CN105380331A - 一种消防头盔 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种消防头盔，包括头盔本体、与头盔本体连接的防火披肩和设置在所述防火披肩上，且用于保护颈部的缓冲保护套；所述头盔本体由外向内依次包括胶体-陶瓷层；纤维布层；镁锂合金仿关节缓冲支架；内衬层。该消防头盔以胶体-陶瓷层和纤维布层作为硬质防护层，以镁锂合金仿关节缓冲支架作为减震部，缓冲保护套用于保护颈部，使其具有较高的防护能力。实验结果表明：该消防头盔的帽顶部、侧部、前部、后部的最大冲击加速度均达到400g_n；在2.2千伏、保持5分钟的测试条件下不导电；采用800℃火焰喷灯燃烧帽壳15秒后移开火焰，火焰随即熄灭。

Description

一种消防头盔

技术领域

本发明涉及消防设备技术领域，尤其涉及一种消防头盔。

背景技术

在火灾扑救和抢险救援中，消防员的头部往往会受到来自火场的热、烟、毒、辐射、电击、外力冲击等的伤害。消防头盔可以对消防员的头部进行整体防护。火场环境对消防员头部伤害一般可分为热环境伤害、机械外力伤害以及电泄漏伤害，机械外力伤害包括物体打击、高处坠落。

消防头盔的抗冲击设计原则需注意以下几点：1、头盔帽壳要有足够的强度能直接阻挡冲击物，不使其刺穿帽壳，直接击打到头部；2、头盔外壳材料要尽量采用厚而轻的材料；3、要使悬挂装置在头顶与盔顶空间位置构成能量吸收系统，减少冲击峰值；4、在盔形及其他配件结构相同的情况下，缓冲层的层数是影响头部冲击载荷吸收的最重要因素，层数越多，越能够有效吸收冲击所带来的能量。在缓冲层结构相同并合理的情况下，要尽量增加其层数；5、帽托组与头部接触处要有软垫并留有一定的空间，构成能量吸收系统，并防止颅骨变形。

目前，消防头盔主要包括盔壳、面罩和披肩。如申请号为CN201120172779.7的专利公开了一种新型消防头盔，其头盔外壳采用具备阻燃效果且防紫外线性能稳定的聚胺纤维制成，整体用荧光剂着色；面罩位于头盔外壳前沿下部，在后部与减震网连接，同时，在减震网的上部还设置有减震件来配合减震网进行头部保护；在头盔外壳下，还设置有一个防护披肩，所述防护披肩由阻燃抗辐射复合材料制造，可用按扣或尼龙搭扣将其固定于头盔内；同时，在头盔外壳内设置有头带，且头带上设置有滑动调节器和头带调节器。该消防头盔能够迅速读取帽体的制造厂商、使用期限，以及使用者的相关资讯，借以方便管理及统计，但是其防护能力仍然较差。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种消防头盔，本发明提供的消防头盔具有较高的防护能力。

本发明提供了一种消防头盔，包括头盔本体、与头盔本体连接的防火披肩和设置在所述防火披肩上，且用于保护颈部的缓冲保护套；

所述头盔本体由外向内依次包括：

胶体-陶瓷层；

纤维布层；

镁锂合金仿关节缓冲支架；

内衬层。

优选地，所述镁锂合金仿关节缓冲支架包括与纤维布层连接的镁锂合金上支架；

与镁锂合金上支架连接的镁锂合金前连接杆；

与内衬层连接的镁锂合金下支架；

所述镁锂合金下支架上设有U型槽，所述镁锂合金前连接杆部分深入U型槽中。

优选地，所述镁锂合金前连接杆未深入U型槽中的表面形状符合以下单叶双曲面方程：

$\frac{x_1^2}{b^2}+\frac{y_1^2}{b^2}-\frac{z_1^2}{c^2}=1$ 式(I)；

其中，所述式(I)建立在三维坐标系中，z₁轴方向为镁锂合金前连接杆的中心轴方向；x₁轴与y₁轴垂直相交，并同时处于前连接杆的最窄处横截面界面；

3≤b≤6，c≥3b/2，x₁＝y₁，3mm≤x₁≤6mm，3mm≤y₁≤6mm，4.5mm≤z₁≤7.5mm；

镁锂合金前连接杆深入U型槽中的表面形状满足以下二次曲线方程：

z₂＝(x₂ ²+y₂ ²)/2a式(II)，

其中，所述式(II)建立在三维坐标系中，z₂轴方向为镁锂合金前连接杆的中心轴方向；x₂轴与y₂轴垂直相交，并同时处于U形槽最底端切面，

5≤a≤10；4mm≤x₂≤8mm；4mm≤y₂≤8mm。

优选地，所述缓冲保护套由外向内依次包括硅酸钠-碳化硼层、降温层和缓冲层。

优选地，所述降温层中设有冷却液通道，所述冷却液通道的一端设有冷却液进水口，另一端设有冷却液出水口；

所述冷却液通道中包含冷却液。

优选地，所述降温层包括袋状的第一碳纤维布层和复合在所述第一碳纤维层上的袋状的第一氟碳涂层；所述第一碳纤维布层远离头部的一侧与硅酸钠-碳化硼层接触；

所述袋状的第一氟碳涂层中包含冷却液。

优选地，所述缓冲层包括袋状的第二碳纤维布层和复合在所述第二碳纤维层上的袋状的第二氟碳涂层；所述第二碳纤维布层远离头部的一侧和降温层接触；

所述袋状的第二氟碳涂层中包括含仿生缓冲液的海绵层。

优选地，所述仿生缓冲液以质量分数计，包括以下组分：

糊化淀粉8％～15％、原淀粉10％～30％、玻璃酸钠8％～15％、氯化钠2％～7.5％和水13.5％～72％。

优选地，所述胶体-陶瓷层的厚度为5～7mm；所述纤维布层的厚度为10～20mm。

优选地，所述缓冲保护套的表面形状满足以下双曲抛物面方程：

z₃＝x₃ ²/e²-y₃ ²/f²式(III)；

其中，所述式(III)建立在三维坐标系中，y₃轴与人体站立时面部的中轴线平行；x₃轴与z₃轴垂直相交，x₃Oz₃平面与水平面平行，x₃轴与人体站立时双肩最高点连线平行；

