Profesjonell hjelmplast

Hva er sammenhengen mellom bruk av hjelm og plastkomponenter? Hjelmskall er hovedsakelig produsert av modifisert plast som ABS-plater. Ettersom skallet bærer direkte støt og ytre skader, blir det en kjernekomponent som bestemmer hjelmens sikkerhet, noe som gjør materialvalget og den strukturelle designen ekstremt kritisk. Dessuten representerer dette et enormt potensielt marked.

Statistikk viser Kinas eierskap av elektriske tohjulinger-overstiger 250 millioner enheter. Forutsatt at bare 20 % av syklistene allerede bruker hjelm, kjører nesten 200 millioner operatører fortsatt uten hodebeskyttelse. Hvis det gjennomsnittlige plastforbruket for ett hjelmskall er 500 gram, beregnes det potensielle plastbehovet for elektriske tohjulshjelmer til 100 000 tonn.

Dette reiser flere sentrale spørsmål: Kan vanlige ABS-plater brukes til hjelmskall? Kan en stålhammertest bedømme hjelmkvaliteten nøyaktig? Garanterer det å overleve et hardt fall overlegen hjelmytelse? Hvilke kriterier styrer valg av hjelmmateriale? Hva er fordelene og ulempene med forskjellige materialer for hjelmproduksjon? For å svare på disse spørsmålene gjennomgår vi først de grunnleggende kvalitetsstandardkravene for hjelmer.

For øyeblikket finnes det ingen dedikert nasjonal standard for elektriske hjelmer for to-hjul. Gitt praktiske industritrender, vil fremtidige spesifikasjoner sannsynligvis referere til standarder for motorsykkelhjelmer. Denne analysen bruker GB 811-2010Motorsykkel rytter hjelmer, som setter detaljerte krav til hjelmer, inkludert skall,-energiabsorberende foringer, komfortpolstring, holdesystemer og visirer. Nedenfor er standardens nøkkelbestemmelser for hjelmskall:

Impact Energy Absorption Test

To tester spesifisert i standarden relaterer direkte til hjelmskallmaterialets ytelse. Den første er klausul 5.9 Hjelm Impact Energy Absorption Performance Test. I denne testen gjennomgår hjelmer ekstrem temperaturkondisjonering (50 grader, -20 grader) eller nedsenking i vann, og festes deretter på en testhodeform. Tre til fire utpekte anslagspunkter akselereres på en anslagsbenk for å treffe sfæriske eller flate ambolter med en bestemt hastighet. Godkjenningskriteriene krever at toppakselerasjonen som overføres til hodeformen etter sammenstøtet forblir under en spesifisert terskel.

Dette kravet krever utmerket energibuffring fra hjelmen; i motsetning til stivt stål, må det ikke overføre full slagkraft direkte til brukerens hode. Moderne hjelmer utviklet seg fra den grunnleggende sivile hjelmen oppfunnet av Franz Kafka (forfatter avMetamorfosen) i 1908, og hentet strukturell inspirasjon fra hakkespetters slagfaste-hodeskaller: et delikat, fleksibelt benete hylster som omgir hjernen, pluss et smalt væske-fylt gap mellom hjernehinnene og hjernevevet. Å legge til skumforinger og energi-absorberende lag øker demping og energispredning ytterligere.

Materialer må derfor balansere høy stivhet med kontrollert duktilitet under momentane støtbelastninger. Nano-Rebound-plasten som vises nedenfor, sprer energi via kontrollert krølling, og reduserer effektivt toppakselerasjonen under kollisjoner.

Penetrasjonsmotstandstest

Den andre materielle-kritiske testen er klausul 5.10 Hjelmpenetrasjonsmotstandstest. Etter temperatur- eller vannnedsenkingskondisjonering festes hjelmen på plass. En 3 kg stålkjegle slippes fra en høyde på 1 m eller 3 m (leverer 30–90 J slagenergi) for å slå skallet på hodet.- Et bestått resultat krever at kjeglen ikke trenger hull i skallet og kommer i kontakt med den underliggende hodeformen. Dette stiller strenge krav til materialets punkteringsmotstand og totale energiabsorpsjonskapasitet, og krever at skallene kombinerer moderat fleksibilitet med høy strukturell styrke.

