利用熱塑性復合材質成型頭盔的制程及模具的制作方法
【專利摘要】本發明公開一種利用熱塑性復合材質成型頭盔的制程，將熱塑性復合材料編織布貼于母模內，合模后加熱使熱塑性塑料熔化而包裹住玻纖或碳纖的長纖維，并在氣袋及母模配合下成型。本發明創新通過預先對PET/PC/PP/PEEK/Nylon…等各式各樣的塑料長纖維絲、和玻璃纖或碳纖長纖維復合材料進行編織，將制造工藝簡化為用氣袋成型，回收材料可重復利用,不但降低成本，而且更加環保。本發明不需要加熱固型樹脂，成型后的頭盔產品輕，具有抗沖擊，穿刺強等優點。
【專利說明】利用熱塑性復合材質成型頭盔的制程及模具
【技術領域】
[0001]本發明公開一種利用熱塑性復合材質成型頭盔的制程及模具，按國際專利分類表(IPC)劃分屬于頭盔制程【技術領域】。
【背景技術】
[0002]目前，頭盔制程工藝一般是氣袋成型，在模具內先鋪設纖維，再加入熱固型(性)樹脂或熱固型(性)塑料后，在一定時間下加熱固化得到產品，然而，成型得到的頭盔具有如下缺陷:
1、帽殼外觀粗糙，需要后段精細作業處理，生成帽殼容易包風，生成氣泡，需要針刺而留下針孔；
2、生產后模具易臟，清洗使用化學劑，產生氣味重、具有一定的毒性；
3、帽殼回收再利用性差，不易切割，且在切割過程中產生較多的粉塵。
【發明內容】
[0003]針對現有技術的不足，本發明提供了一種利用熱塑性復合材質成型頭盔的制程。
[0004]同時，本發明還提供一種頭盔成型模具。
[0005]為達到上述目的，本發明是通過以下技術方案實現的:
一種利用熱塑性復合材質成型頭盔的制程，其包括如下步驟:
一、將熱塑性復合材料編織布貼于模具的母模內，合模后加熱并保持一定時間，其中的熱塑性復合材料編織布是由熱塑性塑料的長纖維和玻纖或碳纖的長纖維按強度需求編織形成，模具加熱后熱塑性塑料熔化而包裹住玻纖或碳纖的長纖維，并在氣袋及母模配合下成型；
二、對模具迅速降溫到60- 90度，脫模并取出頭盔殼體。
[0006]步驟一中，材料加熱到200度以上，并保持5至15分鐘，優選保持高溫10分鐘。
[0007]步驟一中，熱塑性塑料是PET或PC或PE或Nylon或PP或PEEK中的任一種可抽成細絲纖維的熱塑性塑料材質或其他可抽成細絲纖維的熱塑性塑料材質。
[0008]一種頭盔成型模具，包括母模和氣袋，其中的氣袋安裝在模板上，母模是由左模、右模組成，左、右模之間形成頭盔模腔，該模腔頂部開口以使氣袋置于其內并在內外壓力的配合下成型頭盔。
[0009]進一步，所述的左模與右模內分別設有溫控流道以快速降低模具溫度，所述溫控流道貼附于模腔壁并向模具前后端側延伸形成進、出口，并用水或油等液體透過外部模溫機或冷卻設備升溫或降溫，再流進模具的流道內達到模具升溫或降溫的目的。
[0010]進一步，所述溫控流道的進、出口與模溫機相連。
[0011]進一步，所述的模板與液壓缸相連以使模板及氣袋上下升降而與母模密封配合，液壓缸及固定在機架上，機架下面為機臺，機臺上安裝母模。
[0012]本發明創新采用熱塑性樹脂工藝，通過預先對聚丙烯(PP)或PET/PC/Nylon/PEEK…等各式各樣的塑料長纖維絲(按設計需求選擇)、和玻璃纖或碳纖長纖維復合材料進行編織，將制造工藝簡化為加工氣袋成型，并由后序的涂裝、組裝成頭盔產品，產品材料可回收使用，更加環保。
[0013]本發明是將熱塑性復合材料編織布貼于模具內，合模后加熱到材料熔化，并保持一定時間使熱塑性樹脂全熔而包裹住玻纖或碳纖的長纖維，并快速降溫成型，本發明與現有工藝區別如下:
1、傳統頭盔成型工藝中使用的復合材料是熱固型樹脂，還要與纖維現場配合使用；而本申請的材料直接是熱塑性復合材料編織布，是利用熱塑性塑料長纖維在低溫是固態，在高溫時會融化變成液態流動，是物理上〃像〃的變化；
