本发明属于防弹头盔技术领域，尤其涉及一种植入复合刚性强化内衬层的防弹头盔。背景技术：本发明背景技术中公开的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。防弹头盔是一种单兵作战的防护装备，对于单兵头部的弹丸侵彻伤害具有最为直接的防护作用。目前传统轻质复合材料的防弹头盔均采用uhmwpe复合材料或芳纶复合材料以模压方式制备成型，该复合材料材质的防弹头盔重量轻，佩戴较金属头盔舒适度高，普遍应用在警队和军队系统中。然而单一复合材料的防弹头盔也由于纤维自身的物理特性存在较多问题，例如，uhmwpe纤维复合材料的高温蠕变问题严重，弹丸侵彻防护过程的整体变形量较大；芳纶纤维复合材料的抗紫外老化问题严重，影响整体头盔的使用寿命和安全性。为了避免防护问题升级和优化产品特性，研究者尝试采用高刚性纤维复合材料与高韧性纤维复合材料混杂使用，制备一种新型结构的轻质防弹头盔，发挥诸多材料综合特性优势。例如，专利文献201811052647.3公开了一种局部强化的复合材料防弹头盔，属于复合材料防弹头盔技术领域。所述头盔由外向内依次包括：外层防弹层、中间缓冲层、内部刚性强化层，外层防弹层、中间缓冲层、内部刚性强化层的界面层之间粘接成型；所述外层防弹层主要由纤维浸渍树脂形成的预浸织物叠层热压形成，所述中间缓冲层由蜂窝中空结构的纤维或泡沫结构材料和树脂材料复合形成，所述内部刚性强化层由高模量碳纤维增强热固性树脂的复合材料构成。该防弹头盔利用复合材料的特性，通过在防弹头盔内局部设置强化层，保证重点部位的背凸变形高度，很好地解决了弹丸侵彻过程中背凸高度侧壁不稳定的问题。然而，随着技术的发展，弹头对头盔冲击力不断增加，因此，有必要进一步提高头盔的防弹性能。技术实现要素：针对上述存在的问题，本发明旨在提供一种复合刚性强化防弹头盔。本发明通过碳纤维复合材料制备特定结构的头盔以及对材料的进一步优化改性，为防弹头盔盔壳内表面提供均匀的稳定刚性支撑，确保弹丸冲击头盔外壳后的稳定刚度，而且有助于避免盔壳内部产生较大背凸变形而造成对人体头部的冲击伤害。本发明第一目的，是提供一种复合刚性强化防弹头盔。本发明第二目的，是提供上述复合刚性强化防弹头盔的应用。为实现上述发明目的，本发明公开了下述技术方案：首先，本发明公开一种复合刚性强化防弹头盔，包括：防弹头盔盔壳、复合刚性强化内衬层和悬挂系统，所述复合刚性强化内衬层通过固定在防弹头盔盔壳的内表面；所述悬挂系统固定在复合刚性强化内衬层的边缘；所述防弹头盔盔壳由纤维与热塑性树脂复合形成；所述复合刚性强化内衬层由碳纤维与热固性树脂基复合形成，且所述复合刚性强化内衬层镂空的网孔结构。本发明的这种防弹头盔的部分特点是：首先，采用纤维与树脂复合后制备的头盔不仅质量轻、刚性好，在保证有效防弹性能的同时，有效减轻头盔自身重量，同时提高头盔的抗变形能力和使用寿命，避免盔壳内部产生较大背凸变形而造成对人体头部的冲击伤害。其次，通过将复合刚性强化内衬层设置为镂空的网孔结构，在头盔受到弹头冲击时，复合刚性强化内衬层在起到缓冲作用的同时，防弹头盔盔壳和复合刚性强化内衬层之间的气体通过网孔结构实现均匀的分散和分布，为防弹头盔盔壳内表面提供均匀的稳定刚性支撑，避免防弹头盔盔壳和复合刚性强化内衬层之间的气体受到强冲击的瞬间形成的压力无法均匀分散和释放，而从复合刚性强化内衬层的边缘处快速冲出，对人员造成伤害。进一步地，所述复合刚性强化防弹头盔还包括加强筋，所述加强筋固定设置在复合刚性强化内衬层表面。可选地，所述复合刚性强化内衬层通过埋入方式或内贴覆方式固定在防弹头盔盔壳的内表面。进一步地，所述固定包括机械螺栓连接和/或胶接。