濕頭髮為什麼容易斷？
― 水把頭髮內部的「連結點」解開了
頭髮乾的時候，一根就能撐住半顆蘋果的重量，其實是很結實的細線。但一旦濕了，只要一半的力就會伸長同樣的長度，表面的鱗片也會翹起來。原因在於，頭髮裡有數以億計的小小「連結點」，被水暫時解開了。
洗完澡，拿梳子梳濕頭髮。梳到一半卡住了，用力一拉，梳子上留下好幾根斷髮。
美髮師常說「不要帶著濕頭髮睡覺」「吹乾以後再梳」。可是水只是水，並不會把頭髮溶掉。
而且早上的睡翹頭髮，用水一弄濕就輕鬆弄平。濕了會變脆弱，濕了又能改變形狀，這兩件事其實出自同一個原理。
濕頭髮變脆弱，只有兩個原因
頭髮裡，細長的蛋白質鏈之間由無數個微弱的連結點綁在一起。水一鑽進去，這些連結點就會鬆開，只要乾髮一半的力就會伸長同樣的長度。
頭髮表面有一層層薄薄的鱗片，像屋瓦一樣疊在一起。頭髮濕了膨脹後，鱗片會翹起來，和梳子或枕頭摩擦時就容易剝落。
我們依序來看。兩者都是從水把頭髮「泡脹」開始的。
原因 1：水解開了鏈與鏈之間的「連結點」
頭髮的主要成分是角蛋白（keratin）這種蛋白質。角蛋白的鏈像彈簧一樣扭成螺旋狀。讓螺旋保持形狀，並和旁邊的鏈連在一起的，是兩種連結點。
一種是硫原子之間牢牢結合的強連結點。另一種是以氫為橋梁的弱連結點。弱連結點雖然每個都很弱，但數量多得驚人，乾髮的「硬度」大部分就是靠它們撐起來的。
頭髮泡在水裡，會吸收約自身重量三成的水，粗細也會膨脹一成以上。鑽進去的水分子，會把弱連結點的配對對象搶走。鏈與鏈之間的結合因此鬆開，頭髮只要很小的力就會慢慢被拉長。
我們用圖 1 來確認。上排是乾髮，下排是濕髮，兩者以相同的力向右拉。拖動滑桿改變力的大小，會看到濕髮先一步靠近右邊的虛線。
在虛線左邊，停止拉扯後頭髮會回到原本的長度。一旦越過虛線，內部的螺旋就開始鬆開，只要多加一點力就會大幅伸長。濕髮只要乾髮約一半的力，就會到達這個分界。
當梳子勾住纏在一起的頭髮用力拉時，力量會集中在少數幾根上。濕的時候，被大幅拉長的頭髮就更多。而且濕了之後，頭髮本身的斷裂強度也會下降一到兩成左右。
原因 2：膨脹的頭髮表面，鱗片翹了起來
頭髮外側是一層叫做毛鱗片（cuticle）的薄片，從髮根到髮尾層層疊著好幾片。鱗片就像盔甲，保護著裡面柔軟的部分。
如圖 2 左側，乾髮的鱗片是平貼的。但頭髮濕了、內部膨脹後，就像右側那樣，鱗片的邊緣會翹起來。翹起的邊緣會被梳子的齒或枕頭布勾住，每摩擦一次就缺一角。
睡覺時壓彎的頭髮，是弱連結點以「彎曲的形狀」重新連上了。弄濕之後連結點被解開，吹乾時再以當下的形狀重新連上。因為乾燥那一刻的形狀會被保留下來，所以用吹風機整理就能定型。另一方面，燙髮藥水會連強連結點也切斷再重接，所以洗了頭，捲度也還在。
總結
濕頭髮容易斷，是因為水解開了頭髮內部的弱連結點，讓頭髮只需一半左右的力就大幅伸長。再加上膨脹的頭髮表面鱗片翹起，一摩擦就容易剝落。對頭髮比較溫和的做法是：濕頭髮盡量不要搓揉，用齒距寬的梳子從髮尾一點一點梳開，並儘早吹乾。
水不會把頭髮溶掉。
只是讓抓住頭髮的那些「手」，暫時放開而已。
頭髮如何更替，可以讀「為什麼一到秋天掉髮就變多？」；另一種拉了之後性質會改變的材料，則可以讀「拉橡皮筋時，為什麼會變熱？」。
