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無論什么類型的安全帽，都必須使安全帽的設(shè)計(jì)符合使用要求，其中重要的是保護(hù)使用者頭部不受傷害，佩戴舒適。
近幾年來用玻璃鋼制作安全帽在發(fā)展很快，年產(chǎn)約30～40萬頂，為使這一產(chǎn)品得到很好的發(fā)展，現(xiàn)就原材料選擇、成型工藝與產(chǎn)品性能的關(guān)系作一介紹。
1.1 帽殼的設(shè)計(jì)
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(jù)GB2428-89《成年人頭型系列》，帽殼形狀應(yīng)呈圓形或橢圓形，內(nèi)徑長195～250mm，寬170～220mm,高120～150mm，帽殼留有透氣孔，以散熱，其大小應(yīng)根據(jù)帽殼強(qiáng)度綜合考慮，電工安全帽不允許有透氣孔，帽殼顏色應(yīng)鮮明，帽殼內(nèi)突出物不超過5mm，周圍有軟墊，以防沖擊壓縮變形時傷害頭部。
1.2 帽襯的設(shè)計(jì)
參照GB2428-89《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成；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(yīng)有后箍，并能自由調(diào)節(jié)。帽襯與帽殼任意對應(yīng)點(diǎn)的間距以沖擊時帽襯產(chǎn)生大變形后不與帽殼接觸為依據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。各種材料力學(xué)性能不一樣，間距不同；使用拉伸彈性變形好的塑料襯，頂帶與帽殼內(nèi)頂?shù)闹遍g距25～50mm，棉織或化纖帶為30～50mm，帽殼與帽箍周圍任何一點(diǎn)水平間距5～20mm，防側(cè)壓沖擊和抗側(cè)壓安全帽大于20mm。
制作安全帽的材料很多，如工程塑料、橡膠、紙膠、植物料等，安全帽使用要求重量輕，強(qiáng)度高，所以，在眾多的材料中，纖維增強(qiáng)塑料的性能為合適。
2.1 帽殼材料
樹脂基體依據(jù)GB2811-89《安全帽》要求，所選樹脂須沖擊韌性高、耐燃性好、強(qiáng)度高，故選用802#、196#和wu-1不飽和聚酯樹脂，引發(fā)劑為MEKP-Ⅱ，促進(jìn)劑為環(huán)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(qiáng)材料用0.18～0.4mm中堿方格布,0.1～0.12mm中堿平紋布(增強(qiáng)型潤劑)。
2.2 帽襯材料
帽襯材料是帽殼內(nèi)部部件的總稱，包括帽箍、頂帶、護(hù)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。托帶是與頭部直接接觸的帶子，可用棉或化纖帶。托帶是托帶上面另加的一層不接觸頭頂?shù)膸ё樱鹁彌_作用，是帽襯材料的關(guān)鍵，可用棉或化纖帶。在700～900N力的作用載荷下，帶子的延伸率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(zhì)泡沫或海棉。連接托帶和護(hù)帶、帽襯和帽殼的栓繩，可用棉、化纖或棉、化纖混合繩，要求抗拉力為1000～1500N。帽箍后部可調(diào)節(jié)后箍，選用高壓聚乙烯。系在下頦上的下頦帶，選用棉、化纖帶。
玻璃鋼安全帽可用模壓、注射、噴射、手糊等方法成型。
材料配方為:樹脂:發(fā)劑MEKP-Ⅱ:促進(jìn)劑:偶聯(lián)劑:增韌劑:功能填料100:1.8:0.5～4:1～1.5:5～8:10～20
按GB2811-89對安全帽重量的規(guī)定進(jìn)行定量鋪層設(shè)計(jì)。為提高防穿透性能，在帽殼頂Φ120范圍多鋪一層0.4mm方格布。
固化在60℃烘箱中處理3～5h。
按樣模劃線，進(jìn)行機(jī)加工。
4.1 沖擊吸收性能
用5kg半球面鋼錘自1m高自由下落，沖擊帽頂，帽內(nèi)頭模受沖擊力應(yīng)不大于4900N，帽殼不允許出現(xiàn)大于50mm的大裂紋，帶栓繩不允許拉斷。