50≤e≤100，75≤f≤125，80mm≤|x₃|≤120mm，100mm≤|y₃|≤150mm。

本发明提供了一种消防头盔，包括头盔本体、与头盔本体连接的防火披肩和设置在所述防火披肩上，且用于保护颈部的缓冲保护套；所述头盔本体从远离头部向内依次包括胶体-陶瓷层；纤维布层；镁锂合金仿关节缓冲支架；内衬层。与现有技术相比，本发明提供的消防头盔以胶体-陶瓷层和纤维布层作为硬质防护层，以镁锂合金仿关节缓冲支架作为减震部，缓冲保护套用于保护颈部，使得消防头盔具有较高的防护能力。实验结果表明：本发明提供的消防头盔的帽顶部、侧部、前部、后部的最大冲击加速度均达到400g_n；在2.2千伏、保持5分钟的测试条件下不导电；采用800℃火焰喷灯燃烧帽壳15秒后移开火焰，火焰随即熄灭。

附图说明

图1为本发明提供的消防头盔结构示意图；

图2为本发明提供的仿关节缓冲支架的结构示意图；

图3为本发明提供的颈部缓冲保护套的结构示意图；

图4为本发明提供的颈部缓冲保护套的外轮廓曲线图。

具体实施方式

本发明提供了一种消防头盔，包括头盔本体、与头盔本体连接的防火披肩和设置在所述防火披肩上，且用于保护颈部的缓冲保护套；

所述头盔本体由外向内依次包括：

胶体-陶瓷层；

纤维布层；

镁锂合金仿关节缓冲支架；

内衬层。

参见图1，其中图1为本发提供的消防头盔结构示意图，其中，1为胶体-陶瓷层，2为纤维布层，3为仿关节缓冲支架的镁锂合金上支架，4为仿关节缓冲支架的镁锂合金前连接杆，5为仿关节缓冲支架的镁锂合金下支架，6为内衬层，7为缓冲保护套，8为防火披肩，9为记忆海绵；

本发明提供的消防头盔包括头盔本体；所述头盔本体由外向内依次包括胶体-陶瓷层1和复合在所述胶体-陶瓷层上的纤维布层2。在本发明中，所述胶体-陶瓷层1和纤维布层2叠加起来作为头盔本体的硬质防护层，使得消防头盔具有防火、防冲击和防电的作用。

在本发明中，所述头盔本体包括胶体-陶瓷层1；所述胶体-陶瓷层1为远离头部的一层，作为头盔本体的最外层；所述胶体-陶瓷层1的厚度为5～7mm。在本发明中，所述胶体-陶瓷层1由胶体-陶瓷混合物制得。在本发明中，所述胶体-陶瓷混合物的制备方法为：

将陶瓷和粘结剂混合，得到胶体-陶瓷混合物。

本发明对所述陶瓷没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的陶瓷即可，如可以采用其市售商品。在本发明中，所述陶瓷优选选自碳化硼陶瓷；所述陶瓷的粒径优选为1.5～2.5mm。在本发明中，所述陶瓷优选经过预处理，预处理后，陶瓷表面杂志被去除，与胶体混合后的胶体和陶瓷的界面结合强度得以保证，从而保证了胶体-陶瓷层的总体强度；所述陶瓷预处理包括以下步骤：

将陶瓷和乙醇混合，得到陶瓷-乙醇浆料；

将硅烷偶联剂和陶瓷-乙醇浆料混合，然后依次进行超声、抽滤、清洗和干燥，得到陶瓷。

在本发明中，所述乙醇优选为无水乙醇；所述陶瓷和乙醇的体积比优选为1:8～12，更优选为1:10。

在本发明中，所述硅烷偶联剂优选型号为KH550硅烷偶联剂；所述硅烷偶联剂和陶瓷的质量比优选为1.2～1.8:100，更优选为1.5:100。

本发明对所述超声的方法没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的超声技术方案即可。在本发明中，所述超声的时间优选为20min～40min。本发明优选在真空干燥箱中进行干燥。本发明优选将干燥后的陶瓷储存在干燥器中备用。

在本发明中，所述头盔本体包括复合在所述胶体-陶瓷层1上的纤维布层2；所述纤维布层2的厚度为10～20mm。在本发明中，所述纤维布层2设有铆钉，与下述技术方案中所述仿关节缓冲支架连接。

在本发明中，所述纤维布层2的制备方法优选按照以下步骤：

将多块纤维布采用粘结剂粘接，裁剪，并设有铆钉，得到纤维布层。

在本发明中，每块所述纤维布的厚度优选为1.4～1.6mm；所述纤维布优选为碳纤维布和/或凯夫拉纤维布；所述粘结剂优选为硅酸钠溶液；所述硅酸钠溶液的质量分数优选为30％～50％。本发明将每块所述纤维布裁剪成头盔所需的形状和尺寸。

在本发明中，所述粘结剂优选选自硅酸钠溶液；所述硅酸钠溶液的质量分数优选为35％～43％；所述陶瓷和粘结剂的体积比优选为3.5～4.5:1，更优选为4:1。

在本发明中，所述硬质防护层的制备方法优选包括以下步骤：

将上述胶体-陶瓷混合物涂布在纤维布层的一表面，压制，得到硬质防护层。

本发明对涂布的方法没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的涂布方式即可。本发明在头盔模具中进行压制，得到硬质防护层。

在本发明中，所述头盔本体包括与纤维布层连接的镁锂合金仿关节缓冲支架；参见图2，图2为本发明提供的仿关节缓冲支架的结构示意图；其中，10为封装胶垫，11为仿生缓冲液和12为封装胶套。

