在現代制造業，輕量化與高性能已成為產品設計的重要目標，尤其是在安全裝備領域。近期，一項創新研究提出了一種基于熱塑性樹脂連續纖維鋪層的復材結構一體化快速成形方法，并應用于 安全頭盔 的制造。結果表明，該技術在保證安全性能的同時，實現了更輕的重量、更強的防護性能和更舒適的佩戴體驗，在運動、交通及工業防護領域具有廣闊的應用前景！
為什么要用熱塑性復合材料？
傳統的安全頭盔多采用 ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯）塑料，雖然成本較低，但重量較大，且剛度和抗沖擊能力存在局限。相比之下，熱塑性連續玻璃纖維復合材料具有以下優勢：
1：質量更輕：減重6%，減薄率29.7%
2：強度更高：保持相同剛度的情況下，材料更薄
3：抗沖擊性更優：更好地吸收碰撞能量，提供更安全的防護
4：環保可回收：生產過程更環保，減少碳足跡
圖1：復合材料頭盔穿透實驗與仿真結果對比
圖2：實驗與仿真數據對比
革命性制造工藝：模壓+注塑一體化
這項研究采用了模壓+注塑一體化成形技術，通過模壓成型確保纖維方向分布，提高力學性能，再結合注塑成型對頭盔表面進行包膠處理，提升外觀質量和舒適度。這種方法不僅兼顧了兩種工藝的優勢，還使得生產流程更高效。
核心技術突破拓撲優化筋結構設計在頭盔內部增加輕量化筋結構，減少材料用量，同時增強強度和剛度。
優化材料鋪層方式采用45交叉鋪層方式，增強不同方向的力學性能。
自動化生產線確保高效生產，同時保證質量一致性。
圖3：拓撲優化筋結構復合材料頭盔示意圖(1.內樹脂結構體，2.頭盔外殼主體，3.外樹脂包裹層)
實際測試：安全性能全面升級
剛度測試：相比傳統ABS頭盔，復合材料頭盔在相同重量下剛度更高，減少變形，提高抗沖擊性。
碰撞吸能測試：復合材料頭盔的最大加速度值更低，意味著能更好地吸收沖擊力，降低頭部受傷風險。
防穿透測試：無論是傳統頭盔還是復合材料頭盔，均能有效防止異物穿透，保障使用者安全。
應用前景廣闊
1、騎行運動更輕便、更安全，適合長時間佩戴
2、摩托車頭盔提供更強的防護能力，減少事故傷害
3、工業安全帽降低工人負擔，提高佩戴舒適度
4、軍警裝備高強度、耐沖擊，提升防護等級
此次研究成功突破了安全頭盔的輕量化與高性能瓶頸，通過復材結構一體化制造工藝，打造出更加安全、舒適、環保的頭盔產品。隨著技術的不斷成熟，這項突破性技術未來將在更多領域發揮作用，推動安全裝備行業邁向新的高度！
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