從脆裂到強韌：MIT利用弱鍵機制提升塑膠抗衝擊性能
科技產業資訊室(iKnow) - 廖雅韻 發表於 2026年6月11日
圖、從脆裂到強韌：MIT利用弱鍵機制提升塑膠抗衝擊性能
在現代社會中，塑膠與各類聚合物材料早已深入人們的日常生活，從食品包裝、電子產品到建築結構，都離不開這些材料的應用。然而，傳統塑膠在承受高速撞擊或劇烈外力時，往往容易發生脆裂與破壞，成為材料科學領域長期面臨的重要挑戰。
為了提升聚合物的穩定性，化學家長期以來廣泛採用「交聯」（Cross-linking）技術，透過在聚合物鏈之間建立化學鍵結，提高材料的耐熱性與化學穩定性。然而，交聯雖然能增強材料強度，卻也會限制聚合物鏈的移動能力，使材料在受到衝擊時更容易脆化，形成「越穩定、越易碎」的兩難困境。
為突破這項限制，美國麻省理工學院（MIT）研究團隊提出嶄新的材料設計策略，在聚合物架構中加入少量「機械響應官能基團」（Mechanophore）作為交聯點，成功兼顧材料的穩定性與抗衝擊能力。研究成果發表於《Nature》期刊，為高性能聚合物材料開啟全新的發展方向。
與傳統認知不同，這些機械響應官能基團並非材料缺陷，而是在高速撞擊時發揮關鍵作用。當外力以超過10⁷ s⁻¹的極高應變率衝擊材料時，撞擊區域會因絕熱增溫（Adiabatic Heating）效應而迅速升溫，促使局部材料由熱固性態（Thermoset）轉變為熱塑性態（Thermoplastic）。在此過程中，機械響應官能基團會優先斷裂，形成能量吸收通道，使材料得以透過塑性變形耗散衝擊能量，而周圍聚合物網絡仍維持完整，確保整體結構的穩定性。
實驗結果顯示，導入機械響應官能基團交聯的聚合物架構，其能量吸收能力較傳統熱固性塑膠提升約115%，甚至超越未交聯的熱塑性塑膠對照組，展現出優異的抗彈道衝擊性能。
這項技術具有廣泛的產業應用潛力。研究團隊首先將其應用於硬質玻璃態聚苯乙烯（Polystyrene, PS）。PS廣泛用於塑膠容器、免洗餐具、電子產品外殼及保麗龍等輕量化包裝材料。未來若導入此類機械響應交聯設計，可望製造出更耐摔的手機殼、平板保護殼及各類電子產品防護配件，有效吸收設備掉落時產生的衝擊能量。
此外，研究團隊也成功將此技術導入苯乙烯-丁二烯-苯乙烯（Styrene-Butadiene-Styrene, SBS）嵌段共聚物橡膠。SBS廣泛應用於鞋底、道路瀝青改質及建築屋頂材料，透過機械響應交聯設計，可望進一步提升材料的耐磨性與使用壽命，降低維護與更換成本。
更值得關注的是，研究團隊正進一步將此技術應用於汽車輪胎主要原料，丁苯橡膠（Styrene-Butadiene Rubber, SBR）。若研發成功，可望製造出更耐磨、壽命更長的輪胎，不僅降低爆胎風險，也能減少輪胎磨耗產生的微塑膠污染。由於輪胎磨損占全球微塑膠排放量超過10%，因此這項技術兼具交通安全與環境永續效益。
整體而言，這項研究突破了傳統聚合物「穩定性與韌性難以兼得」的限制，透過機械響應官能基團交聯設計，成功提升塑膠材料的抗衝擊能力。未來隨著技術逐步邁向產業化，可望建立兼具高強度、高韌性與長壽命的新世代聚合物設計平台，推動消費電子、交通運輸及永續材料等領域的創新發展。（1105字；圖1）
參考資料：
MIT chemists design impact-resistant plastics. MIT News, 2026/6/3
Mechanophore cross-linking enhances ballistic energy dissipation of polymers. Nature. 2026/6/3 (doi: 10.1038/s41586-026-10557-w.)
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