防彈纖維：克維拉與迪尼瑪纖維

防彈纖維 (Bullet Proof Fabric)：克維拉 (Kevlar)與迪尼瑪 (Dyneema)纖維
臺北市立永春高級中學化學科蔡曉信老師/國立臺灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

一、克維拉纖維：

在1975年聖誕節的前兩天，美國西雅圖有位執勤警察在遭受一位竊賊在距離不及1公尺正前方的槍擊而能保命，其秘密在於穿著杜邦公司生產的《KEVLAR-29》纖維所做的防彈衣，此種纖維成份是芳香族聚醯胺（Aromatic polyamide），這種材料是1965年偶然發現的。

美國聯邦商業委員會為了與一般的脂肪族聚醯胺（Aliphatic polyamid）即尼龍區別，對於含量85 %以上苯環單位的芳香族聚醯胺另稱為阿拉米德（Aramid）。

Kevlar的化學構造為聚對苯二甲酸對苯醯胺（po1y p-phenylene terephthalamide，PPTA）是由對苯二胺（p-phenylene diamine）與對苯二醯氯（Telephthalloyl chloride）脫鹽酸反應聚合而成。有別於一般的高分子溶液是以無規則線圈（Random coi1s）存在，PPTA分子鏈本身為剛直棒狀（Rigid rods）鏈構造，縱使在溶液中分子鏈仍然保持相同的剛直性。這種剛直的棒狀鏈在稀薄溶液中是無秩序的排列（Random rods），當此高分子溶液增高至某一程度時，成束高分子鏈凝集成有秩序的微區（Domain），即如棒狀液晶排列（Rods in liquid crystalline arrays），雖然每一個微區相具有方向性，整個溶液仍然顯示其等方性。

當濃度繼續提昇至某一程度，整個溶液形成異方性向列型《Nematic》液晶排列。實際上，100 %硫酸溶液中PPTA高分子濃度在20 %時，整個溶液為向列型液晶狀態。當此液晶溶液從模頭壓出時，溶液的剪切應力使得液晶微區朝向纖維軸的方向配列，即在紡絲過程溶液從模頭孔通過時，微區的回轉與再配列，使得紡絲具有高度的結晶性。此種分子鏈的高度方向性配列可使纖維產生高強度與高剛性的特徵。《KEVLAR-29》若再經稍高溫的拉伸，則變成具有更高彈性係數的《KEVLAR-49》。

Kevlar的持性中以抗張強度最為出色，其單位質量的抗張強度約為鋼鐵的五倍，Kevlar的高抗張強度與低伸長度特性可應用於高規格安定性要求的用途。在耐藥品性方面，對於有機化學品、溶劑、食鹽水及沸水具有良好的抵抗力，對強酸、強鹼則較弱。耐紫外光線不佳，耐磨性也並不十分理想，表層常塗以尼龍等保護之。

二、迪尼瑪纖維：

在1979年，荷蘭的皇家DSM公司研發出超強纖維Dyneema 。Dyneema 是超高分子量聚乙烯纖維（Ultra high molecular weight polyethylene），一般的聚乙烯材料其平均分子量為2到30萬之間，而超高分子量聚乙烯纖維其分子量則高達2至6百萬，其單位質量的抗張強度約為鋼鐵的十五倍。

其強韌的原理是因它是一種單向複合材料，由數層Dyneema纖維層構成，每層纖維的方向均與相鄰層中的纖維相垂直。這種單向結構使其能將受子彈或其他武器衝擊的能量，可更快和更高效率地沿著纖維分散開來。

這種複合材料具有優越的機械剛度和韌度、抗極端溫度和濕度性能，以及用於船舶防護的較好的水中浮動性。Dyneema超高分子量聚乙烯纖維是目前市場上最輕質的材料，可為抵禦包括衝擊步槍（例如AK47）和爆炸裝置（如IEDs）在內的彈藥威脅提供強大的防護。Dyneema HB26是一種可為個人和車輛提供優越防爆保護的獨特輕質複合材料，與Kevlar材料相比其重量大幅度減輕且具有較優的抗水與耐紫外線性。

參考資料
1. 郭建志（1991），高分子的高科技應用，台北高立圖書有限公司，第218-222頁。
2. Ultra high molecular weight polyethylene。檢索日期 2009.7.8，http://en.wikipedia.org/wiki/Dyneema。