本發明涉及頭盔技術領域，尤其涉及一種鑲嵌式合金框架承重的消防頭盔。

背景技術：

在火災撲救和搶險救援中，消防員的頭部往往會受到來自火場的熱、煙、毒、輻射、電擊、外力沖擊等的傷害。消防頭盔可以對消防員的頭部進行整體防護。火場環境對消防員頭部傷害一般可分為熱環境傷害、機械外力傷害以及電泄漏傷害，機械外力傷害包括物體打擊、高處墜落。

有研究表明，盔-頭-頸系統是非線性的，其響應也是非線性的，當作用力增大時，頸部受力，盔-頭相對位移及頭部加速度都非線性增大。頭盔受到越堅硬的物塊撞擊，其沖擊力作用時間就越短。撞擊物剛度和硬度越小，沖擊力作用時間就越長。同一大小沖擊力作用于盔頂，作用時間越長，盔-頭相對位移大，但頸部受力和頭部加速度就小。懸掛剛度越大，緩沖能力就越差，傳到頸部的力就越大，完全起不到緩沖作用，頭部加速度也隨著剛度變大而增大?？?頭相對位移則隨著剛度變大而減小。頭質量大的人，盔-頭相對位移就大，頸部受力變小，即頭質量大的人能承受更大的沖擊力。頸部剛度大的人，傳到頸部的力也大，而頭部加速度變化很小，即頸部粗的人對抗腦震蕩并不有利。

基于以上原則，消防頭盔的抗沖擊設計需注意以下幾點：1.頭盔帽殼要有足夠的強度能直接阻擋沖擊物，不使其刺穿帽殼，直接擊打到頭部。2.頭盔外殼材料要盡量采用厚而輕的材料。3.要使懸掛裝置在頭頂與盔頂空間位置構成能量吸收系統，減少沖擊峰值。4.在盔形及其他配件結構相同的情況下，緩沖層的層數是影響頭部沖擊載荷吸收的最重要因素，層數越多，越能夠有效吸收沖擊所帶來的能量。在緩沖層結構相同并合理的情況下，要盡量增加其層數。5.帽托組與頭部接觸處要有軟墊并留有一定的空間，構成能量吸收系統，并防止顱骨變形。

隨著科學技術的發展，老式頭盔的防護力和適應性已不能適應現代消防工作的要求。因此，許多國家研制了新式復合材料頭盔。目前采用復合材料制備消防頭盔方面，國內外均有相關報道：如中國專利，申請號為201420077866.8，發明名稱為“一種抗震消防頭盔”報道了抗震消防頭盔，該頭盔主體自外向內依次由阻燃層、硬質防護層、內層緩沖層、頭盔內襯層組成。中國專利，申請號為201410114098.3，發明名稱為“改進的消防頭盔”報道了一種改進的消防頭盔，包括盔殼、減震帶、下頦帶、護披、頭圍調節扣，其特征是盔殼內設有三級減震機構和雙向調節機構，調節機構與減震機構互為連接并裝置于盔殼內。中國專利，申請號為201120172779.7，發明名稱為“一種新型消防頭盔”報道了一種新型消防頭盔，頭盔外殼采用具備阻燃效果且防紫外線性能穩定的聚胺纖維制成，整體用熒光劑著色；面罩位于頭盔外殼前沿下部，在后部與減震網連接，同時，在減震網的上部還設置有減震件來配合減震網進行頭部保護；在頭盔外殼下，還設置有一個防護披肩，防護披肩由阻燃抗輻射復合材料制造，可用按扣或尼龍搭扣將其固定于頭盔內；同時，在頭盔外殼內設置有頭帶，且頭帶上設置有滑動調節器和頭帶調節器。中國專利，申請號201220010689.2，發明名稱為“頭部防護結構”公開了一種頭部防護結構，包括帽體，具有外表層，外表層內部設入有內襯層，于所述外表層與內襯層之間形成有容置空間。

現有的消防頭盔設計大多采用酚醛樹脂玻璃鋼、聚胺纖維等材料加工成頭盔盔體使用。這類頭盔存在過重問題，長期佩戴會對人體頸椎造成壓迫，但如果減少酚醛樹脂的使用，會造成頭盔強度的下降。

