CN1812731A - 安全头盔 - Google Patents

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Abstract

一种质量轻的安全头盔，它包括聚合物复合材料的夹心结构，产生一种对佩戴者的头部有效地减轻冲击的装置。该夹心结构包括纤维增强的内和外聚合物层，这些层包住一层预先成形的分散能量的材料，后者典型地是一种耐强烈冲击的泡沫材料。可选地，在邻近佩戴者的头部的内层的内表面上也可以装上一层舒适的衬里，这种衬里或者由一种低密度的冲击泡沫材料或者由一种塑料的格栅制成，使得佩戴者舒适，并且对来自低能量的冲击提供保护。在制造头盔的过程中使用预先成形的泡沫材料衬里使得可以获得精确的尺寸公差，因此使得可以由批量生产技术制造出能够满足军用和民用要求的头盔。

Description

安全头盔
技术领域
本发明涉及一种聚合物复合夹心结构(PCS)安全头盔，其中，与传统的安全头盔相比该安全头盔的质量可以明显地减小，而没有任何伴随的机械强度方面的损失。
背景技术
在当今的市场可以获得的传统的保护头盔涵盖了广泛的领域，由每日配戴的轻便用途头盔比如摩托车头盔或者自行车头盔到专业用途头盔比如在赛车中使用的头盔。类似地，头盔的价格由自行车头盔的几英镑到一级方程式赛车头盔的几十万英镑。然而，采用相同的基本上两层的方案同样地制作出轻便用途的头盔和专业用途的头盔。头盔由一个内层和一个外层构成，内层典型地是一层厚的吸收能量的材料，典型地是一层泡沫材料，这一层泡沫材料将设置在邻近配戴者的头部，而外层是一个硬壳，它覆盖着泡沫材料，对于泡沫材料提供一层保护表面。吸收能量的材料相当刚硬并且相当脆，使用者配戴可能会不舒服，因此，常常需要某种形式的舒适衬里。舒适衬里可以为任何形式；可以是软的泡沫材料，比如在自行车头盔和赛车头盔中通常使用的泡沫材料，或者是通常在骑手头盔和板球头盔中使用的织物的悬置格栅，也可以是柔性的塑料配件，比如在建筑工地安全头盔里面使用的配件。
采用两层方案构造出的头盔典型地有相当高的密度，并且有相当低的整体刚硬度。为了确保能够满足冲击保护的安全标准，吸收能量的泡沫材料层典型地非常厚，为几个厘米的量级。结果，使得头盔与配戴者的头移开了一定距离，导致在事故中头盔的惯量矩的增大。进而，随着泡沫材料的厚度和密度的增加，为了满足安全标准，头盔的质量也增大。
传统的头盔起作用是通过把能量由冲击点分散到吸收能量的泡沫材料的一个大的面积，这将进而减小在配戴者头上的总能量。因此，希望提高外层的刚硬度，从而使得能量更好地由冲击部位分散到较大面积的吸收能量的泡沫材料上。通过发展更刚硬的外层比如用纤维增强的塑料已经提高了传统头盔的设计，然而，这些高性能材料对于除了高端价格的安全头盔以外的所有头盔可能是不可接受的昂贵。
头盔可分类成两种不同的设计形状；凹入的(re-entrant)头盔和非凹入的(non re-entrant)头盔，企图把整个头部包起来的摩托车头盔可能是凹入形状头盔的一个示例。而非凹入形状的头盔基本上为半球形，即，为前面打开的头盔，比如骑手头盔或者自行车头盔。众所周知，凹入形状的头盔在非凹入形状的头盔的基础上提出了附加的制造问题，这反映在用来制造出两种类型头盔的不同方案上。在整个本文件中，所指的头盔将包括任何的头盔形状，比如将配戴者的头部包起来的凹入形状的头盔或者形状基本上为半球形的非凹入形状的头盔。也将会认识到，该头盔可以用于任何已知的或者通常使用头盔的地方，仅只作为示例比如用途可以包括赛车即汽车赛车和摩托车赛车、骑自行车赛车，或者也可以用于极限运动，比如悬挂式滑翔(hang-gliding)、悬绳下降(abseiling)，皮划艇(canoeing)，板球，骑马，滑冰，以及甚至用于有可能出现精神崩溃的人比如癫痫病人的医疗头盔。
