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研究生:張畯棖
研究生(外文):Chun-Cheng Chang
論文名稱:高模數複合織物與複合非織物製程技術及其抗彈特性應用評估
論文名稱(外文):Evaluation of Process and Bullet-resistant Properties of High Modulus Composite Woven Fabrics and Compound Nonwoven Fabrics
指導教授:雷澄環
學位類別:碩士
校院名稱:逢甲大學
系所名稱:紡織工程所
學門:工程學門
學類:紡織工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2007
畢業學年度:95
語文別:中文
論文頁數:104
中文關鍵詞:複合織物複合非織物防彈衣
外文關鍵詞:bulletproof vestcompound nonwovwn fabriccomposite woven fabric
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研究防彈衣的主要目標是在具有防彈性能的前提下,能夠發展出低成本、質量輕、高舒適性的防護系統。防彈衣在人體對子彈的防護上深具重要性,由彈道衝擊所產生之非貫穿性傷害的程度,可作為整個防彈結構性能的指標。
本研究將Kevlar織物及玻璃纖維織物以手積層方式製成疊層織物,使用聚乙烯縮丁醛樹脂作為黏著劑製成複合織物,利用落重式衝擊測試結果獲取最佳製程之複合織物,作為鈍化彈頭之抗衝擊層。複合非織物係使用高性能長絲舖疊於兩層含有低熔點聚酯短纖之高強力尼龍6非織物中,使用針軋與熱粘合法進行加固形成三明治結構,並利用落重式衝擊測試結果獲取最佳製程之複合非織物作為吸收能量之緩衝材。本研究將複合織物及複合非織物置入防彈衣中進行複合,針對防彈衣結構部分進行改良,依照NIJ 0101.04 TypeⅡ標準之規範,進行實彈射擊測試,評估防彈衣之抗彈性能。
經由本研究之實驗結果發現,加入複合織物除了可以增加彈頭鈍化的效果,亦可提升防彈衣之安全防護係數。加入複合非織物不僅可增加防彈衣能量吸收之能力,提升防彈衣之抗彈性能及減少非貫穿性傷害,並可大幅地降低防彈衣之重量及成本。
由實驗測試結果顯示,K5複合織物 +V400複合非織物 + 24層Kevlar UD織物之防彈衣,在Kevlar UD織物層數上較原防彈衣減少了20層,不僅在成本上減少45 %,亦在重量上減輕了18.3 %,而K5複合織物 +V400複合非織物 + 20層Kevlar UD織物之防彈衣,雖防彈性能上略低於原防彈衣,但在重量上減輕了33 %及成本上減少約54 %,且在防彈性能上仍符合NIJ 0101.04 TypeⅡ標準之規範。
The primary objective of body armor research is to develop a low cost, lightweight, wearable garment system with ballistic impact resistance. Non-penetration trauma caused by ballistic impact is a target of ballistic resistant performance.
In the study, composite fabrics were fabricated by the hand lay-up procedure. The composite fabrics had 5 plies which are bonding with polyvinyl butyral resin. The composite fabrics were consisted of Kevlar woven fabrics and glass woven fabrics. The compound nonwoven fabrics were fabricated by laying the spread high performance filaments between two layers polyamide 6/low melted polyester web and were punched to form a sandwich structure. Impact resistance of composite fabrics and compound nonwoven fabrics were evaluated by falling weight impact test. Bullet resistance of composite fabrics and compound nonwoven fabrics were performed on shooting test of bullet apparatus.
The function of composite fabrics is blunt bullet to promote the protection factor of bulletproof vest. The role of compound nonwoven fabrics is to decrease the indentation depth of ballistic impact caused by the transmission and dissipation of energy. Composite fabrics and compound nonwoven fabrics were combined with the commercial bulletproof vest to improve its ballistic resistant performance. Shooting test was performed according to standard of type Ⅱspecification in NIJ 0101.04. The results indicated that improved bulletproof vest had less weight and cost than raw bulletproof vest in similar ballistic resistance.

The ballistic results showed that weight and cost of bulletproof vest of K5 composite woven fabrics+V400 compound nonwoven fabric+24-layer unidirectional fabrics were reduced to 18.3 % and 45 %. Besides, the bulletproof vest of K5 composite woven fabrics+V400 compound nonwoven fabric+20-layer unidirectional fabrics had much less weight and cost, and then it conformed to standard of type Ⅱspecification in NIJ 0101.04.
