的了，给领跑者穿一件涤纶的套头衫怎么样?如今，在运动服中经常可以看到这两种材料的混合，但由于尼龙的成本较高，它的使用更少。事实上，尼龙从来都不是一种特别适合户外服装的纤维，原因很重要。麦克洛克林解释说:“尼龙的主要缺点之一是它很容易受到紫外线的照射，必须进行处理。”“凯夫拉纤维源于聚酰胺，是当时已知的最坚固的纤维，但当第一批宇航员进行太空行走时，他们使用的是凯夫拉绳索，当他们返回地球时，绳索已经完全断裂了。”另一方面，在合成纤维的早期，尼龙的生产要比聚酯容易得多，因为尼龙的原材料可以从石油化工行业轻易获得。Pranal指出，直到20世纪50年代，许多实验室仍在试图解决这个问题。²因此，聚酯纤维似乎不太可能这么快就进入比赛赞助商Sofil的手中。

不过，就一些乘客而言，车里装的是什么并不重要足球衫黄色因为这是关于天然与合成的原则。巴尔塔利最接近的竞争对手之一是路易森·博贝特(Louison Bobet)，他年仅22岁，是第二次参加巡回赛，第一次在山里退出了比赛。在南特赢得第三阶段比赛后，博贝特直接拒绝穿黄色球衣，因为其中含有合成物质，他要求穿一件纯羊毛的老式球衣，因为这样更卫生。也许Bobet想到的是羊毛超强的吸水和吸汗能力?

尼龙的主要缺点之一是它很容易受到紫外线的影响

约翰·麦克洛克林，曼彻斯特城市大学

正如我们所知，羊毛可以吸收大量的水分。与任何纺织品一样，它的容量部分是由于纤维在分子水平上的保湿性，在工业上称为回潮，部分是由于织物的物理结构——不同的编织和针织起着重要作用。在羊毛中，水分子粘附在与毛细胞内纤维相关的蛋白质上的极性和肽基团上。其回潮率一般在15%左右;然而，正如Bechtold解释的那样，离心湿羊毛表明，它可以在湿纺织品膨胀的纤维和毛细血管中吸收超过自身重量一半的水。合成材料要少得多。贝克托德说:“如果我们用聚酯或聚酰胺材料制作同样的运动衫，它会占用百分之几的水分，当超过这个容量时，水分就会凝结，我们的身体里就会有液体汗液。”“我们开始感到湿了。“那么博贝特是对的吗?”事实并非如此，理论上讲，汗液在羊毛中停留的时间更长而不会蒸发，这意味着细菌有更多的时间生长，气味也会更快地产生。

尽管如此，博贝特还是下定了决心，赞助商Sofil被迫连夜为他制作100%羊毛的球衣，然后在早上出发前往拉罗谢尔。他立刻失去了领先优势，在第六赛段再次获胜之前，他可能又回到了合成赛车的位置。现在看来，博贝特将赢得胜利，但在前往第14赛段艾克斯莱班斯的路上，巴尔塔利重新夺回了领先优势。所以，自始至终都是合成面料——这为未来几十年运动服的发展奠定了基础。

快速向前运动

1954年，Courtaulds编制的数据仍然显示，与粘胶、棉花和羊毛相比，聚酰胺和聚酯的全球产量水平相当低。¹但需求并不短缺。罗地乙酮在里昂的工厂一直难以扩大产量，尽管到1955年每月产量已达13130吨，但仍持续供不应求。普拉纳尔固执地宣称，纺织业无法跟上纺织化学家的创新。“假设化学家们现在签订了停战协议，让我们安静地度过几年，然后发现比以前更令人兴奋的新纤维?”他开玩笑说。

至少对于运动服装行业来说，最大的轰动还在后头。1959年，杜邦公司通过约瑟夫·施弗斯(Joseph Shivers)交付了另一种重磅纤维，他的背景是在战争期间开发用于治疗疟疾的合成奎宁。Shivers对Whinfield的聚酯进行了改性，生产出一种有弹性的聚合物，称为纤维k。这是一种聚氨酯-聚脲共聚物，它包含交替的软段和硬段，使其具有灵活性和强度。正是这种纤维成为了自行车服的代名词——莱卡，在北美被称为氨纶。像尼龙一样，莱卡最初被用于内衣，但它的弹性更强，能够扩展到原来长度的7倍。

至今最常用的运动服纺织品中有三种是现存的。卡斯特利在这个时候获得了很多追随者，包括巴尔塔利，讽刺的是，博贝特。当该公司开始向公众销售最初为职业自行车客户设计的空气动力学莱卡短裤时，该公司最终宣布了另一个第一次。贝克托德说:“这是20世纪50年代和60年代这些技术方法的时期。”“每重量的性能非常棒，因为与羊毛相比，你突然得到了更轻的结构，这是一个严重的优势。”澳大利亚公司Speedo在泳衣中引入了尼龙和聚酯纤维。在1964年东京奥运会上，18枚游泳金牌中有16枚是由穿着尼龙/聚酯纱线的运动员获得的，这些纱线都是由Prestige Fabrics为Speedo开发的。与此同时，一名在当年马拉松比赛中获得第19名的英国奥运选手刚刚开始在粘胶生产商Courtaulds工作。罗恩·希尔(Ron Hill)白天是一名纺织品化学家(见下图)，他最终在运动服装行业成名，利用合成纤维制作现代跑步装备，包括他标志性的轻质Trackster紧身衣。

在这段时间里，化学家们一直在发明创新纤维，大肆宣传它们的各种好处，但对纺织品性能的研究相对较少。在运动纺织品领域工作了20年的Bechtold说，“难以置信”还有这么多未知。例如，一个有趣的问题是，为了让运动员恢复身材，运动员在使用氨纶等弹性材料时损失了多少能量。Bechtold说:“没有太多的概念工作，很少的研究活动和大量的市场营销。”“这意味着科学研究有点落后。贝克托德自己的团队最近发表了一篇论文⁵对双层羊毛和合成纤维系统进行了研究，发现天然纤维在雪上运动中仍然发挥着有益的作用。在寒冷的环境下剧烈运动后，最好脱掉合成面料的基层，让羊毛吸收迅速冷却的汗液，以避免体温急剧下降。据Bechtold说，天然纤维也可能在未来的可持续纺织品中发挥作用，在回收和智能之间提供妥协——比如在潮湿的天气里，一种织物可以通过膨胀收缩毛孔来防水。

例如，人们偶尔会尝试比较天然纤维和合成纤维的空气动力学特性。1990年，德克萨斯农工大学(Texas A&M University)的研究人员在一个风洞中以每小时30英里的速度测试了自行车装备。⁶与光滑的全身莱卡运动服相比，羊毛运动服粗糙的表面产生了更大的阻力，而莱卡运动服本身与相同的聚氨酯涂层西装相比，产生了更大的阻力。研究人员得出结论，在40公里内，莱卡西装应该比羊毛运动衫至少快一分钟。这相当于在环法自行车赛(Tour de France)这样距离很远的比赛中取得重大领先。当然，今天每个人都在穿皮衣，高性能面料之间的差异可能是微不足道的，但正如Bechtold指出的那样，了解这些差异往往是关键。他说，必须让运动员相信他们有最好的装备。换句话说，在体育运动中，几十年的纺织化学进展很容易一文不值。如果你确信一件羊毛套头衫比一套定制的紧身套装更适合你，那么你不妨穿上它。

海莉·贝内特是英国布里斯托尔的科学作家