在機械與航空航天工程學院Leong Kah Fai副教授的帶領下，該團隊創造了一款復合材料頭盔，外殼主要由碳纖維增強丙烯酸熱塑性樹脂制成。

它是如何制作的？

采用單件鋁模真空輔助樹脂注射工藝制備復合材料頭盔。預成型步驟是將三層(0.4 mm厚)±45?編織的碳纖維(尺寸為450 × 420 mm?)切割并放入模具中。

　　
自行車頭盔由兩部分組成。層是外殼，通常由大規模生產的塑料（如聚碳酸酯）制成。在它下面是一層發泡聚苯乙烯泡沫——與產品包裝和外賣盒中使用的材料相同。

　　
外殼設計為受到撞擊時開裂，以便在頭盔的整個表面上耗散能量。然后泡沫層壓縮并吸收大部分沖擊能量，從而減少傳遞到頭部的能量。

　　
該團隊將傳統的聚碳酸酯外殼替換為使用碳纖維增強的Elium?外殼。這種加固使外殼比聚碳酸酯外殼更堅固、更硬、更不易碎。它還增加了頭盔的接觸時間，即頭盔承受沖擊載荷的總沖擊時間。

團隊成員之一的Somen 博士說：“當頭盔高速撞擊表面時，我們注意到隨著復合材料外殼的擴展破壞而發生變形，這意味著外殼承受更多的負載并吸收更多的能量。這是我們希望的結果——外殼吸收的沖擊力越大，到達泡沫的沖擊力就越少，因此對頭部的整體沖擊力就越小。我們發現，在現有的聚碳酸酯頭盔中，大約 75% 的能量被泡沫吸收。這并不理想，因為泡沫與人的頭部直接接觸。”

 

相比之下， 該團隊的復合頭盔外殼吸收了 50% 以上的沖擊能量，而泡沫吸收的能量則少得多，約為 35%。

 

研究人員通過在三種不同類型的鐵砧（扁平、半球形、圓形）和路緣石（金字塔形）上將頭盔高速壓下來測試他們的頭盔，以模擬不同的路況。

　　
這些測試與美國消費品安全委員會標準 (CPSC 1203) 認證所使用的測試相同，該認證是國際公認的頭盔安全標準。結果表明，該團隊的頭盔原型符合所有 CPSC 1203 指南。

　　
研究人員參考了廣泛使用的傷害指標，即頭部傷害標準 (HIC)，以計算使用頭盔時發生嚴重傷害和死亡的概率。HIC 值來自峰值加速度值和加速持續時間的組合。

　　
該團隊對平砧測試結果和 HIC 的分析表明，與聚碳酸酯頭盔相比，復合頭盔有可能將危重和致命傷害率分別從 28.7% 和 6% 降低到 16.7% 和 3%。

　　
盡管兩種頭盔的峰值加速度大致相等，但復合材料頭盔更堅固的外殼導致撞擊期間的加速持續時間更長。這使得外殼能夠吸收更多的能量，從而產生較低的 HIC，這意味著發生嚴重和致命傷害的幾率較低。

原型頭盔也比傳統頭盔更容易生產。使用Elium?代替其他傳統熱塑性塑料簡化了復合頭盔的制造過程。

　　
Elium在環境溫度下是液體，允許它在室溫下成型，而其他熱塑性塑料基復合材料外殼需要更高的溫度處理。

　　
南洋理工大學的研究人員正與Arkema公司合作，將這種頭盔的制造過程商業化。通過這種方法生產的頭盔將提供與目前頂級頭盔相同的保護，但價格可能與中級頭盔相同。