在本发明中，所述仿关节缓冲支架包括镁锂合金上支架3；所述镁锂合金上支架3和纤维布层2连接，优选采用铆钉的方式连接；所述镁锂合金上支架3为长方体形，在本发明的某些实施例中，所述镁锂合金上支架3的长为15mm～25mm，宽为15mm～25mm，高为2mm～5mm；

在本发明中，所述仿关节缓冲支架包括镁锂合金前连接杆4；所述镁锂合金前连接杆4与镁锂合金上支架3连接，且呈垂直关系；在本发明中，所述镁锂合金前连接杆4未深入封装胶套12的部分的形状是两头粗中间细；所述前连接杆未深入U型槽中的表面形状符合以下单叶双曲面方程：

$\frac{x_1^2}{b^2}+\frac{y_1^2}{b^2}-\frac{z_1^2}{c^2}=1$ 式(I)

其中，所述式(I)建立在三维坐标系中，z₁轴方向为镁锂合金前连接杆的中心轴方向；x₁轴与y₁轴垂直相交，并同时处于前连接杆的最窄处横截面；在本发明中，由于连接杆是曲面旋转体，因此，在最窄处截面内x₁轴可以是任意方向，每一个前连接杆都可能有不同，y₁轴与x₁轴垂直即可；在本发明的具体实施例中，所述x₁轴优选为前连接杆的最窄处的竖直方向。

b为常数，3≤b≤6；c为常数，c≥3b/2；x₁＝y₁，3mm≤x₁≤6mm，3mm≤y₁≤6mm，4.5mm≤z₁≤7.5mm；

在本发明中，所述前连接杆深入U型槽中的表面形状满足以下二次曲线方程：

z₂＝(x₂ ²+y₂ ²)/2a式(II)，

其中，所述式(II)建立在三维坐标系中，z₂轴方向为镁锂合金前连接杆的中心轴方向；x₂轴与y₂轴垂直相交，并同时处于U形槽最底端切面，其中a为常数，5≤a≤10，4mm≤x₂≤8mm；4mm≤y₂≤8mm。在本发明中，由于连接杆是曲面旋转体，因此，在最窄处截面内x₂轴可以是任意方向，每一个前连接杆都可能有不同，y₂轴与x₂轴垂直即可；在本发明的具体实施例中，优选以竖直方向为x₂轴方向。

在本发明中，所述仿关节缓冲支架包括镁锂合金下支架5，所述镁锂合金下支架5为T型结构，所述镁锂合金下支架上设有U型槽，所述镁锂合金前连接杆部分深入U型槽中；所述镁锂合金下支架5和下述技术方案中所述的内衬层连接，优选采用铆钉的方式连接。

在本发明中，仿关节缓冲支架优选还包括U型槽中的仿生缓冲液11，U型槽中设有封装胶套12，用封装胶垫10封口，所述仿生缓冲液11封装在所述封装胶垫10和封装胶套12中。在本发明中，所述仿生缓冲液为非牛顿流体，非牛顿流体是指不满足牛顿黏性实验定律的流体，这类流体的剪应力与剪切应变率之间不是线性关系；当仿生缓冲液的缓冲不足以化解冲击功时，镁锂合金前连接杆4能够以断裂的形式释放能量，从而起到保护人头部的作用。在本发明中，所述仿生缓冲液以质量分数计，包括以下组分：

糊化淀粉8％～15％、原淀粉10％～30％、玻璃酸钠8％～15％、氯化钠2％～7.5％和水13.5％～72％。

在本发明中，所述原淀粉可以是薯类茎、块根和髓淀粉；也可以是普通谷物淀粉；还可以是玉米和薯类蜡质淀粉。在本发明的某些实施例中，所述仿关节缓冲支架中的仿生缓冲液以质量分数计，包括以下组分：糊化淀粉12％、原淀粉20％、玻璃酸钠12％、氯化钠5％和水51％；

或糊化淀粉8％、原淀粉10％、玻璃酸钠8％、氯化钠2％和水72％；

或糊化淀粉15％、原淀粉30％、玻璃酸钠15％、氯化钠7.5％和水13.5％。

在本发明中，所述仿生缓冲液的制备方法优选按照以下方法制得：

将糊化淀粉、原淀粉、玻璃酸钠、氯化钠和水混合，得到仿生缓冲液。

在本发明中，所述仿关节缓冲支架采用铸造或压铸方式制得。在本发明中，所述仿关节缓冲支架的制备方法包括以下步骤：

将镁锂合金液体在模具中进行浇铸，得到仿关节缓冲支架。

在本发明中，所述仿关节缓冲支架的镁锂合金上支架和镁锂合金前连接杆在一个模具中进行浇铸制得；所述仿关节缓冲支架的镁锂合金下支架在一个模具中进行浇铸制得；将镁锂合金上支架、镁锂合金前连接杆和镁锂合金下支架、封装胶套、封装胶垫和仿生缓冲液进行组装，得到仿关节缓冲支架。

在本发明中，所述头盔本体包括与所述镁锂合金仿关节缓冲支架连接的内衬层6；在本发明的具体实施例中，所述内衬层设有铆钉，与仿关节缓冲支架的镁锂合金下支架5连接；所述内衬层6的厚度优选为3.2～7.2mm。在本发明的某些实施例中，所述内衬层6包括4～6层的碳纤维布，所述碳纤维布之间采用硅酸钠胶体粘结；在本发明的某些实施例中，所述内衬层包括3层凯夫拉纤维布；每层凯夫拉纤维布的厚度优选为0.8～1.2mm；所述凯夫拉纤维布之间采用树脂类胶体粘结。

