安全头盔和生产安全头盔的过程制造技术

一种质量轻的安全头盔，它包括聚合物复合材料的夹心结构，产生一种对佩戴者的头部有效地减轻冲击的装置。该夹心结构包括纤维增强的内和外聚合物层，这些层包住一层预先成形的分散能量的材料，后者典型地是一种耐强烈冲击的泡沫材料。可选地，在邻近佩戴者的头部的内层的内表面上也可以装上一层舒适的衬里，这种衬里或者由一种低密度的冲击泡沫材料或者由一种塑料的格栅制成，使得佩戴者舒适，并且对来自低能量的冲击提供保护。在制造头盔的过程中使用预先成形的泡沫材料衬里使得可以获得精确的尺寸公差，因此使得可以由批量生产技术制造出能够满足军用和民用要求的头盔。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及一种聚合物复合夹心结构(PCS)安全头盔，其中，与传统的安全头盔相比该安全头盔的质量可以明显地减小，而没有任何伴随的机械强度方面的损失。
技术介绍
在当今的市场可以获得的传统的保护头盔涵盖了广泛的领域，由每日配戴的轻便用途头盔比如摩托车头盔或者自行车头盔到专业用途头盔比如在赛车中使用的头盔。类似地，头盔的价格由自行车头盔的几英镑到一级方程式赛车头盔的几十万英镑。然而，采用相同的基本上两层的方案同样地制作出轻便用途的头盔和专业用途的头盔。头盔由一个内层和一个外层构成，内层典型地是一层厚的吸收能量的材料，典型地是一层泡沫材料，这一层泡沫材料将设置在邻近配戴者的头部，而外层是一个硬壳，它覆盖着泡沫材料，对于泡沫材料提供一层保护表面。吸收能量的材料相当刚硬并且相当脆，使用者配戴可能会不舒服，因此，常常需要某种形式的舒适衬里。舒适衬里可以为任何形式；可以是软的泡沫材料，比如在自行车头盔和赛车头盔中通常使用的泡沫材料，或者是通常在骑手头盔和板球头盔中使用的织物的悬置格栅，也可以是柔性的塑料配件，比如在建筑工地安全头盔里面使用的配件。采用两层方案构造出的头盔典型地有相当高的密度，并且有相当低的整体刚硬度。为了确保能够满足冲击保护的安全标准，吸收能量的泡沫材料层典型地非常厚，为几个厘米的量级。结果，使得头盔与配戴者的头移开了一定距离，导致在事故中头盔的惯量矩的增大。进而，随着泡沫材料的厚度和密度的增加，为了满足安全标准，头盔的质量也增大。传统的头盔起作用是通过把能量由冲击点分散到吸收能量的泡沫材料的一个大的面积，这将进而减小在配戴者头上的总能量。因此，希望提高外层的刚硬度，从而使得能量更好地由冲击部位分散到较大面积的吸收能量的泡沫材料上。通过发展更刚硬的外层比如用纤维增强的塑料已经提高了传统头盔的设计，然而，这些高性能材料对于除了高端价格的安全头盔以外的所有头盔可能是不可接受的昂贵。头盔可分类成两种不同的设计形状；凹入的(re-entrant)头盔和非凹入的(non re-entrant)头盔，企图把整个头部包起来的摩托车头盔可能是凹入形状头盔的一个示例。而非凹入形状的头盔基本上为半球形，即，为前面打开的头盔，比如骑手头盔或者自行车头盔。众所周知，凹入形状的头盔在非凹入形状的头盔的基础上提出了附加的制造问题，这反映在用来制造出两种类型头盔的不同方案上。在整个本文件中，所指的头盔将包括任何的头盔形状，比如将配戴者的头部包起来的凹入形状的头盔或者形状基本上为半球形的非凹入形状的头盔。也将会认识到，该头盔可以用于任何已知的或者通常使用头盔的地方，仅只作为示例比如用途可以包括赛车即汽车赛车和摩托车赛车、骑自行车赛车，或者也可以用于极限运动，比如悬挂式滑翔(hang-gliding)、悬绳下降(abseiling)，皮划艇(canoeing)，板球，骑马，滑冰，以及甚至用于有可能出现精神崩溃的人比如癫痫病人的医疗头盔。进而，可以取决于所要求的保护水平对头盔进行分类。首先，有一些制造商生产‘专业用途’的定制头盔，比如建筑工地的安全头盔，专业运动头盔，即，用于汽车赛车，摩托车赛车，以及甚至喷气式战斗机头盔，这些要求高水平的安全标准。