安全帽的成型设计

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一． 安全帽形状及性能要求 形状规格要求

安全帽是防止冲击物伤害头部的防护用品。由帽壳、帽衬、下颊带和后箍组成。帽壳呈半球形，坚固、光滑并有一定弹性，打击物的冲击和穿刺动能主要由帽壳承受。帽壳和帽衬之间留有一定空间，可缓冲、分散瞬时冲击力，从而避免或减轻对头部的直接伤害。帽壳形状应呈圆形或椭圆形，内径长195~250mm，宽170~220mm，高120~150mm，帽壳留有透气孔以散热，其大小应根据帽壳强度综合考虑，电工安全帽不允许有透气孔，帽壳颜色应鲜明，帽壳内突出物不超过5mm，周围有软垫，以防冲击压缩变形时伤害头部。 性能要求 冲击吸性性能、耐穿刺性能、侧向刚性、电绝缘性、抗静电性能、阻燃性是对安全帽的基本技术性能的要求。品质好的安全帽透气性良好、轻型、危险系数低。 国 别 冲击吸收性能 能 5kg锤 中国 GB2811 1m高冲击吸收4900N，加速度<100g 3kg锥体1m高穿刺不触及头模 高温+50℃ ±2℃ 低温-10℃±2℃ 抗刺穿性环境温度 能 50~60Hz 1200V; 1min泄漏电流< 下最大变形<43mm，残余变形<15mm 5s自灭 普通≤430g 防寒≤600g ≤50mm 5mm~20mm 电绝缘性侧向刚性 耐燃性 重 量 距 垂直间水平间距 安全帽能承受压力的三种原理： 1．缓冲减震作用：帽壳与帽衬之间有25~50mm的间隙，当物体打击安全帽时，帽壳不因受力变形而直接影响到头顶部。

2．分散应力作用：帽壳为椭圆形或半球形，表面光滑，当物体坠落在帽壳上时，物体不能停留立即滑落；而且帽壳受打击点的承受的力向周围传递，通过帽衬缓冲减少的力可达2/3以上，其余的力经帽衬的整个面积传递给人的头盖骨，这样就把着力点变成了着力面，从而避免了冲击力在帽壳上某点应力集中，减少了单位面积受力。

3．生物力学：国标中规定安全帽必须能吸收4900N。这是因为生物学试验，人体颈椎在受力时最大的限值，超过此限值颈椎就会受到伤害，轻者引起瘫痪，重者危及。 二．成型工艺

安全帽的种类丰富，原材料也多种多样。聚脂树脂、玻璃纤维布、超高分子聚乙烯塑料、改性聚丙烯塑料、ABS塑料、聚碳酸酯塑料等都是常见的安全帽原材料。 不饱和聚酯胶基本配方 原料 196不饱和聚酯份数 100 原料 功能填料 ?份数 18 ?原料 着色剂 份数 适量 树脂 引发剂? （MEKP-Ⅱ） 促进剂 增韧剂 ?8 增稠剂 适量 偶联剂 3 手糊成型 （1）工艺流程

玻璃钢安全帽壳生产工艺图

将不饱和聚酯树脂、引发剂、促进剂、功能填料、着色剂、投入反应釜内，搅拌后放入稠化剂，然后将增强材料用反应液进行浸渍，按安全帽重量的规定进行定量铺层设计。为提高防穿刺性能，在帽壳顶Φ120范围多铺一层方格布。在压机上进行模压成型，固化在60℃烘箱中处理3~5h。按样模划线，进行机加工，最后得到制品。 （2）手糊成型工艺的优点

· 是复合材料成型最基本的方法，或者说是一种万能”方法。能够成型任意形状、任意大小的制品；中国风电材

· 操作简便，操作者容易培训； · 设备简单、投资少；

· 一般情况下不需要加压操作，工艺最为简单 · 所用模具材料来源广，制造相对简单。 （3）手糊成型工艺的缺点

· 劳动强度大、生产效率低、速度慢、生产周期长（2h 以上）；

· 产品质量受操作人员技能水平及制作环境条件的影响，故产品质量稳定性差； · 制品的力学性能较其它方法低； · 不够“绿色、环保”

总之，手糊成型技术依赖于操作者的技能水平，所以，制品质量不易保证和控制。此外，手糊成型技术生产效率低、生产周期长，产品的力学性能也较其他成型方法的产品低。 喷射成型

