Nhựa mũ bảo hiểm chuyên nghiệp

Mối liên hệ giữa việc đội mũ bảo hiểm và các bộ phận bằng nhựa là gì? Vỏ mũ bảo hiểm chủ yếu được sản xuất từ ​​nhựa biến tính như tấm ABS. Vì lớp vỏ chịu tác động trực tiếp và hư hỏng từ bên ngoài nên nó trở thành thành phần cốt lõi quyết định độ an toàn của mũ bảo hiểm, khiến việc lựa chọn vật liệu và thiết kế cấu trúc của nó trở nên cực kỳ quan trọng. Hơn nữa, đây còn là một thị trường tiềm năng rất lớn.

Thống kê cho thấy số lượng sở hữu-xe điện hai bánh của Trung Quốc vượt quá 250 triệu chiếc. Giả sử chỉ có 20% người lái xe đã đội mũ bảo hiểm thì gần 200 triệu người điều khiển phương tiện vẫn lái xe mà không đội mũ bảo hiểm đầu. Nếu mức tiêu thụ nhựa trung bình cho một vỏ mũ bảo hiểm là 500 gram thì nhu cầu nhựa tiềm năng cho mũ bảo hiểm hai bánh chạy điện sẽ là 100.000 tấn.

Điều này đặt ra một số câu hỏi quan trọng: Liệu tấm ABS thông thường có thể được sử dụng làm vỏ mũ bảo hiểm không? Thử nghiệm búa thép có thể đánh giá chính xác chất lượng mũ bảo hiểm không? Việc sống sót sau cú rơi mạnh có đảm bảo hiệu suất vượt trội của mũ bảo hiểm không? Tiêu chí nào chi phối việc lựa chọn chất liệu mũ bảo hiểm? Những ưu điểm và nhược điểm của các vật liệu khác nhau để sản xuất mũ bảo hiểm là gì? Để trả lời những câu hỏi này, trước tiên chúng tôi xem xét các yêu cầu tiêu chuẩn chất lượng cốt lõi đối với mũ bảo hiểm.

Hiện tại, không có tiêu chuẩn quốc gia riêng nào dành cho mũ bảo hiểm chạy điện-bánh. Với xu hướng thực tế của ngành, các thông số kỹ thuật trong tương lai có thể sẽ tham chiếu đến các tiêu chuẩn về mũ bảo hiểm xe máy. Phân tích này áp dụng GB 811-2010Mũ bảo hiểm dành cho người đi xe máy, trong đó đặt ra các yêu cầu chi tiết cho mũ bảo hiểm, bao gồm vỏ, lớp lót hấp thụ năng lượng{0}}, đệm thoải mái, hệ thống giữ và tấm che mặt. Dưới đây là các quy định chính của tiêu chuẩn đối với vỏ mũ bảo hiểm:

Kiểm tra hấp thụ năng lượng tác động

Hai thử nghiệm được quy định trong tiêu chuẩn liên quan trực tiếp đến hiệu suất của vật liệu vỏ mũ bảo hiểm. Đầu tiên là Kiểm tra hiệu suất hấp thụ năng lượng tác động của mũ bảo hiểm Điều 5.9. Trong thử nghiệm này, mũ bảo hiểm phải trải qua quá trình điều hòa ở nhiệt độ khắc nghiệt (50 độ , -20 độ ) hoặc ngâm trong nước, sau đó được cố định vào dạng đầu thử nghiệm. Ba đến bốn điểm tác động được chỉ định được tăng tốc trên băng ghế tác động để tấn công các đe hình cầu hoặc phẳng với vận tốc đã định. Tiêu chí vượt qua yêu cầu gia tốc tối đa được truyền tới đầu xe sau va chạm phải ở dưới ngưỡng quy định.

Yêu cầu này đòi hỏi mũ bảo hiểm phải có khả năng đệm năng lượng tuyệt vời; không giống như thép cứng, nó không được truyền toàn bộ lực tác động trực tiếp lên đầu người đeo. Mũ bảo hiểm hiện đại phát triển từ mũ bảo hiểm dân sự cơ bản được phát minh bởi Franz Kafka (tác giả cuốn sáchsự biến thái) vào năm 1908, lấy cảm hứng về cấu trúc từ hộp sọ chống va đập-của chim gõ kiến: một lớp vỏ xương mỏng manh, linh hoạt bao quanh não, cộng với một khoảng trống-chất lỏng hẹp giữa màng não và mô não. Việc bổ sung thêm lớp lót xốp và các lớp hấp thụ năng lượng-sẽ giúp tăng cường khả năng giảm chấn và tiêu tán năng lượng hơn nữa.

Do đó, vật liệu phải cân bằng độ cứng cao với độ dẻo được kiểm soát dưới tác động tức thời. Nhựa phục hồi Nano-được nêu dưới đây sẽ tiêu tán năng lượng thông qua việc vò nát có kiểm soát, giúp giảm gia tốc tối đa một cách hiệu quả khi va chạm.