根據(jù)沖擊載荷的單一彈簧模型計(jì)算公式：式中，F(xiàn)max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(shù)。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(qiáng)度高的196#、wu-1樹脂，引發(fā)劑用MEKP-Ⅱ，并配入一部分增韌劑和功能填料。
另外，從結(jié)構(gòu)上講，因帽殼形狀呈等高流線狀，而且表面光滑，當(dāng)飛來物或墜落物砸在帽殼上向側(cè)向滑去時，沖量被分解，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沖結(jié)構(gòu)將作用于帽殼上的有害沖量衰減，吸收并分散到整個頭蓋骨上，避免頭部的傷害。安全帽的抗沖擊效果：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(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和選材是非常關(guān)鍵的，特別是護(hù)帶的結(jié)、材質(zhì)、長短等，需嚴(yán)格按選材要求選擇。結(jié)構(gòu)按戴帽高度(80～90mm)和垂直間距(25～50mm)而設(shè)計(jì)，因緩沖吸收主要是依賴護(hù)帶在頭模上的摩擦、變形和破壞而起作用。
而護(hù)帶下面的栓繩及帽襯的穿繩，材質(zhì)結(jié)頭也至關(guān)重要。要求強(qiáng)度高，伸長率為35%～50%，結(jié)頭不允許松動，以免觸頂而不合格。
4.2 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(yīng)與頭模接觸。達(dá)到?jīng)_擊吸收性能的安全帽，一般耐穿剌性能也較好；在成型時，帽殼的頂部Φ120mm范圍內(nèi)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。
4.3 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(yīng)在5s內(nèi)自熄(帽殼燃點(diǎn)溫度為790±40℃)，試驗(yàn)場地的環(huán)境10～30℃。(國際ISO標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的燃燒介質(zhì)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70%)，三氧化二銻5%～10%，氣相白炭黑3%。
4.4 電絕緣性能
此項(xiàng)指標(biāo)只限于電業(yè)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，然后將其置干盛有氯化鈉溶液水槽中，通1200V交流電壓1min，泄露電流不超過1.2mA。安全帽的絕緣性能主要取決于成型工藝、施工現(xiàn)場的環(huán)境衛(wèi)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(xiàn)象。
4.5 側(cè)壓剛性
安全帽側(cè)向加載424N壓力時，帽殼側(cè)向變形不大于40mm，卸壓后，殘余變形小于15mm。
依據(jù)側(cè)向剛性計(jì)算可得出水平方向位移
S=Rsinα.N/E.h
上式說明帽殼內(nèi)部尺寸R小，側(cè)向受力N越小，帽殼材料彈性模量E越高，安全帽的厚度h越厚，安全帽在受側(cè)向力時的變形S就越小。由于上式中R、N、h卻是定值，要想滿足玻璃鋼安全帽的側(cè)向剛性要求，就只有選擇剛度高的樹脂，并且在不影響帽殼總重的情況下，在帽殼的周邊采取補(bǔ)強(qiáng)措施。
4.6 抗靜電性能
按GB2812-89標(biāo)準(zhǔn)的測試方法，測定帽殼表面電阻，要求不大于1×109Ω。
抗靜電劑有炭黑、金屬粉、水合氧化鋁、堿金屬和堿土金屬的鹽類，如氯化鉀、硝酸鉀、氯化鋇等。但其粒徑不能超過0.1μm。
4.7 安全帽的重量
小沿卷沿安全帽不超過430g；大沿安全帽不超過460g；防寒安全帽不超過690g(以上各種不包括附件重量)。
4.8 外觀質(zhì)量
(1)外表不應(yīng)有微泡、針孔、表面空穴、折皺、裂痕、凸凹不平、缺損、砸傷、傷痕、固化不良、毛刺等缺陷，但允許修補(bǔ)；
(2)制品周邊不允許有毛刺、脫膠分層；
(3)內(nèi)表面平整，不允許浸漬不良、分層、毛剌、缺損