喷射成型工艺流程图

．1喷射工艺参数

（1）纤维

 选用经前处理的专用无捻初纱。

 制品纤维含量控制在25%~45%，低于25%时，滚压容易，但强度太低；大于45%

时，滚压困难，气泡较多。

 纤维长度一般为25~50mm。小于10mm，制品强度降低，大于50mm时，不易分

散。

（2）树脂含量

 喷射制品采用不饱和聚酯树脂,含胶量越为60%左右.含胶量过低,纤维浸润不

均,粘结不牢.主要通过喷控制胶液喷射量. （3） 胶液黏度

（4）喷射量

 在喷射成型过程中,应始终保持胶液喷射量与纤维切割量的比例适宜且稳定.

在满足这一条件下,喷射量太小,生产效率低,喷射量过大,影响制品质量。  喷射量与喷射压力和喷嘴直径有关,喷嘴直径在~之间选定,可使喷胶量在

8~60g/s之间调变.柱塞泵供胶的胶液喷射量是通过柱塞的行程和速度来的。

（5）喷夹角

 对树脂与引发剂在外混合均匀度影响极大.不同夹角喷出来的树脂混合交距

不同.为操作方便，选用20度夹角为宜。

 喷口与成型表面距离350~400mm.确定操作距离主要考虑产品形状和树脂液

飞失等因素.如果要改变操作距离,则需调整喷夹角以保证树脂在靠近成型面处交集混合。 6.喷雾压力

 要能保证两组分树脂均匀混合。

 压力太小,混合不均匀;压力太大,树脂流失过多。  适宜的压力同胶液黏度有关。

设备

喷射设备主体是喷、催化剂供应系统及树脂供应系统三大部分，与支架、移动杆及材料过滤、计量等部件组成完整的喷射成型机，其中有专用的胶衣喷射机和积层专用喷射机。喷射成型的核心是喷。 喷射工艺优缺点

优点：1)生产效率比手糊法提高2~4倍；2)利用粗纱代替织物，降低了材料成本；3)成型过程中无接缝，制品的整体性好；4)减少了飞边、裁屑和剩余胶液的损耗；5)可自由调节产品壁厚、纤维与树脂的比例及纤维的长度。

缺点：用喷射成型方法虽然可以制成复杂形状的制品，但其厚度和纤维含量都较难精确控制，树脂含量一般在60%以上，孔隙率较高、制品强度较低、施工现场污染和浪费较大。

三．工程分析

1.玻璃钢安全帽主要用于冶金高温作业场所、油田钻井、森林采伐；供电线路、高层建筑施工以及寒冷地区施工。

2.从安全帽壳的主要性能来看，是要是冲击性能、耐穿剌性能、阻燃性能、侧压刚性、夜光性、抗静电性及外观质量，冲击性能的测试是用5kg半球面钢锤自1m高自由下落，冲击帽顶，帽内头模受冲击力应不大于4900N,帽壳不允许出现大于50mm的大裂纹，带栓绳不允许拉断。所以在配方中选用韧性好、强度高的196不饱和聚酯树脂，引发剂用MEKP-Ⅱ，并在配方中加入聚硫橡胶作为增韧剂以提高其抗冲击性能。另外采用自制的功能填料，对提高抗冲击性能也有一定作用。另外，从安全帽壳的结构来看，帽壳形状呈等高度流线状，而且表面光滑，当飞来物或坠落物砸在帽壳上向侧向滑去时，冲量被分解，作用到帽壳上的冲量减少。耐穿刺性能的测试是用重3kg的钢锥(硬度HR45，锥度60°，锥尖半径自1m自由落下，冲击帽顶，钢锥不应与头模接触。从生产实践来看，冲击性能达到国家标准的的安全帽，其耐穿剌性能一般也较好，在成型时，帽壳的顶部Φ120mm范围内多铺一层方格玻纤布以提高在此部位的耐穿剌性能，并在配方中加入增韧剂及功能填料，以更好地保证其耐穿刺性。安全帽的侧压刚性是在安全帽侧向加载424N压力时,帽壳侧向变形不大于40mm,卸压后，残余变形小于15mm。要想满足玻璃钢安全帽

