模内注塑记忆泡沫部件的头盔及其制造工艺的制作方法
【专利摘要】一种具有记忆泡沫部件(20)以及消散冲击部件(26)的头盔(10)。该记忆泡沫部件(20)是由记忆泡沫材料制成，该消散冲击部件(26)是由消散冲击材料制成，以及该消散冲击部件(26)具有消散冲击部件内侧面和与所述消散冲击部件内侧面相对的消散冲击部件外侧面。该记忆泡沫部件(20)与该消散冲击部件(26)模内注塑在一起。还有一种头盔(10)的制造工艺，该制造工艺通过将记忆泡沫部件(26)和消散冲击材料模内注塑在一起制造头盔(10)。该模内注塑工艺将记忆泡沫部件外侧面与消散冲击部件内侧面永久地结合在一起。
【专利说明】模内注塑记忆泡沬部件的头盔及其制造工艺
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种头盔及其制造工艺。更具体地，本发明涉及一种模内注塑式头盔 (in-moulded helmet)以及一种用于制造头盗的模内注塑工艺。
【背景技术】
[0002] 制造适体的保护性工具如头盔的工艺是众所周知的，通常，该方法包括将膨胀材 料如泡沫和/或泡沫前体添加到中空的模具中。通常在制造过程之前或在制造过程中将该 模具加热，且通常在真空下以促进使该泡沫和/或泡沫前体膨胀。
[0003] 模内注塑（公知地为注射模塑和共注塑成型）在头盔制造领域中众所周知的是 用于将硬外壳与内置的聚苯乙烯成形件结合起来工艺。所公知的制造头盔的工艺是在泡 沫聚苯乙烯、聚苯乙烯泡沫或其它泡沫材料添加涂漆的外壳。其他公知的方法是将一种预 混合物注塑到模具中以制造出一种在冲击保护和冲击吸收之间取得平衡的头盔，所述预混 合物可以是可发性聚苯乙烯（EPS)粒子（expandable polystyrene beads)与柔软的颗粒 (spongy particles)的混合。在某些情况下也使用可发性聚丙烯（EPP)粒子。有些工艺将 不同的材料同时加入到模具中，而有些其它的工艺是先形成各自独立的部件，然后再将它 们粘贴在一起。在某些情况下，使用粘合剂将该各自独立地制成的部件粘贴在一起。在某 些情况下，各自独立地制成的部件具有弹性和/或互补的形状以便其能够卡接在一起或者 不需要粘合剂能彼此粘贴在一起。
[0004] 在头盔领域，技术人员通常使头顶的抗保护性最大化，以用于如美国足球、骑自行 车、摩托车、骑马、滑冰、棒球、拳击、滑雪、赛车等等运动中。其它的头盔可以在如格斗、消 防、暴动（防暴头盔）、施工期间保护佩戴者。虽然头盔可能会将头部保护的很好，但头盔可 能会很快地破裂，因而仅仅适用于一次的使用或有限次的使用。其它的长久耐用的头盔可 能会相对沉重、难以携带和/或可能会不能够吸收或不足以消散冲击力。
[0005] 尽管在用于改进头顶和头侧的保护性的材料上有许多进展，但是这些头盔通常会 沉重、不舒服、易脆、耗能和/或配合不良。这些改进可以是定量的（quantitative)(例如， 根据特别的测试方法来测量）、或是定性的（qualitative)以及主观上的（subjective)。由 于不同的人们具有不同的头部形状、尺寸，以及甚至在什么是舒服的以及"良好配合"是非 常个性化的概念，因此，对于在配合和舒适度方面的定性通常非常主观。在某些制造头盔的 工艺中，衬垫和其他部件分别手工添加，其使该头盔的制造非常耗费劳动力，并且产品质量 的易受人为误差的影响。因此，仍需要改进头盔以及改进制造头盔的工艺。
【发明内容】
[0006] 本发明涉及一种具有记忆泡沫部件和消散冲击部件的头盔。所述记忆泡沫部件是 由记忆泡沫材料制成，并且所述记忆泡沫部件具有记忆泡沫部件内侧面和与所述记忆泡沫 部件内侧面相对的记忆泡沫部件外侧面。所述消散冲击部件是由消散冲击材料制成，并且 所述消散冲击部件具有消散冲击部件内侧面和与所述消散冲击部件内侧面相对的消散冲 击部件外侧面。所述记忆泡沫部件外侧面与所述消散冲击部件内侧面模内注塑在一起。