技術實現要素：

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種消防頭盔，本發明提供的消防頭盔為鑲嵌式合金框架承重的消防頭盔，在重量較輕的基礎之具有良好的抗沖擊性能。

本發明提供了一種鑲嵌式合金框架承重的消防頭盔，包括：

合金框架，合金框架為鏤空結構，鏤空部位邊緣設有卡槽；合金框架的抗壓強度為100～800mpa；

增強塊體，增強塊體鑲嵌在合金框架鏤空部位，通過卡槽固定，與合金框架形成盔體；

增強塊體包括纖維包覆非牛頓流體材料的塊體、金屬塊體、陶瓷塊體、碳材質塊體或三維編織纖維制備的塊體；

設置于盔體內表面的第一耐熱層；

設置于第一耐熱層表面的氣凝膠層；

設置于盔體外表面的第二耐熱層。

優選的，所述合金框架的材質選自鎂合金、鋁合金、鈦合金和高強鋼中的一種或幾種。

優選的，所述卡槽包括t字型槽、工字槽、梯形槽或燕尾槽。

優選的，所述纖維包覆非牛頓流體材料的塊體中的纖維選自碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維、陶瓷纖維和石棉纖維中的一種或幾種。

優選的，所述非牛頓流體材料包括：

糊化淀粉、原淀粉、玻璃酸鈉、氯化鈉和水。

優選的，所述金屬塊體的材質選自鎂合金、鋁合金、鈦合金和不銹鋼中的一種或幾種。

優選的，所述陶瓷塊體的材質選自碳化硼、碳化硅、碳化鈦、氧化硼、氧化硅、氧化鈦、碳氧化硼、碳氧化硅、氧化鋁和碳氧化鈦中的一種或幾種。

優選的，所述碳材質塊體的材質選自碳納米管、石墨和石墨烯中的一種或幾種。

優選的，所述第一耐熱層和第二耐熱層的成分包括：

硅樹脂、硅酸鈉、碳化硼、胺類化合物和氣凝膠；

所述胺類化合物包括：二乙烯三胺和三乙烯四胺中的一種或兩種。

優選的，所述硅樹脂、硅酸鈉、碳化硼、胺類化合物和氣凝膠的質量比為a：b：c：d：e，0＜a≤80，0＜b≤80，0＜c≤50，0＜d≤20；0＜e≤15。

與現有技術相比，本發明提供了一種鑲嵌式合金框架承重的消防頭盔，采用合金框架、框架上嵌入增強塊體、氣凝膠等材料進行復合減震的方式制備消防頭盔，以合金框架作為主要抗沖擊體，采用增強塊體作為次要抗沖擊和抗侵徹體，氣凝膠作為隔熱層，制備復合強化的消防頭盔，這種頭盔具有良好的抗沖擊性能而且質量較輕，能夠更有效的保護人體，減少人體在火災現場受到的傷害。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據提供的附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明實施例提供的合金框架的結構示意圖；

圖2為本發明實施例提供的卡槽的結構示意圖；

圖3為本發明實施例提供的纖維包覆非牛頓流體材料的塊體的結構示意圖；

圖4為本發明實施例提供的模具的結構示意圖；

圖5為本發明實施例提供的消防頭盔的結構示意圖。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

本發明提供了一種消防頭盔，包括：

合金框架；

增強塊體，所述增強塊體鑲嵌在合金框架鏤空部位，與合金框架形成盔體；

設置于盔體內表面的第一耐熱層；

設置于第一耐熱層表面的氣凝膠層；

設置于盔體外表面的第二耐熱層。

本發明提供的消防頭盔包括合金框架，合金框架為鏤空結構，鏤空部位邊緣設有卡槽。在本發明中，合金框架中合金或合金框架的抗壓強度為100～800mpa，優選為200～700mpa，更優選為300～600mpa，最優選為400～500mpa。在本發明中，所述合金框架的材質優選為輕質合金，如鎂合金、鋁合金、鈦合金和高強鋼中的一種或幾種。