2、傳統的頭盔成型工藝中熱固型樹脂加熱的過程就是化學反應的過程會有氣體產生；而本申請方案中不需要加熱固型樹脂，成型后的頭盔產品輕，產品具有抗沖擊，穿刺強等優點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1是本發明母模示意圖。
[0015]圖2是本發明母模分解圖。
[0016]圖3是本發明母模分解另一示圖。
[0017]圖4是本發明材質熱塑性復合材料成型帽殼的撞擊g值。
[0018]圖5是熱固型復材帽殼的撞擊g值。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖對本發明作進一步說明:
實施例:一種利用熱塑性復合材質成型頭盔(帽殼的殼體)的制程，包括如下步驟:
一、將熱塑性復合材料編織布貼于模具的母模內，合模后加熱并保持一定時間，其中的熱塑性復合材料編織布是由熱塑性塑料的長纖維和玻纖或碳纖的長纖維按強度需求編織形成，模具加熱后熱塑性塑料熔化而包裹住玻纖或碳纖的長纖維，并在氣袋充氣后讓已放入的熱塑性復合材料編織布緊貼母模面的配合下成型；
二、對模具迅速降溫到60- 90度，脫模并取出頭
在步驟一中，材料加熱到200度以上，并保持5至 15分鐘，優選保持高溫10分鐘；其中的熱塑性塑料可以為PP/PET/PC/PE/Nylon/PEEK及其他可抽成細絲纖維的熱塑性材質。
[0020]本發明中熱塑性的復合材料編織布，主要是熱塑性塑料(可以為PP/PET/PC/PE/Nylon/PEEK及其他可抽成細絲纖維的熱塑性塑料)的長纖維和玻纖(或碳纖)長纖維按強度需求可以用不同比例去編織成布，本申請是用到"氣袋"來成型帽殼，而且材料不需要在入模前先加熱軟化，本申請織布上面的熱塑性塑料長纖維就是樹脂，但本申請用的是熱塑性塑料的樹脂，常溫是固態的長纖維，傳統的復合材料是使用熱固型樹脂和本申請不同，本申請的熱塑性的復合材料成型是利用熱塑性塑料長纖維在低溫是固態/高溫時會融化變成液態流動是物理上〃像〃的變化；傳統的復合材料是使用熱固型樹脂加熱的過程就是化學反應的過程會有氣體產生。 申請人:研究了長纖維增強熱塑性復合材料在殼體受撞擊時吸收能量性能，研究了干斑干點(干紗)、樹脂富集(集膠)、孔隙、氣泡、干斑干點(干紗)減少對制件力學性能影響，提出了材料精配的設計思路，通過預先對熱塑性樹脂抽絲成長纖維，然后和玻纖或碳纖長纖維按設計需求的比率進行編織成熱塑性樹脂Commingle結構復材布。經過反復的試驗測試，終于獲取了較合理的工藝參數。由于這種熱塑性復材可回收循環使用，且采用它生產安全帽殼體成型制程更短，不但能節省能源，而且也能減少污染排放可能對環境造成的破壞。
[0021]請參閱圖1至圖3，一種頭盔成型模具，包括母模I和氣袋，其中的氣袋安裝在模板上，母模I是由左模2、右模3組成，左、右模2、3之間形成頭盔模腔100，所述模腔頂部開口以使氣袋置于其內并在內外壓力的配合下成型頭盔，左、右模的結合面設有連通的孔道。在左模與右模內分別設有溫控流道以快速降低模具溫度，所述溫控流道貼附于模腔壁并向模具前后端側延伸形成進、出口 41、42，上述溫控流道的進、出口與模溫機相連。本發明的模板與液壓缸相連以使模板及氣袋上下升降而與母模密封配合，液壓缸及固定在機架上，機架下面為機臺，機臺上安裝母模。
[0022]本發明利用熱塑性復合材質成型頭盔達到的技術指標為:耐穿刺指標，實驗用的鋼錐從3米高處落下不會刺到頭型；符合歐洲、美國、國家標準；ECE2205沖擊能量吸收低于275G，HIC小于2400;001'小于4006;重量比較輕(DOT+ECE 5(T80g之間)，外觀平順無針孔暇疵等，減少后段加工工時及材料。
