在現(xiàn)代制造業(yè)，輕量化與高性能已成為產(chǎn)品設計的重要目標，尤其是在安全裝備領(lǐng)域。近期，一項創(chuàng)新研究提出了一種基于熱塑性樹脂連續(xù)纖維鋪層的復材結(jié)構(gòu)一體化快速成形方法，并應用于 安全頭盔 的制造。結(jié)果表明，該技術(shù)在保證安全性能的同時，實現(xiàn)了更輕的重量、更強的防護性能和更舒適的佩戴體驗，在運動、交通及工業(yè)防護領(lǐng)域具有廣闊的應用前景！
為什么要用熱塑性復合材料？
傳統(tǒng)的安全頭盔多采用 ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯）塑料，雖然成本較低，但重量較大，且剛度和抗沖擊能力存在局限。相比之下，熱塑性連續(xù)玻璃纖維復合材料具有以下優(yōu)勢：
1：質(zhì)量更輕：減重6%，減薄率29.7%
2：強度更高：保持相同剛度的情況下，材料更薄
3：抗沖擊性更優(yōu)：更好地吸收碰撞能量，提供更安全的防護
4：環(huán)?？苫厥眨荷a(chǎn)過程更環(huán)保，減少碳足跡
圖1：復合材料頭盔穿透實驗與仿真結(jié)果對比
圖2：實驗與仿真數(shù)據(jù)對比
革命性制造工藝：模壓+注塑一體化
這項研究采用了模壓+注塑一體化成形技術(shù)，通過模壓成型確保纖維方向分布，提高力學性能，再結(jié)合注塑成型對頭盔表面進行包膠處理，提升外觀質(zhì)量和舒適度。這種方法不僅兼顧了兩種工藝的優(yōu)勢，還使得生產(chǎn)流程更高效。
核心技術(shù)突破拓撲優(yōu)化筋結(jié)構(gòu)設計在頭盔內(nèi)部增加輕量化筋結(jié)構(gòu)，減少材料用量，同時增強強度和剛度。
優(yōu)化材料鋪層方式采用45交叉鋪層方式，增強不同方向的力學性能。
自動化生產(chǎn)線確保高效生產(chǎn)，同時保證質(zhì)量一致性。
圖3：拓撲優(yōu)化筋結(jié)構(gòu)復合材料頭盔示意圖(1.內(nèi)樹脂結(jié)構(gòu)體，2.頭盔外殼主體，3.外樹脂包裹層)
實際測試：安全性能全面升級
剛度測試：相比傳統(tǒng)ABS頭盔，復合材料頭盔在相同重量下剛度更高，減少變形，提高抗沖擊性。
碰撞吸能測試：復合材料頭盔的最大加速度值更低，意味著能更好地吸收沖擊力，降低頭部受傷風險。
防穿透測試：無論是傳統(tǒng)頭盔還是復合材料頭盔，均能有效防止異物穿透，保障使用者安全。
應用前景廣闊
1、騎行運動更輕便、更安全，適合長時間佩戴
2、摩托車頭盔提供更強的防護能力，減少事故傷害
3、工業(yè)安全帽降低工人負擔，提高佩戴舒適度
4、軍警裝備高強度、耐沖擊，提升防護等級
此次研究成功突破了安全頭盔的輕量化與高性能瓶頸，通過復材結(jié)構(gòu)一體化制造工藝，打造出更加安全、舒適、環(huán)保的頭盔產(chǎn)品。隨著技術(shù)的不斷成熟，這項突破性技術(shù)未來將在更多領(lǐng)域發(fā)揮作用，推動安全裝備行業(yè)邁向新的高度！
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