在本發明中，合金框架的結構優選為圖1所示的結構，圖1為本發明實施例提供的合金框架的結構示意圖，至少包括：隨形邊緣筋1，縱向主筋2，與縱向主筋2在頭盔頂部交叉的橫向主筋3，與縱向主筋2和橫向主筋3交叉的后向主筋4，位于后向主筋4上部且與縱向主筋2和橫向主筋3交叉的上后向主筋5，位于后向主筋4下部且與縱向主筋2和橫向主筋3交叉的下后向主筋6。在本發明中，所述合金框架中的骨架筋優選為條形，骨架筋的橫向橫截面積優選為8～100mm²，更優選為10～80mm²，更優選為30～60mm²，最優選為40～50mm²；骨架筋的寬度優選為10～15mm，厚度優選為2～4mm。

本發明對合金框架的制備方法沒有特殊的限制，采用本領域技術人員熟知的框架的制備技術如鑄造或壓鑄工藝整體成型或采用焊接工藝制備得到即可。

在本發明中，合金框架鏤空部分的邊緣設有卡槽，卡槽用于安裝固定增強塊體，卡槽可以在制備合體框架時形成，也可以單獨制備，然后安裝在合框架上，可用鉚釘連接，所述卡槽的材質與合金框架的材質一致，在此不再贅述。本發明對卡槽的形狀沒有特殊的限制，采用本領域技術人員熟知的梯形槽、t字型槽、工字槽或燕尾槽即可，如圖2所示，圖2為本發明實施例提供的卡槽的結構示意圖，其中(1)為t字型槽，(2)為工字槽，(3)為燕尾槽。

本發明提供的消防頭盔包括增強塊體，所述增強塊體鑲嵌在合金框架的鏤空部位，通過卡槽固定，必要時也可采用鉚釘將增強塊體和合金框架進一步固定。在本發明中，增強塊體優選均勻分布在合金框架中，將多個增強塊體嵌入合金框架的卡槽內，使合金框架封閉與增強塊體形成盔體，盔體表面為類似烏龜殼的結構。

在本發明中，增強塊體包括纖維包覆非牛頓流體材料的塊體、金屬塊體、陶瓷塊體、碳材質塊體或三維編織纖維制備的塊體。在本發明中，所述纖維包覆非牛頓流體材料的塊體的結構優選如圖3所示，圖3為本發明實施例提供的纖維包覆非牛頓流體材料的塊體的結構示意圖，包括：

纖維材質的上殼體7，

纖維材質的下殼體10，上殼體7和下殼體10形成腔體，

填充在腔體內部的非牛頓流體材料8，

設置在腔體底部的金屬板9。

在本發明中，所述纖維材質上殼體的形狀優選為正六邊形或正八邊形；上殼體的曲面優選為圓錐或圓缺；圓錐或圓缺半徑優選為10～60mm，更優選為20～50mm，最優選為30～40mm；圓錐或圓缺高優選為0～40mm，更優選為10～30mm，最優選為15～25mm；相鄰圓錐或圓缺的圓心間距優選為2～20mm，更優選為5～15mm，最優選為8～12mm。

在本發明中，所述纖維材質的下殼體的形狀優選為正六邊形或正八邊形；所述纖維材質的下殼體與纖維材質的上殼體能夠配合連接，形成密閉的腔體。

在本發明中，所述纖維包覆非牛頓流體材料中的纖維(纖維布)選自碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維、陶瓷纖維和石棉纖維中的一種或幾種。在本發明中，所述非牛頓流體材料為由粘膠液和聚合物化合而成的，可以廣泛應用于運動裝備和戶外服裝上。這種材料在正常情況下保持松弛的狀態，又輕又軟，不會影響人的正常活動，只有當遭到劇烈撞擊的時候才會迅速收緊變硬，形成一層防護層，從而減少撞擊對使用者身體的傷害。在本發明中，所述非牛頓流體材料優選包括：糊化淀粉、原淀粉、玻璃酸鈉、氯化鈉和水。在本發明中，所述糊化淀粉、原淀粉、玻璃酸鈉、氯化鈉和水的質量比優選為(10～20)：(25～35)：(10～20)：(5～10)：(30～35)，更優選為15:30:15:7.5:32.5。