[0023]本發明是將熱塑性復合材料編織布貼于模具內，合模后加熱到材料熔化，并保持一定時間使材料全熔狀態，并快速降溫成型。 [0024]本發明通過熱塑性工藝制成的頭盔或安全帽，具有如下有益效果:
1、產品輕，不需要加樹脂，產品具有抗沖擊，穿刺強等優點；
2、生產后的模具不易臟，無需進行清洗模腔；
3、帽殼可回收利用，容易切割，切割時產生粉塵少；
4、帽殼外觀良好，減少后段精細作業，提高生產效率。
[0025]本發明的頭盔殼體受撞擊時吸收能量性能對比，如圖4及圖5，從實驗的撞擊數據可以看出，本項目沖擊的吸收能量比“熱固型樹脂”的復合材料好5%~15%(根據不同的撞擊點)，而且沒有傳統“熱固型樹脂”的復合材料不耐重復撞擊的缺點:如圖中紅色波形(圖4或圖5分別由前波形和后波形組成，其中的紅色波形即圖中的后波形)就是第二次撞擊數據，而且從圖5中可以看到波形有較多不順的波折抖動，這代表了傳統復材在受撞擊時紗片之間有脫層的現象，這往往會變成瞬間脆斷的現象，這對要保護的頭部部位會造成危險的傷害。
[0026]本申請最后強調一點，傳統工藝中是加入〃熱固型〃樹脂，而本申請直接使用熱塑性復合材料編織布。
[0027]以上所記載，僅為利用本創作技術內容的實施例，任何熟悉本項技藝者運用本創作所做的修飾、變化，皆屬本創作主張的專利范圍，而不限于實施例所揭示者。
【權利要求】
1.一種利用熱塑性復合材質成型頭盔的制程，其特征在于包括如下步驟: 一、將熱塑性復合材料編織布貼于模具的母模內，合模后加熱并保持一定時間，其中的熱塑性復合材料編織布是由熱塑性塑料的長纖維和玻纖或碳纖的長纖維按強度需求編織形成，模具加熱后熱塑性塑料熔化而包裹住玻纖或碳纖的長纖維，并在氣袋及母模配合下成型； 二、對模具迅速降溫到60- 90度，脫模并取出頭盔殼體。
2.根據權利要求1所述的利用熱塑性復合材質成型頭盔的制程，其特征在于:步驟一中，材料加熱到200度以上，并保持2至15分鐘。
3.根據權利要求1或2所述的利用熱塑性復合材質成型頭盔的制程，其特征在于:所述的熱塑性塑料是PET或PC或PE或PEEK或Nylon或PP可抽成細絲長纖維的熱塑性塑料材質。
4.根據權利要求1所述的利用熱塑性復合材質成型頭盔的制程，其特征在于:一所述模具包括母模和氣袋，其中的氣袋安裝在模板上，母模是由左模、右模組成，左、右模之間形成頭盔模腔，該模腔頂部開口以使氣袋置于其內并在內外壓力的配合下成型頭盔。
5.根據權利要求4所述的利用熱塑性復合材質成型頭盔的制程，其特征在于:所述的左模與右模內分別設有溫控流道以快速降低模具溫度，所述溫控流道貼附于模腔壁并向模具前后端側延伸形成進、出口，并用水或油液體透過外部模溫機或冷卻設備升溫或降溫，再流進模具的流道內達到模具升溫或降溫的目的。
6.根據權利要求5所述的利用熱塑性復合材質成型頭盔的制程，其特征在于:所述溫控流道的進、出口與模溫機相連。
7.根據權利要求4或5或6所述的利用熱塑性復合材質成型頭盔的制程，其特征在于:所述的模板與液壓缸相連以使模板及氣袋上下升降而與母模密封配合，液壓缸及固定在機架上，機架下面為機臺，機臺上安裝母模。
【文檔編號】B29C70/44GK103978700SQ201410217887
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月22日 優先權日:2014年5月22日
【發明者】陳德權, 朱東燦 申請人:廈門宇詮復材科技有限公司