一种安全帽外壳及其生产工艺的制作方法

1.本发明涉及安全帽外壳技术领域，具体涉及一种安全帽外壳及其生产工艺。


背景技术：

2.现有的安全帽外壳如各种摩托车或者赛车的头盔，工程头盔等，为了符合人体工程学和使用舒适性，一般采用轻质材料加工成型，轻质材料中以复合纤维纱片特别是纤维加强的热塑性基体材料为主。当通过将热塑性的纤维纱片加工成安全帽外壳时，一般是将纤维纱片布置在头盔壳体成型设备上以形成互相重叠的若干层、加热该多层结构以及在真空下施加压力持续一定的时间，然后执行冷却到允许脱模的温度。
3.现在的成型设备主要包括分成两半的母模和设置在母模中的气袋，当成型安全帽外壳的时候，先把各层纤维纱片依次贴附在母模的内侧，叠放好后，气袋进入母模中，然后往气袋中充气，气袋撑开变大，挤压纤维贴片与母模接触成型。
4.这种生产工艺存在如下缺点：由于复合型纤维材料需要先一小块一小块挨着母模的内壁叠放好后再放入公模袋，因此当公模袋进入时，由于公模袋碰撞的不均匀性造成复合型纤维材料容易受到发生偏移，导致定位不精准，使得安全帽外壳成型率降低，出现缺胶、白点、乱纹、黑线等外观不良，合格率仅有59％～85％造成冗长的返修或报废，成型质量变差。
5.因此，申请号为201910293505.4，专利名称为《一种带刚性插入式实芯公模的薄壁壳体成型模装置》的发明专利申请公开了一种利用刚性实芯公模替代气袋，以在刚性实芯公模上贴附纤维纱片，实现安全帽外壳的成型。但其仍然存在一些不足之处，即：如用于成型如图1所示的安全帽外壳时，由于安全帽外壳的两侧具有隆起端，该类刚性的实芯公模不利于其与产品头盔的分离；同时，其生产合格率仍然有进一步的提升空间。
6.因此，为突破现有制程的瓶颈，仍有必要提出一种安全帽外壳及其生产工艺，以在各类生产条件下都能实现外观良好、合格率高的生产目标。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供一种能有效提升产品外观品质的安全帽外壳及其生产工艺。
8.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
9.一种安全帽外壳，包括：
10.内壳坯体，所述内壳坯体通过内壳模具成型，所述内壳模具的形状与产品一致，尺寸相对于产品整体小0.01
‑
1.5mm，所述内壳坯体相对于产品缺少最外侧1
‑
5层的纤维纱片；
11.外壳，所述外壳通过在所述内壳坯体的外表面上贴附最外侧的1
‑
5层纤维纱片后，在外壳模具中成型，所述外壳模具的尺寸与产品尺寸一致。
12.优选地，所述内壳包括位于其最里层的内衬层，所述内衬层包括若干可沿经线方向联结成半球壳体的半瓣式内衬纱片。
13.优选地，所述内壳包括位于其次外层的防刺层，所述防刺层包括顶圆纱片及圆周分布在所述顶圆纱片的边缘的若干个花瓣式纱片，所述顶圆纱片与所述若干花瓣式纱片联结成半球壳体。
14.优选地，所述内壳坯体及外壳的各层贴片沿圆周形成一对称的定位孔；所述内壳坯体包括位于其最外层的弹性层，所述弹性层包括若干可沿纬线方向联结成半球壳体的全瓣式弹性纱片，各全瓣式弹性纱片的两端汇集点形成有所述定位孔；所述定位孔形成连接束缚带的销孔。
15.本发明还公开了一种安全帽外壳生产工艺，包括：
16.安全帽外壳生产工艺，通过母模内壁与公模/预型气袋的外壁间构成的型腔成型壳体，包括：
17.s1、内壳坯体成型：设计一与产品外形一致，尺寸相对于产品实际尺寸整体内缩0.01
‑
1.5mm的内壳母模，通过该内壳母模成型内壳坯体；相对于产品，所述内壳坯体不贴附最外侧1
‑
5层纤维纱片；
18.s2、对内壳坯体进行表面处理，获得外表面平整的内壳坯体：
19.s3、外壳成型：在处理后的内壳坯体上贴附s1中所预留的1
‑
5层纤维纱片，置入外壳母模以成型外壳，所述外壳母模的尺寸与产品实际尺寸一致；
20.s4、外壳修边获得产品。
21.优选地，s1中，纤维纱片贴附于内壳母模中，贴片完成后置入气袋，袋压成型。
