玻璃鋼安全帽的設計材料及其成型工藝
近幾年來用玻璃鋼制作安全帽(見圖 2-38)在發展很快,年產約30-40萬頂。武漢玻璃鋼制品廠丁茂林等人,對玻璃鋼安全帽的原材料選擇、成型工藝http://www.cnfrp.net進行過研究探討。

1.帽殼的設計
從分析模擬人頭受力可知:人頭形的幾何形狀有較好抗沖效果。依據GB 2428-89《成年人頭型系列》,帽殼形狀應呈圓形或橢圓形,內徑長195-250mm,寬170-220mm ,高120-150mm ,帽殼留有透氣孔,以散熱,其大小應根據帽殼強度綜合考慮,電工安全帽不允許有透氣孔,帽殼顏色應鮮明,,周圍有軟墊,以防沖擊壓縮變形時傷害頭部。帽殼內突出物不超過5mm,周圍有軟墊,以防沖擊壓縮變形http://www.cnfrp.net時傷害頭部。
2.帽襯的設計
參照GB 2428-89 《成年人頭型系列》,帽箍按尺寸分為三個型號:1號610-660mm ,2號570-600mm ,3 號510-560mm ;帽箍底邊至頭部的佩戴高度80-90mm,頂帶呈雙層或單層形式;為提高帽子的緩沖作用,可在帽襯和帽殼之間安裝緩沖襯墊。
采用塑料帽襯時,應有后箍,并能自由調節。帽襯與帽殼任意對應點的間距以沖擊時帽襯產生大變形后不與帽殼接觸為依據進行設計。各種材料力學性能不一樣,故間距不同;使用拉伸彈性變形好的塑料襯,頂帶與帽殼內頂的直間距20-50mm ,棉織或化纖帶為30-50mm,帽殼與帽箍周圍任何一點水平間距5-20mm,防側壓沖擊和抗側壓安全帽大于20mm 。
制作安全帽的材料http://www.cnfrp.net很多,如工程塑料、橡膠、膠紙、植物料等,安全帽使用要求重量輕、強度高,所以,在眾多的材料中,纖維增強塑料的性能為合適。
3.帽殼材料
樹脂基體依據GB 2811-89《安全帽》要求,所選樹脂須沖擊韌性高、耐燃性好、強度高,故選用802號、196號、 和WU-1 不飽和聚酯樹脂,引發劑為MEKP-Ⅱ,促進劑為環烷酸鈷溶液(含鈷量為1% )。帽殼外表用膠需加入20% 的功能填料FKP。增強材料用0.18-0.4mm 中堿方格布,0.1-0.12mm 中堿平紋布(增強型潤劑)。
4.帽襯材料
帽襯材料是帽殼內部部件http://www.cnfrp.net的總稱,包括帽箍、頂帶、護帶、托帶、吸汗帶、襯墊及栓繩等。帽箍為繞頭圍部分起固定作用的帶圈,可以選用高壓聚乙烯、棉或化纖帶。托帶是帽箍上面另加的一層不接觸頭頂的帶子,起緩沖作用,是帽襯材料的關鍵,可用棉或化纖帶。在700-900N力的作用載荷下,帶子的延伸率在45%-65%為合格。吸汗帶是包裹在帽箍外面的帶狀吸汗材料,可用棉或化纖材料。帽箍和帽殼之間起緩沖作用的墊,可選用軟質泡沫或海、綿。連接托帶和護帶、帽襯和帽殼的栓繩,可用棉、化纖或棉及化纖的混合繩,要求抗拉力為1000-1500N。帽箍后部的可調節后箍,選用高壓聚乙烯。系在下頦上的下頦帶,選用棉、化纖帶。
5.成型工藝
材料配方為:樹脂:發劑MEKP-Ⅱ:促進劑:偶聯劑:增韌劑:功能填料為100:1.8 :(0.5-4 ):(1-1.5 ):(5-8 ):(10-20 )。按 GB 2811-89對安全帽重量的規定進行定量鋪層設計。為提高防穿透性能,在帽殼頂120 范圍多鋪一層0.4mm方格布。固化為在60°C 烘箱中處理3-5h 。按樣模劃線,進行機加工。
6.沖擊吸收性能
用5kg 半球面鋼錘自1m 高自由下落http://www.cnfrp.net,沖擊帽頂,帽內頭模受沖擊力應不大于4900N ,帽殼不允許出現大于50mm的大裂紋,帶栓繩不允許拉斷。
根據沖擊載荷的單一彈簧模型計算公式:

式中,Fmax 為大沖擊載荷;G 為鋼錘的重量;h 為鋼錘落下高度;a 為玻璃鋼的彈性系數。可看出:如果降低a 值,即提高玻璃鋼的沖擊韌性,則Fmax 就會降低。因此,須采用韌性好、強度高的196 、WU-1 樹脂,引發劑用MEKP-Ⅱ,并配入一部分增韌劑和功能填料。[-page-]
另外,從結構上講,因帽殼形狀呈等高流線狀,而且表面光滑,當飛來物或墜落物砸在帽殼上向側向滑去時,沖量被分解,使作用到帽殼上的沖量減少。帽殼曲率不同,分解效果不一樣。對于橢圓形帽殼在上述情況下,沖擊可減少30%以上。
帽殼和帽襯等組成的緩http://www.cnfrp.net沖結構可將作用于帽殼上的有害沖量衰減,吸收并分散在整個頭蓋骨上,避免頭部的傷害。安全帽的抗沖擊要求:5kg 半球面鋼錘從1m 高度自由落下,無安全帽時頸椎受力為22246N ,有安全帽時小于4900N。
故而緩沖結構的設計和選材是非常關鍵的,特別是護帶的結構、材質、長短等,需嚴格按選材要求選擇。結構按戴帽高度(80-90mm)和垂直間距(25-50mm而設計,因緩沖吸收主要是依賴護帶在頭模上的摩擦、變形和破壞而起作用。而護帶下面的栓繩及帽襯的穿繩,材質結頭也至關重要。要求強度高,伸長率為35%-50%,結頭不允許松動,以免觸頂而造成傷害。
7.耐穿刺性能
用重3kg的鋼錐(硬度HR45 ,錐度60° ,錐尖半徑0.5mm ),自1m 自由落下,沖擊帽頂,鋼錐不應與頭模接觸。達到沖擊吸收性能的安全帽,一般耐穿刺性能也較好;在成型時,帽殼的頂部120mm 范圍內要多鋪 1層 0.4方格布,并在配方中引入填料,以更好地保證其耐穿刺性。
8.阻燃性能
玻璃鋼安全帽的阻燃性能測試是將70 號汽油裝入2kg 汽油噴燈,燃燒帽體10s ,移開火焰,帽體應在 5s內自熄(帽殼燃點溫度為790℃±40℃ ),試驗場地的環境10-30℃(國際ISO 標準規定的燃燒介質為丙烷)。因此,須在配方中引入40%-60% 阻燃樹脂,或添加10%-18% 的氧化石蠟(含氯量為對%),三氧化二銻5%-10% ,氣相白炭黑3% 。
9.電絕緣性能
此項指標只限于電業用安全帽。將安全帽放到10-30℃3g/L的氯化鈉溶液中,浸泡24h,取出擦凈,然后將其置于盛有氯化鈉溶液水槽中,通過1200V交流電壓1min ,泄露電流不超過1.2mA 。http://www.cnfrp.net安全帽的絕緣性能主要取決于成型工藝、施工現場的環境衛生、原材料純凈與否、玻纖制品是否干燥等,制品要求無微泡、針孔、固化和浸漬不良、脫膠分層等現象。










































