CN104799470A - 新型防护安全帽 - Google Patents

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谭柱华
左乐
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Wuhan University of Technology WUT
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Wuhan University of Technology WUT
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A42—HEADWEAR
    • A42B—HATS; HEAD COVERINGS
    • A42B1/00—Hats; Caps; Hoods
    • A42B1/04—Soft caps; Hoods
    • A42B1/08—Soft caps; Hoods with protection against blows

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  • Helmets And Other Head Coverings (AREA)

Abstract

本发明涉及安全帽。新型防护安全帽，其特征在于包括有帽壳、包装层、剪切增稠液、帽衬以及连接件；包装层内为空腔，剪切增稠液位于包装层的空腔内；包装层位于帽壳与帽衬之间，帽衬与帽壳由连接件连接。所述剪切增稠液由二氧化硅纳米颗粒和聚乙二醇400组成，其中二氧化硅纳米颗粒的体积分数为45%-95%。该新型防护安全帽相比于普通安全帽能够吸收更多的外界冲击能量，从而可以更好地保护人体头部。同时该安全帽具有质量轻，制作方便等优点。该发明可以应用于车辆驾驶员和工地工作人员等的安全防护。

Description

新型防护安全帽
技术领域
    本发明涉及安全帽，尤其涉及一种利用智能材料的抗冲击吸能安全帽。
背景技术
目前，常见的个体防护头盔例如摩托车头盔等在受到高速冲击时，头盔容易破碎或者驾驶员容易受到冲击波的作用，造成脑震荡等恶劣后果；在建筑工地施工现场所使用的安全帽在应对高空坠物时，外壳容易被击穿，导致人体头颅受到伤害。
发明内容
为了弥补已有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种新型防护安全帽，该安全帽能够极大地吸收外界冲击产生的能量，且质量轻、结构简单、制作方便、成本低。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：新型防护安全帽，其特征在于包括有帽壳1、包装层2、剪切增稠液3、帽衬4以及连接件5；包装层2内为空腔，剪切增稠液3位于包装层2的空腔内；包装层2位于帽壳1与帽衬4之间，帽衬4与帽壳1由连接件5连接。
所述帽壳1的材料为硬材料，硬材料的厚度为1-5毫米。所述硬材料为轻金属或硬质塑料。
所述的包装层2的材料为柔性材料，柔性材料的厚度为2-3毫米。所述的柔性材料为橡胶或树脂。
所述剪切增稠液由二氧化硅纳米颗粒和聚乙二醇400组成，其中二氧化硅纳米颗粒的体积分数为45%-95%。
所述剪切增稠液制备步骤如下：1）按二氧化硅纳米颗粒的体积分数为45%-95%，聚乙二醇400的体积分数为5%-55%，选取二氧化硅纳米颗粒作为分散相颗粒，聚乙二醇400作为分散介质；2）取分散介质放入行星式球磨机的球磨罐中，将分散相颗粒分批添加到行星式球磨机中研磨，充分研磨，确保分散相颗粒均匀分布在悬浮体系中，得到混合样品；3）研磨结束后，将混合样品放入真空箱在-100kPa的条件下进行抽真空处理，得到剪切增稠液体。
行星式球磨机的转速为300-400转/秒（例如350转/秒）。
所述帽衬4为布带。
所述连接件5为环状物。
本发明利用剪切增稠液这一智能材料在安全帽内部增加一个缓冲层，用于吸收外界冲击所产生的能量。剪切增稠液为纳米颗粒悬浮液体，它在受到冲击载荷时其表观粘度发生大幅度增大而变粘稠，甚至由液态转变为类固态，在冲击撤销后又能迅速恢复，同时具有响应速度快、可逆性好、吸能效率高等优点。当使用该种材料作为安全帽内部的缓冲层时，可以很大程度上吸收由于外界冲击而产生的能量，从而达到保护人体的功能。该发明可以应用于车辆驾驶员和工地工作人员等的安全防护。
本发明充分利用剪切增稠液体这一智能材料，制成一个带有抗冲击且高效吸能的缓冲层的安全帽。
    本发明的有益效果是：
    1、剪切增稠液在抗冲击和吸能方面与其他同等质量的柔软材料相比，抗冲击能力更强，能吸收的能量更多。
    2、该安全帽制作简单、质量轻、佩戴舒服，可以广泛应用到人体头部防护上。
附图说明
    图1为本发明的结构示意图。
    图2 为剪切增稠液粘度随剪切速率的变化曲线图。
    图中：1-帽壳，2-包装层，3-剪切增稠液，4-帽衬，5-连接件。
具体实施方式
在图1中，新型防护安全帽，包括有帽壳1、包装层2、剪切增稠液3、帽衬4以及连接件5；包装层（或称包装袋）2内为空腔，剪切增稠液3位于包装层2的空腔内（剪切增稠液3密封在包装层2内）；包装层2位于帽壳1与帽衬4之间，帽衬4与帽壳1由连接件5连接（把包装层放入帽壳和帽衬之间，再按照普通安全帽的组装方式即可完成）。
所述帽壳1的材料为硬材料，硬材料的厚度为1-5毫米。所述硬材料为轻金属或硬质塑料，如：高强塑料聚醚醚酮（简称PEEK），PEEK的厚度为1-5毫米，如2毫米。
所述的包装层2的材料为柔性材料，柔性材料的厚度为2-3毫米。所述的柔性材料为橡胶（硅橡胶）或树脂。
所述剪切增稠液由二氧化硅纳米颗粒和聚乙二醇400（PEG400）组成，其中二氧化硅纳米颗粒的体积分数为45%-95%；其制备步骤如下：1）按二氧化硅纳米颗粒的体积分数为45%-95%，聚乙二醇400（PEG400）的体积分数为5%-55%，选取二氧化硅纳米颗粒作为分散相颗粒，聚乙二醇400（PEG400）作为分散介质【分散介质是聚乙二醇400（PEG400），分散相颗粒为二氧化硅纳米颗粒】；2）取分散介质放入行星式球磨机的球磨罐中，将分散相颗粒分批添加到行星式球磨机中研磨（行星式球磨机的转速为300-400转/秒,例如350转/秒），快速变形时，剪切增稠液的粘度明显增大，因此具有较大的吸能效果），直至达到所需的含量，充分研磨，确保分散相颗粒均匀分布在悬浮体系中，得到混合样品；3）研磨结束后，将混合样品放入真空箱在-100kPa的条件下进行抽真空处理，以便排除混合样品中气泡，得到剪切增稠液体。
图2为不同变形速率下剪切增稠液粘度变化曲线，从图2中可以看出在快速变形时，剪切增稠液的粘度明显增大，因此具有较大的吸能效果。二氧化硅纳米颗粒（或称纳米二氧化硅颗粒）可以直接购买，也可以用化学方法制得。
剪切增稠液体是一种智能材料，是一种纳米颗粒悬浮液，当受到冲击载荷作用时，剪切增稠液发生剪切增稠效应，甚至变成类固态，这一过程能够吸收大量的能量。当冲击载荷撤销后，剪切增稠液又恢复为流体状态，具有可逆性。
所述帽衬4可以使用布带。
    所述连接件5可以使用环状物固定在帽壳上。

