身体保护装置制造方法及图纸

一种供使用者穿戴的身体保护装置，该装置包括能量吸收单元的阵列，其中，每个单元包括一个管状物，基本上每个管状物具有与至少一个其它管状物的侧壁相靠近或者相毗邻的侧壁，基本上每个管状物是这样设置的：当平行于所述管状物的轴向施加负荷时，所述管状物的取向基本上保持不变。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及一种身体保护装置。特别地，但非排他性地，本专利技术涉及一种能量吸收材料和形成这些材料的方法，这些材料用于具有相对较大的曲率的装置，如安全帽、护肘、护膝、护肩或者其类似物。
技术介绍
许多身体保护装置具有较大的曲率κ，该曲率被定义为所述装置的弯曲半径(ρ)的倒数。诸如安全帽那样的装置可能需要永久性的弯曲形状。其他的装置如肘、膝和肩的护垫，可需要足够的柔韧性以便于自如地变化成合适的弯曲形状，以适应身体运动。必须使用适合的材料和成型方法用于这样的装置。安全帽通常包括一个基本上呈球形的硬质塑料材质的外层和诸如硬质泡沫之类的弹性材料制成的内层。刚性的外层更均匀地将冲击负荷传递给内层，内层吸收冲击负荷给予的能量。头盔在阴模中成型，或者围绕阳模成型。所述材料必须承受明显的弯曲以形成球形的外形。而且，外层和内层也必须分别地放入模具。否则，在弯曲过程中，两种材料之间的粘接会阻碍外层(外层受拉)相对于内层(内层受压)的必要的滑移，否则在外表面和内表面将会产生较大的平面应力。降低头盔的总物料量会是令人期望的。同样，头盔的成型方法通常包括手糊，该方法趋于复杂而昂贵。较好的方法是能够将内层和外层作为一个整体材料插入模具中。在相当长的一段时间内，人们采用具有不同横截面形状的轴向负荷柱用于改善汽车、路边设备或者其类似物的结构的防撞性能。这些已知系统中的柱状物通常互不相连，并且独立起作用。无论这些柱状物由何种材料成型而得，都需要去避免全局性的屈曲破环模式(或者导致整个柱的破坏的局部破坏)，因为该方法不能有效地吸收冲击能量。值得高兴的是，金属柱具有多种局部屈曲破坏模式和弯折破坏模式，弯折破坏模式能有效地吸收冲击能量。塑料柱和复合材料柱具有很多可有效吸收冲击能量的破坏模式，但是，所有模式通常都包括柱子一端的渐进破坏。塑料柱和复合材料柱的性能和破坏模式依赖于许多不同参数之间的复杂的相互作用，所述参数包括所用的材料、几何尺寸(形状和厚度)、复合材料中纤维的排列、触发器的使用和加载条件。然而，仔细选择这些参数能够得到胜过金属等同物的安全设备。不管所用的材料如何，通常发现平行于负荷方向设置的独立柱状物的阵列可提高能量吸收的性能，并且可改善安全装置的稳定性。当柱状物渐进地屈曲破坏时，柱状物趋向产生相对恒定水平的能量吸收。轴向负荷的锥形物被发现可产生能量吸收的更为线性化的增加速率，这在破坏情形中往往更受人欢迎。然而，由于柱状物是独立的，局部化的负荷会引起不希望的柱状物的全局性破坏，所述柱状物的轴向偏离所施加的负荷的轴向。同样，由于柱状物是独立的，柱状物被制成相对较厚以避免荷重过程中的不稳定性。夹芯板由两个坚硬的外层组成，这两个外层被硬度较低的芯部材料隔开，夹芯板已应用于许多方面，如建筑构件以及用于公路机车和飞机的结构板。常见的芯部由蜂窝结构组成，该蜂窝结构为单元阵列，每个单元具有六边形横截面积。然而，所述单元或其它横截面形状的单元不能被认为是相连接的柱，因为其每一侧壁都是与相邻单元共享的。如果一个单元承受局部的破坏或不稳定，将影响其相邻的单元。每个纵向构件的轴垂直于内层和外层的平面，每个纵向构件的每一端通常粘合到相应的表层。因此，蜂窝结构代表平行于负荷方向排布的单元阵列，所述负荷撞击所述外层之一的平面上。