CN110126166A - 一次成型制备双层变密度运动头盔的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种一次成型制备双层变密度运动头盔的方法，包括预压、预热、加热、成型塑化、内衬覆合、脱模后烘烤定型等步骤，以EPP为原料一次成型制备具有双层变密度的头盔，采用该工艺制备的头盔具有重量轻、透气性高、形变后恢复率高、隔热性好、抗冲击性能强的特点，工艺易控，简化了生产过程，降低了生产成本，提高了产品的生产效率和稳定性，同时降低了产品的次品率。

Description

一次成型制备双层变密度运动头盔的方法
技术领域
本发明涉及泡塑成型工艺，特别涉及一次成型制备双层变密度运动头盔的方法
背景技术
运动头盔是保护头部的装具，如车用头盔或运动棒球等运动头盔，是人们在交通或运动比赛中不可或缺的工具，头盔多呈半圆形，大部分包括外壳、衬里、扣带等几部分构成，是一种多材料的防护头盔，在外壳与衬里之间设有吸震结构，对该结构的要求有一定的硬度，具备抗冲击能力，又要有一定的柔软度，具备一定的缓冲性能，上述要求同一材质由于其密度相同根本无法实现。会增加很多的材料，从而达到上述效果；导致头盔结构复杂，使用材料较多，重量大，舒适度差等。由于工艺的限制，导致现有的头盔大多存在重量大、材料种类多、透气性差、外壳层与衬里容易脱落、形变后恢复率低、隔热性差、抗冲击性能差等缺点。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种一次成型制备双层变密度运动头盔的方法，改善现有头盔重量大、材料种类多、透气性差、外壳层与衬里容易脱落、形变后恢复率低、隔热性差、抗冲击性能差等缺陷。
本发明的一次成型制备双层变密度运动头盔的方法，包括以下步骤：
a.预压：采用分段加压的方式对EPP原材料粒子进行预压处理；
b.预热：将预处理后的EPP粒子送入料筒及头盔成型模具型腔中后锁模预热并通过带风压的流动风使EPP原材料粒子均匀分布于头盔成型模具的型腔中；
c.加热：将头盔成型模具型腔中的EPP粒子通过蒸汽加热至EPP粒子熔接并产生表面自然结皮层；
d.成型塑化：通过多次高温高压加热挤压头盔成型模具型腔中的头盔基材表面至形成一层厚薄均匀的塑化层，且密度由表到里呈逐步梯度变化直至自然结皮状态；
e.内衬覆合：在高温高压下将覆合层与成型的头盔内表面粘合后进行水冷处理；
f.脱模后烘烤定型；
进一步，步骤a中，采用六段式分段加压方式，分别为：预压过程0，压力为0.2～0.3bar,时间为20～30min；预压过程1，压力为3～4bar,时间为6～8h；预压过程2，压力为4～4.5bar,时间为20～25min；预压过程3，压力为2.5～3bar,时间为30～35min；预压过程4，压力为1.5～2.0bar,时间为20～25min；预压过程5，压力为1.5～2.0bar,时间为80～100h；
进一步，步骤b中，入料时流动风的风压为2.5～3bar，入料风压为3～3.5，入料时间为4～6s；
进一步，步骤b中，锁模压力为150～180bar，蒸汽预热至型腔温度为130～150℃并保温6～8s；
进一步，步骤b中，当一次进料不足时进行二次进料，二次进料采用背压入料，入料真空度为-3.5～-4bar，入料时间为2～4s；
进一步，步骤c中，采用蒸汽穿透加热和双面加热相结合的方式先从模具的移模开始加热，穿透加热的温度为110～130℃，时间为20～24min，压力为3～4bar；双面加热的温度为130～150℃，时间为80～100min，压力为4～6bar；
进一步，步骤d中，挤压头盔基材的温度为160～180℃，压力为6～8bar；
进一步，步骤e中，水冷时间为160～200s；
进一步，步骤f中，烘烤后逐渐冷却定型，夏季烘烤的温度为60～65℃，时间为210～270min；冬季烘烤的温度为70～75℃，时间为270～330min。