在本發明中，非牛頓流體材料在不受力的情況下雖然具有一定硬度，但也相對較軟，在受到外部的劇烈作用力時，非牛頓流體材料由長分子鏈構成，分子鏈會鎖死，整體會變得十分堅硬，使用金屬板9的目的在于外界沖擊時，非牛頓流體材料和金屬板的作用力和反作用力使非牛頓流體材料變硬，而板材的整體受力也會讓壓強變小，分散壓力。在本發明中，所述金屬板的材質優選為鎂、鋁、鈦或不銹鋼。在本發明中，所述金屬板的厚度優選為0.5～1mm。

在本發明中，纖維包覆非牛頓流體材料的塊體的制備方法優選為：

在模具表面擦拭脫模劑；

將纖維布剪裁成所需尺寸的布料；

將一層或多層纖維布鋪設于下模具中；

將膠體倒入下模具中；

將上模具和下模具合模，上下模具的接觸面留有空隙通道，有助于氣體和多余膠體排出，加熱使纖維布硬化定型，得到纖維材質的上殼體；

將纖維材質的上殼體倒扣，在其凹陷腔體內放入非牛頓流體材料；

剪裁另一塊尺寸與上殼體接近的纖維布，將其表面涂覆膠體；

將尺寸與上殼體直徑相同的金屬板扣在上殼體表面，封蓋住凹陷腔體；

將涂覆膠體的纖維布覆蓋在金屬板上，將上下模具合模，在加熱爐中加熱，形成下殼體，上殼體和下殼體構成封閉的腔體，腔體內封存非牛頓流體材料。

在本發明中，所述模具如圖4所示，圖4為本發明實施例提供的模具的結構示意圖，包括上下模具11，設置在模具上的導流孔12，模具內部的纖維包覆非牛頓流體材料的塊體13。在本發明中，所述脫模劑優選為聚四氟乙烯。在本發明中，所述膠體的成分優選為包括環氧樹脂和胺類固化劑的膠體或包括酚醛樹脂和胺類固化劑的膠體。在本發明中，加熱纖維布的溫度優選為20～200℃，更優選為50～150℃，最優選為80～120℃。

本發明對金屬塊體的形狀沒有特殊的限制，金屬塊體的形狀能夠鑲嵌到合金框架的鏤空部位，與合金框架形成盔體即可。在本發明中，所述金屬塊體的形狀優選為六邊形或八邊形；所述金屬塊體內切圓的直徑尺寸優選為10～60mm，更優選為20～50mm，最優選為30～40mm。在本發明中，所述金屬塊體的材質優選選自鎂合金、鋁合金、鈦合金或不銹鋼中的一種或幾種。在本發明中，所述金屬塊體的制備方法優選為將金屬液采用壓鑄或將金屬坯料進行鍛壓制備得到所需形狀的塊體。

本發明對陶瓷塊體的形狀沒有特殊的限制，陶瓷塊體的形狀能夠鑲嵌到合金框架的鏤空部位，與合金框架形成盔體即可。在本發明中，所述陶瓷塊體的形狀優選為六邊形或八邊形；所述陶瓷塊體內切圓的直徑尺寸優選為10～60mm，更優選為20～50mm，最優選為30～40mm。在本發明中，所述陶瓷塊體中的材質優選選自碳化硼、碳化硅、碳化鈦、氧化硼、氧化硅、氧化鈦、碳氧化硼、碳氧化硅、氧化鋁和碳氧化鈦中的一種或幾種。在本發明中，所述陶瓷塊體可以采用陶瓷粉末通過粉末燒結的方法制備得到。在本發明中，所述陶瓷粉末的平均粒度優選為20nm～50000nm，更優選為50nm～40000nm，更優選為100nm～30000nm，更優選為1000nm～20000nm，最優選為5000nm～10000nm。在本發明中，所述粉末燒結的溫度優選為1200℃～2000℃，更優選為1400～1600℃。

本發明對碳材質塊體的形狀沒有特殊的限制，碳材質塊體的形狀能夠鑲嵌到合金框架的鏤空部位，與合金框架形成盔體即可。在本發明中，所述碳材質塊體的形狀優選為六邊形或八邊形；所述碳材質塊體內切圓直徑的尺寸優選為10～60mm，更優選為20～50mm，最優選為30～40mm。在本發明中，所述碳材質塊的材質優選選自碳納米管、石墨和石墨烯中的一種或幾種。在本發明中，所述碳材質塊體的制備方法優選為將碳材質材料進行真空熱壓燒結制備得到所需形狀的碳材質塊體。