[0007] 本发明还涉及一种制造头盔的工艺，该工艺包括下述步骤：提供凹模部分（female mould portion)、提供凸模部分（male mould portion)、提供记忆泡沫材料和提供消散冲 击材料。所述凹模部分和所述凸模部分互相配合在一起以在两者之间形成中空模具。将所 述记忆泡沫材料以记忆泡沫部件的形式或者以记忆泡沫材料的形式应用于所述凸模部分 上。如果当将所述记忆泡沫部件应用到所述凸模部分上时，所述记忆泡沫部件还没有由所 述记忆泡沫材料制成，那么该工艺还包括使所述记忆泡沫材料制成所述记忆泡沫部件的步 骤。所述记忆泡沫部件与所述消散冲击材料一同在所述中空模具内经过模内注塑工艺。所 述记忆泡沫部件具有记忆泡沫部件内侧面和与所述记忆泡沫部件内侧面相对的记忆泡沫 部件外侧面。所述消散冲击材料制成所述消散冲击部件，所述消散冲击部件具有消散冲击 部件内侧面和与所述消散冲击部件内侧面相对的消散冲击部件外侧面。该模内注塑工艺将 所述记忆泡沫部件外侧面与所述消散冲击部件内侧面永久地结合在一起。
[0008] 不期望被理论所限制，我们确定上述头盔和由上述方法制造的头盔具有多项优于 其它头盔的显著进步，例如，良好的舒适性、较好的抗冲击性、改善所述记忆泡沫部件与所 述消散冲击部件之间的结合效果、增强韧性、提高适应性（即一种头盔的设计适合多种头 型的能力，尤其是多种头型佩戴一种头盔都感觉舒服）、所述记忆泡沫部件与所述消散冲击 部件结合的耐久性（即将所述记忆泡沫部件与所述消散冲击部件永久地结合在一起）以及 其它进步。
【专利附图】
【附图说明】
[0009] 图1是根据本发明一种实施方式的头盔的侧视剖视图。
[0010] 在本发明中该图没有必要按比例制图。
【具体实施方式】
[0011] 除非有其他特别地声明，否则所有的测试都在标准条件下进行，其中，该标准条件 为：室内，并且测试温度为25°C室内气压为海平面气压（latm)。除非有其他特别地说明，否 则所有的量度都为公制单位。除非有其他特别地说明，否则所有的比率和百分比都为重量 比率和重量百分比。除非有其他特别地说明，否则本领域的技术人员理解本发明所描述的 所有的化学试剂、原材料以及化合物均易于从世界各地的化学供应商和供给商处获得。
[0012] 除非有其他明确地说明，否则本发明所使用的术语"内部的"、"里面的"以及"内层 的"表明为接近佩戴者的头部或用于接近于佩戴者的头部的头盔部分的相应位置。除非有 其他明确地说明，否则本发明所使用的术语"外部的"、"外面的"以及"外层的"表明为接近 头盔的外层或用于接近头盔的外层的相应位置，所述头盔的外层远离佩带着的头部或用于 远离佩戴者的头部。
[0013] 本发明涉及一种包含记忆泡沫的头盔，该头盔包括记忆泡沫部件和消散冲击部 件。所述记忆泡沫部件是由记忆泡沫材料制成且具有记忆泡沫部件内侧面和与所述记忆泡 沫部件内侧面相对的记忆泡沫部件外侧面。所述消散冲击部件具有消散冲击部件内侧面和 与所述消散冲击部件内侧面相对的消散冲击部件外侧面。所述记忆泡沫部件外侧面与所述 消散冲击部件内侧面模内注塑在一起。
[0014] 所述记忆泡沫材料，有时也称为粘弹性记忆泡沫材料，本发明中所使用的是泡沫 材料，所述泡沫材料为在压力下可以暂短性变形，一旦去除压力后其会恢复到初始的形状 和体积。所述种记忆泡沫材料是众所周知的且可以选自：聚氨基甲酸酯（polyurethane)、 聚乙烯（polyethylene)、乙烯醋酸乙烯酯（ethylene vinyl acetate)、乳胶（latex)、橡胶 (rubber)及其组合；或丙烯酸聚乙烯（acrylic polyethylene)、聚氨基甲酸酯、乙烯醋酸 乙烯酯及其组合；或聚氨基甲酸酯、乙烯醋酸乙烯酯及其组合。在本发明的某种实施方式 中，所述记忆泡沫材料含有低弹性聚氨基甲酸酯材料。
[0015] 在本发明的工艺中，为了有效地模内注塑，所述记忆泡沫材料的熔点通常为约 60°C至约250°C ;或约80°C至约180°C ;或约90°C至约160°C。不期望被理论所限制，可确 定的是所述记忆泡沫材料的熔点温度范围协调了所期望的性能如韧性、永久地与头盔其他 构件结合的能力、舒适性等等。