誌謝…………………………………..………………...………………………….…Ⅰ
摘要……………………………………..……………...………………………….…Ⅲ
Abstract…..…………………………..………………………………..………..........Ⅴ
目錄……………………………………..……………..…………………………..…Ⅶ
圖索引……………………………………………………...………...……………....Ⅹ
表索引……………………………….……………………………..…………...…ⅩⅡ
第1章 緒論………………………..…………………..……………………………...1
1.1 研究背景………………………………………………..………………………...1
1.1.1 防彈衣概述………………………………………..………….……………...1
1.1.2 防彈材料概述………………………………..…………….………………...3
1.1.3 防彈衣實彈測試結之評估………………………..…………….…………...4
1.1.4 軟式防彈衣發展趨勢………………………………...………………...........6
1.1.5 衝擊現象………………………………….…………..……………………...7
1.1.6 非織物應用特性……………………….…………..………………………...8
1.1.7 全芳香族聚酯(Vectran)…...…………..…………...………………….……..9
1.1.8 聚乙烯縮丁醛(Polyvinyl Butyral, PVB )...…..…………...………………..11
1.1.9 熱黏合材料……………………….…………..………………………...…..12
1.2 文獻回顧……………………………………………..…………………….……14
1.3 專有名詞解釋……………………………………..……………………….……18
1.4 研究動機與目的…………………………………..…………………………….20
第2章 原理……….....………………………………..……………………………..24
2.1 衝擊破壞原理…...………………………………..……………………………..24
2.2 防彈原理……………...……………………………..…………………………..25
2.3 防彈衣之抗彈機構……………………...………..……………………………..27
2.4 防彈衣之排列原則………………………………..…………………………….28
2.5 衝擊能量分析..……………….………...……………………………………….29
2.6 針軋加固原理...………………………...……………………………………….30
2.7 熱黏合原理...………………………...………………………………………….31
第3章 實驗…………………………………..…..………………………………….33
3.1 實驗流程……………………..………………………………………………….33
3.1.1 非織物製造流程………………..…………………………………………..33
3.1.2 複合非織物製造流程……………...………..…………………………...…35
3.1.3 複合織物製造流程……………………....…………………………………37
3.1.4 總體實驗流程……………………………..……………..…………………38
3.2 實驗材料……………………………………..………………………………….40
3.3 實驗儀器與設備……………………………………..………………………….42
3.4 實驗參數………………………………………..……………………………….43
3.5 測試方法……………………………………………..………………………….44
3.5.1 剝離強度測試…………………………………..………...………………...44
3.5.2 拉伸強度測試……………………………………..………………………..45
3.5.3 落重式衝擊測試…………………………………..………………………..45
3.5.4 實彈射擊測試……………………………………..………………………..48
3.5.4.1 測試儀器及設備…………………...…………..………………………48
3.5.4.2 實彈射擊測試說明……………………………..…..……………….…49
3.5.4.3 實彈射擊樣本配置………………………………..…………………...50
第4章 結果與討論…………………………………………………..……………...51
4.1 複合之物與複合非織物製程條件之取決………………………..…………….51
4.1.1 聚乙烯醇縮丁醛樹脂濃度對複合織物剝離強度之影響...…..…….……..51
4.1.2 熱壓溫度對複合織物剝離強度之影響………………………..…………..53
4.1.3 低熔點聚酯短纖含量對非織物拉伸強力之影響………………..………..55
4.1.4 熱壓溫度對非織物拉伸強力之影響……………………………..………..57
4.1.5 針軋密度對非織物拉伸強力之影響………………………..……………..59
4.2 疊層形式對複合織物抗衝擊性能之影響………………………..…………….59
4.3 複合非織物之抗衝擊性能……..……………………………………………….65
4.3.1 改變舖疊長絲種類對複合非織物抗衝擊性能之影響………..…………..65
4.3.2 長絲舖疊基重對複合非織物抗衝擊性能之影響………………..………..68
4.4 複合織物實彈射擊…………………………………...……………………..…..72
4.5 複合非織物實彈射擊測試…………………………………………..………….76
4.5.1 改變舖疊長絲種類對複合非織物抗彈性能之影響………………………76
4.5.2 長絲舖疊基重對複合非織物抗彈性能之影響……………………………79
4.6 落重式衝擊測試和實彈射擊測試之關聯性………………………..………….84
4.7 複合織物與複合非織物抗彈效益之評估……………………..…..……..…….86
4.7.1 防彈衣經改良後之抗彈效益之評估…...……………………..……..…….86
4.7.2 複合織物之抗彈效益評估………………………….……..…..……..…….89
4.7.3 複合非織物之抗彈效益評估……………………….……..…..……..…….90
第5章 結論………………………………..………………………………………...96
第6章 建議…………..…………………………...…………………………………99
參考文獻…………………………………………………………..………………..101
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