保护帽的制作方法
保护帽的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明一般涉及保护帽。更具体地，本发明涉及适于为用户的头部以及头盔的插入件提供冲击保护作用的头盔。
【背景技术】
[0002]保护帽被应用于各种运动、工业和军事环境。例如，防护头盔经常在许多不同的运动项目，比如美式足球、冰球、曲棍球、长曲棍球、棒球、自行车、赛车、高山滑雪和单板滑雪中使用，在这些环境下，由于对头部的冲击，有创伤性脑损伤的危险。
[0003]头部突然加速或减速，会导致大脑在颅骨内直线、旋转或角运动，引起创伤性脑损伤发生，导致损害脑细胞、血管和保护组织。轻度脑外伤(脑震荡)的症状通常包括意识丧失、头痛、恶心、头晕、嗜睡和临时认知障碍，而更严重的创伤性脑损伤，可导致永久性认知功能障碍、行为和情绪的变化以及中风和脑部退化疾病的风险增加。特别是慢性创伤性脑病(CTE)是主要发现于经历多个脑震荡史的专业运动员的进行性神经变性疾病，会导致抑郁和自杀，认知功能障碍和攻击行为。
[0004]研究表明，对于脑震荡的G-力阈值通常为约70至85G，尽管可以理解这高度依赖于研究中的个体以及冲击的类型。运动中的冲击，如美式足球往往范围从20至180G，甚至高达200G。作为参考，在喷气式战斗机中的飞行员一般要承受最多4.5G，而25英里每小时的车祸，往往会造成约100G。
[0005]创伤性脑损伤的风险是全面接触的运动，如美式足球、冰球和曲棍球中特别关心的，其中运动员相互碰撞，并与地面碰撞产生很大的力，这是在运动的规则范围内的。据估计，美国职业足球运动员可能会在一个赛季受到多达1500次头部打击，在10年的球员生涯中受到15，000次头部打击，这取决于他们的位置。对前职业美式足球运动员的死后诊断的CTE的大量病例表明，经常是自杀。即使在高中美式足球运动员中也发现每个赛季受到约650次头部打击，并且仅在美国，1997年至2007年间，据报道至少有50个高中或以下的运动员因为头部受伤而死。
[0006]考虑到球员的平均体重以NFL计自20世纪80年代已经增长了至少10%达到248镑，显然很多潜在的可能出现震荡的实例。此外，最重的位置、进攻滑车，从二十年前的约280镑增加到约320镑。
[0007]有因此，需要采取措施以减少头部损伤的发生率和严重性。尽管改变比赛和训练实践可以在一定程度上解决受伤的风险，也有需要更有效地头部保护，以有效地吸收施加到头部的冲击力，尤其是那些可能引起脑震荡的冲击力，并由此降低可能性的创伤性脑损伤。
[0008]还需要一种头部保护，其包括电子监视装置以确定对头部冲击的频率以及力和力的方向。积累的数据可以由运动专家，诸如医生进行监测，以便确定个人脑损伤的高风险，以确定是否需要进行干预(医疗或其它方式)和/或适当的恢复周期。
[0009]对于接触性运动特别有利，以便能够实时评估一个或者一系列冲击之后防护头盔的状态，以便确定所述头盔的部件是否需要更换，并寻求避免由于低效的保护帽导致的损伤。
【发明内容】
[0010]因此，在第一方面，本发明提供一种头盔，包括:
[0011](i)外壳;
[0012](ii)内垫，用于弹性变形以缓冲使用者的头部;和
[0013](iii)固体开孔结构；
[0014]其中所述外壳与所述内垫由所述固体开孔结构隔开，并且所述固体开孔结构用于当冲击施加的压力大于选定阈值压力时发生不可逆变形以吸收冲击能量。
[0015]在发生对戴有本发明的头盔的个体的头部的冲击的情况下，本应施加到个人头部的冲击被固体开孔结构的不可逆变形代替消散。应当理解，阈值被选择为能够防止脑损伤如脑震荡的水平。以举例的方式，该阈值可以是在70G，使得任何大于70G的冲击力对固体开孔结构产生至少一些永久变形，因此限制传递给头部的冲击强度。
[0016]在一个优选的实施方案中，开孔结构是开孔泡沫材料。
[0017]在一个优选的实施方案中，开孔结构优选为泡沫，能够消散至少为70G的冲击力并且优选高达至少200G的冲击力，例如80G，90G, 100G, 110G, 120G, 130G, 140G, 150G, 160G,1706，1806和1906。
[0018]在优选的实施方案中，固体开孔结构是易碎并优选通过压碎或粉碎不可逆地变形。
[0019]术语压碎和/或粉碎旨在包括开孔结构解体成颗粒和/或粉末。以举例的方式，刚性开孔泡沫材料经受所述阈值压力的时，可以被压碎使得材料的孔解体成颗粒。这样的解体通常在可控制的方式，如从该材料的上表面向下表面的方向，例如沿着密度梯度。
[0020]固体开孔结构优选基本上刚性的。基本上刚性，是指该固体开孔结构在载荷下不偏向并且在中等压力下不塌陷。
[0021]固体开孔泡沫材料可以适当地从聚合泡沫材料中选择。合适的固体开孔泡沫聚合物材料的实例包括酚醛树脂泡沫、聚苯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫、聚乙烯泡沫、聚氯乙烯泡沫、聚乙烯基乙酸酯泡沫、聚酯泡沫聚醚泡沫和泡沫橡胶。优选的固体开孔泡沫材料是酚醛树脂泡沫。
[0022]使用开孔泡沫诸如酚醛树脂泡沫的一个特别的优点是，电磁波能够穿透。以这种方式，这些材料能够与例如，射频识别加速度计和其他类型的传感器高度兼容使用。固体开孔泡沫可包括细粉碎颗粒增强材料。合适的颗粒增强材料优选是惰性的和不溶性的。增强材料的含量可以是基于所述泡沫的总重量的高达50重量％，例如基于所述泡沫的总重量的2-40重量％，或5-20重量％，包括10重量％。合适的增强材料包括有机或无机(包括金属)颗粒材料，其可以是结晶的或无定形的。甚至纤维状固体已被发现是有效的，尽管不是优选的。合适的颗粒材料的非限制性实例包括粘土、粘土矿物、滑石、蛭石、金属氧化物、耐火材料、实心或空心的玻璃微球、飞灰、煤尘、木粉、谷物粉、坚果壳粉、二氧化硅、矿物纤维如切碎的玻璃纤维和细碎石棉、短纤维、切碎的天然或合成纤维、粉末或纤维状的研磨塑料和树月旨，例如回收的废塑料和树脂，颜料如粉末涂料，以及炭黑和淀粉。
[0023]优选地，固体开孔泡沫具有100至500kg.m—3范围内的密度，更优选为120至400kg.m—3，并且最优选 120至250kg.m—3。
[0024]这种泡沫的物理性质，特别是在冲击下的压缩强度和变形被认为是与孔壁厚度和平均孔径相关的(除其他因素)。优选地，固体开孔泡沫的平均孔径在约0.5毫米至5毫米，更优选0.5或1毫米至2或3毫米的范围内。
[0025]固体开孔结构，例如泡沫材料，可形成头盔的外壳和内垫之间横跨整个区域延伸的连续层。然而，在优选的实施方案中，固体开孔结构，优选泡沫材料，被设置为不连续层。例如，头蓝的外壳和内垫可由固体开孔结构如泡沫材料的多个条带和/或支柱间隔开。在一些实施方案中，优选的是头盔的外壳和内垫由固体开孔结构如泡沫材料的多个支柱间隔开。
[0026]当头盔的外壳和内垫由固体开孔泡沫材料的多个支柱间隔开时，支柱的横截面面积可以根据固体开孔泡沫材料的断裂应力以及所选择的阈值压力来确定。以举例的方式，所述横截面面积可被选择为使得该阈值压力在70G。
[0027]支柱的横截面面积可被选择为使得邻近外壳的外端与邻近内垫的内端之间基本恒定。在其他实施方案中，支柱的横截面面积可能在支柱的内端与外端之间变化。例如，一个或多个支柱的内端可以具有比外端更大的横截面。以这种方式，支柱可能消散从70到200G的冲击力。
[0028]例如，支柱可以是梯形，例如圆锥形、截头圆锥形、角锥形或角锥台。以这种方式，支柱可根据冲击经受渐进变形。因此，一个或多个支柱可以有一个以上的阈值压力，使得支柱在较低的冲击压力下部分变形，并且随着冲击压力增加变形更加广泛。
[0029]在其他实施方案中，本发明的头盔可包括多个支柱，其中不同的支柱具有不同的阈值压力。因此，固体开孔泡沫经受不可逆变形的阈值在头盔的不同区域可以不同。以这种方式，有可能根据被保护的使用者的头部的部分来调整阈值。这对于当头部的不同部分有更大的冲击敏感性是特别重要的。
[0030]在进一步的实施方案中，固体开孔泡沫材料可以包括多个部分，例如第一部分和第二部分，其中第一部分相对于第二部分具有较低的阈值压力，并且所述第一部分和第二部分被堆叠在一起。在这种方式中，固体开孔泡沫材料的第一部分在较低冲击压力下发生不可逆变形，而固体开孔泡沫材料的第二部分仅在经历更严重的冲击下，不可逆变形。以举例的方式，分离的材料可以具有在70G和140G的阈值以消散冲击力。
[0031]优选的是在外壳和内衬垫之间有一个或多个空隙区域。空隙区的存在不仅降低了头盔的重量，而且还提高了头盔的耐冲击性，因为在冲击力作用下该材料经历不可逆的变形，固体开孔泡沫材料可以被移位到所述空隙区域。如上所述，可以通过使用固体开孔泡沫材料的不连续层来提供空隙。可替代地，固体开孔泡沫本身可设置有一个或多个空腔，其中所述一个或多个空腔的大小和/或空间分布根据冲击吸收材料的断裂应力和所选择的阈值压力来确定。
[0032]应当理解，固体开孔泡沫的一个或多个腔也可用于改变冲击吸收材料的断裂应力。
[0033]头盔中所有空隙区的总面积可以取决于最终用途和头盔选定的阈值压力。本领域技术人员可以理解，随着空隙的总面积相对用户头部的表面面积的增大，头盔的耐冲击性降低，因此可能需要更有弹性的固体开孔泡沫。应该理解的是，过大的空隙区域可能减少跨越使用者的头部冲击的分布，从而可能提高局部损伤的风险。因此，优选该空隙区的总面积小于所述内垫的总面积的50%，更优选小于所述内垫的总面积的60%，并且最优选小于所述内垫的总面积的70%。
[0034]头盔的内垫被配置为在冲击下弹性变形，并且可以由任何合适的材料形成。优选，该材料是重量轻并且具有高的冲击吸收。合适的材料包括弹性材料，包括软质泡沫，如那些由发泡聚丙烯、发泡聚乙烯或发泡聚氨酯形成的软质泡沫。
[0035]内垫通常适用于吸收选定的阈值压力之下的冲击，例如那些遭受20-70G的冲击。优选地，内垫还提供一些选定的阈值压力之上的冲击保护。然而，可以理解，固体开孔材料意在消散由70G或以上的冲击所产生 的许多能量。
[0036]内垫可进一步包括外衬，以便为头盔的佩戴者提供舒适度。适宜的材料包括轻质合成泡沫和/或织物。应当认识到，这种材料旨在使得皮肤舒适，也可有助于排汗和/或散热。内垫可以任选地设置有孔和/或通风口，以便助于排汗和/或散热。
[0037]内垫优选适于或适合于用户头部的形状。合适地，内垫形成头盔的基本上连续的内表面，并适于覆盖使用者的头部，如通常为选定类型的头盔。
[0038]优选地，所述外壳形成头盔的外壳。外壳通常为头盔提供强度和刚性。在优选的实施方案中，外壳是由刚性材料制成的，例如刚性热塑性材料。合适的刚性热塑性塑料的实例包括聚乙烯、聚酰胺、聚碳酸酯或任何其它合适的热塑性材料。
[0039]外壳是为了为任何时间保持完好，因此必须能够承受大于200G的冲击力。
[0040]外壳可适当地包括多个通风孔，使空气围绕使用者的头部流通，从而有利于排汗和散热。
[0041]头盔的外壳可根据最终用户的要求来成形。例如，在全接触运动和汽车运动中，头盔的外壳可被成形为基本上覆盖除外脸的所有头部。对于其他运动，不同形状的头盔是适合的，例如仅覆盖头顶部的部分的形状，例如作为常见自行车头盔。
[0042]头盔优选地还包括紧固装置，以保持它在用户的头部，特别是在使用中。这种装置可以包括由任何合适的材料形成的颚带。头盔可任选地设置有面甲和/或面罩。
[0043]在一些实施方案中，头盔包括适于感测冲击的传感器，以及适于传输冲击数据到远程设备的通信接口。头盔还可以包括适于在施加的冲击大于阈值压力的情况下将信号发送到所述远程设备的控制器。头盔还可以包括数据记录器，其可操作地记录来自传感器的数据。
[0044]传感器可以设置在头盔的壳体内，并且这些传感器可被设置成符合头盔的形状。例如，这些适形传感器可以包括设置的导电材料，该材料的电阻率由冲击的影响而改变，使得该材料的电阻率作为头盔所受冲击的指示。另外，也可以使用加速度计，其被布置可以断开电路，例如通过冲击而破裂的导电链路。这样的配置可被用于解谐(例如修改谐振频率)谐振电路。这可以使得能够通过测量电感连接和/或头盔的射频反射率的程度来确定头盔的状态。
