一种仿生结构抗冲击头盔

1.本实用新型涉及头盔技术领域，特别是涉及一种仿生结构抗冲击头盔。


背景技术：

2.头盔作为一种保护头部的防护工具，在日常交通、消防、建筑以及特殊军工领域均发挥着保护人体安全的作用。为了达到防护的效果，头盔需要具备高强度并能对外部冲击产生缓冲作用。但现有的头盔结构单一，使用的材料具有局限性，外层通常使用特种钢、增强塑料等材料来制作并填充泡沫材料以满足冲击保护。为了增加头盔的强度，只能不断增加材料的厚度。这样头盔的防护性虽然有所提高，但重量也大大增加，舒适感减少的同时也非常不利于防护人员的行动。
3.故目前的头盔研发重点是改善头盔的单一结构，开发适于制作头盔的新材料，使头盔具备更高的抗冲击性能和耐穿透性能的同时减轻其重量，真正在实际应用中提高对防护人员的安全保护作用。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是提供一种仿生结构抗冲击头盔，以解决上述现有技术存在的问题，具备优异的结构强度及冲击韧性，耐穿透性能好，抗高速冲击防护能力强，并且重量减轻。
5.为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：
6.本实用新型提供一种仿生结构抗冲击头盔，包括盔体，所述盔体包括由外至内依次设置的防护外壳层、仿生结构层和缓冲层，所述仿生结构层由多层仿生结构单元层堆叠而成，所述仿生结构单元层由无机基材单元和有机基材单元交替铺设而成，相邻两层的所述仿生结构单元层上的所述无机基材单元交错设置，相邻两层的所述仿生结构单元层上的所述有机基材单元交错设置。
7.优选地，所述防护外壳层为碳纤维防护外壳层。
8.优选地，所述无机基材单元为碳纤维基材单元，所述有机基材单元为蚕丝基材单元。
9.优选地，所述缓冲层为蚕丝基材缓冲层。
10.优选地，所述缓冲层与所述仿生结构层之间设有间隙。
11.优选地，所述间隙中设有垫片，通过所述垫片支撑所述缓冲层与所述仿生结构层，所述缓冲层和所述仿生结构层与所述垫片均通过粘结剂连接固定。
12.优选地，所述间隙大小为3-15mm，所述盔体的总厚度为20-30mm，所述缓冲层的厚度为15-20mm。
13.优选地，所述碳纤维外壳层为平纹碳纤维预浸料外壳层、斜纹碳纤维预浸料外壳层或短切碳纤维预浸料外壳层。
14.优选地，所述防护外壳层与所述仿生结构层为一体压制成型结构。
15.本实用新型相对于现有技术取得了以下技术效果：
16.本实用新型提供一种仿生结构抗冲击头盔，在头盔内部设置由多层仿生结构单元层堆叠而成仿生结构层，仿生结构单元层由无机基材单元和有机基材单元交替铺设而成，且相邻两层的仿生结构单元层上的无机基材单元交错设置，相邻两层的仿生结构单元层上的有机基材单元交错设置，形成了仿贝壳层状多级有序结构，充分利用无机基材单元的高强度和有机基材单元的高韧性，吸收碰撞能量，减小所受冲击力，使头盔具备优异的结构强度及冲击韧性，进而提升了头盔整体的耐穿透性能与抗冲击能力，由于采用无机与有机材料复合而成，能够在一定程度上降低头盔重量。
附图说明
17.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为本实用新型提供的仿生结构抗冲击头盔的结构示意图；
19.图2为本实用新型中防护外壳层的示意图；
20.图3为本实用新型中仿生结构层的示意图；
21.图4为本实用新型中缓冲层的示意图；
22.图5为本实用新型中仿生结构单元层的示意图；
23.图中：1-盔体、2-防护外壳层、3-仿生结构层、4-缓冲层、5-仿生结构单元层、6-无机基材单元、7-有机基材单元。
具体实施方式
24.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
25.本实用新型的目的是提供一种仿生结构抗冲击头盔，以解决现有技术存在的问题，具备优异的结构强度和冲击韧性，耐穿透性能好，抗高速冲击防护能力强，并且重量减轻。