[0016] 本发明所使用的记忆泡沫材料可能作为化学原料来出售，然后需要根据本发明的 工艺进行起泡和/或成型，或者可以以多种形式（例如预成型片、插入件（inserts)和/或 碎片）从世界各地的供应商处购买。然而，为了便于制造，在本发明的一种【具体实施方式】 中，所述记忆泡沫材料是以化学原料的形式购买的，然后在模内注塑制造工艺中被制成记 忆泡沫部件。
[0017] 通常使用压痕力偏转（indentation force deflection, IFD)来测量由记忆泡沫 材料制造的记忆泡沫部件的硬度。25%压缩率下压痕力偏转（25% IFD)是工业上测量泡沫 "伸展"或"压缩"的标准方法，尤其是聚氨基甲酸酯泡沫根据ASTM D3574-11的16-22节中 描述的测试B1来测试。所述压痕力偏转的定义为将直径为200+3/-0mm的扁圆形压脚（flat circular indenter foot)压入到所选用的泡沫样品中的总厚度的25%时所需要的牛顿力 (N)。例如，如果所述记忆泡沫为10厘米厚，则25% IFD(有时也称为"IFD025%"）测量将 所述压脚压入所述记忆泡沫2. 5cm所需要的力（S卩，将所述记忆泡沫的相关部分从10cm厚 压缩到7. 5cm厚）。通常IFD应该具体指在具体高度的泡沫样品上的某一具体的压痕百分 比的牛顿（N)的量，例如，25 % IFD为在"X"N/ "Y"平方厘米X 10厘米厚。本领域中的技 术人员可理解：如果使用不同的百分比的压痕或如果所测试样品的高度不同，则将得到不 同的IFD值。因此，有必要公开全部样品的尺寸，尤其是表面积。在理论上除了厚度，样品 的尺寸（尤其是表面积）能够极大的影响IFD的读取。除非有其它的表明，否则在本发明 中用来测量25% IFD所使用的标准样品的尺寸为51cmX51cmX10cm，其等于2601平方厘 米X 10cm厚的正方体泡沫块。本领域中的技术人员理解，所述记忆泡沫和聚氨基甲酸酯泡 沫由多个制造者在很宽泛的IFD范围内制造。本发明所描述的记忆泡沫部件的25% IFD通 常从约44N/2601平方厘米X 10cm厚至约88N/2601平方厘米X 10cm厚；或从约50N/2601 平方厘米X l〇cm厚至约80N/2601平方厘米X 10cm厚；或从约55N/2601平方厘米X 10cm 厚至约75N/2601平方厘米X 10cm厚。不期望被理论所限制，可以确定的是具有上述水准 的25% IFD的记忆泡沫材料提供了足够的舒适性且适于穿戴者的头部，且也可以消散冲击 且使头在头盔中保持安全。不期望被理论所限制，可以确定的是以上所描述的记忆泡沫材 料也足够舒适和适合（单一一种头盔可以适合多种头型）。
[0018] 有时，根据密度而不是@25% IFD将所述记忆泡沫分类。在本发明的某种实施方式 中，所述记忆泡沫部件的密度从约20克/升至约70克/升；或者从约25克/升至约65克 /升；或者30克/升至约55克/升。不期望被理论所限制，可以确定的是上述范围在足够 柔软以提供可接受的舒适性和足够硬以可被复原以及以减少撕裂和损伤之间提供良好地 协调作用。
[0019] 在本发明的一种实施方式中，使用硬度计/硬度测验器例如GS-701NTecL〇Ck硬 度测试仪来测量所述记忆泡沫材料和/或所述记忆泡沫部件，或所述记忆泡沫部件的硬 度。这是一种具有直径为5. 08+/-0. 02mm的半球状顶针（push needle)弹簧硬度试验机 (spring hardness testing machine)(见 JIS S6050:2002,6. 2 节的图 1 所不）。除非在 本发明中有其它标明，否则下述硬度测量是根据JIS S6050:2002,6. 2节来测量。为了测 量所述记忆泡沫的硬度，将一块具有要求厚度的记忆泡沫放置在硬平表面上。所述记忆泡 沫的尺寸必须大于所述半球状顶针，通常为每条边至少25mm的正方形，但是也可能有其它 形状。将该硬度试验机放置在使顶针高于该记忆泡沫的位置，然后该整个硬度试验机整 体下沉直至该硬度试验机的底部刚好接触到该记忆泡沫的表面。该硬度试验机上的尺度 (scale)被读取和记录。通常将记录该记忆泡沫样品的尺度3次然后取尺度的平均值。
