CN104146425A - 头盔防震热塑性衬垫及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种头盔防震热塑性衬垫，其是由加工成头部形状的多层片材叠加而成，每层片材上设有阵列式排布的半球形型腔，半球形型腔为敞开式腔体，相邻两层片材的半球形型腔相互嵌套、相互对接或相互咬合；衬垫的中部包含有阵列式分布的类球形中空体，该中空体由相邻两层片材的半球形型腔相互对接而成。该衬垫的制作方法为：先通过注塑、压制或吹塑工艺制作出不带半球形型腔的类头盔形片材基材；再通过吸吹塑工艺在片材基材上成型出阵列式排布的所述半球形型腔，最后按照相互嵌套、对接或咬合的叠加方式将片材进行多层叠加、粘接和冲孔，得到头盔防震热塑性衬垫。本发明具有结构简单、佩戴舒适、加工方便、材料环保、可用于个性化定制等优点。

Description

头盔防震热塑性衬垫及其制作方法

技术领域

本发明属于塑料的热塑成型技术领域，尤其涉及一种头盔衬垫及其制作方法。

背景技术

传统的头盔由复合材料外壳、聚苯乙烯（PS）泡沫塑料硬衬和聚氨酯（PUR）泡沫塑料软衬垫等组成。复合材料外壳提供了头盔的基本外形、尺寸、强度、刚度和装配其他附件的定位孔和连接孔，为主载构件。PS泡沫塑料硬衬和PUR泡沫塑料软衬垫作为吸收材料，用于吸收冲撞能量，延缓冲击力的作用时间，对佩戴者起到救生保护作用。现有的头盔衬垫是经过头型数据统计分析后，分为大、中、小三种不同型号制作的。由于佩戴者头型的差异，这使得头盔衬垫难以与佩戴者头型一一对应，导致佩戴者舒适性不好。另外，现有头盔的衬垫（PS或PUR）硬度高，变形小，透气性差，佩戴者头型差异较大时造成硬衬难以缓解头部与外壳之间的作用力，且易晃动，稳定性差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构简单、质地柔软、佩戴舒适、加工方便、材料环保、可适用于个性化定制及提供安全防护的头盔防震热塑性衬垫，还相应提供一种加工简单、制作方便的头盔防震热塑性衬垫的制作方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种头盔防震热塑性衬垫（TPL衬垫），所述头盔防震热塑性衬垫由加工成头部形状的多层片材叠加而成，每层片材上设有阵列式排布的半球形型腔（从另一面看即为半球形中空突起），所述半球形型腔为敞开式腔体，相邻两层片材的半球形型腔相互嵌套、相互对接或相互咬合；所述头盔防震热塑性衬垫的中部包含有阵列式分布的类球形中空体，所述类球形中空体由相邻两层片材的半球形型腔相互对接而成。所谓的相互嵌套是指一层片材的半球形中空突起基本嵌入到相邻另一层片材的半球形型腔中；所谓的相互对接是指一层片材的半球形型腔开口与相邻另一层片材的半球形型腔相互对接，并进而形成类球形中空体；所谓的相互咬合是指一层片材的半球形中空突起基本嵌入到相邻另一层片材的两个半球形中空突起形成的凹槽中。