22.优选地，s1中，纤维纱片贴附于刚性公模/预型气袋中，贴片完成后，置入内壳母模中，合模成型。
23.优选地，所述内壳坯体成型过程中，其纤维纱片贴附在刚性公模/预型气袋上，所述公模在其两侧设有对称的一对定位销孔，一对定位销插设在所述定位销孔中；所述内壳坯体的各层设有套设在所述定位销上的定位孔，所述内壳坯体的最外层为弹性层，所述弹性层包括若干可沿纬线方向联结成半球壳体的全瓣式弹性纱片，各全瓣式弹性纱片的两端汇集点形成有所述定位孔；所述外壳的各层设有套设在所述定位销上的定位孔。
24.优选地，所述内壳坯体的次外层还包括防刺层，所述防刺层包括顶圆纱片及圆周分布在所述顶圆纱片的边缘的若干个花瓣式纱片，所述顶圆纱片与所述若干花瓣式纱片联结成半球壳体。
25.优选地，各层中，相邻层的贴片接缝相错。
26.采用上述技术方案后，本发明与背景技术相比，具有如下优点：
27.1、本发明先通过较小的内壳母模成型内壳坯体，继而在内壳坯体上贴附外壳纤维纱片后通过外壳母模成型外壳，如此，一方面减少了单次成型时的层数，缓解了层间移位现象，本身提升了内壳坯体的成型质量，同时，由于外壳是二次成型，能对内壳坯体表面的一些小瑕疵进行遮盖，可大幅提升产品的外观质量及稳定性，大幅提升成品率；
28.2、本发明可适用各种不同的生产条件，如其可通过母模与刚性公模或预型气袋的配合成型；又如，成型其内壳坯体的纱片既可以贴附于内壳母模的内壁上，也可贴附于刚性公模或预型气袋上；再如，成型其内壳坯体的纱片既可以采用热塑性纱片，亦可采用热固性纱片，还可采用干纱片，采用干纱片时，在合模前导入树脂；
29.3、本发明的内壳包括位于其次外层的防刺层，防刺层通过特定的形状联结成半球
壳体，既提升了顶部的防刺能力，又能利用防刺层相对致密的纤维层及相对高的平整度提升内壳坯体的平整度，减少了内壳坯体的修整量；
30.4、本发明的内壳的最外层为弹性层，其通过沿纬线方向联结的纱片将内壳坯体上的各层贴片箍紧在内壳预型气袋上，其纬线方向的箍紧效果要优于相对于经线方向的箍紧效果，有效防止各内壳坯体的贴片在合模时移动；同时，其两端汇集点用于形成定位孔，不仅便于内壳各贴片的箍紧，而且能利用各弹性纱片的多层堆叠汇集形成高强度的用于连接束缚带的销孔。
附图说明
31.图1为一种安全帽外壳成型模具示例图；
32.图2为本发明安全帽外壳示意图；
33.图3为本发明安全帽外壳主要贴片层示意图；
34.图4为本发明内衬层展开示意图；
35.图5为本发明防刺层展开示意图；
36.图6为本发明弹性层展开示意图；
37.图7为本发明工艺流程示意图。
38.附图标记说明：
39.母模a；预型气袋b；成型腔c；
40.内壳坯体1、内衬层11、功能层12、防刺层13、顶圆纱片131、花瓣式纱片132、弹性层14；外壳2；定位孔3。
具体实施方式
41.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
42.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
43.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
44.实施例1
45.请参考图2所示，本发明公开了一种安全帽外壳，其包括内壳坯体1及外壳2。
46.其中，内壳坯体1由内及外依次包括内衬层11、功能层12、防刺层13及弹性层14，各层依次贴附在内壳模具或公模/预型气袋上，通过袋压或模压成型。内壳模具的形状与产品
一致，尺寸相对于产品整体小0.01
‑
1.5mm，内壳坯体相对于产品缺少最外侧1
‑
5层的纤维纱片。
47.请参考图3及图4所示，内衬层11包括若干可沿经线方向联结成半球壳体的半瓣式内衬纱片。相邻的半瓣式内衬纱片间可通过针车方式联结。沿经线方向贴附，易于对中，易于获得平整的帽壳内壁。