进而，可以取决于所要求的保护水平对头盔进行分类。首先，有一些制造商生产‘专业用途’的定制头盔，比如建筑工地的安全头盔，专业运动头盔，即，用于汽车赛车，摩托车赛车，以及甚至喷气式战斗机头盔，这些要求高水平的安全标准。其次，在另一方面，有一些制造商生产大量的日常生活用途的‘轻便用途’的头盔，比如自行车头盔，摩托车头盔，或者骑手头盔，以低成本生产这些头盔，它们只需要满足基本的安全标准。对于‘轻便用途’和‘专业用途’的头盔要求不同的安全标准，因此，典型地通过不同的过程制造出专业用途和轻便用途的头盔。这也反映在不同类型的头盔之间大的价格差别上。因此，生产一种头盔它能满足两种市场在商业上可能是有利的，即，满足对于‘专业用途’的头盔的安全要求，又能采用大批量制造技术生产，使得可以以对于轻便用途市场的竞争性价格生产出高性能头盔。
当设计安全头盔时一般应该考虑到多个希望有的特点，这些特点包括：
●必须重量轻，并且有一个刚硬的抗冲击外壳；
●惯量矩必须低，通过减小离开头部的偏离距离可以实现这一目标，这进而帮助减轻质量；
●重心的位置必须正确；
●应该牢固地配合在配戴者的头上，以防止运动，特别是在受冲击时不运动；以及
●必须舒适，必须持续地提供适当的冲击防护。
进而，也希望有把其它的物品牢固地紧固到头盔上的装置，比如下巴窄带或者护目镜，因此在进行模制的过程中必须把适当的紧固位置包含在设计中。
安全头盔设计成对来自不同类型的冲击提供保护；即，由事故造成的高能量冲击事件，以及较小的低能量冲击，即，当使用者敲打头盔时的冲击。因此，头盔能够对两种危险类型做出响应是基本的，这是因为如果忽略低能量冲击，可能会出现对于高能冲击泡沫材料的永久损坏。因此，常常希望配装软的‘形状记忆’的泡沫材料，以对低能量冲击提供保护，并且也在高能量冲击的过程中减小‘猛撞)’(减速度的改变的速率)。软的泡沫材料的‘形状记忆’性质意味着它能够多次吸收少量的能量，并且恢复到它原来的尺寸，而不会变差，不像高能量冲击泡沫材料，在受到冲击时高能量冲击泡沫材料将会发生不可逆的变形。
夹心结构技术使得它本身很好地适合于这种类型的轻质量高强度应用。夹心结构的芯将包括一种弹性材料比如泡沫材料，这种材料夹在两个外层之间，典型地这两个外层是硬的且是刚性的。与传统的2层方案相比，夹心结构的芯将提供更高的刚硬度，这使得能量可以分散到弹性材料的较大面积上，并且因此将减小在使用者的头上的能量。已经知道，对于这种类型的结构，夹心结构的刚硬度随着夹心结构的厚度的立方(三次方)增加。可以由简单的材料生产出夹心结构，并且当结合在夹心结构中时，夹心结构可以有比现代高性能材料自身更高的刚硬度。
然而，在采用批量生产技术生产夹心结构头盔中仍然有大量的技术问题，特别是如果也要求有大的尺寸公差时有大量的技术问题。欧洲专利EP 0650333详细描述了夹心类型的结构的使用，其中，把或者由树脂和纤维、或者由预先浸渍的纤维构成的外层放在一个内凹的模具中，并且用手把它压进它的位置。然后，把弹性层和内层加载到模具中，在每个阶段都用手压。把弹性材料做成蜂窝材料，泡沫材料或者软木的平薄片。采用这种方法的问题是，它要求在每个阶段用手压每个单个的层，以便确保它能正确地与内凹的模具形状一致，这是耗费时间的过程。当在最后的固化压力下压泡沫材料的平薄片时会出现另一个问题，因为泡沫材料将不能适当地与模具的形状一致，因此将会降低最后的头盔的尺寸公差。最后，必须对固化的头盔进行最后的加工，比如切割出用于护目镜的开孔。
专利文件FR 2561877描述了夹心类型的结构的使用，该专利被限制为采用蜂窝状的弹性芯，以形成夹心结构，同样，以平的薄片形式把弹性的芯材料加载到压机中，因此将会如上面那样遇到相同的制造问题。
专利文件US 4075717描述了一种安全头盔的制造，其中内层和外层是预先成形的，把它们粘接在一起以形成一个中空的壳，用一种自膨胀的聚合物充满该壳。然而，由制造的观点看有与这种方法相关的复杂性，这是因为在用膨胀的聚苯乙烯(EPS)形成泡沫材料的过程中必须在结构上支承着壳层，增加了附加的复杂加工步骤，并且产生另外的制造成本。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种聚合物复合夹心结构安全头盔，它能够满足对于专业用途要求的安全标准和尺寸公差，并且也可以采用批量制造方法生产这种头盔，以提供一种低成本、重量轻的安全头盔。