在本发明中，所述头盔本体包括记忆海绵9，所述记忆海绵设置于内衬层与头部贴合的一面；所述记忆海绵起到缓冲的作用；能增加人的头部与消防头盔接触的舒服感。在本发明中，所述记忆海绵可以与头盔本体形状相似；也可以在每个镁锂合金仿关节缓冲支架的镁锂合金下支架对应的位置设置长方体状的记忆海绵；长方体状的记忆海绵的长为50mm，宽为50mm；高为30mm。

在本发明中，所述消防头盔包括设置在所述防火披肩上，且用于保护颈部的缓冲保护套7，参见图3，图3为本发明提供的缓冲保护套的结构示意图，其中，13为硅酸钠-碳化硼层，14为降温层，15为缓冲层，16为冷却液进水口，17为冷却液出水口；

图4为本发明提供的缓冲保护套的外轮廓曲线图，在本发明中，所述缓冲保护套的截面外轮廓曲线满足双曲抛物面(马鞍面)方程：

z₃＝x₃ ²/e²-y₃ ²/f²式(III)；

其中，所述式(III)建立在三维坐标系中，y₃轴与人体站立时面部的中轴线平行；x₃轴与z₃轴垂直相交，x₃Oz₃平面与水平面平行，x₃轴与人体站立时双肩最高点连线平行；

e为常数，50≤e≤100；f为常数，75≤f≤125；80mm≤|x₃|≤120mm，100mm≤|y₃|≤150mm。

在本发明的某个实施例中，所述缓冲保护套7由外向内依次包括硅酸钠-碳化硼层13、降温层14和缓冲层15。在本发明的某个实施例中，所述缓冲保护套7由外向内依次包括硅酸钠-碳化硼层13、缓冲层15和降温层14。

在本发明中，所述颈部缓冲保护套包括硅酸钠-碳化硼层13，所述硅酸钠-碳化硼层13，所述硅酸钠-碳化硼层13的一面与防火披肩接触，另一面与所述降温层14或缓冲层15接触。在本发明中，硅酸钠-碳化硼层的厚度为N₁，降温层的厚度为N₂，缓冲层的厚度为N₃，硅酸钠-碳化硼层、降温层和缓冲层的厚度之间的关系为：N₃≥(N₁+N₂)·n，2≤n≤3。在本发明具体实施例中，所述硅酸钠-碳化硅层13的厚度为3mm～5mm。

在本发明中，所述缓冲保护套包括降温层14，所述降温层14的厚度为3～5mm；所述降温层14为封闭腔体，类似于水袋结构，减少因颈部缓冲保护套贴合皮肤所带来的温度传递效应。在本发明中，所述降温层14包括袋状的第一碳纤维布层a和复合在所述第一碳纤维层上的袋状的第一氟碳涂层b；所述袋状的第一氟碳涂层中包含冷却液c；所述第一碳纤维布层a的远离头部的一侧与所述硅酸钠-碳化硼层13接触。在本发明中，所述第一氟碳涂层b和第一碳纤维布层a粘合，作为降温层的外壳，将冷却液c包裹在袋状内。在本发明中，所述第一碳纤维布层a的厚度优选为0.5mm～0.8mm；所述第一氟碳涂层b的厚度优选为0.2mm～0.5mm；所述冷却液c优选为氯化钙水溶液；所述氯化钙水溶液的质量分数优选为20％～30％；

在本发明中，所述降温层14中设有冷却液通道，所述冷却液通道的一端设有冷却液进水口16，另一端设有冷却液出水口17；所述冷却液通道中包含冷却液。在本发明中，所述降温层留有冷却液进水口和冷却液出水口，以便在使用时连接水循环装置替换冷却层内升温的冷却液c。

在本发明中，所述缓冲保护套的降温层的制备方法优选包括以下步骤：

将多层碳纤维布进行裁剪，得到裁剪后的碳纤维布；

将裁剪后的碳纤维布的一面涂布氟碳涂层，得到涂有氟碳涂层的碳纤维布；

将涂有氟碳涂层的碳纤维布涂有氟碳涂层的边缘涂抹防水胶，将涂有氟碳涂层的碳纤维布的边缘粘结，并将冷却液封闭在内，得到缓冲保护套的降温层。

本发明将多层碳纤维布进行裁剪，得到裁剪后的碳纤维布。本发明优选按照上述式(III)所示的双曲线方程进行碳纤维布的裁剪。在本发明中，每层所述碳纤维布的厚度优选为1.8～2.2mm。

将裁剪后的碳纤维布的一面涂布氟碳涂层，得到涂有氟碳涂层的碳纤维布。本发明优选涂布氟碳涂层后进行干燥；本发明对干燥的方法没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的干燥技术方案即可。

得到涂有氟碳涂层的碳纤维布后，本发明将所述涂有氟碳涂层的碳纤维布涂有氟碳涂层的边缘涂抹防水胶，将涂有氟碳涂层的碳纤维布的边缘粘结，并将冷却液封闭在内，得到颈部缓冲套的降温层。在本发明中，所述防水胶优选为耐高温硅胶胶水；本发明对所述防水胶的涂抹量没有特殊的限制，满足涂有氟碳涂层的碳纤维布的边缘粘结要求即可。本发明优选在涂抹防水胶的时候预留冷却液进水口和冷却液出水口。

在本发明中，所述缓冲保护套包括缓冲层15；所述缓冲层15的厚度为12～30mm；所述缓冲层15包括袋状的第二碳纤维布层d和复合在所述第二碳纤维层上的袋状的第二氟碳涂层e；所述第二碳纤维布层远离头部的一侧和降温层接触；所述袋状的第二氟碳涂层中包括含仿生缓冲液的海绵层f。在本发明中，所述第二碳纤维布层d远离头部的一侧和所述降温层14接触；所述第二碳纤维布层d的厚度优选为0.5mm～0.8mm；所述第二氟碳涂层e的厚度优选为0.4mm～0.5mm；所述包含仿生缓冲液的海绵层的厚度优选为18～23mm。在本发明中，所述包含缓冲液的海绵层中的海绵和仿生缓冲液的体积比优选为35～40：65～70；所述仿生缓冲液为非牛顿流体，具有受力变硬的特性，因此能够极大程度的降低外来冲击对肩颈部带来的伤害。在本发明中，所述仿生缓冲液以质量分数计，包括以下组分：

