技术领域
[0001] 本
发明涉及一种安全帽，特别涉及一种连续
碳纤维增强热塑性
复合材料的安全帽及该安全帽的制备方法。
背景技术
[0002] 在建筑、矿井等作业现场，容易出现高空坠物对人体头部造成伤害，安全帽是施工过程中一种必备的劳动保护设施。安全帽需要抵抗外部的撞击，因此要求安全帽材料具有良好的抗冲击性能、抗穿刺性能和刚性。
[0003] 对于建筑行业来说，对安全帽的要求相对来说并不是很高，但对于矿井作业而言，由于工作环境更加恶劣和特殊，矿井空间狭小，让人压抑，所以要求安全帽除了机械性能外，还要求良好的舒适性和轻便。另外，由于矿井下面粉尘太大，灰尘堆积容易产生静电，造成火花，从而带来灾难，比如
煤矿经常发生瓦斯爆炸。因此，还要求安全帽材料具备阻燃和抗静电性能。
[0004] 因此一款好的安全帽需要同时具备良好的抗冲击性能、抗穿刺性能和刚性、轻便舒适、抗静电和阻燃。
[0005] 目前常规的安全帽材料有ABS、FRP等材料，但是都存在一些问题。比如ABS材料，相比其他高分子材料，ABS材料具有易成型加工、良好的刚性和冲击性能，通过塑料改性技术，也可以赋予ABS材料抗静电性能，但是其刚性和冲击性能还不够高，导致ABS壳体厚度较大，ABS壳体重量还是偏大。FRP材料采用玻璃纤维和热固性
树脂复合材料经过手糊、模压等成型工艺成型，重量大，舒适性差。
发明内容
[0006] 为了解决
现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种安全帽及其制备方法。
[0007] 本发明的技术方案如下：
[0008] 一种安全帽，包括
外壳、内壳和发泡芯层，所述的外壳和所述的内壳均为活化阻燃连续
碳纤维增强热塑性复合材料，所述的发泡芯层为聚
氨酯
泡沫、聚苯乙烯泡沫或聚丙烯泡沫中的一种或几种。
[0009] 在本发明的一
实施例，所述的活化阻燃连续碳纤维增强热塑性复合材料为连续单向预浸带0/90
层压片材或碳纤维织物片材。如聚丙烯
薄膜与碳纤维编织布层压得到的片材。
[0010] 在本发明的一实施例，所述的活化阻燃连续碳纤维增强热塑性复合材料为在阻燃连续碳纤维增强热塑性复合材料的表面热熔复合一层极性薄膜、
无纺布或者采用PP
水处理表面。如在该复合材料的表面可选择性地在一面或者两面贴覆极性薄膜，极性薄膜可以为聚丙烯接枝
马来酸酐薄膜、尼龙/聚丙烯改性薄膜或者其他带有极性基团的薄膜。
[0011] 在本发明的一实施例，所述的阻燃连续碳纤维增强热塑性复合材料中的热塑性树脂基体包括由以下重量份的原料制得：
[0013] 无卤阻燃剂 20～40
[0014] 加工助剂 3～10。
[0015] 在本发明的一实施例，所述的聚烯烃树脂为聚丙烯。
[0016] 在本发明的一实施例，所述的无卤阻燃剂为氮-磷系阻燃剂。
[0017] 在本发明的一实施例，所述的加工助剂包括相容剂、抗
氧剂。
[0018] 本发明还公开了一种上述的安全帽的制备方法，包括以下步骤：
[0019] (1)将活化阻燃连续碳纤维增强热塑性复合材料加热
软化，然后放置并固定在内、外壳成型模具中，通过模压成型技术压出半球型内壳体和带帽沿的半球形状外壳体；
[0020] (2)将发泡树脂注入半球形发泡模具中，预制半球形发泡芯层；
[0021] (3)在步骤(1)中制备的内壳体外
侧壁、外壳体内侧壁涂覆聚氨酯胶，与步骤(2)中的发泡芯层复合在一起；
[0022] (4)将步骤(3)中内壳体、外壳体和发泡芯层
复合体放入
固化模具中固化定型，最终制得安全帽。
[0023] 在本发明的一实施例，步骤(1)中所述的活化阻燃连续碳纤维增强热塑性复合材料的厚度为1～3mm。
[0024] 在本发明的一实施例，步骤(1)中壳体成型模具表面
温度控制在室温～120℃。
[0025] 在本发明的一实施例，步骤(4)中固化模具表面包覆
硅橡胶。