[0045]因此，在一个方面，提供一种头盔，包括RF天线，用于与射频电磁场连接，以及冲击传感器，用于在头盔的加速度超过选定阈值时改变RF天线的电特性。
[0046]改变电特性可以包括连接或解连接电阻、感应或电容负载与天线。
[0047]在一个实施例中，冲击传感器包括电连接到所述天线的惯性机械加速度计，并且被配置为响应所述头盔的加速度被偏转。加速度计可以被布置成当头盔的加速度超过选择的阈值的情况下损坏。
[0048]在一个实施方案中，传感器可以被设置为通过改变天线的阻抗而失谐RF天线。例如，该传感器可以被配置为从RF天线解连接电感或电容。
[0049]在一个实施方案中，机械元件被设置为当头盔的加速度超过选择的阈值的情况下损坏。所述天线可包括电感连接器，用于连接到通过在近场范围内的另一个电感连接器产生的RF H-场。
[0050]在一个实施方案中，传感器包括电阻元件，具有响应于所述电阻元件的加速度而改变的电阻率。电阻元件可被连接到天线，以在冲击作用下而改变天线的负载。
[0051]应该理解的是，所记录的数据可以用于监测佩戴本发明的头盔的佩戴者所受到的冲击。通过举例的方式，可能监视冲击以提供指导用于表明穿戴者是否已受到大到足以可能导致问题例如震荡的冲击。此外，它可以监测冲击的次数，以提供指导用于表明累积的冲击是否足以造成问题例如震荡。这种监测可以实时开展以提供即时的结果和分析。
[0052]在一个方面，本发明提供一种头盔系统，包括:
[0053]( i)头盔，包括外壳，以及任选地位于所述外壳内的内垫，其中所述内垫用于弹性变形以缓冲使用者的头部;和
[0054](ii)可移动插入件，适于插入所述外壳与使用者的头部之间，其中所述可移动插入件包括固体开孔泡沫材料，或者由固体开孔泡沫材料组成，用于当冲击施加的压力大于选定阈值压力时发生不可逆变形以吸收冲击能量。
[0055]当内垫存在并定位在外壳内，可移动插入件适于插入所述外壳与所述内垫之间。
[0056]在进一步的实施方案中，可移动插入件还包括用于弹性变形以缓冲使用者的头部的垫子。在这样的实施例中，当插入件被插入到外壳中，垫子形成的内层与外壳一起夹着固体开孔泡沫。
[0057]合适的材料和/或实例如上述定义。
[0058]在优选的实施方案中，头盔的外壳包括带键的内表面，并且所述可移动插入件包括适于与带键的内表面啮合的互补键控部件，以防止可移动插入件相对于所述头盔滑动。
[0059]在一些实施例中，头盔包括带键的内表面，并且所述插入件包括适于与带键的内表面互补的键控部件。在这种方式中，可移动插入件相对于头盔的滑动可被禁止。
[0060]可移动插入件可以包括用于感测冲击的传感器，以及用于从所述传感器传送信号的连接器(诸如通信接口)。
[0061]头盔可包括用于感测冲击的传感器，以及用于在传感器与可移动插入件的连接器之间传输信号的连接器(诸如通信接口)。连接器可以相对于所述头盔的键和可移动插入件设置，以便插入件的键控部件与头盔的内表面的接合能够连接头盔与可移动插入件之间的通信。连接器可以从导电连接器、电感连接器和电容连接器中选择。
[0062]在一些实施例中，头盔可进一步包括控制器，用于经由所述连接器从插入件的至少一个传感器获得传感器数据，以及通信接口，用于与远程设备通信所述传感器数据。
[0063]在进一步的实施方案中，可移动插入件可以包括数据记录器，用于记录施加到插入件的冲击。头盔可包括控制器，用于响应于被连接到头盔的可移动插入件而从数据记录器获得数据，其中所述控制器用于基于所获得的数据而触发警报。例如，传感器数据指示插入件是否已受到大于所选阈值压力的冲击。该警报可以适当地是可听警报、视觉警报或射频信号。因此，头盔和/或插入件可以包括射频天线，用于从头盔传送射频信号给远程设备。
[0064]根据本发明，还公开了适于与头盔外壳一起使用的插入件，所述插入件如上述定义。
[0065]本发明的另一个实施方案提供一种降低冲击能量传递的方法，包括使用如上述定义的头盔。
[0066]本发明的又一个进一步的实施方案提供一种监视冲击能量传递的方法，包括使用如上述定义的头蓝。
[0067]如上所述，在本发明的各方面，合适的固体开孔泡沫是固体开孔酚醛树脂泡沫。特别合适的泡沫可通过如下组分之间的固化反应来制造:
[0068](a)反应数(定义见下文)至少为1的液体甲阶酚醛树脂;和
[0069](b)用于甲阶酚醛树脂的强酸固化剂;任选地存在:
[0070](c)细分散的惰性不溶性颗粒状固体，当使用时，其用量按液体甲阶酚醛树脂重量的至少5%的量，并且基本上均匀地分散于含有甲阶酚醛树脂和固化剂的混合物中；
[0071]由于施加热量，含有甲阶酚醛树脂和固化剂的混合物的温度不超过85°C，并且该温度以及酸固化剂的浓度是这样的:使得作为固化反应的副产物产生的化合物，在混合物凝结之前从混合物内挥发，以产生发泡酚醛树脂产品。
[0072]甲阶酚醛树脂意指一种溶于合适的溶剂中的酸可固化预聚物成分的溶液，通过至少一种酚类化合物与至少一种醛的缩合来制备，通常在碱性催化剂的存在下，如氢氧化钠的存在下。
[0073]可以使用的酚的例子有苯酚本身及其取代物，通常是烷基取代物及其衍生物，其条件是，苯酚苯环上的三个位置中酚羟基的邻位和对位是未取代的。也可以使用这样的酚的混合物。当甲阶酚醛树脂的流动特性需要改善时，也可以使用一种或多于一种这样的酚类与其中邻位或对位中的一个已被取代的取代酚的混合物。然而，在这种情况下，固化的酚醛树脂泡沫的交联程度会降低。出于经济原因，苯酚本身通常优选作为酚成分。
[0074]醛通常为甲醛，虽然不排除使用较高分子量的醛。
[0075]每摩尔苯酚与至少1摩尔甲醛的反应合适地形成甲阶酚醛树脂的酚/醛缩合产物组分，其中甲醛通常以水溶液的形式提供，例如福尔马林。优选使用的甲醛与苯酚的摩尔比为至少1.25:1，但最好避免比值在2.5:1以上。最优选的范围是1.4-2.0:1。
[0076]混合物也可以含有具有2个活性氢原子(二羟化合物)的化合物，其将在固化步骤期间与甲阶酚醛树脂的酚/醛反应产物反应，以减少交联密度。优选的二羟化合物是二醇，特别是烯烃基二醇或者羟基基团之间的原子链不仅含有亚甲基和/或烷基取代的亚甲基基团而且含有一个或多个杂原子特别是氧原子的二元醇。合适的二醇包括乙二醇，丙二醇，丙烧_1，3-二醇，丁烧-1,4-二醇和新戊二醇。特别优选的二醇是聚二醇，尤其是二-(稀经基醚)二醇，例如二甘醇，以及尤其是二丙二醇。
[0077]优选地，基于酚/醛缩合产物的重量计算，二羟化合物的存在量为从0-35% (重量)，更优选0-25% (重量)。最优选地，二羟化合物，使用时，存在量基于苯酚/醛缩合产物的重量为5-15% (重量)。当在本方法中使用含有二羟化合物的这种甲阶酚醛树脂时，可制得具有特别良好的物理性能，特别是强度的产品。
[0078]适当地，二羟化合物加入到所形成的甲阶酚醛树脂，并优选在0H基之间具有2至6
个原子。
[0079]甲阶酚醛树脂可以包括在水中或在任何其它合适的溶剂或在溶剂的混合物中的酚/醛的反应产物的溶液，其可以或可以不包括水。
[°08°]当使用水作为唯一的溶剂，其优选存在量为甲阶酚醛树脂重量的15-35% (重量)的，优选20-30%。当然，如果配合使用助溶剂，水的含量可基本上较少，助溶剂例如醇或上述二羟化合物中的一种。
[0081]如上所述，液体甲阶酚醛树脂(即任选地含有二羟化合物的酚/醛产物的溶液)必须具有至少为1的反应数。反应数是10/x，其中X是使用按甲阶酚醛树脂的10% (重量)的66-67%的对甲苯磺酸水溶液在60°C下固化甲阶酚醛树脂，所需要的分钟数。该试验包括:将规定量 的对甲苯磺酸水溶液在试管中与5毫升甲阶酚醛树脂混合;将试管浸入加热至60°C的水浴中；以及测量触感到混合物变硬所需的时间。为了产生有用的发泡产品，甲阶酚醛树脂应具有至少为1的反应数。优选甲阶酚醛树脂具有至少为5的反应数，最优选至少10。
[0082]甲阶酚醛树脂，其通常是碱性的pH值，优选调节至约7，如果需要的话，用于该方法中，适当地通过加入弱有机酸如乳酸来调节。
[0083]强酸固化剂的实例是无机酸，如盐酸，硫酸和磷酸;强有机酸，如芳族磺酸，例如甲苯磺酸和三氯乙酸。弱酸如乙酸和丙酸一般不适合。用于本发明的方法中优选的固化剂是芳族磺酸，特别是甲苯磺酸。
[0084]酸可以以在适当的溶剂中的溶液例如水使用。
[0085]当甲阶酚醛树脂、固化剂和固体的混合物被倒入例如模具中，并应用在模塑中，可以添加到甲阶酚醛树脂和固化剂的惰性固体的量，是由没有固体时甲阶酚醛树脂和固化剂的混合物的粘度来确定的。对于这些应用，优选的是，固化剂以例如溶液的形式提供，使得当与甲阶酚醛树脂以所需量的混合时，在该混合物所使用的温度下产生一种具有明显的粘度不超过约50泊的液体，并且优选的范围是5-20泊。低于5泊，固化反应过程中存在的溶剂量存在困难。
[0086]固化反应是放热的，因此，它本身将导致含有甲阶酚醛树脂和酸固化剂的混合物的温度增加。该混合物的温度也可通过加热而上升，但该混合物之后可升高到的温度(即，不包括任何放热的效果)优选不超过85°C。如果该混合物的温度在加入固化剂之前超过85°C，由于初始固化，通常难以或不可能再将固化剂适当地分散在混合物中。另一方面，加入固化剂后，即使不是不可能，也难以将混合物均匀地加热至高于85°C。
[0087]增加温度到85°C往往导致粗糙且不均匀的泡沫质感的产生，但这可以通过在中等温度下减少固化剂的浓度至少在一定程度上抵消。然而在温度大大高于75°C，即使促使组分凝结所需的最小量的固化剂，也通常难以避免这些缺点。因此，最好避免温度高于75°C，并且对于大多数应用优选的温度是从室温至约75°C。优选的温度范围在一定程度上通常取决于所使用的固体微粒的性质。对于大多数的固体，优选的温度范围是25-65°C，但对于某些固体，特别是木粉和谷物粉，优选的温度范围是25-75°C。最优选的温度范围是30-50°C。如果希望，可以使用低于室温的温度，例如温度下降到10°C，但通常没有优势获得。在一般情况下，在温度高达75°C时，温度升高会导致泡沫的密度降低。
[0088]固化剂的存在量也影响产品的性质以及固化的速率。因此，增加固化剂的量具有降低固化该组合物所需要的时间的效果，但超过一定水平，取决于温度和甲阶酚醛树脂的性质，也往往会产生较不均匀的泡孔结构。由于固化速率的增加，也趋于增加泡沫的密度。事实上，如果固化剂的浓度太高，固化速率可能如此之快以至于根本不发生起泡，并且在某些条件下，可能由于气体积聚在树脂的固化壳内而发生爆炸。合适的固化剂的量将主要取决于放热固化反应开始之前甲阶酚醛树脂与固化剂混合物的温度以及甲阶酚醛树脂的反应数，并且其与所选择的温度和反应数成反比。固化剂浓度的优选范围为，对于甲阶酚醛树脂中的每100份重量的苯酚/醛反应产物，相当于2-20份重量的对甲苯磺酸，假设甲阶酚醛树脂具有大致中性的反应，即pH大约为7。相当于对甲苯磺酸，指的是规定量的对甲苯磺酸得到的基本相同的固化时间所需的固化剂的量。对于任何给定的温度以及甲阶酚醛树脂与细碎固体的组合，最合适的固化剂量容易通过简单的实验来确定。当优选的温度范围是25-75°C并且甲阶酚醛树脂具有至少为10的反应数，通常对于100份重量的苯酚/醛反应产物，使用相当于3-10份重量的对甲苯磺酸的固化剂，能够获得最好的结果。对于温度低于25°C或反应数低于10的甲阶酚醛树脂，可能有必要使用更多的固化剂。
[0089]通过适当控制温度和固化剂的浓度，向甲阶酚醛树脂加入固化剂的时间与组合物变硬之间的时间误差(在本文中称为固化时间)，可以随意地从几秒至长达一个小时或甚至更多的范围内变化，而基本上不影响产品的密度和泡孔结构。
[0090]另一个控制需要的固化剂的量的因素可以是惰性固体的性质，如果存在的话。很少完全中性，并且如果固体具有碱性反应，即使只有非常微小的量，可能需要更多的固化剂，因为倾向于填料来中和它。因此要理解，以上给出的固化剂浓度的优选值没有考虑到固体的任何这样的效果。由于固体的性质所要求的任何调整，将取决于固体的使用量，并且可以通过简单的实验来确定。
