劉西文 楊中文

(湖南科技職業(yè)學(xué)院 長沙 410118)

夜光高抗沖復(fù)合材料安全帽外殼的研制

劉西文 楊中文

(湖南科技職業(yè)學(xué)院 長沙 410118)

本文介紹了一種新型夜光高強(qiáng)玻璃鋼安全帽殼的研制，對帽殼的結(jié)構(gòu)、樹脂液的配方、工藝過程及產(chǎn)品性能進(jìn)行了討論，生產(chǎn)的玻璃鋼安全帽殼制成安全帽后其性能達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)GB2811-07要求，特別是其夜光性能提高了其在暗處及夜晚使用的安全性。

復(fù)合材料；安全帽；夜光；手糊成型

目前，國內(nèi)用于制造安全帽殼的材料有高密度聚乙烯(HDPE)、ABS、聚碳酸酯(PC)、增韌改性聚丙烯、玻纖增強(qiáng)聚丙烯、聚酯玻璃鋼等。帽襯材料主要是:低密度聚乙烯(LDPE)、HDPE/LDPE共混材料等。無論什么類型的安全帽殼，都必須使安全帽的設(shè)計(jì)符合使用要求，其中最重要的是保護(hù)使用者頭部不受傷害，佩戴舒適。玻璃鋼安全帽具有絕緣、耐酸堿、耐高溫、耐低溫、防靜電、抗沖擊、阻燃及不易老化等優(yōu)點(diǎn)，所以近幾年來用聚酯玻璃鋼制作安全帽發(fā)展很快，年產(chǎn)約200萬頂，在建筑、交通、電力及礦業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮了重要的安全保護(hù)作用，為了提高此類安全帽在夜間作業(yè)及暗處使用的安全性，我們在原生產(chǎn)的玻璃鋼安全帽的基礎(chǔ)上開發(fā)了一種新型夜光玻璃鋼安全帽，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益。

1 安全帽帽殼的設(shè)計(jì)

根據(jù)人機(jī)工程學(xué)原理，模擬人頭受力可知：人頭形的幾何形狀有較好抗沖擊效果。依據(jù)GB2428-89《中國成年人頭型系列》，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(shí)傷害頭部，典型安全帽結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

2 原材料及配方

不飽和聚酯（196）：常州市華潤復(fù)合材料有限公司，引發(fā)劑（MEKP-Ⅱ）：宜興市宏達(dá)塑料化工有限公司，促進(jìn)劑：環(huán)烷酸鈷溶液(鈷含量為1%)，功能填料：自制，夜光劑（PLO-7B）：大連路明發(fā)光科技股份有限公司，偶聯(lián)劑（SiLink硅烷類）：南京能德化工有限公司，增韌劑（聚硫橡膠）：上海滬澄橡膠化工有限公司，增強(qiáng)材料（0.18~0.4mm中堿方格玻璃布）：基本配方如表1所示。

3 成型工藝

不飽和聚酯玻璃鋼安全帽的生產(chǎn)可采用多種工藝，主要有模壓、注射、噴射、手糊等工藝方法[1]，在試制過程中我們采用的是手糊工藝，其工藝過程如圖2所示

將不飽和聚酯樹脂、引發(fā)劑、促進(jìn)劑、功能填料、著色劑、夜光劑（PLO-7B）投入反應(yīng)釜內(nèi)，攪拌后放入稠化劑，然后將增強(qiáng)材料用反應(yīng)液進(jìn)行浸漬，按GB2811-2007對安全帽重量的規(guī)定進(jìn)行定量鋪層設(shè)計(jì)。為提高防穿刺性能，在帽殼頂Φ120范圍多鋪一層0.4mm方格布。在壓機(jī)上進(jìn)行模壓成型，固化在60℃烘箱中處理3~5h。按樣模劃線，進(jìn)行機(jī)加工，最后得到制品。

4 玻璃鋼安全帽殼性能及分析

應(yīng)用安全帽的國家標(biāo)準(zhǔn)GB2811-07對產(chǎn)品性能進(jìn)行測試，測試結(jié)果如表2：

從測試結(jié)果可以看出，按照基本配方及成型工藝制出的安全帽外殼性能完全達(dá)到了GB2811-07的性能要求，而且在黑暗處發(fā)光在12小時(shí)以上，完全滿足使用要求。

