一种利用非牛顿液体作为夹层的安全帽

摘要

本发明涉及一种利用非牛顿液体作为夹层的安全帽，属于安全帽技术领域，从佩戴内侧到顶部外侧依次包括弹性伸缩内层、防刺划纤维外层、鳍状防砸顶层，弹性伸缩内层与防刺划纤维外层之间形成的空腔内部设有第一非牛顿液体夹层，防刺划纤维外层与鳍状防砸顶层之间形成的空腔内部设有第二非牛顿液体夹层，防刺划纤维外层的顶端设有内压孔，防刺划纤维外层的底端设有外压孔；本发明相比较现有技术，利用非牛顿液体的射流胀大特性，将重物带来的冲击力通过压孔传输出去，从而保护施工人员的头部和颈部，以免过大的冲击力造成颈部骨折或者粉碎事故。

说明书

技术领域

本发明属于安全帽技术领域，具体涉及一种利用非牛顿液体作为夹层的安全帽。

背景技术

非牛顿流体，是指不满足牛顿黏性实验定律的流体，即其剪应力与剪切应变率之间不是线性关系的流体。非牛顿流体广泛存在于生活、生产和大自然之中。绝大多数生物流体都属于所定义的非牛顿流体。人身上血液、淋巴液、囊液等多种体液，以及像细胞质那样的“半流体”都属于非牛顿流体。绝大多数生物流体都属于所定义的非牛顿流体。人身上血液、淋巴液、囊液等多种体液，以及像细胞质那样的“半流体”都属于非牛顿流体。

近几年呢，有科学家研发出了一种“液体防弹衣”，它的重量只有普通防弹衣的三分之二，这种液体防弹衣用到了一种“剪切增稠液”，该液体在受到子弹冲击时会变硬从而起到阻挡子弹的作用。剪切增稠液其实是一种非牛顿流体。新式的防弹衣更轻盈，原本要15层凯夫拉防弹衣的强度，用上剪切增稠液后只需要10层就能达到了同样的效果并且多出的的剪切增稠液比那5层凯夫拉纤维要轻得多。

安全帽是施工工人佩戴的一种防物体打击和坠落时头部碰撞的头部防护装置，当作业人员头部受到坠落物的冲击时，利用安全帽帽壳、帽衬在瞬间先将冲击力分解到头盖骨的整个面积上，然后利用安全帽各部位缓冲结构的弹性变形、塑性变形和允许的结构破坏将大部分冲击力吸收，使最后作用到人员头部的冲击力降低，从而起到保护作业人员的头部的作用。

基于上述内容，我们提出一种利用非牛顿液体作为夹层的安全帽。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用非牛顿液体作为夹层的安全帽，以解决上述背景技术中提出的问题。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种利用非牛顿液体作为夹层的安全帽，从佩戴内侧到顶部外侧依次包括弹性伸缩内层、防刺划纤维外层、鳍状防砸顶层，所述弹性伸缩内层与防刺划纤维外层之间形成的空腔内部设有第一非牛顿液体夹层，所述防刺划纤维外层与鳍状防砸顶层之间形成的空腔内部设有第二非牛顿液体夹层，所述防刺划纤维外层的顶端设有内压孔，内压孔连通第一非牛顿液体夹层和第二非牛顿液体夹层，内压孔内设有内挡机构，所述防刺划纤维外层的底端设有外压孔，所述外压孔分布在安全帽的左右和后侧，外压孔连通第一非牛顿液体夹层和外部环境，外压孔孔内设有外挡机构。

作为本发明的进一步优化方案，所述弹性伸缩内层与防刺划纤维外层之间形成的空腔底壁呈内高外低的倾斜状，所述外压孔延伸空腔底壁的倾斜度至防刺划纤维外层外。

作为本发明的进一步优化方案，所述内挡机构或外挡机构为止回蝶片、刻纹压片其中一种。

作为本发明的进一步优化方案，所述第二非牛顿液体夹层的液体密度大于第一非牛顿液体夹层的液体密度。

作为本发明的进一步优化方案，所述防刺划纤维外层采用凯夫拉纤维、碳纤维、轻型铝金属网状织层、木质纤维织层、玻璃钢织层的其中一种。

作为本发明的进一步优化方案，所述防刺划纤维外层采用以下步骤制备而成：采用乙醇溶液稀释非牛顿液体，得到稀释混合物；将防刺划纤维完全浸泡在稀释混合物中；防刺划纤维完全浸透后，将防刺划纤维烘干去除乙醇和水分，得到防刺划纤维外层。