二維編織技術編織出來的是二維平面的布，布的厚度取決于絲線的粗細和編織方法，三維編織技術則是在三維方向上編織出很厚的布，編織成許多層。這種三維編織產品是一個“塊體”，切割后不會抽絲。三維編織纖維技術為一種新型高性能復合材料結構部件的制備技術，是將纖維編織成復合材料結構件的近凈形三維整體織物(紡織預成型體)，再采用樹脂傳遞模塑工藝(rtm)注入樹脂后復合固化形成高性能復合材料結構件。由于是三維整體織物制備得到的塊體在厚度方向上獲得了增強，從而克服了傳統層合復合材料容易分層破壞的缺點，具有優異的力學性能。本發明對所述三維編織纖維的具體方法沒有特殊的限制，采用本領域技術人員熟知的三維編織纖維的技術方案采用三維編織機編織纖維即可。在本發明中，所述三維編織纖維所采用的纖維優選選自碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維、陶瓷纖維和石棉纖維的一種或幾種，更優選為碳纖維和玻璃纖維；所述碳纖維和玻璃纖維的質量比優選為(70～90)：(10～30)，更優選為(75～85)：(15～25)，最優選為80:20。在本發明中，所述三維編織纖維制備的塊體的形狀優選為板材，所述板材的厚度優選為4～6mm，更優選為5mm。

在本發明中，增強塊體鑲嵌在合金框架的鏤空部位形成頭盔盔體。本發明在盔體內表面設置第一耐熱層，在盔體外表面設置第二耐熱層；在盔體內外表面同時設置耐熱層，當頭盔外部耐熱層破損時，內部耐熱層同樣可以起到防水、防電、耐高溫的作用。在本發明中，所述第一耐熱層和第二耐熱層的成分優選包括硅樹脂、硅酸鈉、碳化硼、胺類化合物和氣凝膠，所述胺類化合物包括二乙烯三胺和三乙烯四胺中的一種或兩種，優選為二乙烯三胺。在本發明中，所述硅樹脂優選為聚甲基苯基硅氧烷。在本發明中，所述硅酸鈉優選為硅酸鈉水溶液即水玻璃。在本發明中，所述氣凝膠優選為氣凝膠顆粒；氣凝膠顆粒的粒度優選＜0.5mm。在本發明中，所述硅樹脂、硅酸鈉、碳化硼、胺類化合物和氣凝膠的質量比優選為a：b：c：d：e，0＜a≤80，0＜b≤80，0＜c≤50，0＜d≤20，0＜e≤15；更優選為(10～70)：(10～70)：(10～40)：(5～15)：(3～12)，最優選為(30～40)：(30～40)：(20～30)：(8～12)：(5～10)。在本發明中，所述第一耐熱層的厚度優選為0.3～2mm，更優選為0.5～1.5mm，最優選為0.8～1.2mm。在本發明中，所述第二耐熱層的厚度優選為0.3～2mm，更優選為0.5～1.5mm，最優選為0.8～1.2mm。

在本發明中，所述耐熱層的制備方法優選為通過將耐熱層的制備原料進行漿料噴涂至盔體表面或者將盔體浸潤到耐熱層制備原料的漿料中制備得到。

本發明提供消防頭盔包括設置于第一耐熱層表面的氣凝膠層。在本發明中，氣凝膠是一種固體物質形態，是世界上密度很小的固體之一。密度為3千克每立方米，僅為空氣密度的2.75倍。由于氣凝膠中80％以上是空氣，具有非常好的隔熱效果，一寸厚的氣凝膠相當20至30塊普通玻璃的隔熱功能。即使把氣凝膠放在玫瑰與火焰之間，玫瑰也會絲毫無損。氣凝膠貌似“弱不禁風”，其實非常堅固耐用。它可以承受相當于自身質量幾千倍的壓力，在溫度達到1200攝氏度時才會熔化。此外它的導熱性和折射率也很低，絕緣能力比最好的玻璃纖維還要強39倍。在本發明中，所述氣凝膠層的厚度優選為1～10mm，更優選為2～8mm，最優選為3～6mm。本發明對所述氣凝膠的制備方法沒有特殊的限制，本領域技術人員可購買市售的氣凝膠產品將其剪裁為合適的尺寸貼合于第一耐熱層表面即可。