因此，本发明提供了一种生产安全头盔的过程，该头盔包括分散能量的聚合物复合夹心结构，该过程包括以下步骤：
a)把包括至少一件织物的第一层，包括预先成形的分散能量的材料的第二层，包括至少一件织物的第三层，以及至少与所述第一层和第三层接触的一种可以固化的聚合物材料引入到一个模具中；以及
b)使聚合物材料固化，从而形成纤维增强的第一层和第三层聚合物，把第二层封装起来。
为了本文件的目的，术语“预先成形”将意味着已经基本上把分散能量材料的形状做成如所要求的那样。因此，本发明的方法不需要在任何很大程度上对分散能量的材料成形，与上面提到过的先有技术的方法不同。在本发明的方法的过程中将纤维增强的第一和第三层织物成形、并且制作出此第一层和第三层。
有利的是，本发明人已经发现，与适当选择的内层和外层联系起来使用预先成形的分散能量的材料使得安全头盔的质量既可适用于“专业用途”又可适用于“轻便用途”。另外一个优点在于，与当今可以获得的轻便用途头盔相比获得高至50％的质量减小以及与某些当今的专业用途头盔相比获得至少30％的质量减小是可能的。
进而，与传统的聚合物复合夹心结构制造技术相比，采用预先成形的分散能量材料可以提供高的精度和高水平的尺寸公差，对于专业用途的头盔则要求有这样的精度和尺寸公差。
另一个优点在于，使用预先成形的分散能量材料对于内层的最后形状提供了一个模板，从而使得内层和外层可以有不同的表面特征，比如形状、轮廓、或者构造。
另外一个优点在于，使用预先成形的分散能量材料使得可以制造出头盔而不需要任何明显的精加工，从而对于凹入形状的头盔可以就地形成护目镜开口部段。
可以由在液体的可固化树脂中经过涂布的多层高强度织物生产出纤维增强的聚合物，这种聚合物包括第一(外)层和第三(内)层。获得第一层或第三层所要求的厚度的传统方法是铺上彼此基本上垂直的交替的织物件，这是因为纬纱和编织有不同的强度特点，因此可以产生出最大的强度。织物可以是任何高强度的纤维，例如碳纤维，玻璃纤维，或者芳族聚酰胺(aramid)纤维，可以把它们编织成斜纹织物。本领域技术人员将会清楚，可以采用相同的或者不同的纤维增强的聚合物和/或织物材料生产出第一层和第三层，从而获得不同的机械性能和美学特性。
一种方便的方法是直接把要求数目的织物层施加到第二层即预先成形的分散能量的材料上，当在树脂中固化时，这些织物层将形成纤维增强的第一和第三层。可以通过任何适当的粘结剂把织物层接附到分散能量的材料上，把织物保持在其位置。这使得分散能量的材料与织物可以做为一个单元插入，而不是像在分阶段的过程中处在分开的层中。
可以由任何适当的方式比如加热或者紫外光使可固化的树脂固化，这些树脂将形成聚合物的硬表面。可以由固化时能够提供高强度的刚硬并耐用的壳体的任何树脂中选择树脂，这些树脂可以包括聚酯，聚氨酯，环氧树脂，聚丁烯，聚酰胺，或者乙烯酯，由于它们有好的机械性能，最好选择聚酯，聚氨酯，或者环氧树脂。
纤维增强的第一层和第三聚合物层可以有相同的厚度，或者有不同的厚度，第一(外)层厚度的范围可以为0.2毫米到6.0毫米，最好为0.2毫米到4毫米，更可取地为0.2毫米到1毫米。第三层的厚度可以在0.1毫米到4.0毫米之间，最好为0.1毫米到1毫米。将根据头盔的类型和需要满足相关的安全标准选择层的厚度。然而，所选定的厚度将需要提供足够的表面刚硬度，并且在理想情况下有较轻的质量。
在一种优选的结构中，由至少两层织物生产出第一层，并且由至少一层织物生产出第三层。本领域技术人员将清楚，可以由预先用一种可固化的树脂浸透过的织物生产出第一层和第三层中的一层或两层，然而，这样可能需要附加的粘接手段。
第二层是预先成形的分散能量的材料。它可以由大量的弹性材料中选择。可以把预先成形的分散能量材料制作成基本上最后的或者最后的所要求的头盔形状。进而，分散能量的材料可以有如所要求的那样的基本上最后的或者最后的密度、厚度或体积，使得第一和第三层基本上取预先成形的分散能量的材料的形状。因此，预先成形的分散能量的材料可以减少为了完成头盔的进一步的加工步骤，比如减少进一步固化的步骤或者为了生产出用于护目镜等的开孔进行过多的切割的需要。