本发明的上述技术方案提供了一种有别于目前使用的聚苯乙烯泡沫塑料衬垫和聚氨酯泡沫塑料衬垫的以乙烯-醋酸乙烯共聚物为基材的新型防震头盔衬垫，其克服了聚苯乙烯泡沫塑料衬垫和聚氨酯泡沫衬垫不能按照每个佩戴者头部的形状进行个性化定型的缺陷，解决了头盔衬垫不能与佩戴者的头部很好贴合、且容易晃动、需要靠绳子等来固定等技术问题。本发明采用的上述技术方案能够简单快速地根据佩戴者头部形状来调整衬垫的尺寸，使之与佩戴者头部完全贴合，不需要绳子等来固定，佩戴稳定舒适。本发明提供的上述头盔衬垫主要由热塑性片材组成，其中每一层均设置具有弹性的阵列式排布的半球形型腔，通过将多层片材按半球形型腔的开口方向进行不同方式的叠加组合，使头盔衬垫中形成类球形中空体。当头盔受到外来冲击时，这种类球形中空体能够通过变形来吸收碰撞能量进而达到防震的目的，以保护佩戴者头部免受外力冲击。另外，本发明的上述头盔衬垫在常温下是有弹性的，将本发明的头盔衬垫加热到一定温度，使其达到塑化状态时，再将其放置在佩戴者头部并进行适当的按压变形，待衬垫冷却到刚性非塑化状态时，从佩戴者头部移走，就形成了完全适合该佩戴者头部形状及尺寸的特定化衬垫。通过同样的方法，就能使每个衬垫根据不同佩戴者的头部形状进行特定的个性化定型，从而形成适合每个佩戴者头部形状的个性化衬垫。因此，本发明的上述头盔衬垫不需要绳子等来固定，而且佩戴更稳定舒适，能满足不同佩戴者的佩戴需要，达到最佳的佩戴效果。

上述的头盔防震热塑性衬垫中，优选的，所述头盔防震热塑性衬垫由3～5层（特别优选为5层）片材叠加而成。通过调整衬垫的有效厚度，可以使本发明的衬垫在结构、成本、使用及舒适性上得到最大程度的协调和优化。

上述的头盔防震热塑性衬垫中，优选的，最靠近头部的第一层片材与其外侧的第二层片材，二者的半球形型腔为相互嵌套方式设置。

上述的头盔防震热塑性衬垫中，优选的，所述第二层片材与其外侧的第三层片材，二者的半球形型腔为相互对接方式设置并形成所述的类球形中空体；第三层片材与其外侧的第四层片材，二者的半球形型腔为相互咬合方式设置；从所述第四层片材开始以两层为一周期重复相互对接的设置方式。或者采用另一种优选的布置方式：所述第二层片材与其外侧的第三层片材，二者的半球形型腔为相互咬合方式设置；第三层片材与其外侧的第四层片材，二者的半球形型腔为相互对接方式设置并形成所述的类球形中空体；从第五层片材开始以两层为一周期重复相互对接的设置方式。

上述的头盔防震热塑性衬垫中，优选的，所述头盔防震热塑性衬垫包含以下质量分数的成分：

乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）， 83%～94.9%；

乙烯-甲基丙烯酸共聚物， 5%～15%；和

无机纳米成核粒子改性材料，0.1%～2%。

上述的头盔防震热塑性衬垫中，优选的，所述无机纳米成核粒子改性材料为二氧化硅、四氧化三铁或磷酸盐。

作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述头盔防震热塑性衬垫的制作方法，包括以下步骤：

（1）制作片材基材：通过注塑工艺、压制工艺或吹塑工艺制作出不带半球形型腔的类头盔形片材基材；

（2）制作片材：在步骤（1）制得的片材基材基础上，通过吸吹塑工艺在所述片材基材上成型出阵列式排布的所述半球形型腔，得到片材；

（3）叠加：按照所述相互嵌套、相互对接或相互咬合的叠加方式将上述步骤（2）中制得的片材进行多层叠加、粘接和冲孔，得到头盔防震热塑性衬垫。

上述的制作方法，所述步骤（1）中，优选的：

所述注塑工艺的具体操作方式包括：制造一型坯注塑模具，型坯厚度控制为0.35mm～0.5mm，然后采用高速注塑机，在注塑温度为110℃～160℃条件下，将熔融的热塑性衬垫原材料注入所述型坯注塑模具中，冷却定型后形成不带半球形型腔的片材基材；