本发明的有益效果：本发明的一次成型制备双层变密度运动头盔的方法，以EPP为原料一次成型制备具有双层变密度的头盔，采用该工艺制备的头盔具有重量轻、透气性高、形变后恢复率高、隔热性好、抗冲击性能强的特点,其硬度可达70HD以上(邵尔D)，工艺易控，简化了生产过程，降低了生产成本，提高了产品的生产效率和稳定性，同时降低了产品的次品率。
具体实施方式
本施例的一次成型制备双层变密度运动头盔的方法，包括以下步骤：
a.预压：采用分段加压的方式对EPP原材料粒子进行预压处理；EPP粒子预压工艺尤为重要，直接影响后工序产品表面成型质量；
b.预热：将预处理后的EPP粒子送入料筒及头盔成型模具型腔中后锁模预热并通过带风压的流动风使EPP原材料粒子均匀分布于头盔成型模具的型腔中；促使粒子间更好的熔接，防止过程中急冷造成熔接不良导致产品成型失效；
c.加热：将头盔成型模具型腔中的EPP粒子通过蒸汽加热至EPP粒子熔接并产生表面自然结皮层；EPP粒子在模具型腔内通过蒸汽单面和双面穿透后熔接并表面自然结皮产生结皮层，过程中主要控制蒸汽穿透方向、压力及时间；
d.成型塑化：通过多次高温高压加热挤压头盔成型模具型腔中的头盔基材表面至形成一层厚薄均匀的塑化层，且密度由表到里呈逐步梯度变化直至自然结皮状态；先设定好各个部分的密度，再根据密度确定挤压力度以获得所需密度，通过施加不同的力度达到密度由表到里呈逐步梯度变化的目的。
e.内衬覆合：在高温高压下将覆合层与成型的头盔内表面粘合后进行水冷处理；打开模具，将内衬带喷涂特殊胶水的一面放入模具型腔，并正对头盔内表面，合模，然后向整个模具内注入高温蒸汽，在高温和高压的作用下，使内衬与头盔内表面粘合在一起，形成一层覆合层，增加头盔的舒适性；EPP成型后内部及表面温度较高，超时高温会导致产品成型效果不理想、表面质量下降，同时不利于产品脱模；水冷及时排除产品内部及表面热量，保证产品外观质量；
f.脱模后烘烤定型；采用真空脱模，成型后利用真空及机械推力将产品从模具型腔内推出，真空脱模在保证脱模的同时还能保证产品良好的外观质量；EPP产品在成型脱模后，需立即进入高温烘房烘烤定型，常温空间中不能放置过长时间(夏季不超过4H，冬季不超过2H)，防止产品定型不良。在高温烘房内烘烤到时后将产品转至低温烘房逐渐冷却定型。
本实施例中，步骤a中，采用六段式分段加压方式，分别为：预压过程0，压力为0.2～0.3bar,时间为20～30min；预压过程1，压力为3～4bar,时间为6～8h；预压过程2，压力为4～4.5bar,时间为20～25min；预压过程3，压力为2.5～3bar,时间为30～35min；预压过程4，压力为1.5～2.0bar,时间为20～25min；预压过程5，压力为1.5～2.0bar,时间为80～100h；此阶段过程皆在专用粒子预压罐内完成，预压作用是促使粒子内部产生工艺设定内应力，在后续成型过程中便于表层塑化成型。
本实施例中，步骤b中，入料时流动风的风压为2.5～3bar，入料风压为3～3.5，入料时间为4～6s。
本实施例中，步骤b中，锁模压力为150～180bar，蒸汽预热至型腔温度为130～150℃并保温6～8s。
本实施例中，步骤b中，当一次进料不足时进行二次进料，二次进料采用背压入料，入料真空度为-3.5～-4bar，入料时间为2～4s。
本实施例中，步骤c中，采用蒸汽穿透加热和双面加热相结合的方式先从模具的移模开始加热，穿透加热的温度为110～130℃，时间为20～24，压力为3～4bar；双面加热的温度为130～150℃，时间为80～100min，压力为4～6bar；EPP粒子在模具型腔内通过蒸汽单面和双面穿透后熔接并表面自然结皮产生结皮层，过程中主要控制蒸汽穿透方向、压力及时间。
本实施例中，挤压头盔基材的温度为160～180℃，压力为6～8bar。
本实施例中，步骤e中，水冷时间为160～200s。
本实施例中，步骤f中，烘烤后逐渐冷却定型，夏季烘烤的温度为60～65℃，时间为210～270min；冬季烘烤的温度为70～75℃，时间为270～330min。当室外平均气温≤25℃时，高温烘房需升温至40℃后方能将待烘烤产品放置烘房，当平均气温≥25℃时，产品可直接放入烘房烘烤。