[0091]甲阶酚醛树脂与酸固化剂的放热固化反应导致副产物，特别是醛和水，它们至少部分以挥发形式形成。
[0092]在细碎的惰性且不溶性细碎颗粒状固体存在下，固化反应受到影响，颗粒状固体基本上均匀地分散于甲阶酚醛树脂和固化剂的混合物中。惰性固体，我们指的是所使用的不阻止固化反应的量。
[0093]据说，细碎粒状固体为由小分子挥发所形成的气泡提供核，小分子主要是甲醛和/或水，存在于甲阶酚醛树脂中和/或通过固化作用产生;细碎粒状固体提供位点，促进泡沫形成，从而协助孔径的均匀性。的存在下，细碎粒状固体还可以促进个体气泡的稳定并且减小气泡凝聚的倾向，并最终引起在固化前气泡破裂的可能性。为了达到预期的效果，基于甲阶酚醛树脂的重量，该固体应以不低于5%的重量存在。任何细碎粒状固体不溶于该反应混合物都是合适的，只要它是惰性的。合适的粒状固体的例子如上述定义。
[0094]最好避免具有比微碱性反应更强的固体，如硅酸盐和碱金属的碳酸盐，因为它们倾向于与酸固化剂反应。固体，如滑石，其具有非常温和的碱性反应，在某些情况下，混入更强碱性物质如菱镁矿，是可以接受的。
[0095]某些材料，特别是纤维材料，如木粉，有吸收性，因此，可能有必要使用比非纤维材料的量更大的这些材料，以实现有价值的泡沫产品。
[0096]固体优选具有粒径范围为0.5-800微米。如果粒径过大，泡沫的泡孔结构会导致不希望的粗糙。另一方面，非常小的颗粒尺寸，所获得的泡沫倾向于相当密实。优选的范围是1-100微米，最优选2-40微米。粒度均匀性似乎能够促进泡孔结构。如果需要的话，也可以使用固体混合物。
[0097]如果需要的话，可以包括固体如细碎的金属粉末，其对于该过程中所产生的气体或蒸汽的体积有贡献。可以单独使用，然而应当理解，由分解或化学反应产生气体后留下的残余物，需要满足本发明的方法中所需要的惰性且不溶性细碎颗粒状固体的要求。
[0098]优选地，细碎固体的密度与甲阶酚醛树脂没有很大不同，以便减小细碎固体混合后朝向混合物的底部积累的可能性。
[0099]在一般情况下，可以采用的固体的最大量仅通过将其混入混合物中并处理该混合物中遇到的物理问题来控制。一般，理想的是即使在相当高的固体浓度下，该混合物是可流动的，当混合物像面团或糊状物，并且不能倾倒时，能够获得有价值的发泡产品。
[0100]在泡沫形成混合物中可以包括其它添加剂，例如表面活性剂，如阴离子材料例如长链烷基苯磺酸钠盐，非离子型材料，例如那些基于聚(环氧乙烷)或其共聚物的非离子型材料，以及阳离子材料，如长链季铵化合物或那些基于聚丙烯酰胺的阳离子材料;粘度调节剂如烷基纤维素特别是甲基纤维素，和着色剂如染料或颜料。也可以包括用于酚醛树脂的增塑剂，只要固化和发泡反应不会因此而受到抑制，可以包括多官能化合物而不是上面涉及到的二羟化合物，它们参与发生在固化中的交联反应，这些多官能化合物例如二胺或多胺，二异氰酸酯或聚异氰酸酯，二元羧酸或多元羧酸和氨基醇。连同固化反应期间激活的自由基聚合引发剂，也可能包括可聚合的不饱和化合物，如丙烯酸单体，即所谓尿烷丙烯酸酯，苯乙烯，马来酸及其衍生物，以及它们的混合物。如果需要的话，泡沫形成组分也可含有脱水剂。
[0101]可以包括其它树脂，例如作为预聚物，在发泡和固化反应中被固化，或作为粉剂。乳液或分散体。实例包括聚缩醛，如聚乙烯醇缩醛，乙烯基聚合物，烯烃聚合物，聚酯，丙烯酸类聚合物和苯乙烯聚合物，聚氨酯及其预聚物和聚酯预聚物，以及蜜胺树脂，酚醛线型酚醛清漆等。也可以包括传统的发泡剂，以提高增强反应，例如低沸点有机化合物或者分解或反应产生气体的化合物。
【附图说明】
[0102]现在将纯粹以举例的方式来描述本发明的实施例，参考附图，其中:
[0103]图1是一个根据本发明的头盔的截面示意图；
[0104]图2是另一个根据本发明的头盔的一个截面示意图；
[0105]图3示出了一个根据本发明的头盔系统的截面简图；
[0106]图4A示出了一个头盔衬垫的平面图，包括弹性填料区域和间隔件区域；图4B示出了间隔件与填料的可能的交错方式。
【具体实施方式】
[0107]图1示出了一个头盔10，包括外壳12，内垫14和固体开孔泡沫支柱18a，18b，18c，18d和18e。外壳12，内垫14和固体开孔泡沫支柱18a-18e被配置成包围一个腔20，腔20的形状被塑造成容纳佩戴者的头部。
[0108]外壳12包括刚性材料，并成形为环绕和包围使用者的头部。内垫14包括被配置为弹性变形以缓冲头部来自撞击到头盔系统10的外壳12的冲击的材料。支柱18a，18b，18c，18d及18e均匀地分布在头盔系统10中，将外壳12从内垫14隔开，并且分配可以穿透外壳12的冲击力，从而保护穿戴者的头部。
[0109]支柱18a，18b，18c，18d及18e包括固体刚性开孔泡沫材料的截头圆锥体部件。因此，支柱18a，18b，18c，18d及18e具有较宽的底部、较窄的顶面和倾斜的侧面。支柱被布置为使得它们的较宽的底部朝向空腔20。支柱的材料是易碎的，使得如果施加大于所选阈值压力或断裂应力的压缩应力(压力)，它会被压碎并粉碎。
[0110]在图1中，支柱18a，18b，18c，18d及18e由仅具有单个阈值压力的单一开孔材料组成，因此支柱的截头圆锥形状意味着，压碎支柱18a_18e的顶部所需的压缩力小于压碎它的较宽的底部所需的压缩力。
[0111]支柱的空间分布、它们的横截面面积以及该材料的阈值压力，决定了在一个或一个以上的支柱18a，18b，18c ，18d及18e开始被压碎之前，头盔系统10承受的冲击的阈值。在施加的冲击力大于该阈值的情况下，一个或多个支柱18a，18b，18c，18d及18e将被压碎，因此不可逆变形以吸收冲击能量。
[0112]图2示出了另一个头盔100的截面。如在图1中，图2的头盔100包括外壳12，内垫14和支柱118&，11813，118(:，118(1和1186，如上参照图1布置。
[0113]图2的每一个支柱118a，118b，118c，118d和118e各自包括三个部件120,122和124。部件120，122和124以堆叠的形成布置，使得第一部件120最靠近外壳，第二部件124最靠近内垫14，并且第三部件122位于第一部件120和第二部件124之间，这些部件120，122和124之间分别选择为具有不同的变形阈值压力，以使支柱在靠近头盔外壳12处具有较低的阈值压力，而在靠近内垫14处具有较高的阈值压力。
[0114]虽然图1和图2示出了完整的头盔10，100，本发明的实施方案提供头盔插入件，可被用作本发明的头盔系统的部件。例如，这种头盔插入件可以不包括外壳，并且可以被配置成适应在使用者的头部与头盔系统的外壳(和任选的填料)之间。
[0115]在图1和图2中示出的内垫14是单一弹性垫，其位于对着使用者的头部。然而，也可以使用附加的或替代的弹性填料结构。内垫14不必仅位于刚性材料的支柱与头部之间，也可以在头蓝系统别处分布。例如，内垫可以分布在支柱18a_18e与外壳12之间，在一些实例中，弹性填料可围绕支柱18a_18e设置或设置在支柱18a_18e之间，使得一个或更多支柱不可逆变形时，弹性填料继续支持头盔10的外壳12。
[0116]支柱18，118被描述为均匀分布在头盔10,100中，然而这是可选的，并且可以使用其它空间分布。
[0117]支柱18，118被描述为截头圆锥形部件，然而也可使用其它形状如金字塔的支柱。在某些情况下，支柱可具有窄的中间部分，像一个腰部。支柱可以包括支持从使用者的头部隔开的头盔外壳的任何结构。支柱可以具有任何形状，并且可以具有宽度或长度大于它们的高度，例如，支柱可以包括脊或带，其具有至少部分地横跨腔的内垫14和壳体12之间的间隙的高度，并且其长度大于其高度。
[0118]支柱18a，18b，18c，18d及18e不必由单一开孔材料单独组成，可以使用不同材料的混合物。在一些示例中，除了固体开孔泡沫材料，支柱可以包括弹性材料。
[0119]图1和2提供了两个具有多于一个阈值压力的冲击吸收结构的例子。其他实例包括使用具有不同的密度的泡沫，使得支柱的密度从邻近空腔的基部到接近外壳12的顶端而增加，这种变化的密度可以是连续的，或者可以通过离散的步骤或变化来提供。在一些实例中，可以由一个支柱提供具有一个以上的阈值压力的结构，这种支柱除了那些在泡沫中存在的空腔还包括其它空腔。这种空腔可以通过切割泡沫得到，例如在泡沫中钻孔，或者它们可以在形成支柱结构时，成形在泡沫中。
[0120]图3示出了一个头盔系统200的截面，包括具有硬外壳12的外壳202。可移动插入件204适于插入到外壳与腔20之间，腔20用于容纳用户的头部。
[0121]可移动插入件204包括固体开孔泡沫材料，其布置成在施加大于所选阈值压力的情况下不可逆地变形，以吸收冲击能量。
[0122]可移动插入件204包括数据记录器210以及被配置成用于感测施加到插入件204的冲击传感器212。冲击传感器212被连接到数据记录器210，用于记录检测到的冲击数据。数据记录器210和冲击传感器212被连接到通信接口 214，以从可移动插入件204提供传感器数据。可移动插入件204包括键控部件208，用于相对于外壳202对准可移动插入件。
[0123]外壳202包括具有键控凹部206的带键内表面，插入件的键控部件208被配置成与外壳202的键控凹部互补，并且布置成至少部分地不对称或不规则，使得当可移动插入件204被放置在外壳202中时，可移动插入件204的取向和位置相对于外壳由键控凹部206和键控部件208确定。
[0124]外壳202包括第一通信接口 220，第二通信接口 224，控制器222，和冲击传感器226。第一通信接口 220被布置为用于与插入件204的通信接口 214进行通信。第二通信接口 224包括无线通信接口，其可以使用任何射频协议进行通信，例如蓝牙(RTM)或WIFI(RTM)。控制器222被布置为经由第一通信接口 220从可移动插入件204获得传感器数据，并从在外壳202中的冲击传感器226获得传感器数据，并经由第二通信接口 224发送传感器数据到远程设备。
[0125]在操作中，可移动插入件204的传感器212，以及外壳202的冲击传感器226感受冲击，并且控制器222通过通信接口 224传输包括冲击数据的信息。可移动插入件的数据记录器210也冲击数据，以提供施加到可移动插入件204的冲击的记录。
[0126]数据记录器210可以经由通信接口 214被询问，以确定插入件204是否已经遭受比所选阈值压力更大的冲击力，例如，该阈值压力可以是插入件中的开孔泡沫材料的阈值压力，从而使用户确定是否插入件已损坏，或它是否可以再次使用。
[0127]外壳202可以进一步包括弹性材料以提供填充。此外，外壳202可包括与上面的图1和图2描述的开孔泡沫材料的支柱。图3的外壳202被示为包括控制器，通信接口，传感器等，但这些都是可选的。头盔外壳不需要包括任何传感器或其他电子设备。头盔外壳可以包括适形传感器，用于监视外壳。
[0128]图3示出了使用功能单元的控制器、传感器和通信接口的功能。然而，这并不意味着这种功能的任何特定结构配置。功能可以分布在整个壳体，或者在一个单一集成单元中，或在多个单元之间共享组件。可以使用这些功能元件的任何空间配置。以举例的方式，传感器可以位于外壳中或外壳上壳，内垫中或内垫上，和/或可压碎的开孔材料中或可压碎的开孔材料上。还应该理解的是，可以使用这样的位置的不同组合，以便最好地监测由头盔和佩戴者的头部接收的冲击。以这种方式，也可以监测和定制开孔材料，以减少冲击能量传递。
[0129]外壳的第一通信接口 220可以包括电感连接器，诸如近场RF连接器，用于连接到插入件的电感连接器214。插入件和外壳可以附加地或替代地包括欧姆连接器，或电容连接器，用于在插入件与外壳之间传送数据。
