玻璃钢安全帽( 头盔)的研制
无论什么类型的安全帽，都必须使安全帽的设计符合使用要求，其中重要的是保护使用者头部不受伤害，佩戴舒适。
近几年来用玻璃钢制作安全帽在发展很快，年产约30～40万顶，为使这一产品得到很好的发展，现就原材料选择、成型工艺与产品性能的关系作一介绍。
1.1 帽壳的设计
从分析模拟人头受力可知：人头形的几何形状有较好抗冲效果。依据GB2428-89《成年人头型系列》，帽壳形状应呈圆形或椭圆形，内径长195～250mm，宽170～220mm,高120～150mm，帽壳留有透气孔，以散热，其大小应根据帽壳强度综合考虑，电工安全帽不允许有透气孔，帽壳颜色应鲜明，帽壳内突出物不超过5mm，周围有软垫，以防冲击压缩变形时伤害头部。
1.2 帽衬的设计
参照GB2428-89《成年人头型系列》，帽箍按尺寸分为三个型号：1号610～660mm，2号570～600mm，3号510～560mm;帽箍底边至头部的佩戴高度80～90mm，顶带呈双层或单层形成；为提高帽子的缓冲作用，可在帽衬和帽壳之间安装缓冲衬垫。
采用塑料帽衬时，应有后箍，并能自由调节。帽衬与帽壳任意对应点的间距以冲击时帽衬产生大变形后不与帽壳接触为依据进行设计。各种材料力学性能不一样，间距不同；使用拉伸弹性变形好的塑料衬，顶带与帽壳内顶的直间距25～50mm，棉织或化纤带为30～50mm，帽壳与帽箍周围任何一点水平间距5～20mm，防侧压冲击和抗侧压安全帽大于20mm。
制作安全帽的材料很多，如工程塑料、橡胶、纸胶、植物料等，安全帽使用要求重量轻，强度高，所以，在众多的材料中，纤维增强塑料的性能为合适。
2.1 帽壳材料
树脂基体依据GB2811-89《安全帽》要求，所选树脂须冲击韧性高、耐燃性好、强度高，故选用802#、196#和wu-1不饱和聚酯树脂，引发剂为MEKP-Ⅱ，促进剂为环烷酸钴溶液(含钴量为1%)。帽壳外表用胶需加入20%的功能填料FKP。
增强材料用0.18～0.4mm中碱方格布,0.1～0.12mm中碱平纹布(增强型润剂)。
2.2 帽衬材料
帽衬材料是帽壳内部部件的总称，包括帽箍、顶带、护带、托带、吸汗带、衬垫及栓绳等。
帽箍为绕头围部分起固定作用的带圈，可以选用高压聚乙烯、棉或化纤带。托带是与头部直接接触的带子，可用棉或化纤带。托带是托带上面另加的一层不接触头顶的带子，起缓冲作用，是帽衬材料的关键，可用棉或化纤带。在700～900N力的作用载荷下，带子的延伸率45%～65%为合格。吸汗带是包裹在帽箍外面的带状吸汗材料，可用棉或化纤材料。帽箍和帽壳之间起缓冲作用的垫，可选用软质泡沫或海棉。连接托带和护带、帽衬和帽壳的栓绳，可用棉、化纤或棉、化纤混合绳，要求抗拉力为1000～1500N。帽箍后部可调节后箍，选用高压聚乙烯。系在下颏上的下颏带，选用棉、化纤带。
玻璃钢安全帽可用模压、注射、喷射、手糊等方法成型。
材料配方为:树脂:发剂MEKP-Ⅱ:促进剂:偶联剂:增韧剂:功能填料100:1.8:0.5～4:1～1.5:5～8:10～20
按GB2811-89对安全帽重量的规定进行定量铺层设计。为提高防穿透性能，在帽壳顶Φ120范围多铺一层0.4mm方格布。
固化在60℃烘箱中处理3～5h。
按样模划线，进行机加工。
4.1 冲击吸收性能
用5kg半球面钢锤自1m高自由下落，冲击帽顶，帽内头模受冲击力应不大于4900N，帽壳不允许出现大于50mm的大裂纹，带栓绳不允许拉断。
