安全帽的成型设计

安全帽的成型设计

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一．安全帽形状及性能要求

1.1形状规格要求

安全帽是防止冲击物伤害头部的防护用品。由帽壳、帽衬、下颊带和后箍组成。帽壳呈

1．缓冲减震作用：帽壳与帽衬之间有25~50mm的间隙，当物体打击安全帽时，帽壳不因受力变形而直接影响到头顶部。

2．分散应力作用：帽壳为椭圆形或半球形，表面光滑，当物体坠落在帽壳上时，物体不能停留立即滑落；而且帽壳受打击点的承受的力向周围传递，通过帽衬缓冲减少的力可达2/3以上，其余的力经帽衬的整个面积传递给人的头盖骨，这样就把着力点变成了着力面，从而避免了冲击力在帽壳上某点应力集中，减少了单位面积受力。

3．生物力学：国标中规定安全帽必须能吸收4900N。这是因为生物学试验，人体颈椎在受力时最大的限值，超过此限值颈椎就会受到伤害，轻者引起瘫痪，重者危及生命。

二．成型工艺

（1）工艺流程

玻璃钢安全帽壳生产工艺图

将不饱和聚酯树脂、引发剂、促进剂、功能填料、着色剂、投入反应釜内，搅拌后放入稠化剂，然后将增强材料用反应液进行浸渍，按安全帽重量的规定进行定量铺层设计。为提高防穿刺性能，在帽壳顶Φ120范围多铺一层0.4mm方格布。在压机上进行模压成型，固化在60℃烘箱中处理3~5h。按样模划线，进行机加工，最后得到制品。

（2）手糊成型工艺的优点

· 是复合材料成型最基本的方法，或者说是一种万能”方法。能够成型任意形状、任意大小的制品；中国风电材

· 操作简便，操作者容易培训；

· 设备简单、投资少；

· 一般情况下不需要加压操作，工艺最为简单

· 所用模具材料来源广，制造相对简单。

（3）手糊成型工艺的缺点

· 劳动强度大、生产效率低、速度慢、生产周期长（2h 以上）；

· 产品质量受操作人员技能水平及制作环境条件的影响，故产品质量稳定性差；

· 制品的力学性能较其它方法低；

· 不够“绿色、环保”

总之，手糊成型技术依赖于操作者的技能水平，所以，制品质量不易保证和控制。此外，手糊成型技术生产效率低、生产周期长，产品的力学性能也较其他成型方法的产品低。2.2喷射成型

喷射成型工艺流程图

2.2．1喷射工艺参数

（1）纤维

●选用经前处理的专用无捻初纱。

●制品纤维含量控制在25%~45%，低于25%时，滚压容易，但强度太低；大于45%

时，滚压困难，气泡较多。

●纤维长度一般为25~50mm。小于10mm，制品强度降低，大于50mm时，不易分散。

（2）树脂含量

●喷射制品采用不饱和聚酯树脂,含胶量越为60%左右.含胶量过低,纤维浸润不均,

粘结不牢.主要通过喷枪控制胶液喷射量.

（3）胶液黏度

（4）喷射量

●在喷射成型过程中,应始终保持胶液喷射量与纤维切割量的比例适宜且稳定.在

满足这一条件下,喷射量太小,生产效率低,喷射量过大,影响制品质量。

●喷射量与喷射压力和喷嘴直径有关,喷嘴直径在1.2~3.5mm之间选定,可使喷胶量

在8~60g/s之间调变.柱塞泵供胶的胶液喷射量是通过柱塞的行程和速度来调控

的。

（5）喷枪夹角

●对树脂与引发剂在枪外混合均匀度影响极大.不同夹角喷出来的树脂混合交距不

同.为操作方便，选用20度夹角为宜。

●喷枪口与成型表面距离350~400mm.确定操作距离主要考虑产品形状和树脂液飞

失等因素.如果要改变操作距离,则需调整喷枪夹角以保证树脂在靠近成型面处

交集混合。

6.喷雾压力

●要能保证两组分树脂均匀混合。

●压力太小,混合不均匀;压力太大,树脂流失过多。

●适宜的压力同胶液黏度有关。

2.2.2 设备

喷射设备主体是喷枪、催化剂供应系统及树脂供应系统三大部分，与支架、移动杆及材料过滤、计量等部件组成完整的喷射成型机，其中有专用的胶衣喷射机和积层专用喷射机。喷射成型的核心是喷枪。

2.2.3 喷射工艺优缺点

优点：1)生产效率比手糊法提高2~4倍；2)利用粗纱代替织物，降低了材料成本；3)

成型过程中无接缝，制品的整体性好；4)减少了飞边、裁屑和剩余胶液的损耗；5)可自由调节产品壁厚、纤维与树脂的比例及纤维的长度。

缺点：用喷射成型方法虽然可以制成复杂形状的制品，但其厚度和纤维含量都较难精确控制，树脂含量一般在60%以上，孔隙率较高、制品强度较低、施工现场污染和浪费较大。

三．工程分析

1.玻璃钢安全帽主要用于冶金高温作业场所、油田钻井、森林采伐；供电线路、高层建筑施工以及寒冷地区施工。

2.从安全帽壳的主要性能来看，是要是冲击性能、耐穿剌性能、阻燃性能、侧压刚性、夜光性、抗静电性及外观质量，冲击性能的测试是用5kg半球面钢锤自1m高自由下落，冲击帽顶，帽内头模受冲击力应不大于4900N,帽壳不允许出现大于50mm的大裂纹，带栓绳不允许拉断。所以在配方中选用韧性好、强度高的196不饱和聚酯树脂，引发剂用MEKP-Ⅱ，并在配方中加入聚硫橡胶作为增韧剂以提高其抗冲击性能。另外采用自制的功能填料，对提高抗冲击性能也有一定作用。另外，从安全帽壳的结构来看，帽壳形状呈等高度流线状，而且表面光滑，当飞来物或坠落物砸在帽壳上向侧向滑去时，冲量被分解，作用到帽壳上的冲量减少。耐穿刺性能的测试是用重3kg的钢锥(硬度HR45，锥度60°，锥尖半径0.5mm)自1m自由落下，冲击帽顶，钢锥不应与头模接触。从生产实践来看，冲击性能达到国家标准的的安全帽，其耐穿剌性能一般也较好，在成型时，帽壳的顶部Φ120mm范围内多铺一层0.4方格玻纤布以提高在此部位的耐穿剌性能，并在配方中加入增韧剂及功能填料，以更好地保证其耐穿刺性。安全帽的侧压刚性是在安全帽侧向加载424N压力时,帽壳侧向变形不大于40mm,卸压后，残余变形小于15mm。要想满足玻璃钢安全帽的侧向刚性要求，就只有选择刚度高的树脂及性能好的增强材料，并且在不影响帽壳总重的情况下，在帽壳的周边采取补强措施。

玻璃钢安全帽的阻燃性能测试是将70号汽油装入2kg汽油喷灯，燃烧帽体10s，移开火焰，帽体应在5内自熄(帽壳燃点温度为790±40℃)，试验的环境10~30℃。为了使安全帽壳达到阻燃的要求，在配方中的功能填料中加有氯化石蜡化石蜡(含氯量为70%)及三氧化二锑，实践证明通过功能填料中加入阻燃剂，然后用功能填料填充到不饱和聚酯树脂中，可以使其安全帽的阻燃性达到国家标准。抗静电性能按GB2812-89标准的测试方法,测定帽壳表面电阻,要求不大于1×109欧。主要是在功能填料中加入适量的抗静电剂，降低其表面电阻，从而起到抗静电的作用。