进一步地，所述防弹头盔盔壳由高韧性纤维复合热塑性树脂形成的预浸织物制备，其中，所述高韧性纤维包括但不限于：uhmwpe纤维、芳纶纤维、pbo纤维、玻璃纤维等中的一种或多种混杂组合；所述热塑性树脂包括但不限于：聚氨酯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚甲醛、聚烯烃树脂、聚苯硫醚等中的任意一种。进一步地，所述防弹头盔盔壳的制备中，热塑性树脂树脂与高韧性纤维制成单向预浸织物或正交预浸织物，采用叠层方式进行铺层，铺层数目根据防弹头盔的防护级别灵活设计，从而最终保证防弹头盔的盔壳厚度。进一步地，所述防弹头盔盔壳采用热模压成型方式制备，具体为：将叠层织物按照设定工艺进行剪裁铺层，铺层后置于设定外型的模压成型模具中进行热压成型；成型的温度、时间和压力根据预浸织物的材质类型进行设定，本发明不做限定。进一步地，所述复合刚性强化内衬层采用碳纤维复合热固性树脂形成的预浸织物制备，其中，所述碳纤维包括但不限于：t300、t700、t800、t1000中的任意一种；所述热固性树脂包括但不限于：酚醛树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂中的任意一种。进一步地，制备所述复合刚性强化内衬层的碳纤维采用二维编织或单向织物正交铺层方式排布。进一步地，制备所述复合刚性强化内衬层时，采用真空辅助成型方式将编织的碳纤维织物浸渍热固性树脂胶液进行固化，或者采用预浸织物铺层后真空辅助成型方式加工。其次，本发明提供一种制备上述复合刚性强化防弹头盔时的改性剂，用树脂浸渍纤维或碳纤维之前，将该改性剂加入树脂胶液中，能够进一步改善复合刚性强化防弹头盔的刚性稳定性，所述改性剂包括：多孔氧化镁以及碳纳米管和三氧化二铁混合液，其中，多孔氧化镁为1-4.5份，碳纳米管和三氧化二铁混合液为3.8-6.5，且碳纳米管和三氧化二铁的质量比为2.4-3.8：1。多孔氧化镁是一种有着诸多结构特点的材料，这些结构上的特点为多孔氧化镁带来了很多性能优势：多孔特点的骨架具有良好的吸附性能以及巨大的比表面积，能够作为吸附载体而大量承载树脂胶液，对树脂实现良好的吸附。碳纳米管能够有效提高树脂胶液固化纤维/碳纤维后的抗冲击性能，但碳纳米管的结构特点导致其在在树脂胶液中的分散性较差，容易聚集而导致得到的复合材料性能不均匀，因此，本发明采用三氧化二铁对碳纳米管的表面进行改性，使三氧化二铁附着在碳纳米管表面，降低碳纳米管的表面能，同时，多孔氧化镁也具有改善碳纳米管分散性的作用，从而使碳纳米管能够在树脂胶液中更好地分散中，在改善头盔抗冲击性的同时，为防弹头盔盔壳内表面提供均匀的稳定刚性支撑。其次，本发明公开所述复合刚性强化防弹头盔在防护设备中的应用。与现有技术相比，本发明取得了以下有益效果：(1)本发明采用纤维复合树脂制备头盔，并通过将复合刚性强化内衬层设置为镂空的网孔结构，为防弹头盔盔壳内表面提供均匀的稳定刚性支撑，确保弹丸冲击头盔外壳后的稳定刚度，而且有助于避免盔壳内部产生较大背凸变形而造成对人体头部的冲击伤害。(2)本发明通过改性剂对树脂胶液的改性，在改善头盔抗冲击性的同时，为防弹头盔盔壳内表面提供均匀的稳定刚性支撑。附图说明构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。图1是本发明实施例制备的复合刚性强化防弹头盔的结构示意图。上述附图中标记分别代表：1-防弹头盔盔壳、2-复合刚性强化内衬层、3-悬挂系统、4-加强筋、5-螺栓。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。正如背景技术所述，随着技术的发展，弹头对头盔冲击力不断增加，因此，有必要进一步提高头盔的防弹性能。