优选的预先成形的分散能量的材料是预先成形的泡沫材料，这样的泡沫材料包括聚苯乙烯，聚氨酯，聚乙烯，聚丙烯，聚丁烯，聚氯乙烯，或者聚甲基丙烯酸酰亚胺。可以通过任何适当的加工方式把泡沫材料制成所要求的形状、密度、厚度。将分散能量的泡沫材料设计成能够经受高能量冲击。将由预先成形的泡沫材料的尺寸确定头盔最后的形状和尺寸。如果头盔是用于个人使用的定制配件，那么，可以按照佩戴者的头部尺寸设计和装配泡沫材料，替代地，如果头盔是批量生产的，那么，可以生产一定范围的普通头盔尺寸。
可以将泡沫材料的密度膨胀到范围在25-120kg/m3，最好范围在50-100kg/m3，将根据分散能量的泡沫材料的选择和头盔的应用选定密度。分散能量的泡沫材料的厚度范围将在3.0-25.0毫米，最好范围将在7.0-15.0毫米。
一种用做预先成形的分散能量泡沫材料的方便材料是膨胀的聚苯乙烯(EPS)，这是由于它的成本低、冲击性能好、并且在大多数制造技术中它容易使用和处理。然而，当一起使用EPS和聚酯树脂时存在一个相容性的问题，在于它们在化学上起反应，从而降低复合物的强度。因此，希望在这些层之间施加一个屏蔽层或者薄膜，以防止化学反应。这样的屏蔽层可以是环氧树脂，它也可以用做另外的粘接方式，把聚合物复合夹心结构粘接到一起。
希望屏蔽层整个地覆盖EPS泡沫材料，因为任何未经处理的面积可能与聚酯树脂反应，因此要帮助确保实现完全的覆盖。可能希望把具有光谱活性的化合物添加到环氧树脂粘结剂上，以对应用进行监视。具有光谱活性的化合物可以是一种带颜色的染料，或者是一种过渡金属络合物，在理想上该化合物的波长在可见光波段。也可以选择在紫外或红外波段的其它波长，然而，这些波长可能难以与EPS和环氧树脂的化学光谱区分开。应该理解，对于批量生产的方法来说，可能希望使用光谱检测器监视环氧树脂的应用。可以通过许多方法把环氧树脂施加到泡沫材料芯上，这包括喷、滴、或刷，方法的选定取决于生产设备的类型。
树脂和分散能量的泡沫材料的优选组合是：
        树脂            分散能量的泡沫材料
        聚酯            聚氨酯
        聚酯            聚苯乙烯*
        乙烯酯          聚氨酯
        乙烯酯          聚苯乙烯
        环氧树脂        聚氨酯
        环氧树脂        聚苯乙烯
        聚氨酯          聚氨酯
        聚氨酯          聚苯乙烯
*表示在树脂与泡沫材料之间要求有屏蔽层
对于非凹入形状的头盔来说，可以将预先成形的泡沫材料设置在一件的模具中，这是因为可以充分地接近模具。然而，对于凹入形状的头盔来说，对于头盔的开口模具将有较小的孔直径，该开口是使用者的头部将要在最后的产品上穿过佩戴的部位。
当生产凹入形状的头盔时，内凹的模具的口的直径将比头盔的其它部分要小。本发明的发明人已经有利地发现如果分散能量的材料由多个件构成，那么可以把分散能量的层插入模具中，并且把它们组装起来形成一层完整的层。很清楚，如果采用过多数目的件，将不会有什么好处，这是因为为了把所有的件组装在一起可能要花费太多的劳动。已经发现，很容易处理至少三个互连的件，例如主件、左件和右件，并且这些件有足够小的尺寸，从而可以将它们穿过内凹的模具的口插入。
为了防止泡沫材料芯在模具中移动，把邻靠的边缘的形状适当地做成例如使在模具内的泡沫材料件形成锁定接合。通过对边缘斜切或者通过使用键和与它合作的凹部比如一个舌形件和凹槽可以提供这样的锁定接合。进而，可能希望，对于非凹入形状的和凹入形状的泡沫材料芯，其它(未邻靠)的边缘都进行斜切或修边，从而使得在必须由第一和第三用纤维增强的聚合物层封装起来的地方变得容易。
进而，如果把要形成纤维增强的第一和第三聚合物层的织物层粘接到分散能量材料的多个互连的件上，可以将分散能量材料的分开的件保持在一起，但是它们也有足够的柔性，从而使分散能量的材料和织物层可以通过凹入的内凹模具的口。