糊化淀粉8％～15％、原淀粉10％～30％、玻璃酸钠8％～15％、氯化钠2％～7.5％和水13.5％～72％。

在本发明的具体实施例中，所述包含仿生缓冲液的海绵层中的仿生缓冲液具体包括糊化淀粉10％、原淀粉15％、玻璃酸钠10％、氯化钠5％和水：60％；

或糊化淀粉8％、原淀粉10％、玻璃酸钠8％、氯化钠2％和水72％；

或糊化淀粉15％、原淀粉30％、玻璃酸钠15％、氯化钠7.5％和水13.5％。

在本发明中，所述缓冲保护套的缓冲层的制备方法优选包括以下步骤：

将多层碳纤维布和海绵分别进行裁剪，得到裁剪后的碳纤维布和海绵；

将裁剪后的碳纤维布的一面涂布氟碳涂层，得到涂有氟碳涂层的碳纤维布；

将裁剪后的海绵浸渍在仿生缓冲液中，得到包含仿生缓冲液的海绵；

将涂有氟碳涂层的碳纤维布涂有氟碳涂层的边缘涂抹防水胶，将涂有氟碳涂层的碳纤维布的边缘粘结，并将包含仿生缓冲液的海绵包裹在内，得到缓冲保护套的缓冲层。

本发明将多层碳纤维布和海绵分别进行裁剪，得到裁剪后的碳纤维布和海绵。本发明优选按照上述式(III)所示的双曲线方程进行碳纤维布和海绵的裁剪。

将裁剪后的碳纤维布的一面涂布氟碳涂层，得到涂有氟碳涂层的碳纤维布；本发明将裁剪后的海绵浸渍在仿生缓冲液中，得到包含仿生缓冲液的海绵。在碳纤维布的一面涂布氟碳涂层和将裁剪后的海绵进行浸渍的顺序没有特殊的限制，可以同时进行，也可以分别进行。

将涂有氟碳涂层的碳纤维布涂有氟碳涂层的边缘涂抹防水胶，将涂有氟碳涂层的碳纤维布的边缘粘结，并将包含仿生缓冲液的海绵包裹在内，得到缓冲保护套的缓冲层。

在本发明中，所述缓冲保护套的制备方法优选包括以下步骤：

将降温层的一面和缓冲层的一面分别涂布硅酸钠胶体，并相对粘接，然后在降温层的另一面涂布碳化硼胶体，定型，得到缓冲保护套。

本发明对所述硅酸钠胶体和碳化硼胶体没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的硅酸钠胶体和碳化硼胶体即可，如可以采用其市售商品。本发明对所述本发明对所述硅酸钠胶体的涂布量没有特殊的限制，满足降温层的一面和缓冲层的一面相对粘接的要求即可。在本发明中，所述碳化硼胶体涂布在硅酸钠表面的厚度为3～5mm。本发明在模具中进行定型；所述定型的压强优选为2MPa～20MPa；定型时优选在模具与碳化硼胶体一侧接触的表面刷涂肥皂液，便于脱离模具。本发明优选定型后进行烘干；所述烘干的温度优选为95℃～105℃；本发明优选在本领域技术人员熟知的烘箱中进行烘干。

在本发明中，所述消防头盔包括防火披肩8，所述防火披肩8与所述头盔本体的纤维布层连接；所述防火披肩的材质为硅酸铝陶瓷纤维布。在本发明中，所述防火披肩优选以暗扣的形式与头盔本体的碳纤维布层连接。在本发明中，所述防火披肩覆盖了人的整个肩部。在本发明中，所述防火披肩的厚度为3mm～7mm。

本发明提供了一种消防头盔，包括头盔本体、与头盔本体连接的防火披肩和设置在所述防火披肩上，且用于保护颈部的缓冲保护套；所述头盔本体由外向内依次包括胶体-陶瓷层；纤维布层；镁锂合金仿关节缓冲支架；内衬层。与现有技术相比，本发明提供的消防头盔以胶体-陶瓷层和纤维布层作为硬质防护层，以镁锂合金仿关节缓冲支架作为减震部，缓冲保护套用于保护颈部，使得消防头盔具有较高的防护能力。实验结果表明：本发明提供的消防头盔的帽顶部、侧部、前部、后部的最大冲击加速度均达到400g_n；在2.2千伏、保持5分钟的测试条件下不导电；采用800℃火焰喷灯燃烧帽壳15秒后移开火焰，火焰随即熄灭。

为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种消防头盔进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

选择颗粒尺寸为2mm的碳化硼陶瓷颗粒，碳化硼颗粒中加入10倍于碳化硼陶瓷颗粒体积的无水乙醇，称取相对于碳化硼颗粒质量1.5wt.％的硅烷偶联剂KH550倒入碳化硼-无水乙醇浆料中，超声搅拌均匀，对获得的浆料进行抽滤、清洗，得到处理后的碳化硼颗粒；将处理后的碳化硼颗粒放入真空干燥箱中干燥后，储存在干燥器中备用；

将碳化硼颗粒缓慢放入硅酸钠水溶液中，碳化硼颗粒的体积为80％，硅酸钠的体积为20％，将1.5mm厚的碳纤维布剪裁成头盔需要的形状和尺寸，并留有铆钉，在下部留有按扣，平铺，并涂覆硅酸钠水溶液，之后继续覆盖1.5mm厚的凯夫拉纤维布，再次涂覆硅酸钠水溶液，按上述流程重复7次，制成碳纤维层盔体胚料，此层厚度为13mm；在碳纤维层盔体坯料上涂覆碳化硼颗粒-硅酸钠胶体混合物，混合物厚度为6mm；此后，将其放入头盔型模具中上下加压，贴合盔体外表面的模具事先刷涂肥皂液，在300℃热干燥箱中加热至材料变硬后定型为头盔形状，对材料边缘进行平整化处理；