其次，在另一方面，有一些制造商生产大量的日常生活用途的‘轻便用途’的头盔，比如自行车头盔，摩托车头盔，或者骑手头盔，以低成本生产这些头盔，它们只需要满足基本的安全标准。对于‘轻便用途’和‘专业用途’的头盔要求不同的安全标准，因此，典型地通过不同的过程制造出专业用途和轻便用途的头盔。这也反映在不同类型的头盔之间大的价格差别上。因此，生产一种头盔它能满足两种市场在商业上可能是有利的，即，满足对于‘专业用途’的头盔的安全要求，又能采用大批量制造技术生产，使得可以以对于轻便用途市场的竞争性价格生产出高性能头盔。当设计安全头盔时一般应该考虑到多个希望有的特点，这些特点包括●必须重量轻，并且有一个刚硬的抗冲击外壳； ●惯量矩必须低，通过减小离开头部的偏离距离可以实现这一目标，这进而帮助减轻质量；●重心的位置必须正确；●应该牢固地配合在配戴者的头上，以防止运动，特别是在受冲击时不运动；以及●必须舒适，必须持续地提供适当的冲击防护。进而，也希望有把其它的物品牢固地紧固到头盔上的装置，比如下巴窄带或者护目镜，因此在进行模制的过程中必须把适当的紧固位置包含在设计中。安全头盔设计成对来自不同类型的冲击提供保护；即，由事故造成的高能量冲击事件，以及较小的低能量冲击，即，当使用者敲打头盔时的冲击。因此，头盔能够对两种危险类型做出响应是基本的，这是因为如果忽略低能量冲击，可能会出现对于高能冲击泡沫材料的永久损坏。因此，常常希望配装软的‘形状记忆’的泡沫材料，以对低能量冲击提供保护，并且也在高能量冲击的过程中减小‘猛撞)’(减速度的改变的速率)。软的泡沫材料的‘形状记忆’性质意味着它能够多次吸收少量的能量，并且恢复到它原来的尺寸，而不会变差，不像高能量冲击泡沫材料，在受到冲击时高能量冲击泡沫材料将会发生不可逆的变形。夹心结构技术使得它本身很好地适合于这种类型的轻质量高强度应用。夹心结构的芯将包括一种弹性材料比如泡沫材料，这种材料夹在两个外层之间，典型地这两个外层是硬的且是刚性的。与传统的2层方案相比，夹心结构的芯将提供更高的刚硬度，这使得能量可以分散到弹性材料的较大面积上，并且因此将减小在使用者的头上的能量。已经知道，对于这种类型的结构，夹心结构的刚硬度随着夹心结构的厚度的立方(三次方)增加。可以由简单的材料生产出夹心结构，并且当结合在夹心结构中时，夹心结构可以有比现代高性能材料自身更高的刚硬度。然而，在采用批量生产技术生产夹心结构头盔中仍然有大量的技术问题，特别是如果也要求有大的尺寸公差时有大量的技术问题。欧洲专利EP 0650333详细描述了夹心类型的结构的使用，其中，把或者由树脂和纤维、或者由预先浸渍的纤维构成的外层放在一个内凹的模具中，并且用手把它压进它的位置。然后，把弹性层和内层加载到模具中，在每个阶段都用手压。把弹性材料做成蜂窝材料，泡沫材料或者软木的平薄片。采用这种方法的问题是，它要求在每个阶段用手压每个单个的层，以便确保它能正确地与内凹的模具形状一致，这是耗费时间的过程。当在最后的固化压力下压泡沫材料的平薄片时会出现另一个问题，因为泡沫材料将不能适当地与模具的形状一致，因此将会降低最后的头盔的尺寸公差。最后，必须对固化的头盔进行最后的加工，比如切割出用于护目镜的开孔。专利文件FR 2561877描述了夹心类型的结构的使用，该专利被限制为采用蜂窝状的弹性芯，以形成夹心结构，同样，以平的薄片形式把弹性的芯材料加载到压机中，因此将会如上面那样遇到相同的制造问题。专利文件US 4075717描述了一种安全头盔的制造，其中内层和外层是预先成形的，把它们粘接在一起以形成一个中空的壳，用一种自膨胀的聚合物充满该壳。然而，由制造的观点看有与这种方法相关的复杂性，这是因为在用膨胀的聚苯乙烯(EPS)形成泡沫材料的过程中必须在结构上支承着壳层，增加了附加的复杂加工步骤，并且产生另外的制造成本。
技术实现思路
