專利名稱：一種具有新型微孔緩沖層結(jié)構(gòu)的輕質(zhì)安全頭盔的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及安全頭盔的技術(shù)領(lǐng)域，具體是指一種具有可以有效分散沖擊力、減小沖擊能量傳遞的緩沖層結(jié)構(gòu)的安全頭盔。
背景技術(shù)：
在生產(chǎn)生活中，頭部的防護(hù)一直是重點(diǎn)。最有效的手段是佩戴頭盔或安全帽?，F(xiàn)在常用的頭盔主要采用三層結(jié)構(gòu):適當(dāng)厚度的硬質(zhì)帽盔式外殼，一定厚度的緩沖層以及與人的頭部接觸的內(nèi)襯。外殼一般采用耐磨損、抗壓縮性好的ABS或PC等硬質(zhì)塑料，也有采用碳纖維復(fù)合材料或金屬材料。該層的剛度大，有助于抵抗尖銳物的穿透，也可以擴(kuò)大受力面積，減小局部應(yīng)力。緩沖層緊貼于外殼內(nèi)側(cè)，常使用EPS、EP0、EPP等泡沫塑料。該層的主要作用是通過泡沫體的大變形來抵擋從外殼傳過來的沖擊力，吸收沖擊能量。然而在實(shí)際使用時(shí)，由于泡沫體被壓縮的變形距離有限，在較大的沖擊力作用下，其所形成的緩沖效果并不理想。另外就是泡沫體一般剛度偏小，不利于沖擊力的分散和傳播，使得沖擊力過度集中，戴用者頭部仍然有受傷的危險(xiǎn)。這個(gè)問題往往是通過增加頭盔厚度來解決，但這也同時(shí)增加了頭盔的重量，給使用者帶來了不便。從仿生學(xué)的角度來看，經(jīng)過不斷的進(jìn)化，自然界中的很多物種已經(jīng)具備了良好的抵抗沖擊荷載的能力。核桃就是其中的一種。雖然核桃殼密度很小，厚度很薄。但是其外殼非常堅(jiān)硬，且可以承受數(shù)十倍于自重的沖擊荷載。即使是很高的地方跌落或者是受到一定力度的錘擊，果仁依然可以保持完好無損。通過掃描電子顯微鏡觀察，可以發(fā)現(xiàn)核桃殼也是明顯的三層結(jié)構(gòu)(圖1):由石細(xì)胞構(gòu)成的致密的外層，疏松多孔的中層以及附著于中層內(nèi)側(cè)的內(nèi)層。在中層結(jié)構(gòu)的各個(gè)微孔壁上，又分布著很多尺寸更小的紋孔。通過這些紋孔，相鄰的微孔可以彼此連通。中層的微孔結(jié)構(gòu)以及孔壁上又有小孔的的結(jié)構(gòu)，有利于吸收沖擊荷載能量，保護(hù)果仁免受損害。本發(fā)明將核桃殼中層的緩沖結(jié)構(gòu)和減震機(jī)理應(yīng)用于頭盔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，在提高了安全頭盔的抗沖擊性能的同時(shí)也減輕其重量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有安全頭盔在抵抗沖擊方面的不足，利用仿生學(xué)原理，設(shè)計(jì)了一種具有新型微孔緩沖層結(jié)構(gòu)的輕質(zhì)安全頭盔，以改善頭盔的抗沖擊性能。為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:一種頭盔的緩沖結(jié)構(gòu)，包括:頭盔的外殼，結(jié)合于殼體內(nèi)側(cè)的緩沖層，與緩沖層結(jié)合的內(nèi)襯。外殼由剛度較大的材質(zhì)構(gòu)成，比如=ABS塑料、碳纖維復(fù)合材料或金屬材料。緩沖層采用與核桃殼中層類似的多孔結(jié)構(gòu)，孔徑控制在0.4mm到0.6_之間?？着c孔之間的孔壁上又分布有連通孔，連通孔的直徑控制在10 μ m到20 μ m之間。內(nèi)襯由一定厚度的密度較低且質(zhì)地柔軟的材料，比如泡沫材料或者海綿構(gòu)成。該層的內(nèi)表面通過織物與頭部接觸。各層之間通過膠粘連接成一個(gè)整體。采用上述技術(shù)方 案，頭盔外殼將撞擊點(diǎn)的沖擊力擴(kuò)散到較大的面積上。頭盔的緩沖層采用孔壁上分布連通孔的多孔結(jié)構(gòu)的微觀構(gòu)型，有利于沖擊力的擴(kuò)散，減小局部的沖擊應(yīng)力。另外也可以在一定程度上減輕頭盔的重量，讓使用者更加舒服。內(nèi)襯采用軟質(zhì)材料，一方面可以作為頭盔外殼和緩沖層減震功能的補(bǔ)充，另一方面也可以提高使用的舒適度。本發(fā)明是對頭盔緩沖結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，不涉及頭盔的具體構(gòu)型。因此本發(fā)明可以應(yīng)用于不同設(shè)計(jì)構(gòu)型的頭盔(凹入式頭盔和非凹入式頭盔)。