这样有一个明显的好处，其中使得非熟练工人可以组装分散能量的材料，并且可以把要求数量的织物件粘接到所述分散能量的材料上，从而减少需要固化设备比如囊式压机的熟练操作人员的工序的数目。
在整个设计中头盔可以有多种夹心结构形状。可以有一定的面积，在这些面积将在所有的表面上把分散能量的材料封装起来，比如在护目镜开口区域的顶部。也可以有一定的面积，在这些面积夹心结构有开口的表面，从而可以看到分开的层，比如在通气孔或者安装孔处，并且，还可以有一些区域完全没有分散能量的材料，而只有纤维增强的聚合物层或者甚至只有树脂，比如在头盔的某些边缘处。不管是前面敞开的，还是完全封装起来的，夹心结构都具有相同的强度和刚硬度。
取决于头盔的用途、并且因此取决于所要求的保护程度，该头盔可选地需要一个衰减冲击的层和/或一个舒适层。当存在衰减冲击的层时可以通过任何适当的方式比如用一种粘结剂把它压靠在第三(内)层上，从而在使用过程中该衰减冲击的层可以进一步吸收来自冲击的能量。可以由如前面所确定的任何分散能量的材料中选择衰减冲击的层，并且衰减冲击的层可以预先成形或者不预先成形。可以取决于头盔的用途选择分散能量的材料和它的物理性质比如密度和厚度。密度可以在由10到120kg/m3的范围内，而厚度的范围为由5到30毫米。
当存在舒适层时，可以用任何适当的方式把该层固定到第三层或衰减冲击的层上。舒适层可以包括一定程度的“形状记忆能力”，使得对于小的变形该层将回复到它原来的位置，这将防止当存在有其它的层时这些其它的层出现永久的退化。使用塑料和材料格栅提供舒适和对较小冲击的保护在头盔设计领域中已经是众所周知的，并且典型地在非凹入形状的头盔比如建筑工地头盔，板球头盔和骑手头盔中可以找到这样的应用。凹入形状的头盔一般使用、并且某些凹入的头盔比如自行车头盔也使用低密度泡沫材料以提供舒适层的必要性能。对于凹入形状的头盔常常要求有紧密的配合，这可以通过使用低密度泡沫材料最好地实现，因为对于凹入形状的头盔获得均匀的材料格栅可能是困难的。可以由如前面所确定的任何分散能量的材料中选择舒适层。本领域技术人员将会清楚，可以设置单一的层，它既能提供附加的冲击衰减功能又能提供舒适的功能。
因此，本发明提供了一种相当简单并且廉价的方法，用来制造质量相对比较轻的头盔。本发明也涉及这样生产出的头盔，这样，在本发明的另一方面提供了由上面描述的方法生产出的头盔。本发明也涉及使用这样的头盔作为减轻头部伤害的装置。
本发明涉及安全头盔，但是，可以设想将本发明用于其它类型的保护覆盖物，或者是用做填充件，或者可以是较大的覆盖物的集成起来的部分，以保护身体的脆弱区域，比如肘、膝、股、胫、手或脚，这个项目不是排他的项目，仅只用来突出当涉及保护服装时可能会考虑的其它部位中的某些部位。
本发明可以提供一种安全头盔，它包括外面的相当刚硬的聚合物复合夹心结构，以及可选的内部的舒适衬里，其中复合结构包括第一外层，其包括用纤维增强的聚合物，以形成头盔的硬的外表面；预先成形的分散能量的材料的第二层，其它由至少三个互连的预先注制的部段，其中把邻靠的边缘斜切，以形成将这些部段锁定接合起来的装置；以及第三内层，其包括纤维增强的聚合物，以形成硬的内表面；其中，第一和第三层基本上把预先成形的第二层封装起来，并且把这三层粘接在一起。
附图说明
现在将参考着附图进一步描述本发明，其中，图1到4表示凹入形状的头盔的部件，在附图中：
图1表示第一层(外层)，该层由400gsm斜纹织物和聚酯树脂生产；
图2表示第三层(内层)，该层由400gsm斜纹织物和聚酯树脂生产；
图3表示冲击泡沫材料芯，该芯由EPS材料生产；以及
图4表示舒适的内衬里，该衬里由EPS材料生产。
具体实施方式
图1表示纤维增强的第一聚合物层。内凹的模具(未示出)将有一系列凸起和凹下的浮雕式样，这些浮雕式样将产生第一层(外层)的表面形状。此层的关键特点是包括顶通气孔凹入部1的圆顶部段和前面的通气孔凹入部2，此凹入部也用做将内凹模具中的分散能量材料对准的装置。在下巴横杆区域3中还有一个通气孔，把通气孔1、2、3设计成确保足够的空气能够在完成的头盔内部循环。护目镜部段(未示出)将位于切去部分4中，并且，该护目镜部段将固定并铰接在相应的锚固点6处，这些锚固点位于头盔的两侧。下巴窄带(未示出)将固定在安装孔5处，一个相同的固定点位于头盔的另一侧。在最后的头盔的精加工阶段对安装孔5、6进行研磨，以确保正确的对准。