实施例一
本实施例的一次成型制备双层变密度运动头盔的方法，包括以下步骤：
a.预压：采用六段加压的方式对EPP原材料粒子进行预压处理；分别为：预压过程0，压力为0.2bar,时间为20min；预压过程1，压力为3bar,时间为6h；预压过程2，压力为4bar,时间为20min；预压过程3，压力为2.5bar,时间为30min；预压过程4，压力为1.5bar,时间为20min；预压过程5，压力为1.5bar,时间为80h；
b.预热：将预处理后的EPP粒子送入料筒及头盔成型模具型腔中后锁模预热并通过带风压的流动风使EPP原材料粒子均匀分布于头盔成型模具的型腔中；入料时流动风的风压为3bar，入料风压为3.5，入料时间为6s；锁模压力为180bar，蒸汽预热至型腔温度为150℃并保温8s；当一次进料不足时进行二次进料，二次进料采用背压入料，入料真空度为-4bar，入料时间为4s；
c.加热：将头盔成型模具型腔中的EPP粒子通过蒸汽加热至EPP粒子熔接并产生表面自然结皮层；采用蒸汽穿透加热和双面加热相结合的方式先从模具的移模开始加热，穿透加热的温度为110℃，时间为20min，压力为3bar；双面加热的温度为130℃，时间为80min，压力为4bar；
d.成型塑化：通过多次高温高压加热挤压头盔成型模具型腔中的头盔基材表面至形成一层厚薄均匀的塑化层，且密度由表到里呈逐步梯度变化直至自然结皮状态；挤压头盔基材的温度为160℃，压力为6bar；
e.内衬覆合：在高温高压下将覆合层与成型的头盔内表面粘合后进行水冷处理；水冷时间为160s；
f.脱模后烘烤定型；烘烤后逐渐冷却定型，夏季烘烤的温度为60～65℃，时间为210～270min；冬季烘烤的温度为70～75℃，时间为270～330min。
实施例二
本实施例的一次成型制备双层变密度运动头盔的方法，包括以下步骤：
a.预压：采用六段加压的方式对EPP原材料粒子进行预压处理；分别为：预压过程0，压力为0.3bar,时间为30min；预压过程1，压力为4bar,时间为8h；预压过程2，压力为4.5bar,时间为25min；预压过程3，压力为3bar,时间为35min；预压过程4，压力为2.0bar,时间为25min；预压过程5，压力为2.0bar,时间为100h；
b.预热：将预处理后的EPP粒子送入料筒及头盔成型模具型腔中后锁模预热并通过带风压的流动风使EPP原材料粒子均匀分布于头盔成型模具的型腔中；入料时流动风的风压为3bar，入料风压为3.5，入料时间为6s；锁模压力为180bar，蒸汽预热至型腔温度为150℃并保温8s；当一次进料不足时进行二次进料，二次进料采用背压入料，入料真空度为-4bar，入料时间为4s；
c.加热：将头盔成型模具型腔中的EPP粒子通过蒸汽加热至EPP粒子熔接并产生表面自然结皮层；采用蒸汽穿透加热和双面加热相结合的方式先从模具的移模开始加热，穿透加热的温度为130℃，时间为24，压力为4bar；双面加热的温度为150℃，时间为100min，压力为6bar；
d.成型塑化：通过多次高温高压加热挤压头盔成型模具型腔中的头盔基材表面至形成一层厚薄均匀的塑化层，且密度由表到里呈逐步梯度变化直至自然结皮状态；挤压头盔基材的温度为180℃，压力为8bar；
e.内衬覆合：在高温高压下将覆合层与成型的头盔内表面粘合后进行水冷处理；水冷时间为200s；
f.脱模后烘烤定型；烘烤后逐渐冷却定型，夏季烘烤的温度为60～65℃，时间为210～270min；冬季烘烤的温度为70～75℃，时间为270～330min。
实施例三
本实施例的一次成型制备双层变密度运动头盔的方法，包括以下步骤：
a.预压：采用六段加压的方式对EPP原材料粒子进行预压处理；分别为：预压过程0，压力为0.2bar,时间为30min；预压过程1，压力为3bar,时间为8h；预压过程2，压力为4bar,时间为25min；预压过程3，压力为2.5bar,时间为35min；预压过程4，压力为1.5bar,时间为25min；预压过程5，压力为1.5bar,时间为100h；