圖1是核桃殼的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是核桃殼中微孔結(jié)構(gòu)的放大圖； 圖3是本發(fā)明所述安全頭盔的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明所述緩沖層微孔結(jié)構(gòu)的放大圖。圖中:1外層；2中層；3內(nèi)層；4孔壁；5紋孔；6頭盔外殼；7緩沖層；8微孔結(jié)構(gòu)；9連通孔；10內(nèi)襯；11織物層。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式

對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述:如圖3所示，本發(fā)明由四部分組成，由外向內(nèi)依次為:頭盔外殼6、緩沖層7、內(nèi)襯10和織物層11。其中頭盔外殼6采用硬質(zhì)材料制成。緩沖層7采用與核桃殼中層類似的多孔的微觀構(gòu)型，微孔結(jié)構(gòu)8的孔徑控制在0.4mm到0.6mm之間，孔與孔之間的孔壁上有連通孔9，小孔的直徑控制在10 μ m到20 μ m之間。內(nèi)襯10由一定厚度密度較低且質(zhì)地柔軟的泡沫材料或者海綿構(gòu)成?？椢飳?1與人體頭部直接接觸。各層之間通過膠粘連接成一個(gè)整體。緩沖層7采用微孔結(jié)構(gòu)8和孔壁上分布連通孔9的微觀構(gòu)型，可以加強(qiáng)緩沖層對沖擊力的擴(kuò)散作用，減小局部的沖擊應(yīng)力，從而加強(qiáng)對頭部的防護(hù)能力。也可以在一定程度上減輕頭盔的重量，讓使用者更加舒服。
權(quán)利要求
1.一種有新型微孔緩沖層結(jié)構(gòu)的安全頭盔，其特征在于，它為四層結(jié)構(gòu)，其由外向內(nèi)依次為頭盔外殼、緩沖層、內(nèi)襯和織物層，各層之間用膠粘接后形成一個(gè)整體。
2.如權(quán)利要求I所述的具有新型微孔緩沖層結(jié)構(gòu)的安全頭盔，其特征在于，所述頭盔外殼采用的材料是硬質(zhì)材料，比如ABS塑料、碳纖復(fù)合材料或金屬材料等。
3.如權(quán)利要求I所述的具有新型微孔緩沖層結(jié)構(gòu)的安全頭盔，其特征在于，所述緩沖層采用與核桃殼中層類似的多孔結(jié)構(gòu)，孔徑控制在O. 4mm到O. 6mm之間。
4.如權(quán)利要求3所述的具有新型微孔緩沖層結(jié)構(gòu)的安全頭盔，其特征在于，所述多孔結(jié)構(gòu)中的微孔之間的孔壁上又有連通孔，連通孔的直徑控制在ΙΟμπι到20μπι之間。
5.如權(quán)利要求I所述的具有新型微孔緩沖層結(jié)構(gòu)的安全頭盔，其特征在于，所述內(nèi)襯采用的材料是密度較低軟質(zhì)材料，比如柔軟的泡沫材料、海綿材料等。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有新型微孔緩沖層結(jié)構(gòu)的安全頭盔的結(jié)構(gòu)，包括頭盔外殼、緩沖層、內(nèi)襯和織物層四個(gè)部分。利用仿生學(xué)原理，本發(fā)明的緩沖層采用與核桃殼中層類似的多孔結(jié)構(gòu)，并在各個(gè)孔壁上分布有連通孔。這樣的設(shè)計(jì)使得緩沖層可以有效的分散沖擊力，吸收沖擊能量，減小沖擊損傷。同時(shí)也可以減輕頭盔的重量，提高了使用舒適度。內(nèi)襯由一定厚度的密度較低且質(zhì)地柔軟的泡沫材料或者海綿構(gòu)成，可以作為頭盔外殼和緩沖層減震功能的補(bǔ)充。本發(fā)明可以提高頭盔抵抗沖擊的性能，保護(hù)頭部不遭受損傷。
文檔編號B32B5/18GK103251162SQ201310170760
公開日2013年8月21日 申請日期2013年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月10日
發(fā)明者樊瑜波, 王麗珍, 徐鵬, 倪義坤 申請人:北京航空航天大學(xué)