根据冲击载荷的单一弹簧模型计算公式：式中，Fmax为大冲击载荷；G为钢锤的重量；h为钢锤落下高度；a为玻璃钢的弹性系数。可看出：如果降低a值，即提高玻璃钢的冲击韧性，则Fmax就会降低。因此，须采用韧性好、强度高的196#、wu-1树脂，引发剂用MEKP-Ⅱ，并配入一部分增韧剂和功能填料。
另外，从结构上讲，因帽壳形状呈等高流线状，而且表面光滑，当飞来物或坠落物砸在帽壳上向侧向滑去时，冲量被分解，作用到帽壳上的冲量减少。帽壳曲率不同，分解效果不一样。对于椭圆形帽壳在上述情况下，冲击可减少30%以上。
帽壳和帽衬等组成的缓冲结构将作用于帽壳上的有害冲量衰减，吸收并分散到整个头盖骨上，避免头部的伤害。安全帽的抗冲击效果：5kg半球面钢锤从1m高度自由落下，无安全帽时颈椎受力为22246N，有安全帽时小于4900N。
故而缓冲结构的设计和选材是非常关键的，特别是护带的结、材质、长短等，需严格按选材要求选择。结构按戴帽高度(80～90mm)和垂直间距(25～50mm)而设计，因缓冲吸收主要是依赖护带在头模上的摩擦、变形和破坏而起作用。
而护带下面的栓绳及帽衬的穿绳，材质结头也至关重要。要求强度高，伸长率为35%～50%，结头不允许松动，以免触顶而不合格。
4.2 耐穿刺性能
用重3kg的钢锥(硬度HR45，锥度60°，锥尖半径0.5mm)，自1m自由落下，冲击帽顶，钢锥不应与头模接触。达到冲击吸收性能的安全帽，一般耐穿剌性能也较好；在成型时，帽壳的顶部Φ120mm范围内要多铺1层0.4方格布，并在配方中引入填料，以更好地保证其耐穿刺性。
4.3 阻燃性能
玻璃钢安全帽的阻燃性能测试是将70号汽油装入2kg汽油喷灯，燃烧帽体10s，移开火焰，帽体应在5s内自熄(帽壳燃点温度为790±40℃)，试验场地的环境10～30℃。(国际ISO标准规定的燃烧介质为丙烷)。因此，须在配方中引入40%～60%阻燃树脂，或添加10%～18%的氧化石蜡(含氯量为70%)，三氧化二锑5%～10%，气相白炭黑3%。
4.4 电绝缘性能
此项指标只限于电业安全帽。将安全帽放到10～30℃3g/L的氯化钠溶液中，浸泡24h，取出擦净，然后将其置干盛有氯化钠溶液水槽中，通1200V交流电压1min，泄露电流不超过1.2mA。安全帽的绝缘性能主要取决于成型工艺、施工现场的环境卫生、原材料纯净与否、玻纤制品是否干燥等，制品要求无微泡、针孔、固化和浸渍不良、脱胶分层等现象。
4.5 侧压刚性
安全帽侧向加载424N压力时，帽壳侧向变形不大于40mm，卸压后，残余变形小于15mm。
依据侧向刚性计算可得出水平方向位移
S=Rsinα.N/E.h
上式说明帽壳内部尺寸R小，侧向受力N越小，帽壳材料弹性模量E越高，安全帽的厚度h越厚，安全帽在受侧向力时的变形S就越小。由于上式中R、N、h却是定值，要想满足玻璃钢安全帽的侧向刚性要求，就只有选择刚度高的树脂，并且在不影响帽壳总重的情况下，在帽壳的周边采取补强措施。
4.6 抗静电性能
按GB2812-89标准的测试方法，测定帽壳表面电阻，要求不大于1×109Ω。
抗静电剂有炭黑、金属粉、水合氧化铝、碱金属和碱土金属的盐类，如氯化钾、硝酸钾、氯化钡等。但其粒径不能超过0.1μm。
4.7 安全帽的重量
小沿卷沿安全帽不超过430g；大沿安全帽不超过460g；防寒安全帽不超过690g(以上各种不包括附件重量)。
4.8 外观质量
(1)外表不应有微泡、针孔、表面空穴、折皱、裂痕、凸凹不平、缺损、砸伤、伤痕、固化不良、毛刺等缺陷，但允许修补；
(2)制品周边不允许有毛刺、脱胶分层；