作为本发明的进一步优化方案，所述非牛顿液体夹层包括薄膜和包裹在薄膜内部的非牛顿液体。

作为本发明的进一步优化方案，所述非牛顿液体为聚氯乙烯、尼龙6、PVS、赛璐珞、橡胶溶液、塑料化纤熔体、剪切增稠液的其中一种。

作为本发明的进一步优化方案，所述弹性伸缩内层的材质为合成橡胶、聚乙烯、聚氨酯中的一种。

作为本发明的进一步优化方案，所述鳍状防砸顶层的材质采用PU、聚乙烯、PVC中的一种。

本发明的有益效果在于：1、通过非牛顿液体夹层，极大的提高了安全帽的安全性能：抗击打，抗砸，抗刺划能力；采用同等的非牛顿液体和防刺划纤维外层，使得安全帽整体的重量和体积得到极大的缩小，对于施工人员日常施工和使用；

2、由于非牛顿液体的特性，射流胀大，当安全帽受到冲击力，如重物砸向安全帽时，此时安全帽所受到的力传导到施工人员头部，远超人体所能承受的范围，利用安全帽檐四侧的压孔喷射出非牛顿液体，以减小冲击力，相当于有一层液体保护层，将重物带来的冲击力通过压孔传输出去，从而保护施工人员的头部和颈部，以免过大的冲击力造成颈部骨折或者粉碎事故。

附图说明

图1是本发明的利用非牛顿液体作为夹层的安全帽的剖面结构示意图；

图2是本发明的利用非牛顿液体作为夹层的安全帽的侧面示意图；

图3是本发明的利用非牛顿液体作为夹层的安全帽的俯视示意图；

图4是本发明的利用非牛顿液体作为夹层的安全帽的图1局部结构示意图；

图5是本发明的利用非牛顿液体作为夹层的安全帽的止回蝶片示意图；

图6是本发明的利用非牛顿液体作为夹层的安全帽的刻纹压片示意图。

图中：10、弹性伸缩内层；11、防刺划纤维外层；12、鳍状防砸顶层；13、第一非牛顿液体夹层；14、第二非牛顿液体夹层；15、内挡机构；16、内压孔；17、外压孔；18、外挡机构；181、止回蝶片；182、刻纹压片。

具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。

如图1至图6所示，本实施例的利用非牛顿液体作为夹层的安全帽，从佩戴内侧到顶部外侧依次包括厚度为2-4mm的弹性伸缩内层10、厚度为3-5mm的防刺划纤维外层11、厚度为3-5mm的鳍状防砸顶层12，弹性伸缩内层10与防刺划纤维外层11之间形成的空腔内部设有第一非牛顿液体夹层13，厚度为4-5mm，防刺划纤维外层11与鳍状防砸顶层12之间形成的空腔内部设有第二非牛顿液体夹层14，厚度为4-6mm，防刺划纤维外层11的顶端设有内压孔16，内压孔16直径为2-4mm，内压孔16连通第一非牛顿液体夹层13和第二非牛顿液体夹层14，内压孔16内设有内挡机构15，防刺划纤维外层11的底端设有外压孔17，外压孔17直径为2-4mm，外压孔17分布在安全帽的左右和后侧，外压孔17连通第一非牛顿液体夹层13和外部环境，外压孔17孔内设有外挡机构18，当安全帽受到一定程度的冲击力，如重物砸向安全帽时，此时安全帽所受到的力传导到施工人员头部，超过一定压力，第一非牛顿液体夹层13和第二非牛顿液体夹层14会受压挤压帽檐四侧的内压孔16和外压孔17，第二非牛顿液体夹层14冲破内挡机构15进入第一非牛顿液体夹层13位置，第一非牛顿液体夹层13受压冲破外挡机构18，将安全帽内液体溅射出，以减小头部所受的冲击力。

弹性伸缩内层10与防刺划纤维外层11之间形成的空腔底壁呈内高外低的倾斜状，倾斜度为45-60°，外压孔17延伸空腔底壁的倾斜度至防刺划纤维外层11外，可以在受撞击、砸击时，使非牛顿液体更为迅速的挤出，第二非牛顿液体夹层14的液体密度大于第一非牛顿液体夹层13的液体密度，利用上下非牛顿液体夹层密度差来使冲击力更好的转移到下部非牛顿液体中。