Claims (10)

1.新型防护安全帽，其特征在于包括有帽壳（1）、包装层（2）、剪切增稠液（3）、帽衬（4）以及连接件（5）；包装层（2）内为空腔，剪切增稠液（3）位于包装层（2）的空腔内；包装层（2）位于帽壳（1）与帽衬（4）之间，帽衬（4）与帽壳（1）由连接件（5）连接。
2.根据权利要求1所述的新型防护安全帽，其特征在于：所述帽壳的材料为硬材料，硬材料的厚度为1-5毫米。
3.根据权利要求2所述的新型防护安全帽，其特征在于：所述硬材料为轻金属或硬质塑料。
4.根据权利要求1所述的新型防护安全帽，其特征在于：所述的包装层的材料为柔性材料，柔性材料的厚度为2-3毫米。
5.根据权利要求4所述的新型防护安全帽，其特征在于：所述的柔性材料为橡胶或树脂。
6.根据权利要求1所述的新型防护安全帽，其特征在于：所述剪切增稠液由二氧化硅纳米颗粒和聚乙二醇400组成，其中二氧化硅纳米颗粒的体积分数为45%-95%。
7.根据权利要求1或6所述的新型防护安全帽，其特征在于：所述剪切增稠液制备步骤如下：1）按二氧化硅纳米颗粒的体积分数为45%-95%，聚乙二醇400的体积分数为5%-55%，选取二氧化硅纳米颗粒作为分散相颗粒，聚乙二醇400作为分散介质；2）取分散介质放入行星式球磨机的球磨罐中，将分散相颗粒分批添加到行星式球磨机中研磨，充分研磨，确保分散相颗粒均匀分布在悬浮体系中，得到混合样品；3）研磨结束后，将混合样品放入真空箱在-100kPa的条件下进行抽真空处理，得到剪切增稠液体。
8.根据权利要求7所述的新型防护安全帽，其特征在于：行星式球磨机的转速为300-400转/秒。
9.根据权利要求1所述的新型防护安全帽，其特征在于：所述帽衬为布带。
10.根据权利要求1所述的新型防护安全帽，其特征在于：所述连接件为环状物。
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