- 準備兩根自然掉落的較長頭髮，一根維持原樣，另一根泡在杯子的水裡約 5 分鐘。
- 用雙手手指捏住頭髮兩端，以差不多的力慢慢拉。你應該會感覺到濕髮伸得比較「軟」。
- 把濕髮纏在筆上讓它乾，再解開來。如果捲曲的形狀還在，就證明弱連結點已經重新連上了。
結果會因頭髮的粗細和受損程度而不同。用力拉可能會割傷手指，請當作在處理細線，慢慢地試。
想知道更多的人 ― 名詞・公式・與課本的關聯明確標示從國中自然到大學專業課程，各屬於哪個程度
- 國中國中自然科會學到的範圍
- 高中高中「物理」「化學」「生物」會學到的範圍
- 高中＋高中的進階內容，或課本專欄的內容
- 大學高中不會學到、大學專業課程（材料力學・高分子物性・皮膚科學）的內容
- 研究連大學也不會當作「定論」來教，是研究者目前正在探究的內容
國中名詞：這個現象是有名字的
- 角蛋白：構成頭髮、指甲與皮膚表層的蛋白質。在頭髮裡，螺旋狀的鏈會集結成束。
- 氫鍵：以氫為橋梁的微弱結合，也就是正文中的「弱連結點」。水分子也會形成氫鍵，所以能搶走配對對象。
- 雙硫鍵：硫原子之間的強結合，也就是正文中的「強連結點」，水無法將它解開。
- 毛鱗片（cuticle）：覆蓋在頭髮表面、像鱗片一樣的薄層。
國中高中用公式確認：一根頭髮多少公克就會越過「可恢復的範圍」？
把頭髮當作一根細棒，從拉力與伸長的關係來計算。先算會斷的重量，再算越過可恢復範圍（伸長 2%）的重量，並比較乾髮與濕髮。符號的單位是：力為 N（牛頓），長度為 mm。
| 用符號寫 | F ＝ E × A × ε （斷裂力為 F ＝ σ × A，截面積為 A ＝ π × r²） |
| 用文字寫 | 拉力 ＝ 材料的硬度（楊氏模數） × 截面積 × 伸長比例 |
| 公式的來源 | 把彈簧「力與伸長成正比」的虎克定律，改寫成以單位截面積的力（應力）表示，讓它也能用在粗細不同的棒子上 |
| 頭髮直徑（半徑 r） | 約 0.08 mm（半徑 0.04 mm） |
| 斷裂時的應力 σ（乾髮） | 約 200 N/mm²（依研究不同，約在 150〜250 之間） |
| 楊氏模數 E（乾髮） | 約 4000 N/mm²（4 GPa） |
| 楊氏模數 E（濕髮） | 約為乾髮的一半，約 2000 N/mm² |
| 可恢復範圍的目標 ε | 伸長約 2%（0.02）以內 |
| 半徑的平方 | 0.04 × 0.04 ＝ 0.0016 mm² |
| 截面積 A | 3.14 × 0.0016 ＝ 0.005024 mm² |
| 斷裂力（乾髮） | 200 × 0.005024 ≒ 1.0 N |
| 換算成重量（1 N 約 102 公克） | 1.0 ÷ 9.8 ≒ 0.10 kg |
| 乾髮：E × A | 4000 × 0.005024 ≒ 20.1 N |
| 乾髮：伸長 2% 所需的力 | 20.1 × 0.02 ≒ 0.40 N |
| 濕髮：E × A | 2000 × 0.005024 ≒ 10.0 N |
| 濕髮：伸長 2% 所需的力 | 10.0 × 0.02 ＝ 0.20 N |
| 換算成重量（濕髮） | 0.20 ÷ 9.8 ≒ 0.020 kg |