[0130]当插入件214包括电感连接器，它可以用于给传感器和或数据记录器供电。如上所述，图3所示的图示并不意味着插入件的部件的任何特定结构布置。例如可以布置一个智能组织，以在冲击下而改变电阻。这样的组织可以分布在插入件204周围。传感器可以替换地或另外包括加速计，其可包括微电机MEM加速计。其他传感器也可以使用。
[0131 ]可移动插入件204还可以包括弹性填料，并且填料和固体开孔泡沫材料可以按照类似于上述图1和图2中描述的配置而布置在插入件中。
[0132]图4A示出了一个头盔衬垫1204的平面图，包括弹性填料1206区域和间隔件1208区域。
[0133]填料1206区域和间隔件1208区域交织在一起。布置填料1206和间隔件1208，以支持外头盔以便它与佩戴者的头部隔开。
[0134]间隔件1206比填料1208更硬，同时填料1208被布置成在压缩力下弹性压缩。间隔件1206被布置成在压缩力下的压缩小于填料。直到一定的阈值力。高于该阈值力，间隔件被配置为比填料压缩更多。这可以通过间隔件在大于阈值力的压力下不可逆地塌陷来实现。
[0135]如果间隔件1208塌陷，由于间隔件1208与填料1206交织，间隔件1208的塌陷在填料1206中留下空隙。填料1206然后可以继续支持头盔与佩戴者的头部隔开，以减轻对佩戴者的后续冲击。
[0136]图4A示出了一个特定示例，显示填料1206与间隔件1208如何可以交错。在图4A中，间隔件1208呈交错细长条布置在填料1206的条带之间。图中显示这些条带的横截面(示出了沿着线A-A的截面)。如图所示，这些条带可以是锥形支柱，朝向佩戴者的头部的基部比朝向头盔的顶部的宽度更大。
[0137]以这种方式安排的渐缩支柱条横截面，是一种能够使得间隔件1208逐渐或分阶段塌陷的方式。例如，在第一级压缩力下，根据隔离件的断裂应力及其施加力给横截面的面积，间隔件的第一部分塌陷。其结果是，间隔件的部分保持完整，并且间隔件1208的该保持不变的部分由力的强度、间隔件材料的断裂应力以及间隔件1208呈现给横截面的面积来决定。可以通过对间隔件的密度形成梯度来实现类似的功能，以使其朝向佩戴者的头部更致密，而且朝向头盔的密度更小。
[0138]图4B示出了间隔件1208与填料1206的可能的交错方式。
[0139]如图4B-1，间隔件1208的区域可通过被安置在填料1206内而交错在填料内，使得填料1206位于间隔件1208与佩戴者的头部之间。填料1206可以完全或部分地围绕间隔件1208的区域。在图4B-1中，间隔间1208与填料1206的上表面(即被呈现给头盔的表面)齐平。然而，间隔件1208可以从填料突出。在图4B-2中，间隔件1208可以与填料1206交错，使得填料1206位于间隔件区域1208与衬垫的呈现给头盔的表面之间。在图4B-1中，间隔件1208区域抵接于被呈现给佩戴者的头部的头盔衬垫1204的表面上。
[0140]在图4B-3中，间隔件1208的区域可以与填料交错，使得它完全被填料1206包围。
[0141]在图4B-4中，可以按照间隔件1208和填料1206分层的方式使间隔件1208和填料1206交错。例如，这些层可以被布置成使得至少一层间隔件或填料按照“三明治”式的结构布置在相邻层的填料或间隔件之间。也可使用多个层。
[0142]图4B所示的配置仅是示例性的交错结构，并且也可以使用其他方法交织所述两种材料，例如梳状的两种材料可以相互交叉或交织，并且片状的间隔件可以按照不规则构造嵌入在填料中。根据本发明公开的内容，交织材料的其它实例对于本领域技术人员而言将是显 而易见的。可以预料，可在图4B中使用的交错示例，可组合使用。
[0143]参照图4描述的头盔衬垫1204可以包括上述任何插入件的特征。特别是头盔衬垫可以包括参照图1至图3描述的键控表面和/或传感器和数据记录器。
【主权项】
1.一种头盔，其特征在于，包括: (i)外壳； (? )内垫，用于弹性变形以缓冲使用者的头部;和 (iii)固体开孔结构； 其中所述外壳与所述内垫由所述固体开孔结构隔开，并且所述固体开孔结构用于当冲击施加的压力大于选定阈值压力时发生不可逆变形以吸收冲击能量。2.根据权利要求1所述的头盔，其特征在于，所述固体开孔结构是易碎的泡沫材料。3.根据权利要求2所述的头盔，其特征在于，所述固体开孔泡沫材料通过压碎或粉碎不可逆地变形。4.根据权利要求2-3任一项所述的头盔，其特征在于，所述固体开孔泡沫材料是刚性的。5.根据权利要求2-4任一项所述的头盔，其特征在于，所述固体开孔泡沫材料是固体开孔泡沫聚合物材料。6.根据权利要求5所述的头盔，其特征在于，所述固体开孔泡沫聚合物材料选自酚醛树脂泡沫、聚苯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫、聚乙烯泡沫、聚氯乙烯泡沫、聚乙烯基乙酸酯泡沫、聚酯泡沫聚醚泡沫和泡沫橡胶。7.根据权利要求6所述的头盔，其特征在于，所述固体开孔泡沫聚合物材料选自酚醛树脂泡沫。8.根据权利要求5-7任一项所述的头盔，其特征在于，所述固体开孔泡沫聚合物材料包括细粉碎颗粒增强材料。9.根据权利要求8所述的头盔，其特征在于，所述细粉碎颗粒增强材料选自粘土、粘土矿物、滑石、蛭石、金属氧化物、耐火材料、实心或空心的玻璃微球、飞灰、煤尘、木粉、谷物粉、坚果壳粉、二氧化硅、矿物纤维如切碎的玻璃纤维和细碎石棉、短纤维、切碎的天然或合成纤维、粉末或纤维状的研磨塑料和树脂，例如回收的废塑料和树脂，颜料如粉末涂料，以及炭黑和淀粉。10.根据权利要求5-9任一项所述的头盔，其特征在于，所述固体开孔泡沫聚合物材料的密度是100至500 kg.πΓ3。11.根据权利要求5-10任一项所述的头盔，其特征在于，所述固体开孔泡沫聚合物材料的平均孔径在约0.5毫米至5毫米。12.根据权利要求2-11任一项所述的头盔，其特征在于，所述内垫被多个固体开孔泡沫材料的支柱与所述外壳间隔开。13.根据权利要求12所述的头盔，其特征在于，所述支柱的横截面面积根据所述固体开孔泡沫材料的断裂应力以及所选择的阈值压力来确定。14.根据权利要求12或13所述的头盔，其特征在于，一个或多个所述支柱有一个以上的阈值压力。15.根据权利要求12-14任一项所述的头盔，其特征在于，不同的支柱具有不同的阈值压力。16.根据权利要求2-15任一项所述的头盔，其特征在于，所述固体开孔泡沫材料包括第一部分和第二部分，其中所述第一部分相对于所述第二部分具有较低的阈值压力，并且所述第一部分和第二部分被堆叠在一起。17.根据权利要求2-16任一项所述的头盔，其特征在于，所述固体开孔泡沫材料由单一材料形成。18.根据前述任一权利要求所述的头盔，其特征在于，所述外壳与所述内衬垫之间有一个或多个空隙。19.根据权利要求18所述的头盔，其特征在于，所述固体开孔泡沫材料包括一个或多个空腔，其中所述一个或多个空腔的大小和/或空间分布根据冲击吸收材料的断裂应力和所选择的阈值压力来确定。20.根据前述任一权利要求所述的头盔，其特征在于，所述内垫由弹性材料形成。21.根据权利要求20所述的头盔，其特征在于，所述内垫选自软质泡沫，例如那些由发泡聚丙烯、发泡聚乙烯或发泡聚氨酯形成的软质泡沫。22.根据前述任一权利要求所述的头盔，其特征在于，所述内垫适应用户头部的形状。23.根据前述任一权利要求所述的头盔，其特征在于，所述外壳是头盔的壳体。24.根据前述任一权利要求所述的头盔，其特征在于，包括适于感测冲击的传感器，以及适于传输冲击数据到远程设备的通信接口。25.根据权利要求24所述的头盔，其特征在于，包括控制器，适于在施加的冲击大于选定阈值压力的情况下将信号发送到所述远程设备。26.根据权利要求24或25所述的头盔，其特征在于，包括数据记录器，其记录来自传感器的数据。27.一种头盔系统，其特征在于，包括: (i)头盔，包括外壳，以及任选地位于所述外壳内的内垫，其中所述内垫用于弹性变形以缓冲使用者的头部;和 (ii)可移动插入件，适于插入所述外壳与使用者的头部之间，其中所述可移动插入件包括固体开孔泡沫材料，或者由固体开孔泡沫材料组成，用于当冲击施加的压力大于选定阈值压力时发生不可逆变形以吸收冲击能量。28.根据权利要求27所述的头盔系统，其特征在于，包括位于所述外壳内的内垫，所述可移动插入件适于插入所述外壳与所述内垫之间。29.根据权利要求28所述的头盔系统，其特征在于，所述固体开孔泡沫材料如权利要求2-17中的任一项所定义。30.根据权利要求27-29任一项所述的头盔系统，其特征在于，所述头盔的外壳包括带键的内表面，并且所述可移动插入件包括适于与所述带键的内表面啮合的互补键控部件，以防止所述可移动插入件相对于所述头盔滑动。31.根据权利要求27-30任一项所述的头盔系统，其特征在于，所述可移动插入件包括用于感测冲击的传感器，以及用于在所述传感器与所述外壳的连接器之间传输信号的连接器。32.根据权利要求27-31任一项所述的头盔系统，其特征在于，所述头盔包括用于感测冲击的传感器，以及用于在所述传感器与所述可移动插入件的连接器之间传输信号的连接器。33.根据权利要求30和31和/或32所述的头盔系统，其特征在于，所述连接器相对于所述头盔的键和所述可移动插入件设置，以便所述插入件的键控部件与所述头盔的内表面的接合能够连接所述头盔与所述可移动插入件之间的通信。34.根据权利要求31-33任一项所述的头盔系统，其特征在于，所述连接器选自由导电连接器、电感连接器和电容连接器组成的组。35.根据权利要求31-34任一项所述的头盔系统，其特征在于，所述头盔包括控制器，用于经由所述连接器从至少一个所述传感器获得传感器数据；以及通信接口，用于与所述远程设备通信。36.根据权利要求27-35任一项所述的头盔系统，其特征在于，所述可移动插入件包括数据记录器，用于记录施加到所述插入件的冲击。37.根据权利要求36所述的头盔系统，其特征在于，所述头盔包括控制器，用于响应于被连接到所述头盔的所述可移动插入件而从所述数据记录器获得数据，其中所述控制器用于基于所获得的数据而触发警报。38.根据权利要求37所述的头盔系统，其特征在于，所述警报选自由可听警报、视觉警报或射频信号组成的组。39.根据权利要求27-38任一项所述的头盔系统，其特征在于，所述头盔包括射频天线，用于从所述头盔传送射频信号给所述远程设备。40.—种用于如在权利要求27-39任一项中所描述的头盔的插入件。41.一种头盔衬垫，其特征在于，包括弹性填料和刚性间隔件，所述刚性间隔件与所述填料交错，用以支持与穿戴者的头部间隔开的外头盔； 其中所述填料在压缩力小于或等于第一阈值的情况下弹性压缩;并且 所述刚性间隔件在压缩力小于第二阈值的情况下比所述填料的压缩小，所述第二阈值小于所述第一阈值，并且所述刚性间隔件在大于第二阈值的力作用下不可逆地塌陷，留下与所述填料交错的空隙。42.根据权利要求41所述的头盔衬垫，其特征在于，所述填料与所述刚性间隔件共同支持所述头盔与穿戴者的头部隔开一个选定距离，并且所述填料使得所述刚性间隔件塌陷的情况下，继续支持外头盔于选定距离。43.根据权利要求41或42所述的头盔衬垫，其特征在于，所述刚性间隔件在压缩力大于所述第二阈值的情况下部分间隔件依然完整，其中所述依然完整的部分由压缩力决定。44.根据权利要求43所述的头盔衬垫，其特征在于，所述依然完整的部分在小于或等于第三阈值的压缩力下比所述填料压缩的少，所述第三阈值比所述第一阈值大且比所述第二阈值小，并且所述依然完整的部分在比第三阈值大的力下不可逆地塌陷。45.根据权利要求41-44任一项所述的头盔衬垫，其特征在于，所述刚性间隔件包括开孔材料。46.根据权利要求41-45任一项所述的头盔衬垫，其特征在于，包括多个刚性间隔件。47.根据权利要求41-46任一项所述的头盔衬垫，其特征在于，所述交错包括所述间隔件的区域是如下的一种:与填料区域分层，与填料区域相互交叉，至少部分地嵌入填料区域，以及由填料区域所包围。48.根据权利要求41-47任一项所述的头盔衬垫，其特征在于，包括适于感测冲击的传感器，以及适于将冲击数据通信到远程设备的通信接口。49.根据权利要求48所述的头盔衬垫，其特征在于，包括控制器，适于在施加的冲击大于选定阈值压力的情况下将信号发送到所述远程设备。50.—种头盔系统，其特征在于，包括根据权利要求48或49的头盔衬垫以及头盔，所述头盔包括外壳，其中所述头盔的外壳包括带键的内表面，并且所述衬垫包括适于与所述带键的内表面啮合的互补键控部件，以防止所述衬垫相对于所述头盔滑动。51.根据权利要求50所述的头盔系统，其特征在于，包括权利要求27-39任一项中的特征，其中所述可移动插入件由所述衬垫提供。52.根据权利要求41-49任一项所述的头盔衬垫，其特征在于，包括数据记录器，用于记录施加到所述衬垫的压力。53.—种降低冲击能量传递的方法，其特征在于，包括使用根据权利要求1-39和50-51任一项所述的头盔。54.—种监测冲击能量传递的方法，其特征在于，包括使用根据权利要求1-39和50-51任一项所述的头盔。