[0020] 表I :尺度与弹簧力之间的关系
[0021]
【权利要求】
1. 一种头盔，其中，该头盔包括： A. 由记忆泡沫材料制成的记忆泡沫部件，其中，所述记忆泡沫部件包括记忆泡沫部件 内侧面，其中，所述记忆泡沫材料包括与所述记忆泡沫部件内侧面相对的记忆泡沫部件外 侧面；以及 B. 由消散冲击部件材料制成的消散冲击部件，其中，所述消散冲击部件包括消散冲击 部件内侧面，其中，所述消散冲击部件包括与所述消散冲击部件内侧面相对的消散冲击部 件外侧面，以及 其中，所述记忆泡沫部件外侧面与所述消散冲击部件内侧面模内注塑在一起。
2. 根据权利要求1所述的头盔，其中，所述记忆泡沫材料的熔化温度为约60°C至约 250。。。
3. 根据权利要求1所述的头盔，其中，所述记忆泡沫部件的25%压缩率下压痕力偏转 为约44N/2601平方厘米X 10cm厚至约88N/2601平方厘米X 10cm厚。
4. 根据权利要求1所述的头盔，其中，所述记忆泡沫材料选自：聚氨基甲酸酯、聚乙烯、 乙烯醋酸乙烯酯、乳胶、橡胶及其组合。
5. 根据权利要求1所述的头盔，其中，所述消散冲击材料选自：聚苯乙烯、聚丙烯及其 混合物。
6. 根据权利要求1所述的头盔，其中，所述头盔进一步包括设置在所述消散冲击部件 外侧面外部的壳。
7. 根据权利要求6所述的头盔，其中，所述壳的壳材料选自：聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚丙 烯酸酯及其混合物。
8. -种制造头盔的工艺，所述工艺包括下述步骤： A. 提供凹模部分； B. 提供与所述凹模部分互相配合的凸模部分，其中，所述凹模部分和所述凸模部分能 够配合在一起以在两者之间形成中空模具； C. 提供记忆泡沫材料，且将所述记忆泡沫材料以记忆泡沫部件的形式或者以记忆泡沫 材料的形式应用于所述凸模部分；以及 D. 提供消散冲击材料，且将所述消散冲击材料应用于所述中空模具之中， 其中，如果当将所述记忆泡沫部件应用到所述凸模部分上时，所述记忆泡沫部件还没 有由所述记忆泡沫材料制成，那么所述工艺还包括使所述记忆泡沫材料制成所述记忆泡沫 部件的步骤， 其中，所述记忆泡沫部件与所述消散冲击材料一同在所述中空模具内经过模内注塑工 艺， 其中，所述记忆泡沫部件包括记忆泡沫部件内侧面，其中，所述记忆泡沫部件包括与所 述记忆泡沫部件内侧面相对的记忆泡沫部件外侧面， 其中，所述消散冲击材料制成消散冲击部件，所述消散冲击部件包括消散冲击部件内 侧面， 其中，所述消散冲击部件包括与所述消散冲击部件内侧面相对的消散冲击部件外侧 面，以及其中，所述模内注塑工艺将所述记忆泡沫部件外侧面与所述消散冲击部件内侧面 永久地结合在一起。
9. 根据权利要求8所述的制造头盔的工艺，其中，所述中空模具包括温度控制元件。
10. 根据权利要求8所述的制造头盔的工艺，其中，所述工艺还包括下述步骤： E.提供壳材料，且将所述壳材料应用于所述凹模部分， 其中，所述壳材料制成壳，以及所述模内注塑工艺将所述壳与所述消散冲击部件外侧 面永久地结合在一起。
11. 根据权利要求1所述的头盔，其中，所述记忆泡沫材料的硬度为根据JIS S6050:2002,6. 2节规定的约5至约75。
12. 根据权利要求8所述的制造头盔的工艺，其中，所述记忆泡沫材料的硬度为根据 JIS S6050:2002,6. 2节规定的从约5至约75。
13. 根据权利要求11所述的头盔，其中，所述记忆泡沫部件的硬度为根据JIS S6050:2002,6. 2节规定的约10至约70。
14. 根据权利要求12所述的制造头盔的工艺，其中，所述记忆泡沫部件的硬度为根据 JIS S6050:2002,6. 2 节规定的约 10 至约 70。
【文档编号】A42B3/06GK104159463SQ201380010224
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2013年8月2日 优先权日:2012年8月2日
【发明者】郑天浩 申请人:韬略运动器材有限公司