柔性多层头盔及其制备方法
【技术领域】
[0001]本文档的方面整体涉及包括用于改善能量管理的多层设计的头盔及其制备方法。头盔可用于需要为用户头部提供保护的任何应用，例如，用于赛车运动、骑行、橄榄球、曲棍球或登山。
【背景技术】
[0002]图1示出了常规头盔10的横截面侧视图，所述常规头盔10包括外壳12和单层的能量吸收材料14。头盔10可为用于骑行的模内成型头盔和用于强力运动的硬外壳头盔。单层的能量吸收材料14由相对刚性的单密度或双密度整体材料16，例如，发泡聚苯乙烯(EPS)形成。头盔10的整体刚性设计在受到冲击时通过使单层的能量吸收材料14变形而不允许头盔10挠曲或移动来提供能量耗散。头盔10的内表面18的轮廓包括固定比例的通用或标准化表面，诸如平滑且对称的形貌，其不能严密契合或合乎穿戴头盔10的人员的头部20的比例和轮廓。由于头部包括不同比例、平滑度和对称度，任何给定的头部20将包括与常规头盔10的内表面18的不同之处，这就会在头盔10的内表面18与穿戴者头部20之间产生压力点和一个或多个间隙22。由于有间隙22，穿戴者可能会经历头盔10相对于其头部20的移位和移动，因而可能会在头盔10的内表面18与用户头部20之间添加附加的垫料或舒适材料，以填充间隙22并降低移动和振动。
【发明内容】
[0003]在一个方面当中，一种防护头盔可包括外壳和多层衬垫，所述多层衬垫设置在外壳内并且大小适于接纳穿戴者头部。多层衬垫可包括内层，所述内层包括具有朝向供穿戴者头部使用的头盔内部区域取向的内表面，其中所述内层包含密度在40_70g/L范围内的中能量管理材料。多层衬垫还可包括中间层，所述中间层与内层的外表面相邻设置，其中所述中间层包含密度在10-20g/L范围内的低能量管理材料。多层衬垫还可包括外层，所述外层与中间层的外表面相邻设置，所述外层包括具有朝向外壳取向的外表面，其中所述外层包含密度在20-50g/L范围内的高能量管理材料。
[0004]对于特定实施方式而言，中间层可具有5-7毫米(mm)范围内的厚度，并且可在无粘合剂的情况下耦接到内层和外层以促进内层、中间层和外层之间的相对移动。多层衬垫的总厚度可小于或等于48mm。防护头盔可包括强力运动头盔，并且外壳可包括丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)的刚性层。防护头盔可包括骑行头盔，并且外壳可包括冲压成型、热成型或注塑成型聚碳酸酯壳。多层衬垫的至少一部分可为柔性衬垫，其被分段而在多层衬垫的各部分之间提供空间或间隙。多层衬垫还可包括顶部，所述顶部被构造为在穿戴者头部的顶部上方对齐，并且可在内层与外层之间没有设置中间层的情况下形成多层衬垫的顶部。
[0005]在一个方面当中，一种防护头蓝可包括厚度小于或等于48mm的多层衬垫。多层衬垫可包括内层，所述内层包括具有朝向供穿戴者头部使用的头盔内部区域取向的内表面，其中所述内层包含中能量管理材料。多层衬垫可包括中间层，所述中间层与内层的外表面相邻设置，其中所述中间层包含厚度在5-7mm范围内的低能量管理材料。多层衬垫可包括外层，所述外层与中间层的外表面相邻设置，其中所述外层包含高能量管理材料。
[0006]对于特定的实施方式而言，低能量管理材料具有10_20g/L范围内的密度，并且高能量管理材料可具有20-50g/L范围内的密度。多层衬垫可在多层衬垫的各层之间的界面处提供边界条件，以使能量偏转并且管理低能量、中能量和高能量冲击的能量耗散。可定制配合内衬垫层的形貌以匹配穿戴者头部的形貌，从而减少或消除穿戴者头部与头盔的多层衬垫之间的间隙。中能量管理材料可包括密度为20-40g/L的EPS或发泡聚烯烃(EPO)，或者密度为30-50g/L的发泡聚丙烯(EPP)。中间层可机械耦接到内层和外层，以允许中间层、内层和外层之间的相对移动。多层衬垫的至少一部分可包括分段的柔性衬垫，其包括多层衬垫的各部分之间的空间或间隙。
[0007]在一个方面当中，所述防护头盔可包括含有密度在20_50g/L范围内的高能量管理材料、密度在40-70g/L范围内的中能量管理材料以及密度在10-20g/L范围内的低能量管理材料的多层衬垫。
