夜光高抗沖復合材料安全帽外殼的研制

劉西文 楊中文

(湖南科技職業學院 長沙 410118)

夜光高抗沖復合材料安全帽外殼的研制

劉西文 楊中文

(湖南科技職業學院 長沙 410118)

本文介紹了一種新型夜光高強玻璃鋼安全帽殼的研制，對帽殼的結構、樹脂液的配方、工藝過程及產品性能進行了討論，生產的玻璃鋼安全帽殼制成安全帽后其性能達到國家標準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。

復合材料；安全帽；夜光；手糊成型

目前，國內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計符合使用要求，其中最重要的是保護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點，所以近幾年來用聚酯玻璃鋼制作安全帽發展很快，年產約200萬頂，在建筑、交通、電力及礦業生產中發揮了重要的安全保護作用，為了提高此類安全帽在夜間作業及暗處使用的安全性，我們在原生產的玻璃鋼安全帽的基礎上開發了一種新型夜光玻璃鋼安全帽，取得了較好的經濟效益及社會效益。

1 安全帽帽殼的設計

根據人機工程學原理，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GB2428-89《中國成年人頭型系列》，帽殼形狀應呈圓形或橢圓形，內徑長195~250mm，寬170~220mm，高120~150mm，帽殼留有透氣孔以散熱，其大小應根據帽殼強度綜合考慮，電工安全帽不允許有透氣孔，帽殼顏色應鮮明，帽殼內突出物不超過5mm，周圍有軟墊，以防沖擊壓縮變形時傷害頭部，典型安全帽結構示意圖如圖1所示。

2 原材料及配方

不飽和聚酯（196）：常州市華潤復合材料有限公司，引發劑（MEKP-Ⅱ）：宜興市宏達塑料化工有限公司，促進劑：環烷酸鈷溶液(鈷含量為1%)，功能填料：自制，夜光劑（PLO-7B）：大連路明發光科技股份有限公司，偶聯劑（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、引發劑、促進劑、功能填料、著色劑、夜光劑（PLO-7B）投入反應釜內，攪拌后放入稠化劑，然后將增強材料用反應液進行浸漬，按GB2811-2007對安全帽重量的規定進行定量鋪層設計。為提高防穿刺性能，在帽殼頂Φ120范圍多鋪一層0.4mm方格布。在壓機上進行模壓成型，固化在60℃烘箱中處理3~5h。按樣模劃線，進行機加工，最后得到制品。

4 玻璃鋼安全帽殼性能及分析

應用安全帽的國家標準GB2811-07對產品性能進行測試，測試結果如表2：

從測試結果可以看出，按照基本配方及成型工藝制出的安全帽外殼性能完全達到了GB2811-07的性能要求，而且在黑暗處發光在12小時以上，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、側壓剛性、夜光性、抗靜電性及外觀質量，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，帽內頭模受沖擊力應不大于4900N,帽殼不允許出現大于50mm的大裂紋，帶栓繩不允許拉斷。所以在配方中選用韌性好、強度高的196不飽和聚酯樹脂，引發劑用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，從安全帽殼的結構來看，帽殼形狀呈等高度流線狀，而且表面光滑，當飛來物或墜落物砸在帽殼上向側向滑去時，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，鋼錐不應與頭模接觸[4]。從生產實踐來看，沖擊性能達到國家標準的的安全帽，其耐穿剌性能一般也較好，在成型時，帽殼的頂部Φ120mm范圍內多鋪一層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。安全帽的側壓剛性是在安全帽側向加載424N壓力時,帽殼側向變形不大于40mm,卸壓后，殘余變形小于15mm。要想滿足玻璃鋼安全帽的側向剛性要求，就只有選擇剛度高的樹脂及性能好的增強材料，并且在不影響帽殼總重的情況下，在帽殼的周邊采取補強措施。

玻璃鋼安全帽的阻燃性能測試是將70號汽油裝入2kg汽油噴燈，燃燒帽體10s，移開火焰，帽體應在5內自熄(帽殼燃點溫度為790±40℃)，試驗的環境10~30℃[6-7]。為了使安全帽殼達到阻燃的要求，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到國家標準。抗靜電性能按GB2812-89標準的測試方法,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品創新點所在，該產品是在普通玻璃鋼安全帽的基礎上開發出來的，在不飽和聚酯膠液中加入長余輝發助劑，該助劑具有在陽光照或白熾燈光的照射下能吸收光能，在黑暗狀態下能將吸收的光收以輝光的形式發射出來，從而保證在暗處安全帽能發出夜光。采用大連路明發光科技股份有限公司生產的夜光劑（PLO-7B）試制出來的安全帽黑暗處發光超過12小時，完全滿足用戶要求。

外觀質量要求外表不應有微泡、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；制品周邊不允許有毛刺、脫膠分層；內表面平整,不允許浸漬不良、分層、毛剌、缺損。

結論

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

李國萊，合成樹脂及玻璃鋼[M]，化學工業出版社，1991：39-46

于桂賢，袁紹暇，發光材料的研制及應用[J]，化工新型材料，2002：29(6)：1

王瀾，覃瑛瑛，塑料發光材料的研究[J]，上海塑料，2005：129（3）：22-25

丁茂林，玻璃鋼安全帽的研制[J]，玻璃鋼/復合材料，1999：（1）：30-32

白俠，李輔安等，纖維單向纏繞成型錐形殼體的研究[J]，玻璃鋼/復合材料，2007：（5）：36-38

李敏 張寶艷不對稱鋪層復合材料變形規律的實驗研究[J]，玻璃鋼/復合材料，2006：（5）：37-39

余林 徐永東等樹脂液相浸漬法制備3D針刺碳/碳預制體影響因素研究[J]，玻璃鋼/復合材料，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目：項目編號2010GK3142

劉西文，女，漢族，1966年出生，高級實驗師，湖南科技職業學院從事塑料加工技術教學與科研工作。