保护帽的制作方法

保护帽的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明一般涉及保护帽。更具体地，本发明涉及适于为用户的头部以及头盔的插入件提供冲击保护作用的头盔。
【背景技术】
[0002]保护帽被应用于各种运动、工业和军事环境。例如，防护头盔经常在许多不同的运动项目，比如美式足球、冰球、曲棍球、长曲棍球、棒球、自行车、赛车、高山滑雪和单板滑雪中使用，在这些环境下，由于对头部的冲击，有创伤性脑损伤的危险。
[0003]头部突然加速或减速，会导致大脑在颅骨内直线、旋转或角运动，引起创伤性脑损伤发生，导致损害脑细胞、血管和保护组织。轻度脑外伤(脑震荡)的症状通常包括意识丧失、头痛、恶心、头晕、嗜睡和临时认知障碍，而更严重的创伤性脑损伤，可导致永久性认知功能障碍、行为和情绪的变化以及中风和脑部退化疾病的风险增加。特别是慢性创伤性脑病(CTE)是主要发现于经历多个脑震荡史的专业运动员的进行性神经变性疾病，会导致抑郁和自杀，认知功能障碍和攻击行为。
[0004]研究表明，对于脑震荡的G-力阈值通常为约70至85G，尽管可以理解这高度依赖于研究中的个体以及冲击的类型。运动中的冲击，如美式足球往往范围从20至180G，甚至高达200G。作为参考，在喷气式战斗机中的飞行员一般要承受最多4.5G，而25英里每小时的车祸，往往会造成约100G。
[0005]创伤性脑损伤的风险是全面接触的运动，如美式足球、冰球和曲棍球中特别关心的，其中运动员相互碰撞，并与地面碰撞产生很大的力，这是在运动的规则范围内的。据估计，美国职业足球运动员可能会在一个赛季受到多达1500次头部打击，在10年的球员生涯中受到15，000次头部打击，这取决于他们的位置。对前职业美式足球运动员的死后诊断的CTE的大量病例表明，经常是自杀。即使在高中美式足球运动员中也发现每个赛季受到约650次头部打击，并且仅在美国，1997年至2007年间，据报道至少有50个高中或以下的运动员因为头部受伤而死。
[0006]考虑到球员的平均体重以NFL计自20世纪80年代已经增长了至少10%达到248镑，显然很多潜在的可能出现震荡的实例。此外，最重的位置、进攻滑车，从二十年前的约280镑增加到约320镑。
[0007]有因此，需要采取措施以减少头部损伤的发生率和严重性。尽管改变比赛和训练实践可以在一定程度上解决受伤的风险，也有需要更有效地头部保护，以有效地吸收施加到头部的冲击力，尤其是那些可能引起脑震荡的冲击力，并由此降低可能性的创伤性脑损伤。
[0008]还需要一种头部保护，其包括电子监视装置以确定对头部冲击的频率以及力和力的方向。积累的数据可以由运动专家，诸如医生进行监测，以便确定个人脑损伤的高风险，以确定是否需要进行干预(医疗或其它方式)和/或适当的恢复周期。
[0009]对于接触性运动特别有利，以便能够实时评估一个或者一系列冲击之后防护头盔的状态，以便确定所述头盔的部件是否需要更换，并寻求避免由于低效的保护帽导致的损伤。