采用压铸方式制造镁锂合金仿关节缓冲支架，镁锂合金上支架与硬质防护层中的纤维布层相连接，并在上支架、下支架位置连接活塞处填充仿生缓冲液(非牛顿流体)，下支架与内衬层铆接；所述仿生缓冲液的质量配比如下：糊化淀粉：12％；玉米蜡质淀粉：20％；玻璃酸钠：12％；氯化钠：5％；水：51％。头盔整体构造如图1所示。镁锂合金仿关节缓冲支架的细部特征如图2所示。

镁锂合金前连接杆未深入U型槽的表面形状满足关系，b值为4，c值为7。

镁锂合金前连接杆深入U型槽的部分的表面形状符合二次曲面方程z₂＝(x₂ ²+y₂ ²)/2a，其中a＝8。

内衬层使用1mm厚的凯夫拉纤维布材质，由4层凯夫拉纤维布粘合而成，粘合剂采用树脂类胶体，粘合后的内衬层厚度为5mm，内衬层的下部连接数块记忆海绵直接与头部贴合，对头盔内外表面进行涂装处理；

将四张2mm厚碳纤维布剪裁成制备缓冲保护套所需要的形状和尺寸，每张表面涂覆约1mm厚度的氟碳涂层并干燥备用，取两张刷涂好的碳纤维布，将氟碳涂层一面边缘均匀涂抹防水胶，预留冷却液进水口和冷却液出水口的位置，将碳纤维布的氟碳涂层一侧边缘相对粘接，制备成内部为封闭空间的冷却层，将冷却层中通水测试密闭性，检测密闭性良好后，将水放出，并通入CaCl₂冷却液；配置仿生缓冲液，以质量分数计，包括以下组分：糊化淀粉：10％；玉米蜡质淀粉：15％；玻璃酸钠：10％；氯化钠：5％；水：60％。将剪裁好的20mm厚的海绵浸润到配置好的仿生缓冲液中，直至仿生缓冲液完全浸润到海绵内部；同样，将氟碳涂层一面边缘均匀涂抹防水胶并对接，封闭前将浸润好的海绵包裹在内，制备成完全封闭的缓冲层；将制备好的冷却层和缓冲层上分别刷涂硅酸钠胶体，并相对粘接；在缓冲层上刷涂含有碳化硼陶瓷颗粒的胶体，缓冲层厚度为3mm，随后放入马鞍面形状的模具中，模具与含有碳化硼陶瓷颗粒的胶体接触一侧刷涂肥皂液，上下模具加压。待定型后，放入100℃的烘箱中烘干，制备成缓冲保护套；将制备好的缓冲保护套刷涂陶瓷胶体一侧与防火披肩采用粘结剂硅酸钠溶液进行粘接，消防披肩上留有按扣，将消防披肩与头盔本体用按扣连接，得到消防头盔。

本发明依照GB2428消防头盔检测标准对头盔进行穿透性能、导电性能和耐燃烧性能检测。测试结果为：消防头盔的帽顶部、侧部、前部、后部的最大冲击加速度均达到400g_n，结果显示符合防护要求；陶瓷胶体的存在使得头盔本体在2.2千伏、保持5分钟的测试条件下不导电；采用800℃火焰喷灯燃烧帽壳15秒后移开火焰，火焰随即熄灭；头盔达到GB2428标准中的防护要求上限。

实施例2

选择颗粒尺寸为1.5mm的碳化硼陶瓷颗粒，碳化硼陶瓷颗粒中加入10倍于碳化硼陶瓷颗粒体积的无水乙醇，称取相对于碳化硼颗粒质量1.5wt.％的硅烷偶联剂KH550倒入碳化硼-无水乙醇浆料中，超声搅拌均匀，对获得浆料进行抽滤、清洗，得到处理后的碳化硼颗粒；将处理后的碳化硼颗粒放入真空干燥箱中干燥后，储存在干燥器中备用；

将碳化硼陶瓷颗粒缓慢放入硅酸钠水溶液中，碳化硼颗粒的体积约为85％，硅酸钠的体积约为15％，将1.5mm厚的碳纤维布剪裁成头盔需要的形状和尺寸，并留有铆钉，在头盔下部留有按扣，平铺，并涂覆硅酸钠水溶液，之后继续覆盖1.5mm厚的凯夫拉纤维布，再次涂覆硅酸钠水溶液，按上述流程重复5次，制成碳纤维层盔体胚料，此层厚度9mm；在碳纤维层盔体坯料上涂覆碳化硼颗粒-硅酸钠胶体混合物，混合物厚度5mm；此后，将其放入头盔型模具中上下加压，贴合盔体外表面的模具事先刷涂肥皂液，以便脱模。在300℃热干燥箱中加热至材料变硬后定型为头盔形状。对材料边缘进行平整化处理；

采用压铸方式制造镁锂合金仿关节缓冲支架，镁锂合金上支架与硬质防护层中的纤维布层相连接，并在上支架、下支架位置连接活塞处填充仿生缓冲液(非牛顿流体)，下支架与内衬层铆接；所述仿生缓冲液(非牛顿流体)的质量配比如下：糊化淀粉：8％；玉米蜡质淀粉：10％；玻璃酸钠：8％；氯化钠：2％；水：72％。头盔整体构造如图1所示。镁锂合金仿关节缓冲支架的细部特征如图2所示。

镁锂合金前连接杆未深入U型槽的表面形状满足关系，b值为3，c值为6。

镁锂合金前连接杆深入U型槽的部分的表面形状符合二次曲面方程z₂＝(x₂ ²+y₂ ²)/2a，其中a＝5。

内衬层使用1mm左右厚度凯夫拉纤维布材质，由3层凯夫拉纤维布粘合而成，粘合剂采用树脂类胶体，粘合后的内衬层厚度控制在4mm，内层下部连接数块记忆海绵直接与头部贴合，对头盔内外表面进行涂装处理；