b.预热：将预处理后的EPP粒子送入料筒及头盔成型模具型腔中后锁模预热并通过带风压的流动风使EPP原材料粒子均匀分布于头盔成型模具的型腔中；入料时流动风的风压为2.5bar，入料风压为3.5，入料时间为4s；锁模压力为180bar，蒸汽预热至型腔温度为130℃并保温8s；当一次进料不足时进行二次进料，二次进料采用背压入料，入料真空度为-3.5bar，入料时间为4s；
c.加热：将头盔成型模具型腔中的EPP粒子通过蒸汽加热至EPP粒子熔接并产生表面自然结皮层；采用蒸汽穿透加热和双面加热相结合的方式先从模具的移模开始加热，穿透加热的温度为110℃，时间为24，压力为3bar；双面加热的温度为150℃，时间为80min，压力为6bar；
d.成型塑化：通过多次高温高压加热挤压头盔成型模具型腔中的头盔基材表面至形成一层厚薄均匀的塑化层，且密度由表到里呈逐步梯度变化直至自然结皮状态；挤压头盔基材的温度为160℃，压力为8bar；
e.内衬覆合：在高温高压下将覆合层与成型的头盔内表面粘合后进行水冷处理；水冷时间为160s；
f.脱模后烘烤定型；烘烤后逐渐冷却定型，夏季烘烤的温度为60～65℃，时间为210～270min；冬季烘烤的温度为70～75℃，时间为270～330min。
实施例四
本实施例的一次成型制备双层变密度运动头盔的方法，包括以下步骤：
a.预压：采用六段加压的方式对EPP原材料粒子进行预压处理；分别为：预压过程0，压力为0.3bar,时间为20min；预压过程1，压力为4bar,时间为6h；预压过程2，压力为4.5bar,时间为20min；预压过程3，压力为3bar,时间为30min；预压过程4，压力为2.0bar,时间为20min；预压过程5，压力为2.0bar,时间为80h；
b.预热：将预处理后的EPP粒子送入料筒及头盔成型模具型腔中后锁模预热并通过带风压的流动风使EPP原材料粒子均匀分布于头盔成型模具的型腔中；入料时流动风的风压为3bar，入料风压为3.5bar，入料时间为6s；锁模压力为150bar，蒸汽预热至型腔温度为150℃并保温6s；当一次进料不足时进行二次进料，二次进料采用背压入料，入料真空度为-4bar，入料时间为2s；
c.加热：将头盔成型模具型腔中的EPP粒子通过蒸汽加热至EPP粒子熔接并产生表面自然结皮层；采用蒸汽穿透加热和双面加热相结合的方式先从模具的移模开始加热，穿透加热的温度为130℃，时间为20，压力为4bar；双面加热的温度为130℃，时间为100min，压力为4bar；
d.成型塑化：通过多次高温高压加热挤压头盔成型模具型腔中的头盔基材表面至形成一层厚薄均匀的塑化层，且密度由表到里呈逐步梯度变化直至自然结皮状态；挤压头盔基材的温度为180℃，压力为6bar；
e.内衬覆合：在高温高压下将覆合层与成型的头盔内表面粘合后进行水冷处理；水冷时间为200s；
f.脱模后烘烤定型；烘烤后逐渐冷却定型，夏季烘烤的温度为60～65℃，时间为210～270min；冬季烘烤的温度为70～75℃，时间为270～330min。
实施例五
本实施例的一次成型制备双层变密度运动头盔的方法，包括以下步骤：
a.预压：采用六段加压的方式对EPP原材料粒子进行预压处理；分别为：预压过程0，压力为0.2bar,时间为25min；预压过程1，压力为3bar,时间为7h；预压过程2，压力为4bar,时间为23min；预压过程3，压力为2.5bar,时间为33min；预压过程4，压力为1.8bar,时间为23min；预压过程5，压力为1.8bar,时间为90h；
b.预热：将预处理后的EPP粒子送入料筒及头盔成型模具型腔中后锁模预热并通过带风压的流动风使EPP原材料粒子均匀分布于头盔成型模具的型腔中；入料时流动风的风压为2.8bar，入料风压为3，入料时间为5s；锁模压力为170bar，蒸汽预热至型腔温度为140℃并保温7s；当一次进料不足时进行二次进料，二次进料采用背压入料，入料真空度为-3.5bar，入料时间为3s；