Kiểm tra khả năng chống thâm nhập

Thử nghiệm quan trọng-về vật liệu thứ hai là Thử nghiệm khả năng chống xuyên thấu của mũ bảo hiểm Điều 5.10. Sau khi ngâm trong nước hoặc nhiệt độ, mũ bảo hiểm được cố định tại chỗ. Một hình nón thép nặng 3 kg được thả rơi từ độ cao 1 m hoặc 3 m (tạo ra năng lượng va chạm 30–90 J) để đập thẳng vào vỏ-. Kết quả đạt yêu cầu hình nón không xuyên qua vỏ và tiếp xúc với phần đầu bên dưới. Điều này đặt ra những yêu cầu nghiêm ngặt về khả năng chống đâm thủng và khả năng hấp thụ năng lượng tổng thể của vật liệu, đòi hỏi lớp vỏ phải kết hợp được độ linh hoạt vừa phải với độ bền kết cấu cao.

Việc mũ bảo hiểm có đáp ứng các tiêu chuẩn thử nghiệm này hay không phụ thuộc vào cả đặc tính vật liệu và thiết kế kết cấu. Các vật liệu nhựa sau đây được sử dụng rộng rãi cho vỏ mũ bảo hiểm: tấm ABS có tác động-cao, tấm composite PC/ABS, hỗn hợp PC/PBT cao cấp và vật liệu tổng hợp sợi carbon. Hiệu suất của chúng theo các giao thức thử nghiệm trên thay đổi đáng kể.

Một thử nghiệm đâm thủng so sánh đã được tiến hành trên các tấm nhựa ABS có tác động-cao, tấm composite PC/ABS và nhựa kỹ thuật phục hồi Nano- trong các điều kiện khắc nghiệt để mô phỏng lỗi xuyên qua mũ bảo hiểm: Thông số thử nghiệm: độ dày tấm phẳng 3 mm, nhiệt độ thử nghiệm -30 độ, tốc độ đâm thủng 6,6 m/s, đường kính búa 12,7 mm, khối lượng búa 23,13 kg. Kết quả kiểm tra:

Các tấm ABS có tác động-cao đã phát triển các vết nứt giòn lan rộng rộng xung quanh lỗ thủng;

Tấm composite PC/ABS bị gãy hoàn toàn thành hai mảnh lớn;

Nano-Nhựa đàn hồi có đặc tính đâm thủng dễ uốn và hầu như không hình thành bất kỳ vết nứt nhỏ nào.

Trong thử nghiệm khả năng chống xuyên thấu, nhựa phục hồi Nano-rõ ràng hoạt động tốt hơn các tấm composite ABS và PC/ABS có tác động mạnh-. Việc theo dõi mức hấp thụ năng lượng theo thời gian sau khi đâm thủng-cho thấy các dạng hư hỏng riêng biệt: ABS-tác động cao, PC/ABS và PC/PBT tiêu chuẩn bị thủng giòn và ngừng hấp thụ năng lượng khi búa xuyên qua vật liệu. Ngược lại, nhựa đàn hồi siêu-PC và Nano{7}}siêu bền sẽ trải qua quá trình đâm thủng dễ uốn; vật liệu xung quanh vẫn quấn quanh búa sau khi xuyên thấu và tiếp tục tiêu tán năng lượng va chạm.

Xét về tổng mức hấp thụ năng lượng khi chịu tải nặng: ABS-có tác động cao hấp thụ dưới 30 J, trong khi nhựa phục hồi Nano- đạt gần 140 J.

Thử nghiệm đâm thủng này chỉ chứng minh rằng Nano-Rebound mang lại khả năng chống xuyên thấu và hấp thụ năng lượng vượt trội để tăng cường khả năng bảo vệ mũ bảo hiểm. Nó không loại bỏ các vật liệu tổng hợp ABS hoặc PC/ABS có tác động cao-, vốn vẫn là vật liệu vỏ phổ biến cho mũ bảo hiểm-trên thị trường đại chúng.

Lựa chọn vật liệu hợp lý

Việc lựa chọn vật liệu vỏ mũ bảo hiểm đòi hỏi phải đánh giá toàn diện về định vị sản phẩm, cấp độ an toàn, thiết kế kết cấu và chi phí sản xuất. Những cân nhắc chính khi chỉ định tấm composite ABS hoặc PC/ABS được nêu dưới đây:

ABS cấp chung-có rủi ro an toàn cao; chỉ có cấp độ tác động-cao có cường độ va đập Izod lớn hơn hoặc bằng 400 J/m mới được chấp nhận, đặc biệt chú ý đến hiệu suất tác động ở nhiệt độ-thấp.

Vỏ ABS và PC/ABS hầu như luôn yêu cầu sơn bề mặt. Sơn ăn mòn bề mặt nhựa bằng hóa chất và làm giảm khả năng chống va đập. Các vật liệu được lựa chọn phải giữ được độ dẻo dai cao đồng thời mang lại khả năng kháng hóa chất được cải thiện tương thích với các quy trình phủ.

GB 811-2010 giới hạn trọng lượng tối đa của mũ bảo hiểm ở mức 1,6 kg đối với Loại A và 1,0 kg đối với Loại B. Nhiều tiêu chuẩn nội bộ doanh nghiệp bắt buộc trọng lượng mũ bảo hiểm phải là 800 g hoặc thấp hơn, yêu cầu độ dày thành vỏ mỏng hơn. Vỏ nhựa ABS-có thành mỏng và PC/ABS có nguy cơ không vượt qua các bài kiểm tra an toàn, đòi hỏi các giải pháp thay thế có hiệu suất-cao hơn chẳng hạn như nhựa Nano-Rebound.

Thông số kỹ thuật hiệu suất vật liệu