(3)内表面平整，不允许浸渍不良、分层、毛剌、缺损
近几年来用玻璃钢制作安全帽在发展很快，年产约30～40万顶，为使这一产品得到很好的发展，现就原材料选择、成型工艺与产品性能的关系作一介绍。
1.1 帽壳的设计
从分析模拟人头受力可知：人头形的几何形状有较好抗冲效果。依据GB2428-89《成年人头型系列》，帽壳形状应呈圆形或椭圆形，内径长195～250mm，宽170～220mm,高120～150mm，帽壳留有透气孔，以散热，其大小应根据帽壳强度综合考虑，电工安全帽不允许有透气孔，帽壳颜色应鲜明，帽壳内突出物不超过5mm，周围有软垫，以防冲击压缩变形时伤害头部。
1.2 帽衬的设计
参照GB2428-89《成年人头型系列》，帽箍按尺寸分为三个型号：1号610～660mm，2号570～600mm，3号510～560mm;帽箍底边至头部的佩戴高度80～90mm，顶带呈双层或单层形成；为提高帽子的缓冲作用，可在帽衬和帽壳之间安装缓冲衬垫。
采用塑料帽衬时，应有后箍，并能自由调节。帽衬与帽壳任意对应点的间距以冲击时帽衬产生大变形后不与帽壳接触为依据进行设计。各种材料力学性能不一样，间距不同；使用拉伸弹性变形好的塑料衬，顶带与帽壳内顶的直间距25～50mm，棉织或化纤带为30～50mm，帽壳与帽箍周围任何一点水平间距5～20mm，防侧压冲击和抗侧压安全帽大于20mm。
制作安全帽的材料很多，如工程塑料、橡胶、纸胶、植物料等，安全帽使用要求重量轻，强度高，所以，在众多的材料中，纤维增强塑料的性能为合适。
2.1 帽壳材料
树脂基体依据GB2811-89《安全帽》要求，所选树脂须冲击韧性高、耐燃性好、强度高，故选用802#、196#和wu-1不饱和聚酯树脂，引发剂为MEKP-Ⅱ，促进剂为环烷酸钴溶液(含钴量为1%)。帽壳外表用胶需加入20%的功能填料FKP。
增强材料用0.18～0.4mm中碱方格布,0.1～0.12mm中碱平纹布(增强型润剂)。
2.2 帽衬材料
帽衬材料是帽壳内部部件的总称，包括帽箍、顶带、护带、托带、吸汗带、衬垫及栓绳等。
帽箍为绕头围部分起固定作用的带圈，可以选用高压聚乙烯、棉或化纤带。托带是与头部直接接触的带子，可用棉或化纤带。托带是托带上面另加的一层不接触头顶的带子，起缓冲作用，是帽衬材料的关键，可用棉或化纤带。在700～900N力的作用载荷下，带子的延伸率45%～65%为合格。吸汗带是包裹在帽箍外面的带状吸汗材料，可用棉或化纤材料。帽箍和帽壳之间起缓冲作用的垫，可选用软质泡沫或海棉。连接托带和护带、帽衬和帽壳的栓绳，可用棉、化纤或棉、化纤混合绳，要求抗拉力为1000～1500N。帽箍后部可调节后箍，选用高压聚乙烯。系在下颏上的下颏带，选用棉、化纤带。
玻璃钢安全帽可用模压、注射、喷射、手糊等方法成型。
材料配方为:树脂:发剂MEKP-Ⅱ:促进剂:偶联剂:增韧剂:功能填料100:1.8:0.5～4:1～1.5:5～8:10～20
按GB2811-89对安全帽重量的规定进行定量铺层设计。为提高防穿透性能，在帽壳顶Φ120范围多铺一层0.4mm方格布。
固化在60℃烘箱中处理3～5h。
按样模划线，进行机加工。
4.1 冲击吸收性能
用5kg半球面钢锤自1m高自由下落，冲击帽顶，帽内头模受冲击力应不大于4900N，帽壳不允许出现大于50mm的大裂纹，带栓绳不允许拉断。