[0026] 与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
[0027] 本发明的安全帽由于其外壳和内壳均为活化阻燃连续碳纤维增强热塑性复合材料，该活化阻燃连续碳纤维增强热塑性复合材料的纤维为连续结构，因此，相比于现有的普通塑料和热固性材料，制得的安全帽具有优异的强度、模量和冲击韧性，同时，也正因连续碳纤维增强热塑性复合材料强度非常高，只需要较薄的厚度就能满足使用要求，加上壳体的泡沫结构，使得整个安全帽重量非常轻，穿戴舒适度高；
[0028] 本发明还对连续碳纤维增强热塑性复合材料进行了活化处理，克服了原聚丙烯材料的表面惰性，使得其与发泡材料之间具有良好的粘结效果；
[0029] 尤为明显地，连续碳纤维增强热塑性复合材料中碳纤维横纵交错，在树脂基体中形成一个良好的导
电网络，使得安全帽具备良好的抗静电性能，特别适合于矿井下使用。
附图说明
[0030] 图1为本发明实施例的安全帽截面图；
[0031] 图2为实施例的内壳模压模具；
[0032] 图3为实施例的外壳模压模具；
[0033] 图4为实施例的安全帽整体固化模具。
[0034] 图中标记：1-连续碳纤维增强热塑性复合材料外壳；2-发泡芯层；3-连续碳纤维增强热塑性复合材料内壳；4-内壳成型上模具；5-内壳成型下模具；6-外壳成型上模具；7-外壳成型下模具；8-固化模具上模；9-固化模具下模；10为内壳体、外壳体和发泡芯层复合体。
具体实施方式
[0035] 下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应该理解，这些实施例仅用于说明本发明，而不用于限定本发明的保护范围。在实际应用中本领域技术人员根据本发明做出的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
[0036] 实施例1
[0037] 参见图1～4，本实施例的一种安全帽，其包括外壳1、内壳3和发泡芯层2，所述外壳1和内壳3均为活化阻燃连续碳纤维增强聚丙烯复合材料。所述的发泡芯层2为聚氨酯发泡树脂。
[0038] 所述的复合材料为连续单向预浸带0/90层压得到的片材，厚度为1.5mm。在该复合材料表面的一侧贴覆聚丙烯接枝马来酸酐极性薄膜。
[0039] 所述的阻燃连续碳纤维增强热塑性复合材料中的热塑性树脂基体包括由以下重量份的原料制得：
[0040] 聚丙烯62份、无卤阻燃剂30份、加工助剂8份。
[0041] 该安全帽的制备方法，包括以下步骤：
[0042] (1)将连续碳纤维增强聚丙烯复合材料放置在烘箱中200℃加热2分钟，材料软化后，放置并固定在内、外壳成型模具中，内壳成型上模具4和内壳成型下模具5温度设置为70℃，模压得到半球型内壳体3；外壳成型上模具6和外壳成型下模具7温度设置为90℃，模压得到带帽沿的半球形状外壳体1。
[0043] (2)将聚氨酯发泡树脂注入半球形发泡模具中，预制半球形泡沫芯层2。
[0044] (3)在步骤(1)中制备的内壳体3外侧壁、外壳体1内侧壁涂覆聚氨酯胶，与步骤(2)中的泡沫芯层2复合在一起。
[0045] (4)将步骤(3)中内壳体、外壳体和泡沫芯层复合体10放入固化模具中室温固化，最终得到所需安全帽产品。通过固化模具上模8和下模9的
挤压作用，可以使内壳体3、外壳体1和泡沫芯层2粘的更加牢固。在固化模具上模8和下模9上包覆硅橡胶层后效果更佳。
[0046] 实施例2
[0047] 参见图1～4，本实施例的一种安全帽，其包括外壳1、内壳3和发泡芯层2，所述外壳1和内壳3均为活化阻燃连续碳纤维增强聚丙烯复合材料。所述的发泡芯层2为聚苯乙烯发泡树脂。
[0048] 所述的复合材料为连续单向预浸带0/90层压得到的片材，厚度为3.0mm。在该复合材料表面的一侧贴覆无纺布。