本發明提供的鑲嵌式合金框架承重的消防頭盔結構如圖5所示，圖5為本發明實施例提供的消防頭盔的結構示意圖，由內向外依次包括氣凝膠層14，帶有工字形卡槽的合金框架15，鑲嵌在合金框架中的增強塊體16，設置在增強體塊體和氣凝膠層之間的第一耐熱層(圖中未畫出)，設置在增強體塊體外表面的第二耐熱層17。

本發明對所述消防頭盔的制備方法沒有特殊的限制，按照頭盔的結構將上述技術方案所述的合金框架、增強塊體、第一耐熱層、第二耐熱層和氣凝膠層進行組裝即可，所述合金框架、增強塊體、第一耐熱層、第二耐熱層和氣凝膠層的制備方法與上述技術方案所述的方法一致，在此不再贅述。在本發明中，所述消防頭盔的制備方法優選為：

提供帶有卡槽的合金框架；

在合金框架內部嵌入增強塊體并用卡槽固定，形成盔體，如需要可采用鉚釘將增強塊體和合金框架進行鉚接；

在盔體內外表面分別涂覆耐熱層成分，形成第一耐熱層和第二耐熱層；

在第一耐熱層表面貼合氣凝膠，形成氣凝膠層。

現有技術大多采用酚醛樹脂玻璃鋼、聚胺纖維等材料制備頭盔盔體，這類材料在火場極端條件下存在高溫強度降低和高溫老化現象，防護能力有限。本發明提供的鑲嵌式合金框架承重的消防頭盔使用多種材料復合的減震方式，在減重的基礎之上提升消防頭盔的耐熱性能、高溫抗沖擊性能。在同等防護能力下，本發明的頭盔重量低于現有技術重量；與現有技術頭盔重量相同的條件下，本發明頭盔的防護能力優于現有技術的頭盔。

本發明以下實施例所用到的原料均為市售商品，硅樹脂為聚甲基苯基硅氧烷，購買自安徽艾約塔硅油有限公司，型號為苯甲基硅油iota-255。硅酸鈉膠體為哈爾濱巖浩工貿有限公司的水玻璃。氣凝膠顆粒為納諾科技有限公司提供的ap系列，顆粒尺寸小于0.5mm。

實施例1

頭盔盔體制備步驟如下：

(1)采用壓鑄方式制備鎂合金頭盔骨架，鎂合金合金成分為az91+0.6wt.％ce。頭盔骨架結構如圖1所示，包含盔體邊緣筋1；一條縱向主筋2；三條與縱向主筋交叉于頭盔頂部橫向主筋；三條與縱向主筋交叉的后向主筋，頭盔骨架鏤空部位邊緣帶有t字型卡槽。頭盔骨架筋的寬度為12mm，厚度為3mm，骨架整體重量為200g。

(2)制備增強塊體，增強塊體為碳纖維包覆非牛頓流體材料的塊體：

上下模具形狀均為六邊形，六邊形內切圓直徑尺寸為30mm，材質為不銹鋼；

將上下模具表面擦拭聚四氟乙烯脫模劑；

將碳纖維布(日本東麗t500單向碳纖維布)剪裁成與模具形狀尺寸適應的布料；

將2層碳纖維布鋪設于下模具中；

將膠體倒入下模具中，膠體成分為：85wt％酚醛樹脂和15wt％六次甲基四胺；

將上下模具合模(上下模具接觸面留有空隙通道，有助于氣體和多余膠體排除)，并加熱至170℃使碳纖維硬化定型，形成上殼體；

將上殼體倒扣，在其凹陷腔體內放入非牛頓流體材料，非牛頓流體材料的成分配比為：糊化淀粉：15wt％；原淀粉：30wt％；玻璃酸鈉：15wt％；氯化鈉：7.5wt％；水：32.5wt％。