Hvorvidt en hjelm oppfyller disse teststandardene avhenger av både materialegenskaper og strukturell design. Følgende plastmaterialer er mye brukt for hjelmskall: høy-abs-plater, PC/ABS-komposittark, premium PC/PBT-blandinger og karbonfiberkompositter. Ytelsen deres under de ovennevnte testprotokollene varierer betydelig.

En sammenlignende punkteringstest ble utført på høy-påvirknings-ABS-plater, PC/ABS-komposittplater og Nano-Rebound engineering-plast under tøffe forhold for å simulere hjelmens penetrasjonsfeil: Testparametere: 3 mm flat platetykkelse, testtemperatur -30 grader, punkteringshastighet 6,6 m/s, 12,7 kg hammer, diameter 6,6 m/s, 12,7 kg hammer, 12,7 kg hammer. Testresultater:

ABS-ark med høy- slagkraft utviklet omfattende sprø sprekker rundt punkteringshullet;

PC/ABS komposittplater knuste fullstendig i to store fragmenter;

Nano-Rebound-plast viste duktil punkteringsadferd, med knapt noen mikrosprekker.

Ved testing av penetrasjonsmotstand overgår Nano-Rebound-plast klart høy-påvirknings-ABS og PC/ABS-komposittark. Sporing av energiabsorpsjon over tid etter-punktering avslører distinkte feilmoduser: høy-påvirknings-ABS, PC/ABS og standard PC/PBT lider av sprø perforering og slutter med energiabsorpsjon når hammeren trenger inn i materialet. Derimot gjennomgår super-tøff PC og Nano-Rebound-plast duktil punktering; omgivende materiale forblir viklet rundt hammeren etter penetrering og fortsetter å spre slagenergi.

Når det gjelder total energiabsorpsjon under tung belastning: ABS med høy-påvirkning absorberer mindre enn 30 J, mens Nano-Rebound-plast når nesten 140 J.

Denne punkteringstesten viser bare at Nano-Rebound gir overlegen penetrasjonsmotstand og energiabsorbering for forbedret hjelmbeskyttelse. Det diskvalifiserer ikke ABS- eller PC/ABS-kompositter med høy-virkning, som fortsatt er vanlige skallmaterialer for masse-hjelmer.

Rasjonelt materialvalg

Hjelmskallmaterialevalg krever omfattende evaluering av produktposisjonering, sikkerhetsgrad, strukturell design og produksjonskostnad. Viktige hensyn ved spesifikasjon av ABS- eller PC/ABS-komposittark er skissert nedenfor:

Generell-klasse ABS medfører høye sikkerhetsrisikoer; bare høye-slagkvaliteter med en Izod-støtstyrke med hakk på større enn eller lik 400 J/m er akseptable, med spesiell oppmerksomhet til lav-temperaturstøt.

ABS og PC/ABS-skall krever nesten alltid overflatemaling. Maler kjemisk etser plastoverflater og forringer slagfastheten. Utvalgte materialer må beholde høy seighet samtidig som de tilbyr forbedret kjemisk motstandsdyktighet som er kompatibel med belegningsprosesser.

GB 811-2010 har en maksimal hjelmvekt på 1,6 kg for klasse A og 1,0 kg for klasse B. Mange bedriftsinterne standarder krever vekter på 800 g eller lavere, og krever tynnere skallveggtykkelser. Tynne-veggede ABS- og PC/ABS-skall risikerer å mislykkes i sikkerhetstester, noe som krever høyere-ytelsesalternativer som Nano-Rebound-plast.

Materialytelsesspesifikasjoner