所述压制工艺的具体操作方式包括：制造一型坯压制模具，型坯厚度控制为0.35mm～0.5mm，将热塑性衬垫原材料在130℃～160℃温度下进行塑化，把塑化状态下的热塑性衬垫原材料置入所述型坯压制模具，在130℃～160℃温度下压制成不带半球形型腔的片材基材；

所述吹塑工艺的具体操作方式包括：制作一吹塑模具，采用带厚度控制仪的吹塑机，在130℃～160℃温度下，将热塑性衬垫原材料直接吹塑成不带半球形型腔的片材基材。

上述的制作方法，所述步骤（2）中，优选的：

所述吸吹塑工艺的具体操作方式包括：在吸塑模具上增设吹塑装置，然后在吹塑空气温度为120℃～140℃、真空度为0.2Mpa～0.4Mpa的工艺条件下，将所述片材基材吸吹塑成带半球形型腔的单层片材基材。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

（1）首先，本发明的TPL衬垫通过对成型结构及组合方式的巧妙安排，使得本发明衬垫中的类球形中空体能很好地吸收因受到冲击产生的碰撞能量，起到防震及安全防护头部的效果；

（2）本发明的TPL衬垫所优选的原材料在常温下本身质地柔软，且具有弹性，能进一步缓冲、衰减外来的冲击波，因而能够更好地保护佩戴者头部，使其免受冲击；

（3）本发明TPL衬垫所优选的原材料在升高温度使TPL衬垫达到一定的塑化状态时，它能根据每个佩戴者的头部外形尺寸进行特定的定型，使衬垫能够很好地与佩戴者头部贴合，佩戴更加稳定舒适；

（4）本发明的TPL衬垫与目前使用的聚氨酯、聚苯乙烯泡沫塑料衬垫相比，不仅防震性能好，佩戴稳定舒适，而且衬垫无气味，燃烧时不会产生有害气体，是头盔防震衬垫理想的更新换代材料。

附图说明

图1为本发明具体实施例中头盔防震热塑性衬垫的立体外观形貌图。

图2为图1中A-A处的局部剖面示意图。

图例说明

1、片材；11、第一层片材；12、第二层片材；13、第三层片材；14、第四层片材；15、第五层片材；2、半球形型腔；3、类球形中空体；4、半球形中空突起；5、排气孔；6、粘接点。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

实施例：

一种如图1、图2所示的本发明的头盔防震热塑性衬垫（TPL衬垫），该头盔防震热塑性衬垫由加工成头部形状的五层片材1叠加而成，每层片材1上设有阵列式排布的半球形型腔2（从另一面看即为半球形中空突起4），半球形型腔2为敞开式（开放式）腔体，相邻两层片材1的半球形型腔2按大致相同的方向进行相互嵌套、相互对接或相互咬合；该头盔防震热塑性衬垫的中部包含有阵列式分布的类球形中空体3，类球形中空体3由相邻两层片材1的半球形型腔2相互对接而成。该头盔防震热塑性衬垫的顶部开设有排气孔5。

具体的结构参见图2，在本实施例的头盔防震热塑性衬垫中，最靠近佩戴者头部的第一层片材11与其外侧的第二层片材12，这二者的半球形型腔2为相互嵌套方式设置，即第二层片材12的半球形中空突起4基本嵌入到第一层片材11的半球形型腔2中，且在本实施例中，第一层片材11和第二层片材12的半球形中空突起4朝向佩戴者头部。而第二层片材12与其外侧的第三层片材13，这二者的半球形型腔2为相互对接方式设置并形成类球形中空体3，该类球形中空体3并不是严格意义上的球形，因为相互对接的两个半球形型腔2可能会存在一定程度的错列；第三层片材13与其外侧的第四层片材14，这二者的半球形型腔2为相互咬合方式设置，即第三层片材13的半球形中空突起4基本嵌入到第四层片材14的两个半球形中空突起4形成的凹槽中；最后的第四层片材14与第五层片材15则同样为相互对接方式设置并形成类球形中空体3。在靠近头部位置采用相互嵌套方式，以便为衬垫提供更稳定的支承，在衬垫的中间位置则优选采用相互对接和相互咬合方式设置，一来便于形成吸收冲撞能量的类球形中空体3，另外便于片材之间的相互咬合，防止片材之间的相对层移。