【发明内容】

[0010]因此，在第一方面，本发明提供一种头盔，包括:
[0011](i)外壳;
[0012](ii)内垫，用于弹性变形以缓冲使用者的头部;和
[0013](iii)固体开孔结构；
[0014]其中所述外壳与所述内垫由所述固体开孔结构隔开，并且所述固体开孔结构用于当冲击施加的压力大于选定阈值压力时发生不可逆变形以吸收冲击能量。
[0015]在发生对戴有本发明的头盔的个体的头部的冲击的情况下，本应施加到个人头部的冲击被固体开孔结构的不可逆变形代替消散。应当理解，阈值被选择为能够防止脑损伤如脑震荡的水平。以举例的方式，该阈值可以是在70G，使得任何大于70G的冲击力对固体开孔结构产生至少一些永久变形，因此限制传递给头部的冲击强度。
[0016]在一个优选的实施方案中，开孔结构是开孔泡沫材料。
[0017]在一个优选的实施方案中，开孔结构优选为泡沫，能够消散至少为70G的冲击力并且优选高达至少200G的冲击力，例如80G，90G, 100G, 110G, 120G, 130G, 140G, 150G, 160G,1706，1806和1906。
[0018]在优选的实施方案中，固体开孔结构是易碎并优选通过压碎或粉碎不可逆地变形。
[0019]术语压碎和/或粉碎旨在包括开孔结构解体成颗粒和/或粉末。以举例的方式，刚性开孔泡沫材料经受所述阈值压力的时，可以被压碎使得材料的孔解体成颗粒。这样的解体通常在可控制的方式，如从该材料的上表面向下表面的方向，例如沿着密度梯度。
[0020]固体开孔结构优选基本上刚性的。基本上刚性，是指该固体开孔结构在载荷下不偏向并且在中等压力下不塌陷。
[0021]固体开孔泡沫材料可以适当地从聚合泡沫材料中选择。合适的固体开孔泡沫聚合物材料的实例包括酚醛树脂泡沫、聚苯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫、聚乙烯泡沫、聚氯乙烯泡沫、聚乙烯基乙酸酯泡沫、聚酯泡沫聚醚泡沫和泡沫橡胶。优选的固体开孔泡沫材料是酚醛树脂泡沫。
[0022]使用开孔泡沫诸如酚醛树脂泡沫的一个特别的优点是，电磁波能够穿透。以这种方式，这些材料能够与例如，射频识别加速度计和其他类型的传感器高度兼容使用。固体开孔泡沫可包括细粉碎颗粒增强材料。合适的颗粒增强材料优选是惰性的和不溶性的。增强材料的含量可以是基于所述泡沫的总重量的高达50重量％，例如基于所述泡沫的总重量的2-40重量％，或5-20重量％，包括10重量％。合适的增强材料包括有机或无机(包括金属)颗粒材料，其可以是结晶的或无定形的。甚至纤维状固体已被发现是有效的，尽管不是优选的。合适的颗粒材料的非限制性实例包括粘土、粘土矿物、滑石、蛭石、金属氧化物、耐火材料、实心或空心的玻璃微球、飞灰、煤尘、木粉、谷物粉、坚果壳粉、二氧化硅、矿物纤维如切碎的玻璃纤维和细碎石棉、短纤维、切碎的天然或合成纤维、粉末或纤维状的研磨塑料和树月旨，例如回收的废塑料和树脂，颜料如粉末涂料，以及炭黑和淀粉。
[0023]优选地，固体开孔泡沫具有100至500kg.m—3范围内的密度，更优选为120至400kg.m—3，并且最优选 120至250kg.m—3。
[0024]这种泡沫的物理性质，特别是在冲击下的压缩强度和变形被认为是与孔壁厚度和平均孔径相关的(除其他因素)。优选地，固体开孔泡沫的平均孔径在约0.5毫米至5毫米，更优选0.5或1毫米至2或3毫米的范围内。
[0025]固体开孔结构，例如泡沫材料，可形成头盔的外壳和内垫之间横跨整个区域延伸的连续层。然而，在优选的实施方案中，固体开孔结构，优选泡沫材料，被设置为不连续层。例如，头蓝的外壳和内垫可由固体开孔结构如泡沫材料的多个条带和/或支柱间隔开。在一些实施方案中，优选的是头盔的外壳和内垫由固体开孔结构如泡沫材料的多个支柱间隔开。
[0026]当头盔的外壳和内垫由固体开孔泡沫材料的多个支柱间隔开时，支柱的横截面面积可以根据固体开孔泡沫材料的断裂应力以及所选择的阈值压力来确定。以举例的方式，所述横截面面积可被选择为使得该阈值压力在70G。
[0027]支柱的横截面面积可被选择为使得邻近外壳的外端与邻近内垫的内端之间基本恒定。在其他实施方案中，支柱的横截面面积可能在支柱的内端与外端之间变化。例如，一个或多个支柱的内端可以具有比外端更大的横截面。以这种方式，支柱可能消散从70到200G的冲击力。
[0028]例如，支柱可以是梯形，例如圆锥形、截头圆锥形、角锥形或角锥台。以这种方式，支柱可根据冲击经受渐进变形。因此，一个或多个支柱可以有一个以上的阈值压力，使得支柱在较低的冲击压力下部分变形，并且随着冲击压力增加变形更加广泛。
[0029]在其他实施方案中，本发明的头盔可包括多个支柱，其中不同的支柱具有不同的阈值压力。因此，固体开孔泡沫经受不可逆变形的阈值在头盔的不同区域可以不同。以这种方式，有可能根据被保护的使用者的头部的部分来调整阈值。这对于当头部的不同部分有更大的冲击敏感性是特别重要的。
[0030]在进一步的实施方案中，固体开孔泡沫材料可以包括多个部分，例如第一部分和第二部分，其中第一部分相对于第二部分具有较低的阈值压力，并且所述第一部分和第二部分被堆叠在一起。在这种方式中，固体开孔泡沫材料的第一部分在较低冲击压力下发生不可逆变形，而固体开孔泡沫材料的第二部分仅在经历更严重的冲击下，不可逆变形。以举例的方式，分离的材料可以具有在70G和140G的阈值以消散冲击力。
[0031]优选的是在外壳和内衬垫之间有一个或多个空隙区域。空隙区的存在不仅降低了头盔的重量，而且还提高了头盔的耐冲击性，因为在冲击力作用下该材料经历不可逆的变形，固体开孔泡沫材料可以被移位到所述空隙区域。如上所述，可以通过使用固体开孔泡沫材料的不连续层来提供空隙。可替代地，固体开孔泡沫本身可设置有一个或多个空腔，其中所述一个或多个空腔的大小和/或空间分布根据冲击吸收材料的断裂应力和所选择的阈值压力来确定。
[0032]应当理解，固体开孔泡沫的一个或多个腔也可用于改变冲击吸收材料的断裂应力。
[0033]头盔中所有空隙区的总面积可以取决于最终用途和头盔选定的阈值压力。本领域技术人员可以理解，随着空隙的总面积相对用户头部的表面面积的增大，头盔的耐冲击性降低，因此可能需要更有弹性的固体开孔泡沫。应该理解的是，过大的空隙区域可能减少跨越使用者的头部冲击的分布，从而可能提高局部损伤的风险。因此，优选该空隙区的总面积小于所述内垫的总面积的50%，更优选小于所述内垫的总面积的60%，并且最优选小于所述内垫的总面积的70%。
[0034]头盔的内垫被配置为在冲击下弹性变形，并且可以由任何合适的材料形成。优选，该材料是重量轻并且具有高的冲击吸收。合适的材料包括弹性材料，包括软质泡沫，如那些由发泡聚丙烯、发泡聚乙烯或发泡聚氨酯形成的软质泡沫。
[0035]内垫通常适用于吸收选定的阈值压力之下的冲击，例如那些遭受20-70G的冲击。优选地，内垫还提供一些选定的阈值压力之上的冲击保护。然而，可以理解，固体开孔材料意在消散由70G或以上的冲击所产生