[0008]对于特定实施方式而言，高能量管理材料可包括EPS，其形成为多层衬垫的外层。中能量管理材料可包括EPP，其形成为多层衬垫的中间层。低能量管理材料可包括EPO，其形成为多层衬垫的内层。中能量管理材料可选由自聚酯、聚氨酯、D30、微孔聚氨酯(poron)、气囊和h31ium构成的集合。可将至少一个垫料按扣可親接至多层衬垫，以促进高能量管理材料、低能量管理材料和中能量管理材料之间的相对移动。防护头盔可包括强力运动头盔，所述强力运动头盔还包括刚性外壳。防护头盔包括骑行头盔，所述骑行头盔还包括由冲压成型、热成型或注塑成型聚碳酸酯壳形成的外壳。
[0009]从说明书和附图以及权利要求书来看，上述方面和其他方面、特征和优点对于本领域的普通技术人员将是显而易见的。
【附图说明】
[0010]将结合附图在下文中描述本发明，其中相同的标号代表相同的元件，并且:
[0011]图1是常规头盔的剖视图；
[0012]图2A-2E示出了多层头盔的各种视图；
[0013]图3是多层头盔的实施例的剖视图；
[0014]图4A-4C示出了来自多层衬垫的层的各种视图；并且
[0015]图5是多层头盔的另一个实施例的剖视图。
【具体实施方式】
[0016]本公开、其各方面以及实施方式并不受限于本文所公开的具体头盔或材料类型或者其他系统部件示例或方法。可以设想许多本领域已知的与头盔制造相符的额外部件以及制造和装配过程，使之与本公开的特定实施方式结合使用。因此，例如，尽管公开了特定的实施方式，但此类实施方式和实施部件可在与预期操作一致的情况下包括任何本领域已知用于此类系统和实施部件的部件、型号、类型、材料、版本、数量等。
[0017]词语“示例性”、“例子”或它们的各种形式在本文用来意指充当例子、示例或例证。本文描述为“示例性”或“例子”的任何方面或设计未必被解释为优选的或优于其他方面或设计。此外，提供例子仅仅是出于清楚和理解的目的，并非意在以任何方式限制或约束本公开的所公开主题或相关部分。应当理解，可能已经提出不同范围的大量附加或替代例子，但出于简洁的目的而被省略。
[0018]尽管本公开包括多种不同形式的实施例，但在附图中示出并将在本文详细描述的是具体实施例，要理解的是，本公开应被视为是对所公开方法和系统的原理的举例说明，而并非意图将所公开概念的广泛内容限定于所示的实施例。
[0019]本公开提供用于为穿戴者头部定制形成防护头盔的系统和方法，例如，所述防护头盔是用于以下人员的头盔:自行车运动员、橄榄球运动员、曲棍球运动员、棒球运动员、长曲棍球运动员、马球运动员、登山运动员、汽车赛车手、摩托车骑手、摩托车越野赛赛车手、滑雪运动员、滑雪板运动员或其他雪上或水上运动员、跳伞运动员或者运动中的任何其他运动员或需要防护头套的其他人员。这些运动中的每一种均使用头盔，所述头盔包括单冲击或多冲击等级的防护材料基架，其通常(但不总是)在外部被装饰罩所覆盖，并且在内部的至少部分上包括舒适材料，通常是垫料的形式。其他行业也使用防护头具，诸如建筑工人、军人、消防人员、飞行员或其他需要安全头盔的工人，在这些行业中也可应用类似的技术和方法。
[0020]图2A示出了头盔或多层头盔50的透视图。多层头盔50可被设计并用于骑行、强力运动或赛车运动以及其他应用，以提供相对于现有技术已知的常规头盔，例如，图1中所示的头盔10而言的附加的舒适度、功能性和改善的能量吸收。如图2A中所示，头盔50可被构造为全面部头盔，其是按照自上而下的取向示出的，其中面罩52位于图2A的下边缘处。头盔50包括外壳54和多层衬垫56。
[0021]外壳54可包含柔性、半柔性或刚性材料，并且可包含塑料(包括ABS、聚碳酸酯、Kevlar)、纤维材料(包括玻璃纤维或碳纤维)或其他合适的材料。外壳54可通过冲压成型、热成型、注塑成型或其他合适的工艺形成。虽然为方便起见，外壳54在本公开中通篇称为外壳，但“外”只是用于描述在头盔50被用户穿戴时壳体相对于多层衬垫56和用户头部的相对位置。可在外壳54的外侧额外形成附加的层、衬垫、罩或壳体，因为外壳54可以是但未必一定是头盔50的最外层。此外，在一些实施例中，外壳54可为任选的，因此可从头盔50省略，例如，对于一些骑行头盔而言。
[0022]多层衬垫56可包括两层或更多层，包括三层、四层或任何数量的层。作为非限制性例子，图2A示出了包括如下三层的多层衬垫56:外层58、中间层60和内层62。也可以包括其他附加层，诸如舒适衬垫层64。图2A示出了任选的舒适衬垫层64，其设置在多层衬垫56的内侧并与内层62相邻。
[0023]头盔50的多层衬垫56内的层可各自具有不同材料特性，以响应于不同类型的冲击和不同类型的能量管理。可调整不同头盔特性，例如，密度、硬度和柔性，以适应不同类型的冲击和不同类型的能量管理。头盔可