结构功能一体化复合材料头盔及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种结构功能一体化的复合材料头盔及其制造方法，属于人体防护用品技术领域。头盔采用三维经编间隔织物、热塑性/热固性树脂预浸料以及树脂胶膜复合而成。其特征在于织物无需裁剪，而且头盔的壳体、缓冲层和织物层三部分一体化成型。本发明专利技术相对于现有头盔的制备方法的优点：充分利用针织经编间隔织物优异的延展性和挠曲变形性，无裁剪大大减少了对原材料的浪费；头盔的壳体、缓冲层和织物层三部分一体化成型，可设计性强，节约成型时间，降低制件成本，产品美观，整体性好，提高了头盔的抗冲击性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种结构功能一体化复合材料头盔及其制造方法，属于人体防护用品

技术介绍
众所周知，防护头盔是作为保护头部免受或减轻机械性碰撞伤害的头具，广泛地应用于建筑、军事、消防、交通、运动等领域。目前，头盔多呈半圆形，由外、中、内三层构成。其中外层壳体由强度较高的材料制成，比如特种钢、玻璃钢、芳纶、超高分子量聚乙烯、增强塑料等，以抵御外力对头部的伤害；中层为泡沫材料制造的缓冲层，像泡沫塑料或泡沫橡胶等，通过它的变形来吸收大部分冲击力；内层采用高分子纤维布制造的织物层，具有吸汗、保暖等的功能。在生产过程中，头盔的外壳体通常采用模压、注塑等成型方式，与制造的泡沫材料的缓冲层以及人体可接触的织物层，分布在产品的外、中、内三层，通过胶粘剂粘结在一起。在每部分单独成型过程中，裁剪产生大量边角废料，使得材料利用率低，这样不仅生产起来非常耗费劳动力，而且影响产品质量均一性以及性能稳定性。三维经编间隔织物是一种整体编织成型，通过纱线连接上下两个面层，呈中空的纺织结构。针织间隔织物是由线圈相互穿套形成的，线圈结构使织物具有良好的延展性和形状可设计性，可以适用于复杂形状复合材料制品的制造。利用三维经编间隔织物制作头盔，充分利用其优异的延展性和挠曲变形性，无裁剪大大减少了对原材料的浪费，而且头盔的壳体、缓冲层和织物层三部分为一体化成型，可设计性强，节约成型时间，降低制件成本，产品美观，整体性好，提高了头盔的抗冲击性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术存在不足，提供一种结构功能一体化的复合材料头盔及其制造方法，使得材料的利用率高，成型快速，产品质量均一，性能稳定。本专利技术结构功能一体化复合材料头盔是通过以下技术方案实现的：结构功能一体化复合材料头盔及其制造方法，其特征在于三维间隔织物无需裁剪，头盔的壳体、缓冲层和织物层三部分一体化成型，由三维间隔织物、热塑性/热固性树脂预浸料以及树脂胶膜复合制造而成。所述的结构功能一体化复合材料头盔及其制造方法，其特征在于三维间隔织物为一种针织的经编间隔织物，由上下面层以及中间的间隔丝层组成。所述的结构功能一体化复合材料头盔及其制造方法，其特征在于预浸料材料是玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维增强热固性/热塑性树脂中的一种。所述的结构功能一体化复合材料头盔及其制造方法，其特征在于胶膜材料是环氧树脂、酚醛树脂、热塑性树脂中的一种。所述的结构功能一体化复合材料头盔及其制造方法，其特征在于三维经编间隔织物的面密度是0.3kg/m2～2.0kg/m2，总厚度为3～60mm，间隔丝层的密度为10～180根/cm2。所述的结构功能一体化复合材料头盔及其制造方法，其特征在于树脂胶膜的厚度在0.2～2mm，树脂胶膜正好只完全浸渍三维间隔织物的上面层纤维。结构功能一体化复合材料头盔及其制造方法，其特征在于三维间隔织物的上面层纤维是玻璃纤维、碳纤维、聚乙烯纤维、芳纶等，起到增强防护的作用，厚度在0.2～2mm；三维间隔织物的下面层纤维是涤纶、丙纶、锦纶等，起到吸汗、保温的作用，厚度在1～3mm；间隔丝层是涤纶单丝、丙纶单丝、锦纶单丝、乙纶单丝中的一种，起到支撑缓冲作用。结构功能一体化复合材料头盔及其制造方法，其特征在于制备方法包括以下步骤：第一步：在头盔模具上擦脱模剂或者脱模蜡；第二步：先将预浸料裁剪，并铺贴在头盔模具中；第三步：然后铺放一定厚度的树脂胶膜，再将三维经编间隔织物放在胶膜上，并在模具中固定形状；第四步：采用RFI或热压罐成型工艺，通过控制三维间经编隔织物上面层纤维与树脂胶膜的比例，使得树脂胶膜恰好只完全浸渍三维间隔织物的上面层纤维，并固化成型。附图说明图1为本专利技术专利所述的结构功能一体化复合材料头盔的示意图标号说明：1-壳体；2-缓冲层；3-织物层。具体实施方式下面给出本专利技术的一些具体实施例，但所述的具体实施例不限制本专利技术权利要求。实施例1(1)选用三维经编间隔织物的上面层作为头盔外表面增强材料。三维经编间隔织物由芳纶纤维和涤纶纤维共同织造而成，总厚度为15mm；上面层为芳纶纤维，厚度为0.5mm；间隔丝为涤纶纤维，间隔丝密度为90根/cm2下面层为丙纶纤维，厚度为1mm。选用酚醛树脂胶膜，按照三维间隔织物上面层纤维和树脂质量2∶3的比例，胶膜厚度为0.5mm。(2)在头盔模具中擦脱模剂，将树脂胶膜铺在模具中，再将三维经编间隔织物按头盔的形状和大小裁剪，放在头盔模具中并固定好形状；把铺好的头盔模具上放入真空袋，然后封袋；采用RFI成型工艺，成型温度130～160℃，成型压力-0.1MPa，成型时间40～50min，自然冷却至室温。(3)将制造的头盔进行脱模，然后对盔体进行修边、表面处理后即是本专利技术提供的结构功能一体化复合材料头盔。实施例2(1)选取碳纤维预浸料作为外头盔表面的增强材料，面密度为300g/m2。选取三维经编间隔织物由玻璃纤维和涤纶纤维共同织造而成，总厚度为20mm；上面层为玻璃纤维，厚度为1mm；间隔丝和下面层为丙纶，间隔丝密度为120根/cm2，下面层厚度2mm。选取环氧树脂胶膜，按照三维间隔织物上面层纤维和树脂质量2∶3的比例，胶膜厚度为1mm。(2)在头盔模具中擦脱模剂，将碳纤维预浸料和环氧树脂胶膜先后铺在头盔模具中，再将三维经编间隔织物按头盔的形状和大小裁剪，放入模具并固定好形状；把铺好的头盔模具上放入真空袋中，然后封袋；采用热压罐成型工艺，升温速率5℃/min，开始加压温度50～80℃，成型温度120～140℃，成型压力0.4MPa，成型时间30～40min，自然冷却至室温。(3)将制造的头盔进行脱模，然后对盔体进行修边、表面处理后即是本专利技术提供的结构功能一体化复合材料头盔。实施例3(1)选取玻璃纤维增强聚乙烯预浸料作为外表面的增强材料，面密度为400g/m2；选取三维经编间隔织物由聚乙烯纤维和涤纶纤维共同织造而成，总厚度为25mm，上面层为聚乙烯纤维，厚度为1.5mm，间隔丝和下面层为涤纶纤维，间隔丝密度为60根/cm2，下面层厚度2.5mm；选取聚乙烯薄膜作为胶膜，每层厚度0.1mm，按照控制三维间隔织物上面层纤维和树脂质量1∶1的比例，共需要15层。(2)在头盔模具中擦脱模剂，将预浸料和树脂胶膜先后铺在头盔模具中，再将三维经编间隔织物按头盔的形状和大小裁剪，放在头盔模具中并固定好形状；将铺好头盔模具上放入真空袋中，然后封袋；采用热压罐成型工艺，升温速率2℃/min，开始加压温度60～80℃，成型温度130～150℃，成型压力0.6MPa，成型时间40～50min，自然冷却至室温。(3)将制造的头盔进行脱模，然后对盔体进行修边、表面处理后即是本专利技术提供的结构功能一体化复合材料头盔。本文档来自技高网...