将四张2mm厚碳纤维布剪裁成制备缓冲保护套所需要的形状和尺寸，每张表面涂覆约1mm厚度的氟碳涂层并干燥备用，取两张刷涂好的碳纤维布，将氟碳涂层一面边缘均匀涂抹防水胶，预留冷却液进水口和冷却液出水口的位置，将碳纤维布的氟碳涂层一侧边缘相对粘接，制备成内部为封闭空间的冷却层，将冷却层中通水测试密闭性，检测密闭性良好后，将水放出，并通入CaCl₂冷却液；配置仿生缓冲液，以质量分数计，包括以下组分：糊化淀粉：8％；玉米蜡质淀粉：10％；玻璃酸钠：8％；氯化钠：2％；水：72％。将剪裁好的12mm厚的海绵浸润到配置好的仿生缓冲液中，直至仿生缓冲液完全浸润到海绵内部；同样，将氟碳涂层一面边缘均匀涂抹防水胶并对接，封闭前将浸润好的海绵包裹在内，制备成完全封闭的缓冲层；将制备好的冷却层和缓冲层上分别刷涂硅酸钠胶体，并相对粘接；在缓冲层上刷涂含有上述碳化硼陶瓷颗粒的胶体，缓冲层厚度为4mm；随后放入马鞍面形状的模具中，模具与碳化硼陶瓷颗粒的胶体接触一侧刷涂肥皂液，上下模具加压。待定型后，放入100℃的烘箱中烘干，制备成缓冲保护套。将制备好的缓冲保护套刷涂陶瓷胶体一侧与防火披肩采用粘结剂硅酸钠溶液进行粘接，消防披肩上留有按扣，将消防披肩与头盔本体用按扣连接，得到消防头盔。

依照GB2428消防头盔检测标准对头盔进行穿透性能、导电性能和耐热性能检测。测试时帽顶部、侧部、前部、后部的最大冲击加速度均达到400g_n，结果显示符合防护要求；陶瓷胶体的存在使得头盔本体在2.2千伏、保持5分钟的测试条件下不导电；采用800℃火焰喷灯燃烧帽壳15秒后移开火焰，火焰随即熄灭；头盔达到GB2428标准中的防护要求上限。

实施例3

选择颗粒尺寸为2.5mm的碳化硼陶瓷颗粒，碳化硼颗粒中加入10倍于碳化硼陶瓷颗粒体积的无水乙醇，称取相对于碳化硼颗粒质量1.5wt.％的硅烷偶联剂KH550倒入碳化硼-无水乙醇浆料中，超声搅拌均匀，随后对获得浆料进行抽滤、清洗，得到处理后的碳化硼颗粒；将处理后的碳化硼颗粒放入真空干燥箱中干燥后，储存在干燥器中备用；

将处理后的碳化硼颗粒缓慢放入硅酸钠水溶液中，碳化硼颗粒的体积为80％，硅酸钠的体积为20％，将1.5mm厚的碳纤维布剪裁成头盔需要的形状和尺寸，并留有铆钉，在头盔下部留有按扣，平铺，并涂覆硅酸钠水溶液，之后继续覆盖1.5mm厚的凯夫拉纤维布，再次涂覆硅酸钠水溶液，按上述流程重复8次，制成碳纤维层盔体胚料，此层厚度15mm；在碳纤维层盔体坯料上涂覆碳化硼颗粒-硅酸钠胶体混合物，混合物厚度7mm；此后，将其放入头盔型模具中上下加压，贴合头盔本体外表面的模具事先刷涂肥皂液，以便脱模，在300℃热干燥箱中加热至材料变硬后定型为头盔形状，对材料边缘进行平整化处理；

采用压铸方式制造镁锂合金支架。上支架与头盔相连接，并在上下支架位置连接活塞处填充仿生缓冲液(非牛顿流体)，下支架与内衬层铆接；所述仿生缓冲液(非牛顿流体)的质量配比如下：糊化淀粉：15％；玉米蜡质淀粉：30％；玻璃酸钠：15％；氯化钠：7.5％；水：13.5％。头盔整体构造如图1所示。镁锂合金仿关节缓冲支架的细部特征如图2所示。

镁锂合金前连接杆未深入U型槽的表面形状满足关系，b值为5，c值为8，Z轴方向为连接杆的中心线方向。

镁锂合金前连接杆深入U型槽的部分的表面形状符合二次曲面方程z₂＝(x₂ ²+y₂ ²)/2a，其中a＝10。

内衬层使用1mm左右厚度凯夫拉纤维布材质。由3层凯夫拉纤维布粘合而成，粘合剂采用树脂类胶体。粘合后的内衬层厚度控制在6mm左右。内层下部连接数块记忆海绵直接与头部贴合。对头盔内外表面进行涂装处理；

将四张2mm厚碳纤维布剪裁成制备缓冲保护套所需要的形状和尺寸，每张表面涂覆约1mm厚度的氟碳涂层并干燥备用，取两张刷涂好的碳纤维布，将氟碳涂层一面边缘均匀涂抹防水胶，预留冷却液进水口和冷却液出水口的位置，将碳纤维布的氟碳涂层一侧边缘相对粘接，制备成内部为封闭空间的冷却层，将冷却层中通水测试密闭性，检测密闭性良好后，将水放出，并通入CaCl₂冷却液；配置仿生缓冲液，以质量分数计，包括以下组分：糊化淀粉：15％；玉米蜡质淀粉：30％；玻璃酸钠：15％；氯化钠：7.5％；水：13.5％。将剪裁好的约30mm厚的海绵浸润到配置好的仿生缓冲液中，直至仿生缓冲液完全浸润到海绵内部；同样，将氟碳涂层一面边缘均匀涂抹防水胶并对接，封闭前将浸润好的海绵包裹在内，制备成完全封闭的缓冲层；将制备好的冷却层和缓冲层上分别刷涂硅酸钠胶体，并相对粘接；在缓冲层上刷涂含有碳化硼陶瓷颗粒的胶体，缓冲层厚度为5mm，随后放入马鞍面形状的模具中，模具与含有碳化硼陶瓷颗粒的胶体接触一侧刷涂肥皂液，上下模具加压。待定型后，放入100℃的烘箱中烘干，制备成缓冲保护套；将制备好的缓冲保护套刷涂陶瓷胶体一侧与防火披肩粘接，粘结剂采用硅酸钠溶液，消防披肩上留有按扣，将消防披肩与头盔本体用按扣连接，得到消防头盔。

