玻璃鋼安全帽的研制
無論什么類型的安全帽，都必須使安全帽的設計符合使用要求，其中重要的是保護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展很快，年產約30～40萬頂，為使這一產品得到很好的發展，現就原材料選擇、成型工藝與產品性能的關系作一介紹。
1.1 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GB2428-89《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，帽殼內突出物不超過5mm，周圍有軟墊，以防沖擊壓縮變形時傷害頭部。
1.2 帽襯的設計
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，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25～50mm，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，強度高，所以，在眾多的材料中，纖維增強塑料的性能為合適。
2.1 帽殼材料
樹脂基體依據GB2811-89《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#、196#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)。
2.2 帽襯材料
帽襯材料是帽殼內部部件的總稱，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棉。連接托帶和護帶、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。
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:發劑MEKP-Ⅱ:促進劑:偶聯劑:增韌劑:功能填料100:1.8:0.5～4:1～1.5:5～8:10～20
按GB2811-89對安全帽重量的規定進行定量鋪層設計。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，進行機加工。
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?？煽闯觯喝绻档蚢值，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。
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，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構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。
故而緩沖結構的設計和選材是非常關鍵的，特別是護帶的結、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，鋼錐不應與頭模接觸。達到沖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70%)，三氧化二銻5%～10%，氣相白炭黑3%。
4.4 電絕緣性能
此項指標只限于電業安全帽。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。
4.5 側壓剛性
安全帽側向加載424N壓力時，帽殼側向變形不大于40mm，卸壓后，殘余變形小于15mm。
依據側向剛性計算可得出水平方向位移
S=Rsinα.N/E.h
上式說明帽殼內部尺寸R小，側向受力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強措施。
4.6 抗靜電性能
按GB2812-89標準的測試方法，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 外觀質量
(1)外表不應有微泡、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；
(2)制品周邊不允許有毛刺、脫膠分層；
(3)內表面平整，不允許浸漬不良、分層、毛剌、缺損。
近幾年來用玻璃鋼制作安全帽在發展很快，年產約30～40萬頂，為使這一產品得到很好的發展，現就原材料選擇、成型工藝與產品性能的關系作一介紹。
1.1 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GB2428-89《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，帽殼內突出物不超過5mm，周圍有軟墊，以防沖擊壓縮變形時傷害頭部。
1.2 帽襯的設計
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，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25～50mm，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，強度高，所以，在眾多的材料中，纖維增強塑料的性能為合適。
2.1 帽殼材料
樹脂基體依據GB2811-89《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#、196#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)。
2.2 帽襯材料
帽襯材料是帽殼內部部件的總稱，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棉。連接托帶和護帶、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。
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:發劑MEKP-Ⅱ:促進劑:偶聯劑:增韌劑:功能填料100:1.8:0.5～4:1～1.5:5～8:10～20
按GB2811-89對安全帽重量的規定進行定量鋪層設計。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，進行機加工。
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?？煽闯觯喝绻档蚢值，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。
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，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構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。
故而緩沖結構的設計和選材是非常關鍵的，特別是護帶的結、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，鋼錐不應與頭模接觸。達到沖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70%)，三氧化二銻5%～10%，氣相白炭黑3%。
4.4 電絕緣性能
此項指標只限于電業安全帽。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。
4.5 側壓剛性
安全帽側向加載424N壓力時，帽殼側向變形不大于40mm，卸壓后，殘余變形小于15mm。
依據側向剛性計算可得出水平方向位移
S=Rsinα.N/E.h
上式說明帽殼內部尺寸R小，側向受力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強措施。
4.6 抗靜電性能
按GB2812-89標準的測試方法，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 外觀質量
(1)外表不應有微泡、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；
(2)制品周邊不允許有毛刺、脫膠分層；
(3)內表面平整，不允許浸漬不良、分層、毛剌、缺損。