48.在内衬层之上贴附功能层12，应当理解，本处功能层12为统称，其可为单层，亦可为多层。其可根据头盔的物性需求灵活设置，即在不同区域贴附不同纤维别乃至不同层数的预浸润好树脂的纤维纱片。功能层中各贴片的形状轮廓可根据需求灵活旋转，如圆形、多边形等等，本发明不做具体限定。其与内侧层的纤维别可为碳纤维、碳纤维布、玻璃纤维、玻璃纤维布、芳香族纤维、芳香族纤维布、玄武沿纤维、立体网状缓冲纤维等等。
49.请参考图3及图5所示，防刺层13贴附在功能层12之上。本实施例中，防刺层13为防刺布，其完整包覆功能层12，其包括顶圆纱片131及圆周分布在顶圆纱片131的边缘的若干个花瓣式纱片132，展开状态下，顶圆纱片131与若干花瓣式纱片132可通过针车方式联结成半球壳体。该种结构与联结方式，有利于提高头盔顶部的防刺能力，同时，防刺层13设置在功能层12之上，一方面为防刺层13的防刺功能提供了必要的纵深，进一步提高了帽壳的防刺可靠性，另一方面，利用防刺层13的相对致密性及平整性，可以对功能层12进行规整，获得更规整的内壳坯体。
50.请参考图3及图6所示，内壳坯体1还包括位于其最外层的弹性层14，弹性层为热熔性弹性纤维网，其包括若干可沿纬线方向联结成半球壳体的全瓣式弹性纱片。展开状态下，相邻全瓣式弹性纱片间通过针车联结，从而具备张紧力。如图6所示，各全瓣式弹性纱片的两端形成定位孔3，如此，由于各全瓣式弹性纱片是沿纬线方向联结为半球壳体，因此，其两端汇集点为同样为定位孔的汇集点，在内壳预型气袋上设置对应的定位销孔，定位销孔中插设定位销，其两端汇集点即可张紧挂置在定位销上，对内壳坯体上的各贴片层进行箍紧。
51.同时，内壳坯体的其他各层纤维纱片，及外壳的各层纤维纱片在对应于两端汇集点处同样形成对应的定位孔3。本实施例中，弹性纱片为6片，因而弹性纱片的两端将有六层汇集，辅以其他各层对应的定位孔，安全帽外壳在该汇集处的强度及厚度要高于其它处，成型后拔除定位销，则定位孔3处即形成安全帽外壳束缚带的可靠销孔。
52.易于理解，若弹性纱片沿经线方向分布，其汇集处无法形成束缚带的销孔，同时，由于安全帽外壳上可能形成各种交错的加强筋，如沿经线方向分布，受此些隆起的加强筋干扰，弹性纱片对各贴片的束缚能力将下降；换言之，弹性纱片沿纬线方向分布，不仅使得加强筋的干扰下降，还巧妙利用其汇集点成型束缚带的销孔。
53.弹性层14的又一作用在于，其可以在最终成型的内壳坯体表面形成网格状分布，易于增强与外壳贴片间的吸附力，使其不因二次热塑而导致粘接力下降。弹性层网眼的大小优选为3
‑
5mm，弹性层14网眼过小，且形成的网格过密，效果不够理想；弹性层14的网眼过大，其弹性下降，且形成的网眼过疏，在外层贴片层数少时，成型面不够圆滑。
54.外壳2通过在内壳坯体1的外表面上贴附1
‑
3层纤维纱片后在外壳模具中成型。外壳模具的尺寸与产品尺寸一致。
55.外壳纤维贴片的纤维别可为碳纤维、碳纤维布、玻璃纤维、玻璃纤维布、芳香族纤维、芳香族纤维布、玄武沿纤维等。
56.应当理解，本发明中，各纤维纱片可为事先浸润树脂的热塑纤维纱片或热固纤维纱片，还可为干纤维纱片，当为干纤维纱片时，在内壳坯体成型及外壳成型过程中，均应导入树脂作为基材。
57.实施例2
58.请参考图7所示，本发明还公开了一种安全帽外壳生产工艺，包括：
59.s1、内壳坯体成型：设计一与产品外形一致，尺寸相对于产品实际尺寸整体小0.01
‑
1.5mm的内壳母模，通过该内壳母模成型内壳坯体；相对于产品，所述内壳坯体不贴附最外侧1
‑
5层纤维纱片；
60.s2、对内壳坯体进行表面处理，获得外表面平整的内壳坯体：
61.s3、外壳成型：在处理后的内壳坯体上贴附s1中所预留的1
‑
5层纤维纱片，置入外壳母模以成型外壳，所述外壳母模的尺寸与产品实际尺寸一致；
62.s4、外壳修边获得产品。
63.s1中，纤维纱片可贴附于内壳母模的内壁上，此种情形下，s1具体为：
64.s11、在内壳母模的内壁的不同区域依据物性需求贴合不同纤维别和不同层数的纤维纱片，预留最外侧1
‑
5层纤维纱片不予贴附(即此时贴附纱片时从第2
‑
6层中的某一层开始贴附，直至贴完内层纱片)；