乾髮約 100 公克會斷，40 公克以內都能恢復原狀。濕髮只要約 20 公克，就會越過可恢復的範圍。20 公克相當於 20 枚日本 1 圓硬幣的重量。梳子纏住時，一根頭髮承受這麼大的力，是很有可能的。
高中高中＋頭髮分成「三個區段」伸長
高中彈簧的伸長與力成正比的虎克定律，在頭髮伸長到約 2% 以內也成立。表示這個區段硬度的量，就是楊氏模數（縱向彈性係數）。
高中＋持續拉扯頭髮時，力與伸長的關係被認為可分成三個區段：最初成正比的區段、力幾乎不增加卻能伸長 25〜30% 的「降伏區段」，以及再度變硬直到斷裂的區段。在降伏區段，螺旋狀的鏈會鬆開，轉變成筆直的形狀。水會大幅降低進入這個區段所需的力。
大學應力–應變曲線，與水造成的塑化
在材料力學中，這個關係會畫成應力–應變曲線。在角蛋白纖維裡，降伏區段的真面目被認為是「α–β 轉變」：螺旋結構的 α（阿爾法）角蛋白被拉長，轉變成 β（貝塔）摺板結構。水會切斷鏈與鏈之間的氫鍵，讓鏈更容易移動。這在高分子物性中稱為「塑化」，水就是頭髮最具代表性的塑化劑。濕度越高楊氏模數越低，也是同樣的道理。
📖 公式的推導與更進階的內容：應力–應變曲線（日文維基百科） ／ 角蛋白（日文維基百科）
研究目前還不清楚的事
- 水究竟能滲入多深。 頭髮裡水容易通過和不容易通過的部分混雜在一起，水依什麼順序、滲到多深，據說會因測量方法而呈現不同的結果。
- 受損頭髮的「斷裂方式」。 在反覆的乾燥與摩擦下，從哪個階段開始細小的裂痕會擴大？疲勞斷裂的機制，至今仍在研究中。
- 表面油脂的作用。 健康頭髮的表面據說有一層排水的薄油脂。這層油脂剝落後，吸水的方式與強度會改變多少，研究仍在持續。
也就是說，這篇文章的內容也只是「就目前所知範圍內的說明」。尤其是楊氏模數與強度的數值，會因頭髮粗細、人種、受損程度和測量方法而有很大差異。
與課本的關聯（依程度）
| 程度 | 科目・單元 | 本文的哪個部分 |
|---|---|---|
| 國中 | 自然科 物理領域「力的作用（彈簧的伸長）」 | 力與伸長成正比（圖 1） |
| 高中 | 化學「氫鍵」、生物「蛋白質的結構」 | 弱連結點與強連結點（圖 2） |
| 高中＋ | 物理進階「楊氏模數・應力」 | 越過伸長 2% 所需力的計算 |
| 大學 | 材料力學・高分子物性 | 應力–應變曲線、α–β 轉變、塑化 |
| 研究 | 纖維科學・皮膚科學 | 水的滲入方式、受損頭髮的斷裂 |
| ― | 與生活的連結 | 濕頭髮的梳法、弄平睡翹、用吹風機造型 |
- C. R. Robbins, Chemical and Physical Behavior of Human Hair, 5th ed., Springer (2012)
- M. Feughelman, Mechanical Properties and Structure of Alpha-Keratin Fibres, UNSW Press (1997)
- 日文維基百科「水素結合」（氫鍵）
- 日文維基百科「ケラチン」（角蛋白）
※本文是為一般讀者撰寫的科學解說。文中的數值是為了幫助理解原理的參考值與概算。如果有頭髮或頭皮方面的困擾，請諮詢皮膚科醫師或美容專業人士。