当在另外的实施例中第一层片材的布置方向与本实施例相反时（即第一层片材和第二层片材的半球形型腔开口方向朝向佩戴者头部），第二层片材与其外侧的第三层片材则为相互咬合方式设置；第三层片材与其外侧的第四层片材则为相互对接方式设置并形成类球形中空体；从第五层片材开始以两层为一周期重复相互对接的设置方式。

本实施例的头盔防震热塑性衬垫包含以下质量分数的成分：

乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA），91.5%（83%～94.9%均可）；

乙烯-甲基丙烯酸共聚物，8%（5%～15%均可）；和 

无机纳米成核粒子改性材料，0.5%（0.1%～2%均可）。

上述的无机纳米成核粒子改性材料为二氧化硅、四氧化三铁或磷酸盐（实施例选用的二氧化硅类纳米粒子成核剂）。

将本实施例的衬垫装设于头盔上，当头盔受到外来冲击时，将使头盔中的衬垫发生形变进而吸收碰撞能量，以保护佩戴者头部免受外力冲击。另外，本实施例的衬垫在常温下是有弹性的，可以通过升高温度使其发生塑性形变，使其能够根据每个佩戴者头部形状不同而定形；将本实施例的衬垫安装在头盔外壳与佩戴者头部之间，就能满足不同佩戴者的佩戴需要，达到最佳佩戴效果。

本实施例的头盔防震热塑性衬垫的制作方法，包括以下步骤：

（1）制作片材基材：通过注塑工艺、压制工艺或吹塑工艺制作出不带半球形型腔的类头盔形片材基材； 

（2）制作片材：根据衬垫的不同规格及层与层之间的尺寸差异，制作不同规格的吸吹塑模具，在步骤（1）制得的片材基材基础上，通过吸吹塑工艺在片材基材上成型出阵列式排布的半球形型腔2，得到片材；吸吹塑工艺的具体操作方式包括：在吸塑模具上增设吹塑装置，然后在吹塑空气温度为120℃～140℃、真空度为0.2Mpa～0.4Mpa的工艺条件下，将片材基材吹塑成带半球形型腔的单层片材基材；

（3）叠加：按照上述的相互嵌套、相互对接和相互咬合的叠加方式将上述步骤（2）中制得的片材进行多层叠加，再通过热合装置将五层的片材在一定的位置粘接（如图1中所示的粘接点6）起来，并在衬垫的顶部冲压出两个排气孔，裁去多余部分，通过整理、检验，即形成得到头盔防震热塑性衬垫。

本实施例中注塑工艺的具体操作方式包括：制造一型坯注塑模具，型坯厚度控制为0.45mm，然后采用高速注塑机，在注塑温度为160℃条件下，将熔融的热塑性衬垫原材料注入所述型坯注塑模具中，冷却定型后形成不带半球形型腔的片材基材。 

本实施例中压制工艺的具体操作方式包括：制造一型坯压制模具，型坯厚度控制为0.45mm，将热塑性衬垫原材料在160℃温度下进行塑化，把塑化状态下的热塑性衬垫原材料置入所述型坯压制模具，在130℃～160℃温度下压制成不带半球形型腔的片材基材。 

本实施例中吹塑工艺的具体操作方式包括：制作一吹塑模具，采用带厚度控制仪的吹塑机，在130℃～160℃温度下，将热塑性衬垫原材料直接吹塑成不带半球形型腔的片材基材。

Claims (10)