裁與上殼體接近尺寸的碳纖維布，在其表面涂覆膠體，膠體成分與上述技術方案一致；

將尺寸與上殼體直徑相同的鎂合金圓盤薄片(0.7mm)扣在上殼體表面，封蓋住凹陷腔體；

將涂覆膠體的碳纖維布(3層)覆蓋在鎂合金薄片上，使上殼體封閉，殼體內封存非牛頓流體材料；

將內腔封閉的上殼體置于下模具中，上下模具合模加熱，加熱條件為150℃，保溫時間3小時，直至其完全硬化，得到增強塊體，增強體模塊的結構如圖3所示。

(3)按照上述方法制備多個增強塊體，將增強塊體整體嵌入頭盔骨架內，使頭盔骨架封閉，并使用鉚釘鉚接，頭盔盔體表面為類似烏龜殼的結構。

(4)對頭盔盔體內外同時進行膠體涂覆，在盔體內表面形成第一耐熱層，在盔體外表面形成第二耐熱層，膠體的成分為：30wt.％硅樹脂，55wt.％硅酸鈉膠體，10wt.％碳化硼陶瓷粉，2wt.％二乙烯三胺，3wt.％氣凝膠顆粒，第一耐熱層的厚度為0.5mm，第二耐熱層的厚度為0.5mm。

(5)將剪裁好的氣凝膠(金納公司生產的二氧化硅納米氣凝膠)粘貼在第一耐熱層表面，氣凝膠的厚度為3mm，制備得到消防頭盔。

對本發明實施例1制備得到的消防頭盔進行重量測試，測試結果為515克。

按照ga44-93《消防頭盔國家標準》對本發明實施例1制備得到的消防頭盔進行穿透性能、導電性能和耐熱性能檢測。測試結果為，帽頂部、側部、前部、后部的最大沖擊加速度均達到400gn，符合防護要求；消防頭盔在2.2千伏、保持5分鐘的測試條件下不導電；采用800℃火焰噴燈燃燒帽殼15秒后移開火焰，火焰隨即熄滅；頭盔達到國家標準中的防護要求上限。

將本發明實施例1制備的消防頭盔與美國msa梅思安f2xtrem消防頭盔進行重量比較，在相同防護面積下，f2xtrem消防頭盔體重量約為750克，本發明頭盔減重明顯。在超標準測試環境下(標準條件是使用5kg重的鋼球自1m高度落下，保證頭盔下人體模型的安全，頭盔即便變形也不觸碰模型上的傳感器)，使用5kg重錘自2米高度進行沖擊實驗，本發明實施例1制備的頭盔完好，f2xtrem消防頭盔出現一定程度的破損，結果表明，本發明制備的頭盔性能優越。

實施例2

(1)按照實施例1的方法制備得到頭盔骨架。

(2)制備增強塊體，增強塊體為三維編織纖維制備的塊體：

采用三維編織機對碳纖維(日本東麗t500碳纖維)和玻璃纖維(巨石牌e-cr玻璃纖維)進行混紡，其中碳纖維占比80wt％，玻璃纖維占比20wt％。編織得到厚度為5mm的平板。將平板剪裁成多個與頭盔骨架鏤空部分對應形狀的塊體，彎曲成型，隨后進行浸膠處理，浸膠處理的具體過程為：將模具上下表面涂抹聚四氟乙烯脫模劑；將膠體倒入下模具中后，將剪裁好的塊體放入下模具中；上下模具合模并加熱至170℃，膠的成分為熱固性酚醛樹脂(堿性條件下合成的酚醛樹脂)。

(3)將浸膠處理后的多個三維編織纖維板材整體嵌入頭盔骨架內，使頭盔骨架封閉。

(4)對頭盔盔體內外同時進行膠體涂覆，在盔體內表面形成第一耐熱層，在盔體外表面形成第二耐熱層，膠體的成分為：23wt.％硅樹脂，55wt.％硅酸鈉膠體，10wt.％碳化硼陶瓷粉，2wt.％二乙烯三胺，10wt.％氣凝膠顆粒，第一耐熱層的厚度為0.5mm，第二耐熱層的厚度為0.5mm。