本发明依照GB2428消防头盔检测标准对头盔进行穿透性能、导电性能和耐热性能检测。测试时帽顶部、侧部、前部、后部的最大冲击加速度均达到400g_n，结果显示符合防护要求；陶瓷胶体的存在使得头盔本体在2.2千伏、保持5分钟的测试条件下不导电；采用800℃火焰喷灯燃烧帽壳15秒后移开火焰，火焰随即熄灭；头盔达到GB2428标准中的防护要求上限。

由以上实施例可知，本发明提供了一种消防头盔，包括头盔本体、与头盔本体连接的防火披肩和设置在所述防火披肩上，且用于保护颈部的缓冲保护套；所述头盔本体由外向内依次包括胶体-陶瓷层；纤维布层；镁锂合金仿关节缓冲支架；内衬层。与现有技术相比，本发明提供的消防头盔以胶体-陶瓷层和纤维布层作为硬质防护层，以镁锂合金仿关节缓冲支架作为减震部，缓冲保护套用于保护颈部，使得消防头盔具有较高的防护能力。实验结果表明：本发明提供的消防头盔的帽顶部、侧部、前部、后部的最大冲击加速度均达到400g_n；在2.2千伏、保持5分钟的测试条件下不导电；采用800℃火焰喷灯燃烧帽壳15秒后移开火焰，火焰随即熄灭。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种消防头盔，包括头盔本体、与头盔本体连接的防火披肩和设置在所述防火披肩上，且用于保护颈部的缓冲保护套；

所述头盔本体由外向内依次包括：

胶体-陶瓷层；

纤维布层；

镁锂合金仿关节缓冲支架；

内衬层。

2.根据权利要求1所述的消防头盔，其特征在于，所述镁锂合金仿关节缓冲支架包括与纤维布层连接的镁锂合金上支架；

与镁锂合金上支架连接的镁锂合金前连接杆；

与内衬层连接的镁锂合金下支架；

所述镁锂合金下支架上设有U型槽，所述镁锂合金前连接杆部分深入U型槽中。

3.根据权利要求2所述的消防头盔，其特征在于，所述镁锂合金前连接杆未深入U型槽中的表面形状符合以下单叶双曲面方程：

$\frac{x_1^2}{b^2}+\frac{y_1^2}{b^2}-\frac{z_1^2}{c^2}=1$ 式(I)；

其中，所述式(I)建立在三维坐标系中，z₁轴方向为镁锂合金前连接杆的中心轴方向；x₁轴与y₁轴垂直相交，并同时处于前连接杆的最窄处横截面；

3≤b≤6，c≥3b/2，x₁＝y₁，3mm≤x₁≤6mm，3mm≤y₁≤6mm，4.5mm≤z₁≤7.5mm；

镁锂合金前连接杆深入U型槽中的表面形状满足以下二次曲线方程：

z₂＝(x₂ ²+y₂ ²)/2a式(II)，

其中，所述式(II)建立在三维坐标系中，z₂轴方向为镁锂合金前连接杆的中心轴方向；x₂轴与y₂轴垂直相交，并同时处于U形槽最底端切面；

5≤a≤10；4mm≤x₂≤8mm；4mm≤y₂≤8mm。

4.根据权利要求1所述的消防头盔，其特征在于，所述缓冲保护套由外向内依次包括硅酸钠-碳化硼层、降温层和缓冲层。

5.根据权利要求4所述的消防头盔，其特征在于，所述降温层中设有冷却液通道，所述冷却液通道的一端设有冷却液进水口，另一端设有冷却液出水口；

所述冷却液通道中包含冷却液。

6.根据权利要求4所述的消防头盔，其特征在于，所述降温层包括袋状的第一碳纤维布层和复合在所述第一碳纤维层上的袋状的第一氟碳涂层；

所述袋状的第一氟碳涂层中包含冷却液。

7.根据权利要求4所述的消防头盔，其特征在于，所述缓冲层包括袋状的第二碳纤维布层和复合在所述第二碳纤维层上的袋状的第二氟碳涂层；

所述袋状的第二氟碳涂层中包括含仿生缓冲液的海绵层。

8.根据权利要求7所述的消防头盔，其特征在于，所述仿生缓冲液以质量分数计，包括以下组分：

糊化淀粉8％～15％、原淀粉10％～30％、玻璃酸钠8％～15％、氯化钠2％～7.5％和水13.5％～72％。

9.根据权利要求1所述的消防头盔，其特征在于，所述胶体-陶瓷层的厚度为5～7mm；所述纤维布层的厚度为10～20mm。

10.根据权利要求1所述的消防头盔，其特征在于，所述缓冲保护套的表面形状满足以下双曲抛物面方程：

z₃＝x₃ ²/e²-y₃ ²/f²式(III)；

其中，所述式(III)建立在三维坐标系中，y₃轴与人体站立时面部的中轴线平行；x₃轴与z₃轴垂直相交，x₃Oz₃平面与水平面平行，x₃轴与人体站立时双肩最高点连线平行；

50≤e≤100，75≤f≤125，80mm≤|x₃|≤120mm，100mm≤|y₃|≤150mm。