的侧向刚性要求，就只有选择刚度高的树脂及性能好的增强材料，并且在不影响帽壳总重的情况下，在帽壳的周边采取补强措施。

玻璃钢安全帽的阻燃性能测试是将70号汽油装入2kg汽油喷灯，燃烧帽体10s，移开火焰，帽体应在5内自熄(帽壳燃点温度为790±40℃)，试验的环境10~30℃。为了使安全帽壳达到阻燃的要求，在配方中的功能填料中加有氯化石蜡化石蜡(含氯量为70%)及三氧化二锑，实践证明通过功能填料中加入阻燃剂，然后用功能填料填充到不饱和聚酯树脂中，可以使其安全帽的阻燃性达到国家标准。抗静电性能按GB2812-标准的测试方法,测定帽壳表面电阻,要求不大于1×109欧。主要是在功能填料中加入适量的抗静电剂，降低其表面电阻，从而起到抗静电的作用。

3．标志包装

1每顶安全帽应有以下四顶永久性标志：A 制造厂名称、商标、型号；B 制造年、月；C 生产合格证和验证；D 生产许可证编号。2安全帽出厂装箱，应将每顶帽用纸或塑料薄膜做衬垫包好再放入纸箱内。装入箱中的安全帽必须是成品。3箱上应注有产品名称、数量、重量、体积和其他注意事项等标记。4每箱安全帽均要附说明书。5 安全帽上如标有“D\"标记，是表示安全帽具有绝缘性。

4．影响安全因素

（1）安全帽本身存在质量问题

有的安全帽存在抗冲击、抗穿刺能力不强，帽箍吸汗、透气性差，采用金属材料制做零部件等质量问题。在实际使用中应选用符合国标的、通过ISO质量体系认证和强制性产品认证的优质名牌产品。 （2）安全帽当头盔、当凳子

这一现象在出产职员骑机动车去功课现场时比较普遍，由于进入出产现场须戴安全帽，有人嫌去现场途中戴头盔时再携带安全帽比较\"麻烦\"，就将安全帽兼做头盔使用。由于安全帽的主要功能是防止高空物体坠落击伤人的头部，而头盔是用来防止骑车人受到撞击、摔跌而造成头部的伤害，两者的防护重点不同，功能也就各有侧重，因此用安全帽替换头盔是不答应的。出产现场有少数人，喜欢将安全帽当凳子坐，一不经意，就可能\"坐\"出违章、隐患或事故。进入出产现场就得戴安全帽，随意摘下安全帽会构成违章行为，将其当凳子使用，会划伤帽沿、帽顶，压损帽衬，造成安全帽损坏或使用寿命下降。 （3）超周期使用

\"不坏\"不换安全帽的正常使用期为年，但现场安全帽超期使用相称普遍，有的安监职员对此也熟视无睹。某单位有只安全帽用了近10年，由于外观比较\"新\"，看上去没有\"坏\"，还在继承使用。实在安全帽即使不使用，时间长了也会老化，如不及时更换，使用过程中一旦泛起险情，后果不堪设想。 （4）存放不当

安全帽的合用温度为-10至+50℃，应摆放在透风干燥处，并避免接触火（热）源和侵蚀性物质，以免影响其正常使用的寿命。应尽量缩短安全帽的库存期，最好随买随用；购置出厂时间不长的产品，以免因库存时间过长而影响实际有效使用时间。 （5）不能准确使用

主要题目有：无带（或有带不套紧在下巴下）、无芯、不按头型大小调节帽箍长度、帽壳与帽衬划伤或破损后不及时按原规格更换等。

（6）使用前缺少必要的检查使用前应进行下列项目的例行检查：帽壳无损伤、无裂纹、无显着变形；帽衬无破损；帽箍完好，与帽壳连接牢固；帽带无侵蚀、无伤痕；锁扣完整有效；遇有严峻冲击后应立刻报废，切忌再用。

（7）混戴造成治理混乱有的工作职员将安全帽作为公共安全器具，想用时就随便拿上一只。这种混戴现象造成治理混乱，时间一长，安全帽出厂日期等原始数据都丢失了，是否过时使专心中无数，只能凭主观经验臆断，而且部门脏帽子大家都不愿意戴。因此应按划定对安全帽进行同一编号，定编号、定使用职员，按工作性质分色配戴，并建立相应的使用台账。