【专利摘要】一种头盔（10），包括：（ⅰ）外壳（12）；（ⅱ）内垫（14），用于弹性变形以缓冲使用者的头部；和（ⅲ）固体开孔泡沫材料（18）；其中所述外壳与所述内垫由所述固体开孔泡沫材料隔开，并且所述固体开孔泡沫材料用于当冲击施加的压力大于选定阈值压力时发生不可逆变形以吸收冲击能量。
【IPC分类】A42B3/04, A42B3/12
【公开号】CN105491902
【申请号】CN201480034169
【发明人】阿尔丁诺·阿尔伯特利, 里卡多·乔尼
【申请人】阿尔丁诺·阿尔伯特利, 里卡多·乔尼
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2014年4月30日
【公告号】CA2911077A1, EP2991520A1, US20160058092, WO2014177872A1
【技术领域】
[0001]本发明一般涉及保护帽。更具体地，本发明涉及适于为用户的头部以及头盔的插入件提供冲击保护作用的头盔。
【背景技术】
[0002]保护帽被应用于各种运动、工业和军事环境。例如，防护头盔经常在许多不同的运动项目，比如美式足球、冰球、曲棍球、长曲棍球、棒球、自行车、赛车、高山滑雪和单板滑雪中使用，在这些环境下，由于对头部的冲击，有创伤性脑损伤的危险。
[0003]头部突然加速或减速，会导致大脑在颅骨内直线、旋转或角运动，引起创伤性脑损伤发生，导致损害脑细胞、血管和保护组织。轻度脑外伤(脑震荡)的症状通常包括意识丧失、头痛、恶心、头晕、嗜睡和临时认知障碍，而更严重的创伤性脑损伤，可导致永久性认知功能障碍、行为和情绪的变化以及中风和脑部退化疾病的风险增加。特别是慢性创伤性脑病(CTE)是主要发现于经历多个脑震荡史的专业运动员的进行性神经变性疾病，会导致抑郁和自杀，认知功能障碍和攻击行为。
[0004]研究表明，对于脑震荡的G-力阈值通常为约70至85G，尽管可以理解这高度依赖于研究中的个体以及冲击的类型。运动中的冲击，如美式足球往往范围从20至180G，甚至高达200G。作为参考，在喷气式战斗机中的飞行员一般要承受最多4.5G，而25英里每小时的车祸，往往会造成约100G。
[0005]创伤性脑损伤的风险是全面接触的运动，如美式足球、冰球和曲棍球中特别关心的，其中运动员相互碰撞，并与地面碰撞产生很大的力，这是在运动的规则范围内的。据估计，美国职业足球运动员可能会在一个赛季受到多达1500次头部打击，在10年的球员生涯中受到15，000次头部打击，这取决于他们的位置。对前职业美式足球运动员的死后诊断的CTE的大量病例表明，经常是自杀。即使在高中美式足球运动员中也发现每个赛季受到约650次头部打击，并且仅在美国，1997年至2007年间，据报道至少有50个高中或以下的运动员因为头部受伤而死。
[0006]考虑到球员的平均体重以NFL计自20世纪80年代已经增长了至少10%达到248镑，显然很多潜在的可能出现震荡的实例。此外，最重的位置、进攻滑车，从二十年前的约280镑增加到约320镑。
[0007]有因此，需要采取措施以减少头部损伤的发生率和严重性。尽管改变比赛和训练实践可以在一定程度上解决受伤的风险，也有需要更有效地头部保护，以有效地吸收施加到头部的冲击力，尤其是那些可能引起脑震荡的冲击力，并由此降低可能性的创伤性脑损伤。
[0008]还需要一种头部保护，其包括电子监视装置以确定对头部冲击的频率以及力和力的方向。积累的数据可以由运动专家，诸如医生进行监测，以便确定个人脑损伤的高风险，以确定是否需要进行干预(医疗或其它方式)和/或适当的恢复周期。
[0009]对于接触性运动特别有利，以便能够实时评估一个或者一系列冲击之后防护头盔的状态，以便确定所述头盔的部件是否需要更换，并寻求避免由于低效的保护帽导致的损伤。
【发明内容】
[0010]因此，在第一方面，本发明提供一种头盔，包括:
[0011](i)外壳;
[0012](ii)内垫，用于弹性变形以缓冲使用者的头部;和
[0013](iii)固体开孔结构；
[0014]其中所述外壳与所述内垫由所述固体开孔结构隔开，并且所述固体开孔结构用于当冲击施加的压力大于选定阈值压力时发生不可逆变形以吸收冲击能量。
[0015]在发生对戴有本发明的头盔的个体的头部的冲击的情况下，本应施加到个人头部的冲击被固体开孔结构的不可逆变形代替消散。应当理解，阈值被选择为能够防止脑损伤如脑震荡的水平。以举例的方式，该阈值可以是在70G，使得任何大于70G的冲击力对固体开孔结构产生至少一些永久变形，因此限制传递给头部的冲击强度。
[0016]在一个优选的实施方案中，开孔结构是开孔泡沫材料。
[0017]在一个优选的实施方案中，开孔结构优选为泡沫，能够消散至少为70G的冲击力并且优选高达至少200G的冲击力，例如80G，90G, 100G, 110G, 120G, 130G, 140G, 150G, 160G,1706，1806和1906。
[0018]在优选的实施方案中，固体开孔结构是易碎并优选通过压碎或粉碎不可逆地变形。
[0019]术语压碎和/或粉碎旨在包括开孔结构解体成颗粒和/或粉末。以举例的方式，刚性开孔泡沫材料经受所述阈值压力的时，可以被压碎使得材料的孔解体成颗粒。这样的解体通常在可控制的方式，如从该材料的上表面向下表面的方向，例如沿着密度梯度。
[0020]固体开孔结构优选基本上刚性的。基本上刚性，是指该固体开孔结构在载荷下不偏向并且在中等压力下不塌陷。
[0021]固体开孔泡沫材料可以适当地从聚合泡沫材料中选择。合适的固体开孔泡沫聚合物材料的实例包括酚醛树脂泡沫、聚苯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫、聚乙烯泡沫、聚氯乙烯泡沫、聚乙烯基乙酸酯泡沫、聚酯泡沫聚醚泡沫和泡沫橡胶。优选的固体开孔泡沫材料是酚醛树脂泡沫。
[0022]使用开孔泡沫诸如酚醛树脂泡沫的一个特别的优点是，电磁波能够穿透。以这种方式，这些材料能够与例如，射频识别加速度计和其他类型的传感器高度兼容使用。固体开孔泡沫可包括细粉碎颗粒增强材料。合适的颗粒增强材料优选是惰性的和不溶性的。增强材料的含量可以是基于所述泡沫的总重量的高达50重量％，例如基于所述泡沫的总重量的2-40重量％，或5-20重量％，包括10重量％。合适的增强材料包括有机或无机(包括金属)颗粒材料，其可以是结晶的或无定形的。甚至纤维状固体已被发现是有效的，尽管不是优选的。合适的颗粒材料的非限制性实例包括粘土、粘土矿物、滑石、蛭石、金属氧化物、耐火材料、实心或空心的玻璃微球、飞灰、煤尘、木粉、谷物粉、坚果壳粉、二氧化硅、矿物纤维如切碎的玻璃纤维和细碎石棉、短纤维、切碎的天然或合成纤维、粉末或纤维状的研磨塑料和树月旨，例如回收的废塑料和树脂，颜料如粉末涂料，以及炭黑和淀粉。
[0023]优选地，固体开孔泡沫具有100至500kg.m—3范围内的密度，更优选为120至400kg.m—3，并且最优选 120至250kg.m—3。
[0024]这种泡沫的物理性质，特别是在冲击下的压缩强度和变形被认为是与孔壁厚度和平均孔径相关的(除其他因素)。优选地，固体开孔泡沫的平均孔径在约0.5毫米至5毫米，更优选0.5或1毫米至2或3毫米的范围内。
[0025]固体开孔结构，例如泡沫材料，可形成头盔的外壳和内垫之间横跨整个区域延伸的连续层。然而，在优选的实施方案中，固体开孔结构，优选泡沫材料，被设置为不连续层。例如，头蓝的外壳和内垫可由固体开孔结构如泡沫材料的多个条带和/或支柱间隔开。在一些实施方案中，优选的是头盔的外壳和内垫由固体开孔结构如泡沫材料的多个支柱间隔开。
[0026]当头盔的外壳和内垫由固体开孔泡沫材料的多个支柱间隔开时，支柱的横截面面积可以根据固体开孔泡沫材料的断裂应力以及所选择的阈值压力来确定。以举例的方式，所述横截面面积可被选择为使得该阈值压力在70G。
[0027]支柱的横截面面积可被选择为使得邻近外壳的外端与邻近内垫的内端之间基本恒定。在其他实施方案中，支柱的横截面面积可能在支柱的内端与外端之间变化。例如，一个或多个支柱的内端可以具有比外端更大的横截面。以这种方式，支柱可能消散从70到200G的冲击力。
[0028]例如，支柱可以是梯形，例如圆锥形、截头圆锥形、角锥形或角锥台。以这种方式，支柱可根据冲击经受渐进变形。因此，一个或多个支柱可以有一个以上的阈值压力，使得支柱在较低的冲击压力下部分变形，并且随着冲击压力增加变形更加广泛。
[0029]在其他实施方案中，本发明的头盔可包括多个支柱，其中不同的支柱具有不同的阈值压力。因此，固体开孔泡沫经受不可逆变形的阈值在头盔的不同区域可以不同。以这种方式，有可能根据被保护的使用者的头部的部分来调整阈值。这对于当头部的不同部分有更大的冲击敏感性是特别重要的。
[0030]在进一步的实施方案中，固体开孔泡沫材料可以包括多个部分，例如第一部分和第二部分，其中第一部分相对于第二部分具有较低的阈值压力，并且所述第一部分和第二部分被堆叠在一起。在这种方式中，固体开孔泡沫材料的第一部分在较低冲击压力下发生不可逆变形，而固体开孔泡沫材料的第二部分仅在经历更严重的冲击下，不可逆变形。以举例的方式，分离的材料可以具有在70G和140G的阈值以消散冲击力。
[0031]优选的是在外壳和内衬垫之间有一个或多个空隙区域。空隙区的存在不仅降低了头盔的重量，而且还提高了头盔的耐冲击性，因为在冲击力作用下该材料经历不可逆的变形，固体开孔泡沫材料可以被移位到所述空隙区域。如上所述，可以通过使用固体开孔泡沫材料的不连续层来提供空隙。可替代地，固体开孔泡沫本身可设置有一个或多个空腔，其中所述一个或多个空腔的大小和/或空间分布根据冲击吸收材料的断裂应力和所选择的阈值压力来确定。
[0032]应当理解，固体开孔泡沫的一个或多个腔也可用于改变冲击吸收材料的断裂应力。
[0033]头盔中所有空隙区的总面积可以取决于最终用途和头盔选定的阈值压力。本领域技术人员可以理解，随着空隙的总面积相对用户头部的表面面积的增大，头盔的耐冲击性降低，因此可能需要更有弹性的固体开孔泡沫。应该理解的是，过大的空隙区域可能减少跨越使用者的头部冲击的分布，从而可能提高局部损伤的风险。因此，优选该空隙区的总面积小于所述内垫的总面积的50%，更优选小于所述内垫的总面积的60%，并且最优选小于所述内垫的总面积的70%。
[0034]头盔的内垫被配置为在冲击下弹性变形，并且可以由任何合适的材料形成。优选，该材料是重量轻并且具有高的冲击吸收。合适的材料包括弹性材料，包括软质泡沫，如那些由发泡聚丙烯、发泡聚乙烯或发泡聚氨酯形成的软质泡沫。
[0035]内垫通常适用于吸收选定的阈值压力之下的冲击，例如那些遭受20-70G的冲击。优选地，内垫还提供一些选定的阈值压力之上的冲击保护。然而，可以理解，固体开孔材料意在消散由70G或以上的冲击所产生 的许多能量。
[0036]内垫可进一步包括外衬，以便为头盔的佩戴者提供舒适度。适宜的材料包括轻质合成泡沫和/或织物。应当认识到，这种材料旨在使得皮肤舒适，也可有助于排汗和/或散热。内垫可以任选地设置有孔和/或通风口，以便助于排汗和/或散热。