26.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
27.如图1-图5所示，本实施例提供一种仿生结构抗冲击头盔，包括盔体1，盔体1包括由外至内依次设置的防护外壳层2、仿生结构层3和缓冲层4，仿生结构层3由多层仿生结构单元层5堆叠而成，仿生结构单元层5由无机基材单元6和有机基材单元7交替铺设而成，相邻两层的仿生结构单元层5上的无机基材单元6交错设置，相邻两层的仿生结构单元层5上的有机基材单元7交错设置。
28.通过在头盔内部设置由多层仿生结构单元层5堆叠而成仿生结构层3，仿生结构单元层5由无机基材单元6和有机基材单元7交替铺设而成，且相邻两层的仿生结构单元层5上
的无机基材单元6交错设置，相邻两层的仿生结构单元层5上的有机基材单元7交错设置，形成了仿贝壳层状多级有序结构，充分利用无机基材单元6的高强度和有机基材单元7的高韧性，来吸收头盔所受的碰撞能量，减小所受冲击力，使头盔具备优异的结构强度和冲击韧性，进而提升了头盔整体的耐穿透性能与抗冲击能力，由于采用无机与有机材料复合而成，仿贝壳层状多级有序结构的设置避免了传统依靠增加材料的厚度来提高强度的弊端，能够在保证强度的同时，在一定程度上降低头盔重量。
29.本实施例中，防护外壳层2为碳纤维防护外壳层，采用碳纤维制作防护外壳，重量轻，强度高。但防护外壳层2并不局限于采用碳纤维制作，其他轻质高强度材料也在本实用新型保护范围内。
30.本实施例中，无机基材单元6为碳纤维基材单元，有机基材单元7为蚕丝基材单元，碳纤维基材具备高强度、质量轻的特点，蚕丝基材具备高韧性的特点。无机基材单元6不限于碳纤维基材单元，其他高强度轻质无机材料均属在本实用新型保护范围内。有机基材单元7不限于蚕丝基材单元，其他高韧性有机材料均属在本实用新型保护范围内。
31.本实施例中，缓冲层4为蚕丝基材缓冲层，利用蚕丝基材的高韧性来缓冲冲击力，提高防护效果。缓冲层4不限于蚕丝基材缓冲层，其他具备高韧性的材料也在本实用新型保护范围内。
32.本实施例中，缓冲层4与仿生结构层3之间设有间隙，使得仿生结构层3在承受冲击力时存在形变空间，通过形变得以将冲击能量吸收，减少传递至缓冲层4的冲击力，提高头盔整体的抗冲击效果。
33.本实施例中，间隙中设有垫片，通过垫片支撑缓冲层4与仿生结构层3，缓冲层4和仿生结构层3与垫片均通过粘结剂连接固定。
34.本实施例中，间隙大小为3-15mm，盔体1的总厚度为20-30mm，缓冲层4的厚度为15-20mm。
35.本实施例中，碳纤维外壳层为平纹碳纤维预浸料外壳层、斜纹碳纤维预浸料外壳层或短切碳纤维预浸料外壳层。
36.本实施例中，防护外壳层2与仿生结构层3为一体压制成型结构，结构更加牢固，抗冲击效果更好。
37.本实用新型在进行冲击测试时，冲击压头首先接触碳纤维防护外壳层2，高强度的碳纤维首先抵挡一部分冲击力，在破坏碳纤维防护外壳层2后接触中间仿生结构层3，在仿生结构层3受到冲击压头的压力时，仿贝壳层状多级有序结构的高强度和高韧性材料可以吸收碰撞能量，减小所受冲击力，仿生结构层3与碳纤维防护外壳层2一体压制成型，结构更加牢固，抗冲击能力更好。缓冲层4与中间仿生结构层3之间有一定空隙，该空隙使得仿生结构层3在承受冲击压头的压力时存在形变空间。若缓冲层4与仿生结构层3紧密贴合，仿生结构层3承受压力发生形变时，缓冲层4也随仿生结构层3发生形变，则会影响头盔整体的抗冲击效果。本实用新型采用碳纤维及蚕丝材料制作而成，能够大幅降低头盔重量，使头盔更加轻便。
38.本实用新型中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上
所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。