因此，本专利技术的一个目的是提供一种聚合物复合夹心结构安全头盔，它能够满足对于专业用途要求的安全标准和尺寸公差，并且本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生产安全头盔的过程，所述头盔包括分散能量的聚合物复合夹心结构，所述过程包括以下步骤：ａ）把包括至少一件织物的第一层，包括预先成形的分散能量的材料的第二层，包括至少一件织物的第三层，以及至少与所述第一层和所述第三层接触的可固化的聚 合物材料引入到模具中；以及ｂ）使所述聚合物材料固化，从而形成纤维增强的第一层和第三聚合物层，把所述第二层封装起来。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】GB 2003-6-26 0314934.11.一种生产安全头盔的过程，所述头盔包括分散能量的聚合物复合夹心结构，所述过程包括以下步骤a)把包括至少一件织物的第一层，包括预先成形的分散能量的材料的第二层，包括至少一件织物的第三层，以及至少与所述第一层和所述第三层接触的可固化的聚合物材料引入到模具中；以及b)使所述聚合物材料固化，从而形成纤维增强的第一层和第三聚合物层，把所述第二层封装起来。2.按照权利要求1所述的过程，其特征在于，在把所述第二层和所述第三层引入之前把所述第一层和某些可固化的聚合物材料引入所述模具中，并且在把所述第二层引入之后接着把某些可固化的聚合物材料引入所述模具中。3.按照权利要求1所述的过程，其特征在于，在引入到所述模具中之前把所述第一层织物粘接到所述第二层上。4.按照权利要求3所述的过程，其特征在于，在把粘接起来的所述第一层和所述第二层引入之前把某些可固化的聚合物材料引入所述模具中。5.按照权利要求3或4所述的过程，其特征在于，在引入到所述模具中之前把所述第三层织物粘接到所述第二层上。6.按照权利要求5所述的过程，其特征在于，在把所述第三层粘到所述第二层之后把至少某些可固化的聚合物材料施加到所述第三层上。7.按照权利要求6所述的过程，其特征在于，在把所述第三层已经引入到所述模具中之后施加要加到所述第三层上的可固化材料。8.按照前述权利要求中任一项所述的过程，其特征在于，所述第一层和所述第三层中的每一层包括范围为由1片到4片的织物。9.按照前述权利要求中任一项所述的过程，其特征在于，由基本上相同的织物增强的聚合物生产出所述第一层和所述第三层。10.按照前述权利要求中任一项所述的过程，其特征在于，将所述织物增强的第一层聚合物生产成厚度的范围为0.2毫米到6毫米。11.按照权利要求10所述的过程，其特征在于，所述第一层的厚度范围为0.3毫米到1毫米。12.按照前述权利要求中任一项所述的过程，其特征在于，将织物增强的第三层聚合物生产成厚度的范围为0.1毫米到4毫米。13.按照权利要求12所述的过程，其特征在于，所述第一层的厚度范围为0.2毫米到1毫米。14.按照前述权利要求中任一项所述的过程，其特征在于，在所述第一层和所述第三层中的一层或两层中至少有两层织物，并且把它们布置成使得接续的织物层的编织彼此有基本上垂直的关系。15.按照前述权利要求中任一项所述的过程，其特征在于，由编织的斜纹织物中选择所述织物。16.按照前述权利要求中任一项所述的过程，其特征在于，由碳纤维、玻璃纤维或者芳族聚酰胺纤维中选择所述织物。17.按照前述权利要求中任一项所述的过程，其特征在于，由环氧树脂、聚酯、，聚氨酯、乙烯酯或者聚丙烯中选择所述可固化的聚合物。18.按照前述权利要求中任一项所述的过程，其特征在于，其包括把衰减冲击的第四层接附到分散能量的聚合物复合夹心结构产品上。19.按照权利要求18所述的过程，其特征在于，所述衰减冲击的第四层包括至少一种分散能量的材料。20.按照前述权利要求中任一项所...

【专利技术属性】
技术研发人员：SE戴，AD福尔曼，A哈金斯，JA普赖斯，
申请(专利权)人：秦内蒂克有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]