從安全帽殼的主要性能來看，是要是沖擊性能、耐穿剌性能、阻燃性能、側(cè)壓剛性、夜光性、抗靜電性及外觀質(zhì)量，沖擊性能的測試是用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。所以在配方中選用韌性好、強(qiáng)度高的196不飽和聚酯樹脂，引發(fā)劑用MEKP-Ⅱ，并在配方中加入聚硫橡膠作為增韌劑以提高其抗沖擊性能。另外采用自制的功能填料，對提高抗沖擊性能也有一定作用[2-3]。另外，從安全帽殼的結(jié)構(gòu)來看，帽殼形狀呈等高度流線狀，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(shí)，沖量被分解，作用到帽殼上的沖量減少。耐穿刺性能的測試是用重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[4]。從生產(chǎn)實(shí)踐來看，沖擊性能達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)的的安全帽，其耐穿剌性能一般也較好，在成型時(shí)，帽殼的頂部Φ120mm范圍內(nèi)多鋪一層0.4方格玻纖布以提高在此部位的耐穿剌性能[5]，并在配方中加入增韌劑及功能填料，以更好地保證其耐穿刺性。安全帽的側(cè)壓剛性是在安全帽側(cè)向加載424N壓力時(shí),帽殼側(cè)向變形不大于40mm,卸壓后，殘余變形小于15mm。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及性能好的增強(qiáng)材料，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。

玻璃鋼安全帽的阻燃性能測試是將70號(hào)汽油裝入2kg汽油噴燈，燃燒帽體10s，移開火焰，帽體應(yīng)在5內(nèi)自熄(帽殼燃點(diǎn)溫度為790±40℃)，試驗(yàn)的環(huán)境10~30℃[6-7]。為了使安全帽殼達(dá)到阻燃的要求，在配方中的功能填料中加有氯化石蠟化石蠟(含氯量為70%)及三氧化二銻，實(shí)踐證明通過功能填料中加入阻燃劑，然后用功能填料填充到不飽和聚酯樹脂中，可以使其安全帽的阻燃性達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)?？轨o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1×109歐。主要是在功能填料中加入適量的抗靜電劑，降低其表面電阻，從而起到抗靜電的作用。

安全帽的夜光性是該產(chǎn)品創(chuàng)新點(diǎn)所在，該產(chǎn)品是在普通玻璃鋼安全帽的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的，在不飽和聚酯膠液中加入長余輝發(fā)助劑，該助劑具有在陽光照或白熾燈光的照射下能吸收光能，在黑暗狀態(tài)下能將吸收的光收以輝光的形式發(fā)射出來，從而保證在暗處安全帽能發(fā)出夜光。采用大連路明發(fā)光科技股份有限公司生產(chǎn)的夜光劑（PLO-7B）試制出來的安全帽黑暗處發(fā)光超過12小時(shí)，完全滿足用戶要求。

外觀質(zhì)量要求外表不應(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)；制品周邊不允許有毛刺、脫膠分層；內(nèi)表面平整,不允許浸漬不良、分層、毛剌、缺損。

結(jié)論

通過原材料的選擇進(jìn)行合理的配方，采用手糊工藝可以制得具有夜光性能的玻璃鋼安全帽，發(fā)光時(shí)間超過12小明，其它性能達(dá)到或超過安全帽生產(chǎn)的國家標(biāo)準(zhǔn)（GB2811-07），該安全帽在交通、建筑、礦業(yè)及電力工業(yè)上有著廣泛的用途，對提高操作人員在暗處作業(yè)及夜晚作業(yè)的安全性起到很好的作用。

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余林 徐永東等樹脂液相浸漬法制備3D針刺碳/碳預(yù)制體影響因素研究[J]，玻璃鋼/復(fù)合材料，2007：（4）：32-36

Research and manufacture of luminous high impact composite material safety helmet shell

Liu Xiwen Yang Zhongwen
(Hunan vocational college of science & technology Changsha 410118 )

a new kind of luminous GRP safety helmet shell were researched.It’s structure and resin liquid and produced technique and properties wad discussed.the properties of helmet made of the shell get up to the GB2811-07, especially it’s luminous property can improve the safety in use in the dark and evening.

Composite material；Safety helmet；Luminous；Handlay-up

湖南省科技廳支助項(xiàng)目：項(xiàng)目編號(hào)2010GK3142

劉西文，女，漢族，1966年出生，高級實(shí)驗(yàn)師，湖南科技職業(yè)學(xué)院從事塑料加工技術(shù)教學(xué)與科研工作。