[0037]内垫优选适于或适合于用户头部的形状。合适地，内垫形成头盔的基本上连续的内表面，并适于覆盖使用者的头部，如通常为选定类型的头盔。
[0038]优选地，所述外壳形成头盔的外壳。外壳通常为头盔提供强度和刚性。在优选的实施方案中，外壳是由刚性材料制成的，例如刚性热塑性材料。合适的刚性热塑性塑料的实例包括聚乙烯、聚酰胺、聚碳酸酯或任何其它合适的热塑性材料。
[0039]外壳是为了为任何时间保持完好，因此必须能够承受大于200G的冲击力。
[0040]外壳可适当地包括多个通风孔，使空气围绕使用者的头部流通，从而有利于排汗和散热。
[0041]头盔的外壳可根据最终用户的要求来成形。例如，在全接触运动和汽车运动中，头盔的外壳可被成形为基本上覆盖除外脸的所有头部。对于其他运动，不同形状的头盔是适合的，例如仅覆盖头顶部的部分的形状，例如作为常见自行车头盔。
[0042]头盔优选地还包括紧固装置，以保持它在用户的头部，特别是在使用中。这种装置可以包括由任何合适的材料形成的颚带。头盔可任选地设置有面甲和/或面罩。
[0043]在一些实施方案中，头盔包括适于感测冲击的传感器，以及适于传输冲击数据到远程设备的通信接口。头盔还可以包括适于在施加的冲击大于阈值压力的情况下将信号发送到所述远程设备的控制器。头盔还可以包括数据记录器，其可操作地记录来自传感器的数据。
[0044]传感器可以设置在头盔的壳体内，并且这些传感器可被设置成符合头盔的形状。例如，这些适形传感器可以包括设置的导电材料，该材料的电阻率由冲击的影响而改变，使得该材料的电阻率作为头盔所受冲击的指示。另外，也可以使用加速度计，其被布置可以断开电路，例如通过冲击而破裂的导电链路。这样的配置可被用于解谐(例如修改谐振频率)谐振电路。这可以使得能够通过测量电感连接和/或头盔的射频反射率的程度来确定头盔的状态。
[0045]因此，在一个方面，提供一种头盔，包括RF天线，用于与射频电磁场连接，以及冲击传感器，用于在头盔的加速度超过选定阈值时改变RF天线的电特性。
[0046]改变电特性可以包括连接或解连接电阻、感应或电容负载与天线。
[0047]在一个实施例中，冲击传感器包括电连接到所述天线的惯性机械加速度计，并且被配置为响应所述头盔的加速度被偏转。加速度计可以被布置成当头盔的加速度超过选择的阈值的情况下损坏。
[0048]在一个实施方案中，传感器可以被设置为通过改变天线的阻抗而失谐RF天线。例如，该传感器可以被配置为从RF天线解连接电感或电容。
[0049]在一个实施方案中，机械元件被设置为当头盔的加速度超过选择的阈值的情况下损坏。所述天线可包括电感连接器，用于连接到通过在近场范围内的另一个电感连接器产生的RF H-场。
[0050]在一个实施方案中，传感器包括电阻元件，具有响应于所述电阻元件的加速度而改变的电阻率。电阻元件可被连接到天线，以在冲击作用下而改变天线的负载。
[0051]应该理解的是，所记录的数据可以用于监测佩戴本发明的头盔的佩戴者所受到的冲击。通过举例的方式，可能监视冲击以提供指导用于表明穿戴者是否已受到大到足以可能导致问题例如震荡的冲击。此外，它可以监测冲击的次数，以提供指导用于表明累积的冲击是否足以造成问题例如震荡。这种监测可以实时开展以提供即时的结果和分析。
[0052]在一个方面，本发明提供一种头盔系统，包括:
[0053]( i)头盔，包括外壳，以及任选地位于所述外壳内的内垫，其中所述内垫用于弹性变形以缓冲使用者的头部;和
[0054](ii)可移动插入件，适于插入所述外壳与使用者的头部之间，其中所述可移动插入件包括固体开孔泡沫材料，或者由固体开孔泡沫材料组成，用于当冲击施加的压力大于选定阈值压力时发生不可逆变形以吸收冲击能量。
[0055]当内垫存在并定位在外壳内，可移动插入件适于插入所述外壳与所述内垫之间。
[0056]在进一步的实施方案中，可移动插入件还包括用于弹性变形以缓冲使用者的头部的垫子。在这样的实施例中，当插入件被插入到外壳中，垫子形成的内层与外壳一起夹着固体开孔泡沫。
[0057]合适的材料和/或实例如上述定义。
[0058]在优选的实施方案中，头盔的外壳包括带键的内表面，并且所述可移动插入件包括适于与带键的内表面啮合的互补键控部件，以防止可移动插入件相对于所述头盔滑动。
[0059]在一些实施例中，头盔包括带键的内表面，并且所述插入件包括适于与带键的内表面互补的键控部件。在这种方式中，可移动插入件相对于头盔的滑动可被禁止。
[0060]可移动插入件可以包括用于感测冲击的传感器，以及用于从所述传感器传送信号的连接器(诸如通信接口)。
[0061]头盔可包括用于感测冲击的传感器，以及用于在传感器与可移动插入件的连接器之间传输信号的连接器(诸如通信接口)。连接器可以相对于所述头盔的键和可移动插入件设置，以便插入件的键控部件与头盔的内表面的接合能够连接头盔与可移动插入件之间的通信。连接器可以从导电连接器、电感连接器和电容连接器中选择。
[0062]在一些实施例中，头盔可进一步包括控制器，用于经由所述连接器从插入件的至少一个传感器获得传感器数据，以及通信接口，用于与远程设备通信所述传感器数据。
[0063]在进一步的实施方案中，可移动插入件可以包括数据记录器，用于记录施加到插入件的冲击。头盔可包括控制器，用于响应于被连接到头盔的可移动插入件而从数据记录器获得数据，其中所述控制器用于基于所获得的数据而触发警报。例如，传感器数据指示插入件是否已受到大于所选阈值压力的冲击。该警报可以适当地是可听警报、视觉警报或射频信号。因此，头盔和/或插入件可以包括射频天线，用于从头盔传送射频信号给远程设备。
[0064]根据本发明，还公开了适于与头盔外壳一起使用的插入件，所述插入件如上述定义。
[0065]本发明的另一个实施方案提供一种降低冲击能量传递的方法，包括使用如上述定义的头盔。
[0066]本发明的又一个进一步的实施方案提供一种监视冲击能量传递的方法，包括使用如上述定义的头蓝。
[0067]如上所述，在本发明的各方面，合适的固体开孔泡沫是固体开孔酚醛树脂泡沫。特别合适的泡沫可通过如下组分之间的固化反应来制造:
[0068](a)反应数(定义见下文)至少为1的液体甲阶酚醛树脂;和
[0069](b)用于甲阶酚醛树脂的强酸固化剂;任选地存在:
[0070](c)细分散的惰性不溶性颗粒状固体，当使用时，其用量按液体甲阶酚醛树脂重量的至少5%的量，并且基本上均匀地分散于含有甲阶酚醛树脂和固化剂的混合物中；
[0071]由于施加热量，含有甲阶酚醛树脂和固化剂的混合物的温度不超过85°C，并且该温度以及酸固化剂的浓度是这样的:使得作为固化反应的副产物产生的化合物，在混合物凝结之前从混合物内挥发，以产生发泡酚醛树脂产品。
[0072]甲阶酚醛树脂意指一种溶于合适的溶剂中的酸可固化预聚物成分的溶液，通过至少一种酚类化合物与至少一种醛的缩合来制备，通常在碱性催化剂的存在下，如氢氧化钠的存在下。
[0073]可以使用的酚的例子有苯酚本身及其取代物，通常是烷基取代物及其衍生物，其条件是，苯酚苯环上的三个位置中酚羟基的邻位和对位是未取代的。也可以使用这样的酚的混合物。当甲阶酚醛树脂的流动特性需要改善时，也可以使用一种或多于一种这样的酚类与其中邻位或对位中的一个已被取代的取代酚的混合物。然而，在这种情况下，固化的酚醛树脂泡沫的交联程度会降低。出于经济原因，苯酚本身通常优选作为酚成分。
[0074]醛通常为甲醛，虽然不排除使用较高分子量的醛。
[0075]每摩尔苯酚与至少1摩尔甲醛的反应合适地形成甲阶酚醛树脂的酚/醛缩合产物组分，其中甲醛通常以水溶液的形式提供，例如福尔马林。优选使用的甲醛与苯酚的摩尔比为至少1.25:1，但最好避免比值在2.5:1以上。最优选的范围是1.4-2.0:1。
[0076]混合物也可以含有具有2个活性氢原子(二羟化合物)的化合物，其将在固化步骤期间与甲阶酚醛树脂的酚/醛反应产物反应，以减少交联密度。优选的二羟化合物是二醇，特别是烯烃基二醇或者羟基基团之间的原子链不仅含有亚甲基和/或烷基取代的亚甲基基团而且含有一个或多个杂原子特别是氧原子的二元醇。合适的二醇包括乙二醇，丙二醇，丙烧_1，3-二醇，丁烧-1,4-二醇和新戊二醇。特别优选的二醇是聚二醇，尤其是二-(稀经基醚)二醇，例如二甘醇，以及尤其是二丙二醇。
[0077]优选地，基于酚/醛缩合产物的重量计算，二羟化合物的存在量为从0-35% (重量)，更优选0-25% (重量)。最优选地，二羟化合物，使用时，存在量基于苯酚/醛缩合产物的重量为5-15% (重量)。当在本方法中使用含有二羟化合物的这种甲阶酚醛树脂时，可制得具有特别良好的物理性能，特别是强度的产品。
[0078]适当地，二羟化合物加入到所形成的甲阶酚醛树脂，并优选在0H基之间具有2至6
个原子。
[0079]甲阶酚醛树脂可以包括在水中或在任何其它合适的溶剂或在溶剂的混合物中的酚/醛的反应产物的溶液，其可以或可以不包括水。
[°08°]当使用水作为唯一的溶剂，其优选存在量为甲阶酚醛树脂重量的15-35% (重量)的，优选20-30%。当然，如果配合使用助溶剂，水的含量可基本上较少，助溶剂例如醇或上述二羟化合物中的一种。
[0081]如上所述，液体甲阶酚醛树脂(即任选地含有二羟化合物的酚/醛产物的溶液)必须具有至少为1的反应数。反应数是10/x，其中X是使用按甲阶酚醛树脂的10% (重量)的66-67%的对甲苯磺酸水溶液在60°C下固化甲阶酚醛树脂，所需要的分钟数。该试验包括:将规定量 的对甲苯磺酸水溶液在试管中与5毫升甲阶酚醛树脂混合;将试管浸入加热至60°C的水浴中；以及测量触感到混合物变硬所需的时间。为了产生有用的发泡产品，甲阶酚醛树脂应具有至少为1的反应数。优选甲阶酚醛树脂具有至少为5的反应数，最优选至少10。
[0082]甲阶酚醛树脂，其通常是碱性的pH值，优选调节至约7，如果需要的话，用于该方法中，适当地通过加入弱有机酸如乳酸来调节。
[0083]强酸固化剂的实例是无机酸，如盐酸，硫酸和磷酸;强有机酸，如芳族磺酸，例如甲苯磺酸和三氯乙酸。弱酸如乙酸和丙酸一般不适合。用于本发明的方法中优选的固化剂是芳族磺酸，特别是甲苯磺酸。
[0084]酸可以以在适当的溶剂中的溶液例如水使用。
[0085]当甲阶酚醛树脂、固化剂和固体的混合物被倒入例如模具中，并应用在模塑中，可以添加到甲阶酚醛树脂和固化剂的惰性固体的量，是由没有固体时甲阶酚醛树脂和固化剂的混合物的粘度来确定的。对于这些应用，优选的是，固化剂以例如溶液的形式提供，使得当与甲阶酚醛树脂以所需量的混合时，在该混合物所使用的温度下产生一种具有明显的粘度不超过约50泊的液体，并且优选的范围是5-20泊。低于5泊，固化反应过程中存在的溶剂量存在困难。
[0086]固化反应是放热的，因此，它本身将导致含有甲阶酚醛树脂和酸固化剂的混合物的温度增加。该混合物的温度也可通过加热而上升，但该混合物之后可升高到的温度(即，不包括任何放热的效果)优选不超过85°C。如果该混合物的温度在加入固化剂之前超过85°C，由于初始固化，通常难以或不可能再将固化剂适当地分散在混合物中。另一方面，加入固化剂后，即使不是不可能，也难以将混合物均匀地加热至高于85°C。
[0087]增加温度到85°C往往导致粗糙且不均匀的泡沫质感的产生，但这可以通过在中等温度下减少固化剂的浓度至少在一定程度上抵消。然而在温度大大高于75°C，即使促使组分凝结所需的最小量的固化剂，也通常难以避免这些缺点。因此，最好避免温度高于75°C，并且对于大多数应用优选的温度是从室温至约75°C。优选的温度范围在一定程度上通常取决于所使用的固体微粒的性质。对于大多数的固体，优选的温度范围是25-65°C，但对于某些固体，特别是木粉和谷物粉，优选的温度范围是25-75°C。最优选的温度范围是30-50°C。如果希望，可以使用低于室温的温度，例如温度下降到10°C，但通常没有优势获得。在一般情况下，在温度高达75°C时，温度升高会导致泡沫的密度降低。