1.一种头盔防震热塑性衬垫，所述头盔防震热塑性衬垫由加工成头部形状的多层片材叠加而成，其特征在于：每层片材上设有阵列式排布的半球形型腔，所述半球形型腔为敞开式腔体，相邻两层片材的半球形型腔相互嵌套、相互对接或相互咬合；所述头盔防震热塑性衬垫的中部包含有阵列式分布的类球形中空体，所述类球形中空体由相邻两层片材的半球形型腔相互对接而成。

2.根据权利要求1所述的头盔防震热塑性衬垫，其特征在于：所述头盔防震热塑性衬垫由3～5层片材叠加而成。

3.根据权利要求1或2所述的头盔防震热塑性衬垫，其特征在于：最靠近头部的第一层片材与其外侧的第二层片材，二者的半球形型腔为相互嵌套方式设置。

4.根据权利要求3所述的头盔防震热塑性衬垫，其特征在于：所述第二层片材与其外侧的第三层片材，二者的半球形型腔为相互对接方式设置并形成所述的类球形中空体；第三层片材与其外侧的第四层片材，二者的半球形型腔为相互咬合方式设置；从所述第四层片材开始以两层为一周期重复相互对接的设置方式。

5.根据权利要求3所述的头盔防震热塑性衬垫，其特征在于：所述第二层片材与其外侧的第三层片材，二者的半球形型腔为相互咬合方式设置；第三层片材与其外侧的第四层片材，二者的半球形型腔为相互对接方式设置并形成所述的类球形中空体；从第五层片材开始以两层为一周期重复相互对接的设置方式。

6.根据权利要求1或2所述的头盔防震热塑性衬垫，其特征在于，所述头盔防震热塑性衬垫包含以下质量分数的成分：

乙烯-醋酸乙烯共聚物， 83%～94.9%；

乙烯-甲基丙烯酸共聚物， 5%～15%；和

无机纳米成核粒子改性材料，0.1%～2%。

7.根据权利要求6所述的头盔防震热塑性衬垫，其特征在于，所述无机纳米成核粒子改性材料为二氧化硅、四氧化三铁或磷酸盐。

8.一种如权利要求1～7中任一项所述头盔防震热塑性衬垫的制作方法，包括以下步骤：

（1）制作片材基材：通过注塑工艺、压制工艺或吹塑工艺制作出不带半球形型腔的类头盔形片材基材； 

（2）制作片材：在步骤（1）制得的片材基材基础上，通过吸吹塑工艺在所述片材基材上成型出阵列式排布的所述半球形型腔，得到片材；

（3）叠加：按照所述相互嵌套、相互对接或相互咬合的叠加方式将上述步骤（2）中制得的片材进行多层叠加、粘接和冲孔，得到头盔防震热塑性衬垫。

9.根据权利要求8所述的制作方法，其特征在于，所述步骤（1）中：

所述注塑工艺的具体操作方式包括：制造一型坯注塑模具，型坯厚度控制为0.35mm～0.5mm，然后采用高速注塑机，在注塑温度为110℃～160℃条件下，将熔融的热塑性衬垫原材料注入所述型坯注塑模具中，冷却定型后形成不带半球形型腔的片材基材； 

所述压制工艺的具体操作方式包括：制造一型坯压制模具，型坯厚度控制为0.35mm～0.5mm，将热塑性衬垫原材料在130℃～160℃温度下进行塑化，把塑化状态下的热塑性衬垫原材料置入所述型坯压制模具，在130℃～160℃温度下压制成不带半球形型腔的片材基材；

所述吹塑工艺的具体操作方式包括：制作一吹塑模具，采用带厚度控制仪的吹塑机，在130℃～160℃温度下，将热塑性衬垫原材料直接吹塑成不带半球形型腔的片材基材。

10.根据权利要求8或9所述的制作方法，其特征在于，所述步骤（2）中：

所述吸吹塑工艺的具体操作方式包括：在吸塑模具上增设吹塑装置，然后在吹塑空气温度为120℃～140℃、真空度为0.2Mpa～0.4Mpa的工艺条件下，将所述片材基材吸吹塑成带半球形型腔的单层片材基材。