WO 94/00031公开了一种安全帽，该安全帽包括一个蜂窝状夹芯结构。通常采用手糊的方法。EP 0881064公开了一种保护构件，该构件也具有蜂窝状夹芯结构，该文献叙述了所述构件可以合并到许多种保护性衣物中，所述保护性衣物包括头盔。US 3877076公开了一种具有管状物的阵列结构的头盔。所述每个管状物与其它管状物相互隔开，并且相互独立。US 4534068也公开了一种管状物的阵列，所述管状物相互隔开。其中描述了局部的断裂破坏(crippling failure)。蜂窝结构适用于包括具有相对较小的弯曲度的结构或者平板的应用。然而，当所述材料用于具有较大弯曲度的物品时，就会出现问题。每个蜂窝结构的六边形单元具有n·60°旋转对称角度，所述单元因此没有约90°的旋转对称角度。因此，所述单元不是正交各向异性的，即，与从第一角度施加的负荷相比，六边形单元对来自与第一角度成90°夹角的第二角度施加的负荷表现出不同的反应。当成型安全帽时，所述材料围绕模具绕两个正交轴弯曲以形成球形。因此，当试图得到所需要的大弯曲度时，六边形结构就会产生困难。而且，六边形结构本身是互反曲的，因为绕一个轴的正曲率将导致绕正交轴的负曲率(马鞍的形状解释了这一现象)。这再次导致成型工艺的困难。此外，使用蜂窝结构用于诸如护垫之类的装置是有缺点的，这些装置必须弹性地变形到大曲率。这些缺点包括这些结构的相对较硬的特性。六边形构件可以被认为是六块平板，每块平板刚性地固定在每个纵向边上。从理论上和经验上可以知道，这些构件以及由这些构件制成的结构相对不易弯曲。由这种材料制成的护垫会趋于感觉僵硬且不太舒服。令人期望的是在不牺牲所述装置的能量吸收能力的情况下，改善其舒适性。
技术实现思路
根据本专利技术第一个方面，提供了一种供使用者穿戴的身体保护装置，所述装置包括能量吸收单元的阵列，其中每个单元包括一个管状物，基本上每个管状物具有与至少一个其它管状物的侧壁相靠近或者相毗邻的侧壁，并且，其中基本上每个管状物是这样设置的当平行于所述管状物的轴向施加负荷时，所述管状物的取向基本上保持不变。术语“管状物”用于表示具有规则或不规则的几何形状的中空结构。所述管状物优选具有柱形或锥形结构，所述管状物最为优选具有圆柱形或圆锥形结构。所述圆形管状物的阵列导致材料基本上各向同性，并且基本上为非互反曲。优选地，所述身体保护装置包括安全帽，可选地，所述身体保护装置包括安全护垫。优选地，基本上每个管状物具有与至少一个其它管状物的侧壁相毗邻的侧壁。优选地，基本上每个管状物具有与至少一个其它管状物的侧壁相连接的侧壁。优选地，基本上每个管状物具有通过粘结剂与至少一个其它管状物的侧壁相连接的侧壁。优选地，基本上每个管状物具有基本上沿所述管状物的长度方向与至少一个其它管状物的侧壁相连接的侧壁。可选地，基本上每个管状物具有与至少一个其它管状物的侧壁相焊接或者相熔合的侧壁。一个或一个以上的管状物可以由包括第一材料的内芯和包括第二材料的外芯组成。优选地，第一材料和第二材料都是聚合物，优选地，第二材料具有比第一材料更低的熔化温度。优选地，第一材料是聚醚酰亚胺。优选地，第二材料包括聚醚酰亚胺和PET(polyethyleneterephthlate)的混合物。优选地，基本上每个管状物靠近或毗邻至少三个其它管状物。优选地，基本上每个管状物靠近或毗邻六个其它的管状物。优选地，每个管状物的直径在2mm到8mm之间。优选地，每个管状物的直径为大约6mm。优选地，每个管状物的侧壁的厚度少于0.5mm。优选地，每个管状物的侧壁的厚度在0.1mm至0.3mm之间。优选地，每个管状物的长度小于50mm。