图2表示纤维增强的第三聚合物层。分散能量的材料(如在图3中所示)的形状表现为第三层(内层)的内凹模具，分散能量的材料将有一系列凸起和凹下的浮雕式样，这些浮雕式样将产生第三层的表面形状。第三层的关键特点常常与第一层的关键特点类似，圆顶部段11，前面的通气孔凹入部12，以及在下巴横杆区域13的另一个通气孔，它们将与第一层(外层)上的相应的通气孔对准。护目镜部段(未示出)将位于切去部分14中，并且，该扩目镜段将固定并铰接在相应的锚固点16处。下巴窄带(未示出)将固定在安装孔15处。在最后的头盔的加工阶段对安装孔15，16进行研磨，以确保正确的对准。在囊式压机中固化之后，将把如在图4中所示的衰减冲击的层(和/或未示出的舒适的泡沫材料层)粘接到第三层的内侧面上。
图3示出了第二层，它是预先成形的分散能量的泡沫材料。为了使把泡沫材料加载到模具中变得容易，该泡沫材料已由互连的三个件制成，这些件是主圆顶部段21、左部段27和右部段28，通过把前额通气孔凹入部22用做一个参考点使这些部段在模具中对准。为了减小互连的三个件的运动或滑动的影响，将邻接的边缘斜切，此外也将外边缘29斜切，以使层压件的第一层和第三层可以容易地把泡沫材料封装起来。进而，没有清楚地形成护目镜段(未示出)和下巴横杆，因为这些区域将不采用夹心结构芯的技术，然而，在泡沫材料的芯上确定出用于护目镜26和下巴窄带25的相应的锚固点。
图4示出了冲击衰减层的轮廓构形。大的圆顶区域31包含有多个通气孔33，以使空气可以围绕着头盔的内部流动，且以及前额通气孔32，此通气孔将与相应的前额通气孔2、12和22对准。将在一个单独的粘接过程中把冲击衰减层固定到主聚合物复合夹心结构上，然而，为帮助把冲击衰减层放在正确的位置，有一个搭扣配装安装点35，它将与第三层上的一个相应的凸耳(未示出)一起定位。
已经采用这种技术发展的凹入形状的头盔的示例是赛车头盔和喷气式战斗机头盔，这些头盔有用来安装周边件比如护目镜和下巴窄带的装置，且该设计也必须包括通气孔，使得空气可以在头盔内部循环，在喷气式战斗机头盔的情况下也包括HMD。
下面将描述凹入形状的头盔的典型的生产方法。
通过利用任何已知的方式比如喷射或刷涂将一部分可固化的树脂施加到内凹的模具上，并且把希望数目的织物铺设到树脂中来形成第一层(外层)。也可以直接把树脂施加到织物上，在把织物加载到内凹的模具中之前该织物形成第一层。织物中的至少一件将形成头盔的圆顶部分，且可以使用织物中的至少另外的一件形成下部的下巴横梁(如果存在的话)，在第一层(外层)中将有至少两层材料，但是，为了获得要求的厚度可能需要更多层。希望由一件的织物产生形成纤维增强的第一层或第三层聚合物层的织物中的每一层，使得每件织物足够大，以足以覆盖能量分散材料的整个表面积，而不是将多件较小的织物重叠在一起，这将帮助防止在最后的产品中出现任何薄弱点。
仅只作为一个示例，当前正在使用的喷气式战斗机安全头盔的质量大约为1.4公斤，而与本发明所生产的头盔比较，本发明构造出的满足相同的安全要求和大尺寸公差要求的头盔的质量将仅只为1.0公斤；这等于质量至少减小了28％。当飞行员经受大‘g’数飞行时，这一减小将变得非常有意义，因为这将大大减小作用在飞行员的颈部上的应力。
作为另一个示例，对于赛车头盔，用于轻便用途的批量生产市场中的典型头盔的质量将为1.4公斤与2公斤之间，甚至专业头盔比如一级方程式的头盔的质量为大于1.2公斤，而作为比较，本发明所生产的用于赛车的安全头盔的质量将在700-1000克的范围内，当与等价质量生产出的头盔相比较时，对于某些头盔，这样产生的质量减小比50％还要大。