(5)將剪裁好的氣凝膠(金納牌二氧化硅氣凝膠)粘貼在第一耐熱層表面，氣凝膠的厚度為2mm，制備得到消防頭盔。

對本發明實施例2制備得到的消防頭盔進行重量測試，測試結果為430克。

按照ga44-93《消防頭盔國家標準》對本發明實施例2制備得到的消防頭盔進行穿透性能、導電性能和耐熱性能檢測。測試結果為，帽頂部、側部、前部、后部的最大沖擊加速度均達到400gn，符合防護要求；消防頭盔在2.2千伏、保持5分鐘的測試條件下不導電；采用800℃火焰噴燈燃燒帽殼15秒后移開火焰，火焰隨即熄滅；頭盔達到國家標準中的防護要求上限。

將本發明實施例2制備的消防頭盔與美國msa梅思安f2xtrem消防頭盔進行重量比較，在相同防護面積下，f2xtrem消防頭盔重量約為750克，本發明頭盔減重明顯。在超標準測試環境下(測試條件同實施例1)，使用5kg重錘自2米高度進行沖擊實驗，本發明實施例2制備的頭盔完好，f2xtrem消防頭盔出現一定程度的破損，結果表明，本發明制備的頭盔性能優越。

實施例3

(1)按照實施例1的方法制備得到頭盔骨架。

(2)制備增強塊體，增強塊體為陶瓷塊體：

將碳化硼納米粉末(平均粒度100納米)鋪在模具中壓實，隨后合模，根據頭盔骨架鏤空部位的形狀選擇合適的模具，使制備得到的陶瓷塊體能夠鑲嵌到頭盔骨架中。上下表面進行冷壓后再進行真空熱壓。熱壓過程中升溫速度為4℃/min，保溫溫度1500℃，保溫時間3h，然后隨爐緩慢冷卻。

(3)將多個陶瓷塊體整體嵌入頭盔骨架內，使頭盔骨架封閉。

(4)對頭盔盔體內外同時進行膠體涂覆，在盔體內表面形成第一耐熱層，在盔體外表面形成第二耐熱層，膠體的成分為：23wt.％硅樹脂，55wt.％硅酸鈉膠體，10wt.％碳化硼陶瓷粉，2wt.％二乙烯三胺，10wt.％氣凝膠顆粒，第一耐熱層的厚度為0.5mm，第二耐熱層的厚度為0.5mm。

(5)將剪裁好的氣凝膠(金納牌二氧化硅氣凝膠)粘貼在第一耐熱層表面，氣凝膠的厚度為2.5mm，制備得到消防頭盔。

對本發明實施例3制備得到的消防頭盔進行重量測試，測試結果為595克。

按照ga44-93《消防頭盔國家標準》對本發明實施例3制備得到的消防頭盔進行穿透性能、導電性能和耐熱性能檢測。測試結果為，帽頂部、側部、前部、后部的最大沖擊加速度均達到400gn，符合防護要求；消防頭盔在2.2千伏、保持5分鐘的測試條件下不導電；采用800℃火焰噴燈燃燒帽殼15秒后移開火焰，火焰隨即熄滅；頭盔達到國家標準中的防護要求上限。

將本發明實施例3制備的消防頭盔與美國msa梅思安f2xtrem消防頭盔進行重量比較，在相同防護面積下，f2xtrem消防頭盔重量約為750克，本發明頭盔減重明顯。在超標準測試環境下(測試條件同實施例1)，使用5kg重錘自2米高度進行沖擊實驗，本發明實施例3制備的頭盔完好，f2xtrem消防頭盔出現一定程度的破損，結果表明，本發明制備的頭盔性能優越。

由以上實施例可知，本發明提供了一種消防頭盔，包括：合金框架；增強塊體，所述增強塊體鑲嵌在合金框架鏤空部位，通過卡槽固定，與合金框架形成盔體；設置于盔體內表面的第一耐熱層；設置于第一耐熱層表面的氣凝膠層；設置于盔體外表面的第二耐熱層。與現有技術相比，本發明采用合金框架、框架上嵌入增強塊體、氣凝膠等材料進行復合減震的方式制備消防頭盔，以合金框架作為主要抗沖擊體，采用增強塊體作為次要抗沖擊和抗侵徹體，氣凝膠作為隔熱層，制備復合強化的消防頭盔，這種頭盔具有良好的抗沖擊性能而且質量較輕，能夠更有效的保護人體，減少人體在火災現場受到的傷害。