根据冲击载荷的单一弹簧模型计算公式：式中，Fmax为大冲击载荷；G为钢锤的重量；h为钢锤落下高度；a为玻璃钢的弹性系数。可看出：如果降低a值，即提高玻璃钢的冲击韧性，则Fmax就会降低。因此，须采用韧性好、强度高的196#、wu-1树脂，引发剂用MEKP-Ⅱ，并配入一部分增韧剂和功能填料。
另外，从结构上讲，因帽壳形状呈等高流线状，而且表面光滑，当飞来物或坠落物砸在帽壳上向侧向滑去时，冲量被分解，作用到帽壳上的冲量减少。帽壳曲率不同，分解效果不一样。对于椭圆形帽壳在上述情况下，冲击可减少30%以上。
帽壳和帽衬等组成的缓冲结构将作用于帽壳上的有害冲量衰减，吸收并分散到整个头盖骨上，避免头部的伤害。安全帽的抗冲击效果：5kg半球面钢锤从1m高度自由落下，无安全帽时颈椎受力为22246N，有安全帽时小于4900N。
故而缓冲结构的设计和选材是非常关键的，特别是护带的结、材质、长短等，需严格按选材要求选择。结构按戴帽高度(80～90mm)和垂直间距(25～50mm)而设计，因缓冲吸收主要是依赖护带在头模上的摩擦、变形和破坏而起作用。
而护带下面的栓绳及帽衬的穿绳，材质结头也至关重要。要求强度高，伸长率为35%～50%，结头不允许松动，以免触顶而不合格。
4.2 耐穿刺性能
用重3kg的钢锥(硬度HR45，锥度60°，锥尖半径0.5mm)，自1m自由落下，冲击帽顶，钢锥不应与头模接触。达到冲击吸收性能的安全帽，一般耐穿剌性能也较好；在成型时，帽壳的顶部Φ120mm范围内要多铺1层0.4方格布，并在配方中引入填料，以更好地保证其耐穿刺性。
4.3 阻燃性能
玻璃钢安全帽的阻燃性能测试是将70号汽油装入2kg汽油喷灯，燃烧帽体10s，移开火焰，帽体应在5s内自熄(帽壳燃点温度为790±40℃)，试验场地的环境10～30℃。(国际ISO标准规定的燃烧介质为丙烷)。因此，须在配方中引入40%～60%阻燃树脂，或添加10%～18%的氧化石蜡(含氯量为70%)，三氧化二锑5%～10%，气相白炭黑3%。
4.4 电绝缘性能
此项指标只限于电业安全帽。将安全帽放到10～30℃3g/L的氯化钠溶液中，浸泡24h，取出擦净，然后将其置干盛有氯化钠溶液水槽中，通1200V交流电压1min，泄露电流不超过1.2mA。安全帽的绝缘性能主要取决于成型工艺、施工现场的环境卫生、原材料纯净与否、玻纤制品是否干燥等，制品要求无微泡、针孔、固化和浸渍不良、脱胶分层等现象。
4.5 侧压刚性
安全帽侧向加载424N压力时，帽壳侧向变形不大于40mm，卸压后，残余变形小于15mm。
依据侧向刚性计算可得出水平方向位移
S=Rsinα.N/E.h
上式说明帽壳内部尺寸R小，侧向受力N越小，帽壳材料弹性模量E越高，安全帽的厚度h越厚，安全帽在受侧向力时的变形S就越小。由于上式中R、N、h却是定值，要想满足玻璃钢安全帽的侧向刚性要求，就只有选择刚度高的树脂，并且在不影响帽壳总重的情况下，在帽壳的周边采取补强措施。
4.6 抗静电性能
按GB2812-89标准的测试方法，测定帽壳表面电阻，要求不大于1×109Ω。
抗静电剂有炭黑、金属粉、水合氧化铝、碱金属和碱土金属的盐类，如氯化钾、硝酸钾、氯化钡等。但其粒径不能超过0.1μm。
4.7 安全帽的重量
小沿卷沿安全帽不超过430g；大沿安全帽不超过460g；防寒安全帽不超过690g(以上各种不包括附件重量)。
4.8 外观质量
(1)外表不应有微泡、针孔、表面空穴、折皱、裂痕、凸凹不平、缺损、砸伤、伤痕、固化不良、毛刺等缺陷，但允许修补；
(2)制品周边不允许有毛刺、脱胶分层；
(3)内表面平整，不允许浸渍不良、分层、毛剌、缺损