所需要的压机和工具的类型取决于头盔是否有凹入的形状。非凹入形状的头盔所要求的工具相对比较简单，因为仅只一件需要简单的模具和一个对应的心轴，以提供固化用的装置。而对于凹入的形状，固化用的工具要比较复杂，要求有分开的模具和囊型固化压机。对于任何一种头盔形状采用真空成形过程也是可能的，从而可以用一个适当的成形装置把部件加载进一个内凹的模具中，该成形装置可以或者是一根硬的心轴，或者是一个适当的高强度真空袋，把已经加载的模具和成形装置抽真空，并且加热到至少40℃，以实现固化。
固化阶段必须确保固化的树脂和冲击芯(the impact core)形成高强度的均匀结构。夹心结构的刚硬度和强度依赖于用作一种材料而不是做为三种独立的材料的三层的最佳协同作用。
在加工头盔的下一个步骤是确保头盔的功能和美观制备。这包括通过由头盔的侧面除去任何多余的材料确保把头盔的边缘进行精加工达到高品质。对于凹入形状的头盔采用预先成形的泡沫材料意味着已经形成将要设置护目镜的空间，从而不需要任何进一步的切割或加工，这种进一步的切割和加工可能在最后的头盔中导致结构的弱点。可能希望围绕头盔的某些边缘进行精加工的去毛边，以提供美观的外观。可以钻出用于护目镜、下巴窄带和其它外围设施的安装孔，或者甚至可以预先形成这些孔，并且配装上有关的部件。最后，可以加上需要安装的通气板以及任何表面装饰，比如图画(transfers)，图案或整饰织物，比如用于骑手头盔的毡条。
下一个阶段是把任何需要的外围设施安装到头盔上，这包括可能应用的护目镜、下巴窄带、灯以及反射装置。可能被安装在头盔上的另一个物品是头部安装的显示装置(HMD)，由于现在该技术相对较高的成本，这种装置仅只可能被包括在军用的喷气式战斗机头盔中，然而，在赛车头盔上设置HMD是可能的。如果使用HMD，头盔必须有很高要求的尺寸公差，因为头盔将用做一个光学台座，因此对稳定性和头盔与使用者视线的准直的要求是非常严格的。

Claims (42)

1.一种生产安全头盔的过程，所述头盔包括分散能量的聚合物复合夹心结构，所述过程包括以下步骤：
a)把包括至少一件织物的第一层，包括预先成形的分散能量的材料的第二层，包括至少一件织物的第三层，以及至少与所述第一层和所述第三层接触的可固化的聚合物材料引入到模具中；以及
b)使所述聚合物材料固化，从而形成纤维增强的第一层和第三聚合物层，把所述第二层封装起来。
2.按照权利要求1所述的过程，其特征在于，在把所述第二层和所述第三层引入之前把所述第一层和某些可固化的聚合物材料引入所述模具中，并且在把所述第二层引入之后接着把某些可固化的聚合物材料引入所述模具中。
3.按照权利要求1所述的过程，其特征在于，在引入到所述模具中之前把所述第一层织物粘接到所述第二层上。
4.按照权利要求3所述的过程，其特征在于，在把粘接起来的所述第一层和所述第二层引入之前把某些可固化的聚合物材料引入所述模具中。
5.按照权利要求3或4所述的过程，其特征在于，在引入到所述模具中之前把所述第三层织物粘接到所述第二层上。
6.按照权利要求5所述的过程，其特征在于，在把所述第三层粘到所述第二层之后把至少某些可固化的聚合物材料施加到所述第三层上。
7.按照权利要求6所述的过程，其特征在于，在把所述第三层已经引入到所述模具中之后施加要加到所述第三层上的可固化材料。
8.按照前述权利要求中任一项所述的过程，其特征在于，所述第一层和所述第三层中的每一层包括范围为由1片到4片的织物。
9.按照前述权利要求中任一项所述的过程，其特征在于，由基本上相同的织物增强的聚合物生产出所述第一层和所述第三层。
10.按照前述权利要求中任一项所述的过程，其特征在于，将所述织物增强的第一层聚合物生产成厚度的范围为0.2毫米到6毫米。
11.按照权利要求10所述的过程，其特征在于，所述第一层的厚度范围为0.3毫米到1毫米。
12.按照前述权利要求中任一项所述的过程，其特征在于，将织物增强的第三层聚合物生产成厚度的范围为0.1毫米到4毫米。
13.按照权利要求12所述的过程，其特征在于，所述第一层的厚度范围为0.2毫米到1毫米。
14.按照前述权利要求中任一项所述的过程，其特征在于，在所述第一层和所述第三层中的一层或两层中至少有两层织物，并且把它们布置成使得接续的织物层的编织彼此有基本上垂直的关系。