65.s12、在内壳母模中置入预型气袋后，通过预型气袋加压，通过内壳母模加热，袋压成型内壳坯体。
66.s1中，纤维纱片还可贴附于公模/预型气袋的外壁上，此种情形下，s1具体为：
67.s11、在公模/预型气袋的外壁的不同区域依据物性需求贴合不同纤维别和不同层数的纤维纱片，预留最外侧1
‑
5层纤维纱片不予贴附(即此时贴附纤维纱片时，从内层开始贴附，贴附至最外侧1
‑
5层时，不予贴附)；若采用预型气袋，预型气袋应当具有足够的刚性，使得可以在其上贴附纤维纱片。
68.s12、将贴附好纤维的公模/预型气袋置入内壳母模中，内壳母模合模，抽真空，达到预定真空度后加热(如为预型气袋，还包括预型气袋的加压)，成型外壳。
69.s2、外壳成型：
70.s21、在s2最终获得的内壳坯体表面上依设计需求贴附最后1
‑
5层的纤维，即s11中预留的纤维纱片；
71.s22、将贴合好纤维纱片的内壳预型气袋置入外壳母模中，所述外壳母模的型腔尺寸与产品实际尺寸一致；合模加盖后抽真空；
72.s23、达到预设的真空度后进行加压加热以固化成型，其后高温脱模，获得外壳；
73.s3、外壳修边获得产品。
74.按前述工艺进行样例制作样例，纤维纱片采用热塑纤维纱片，其中样例1
‑
5中，s1的纤维纱片贴附在内壳母模的内壁上，样例6
‑
10中，s1的纤维纱片贴附在预型气袋上。
[0075][0076][0077]
试制结果：按样例1
‑
10分别生产产品100只，其整体检测结果如下：
[0078][0079]
其中，样例1
‑
5的对比例为贴附在母模内腔内，样例6
‑
10的对比例为贴附在预型气袋上。可见，本发明复式生产工艺相对于传统非复式生产工艺，其合格率有了显著的提高。
[0080]
应当理解，前述样例1
‑
10采用热塑性纤维纱片复合成型，但其不代表本发明只适用于热塑性纤维纱片，本发明同样适用于热固性纤维纱片(为热固性纤维纱片时，在复合内壳坯体与外壳时需加入胶或树脂)及未浸润树脂的干纱片(为干纱片时，需注入树脂)。
[0081]
作为本发明的一个持续改进，以尽可能降低合模时纤维贴片的偏移现象，从根源上降低不良风险，进一步提升内壳坯体的平整度，本发明在内壳预型气袋的两侧设有对称的一对定位销孔，一对定位销插设在定位销孔中；内壳坯体的各层设有套设在所述定位销上的定位孔，内壳坯体的最外层为弹性层，弹性层包括若干可沿纬线方向联结成半球壳体的全瓣式弹性纱片，相邻的全瓣式弹性纱片通过针车联结，各全瓣式弹性纱片的两端汇集点形成有所述定位孔；外壳的各层设有套设在定位销上的定位孔。
[0082]
如此，在完成内壳坯体功能层贴片后，弹性层能对功能层进行束缚，使得功能层的各贴片不易偏移，通过该结构工艺，参照前述样例试制方式，其合计合格率可提升到97.1％。同时，其按纬线方向联结，能更好地将各贴片箍紧，不因安全帽外壳顶部的局部凸缘而导致箍紧失效，且按纬线方向联结，其两端汇集点在壳体的两侧，通过定位销作为其汇集点的受力件，能汇集出一个局部的强度加强处，该处对应定位销的定位孔修孔后可作为
安全帽外壳束缚带的连接销孔。
[0083]
且同时，由于弹性层为网状结构，其提升了二次复合时内壳坯体与外壳间的剥离力。
[0084]
作为对本发明的又一持续改进，内壳坯体的次外层还包括防刺层，所述防刺层包括顶圆纱片及圆周分布在顶圆的边缘的若干个花瓣式纱片，顶圆纱片与若干花瓣式纱片联结成半球壳体。利用防刺层相对致密与平整，在弹性层的配合下，使得内壳坯体表面更加平整，参照前述样例试制方式，其合计合格率可提升到97.9％。
[0085]
易于理解，为确保整体强度相对均一，防止接缝过渡集中，各层中，相邻层的贴片接缝相错。各之间的层间界面采用粘合剂粘接，所述粘合剂包括丙烯酸树脂、环氧树脂、酚醛树脂中的任意一种。
[0086]
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
[0087]
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。