c.加热：将头盔成型模具型腔中的EPP粒子通过蒸汽加热至EPP粒子熔接并产生表面自然结皮层；采用蒸汽穿透加热和双面加热相结合的方式先从模具的移模开始加热，穿透加热的温度为120℃，时间为23，压力为3bar；双面加热的温度为140，时间为90min，压力为5bar；
d.成型塑化：通过多次高温高压加热挤压头盔成型模具型腔中的头盔基材表面至形成一层厚薄均匀的塑化层，且密度由表到里呈逐步梯度变化直至自然结皮状态；挤压头盔基材的温度为170℃，压力为7bar；
e.内衬覆合：在高温高压下将覆合层与成型的头盔内表面粘合后进行水冷处理；水冷时间为180s；
f.脱模后烘烤定型；烘烤后逐渐冷却定型，夏季烘烤的温度为60～65℃，时间为210～270min；冬季烘烤的温度为70～75℃，时间为270～330min。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种一次成型制备双层变密度运动头盔的方法，其特征在于：包括以下步骤：
a.预压：采用分段加压的方式对EPP原材料粒子进行预压处理；
b.预热：将预处理后的EPP粒子送入料筒及头盔成型模具型腔中后锁模预热并通过带风压的流动风使EPP原材料粒子均匀分布于头盔成型模具的型腔中；
c.加热：将头盔成型模具型腔中的EPP粒子通过蒸汽加热至EPP粒子熔接并产生表面自然结皮层；
d.成型塑化：通过多次高温高压加热挤压头盔成型模具型腔中的头盔基材表面至形成一层厚薄均匀的塑化层，且密度由表到里呈逐步梯度变化直至自然结皮状态；
e.内衬覆合：在高温高压下将覆合层与成型的头盔内表面粘合后进行水冷处理；
f.脱模后烘烤定型。
2.根据权利要求1所述的一次成型制备双层变密度运动头盔的方法，其特征在于：步骤a中，采用六段式分段加压方式，分别为：预压过程0，压力为0.2～0.3bar,时间为20～30min；预压过程1，压力为3～4bar,时间为6～8h；预压过程2，压力为4～4.5bar,时间为20～25min；预压过程3，压力为2.5～3bar,时间为30～35min；预压过程4，压力为1.5～2.0bar,时间为20～25min；预压过程5，压力为1.5～2.0bar,时间为80～100h。
3.根据权利要求1所述的一次成型制备双层变密度运动头盔的方法，其特征在于：步骤b中，入料时流动风的风压为2.5～3bar，入料风压为3～3.5，入料时间为4～6s。
4.根据权利要求3所述的一次成型制备双层变密度运动头盔的方法，其特征在于：步骤b中，锁模压力为150～180bar，蒸汽预热至型腔温度为130～150℃并保温6～8s。
5.根据权利要求3所述的一次成型制备双层变密度运动头盔的方法，其特征在于：步骤b中，当一次进料不足时进行二次进料，二次进料采用背压入料，入料的真空度为：-3.5～-4bar，入料时间为2～4s。
6.根据权利要求1所述的一次成型制备双层变密度运动头盔的方法，其特征在于：步骤c中，采用蒸汽穿透加热和双面加热相结合的方式先从模具的移模开始加热，穿透加热的温度为110～130℃，时间为20～24min，压力为3～4bar；双面加热的温度为130～150℃，时间为80～100min，压力为4～6bar。
7.根据权利要求1所述的一次成型制备双层变密度运动头盔的方法，其特征在于：步骤d中，挤压头盔基材的温度为160～180℃，压力为6～8bar。
8.根据权利要求1所述的一次成型制备双层变密度运动头盔的方法，其特征在于：步骤e中，水冷时间为160～200s。
9.根据权利要求1所述的一次成型制备双层变密度运动头盔的方法，其特征在于：步骤f中，烘烤后逐渐冷却定型，夏季烘烤的温度为60～65℃，时间为210～270min；冬季烘烤的温度为70～75℃，时间为270～330min。
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