15.按照前述权利要求中任一项所述的过程，其特征在于，由编织的斜纹织物中选择所述织物。
16.按照前述权利要求中任一项所述的过程，其特征在于，由碳纤维、玻璃纤维或者芳族聚酰胺纤维中选择所述织物。
17.按照前述权利要求中任一项所述的过程，其特征在于，由环氧树脂、聚酯、，聚氨酯、乙烯酯或者聚丙烯中选择所述可固化的聚合物。
18.按照前述权利要求中任一项所述的过程，其特征在于，其包括把衰减冲击的第四层接附到分散能量的聚合物复合夹心结构产品上。
19.按照权利要求18所述的过程，其特征在于，所述衰减冲击的第四层包括至少一种分散能量的材料。
20.按照前述权利要求中任一项所述的过程，其特征在于，所述预先成形的分散能量的材料是由聚苯乙烯，聚乙烯，聚丙烯，聚丁烯，聚氨酯，聚氯乙烯或者聚甲基丙烯酸酰亚胺泡沫材料中挑选的泡沫材料。
21.按照权利要求20所述的过程，其特征在于，所述泡沫材料的厚度的范围为由3毫米到25毫米。
22.按照权利要求21所述的过程，其特征在于，所述泡沫材料的厚度的范围为由7毫米到15毫米。
23.按照权利要求18到22中任一项所述的过程，其特征在于，所述泡沫材料的密度的范围为10kgm-3到120kgm-3。
24.按照权利要求23所述的过程，其特征在于，所述泡沫材料的密度的范围为25kgm-3到100kgm-3。
25.按照前述权利要求中任一项所述的过程，其特征在于，其包括把第五层舒适的衬里固定到所述第三层或所述第四层上。
26.按照权利要求25所述的过程，其特征在于，所述舒适的衬里由膨胀的聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚氯乙烯或者聚甲基丙烯酸酰亚胺泡沫材料中选择。
27.按照权利要求25或26所述的过程，其特征在于，所述泡沫材料的厚度的范围为由3毫米到25毫米。
28.按照权利要求25或26所述的过程，其特征在于，所述泡沫材料的密度的范围为10kgm-3到120kgm-3。
29.按照前述权利要求中任一项所述的过程，其特征在于，所述预先成形的分散能量的第二层由至少三个互连的部段构成。
30.按照权利要求29所述的过程，其特征在于，所述互连的部段包括进行锁定接合的装置。
31.按照权利要求30所述的过程，其特征在于，所述进行锁定接合的装置由斜切的邻靠边缘提供，或者借助于突伸部和相互合作的凹部形成。
32.按照前述权利要求中任一项所述的过程，其特征在于，第一层和第三层树脂和第二层分散能量的材料的优选组合是：
聚酯树脂和聚氨酯或聚苯乙烯泡沫材料；
乙烯酯树脂和聚氨酯或聚苯乙烯泡沫材料；
环氧树脂和聚氨酯或聚苯乙烯泡沫材料；
聚氨酯树脂和聚氨酯或聚苯乙烯泡沫材料。
33.按照前述权利要求中任一项所述的过程，其特征在于，所述方法还包括在所述聚苯乙烯泡沫材料与所述可固化的树脂之间施加隔离层的步骤，以防止出现化学反应。
34.按照权利要求33所述的过程，其特征在于，所述隔离层包含在光谱上具有活性的成份，以监视应用情况。
35.按照权利要求33或34所述的过程，其特征在于，借助于喷、滴或者刷把所述隔离层施加到所述泡沫材料上。
36.按照权利要求35所述的过程，其特征在于，均匀的不可透过的隔离层是环氧树脂粘结剂。
37.按照前述权利要求中任一项所述的过程，其特征在于，所述头盔的质量小于2000克。
38.按照权利要求37所述的过程，其特征在于，所述头盔的质量的范围为由500克到1200克。
39.一种通过按照前述权利要求中任一项所述的过程获得的头盔。
40.按照权利要求39所述的头盔，其特征在于，所述头盔还包括下述物品中至少一个：下巴窄带、护目镜、照明单元、反射器或者安装在头部的显示装置。
41.一种按照权利要求39或40所述的用作减轻头部创伤的装置的头盔的用途。
42.如在这里参考着附图描述的和/或如在附图中说明的使用、产品、过程、整套部件。
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