【技术保护点】
结构功能一体化复合材料头盔及其制造方法，其特征在于三维间隔织物无需裁剪，头盔的壳体、缓冲层和织物层三部分一体化成型，由三维间隔织物、热塑性/热固性树脂预浸料以及树脂胶膜复合制造而成。

【技术特征摘要】
1.结构功能一体化复合材料头盔及其制造方法，其特征在于三维间隔织物无需裁剪，头盔的壳体、缓冲层和织物层三部分一体化成型，由三维间隔织物、热塑性/热固性树脂预浸料以及树脂胶膜复合制造而成。2.按照权利要求1所述的结构功能一体化复合材料头盔及其制造方法，其特征在于三维间隔织物为一种针织的经编间隔织物，由上下面层以及中间的间隔丝层组成。3.按照权利要求1所述的结构功能一体化复合材料头盔及其制造方法，其特征在于所述的预浸料材料是玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维增强热固性/热塑性树脂中的一种。4.按照权利要求1所述的结构功能一体化复合材料头盔及其制造方法，其特征在于所述的胶膜材料是环氧树脂、酚醛树脂、热塑性树脂中的一种。5.按照权利要求1所述的结构功能一体化复合材料头盔及其制造方法，其特征在于三维经编间隔织物的面密度是0.3kg/m2～2.0kg/m2，总厚度为3～60mm，间隔丝层的密度为10～180根/cm2。6.按照权利要求1所述的结构功能一体化复合材料头盔...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴晓青，杨忠，魏俊富，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：天津;12