[0049] 所述的阻燃连续碳纤维增强热塑性复合材料中的热塑性树脂基体包括由以下重量份的原料制得：
[0050] 聚丙烯77份、无卤阻燃剂20份、加工助剂3份。
[0051] 该安全帽的制备方法，包括以下步骤：
[0052] (1)将连续碳纤维增强聚丙烯复合材料放置在烘箱中200℃加热2分钟，材料软化后，放置并固定在内、外壳成型模具中，内壳成型上模具4和内壳成型下模具5温度设置为70℃，模压得到半球型内壳体3；外壳成型上模具6和外壳成型下模具7温度设置为90℃，模压得到带帽沿的半球形状外壳体1。
[0053] (2)将聚苯乙烯树脂放入半球形发泡模具中，预制半球形泡沫芯层2。
[0054] (3)在步骤(1)中制备的内壳体3外侧壁、外壳体1内侧壁涂覆聚氨酯胶，与步骤(2)中的泡沫芯层2复合在一起。
[0055] (4)将步骤(3)中内壳体、外壳体和泡沫芯层复合体10放入固化模具中室温固化，最终得到所需安全帽产品。通过固化模具上模8和下模9的挤压作用，可以使内壳体3、外壳体1和泡沫芯层2粘的更加牢固。在固化模具上模8和下模9上包覆硅橡胶层后效果更佳。
[0056] 实施例3
[0057] 参见图1～4，本实施例的一种安全帽，其包括外壳1、内壳3和发泡芯层2，所述外壳1和内壳3均为活化阻燃连续碳纤维增强聚丙烯复合材料。所述的发泡芯层2为聚丙烯发泡树脂。
[0058] 所述的复合材料为连续单向预浸带0/90层压得到的片材，厚度为1.0mm。在该复合材料表面的一侧贴覆无纺布。
[0059] 所述的阻燃连续碳纤维增强热塑性复合材料中的热塑性树脂基体包括由以下重量份的原料制得：
[0060] 聚丙烯50份、无卤阻燃剂40份、加工助剂10份。
[0061] 该安全帽的制备方法，包括以下步骤：
[0062] (1)将连续碳纤维增强聚丙烯复合材料放置在烘箱中200℃加热2分钟，材料软化后，放置并固定在内、外壳成型模具中，内壳成型上模具4和内壳成型下模具5温度设置为70℃，模压得到半球型内壳体3；外壳成型上模具6和外壳成型下模具7温度设置为90℃，模压得到带帽沿的半球形状外壳体1。
[0063] (2)将聚苯乙烯树脂放入半球形发泡模具中，预制半球形泡沫芯层2。
[0064] (3)在步骤(1)中制备的内壳体3外侧壁、外壳体1内侧壁涂覆聚氨酯胶，与步骤(2)中的泡沫芯层2复合在一起。
[0065] (4)将步骤(3)中内壳体、外壳体和泡沫芯层复合体10放入固化模具中室温固化，最终得到所需安全帽产品。通过固化模具上模8和下模9的挤压作用，可以使内壳体3、外壳体1和泡沫芯层2粘的更加牢固。在固化模具上模8和下模9上包覆硅橡胶层后效果更佳。本发明的安全帽由于其外壳和内壳均为活化阻燃连续碳纤维增强热塑性复合材料，该活化阻燃连续碳纤维增强热塑性复合材料的纤维为连续结构，因此，相比于现有的普通塑料和热固性材料，制得的安全帽具有优异的强度、模量和冲击韧性，同时，也正因连续碳纤维增强热塑性复合材料强度非常高，只需要较薄的厚度就能满足使用要求，加上壳体的泡沫结构，使得整个安全帽重量非常轻，穿戴舒适度高；
[0066] 本发明还对连续碳纤维增强热塑性复合材料进行了活化处理，克服了原聚丙烯材料的表面惰性，使得其与发泡材料之间具有良好的粘结效果；
[0067] 尤为明显地，连续碳纤维增强热塑性复合材料中碳纤维横纵交错，在树脂基体中形成一个良好的导电网络，使得安全帽具备良好的抗静电性能，特别适合于矿井下使用。
[0068] 以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本
说明书的内容，可作很多的
修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受
权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
