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謝國煌1*、韓錦鈴2、林士斌1
1國立台灣大學高分子科學與工程學研究所
2國立宜蘭大學化材系
本文以介紹超高分子量聚乙烯 (UHMWPE) 纖維複合材料之合成及其與克維拉(Kevlar) 纖維複合材料作為強度及防彈功能上之比較。高分子基材是以兩類PU改質之樹脂作為基材，探討其間之影響；第一類樹脂係以不同分子量聚醇合成的聚胺酯來改質環氧樹脂，形成互穿網狀結構(IPN；Interpenetrating Polymer Network)之樹脂基材，第二類樹脂同樣以不同分子量聚醇合成之聚胺酯壓克力，搭配苯乙烯形成共交聯劑添加至不飽和聚酯樹脂系統中，以提昇不飽和聚酯樹脂之耐衝擊性質，並降低樹脂硬化時之體積收縮率。
聚胺酯改質環氧樹脂與UHMWPE纖維合成之複材，則以聚酯類的聚胺酯(PBA- type)具有最佳的機械強度改善效果，包括在抗張強度、耐衝擊強度、彎曲強度以及剪切強度等。改善幅度均較原環氧樹脂增加達40%以上。這是由於聚酯類的聚胺酯(PBA-type)系統與環氧樹脂有較佳的相容性，所以會比聚醚類的聚胺酯(PPG-type)系統有較佳的機械性質表現。而以聚胺酯壓克力改質不飽和聚酯與UHMWPE纖維合成之複材，因利用其添加具可交聯性之聚胺酯於不飽和聚酯樹脂中以提昇其耐衝擊性質與降低複材之體積收縮率，耐衝擊性質隨著添加的聚胺酯壓克力的量提升而增加，且聚胺酯壓克力的含量在不飽和聚酯樹脂中越高，硬化時體積收縮率也越低，因此藉由調整聚胺酯壓克力的含量可調整不飽和聚酯樹脂的性質，進而提昇不飽和聚酯樹脂與UHMWPE纖維合成之複材的功能性及其應用價值。
UHMWPE纖維之表面改質；則以電漿及化學蝕刻之表面處理來改質UHMWPE纖維表面，利用電漿表面改質及化學蝕刻改質，均可達到UHMWPE纖維表面粗糙化的目的，進而達成表面改質的效果。但可能由於改質過程對於纖維表面的結晶結構造成破壞，使得UHMWPE纖維的機械性質有所減損。但在形成複合材料後，表面改質的纖維具有較佳之介面黏著力，使其具有較高的抗張強度。
最終以各種改質樹脂形成之複合材料，其抗張強度、Izod 耐衝擊強度、彎曲強度與剪切強度等機械性質，皆具有最佳之機械性質，而UHMWPE纖維複合材料則朝向輕、薄結構且能達到具有高耐衝擊性與高抗張強度，其機械性能遠遠超過傳統玻璃纖維補強複合材料。此UHMWPE與樹脂合成之複合材料，在嚴格的防彈測試中；配合不同的纖維堆疊或編織方式，均可獲得以 Kevlar纖維合成之複合材料相同的防彈效果，且由於UHMWPE纖維為非極性結晶排列之纖維，具有比高極性之Kevlar纖維更優越之耐候性質，故在長時間使用下，以UHMWPE纖維合成之複材，其防彈功能遠比Kevlar纖維所合成之複材更優越，相信UHMWPE纖維複材在日後的纖維補強複合材料中，其在抗張強度與防彈功能之應用將具有超越Kevlar纖維複材之發展潛力。
References：
1. S. P. Lin, J. L. Han, J. T. Yen, F. C. Chang and K. H. Hsieh, “Composites of UHMWPE Fiber Reinforced PU/Epoxy Grafted Interpenetrating Polymer Networks”, European Polymer Journal, 2007, 43, 3, p.996-1008.
2. S. P. Lin, J. L. Han, J. T. Yeh, C. F. Chang and K. H. Hsieh, “Volume Shrinkages and Mechanical Properties of Various UHMWPE Fiber-Reinforced Hydroxyethyl Methacrylate-Polyurethane/Unsaturated Polyester Composites”, Composites Science and Technology, 2008, 68, p709-717.
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