在现代制造业，轻量化与高性能已成为产品设计的重要目标，尤其是在安全装备领域。近期，一项创新研究提出了一种基于热塑性树脂连续纤维铺层的复材结构一体化快速成形方法，并应用于 安全头盔 的制造。结果表明，该技术在保证安全性能的同时，实现了更轻的重量、更强的防护性能和更舒适的佩戴体验，在运动、交通及工业防护领域具有广阔的应用前景！
为什么要用热塑性复合材料？
传统的安全头盔多采用 ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯）塑料，虽然成本较低，但重量较大，且刚度和抗冲击能力存在局限。相比之下，热塑性连续玻璃纤维复合材料具有以下优势：
1：质量更轻：减重6%，减薄率29.7%
2：强度更高：保持相同刚度的情况下，材料更薄
3：抗冲击性更优：更好地吸收碰撞能量，提供更安全的防护
4：环保可回收：生产过程更环保，减少碳足迹
图1：复合材料头盔穿透实验与仿真结果对比
图2：实验与仿真数据对比
革命性制造工艺：模压+注塑一体化
这项研究采用了模压+注塑一体化成形技术，通过模压成型确保纤维方向分布，提高力学性能，再结合注塑成型对头盔表面进行包胶处理，提升外观质量和舒适度。这种方法不仅兼顾了两种工艺的优势，还使得生产流程更高效。
核心技术突破拓扑优化筋结构设计在头盔内部增加轻量化筋结构，减少材料用量，同时增强强度和刚度。
优化材料铺层方式采用45交叉铺层方式，增强不同方向的力学性能。
自动化生产线确保高效生产，同时保证质量一致性。
图3：拓扑优化筋结构复合材料头盔示意图(1.内树脂结构体，2.头盔外壳主体，3.外树脂包裹层)
实际测试：安全性能全面升级
刚度测试：相比传统ABS头盔，复合材料头盔在相同重量下刚度更高，减少变形，提高抗冲击性。
碰撞吸能测试：复合材料头盔的最大加速度值更低，意味着能更好地吸收冲击力，降低头部受伤风险。
防穿透测试：无论是传统头盔还是复合材料头盔，均能有效防止异物穿透，保障使用者安全。
应用前景广阔
1、骑行运动更轻便、更安全，适合长时间佩戴
2、摩托车头盔提供更强的防护能力，减少事故伤害
3、工业安全帽降低工人负担，提高佩戴舒适度
4、军警装备高强度、耐冲击，提升防护等级
此次研究成功突破了安全头盔的轻量化与高性能瓶颈，通过复材结构一体化制造工艺，打造出更加安全、舒适、环保的头盔产品。随着技术的不断成熟，这项突破性技术未来将在更多领域发挥作用，推动安全装备行业迈向新的高度！
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