[0088]固化剂的存在量也影响产品的性质以及固化的速率。因此，增加固化剂的量具有降低固化该组合物所需要的时间的效果，但超过一定水平，取决于温度和甲阶酚醛树脂的性质，也往往会产生较不均匀的泡孔结构。由于固化速率的增加，也趋于增加泡沫的密度。事实上，如果固化剂的浓度太高，固化速率可能如此之快以至于根本不发生起泡，并且在某些条件下，可能由于气体积聚在树脂的固化壳内而发生爆炸。合适的固化剂的量将主要取决于放热固化反应开始之前甲阶酚醛树脂与固化剂混合物的温度以及甲阶酚醛树脂的反应数，并且其与所选择的温度和反应数成反比。固化剂浓度的优选范围为，对于甲阶酚醛树脂中的每100份重量的苯酚/醛反应产物，相当于2-20份重量的对甲苯磺酸，假设甲阶酚醛树脂具有大致中性的反应，即pH大约为7。相当于对甲苯磺酸，指的是规定量的对甲苯磺酸得到的基本相同的固化时间所需的固化剂的量。对于任何给定的温度以及甲阶酚醛树脂与细碎固体的组合，最合适的固化剂量容易通过简单的实验来确定。当优选的温度范围是25-75°C并且甲阶酚醛树脂具有至少为10的反应数，通常对于100份重量的苯酚/醛反应产物，使用相当于3-10份重量的对甲苯磺酸的固化剂，能够获得最好的结果。对于温度低于25°C或反应数低于10的甲阶酚醛树脂，可能有必要使用更多的固化剂。
[0089]通过适当控制温度和固化剂的浓度，向甲阶酚醛树脂加入固化剂的时间与组合物变硬之间的时间误差(在本文中称为固化时间)，可以随意地从几秒至长达一个小时或甚至更多的范围内变化，而基本上不影响产品的密度和泡孔结构。
[0090]另一个控制需要的固化剂的量的因素可以是惰性固体的性质，如果存在的话。很少完全中性，并且如果固体具有碱性反应，即使只有非常微小的量，可能需要更多的固化剂，因为倾向于填料来中和它。因此要理解，以上给出的固化剂浓度的优选值没有考虑到固体的任何这样的效果。由于固体的性质所要求的任何调整，将取决于固体的使用量，并且可以通过简单的实验来确定。
[0091]甲阶酚醛树脂与酸固化剂的放热固化反应导致副产物，特别是醛和水，它们至少部分以挥发形式形成。
[0092]在细碎的惰性且不溶性细碎颗粒状固体存在下，固化反应受到影响，颗粒状固体基本上均匀地分散于甲阶酚醛树脂和固化剂的混合物中。惰性固体，我们指的是所使用的不阻止固化反应的量。
[0093]据说，细碎粒状固体为由小分子挥发所形成的气泡提供核，小分子主要是甲醛和/或水，存在于甲阶酚醛树脂中和/或通过固化作用产生;细碎粒状固体提供位点，促进泡沫形成，从而协助孔径的均匀性。的存在下，细碎粒状固体还可以促进个体气泡的稳定并且减小气泡凝聚的倾向，并最终引起在固化前气泡破裂的可能性。为了达到预期的效果，基于甲阶酚醛树脂的重量，该固体应以不低于5%的重量存在。任何细碎粒状固体不溶于该反应混合物都是合适的，只要它是惰性的。合适的粒状固体的例子如上述定义。
[0094]最好避免具有比微碱性反应更强的固体，如硅酸盐和碱金属的碳酸盐，因为它们倾向于与酸固化剂反应。固体，如滑石，其具有非常温和的碱性反应，在某些情况下，混入更强碱性物质如菱镁矿，是可以接受的。
[0095]某些材料，特别是纤维材料，如木粉，有吸收性，因此，可能有必要使用比非纤维材料的量更大的这些材料，以实现有价值的泡沫产品。
[0096]固体优选具有粒径范围为0.5-800微米。如果粒径过大，泡沫的泡孔结构会导致不希望的粗糙。另一方面，非常小的颗粒尺寸，所获得的泡沫倾向于相当密实。优选的范围是1-100微米，最优选2-40微米。粒度均匀性似乎能够促进泡孔结构。如果需要的话，也可以使用固体混合物。
[0097]如果需要的话，可以包括固体如细碎的金属粉末，其对于该过程中所产生的气体或蒸汽的体积有贡献。可以单独使用，然而应当理解，由分解或化学反应产生气体后留下的残余物，需要满足本发明的方法中所需要的惰性且不溶性细碎颗粒状固体的要求。
[0098]优选地，细碎固体的密度与甲阶酚醛树脂没有很大不同，以便减小细碎固体混合后朝向混合物的底部积累的可能性。
[0099]在一般情况下，可以采用的固体的最大量仅通过将其混入混合物中并处理该混合物中遇到的物理问题来控制。一般，理想的是即使在相当高的固体浓度下，该混合物是可流动的，当混合物像面团或糊状物，并且不能倾倒时，能够获得有价值的发泡产品。
[0100]在泡沫形成混合物中可以包括其它添加剂，例如表面活性剂，如阴离子材料例如长链烷基苯磺酸钠盐，非离子型材料，例如那些基于聚(环氧乙烷)或其共聚物的非离子型材料，以及阳离子材料，如长链季铵化合物或那些基于聚丙烯酰胺的阳离子材料;粘度调节剂如烷基纤维素特别是甲基纤维素，和着色剂如染料或颜料。也可以包括用于酚醛树脂的增塑剂，只要固化和发泡反应不会因此而受到抑制，可以包括多官能化合物而不是上面涉及到的二羟化合物，它们参与发生在固化中的交联反应，这些多官能化合物例如二胺或多胺，二异氰酸酯或聚异氰酸酯，二元羧酸或多元羧酸和氨基醇。连同固化反应期间激活的自由基聚合引发剂，也可能包括可聚合的不饱和化合物，如丙烯酸单体，即所谓尿烷丙烯酸酯，苯乙烯，马来酸及其衍生物，以及它们的混合物。如果需要的话，泡沫形成组分也可含有脱水剂。
[0101]可以包括其它树脂，例如作为预聚物，在发泡和固化反应中被固化，或作为粉剂。乳液或分散体。实例包括聚缩醛，如聚乙烯醇缩醛，乙烯基聚合物，烯烃聚合物，聚酯，丙烯酸类聚合物和苯乙烯聚合物，聚氨酯及其预聚物和聚酯预聚物，以及蜜胺树脂，酚醛线型酚醛清漆等。也可以包括传统的发泡剂，以提高增强反应，例如低沸点有机化合物或者分解或反应产生气体的化合物。
【附图说明】
[0102]现在将纯粹以举例的方式来描述本发明的实施例，参考附图，其中:
[0103]图1是一个根据本发明的头盔的截面示意图；
[0104]图2是另一个根据本发明的头盔的一个截面示意图；
[0105]图3示出了一个根据本发明的头盔系统的截面简图；
[0106]图4A示出了一个头盔衬垫的平面图，包括弹性填料区域和间隔件区域；图4B示出了间隔件与填料的可能的交错方式。
【具体实施方式】
[0107]图1示出了一个头盔10，包括外壳12，内垫14和固体开孔泡沫支柱18a，18b，18c，18d和18e。外壳12，内垫14和固体开孔泡沫支柱18a-18e被配置成包围一个腔20，腔20的形状被塑造成容纳佩戴者的头部。
[0108]外壳12包括刚性材料，并成形为环绕和包围使用者的头部。内垫14包括被配置为弹性变形以缓冲头部来自撞击到头盔系统10的外壳12的冲击的材料。支柱18a，18b，18c，18d及18e均匀地分布在头盔系统10中，将外壳12从内垫14隔开，并且分配可以穿透外壳12的冲击力，从而保护穿戴者的头部。
[0109]支柱18a，18b，18c，18d及18e包括固体刚性开孔泡沫材料的截头圆锥体部件。因此，支柱18a，18b，18c，18d及18e具有较宽的底部、较窄的顶面和倾斜的侧面。支柱被布置为使得它们的较宽的底部朝向空腔20。支柱的材料是易碎的，使得如果施加大于所选阈值压力或断裂应力的压缩应力(压力)，它会被压碎并粉碎。
[0110]在图1中，支柱18a，18b，18c，18d及18e由仅具有单个阈值压力的单一开孔材料组成，因此支柱的截头圆锥形状意味着，压碎支柱18a_18e的顶部所需的压缩力小于压碎它的较宽的底部所需的压缩力。
[0111]支柱的空间分布、它们的横截面面积以及该材料的阈值压力，决定了在一个或一个以上的支柱18a，18b，18c ，18d及18e开始被压碎之前，头盔系统10承受的冲击的阈值。在施加的冲击力大于该阈值的情况下，一个或多个支柱18a，18b，18c，18d及18e将被压碎，因此不可逆变形以吸收冲击能量。
[0112]图2示出了另一个头盔100的截面。如在图1中，图2的头盔100包括外壳12，内垫14和支柱118&，11813，118(:，118(1和1186，如上参照图1布置。
[0113]图2的每一个支柱118a，118b，118c，118d和118e各自包括三个部件120,122和124。部件120，122和124以堆叠的形成布置，使得第一部件120最靠近外壳，第二部件124最靠近内垫14，并且第三部件122位于第一部件120和第二部件124之间，这些部件120，122和124之间分别选择为具有不同的变形阈值压力，以使支柱在靠近头盔外壳12处具有较低的阈值压力，而在靠近内垫14处具有较高的阈值压力。
[0114]虽然图1和图2示出了完整的头盔10，100，本发明的实施方案提供头盔插入件，可被用作本发明的头盔系统的部件。例如，这种头盔插入件可以不包括外壳，并且可以被配置成适应在使用者的头部与头盔系统的外壳(和任选的填料)之间。
[0115]在图1和图2中示出的内垫14是单一弹性垫，其位于对着使用者的头部。然而，也可以使用附加的或替代的弹性填料结构。内垫14不必仅位于刚性材料的支柱与头部之间，也可以在头蓝系统别处分布。例如，内垫可以分布在支柱18a_18e与外壳12之间，在一些实例中，弹性填料可围绕支柱18a_18e设置或设置在支柱18a_18e之间，使得一个或更多支柱不可逆变形时，弹性填料继续支持头盔10的外壳12。
[0116]支柱18，118被描述为均匀分布在头盔10,100中，然而这是可选的，并且可以使用其它空间分布。
[0117]支柱18，118被描述为截头圆锥形部件，然而也可使用其它形状如金字塔的支柱。在某些情况下，支柱可具有窄的中间部分，像一个腰部。支柱可以包括支持从使用者的头部隔开的头盔外壳的任何结构。支柱可以具有任何形状，并且可以具有宽度或长度大于它们的高度，例如，支柱可以包括脊或带，其具有至少部分地横跨腔的内垫14和壳体12之间的间隙的高度，并且其长度大于其高度。
[0118]支柱18a，18b，18c，18d及18e不必由单一开孔材料单独组成，可以使用不同材料的混合物。在一些示例中，除了固体开孔泡沫材料，支柱可以包括弹性材料。
[0119]图1和2提供了两个具有多于一个阈值压力的冲击吸收结构的例子。其他实例包括使用具有不同的密度的泡沫，使得支柱的密度从邻近空腔的基部到接近外壳12的顶端而增加，这种变化的密度可以是连续的，或者可以通过离散的步骤或变化来提供。在一些实例中，可以由一个支柱提供具有一个以上的阈值压力的结构，这种支柱除了那些在泡沫中存在的空腔还包括其它空腔。这种空腔可以通过切割泡沫得到，例如在泡沫中钻孔，或者它们可以在形成支柱结构时，成形在泡沫中。
[0120]图3示出了一个头盔系统200的截面，包括具有硬外壳12的外壳202。可移动插入件204适于插入到外壳与腔20之间，腔20用于容纳用户的头部。
[0121]可移动插入件204包括固体开孔泡沫材料，其布置成在施加大于所选阈值压力的情况下不可逆地变形，以吸收冲击能量。
[0122]可移动插入件204包括数据记录器210以及被配置成用于感测施加到插入件204的冲击传感器212。冲击传感器212被连接到数据记录器210，用于记录检测到的冲击数据。数据记录器210和冲击传感器212被连接到通信接口 214，以从可移动插入件204提供传感器数据。可移动插入件204包括键控部件208，用于相对于外壳202对准可移动插入件。
[0123]外壳202包括具有键控凹部206的带键内表面，插入件的键控部件208被配置成与外壳202的键控凹部互补，并且布置成至少部分地不对称或不规则，使得当可移动插入件204被放置在外壳202中时，可移动插入件204的取向和位置相对于外壳由键控凹部206和键控部件208确定。
[0124]外壳202包括第一通信接口 220，第二通信接口 224，控制器222，和冲击传感器226。第一通信接口 220被布置为用于与插入件204的通信接口 214进行通信。第二通信接口 224包括无线通信接口，其可以使用任何射频协议进行通信，例如蓝牙(RTM)或WIFI(RTM)。控制器222被布置为经由第一通信接口 220从可移动插入件204获得传感器数据，并从在外壳202中的冲击传感器226获得传感器数据，并经由第二通信接口 224发送传感器数据到远程设备。
[0125]在操作中，可移动插入件204的传感器212，以及外壳202的冲击传感器226感受冲击，并且控制器222通过通信接口 224传输包括冲击数据的信息。可移动插入件的数据记录器210也冲击数据，以提供施加到可移动插入件204的冲击的记录。