优选地，每个管状物的长度在30mm至40mm之间。优选地，所述能量吸收单元的阵列作为一个整体材料被提供，优选地，所述整体材料具有大曲率或者能够变形至大曲率。优选地，所述整体材料包括聚碳酸酯、聚丙烯、聚醚酰亚胺、聚醚砜或聚苯砜。优选地，所述材料包括Tubu本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种供使用者穿戴的身体保护装置，包括能量吸收单元的阵列，其中，每个单元包括一个管状物；其中，基本上所述每个管状物具有与至少一个其它管状物的侧壁相靠近或者相毗邻的侧壁；其中，基本上所述每个管状物是这样设置的：当平行于所 述管状物的轴向施加负荷时，所述管状物的取向基本上保持不变。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】GB 2003-12-20 0329612.6;GB 2004-4-23 0409065.01.一种供使用者穿戴的身体保护装置，包括能量吸收单元的阵列，其中，每个单元包括一个管状物；其中，基本上所述每个管状物具有与至少一个其它管状物的侧壁相靠近或者相毗邻的侧壁；其中，基本上所述每个管状物是这样设置的当平行于所述管状物的轴向施加负荷时，所述管状物的取向基本上保持不变。2.根据权利要求1所述的身体保护装置，其中，所述管状物具有圆柱形或圆锥形结构。3.根据权利要求1或2所述的身体保护装置，其中，所述的身体保护装置包括安全帽。4.根据前述权利要求中的任意一项所述的身体保护装置，其中，基本上每个管状物具有与至少一个其它管状物的侧壁相毗邻的侧壁。5.根据前述权利要求中的任意一项所述的身体保护装置，其中，基本上每个管状物具有与至少一个其它管状物的侧壁相连接的侧壁。6.根据权利要求5所述的身体保护装置，其中，基本上每个管状物具有通过粘结剂与至少一个其它管状物的侧壁相连接的侧壁。7.根据权利要求5或6所述的身体保护装置，其中，基本上每个管状物具有基本上沿长度方向与至少一个其它管状物的侧壁相连接的侧壁。8.根据权利要求5所述的身体保护装置，其中，基本上每个管状物具有与至少一个其它管状物的侧壁相焊接或者相熔合的侧壁。9.根据权利要求8所述的身体保护装置，其中，一个或一个以上的管状物由包括第一材料的内芯和包括第二材料的外芯组成。10.根据权利要求9所述的身体保护装置，其中，第二材料具有比第一材料更低的熔化温度。11.根据前述权利要求中的任意一项所述的身体保护装置，其中，基本上每个管状物靠近或毗邻至少三个其它管状物。12.根据前述权利要求中的任意一项所述的身体保护装置，其中，基本上每个管状物靠近或毗邻六个其它的管状物。13.根据前述权利要求中的任意一项所述的身体保护装置，其中，每个管状物的直径在2mm至8mm之间。14.根据前述权利要求中的任意一项所述的身体保护装置，其中，每个管状物的直径为大约6mm。15.根据前述权利要求中的任意一项所述的身体保护装置，其中，每个管状物的侧壁的厚度少于0.5mm。16.根据前述权利要求中的任意一项所述的身体保护装置，其中，每个管状物的侧壁的厚度在0.1mm至0.3mm之间。17.根据前述权利要求中的任意一项所述的身体保护装置，其中，每个管状物的长度小于50mm。18.根据前述权利要求中的任意一项所述的身体保护装置，其中，每个管状物的长度在30mm至40mm之间。19.根据前述权利要求中的任意一项所述的身...

【专利技术属性】
技术研发人员：彼得萨伊奇，
申请(专利权)人：劳埃德苏格兰有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]