内挡机构15或外挡机构18为止回蝶片181，非牛顿液体夹层内非牛顿液体压强高于某个数值时，蝶片将打开，或者是刻纹压片182，当非牛顿液体夹层内非牛顿液体压强高于某个数值时，压力将刻纹压片182的刻纹位置冲破。

非牛顿液体为聚氯乙烯、尼龙6、PVS、赛璐珞、橡胶溶液、塑料化纤熔体、剪切增稠液的其中一种。

弹性伸缩内层10的材质为合成橡胶、聚乙烯、聚氨酯中的一种。

鳍状防砸顶层12的材质采用PU、聚乙烯、PVC中的一种。

防刺划纤维外层11采用凯夫拉纤维、碳纤维、轻型铝金属网状织层、木质纤维织层、玻璃钢织层的其中一种。防刺划纤维外层11采用以下步骤制备而成：采用乙醇溶液稀释非牛顿液体，得到稀释混合物；将防刺划纤维完全浸泡在稀释混合物中；防刺划纤维完全浸透后，将防刺划纤维烘干去除乙醇和水分，得到防刺划纤维外层11。

非牛顿液体夹层包括薄膜和包裹在薄膜内部的非牛顿液体。

实施例1

弹性伸缩内层10的材质选用合成橡胶，厚度为3mm，防刺划纤维外层11的材质选用凯夫拉纤维，厚度为5mm，并且采用以下方法制备，将防刺划纤维完全浸泡乙醇溶液稀释的非牛顿液体混合物中，完全浸透后，将防刺划纤维烘干去除乙醇和水分，鳍状防砸顶层12材质选用PVC，厚度为5mm，第一非牛顿液体夹层13和第二非牛顿液体夹层14的厚度均为5mm，非牛顿液体为剪切增稠液，内压孔16的数量为4组，内压孔16直径为2mm，外压孔17分布在安全帽左右和后侧各一组，外压孔17直径为2mm，内挡机构15或外挡机构18均为刻纹压片182。

实施例2

弹性伸缩内层10的材质选用合成橡胶，厚度为3mm，防刺划纤维外层11的材质选用凯夫拉纤维，厚度为5mm，并且采用以下方法制备，将防刺划纤维完全浸泡乙醇溶液稀释的非牛顿液体混合物中，完全浸透后，将防刺划纤维烘干去除乙醇和水分，鳍状防砸顶层12材质选用PVC，厚度为5mm，第一非牛顿液体夹层13和第二非牛顿液体夹层14的厚度均为5mm，非牛顿液体为剪切增稠液，内压孔16的数量为4组，内压孔16直径为2mm，外压孔17分布在安全帽左右和后侧各五组，外压孔17直径为2mm，内挡机构15或外挡机构18均为刻纹压片182。

对比例1

弹性伸缩内层10的材质选用合成橡胶，厚度为3mm，防刺划纤维外层11的材质选用凯夫拉纤维，厚度为5mm，并且采用以下方法制备，将防刺划纤维完全浸泡乙醇溶液稀释的非牛顿液体混合物中，完全浸透后，将防刺划纤维烘干去除乙醇和水分，鳍状防砸顶层12材质选用PVC，厚度为5mm，第一非牛顿液体夹层13和第二非牛顿液体夹层14的厚度均为5mm，非牛顿液体为剪切增稠液，无内压孔16和外压孔17。

对比例2

弹性伸缩内层10的材质选用合成橡胶，厚度为3mm，防刺划纤维外层11的材质选用凯夫拉纤维，厚度为5mm，鳍状防砸顶层12材质选用PVC，厚度为5mm，无非牛顿液体夹层，无内压孔16和外压孔17。

实施例1-2和对比例1-2所制成的安全帽均符合国家标准GBT30041-2013，实施例1-2和对比例1-2安装好相同的帽衬，帽衬距离帽顶5cm空隙，进行相同的浸水处理后，按照国家标准对实施例1-2和对比例1-2进行试验1冲击力吸收性能检测、试验2耐穿刺性能检测；

试验3采用质量为5kg、锤头为半球形、半径48mm、材质为45#钢、外形对称均匀的钢锤，分别自高度1m、3m、5m处垂直安全帽自由落下，观察安全帽是否有变形下陷，外观是否完好，头模是否有下陷。

表1实施例1-2和对比例1-2安全帽重量

注：该重量不包括附件。

表2实施例1-2和对比例1-2试验1结果

表3实施例1-2和对比例1-2试验2结果

表4实施例1-2和对比例1-2试验3结果

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。