因此，本发明提出一种复合刚性强化防弹头盔；现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。实施例1一种复合刚性强化防弹头盔(参考图1)，其包括：防弹头盔盔壳1、复合刚性强化内衬层2、悬挂系统3和加强筋4，所述复合刚性强化内衬层2固定在防弹头盔盔壳的内表面；所述悬挂系统3固定在复合刚性强化内衬层2的边缘；所述防弹头盔盔壳1由纤维与热塑性树脂复合形成；所述复合刚性强化内衬层2由碳纤维与热固性树脂基复合形成，且所述复合刚性强化内衬层2镂空的网孔结构；所述加强筋4通过螺栓5固定设置在复合刚性强化内衬层2表面。所述防弹头盔盔壳1由uhmwpe纤维浸渍聚氨酯的单向预浸织物采用叠层方式进行铺层，将叠层后的预浸织物在136℃、25mpa压力下压制36min后成型厚度为5mm的防弹头盔盔壳1。所述复合刚性强化内衬层2由二维编织的t300碳纤维浸渍环氧树脂形成的复合材料制成，其厚度为5mm，且复合刚性强化内衬层2覆盖在防弹头盔的前额、侧耳、后脑以及头顶五个重点保护部位，该复合刚性强化内衬层2通过真空辅助方式埋入在防弹盔壳内表面，并通过螺栓连接方式将复合刚性强化内衬层2与防弹头盔盔壳1形成整体。实施例2一种复合刚性强化防弹头盔，且结构和连接关系同实施例1，区别在于：(1)所述防弹头盔盔壳1由芳纶纤维浸渍聚烯烃树脂的正交预浸织物采用叠层方式进行铺层，将叠层后的预浸织物在130℃、20mpa压力下压制30min后成型厚度为6mm的防弹头盔盔壳1。(2)所述复合刚性强化内衬层2由单向织物正交铺层的t1000碳纤维浸渍酚醛树脂形成的复合材料制成，其厚度为5mm，该复合刚性强化内衬层2通过真空辅助方式埋入在防弹盔壳内表面，并通过胶接方式将复合刚性强化内衬层2与防弹头盔盔壳1形成整体。实施例3一种复合刚性强化防弹头盔，且结构和连接关系同实施例1，区别在于：(1)所述防弹头盔盔壳1由pbo纤维浸渍聚乙烯树脂乳液的单向预浸织物采用叠层方式进行铺层，将叠层后的预浸织物在140℃、21mpa压力下压制35min后成型厚度为5.5mm的防弹头盔盔壳1。(2)所述复合刚性强化内衬层2由二维编织正交铺层的t700碳纤维浸渍不饱和聚酯树脂形成的复合材料制成，其厚度为4mm。实施例4一种复合刚性强化防弹头盔，且结构和连接关系同实施例1，区别在于：(1)所述防弹头盔盔壳1由玻璃纤维浸渍聚苯硫醚的正交预浸织物采用叠层方式进行铺层，将叠层后的预浸织物在125℃、24mpa压力下压制40min后成型厚度为5mm的防弹盔壳的防弹头盔盔壳1。(2)所述复合刚性强化内衬层2由二单向织物正交铺层的t800碳纤维浸渍环氧树脂形成的复合材料制成，其厚度为5mm。实施例5一种复合刚性强化防弹头盔，且结构和连接关系同实施例1，区别在于：在制备防弹头盔盔壳1和复合刚性强化内衬层2所需的复合材料时，先将该改性剂加入树脂胶液中，搅拌均匀后再进行纤维或碳纤维的浸渍，所述改性剂包括：多孔氧化镁20份，碳纳米管和三氧化二铁混合液为43份，且碳纳米管和三氧化二铁的质量比为3：1。实施例6一种复合刚性强化防弹头盔，且结构和连接关系同实施例1，区别在于：在制备防弹头盔盔壳1和复合刚性强化内衬层2所需的复合材料时，先将该改性剂加入树脂胶液中，搅拌均匀后再进行纤维或碳纤维的浸渍，所述改性剂包括：多孔氧化镁45份，碳纳米管和三氧化二铁混合液为65份，且碳纳米管和三氧化二铁的质量比为2.4：1。实施例7一种复合刚性强化防弹头盔，且结构和连接关系同实施例1，区别在于：在制备防弹头盔盔壳1和复合刚性强化内衬层2所需的复合材料时，先将该改性剂加入树脂胶液中，搅拌均匀后再进行纤维或碳纤维的浸渍，所述改性剂包括：多孔氧化镁20份，碳纳米管和三氧化二铁混合液为76份，且碳纳米管和三氧化二铁的质量比为3.8：1。