Професионална пластмаса за каска

Каква е връзката между носенето на каска и пластмасовите компоненти? Черупките на шлемовете се произвеждат главно от модифицирани пластмаси като ABS листове. Тъй като черупката понася директен удар и външни повреди, тя се превръща в основен компонент, определящ безопасността на каската, което прави избора на материал и структурния й дизайн изключително критични. Освен това това представлява огромен потенциален пазар.

Статистиката показва, че притежанието на електрически двуколесни превозни средства в Китай надхвърля 250 милиона единици. Ако приемем, че само 20% от ездачите вече носят каски, близо 200 милиона оператори все още карат без защита на главата. Ако средната консумация на пластмаса за една обвивка на каска е 500 грама, потенциалното търсене на пластмаса за електрически каски за двуколесни превозни средства се изчислява на 100 000 метрични тона.

Това повдига няколко ключови въпроса: могат ли да се използват обикновени ABS листове за черупки на каски? Може ли тест със стоманен чук да прецени точно качеството на каската? Дали оцеляването при тежко падане гарантира превъзходна работа на каската? Какви критерии определят избора на материал за каска? Какви са предимствата и недостатъците на различните материали за производство на каски? За да отговорим на тези въпроси, първо преглеждаме основните изисквания за стандарт за качество на шлемовете.

Понастоящем не съществува специален национален стандарт за електрически каски за дву{0}}колесни превозни средства. Предвид практическите тенденции в индустрията, бъдещите спецификации вероятно ще се позовават на стандартите за мотоциклетни каски. Този анализ приема GB 811-2010Мотоциклетни каски, който определя подробни изисквания за шлемове, включително черупки, енерго{0}}абсорбиращи подложки, удобни подплънки, системи за задържане и козирки. По-долу са основните разпоредби на стандарта за черупките на каската:

Тест за поглъщане на енергия от удар

Два теста, посочени в стандарта, са пряко свързани с характеристиките на материала на корпуса на каската. Първият е клауза 5.9 Тест за поглъщане на енергия при удар на каска. При този тест шлемовете се подлагат на кондициониране при екстремна температура (50 градуса, -20 градуса) или потапяне във вода, след което се закрепват върху тестов модел на глава. Три до четири определени точки на удар се ускоряват на пейка за удар, за да удрят сферични или плоски наковални с определена скорост. Критериите за преминаване изискват пиковото ускорение, предадено на модела на главата след удара, да остане под определен праг.

Това изискване изисква отлично енергийно буфериране от каската; за разлика от твърдата стомана, тя не трябва да прехвърля цялата сила на удара директно върху главата на потребителя. Съвременните каски са еволюирали от основния граждански шлем, изобретен от Франц Кафка (автор наМетаморфозата) през 1908 г., черпейки структурно вдъхновение от-устойчивите на удар черепи на кълвачи: деликатна, гъвкава костна обвивка, обграждаща мозъка, плюс тясна-пълна с течност празнина между менингите и церебралната тъкан. Добавянето на подплата от пяна и слоеве,-поглъщащи енергия, допълнително подобрява омекотяването и разсейването на енергията.

Поради това материалите трябва да балансират висока твърдост с контролирана пластичност при моментни ударни натоварвания. Нано-Rebound пластмасата, представена по-долу, разсейва енергията чрез контролирано смачкване, като ефективно намалява пиковото ускорение по време на сблъсъци.

Тест за устойчивост на проникване

Вторият критичен-тест за материал е клауза 5.10 Тест за устойчивост на проникване на каска. След кондициониране при температура или потапяне във вода, каската се фиксира на място. Стоманен конус от 3 kg се изпуска от височина 1 m или 3 m (предавайки 30–90 J енергия на удара), за да се удари челно в черупката-. Успешният резултат изисква конусът да не пробие черупката и да не влезе в контакт с подлежащия модел на глава. Това поставя строги изисквания към устойчивостта на пробиване на материала и общия капацитет за поглъщане на енергия, изисквайки черупките да комбинират умерена гъвкавост с висока структурна здравина.

Дали една каска отговаря на тези стандарти за изпитване зависи както от свойствата на материала, така и от структурния дизайн. Следните пластмасови материали се използват широко за черупки на каски: високо-устойчиви ABS листове, PC/ABS композитни листове, първокласни смеси PC/PBT и композитни материали от въглеродни влакна. Тяхната производителност при горните протоколи за тестване варира значително.

Беше проведен сравнителен тест за пробиване върху високо{0}}удароустойчиви ABS листове, PC/ABS композитни листове и Nano-Rebound инженерна пластмаса при тежки условия за симулиране на неуспешно проникване на каска: Тестови параметри: 3 mm дебелина на плоския лист, температура на изпитване -30 градуса, скорост на пробиване 6,6 m/s, диаметър на чука 12,7 mm, маса на чука 23,13 кг. Резултати от теста:

Високо{0}}ударните ABS листове развиха обширни разпространяващи се крехки пукнатини около прободния отвор;

PC/ABS композитни листове, счупени напълно на два големи фрагмента;

Нано-отскокващата пластмаса показа пластично поведение при пробиване, като почти не се образуваха микропукнатини.

При изпитване за устойчивост на проникване Nano-Rebound пластмасата ясно превъзхожда високо{1}}устойчивите ABS и PC/ABS композитни листове. Проследяването на поглъщането на енергия във времето след-пробиването разкрива различни режими на повреда: силно{4}}ударен ABS, PC/ABS и стандартен PC/PBT страдат от крехка перфорация и спират поглъщането на енергия, след като чукът проникне в материала. За разлика от това, супер-здравите PC и Nano-Rebound пластмаса се подлагат на пластично пробиване; околният материал остава увит около чука след проникване и продължава да разсейва енергията на удара.

По отношение на общото поглъщане на енергия при голямо натоварване: удароустойчивият ABS поглъща по-малко от 30 J, докато Nano{2}}Rebound пластмасата достига близо 140 J.

Този тест за пробиване само демонстрира, че Nano-Rebound осигурява превъзходна устойчивост на проникване и поглъщане на енергия за подобрена защита на каската. Това не дисквалифицира високо{2}}устойчивите ABS или PC/ABS композити, които остават основни материали за черупки за каски-за масовия пазар.

Рационален избор на материал

Изборът на материал за корпуса на каската изисква цялостна оценка на позиционирането на продукта, степента на безопасност, структурния дизайн и производствените разходи. Основните съображения при определяне на ABS или PC/ABS композитни листове са описани по-долу:

Общ{0}}клас ABS крие високи рискове за безопасността; приемливи са само високо-класове на удар с назъбена якост на удар по Izod, по-голяма или равна на 400 J/m, като се обръща специално внимание на ефективността на удар при ниски-температури.

Корпусите от ABS и PC/ABS почти винаги изискват повърхностно боядисване. Боите химически ецват пластмасови повърхности и намаляват устойчивостта на удар. Избраните материали трябва да запазят висока издръжливост, като същевременно предлагат подобрена химическа устойчивост, съвместима с процесите на нанасяне на покритие.

GB 811-2010 ограничава максималното тегло на каската от 1,6 kg за клас A и 1,0 kg за клас B. Много вътрешни стандарти на предприятията изискват тегло от 800 g или по-ниско, което изисква по-тънка дебелина на стените на черупката. Тънкостенните-корпуси от ABS и PC/ABS рискуват да се провалят на тестовете за безопасност, което налага алтернативи с по-висока-производителност като Nano-Rebound пластмаса.

Спецификации за изпълнение на материала