[发明专利]一种自行车安全头盔用发泡复合材料及制备方法

说明书

本发明属于头盔功能材料领域，具体涉及一种自行车安全头盔用发泡复合材料及制备方法。本发明将二氧化硅湿凝胶、聚醚、阿拉伯树胶粉形成的预混物分散在预反应的聚氨酯低聚物中，聚醚与低聚物进一步发泡反应，同时将湿凝胶、阿拉伯树胶均匀的分散在聚氨酯泡沫中，通过浸入聚乙二醇600吸附后，在聚氨酯泡沫中形成均匀的由二氧化硅、阿拉伯树胶、聚乙二醇600形成的非牛顿流体；该发泡材料使用时在平常具有良好的柔软性和缓冲性赋予良好的舒适感，但在遭受剧烈碰撞时，由于受快速冲击，复合发泡材料中的有二氧化硅、阿拉伯树胶、聚乙二醇600形成的非牛顿流体快速集聚由柔软变硬，从而使得头盔不易碎裂和刺穿，保护头部受伤。

技术领域

本发明属于头盔功能材料领域，具体涉及一种自行车安全头盔用发泡复合材料及制备方法。

背景技术

头盔是以塑料为主要材质的头部保护装置，主要是由外壳、衬里以及悬挂装置等三个部分组成。头盔在建筑行业、采矿挖掘领域、体育运动领域广泛的被使用。特别是在骑行领域，如自行车骑行中，要求头盔轻而坚硬。既要求外壳和缓冲层来保护头部，又需要轻便舒适的感觉。目前头盔外壳材质一般分为ABS工程塑料、PC+ABS复合材料、玻璃钢、碳纤维等，要求材料具有优异的耐热耐候性、极佳的稳定性以及耐磨、耐冲击性能。

缓冲层贴于外壳内部，主要功能是吸收外来的冲击力。缓冲层主要采用白色的发泡苯乙烯材料、发泡聚氨酯。但由于缓冲层采用泡沫材料，其强度、耐挤压性较差。在实际使用时，由于泡沫体被压缩的变形距离有限，在较大的冲击力作用下，其所形成的缓冲效果并不理想。另外就是泡沫体一般刚度偏小，不利于冲击力的分散和传播，使得冲击力过度集中，戴用者头部仍然有受伤的危险。一旦发生剧烈的碰撞，碎裂的外壳造成缓冲层刺穿，严重影响头部安全。为了提升头盔的安全性能，目前采用加厚外壳来进行改进。然而，对于加厚的头盔会增加重量，使骑行舒适感大大降低。也有通过增加缓冲层厚度来提升头盔安全性，但过厚的缓冲层会使得头盔体积增大，显的笨拙。

因此，开发新型的缓冲材料对提高头盔舒适性和安全性尤为重要。现有技术已公开在外壳与内衬发泡体缓冲层间贴附一层气泡垫，来辅助增加缓冲效果。但气泡垫容易破裂，失去缓冲吸收效果。非牛顿流体作为一种介于固体和液体的材料，在头盔安全防护方面具有重要的价值。技术报道：英国D3O公司研发了一种新型凝胶材料，具有液体和固体物质的双重特性的非牛顿流体。其在轻轻揉捏时为很软、柔韧的胶质物，但当强烈撞击时会在瞬间变得很硬。这种凝胶可以用在各种头盔上。只为进一步开拓头盔安全性和舒适性提供了技术思路。

但如何将非牛顿流体合理的用于头盔目前报道较少。由于非牛顿流体特殊的性质，其单独使用存在析出、渗漏等问题，即使做成凝胶体，如何与现有头盔缓冲层良好的结合均存在问题。

发明内容

为了提升自行车头盔材料的向安全性和舒适性，本发明提出一种自行车安全头盔用发泡复合材料及制备方法，通过将复合的非牛顿流体置于发泡聚氨酯，使其间距柔软缓冲性和剧烈碰撞时的硬化保护效果。将该材料贴于头盔外壳与缓冲层之间，在剧烈撞击剪切作用下发生快速聚集，由软变硬，吸收撞击能，并能够防止强烈撞击时的刺穿、挤压等，有效保护头部。

本发明为实现上述目的，采用以下技术方案来实现：

一种自行车安全头盔用发泡复合材料的制备方法，其关键的特征是：具体制备方法如下：

(1)将正硅酸乙酯加入反应釜，然后加入水和乙醇，在搅拌时加入氢氟酸，调整溶液的pH值为3-4，搅拌至正硅酸乙酯完全水解后，过滤，得到湿凝胶，然后加入聚醚、阿拉伯树胶粉得到预混物；

(2)将聚醚和异氰酸酯预反应，形成末端带有异氰酸酯的低聚物；然后加入步骤(1)得到的预混物、催化剂和表面活性剂搅拌均匀迅速加入厚度为5-10mm 的板状模具发泡定型；

(3)将步骤(2)得到的发泡材料干燥，浸入熔化的聚乙二醇600，吸附聚乙二醇600后冷却，得到一种自行车安全头盔用发泡复合材料。