性能测试：(1)对实施例1与实施例5-7制备的防弹头盔盔壳1所需的复合材料的冲击强度进行测试，实施例5-7相对于实施例1分别提高了19.36％、21.27％、25.69％。(2)对实施例1与实施例5-7制备的复合刚性强化内衬层2所需的复合材料的冲击强度进行测试，实施例5-7相对于实施例1分别提高了18.44％、24.13％、19.58％。可以看出，经过对树脂胶液的进一步改性，复合材料的抗冲击能力得到了显著的提升从而在在改善头盔抗冲击性的同时，为防弹头盔盔壳内表面提供均匀的稳定刚性支撑。以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。}

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thinkpan 发布时间：2023-04-11 09:11
作为我们生活中很常见的一种安全设备，头盔的生产过程大概可分为6个部分：壳体制作、帽芯制作、舒适层衬垫制作、其他配件、组装、随机抽检。(更多钣金加工订单，机械干货知识请关注公众号：钢易通)今天小编给大家详细介绍一下头盔什么材料制作的。头盔是哪些材料生产出来的？一、头盔外壳的主要结构头盔一般包括外壳、缓冲层、内衬层、护颚、系带、镜片等。其中，外壳是头盔的最外层，在撞击时承受和分散冲击，所以外壳材料的选用非常重要；缓冲层在遇到大力冲击时起到缓冲效果，通常选用能吸收碰撞能量、无毒、无害、吸汗、透气的材料制成，大部分缓冲层采用发泡苯乙烯(EPS)材料。二、头盔外壳材料头盔外壳材料，多以ABS或PC材料构成，其中ABS材料制作的头盔，以民用及成本相对低廉的头盔产品。而PC材料因为其韧性及抗冲击性相对较好，所以多用于制作摩托车中高端头盔及赛车头盔等。另外，还有玻纤头盔、碳纤维头盔及尼龙头盔等，而此类头盔的质量相对较高，所以属于高端头盔外壳材料。三、头盔的内壳材料头盔内部的缓冲材，俗称头盔抗冲击材料，多以EPS(可发性聚苯乙烯)或EPP(发泡聚丙烯)等材料为主。其中EPS材料为苯乙烯聚合材料，上游是乙烯和纯苯。而EPP材料是以PP材料改性而制的，其中EPS材料制作的头盔价格相对低廉，使用范围广泛，而EPP材料制作的头盔，是多以高端头盔为主。一般的自行车、摩托车头盔材料由几个部分组成：1.PC：简称聚碳酸，PC的强度可以满足防弹玻璃的需要，强度和韧性非常好。2.ABS：苯乙烯-丙烯腈-丁二烯三元嵌段共聚物。ABS刚性和韧性兼顾，是一种良好的壳体材料。就是大家常见的塑料，一般是做成网状，包在头上，与外壳保持2－3厘米的距离，保证头部不与外壳直接接触。四、保护性泡沫材料EPS：简称可发性聚苯乙烯，俗称发泡胶。EPS是一种热塑性材料，不同于一般的普通泡沫材料，经过加热发泡后，每立方米体积含有300——600万个独立密闭气泡，内含空气体积为98%以上。泡沫材料垫置在内壳与外壳之间，填充内壳与外壳的空间，起到缓冲、防震作用。五、碳纤维材料是头盔的最关键部分，要求重量轻，硬度强，兼具韧性。碳纤维是由一种含碳量在95%以上的新型纤维材料，在物理性能上具有强度大、模量高、密度低、线膨胀系数小等特点，是一种军工材料。另外，面罩、颚带等材料也是专业头盔的标配。头盔的安全性，这句话不只是说一说而已，一个头盔在投入市场之前，都会进行一系列的标准测试。其中涵盖冲击、穿透、颈部约束系统拉力测试、帽带拉力、视野范围、防火测试等。看完这篇文章，大家对头盔有了一定的了解了吧，安全无小事，希望大家骑车都戴好头盔，给自己一份安全保障。(更多钣金加工订单，机械干货知识请关注公众号：钢易通)}