[0126]数据记录器210可以经由通信接口 214被询问，以确定插入件204是否已经遭受比所选阈值压力更大的冲击力，例如，该阈值压力可以是插入件中的开孔泡沫材料的阈值压力，从而使用户确定是否插入件已损坏，或它是否可以再次使用。
[0127]外壳202可以进一步包括弹性材料以提供填充。此外，外壳202可包括与上面的图1和图2描述的开孔泡沫材料的支柱。图3的外壳202被示为包括控制器，通信接口，传感器等，但这些都是可选的。头盔外壳不需要包括任何传感器或其他电子设备。头盔外壳可以包括适形传感器，用于监视外壳。
[0128]图3示出了使用功能单元的控制器、传感器和通信接口的功能。然而，这并不意味着这种功能的任何特定结构配置。功能可以分布在整个壳体，或者在一个单一集成单元中，或在多个单元之间共享组件。可以使用这些功能元件的任何空间配置。以举例的方式，传感器可以位于外壳中或外壳上壳，内垫中或内垫上，和/或可压碎的开孔材料中或可压碎的开孔材料上。还应该理解的是，可以使用这样的位置的不同组合，以便最好地监测由头盔和佩戴者的头部接收的冲击。以这种方式，也可以监测和定制开孔材料，以减少冲击能量传递。
[0129]外壳的第一通信接口 220可以包括电感连接器，诸如近场RF连接器，用于连接到插入件的电感连接器214。插入件和外壳可以附加地或替代地包括欧姆连接器，或电容连接器，用于在插入件与外壳之间传送数据。
[0130]当插入件214包括电感连接器，它可以用于给传感器和或数据记录器供电。如上所述，图3所示的图示并不意味着插入件的部件的任何特定结构布置。例如可以布置一个智能组织，以在冲击下而改变电阻。这样的组织可以分布在插入件204周围。传感器可以替换地或另外包括加速计，其可包括微电机MEM加速计。其他传感器也可以使用。
[0131 ]可移动插入件204还可以包括弹性填料，并且填料和固体开孔泡沫材料可以按照类似于上述图1和图2中描述的配置而布置在插入件中。
[0132]图4A示出了一个头盔衬垫1204的平面图，包括弹性填料1206区域和间隔件1208区域。
[0133]填料1206区域和间隔件1208区域交织在一起。布置填料1206和间隔件1208，以支持外头盔以便它与佩戴者的头部隔开。
[0134]间隔件1206比填料1208更硬，同时填料1208被布置成在压缩力下弹性压缩。间隔件1206被布置成在压缩力下的压缩小于填料。直到一定的阈值力。高于该阈值力，间隔件被配置为比填料压缩更多。这可以通过间隔件在大于阈值力的压力下不可逆地塌陷来实现。
[0135]如果间隔件1208塌陷，由于间隔件1208与填料1206交织，间隔件1208的塌陷在填料1206中留下空隙。填料1206然后可以继续支持头盔与佩戴者的头部隔开，以减轻对佩戴者的后续冲击。
[0136]图4A示出了一个特定示例，显示填料1206与间隔件1208如何可以交错。在图4A中，间隔件1208呈交错细长条布置在填料1206的条带之间。图中显示这些条带的横截面(示出了沿着线A-A的截面)。如图所示，这些条带可以是锥形支柱，朝向佩戴者的头部的基部比朝向头盔的顶部的宽度更大。
[0137]以这种方式安排的渐缩支柱条横截面，是一种能够使得间隔件1208逐渐或分阶段塌陷的方式。例如，在第一级压缩力下，根据隔离件的断裂应力及其施加力给横截面的面积，间隔件的第一部分塌陷。其结果是，间隔件的部分保持完整，并且间隔件1208的该保持不变的部分由力的强度、间隔件材料的断裂应力以及间隔件1208呈现给横截面的面积来决定。可以通过对间隔件的密度形成梯度来实现类似的功能，以使其朝向佩戴者的头部更致密，而且朝向头盔的密度更小。
[0138]图4B示出了间隔件1208与填料1206的可能的交错方式。
[0139]如图4B-1，间隔件1208的区域可通过被安置在填料1206内而交错在填料内，使得填料1206位于间隔件1208与佩戴者的头部之间。填料1206可以完全或部分地围绕间隔件1208的区域。在图4B-1中，间隔间1208与填料1206的上表面(即被呈现给头盔的表面)齐平。然而，间隔件1208可以从填料突出。在图4B-2中，间隔件1208可以与填料1206交错，使得填料1206位于间隔件区域1208与衬垫的呈现给头盔的表面之间。在图4B-1中，间隔件1208区域抵接于被呈现给佩戴者的头部的头盔衬垫1204的表面上。
[0140]在图4B-3中，间隔件1208的区域可以与填料交错，使得它完全被填料1206包围。
[0141]在图4B-4中，可以按照间隔件1208和填料1206分层的方式使间隔件1208和填料1206交错。例如，这些层可以被布置成使得至少一层间隔件或填料按照“三明治”式的结构布置在相邻层的填料或间隔件之间。也可使用多个层。
[0142]图4B所示的配置仅是示例性的交错结构，并且也可以使用其他方法交织所述两种材料，例如梳状的两种材料可以相互交叉或交织，并且片状的间隔件可以按照不规则构造嵌入在填料中。根据本发明公开的内容，交织材料的其它实例对于本领域技术人员而言将是显 而易见的。可以预料，可在图4B中使用的交错示例，可组合使用。
[0143]参照图4描述的头盔衬垫1204可以包括上述任何插入件的特征。特别是头盔衬垫可以包括参照图1至图3描述的键控表面和/或传感器和数据记录器。
【主权项】
1.一种头盔，其特征在于，包括: (i)外壳； (? )内垫，用于弹性变形以缓冲使用者的头部;和 (iii)固体开孔结构； 其中所述外壳与所述内垫由所述固体开孔结构隔开，并且所述固体开孔结构用于当冲击施加的压力大于选定阈值压力时发生不可逆变形以吸收冲击能量。2.根据权利要求1所述的头盔，其特征在于，所述固体开孔结构是易碎的泡沫材料。3.根据权利要求2所述的头盔，其特征在于，所述固体开孔泡沫材料通过压碎或粉碎不可逆地变形。4.根据权利要求2-3任一项所述的头盔，其特征在于，所述固体开孔泡沫材料是刚性的。5.根据权利要求2-4任一项所述的头盔，其特征在于，所述固体开孔泡沫材料是固体开孔泡沫聚合物材料。6.根据权利要求5所述的头盔，其特征在于，所述固体开孔泡沫聚合物材料选自酚醛树脂泡沫、聚苯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫、聚乙烯泡沫、聚氯乙烯泡沫、聚乙烯基乙酸酯泡沫、聚酯泡沫聚醚泡沫和泡沫橡胶。7.根据权利要求6所述的头盔，其特征在于，所述固体开孔泡沫聚合物材料选自酚醛树脂泡沫。8.根据权利要求5-7任一项所述的头盔，其特征在于，所述固体开孔泡沫聚合物材料包括细粉碎颗粒增强材料。9.根据权利要求8所述的头盔，其特征在于，所述细粉碎颗粒增强材料选自粘土、粘土矿物、滑石、蛭石、金属氧化物、耐火材料、实心或空心的玻璃微球、飞灰、煤尘、木粉、谷物粉、坚果壳粉、二氧化硅、矿物纤维如切碎的玻璃纤维和细碎石棉、短纤维、切碎的天然或合成纤维、粉末或纤维状的研磨塑料和树脂，例如回收的废塑料和树脂，颜料如粉末涂料，以及炭黑和淀粉。10.根据权利要求5-9任一项所述的头盔，其特征在于，所述固体开孔泡沫聚合物材料的密度是100至500 kg.πΓ3。11.根据权利要求5-10任一项所述的头盔，其特征在于，所述固体开孔泡沫聚合物材料的平均孔径在约0.5毫米至5毫米。12.根据权利要求2-11任一项所述的头盔，其特征在于，所述内垫被多个固体开孔泡沫材料的支柱与所述外壳间隔开。13.根据权利要求12所述的头盔，其特征在于，所述支柱的横截面面积根据所述固体开孔泡沫材料的断裂应力以及所选择的阈值压力来确定。14.根据权利要求12或13所述的头盔，其特征在于，一个或多个所述支柱有一个以上的阈值压力。15.根据权利要求12-14任一项所述的头盔，其特征在于，不同的支柱具有不同的阈值压力。16.根据权利要求2-15任一项所述的头盔，其特征在于，所述固体开孔泡沫材料包括第一部分和第二部分，其中所述第一部分相对于所述第二部分具有较低的阈值压力，并且所述第一部分和第二部分被堆叠在一起。17.根据权利要求2-16任一项所述的头盔，其特征在于，所述固体开孔泡沫材料由单一材料形成。18.根据前述任一权利要求所述的头盔，其特征在于，所述外壳与所述内衬垫之间有一个或多个空隙。19.根据权利要求18所述的头盔，其特征在于，所述固体开孔泡沫材料包括一个或多个空腔，其中所述一个或多个空腔的大小和/或空间分布根据冲击吸收材料的断裂应力和所选择的阈值压力来确定。20.根据前述任一权利要求所述的头盔，其特征在于，所述内垫由弹性材料形成。21.根据权利要求20所述的头盔，其特征在于，所述内垫选自软质泡沫，例如那些由发泡聚丙烯、发泡聚乙烯或发泡聚氨酯形成的软质泡沫。22.根据前述任一权利要求所述的头盔，其特征在于，所述内垫适应用户头部的形状。23.根据前述任一权利要求所述的头盔，其特征在于，所述外壳是头盔的壳体。24.根据前述任一权利要求所述的头盔，其特征在于，包括适于感测冲击的传感器，以及适于传输冲击数据到远程设备的通信接口。25.根据权利要求24所述的头盔，其特征在于，包括控制器，适于在施加的冲击大于选定阈值压力的情况下将信号发送到所述远程设备。26.根据权利要求24或25所述的头盔，其特征在于，包括数据记录器，其记录来自传感器的数据。27.一种头盔系统，其特征在于，包括: (i)头盔，包括外壳，以及任选地位于所述外壳内的内垫，其中所述内垫用于弹性变形以缓冲使用者的头部;和 (ii)可移动插入件，适于插入所述外壳与使用者的头部之间，其中所述可移动插入件包括固体开孔泡沫材料，或者由固体开孔泡沫材料组成，用于当冲击施加的压力大于选定阈值压力时发生不可逆变形以吸收冲击能量。28.根据权利要求27所述的头盔系统，其特征在于，包括位于所述外壳内的内垫，所述可移动插入件适于插入所述外壳与所述内垫之间。29.根据权利要求28所述的头盔系统，其特征在于，所述固体开孔泡沫材料如权利要求2-17中的任一项所定义。30.根据权利要求27-29任一项所述的头盔系统，其特征在于，所述头盔的外壳包括带键的内表面，并且所述可移动插入件包括适于与所述带键的内表面啮合的互补键控部件，以防止所述可移动插入件相对于所述头盔滑动。31.根据权利要求27-30任一项所述的头盔系统，其特征在于，所述可移动插入件包括用于感测冲击的传感器，以及用于在所述传感器与所述外壳的连接器之间传输信号的连接器。32.根据权利要求27-31任一项所述的头盔系统，其特征在于，所述头盔包括用于感测冲击的传感器，以及用于在所述传感器与所述可移动插入件的连接器之间传输信号的连接器。33.根据权利要求30和31和/或32所述的头盔系统，其特征在于，所述连接器相对于所述头盔的键和所述可移动插入件设置，以便所述插入件的键控部件与所述头盔的内表面的接合能够连接所述头盔与所述可移动插入件之间的通信。34.根据权利要求31-33任一项所述的头盔系统，其特征在于，所述连接器选自由导电连接器、电感连接器和电容连接器组成的组。35.根据权利要求31-34任一项所述的头盔系统，其特征在于，所述头盔包括控制器，用于经由所述连接器从至少一个所述传感器获得传感器数据；以及通信接口，用于与所述远程设备通信。36.根据权利要求27-35任一项所述的头盔系统，其特征在于，所述可移动插入件包括数据记录器，用于记录施加到所述插入件的冲击。37.根据权利要求36所述的头盔系统，其特征在于，所述头盔包括控制器，用于响应于被连接到所述头盔的所述可移动插入件而从所述数据记录器获得数据，其中所述控制器用于基于所获得的数据而触发警报。38.根据权利要求37所述的头盔系统，其特征在于，所述警报选自由可听警报、视觉警报或射频信号组成的组。39.根据权利要求27-38任一项所述的头盔系统，其特征在于，所述头盔包括射频天线，用于从所述头盔传送射频信号给所述远程设备。40.—种用于如在权利要求27-39任一项中所描述的头盔的插入件。41.一种头盔衬垫，其特征在于，包括弹性填料和刚性间隔件，所述刚性间隔件与所述填料交错，用以支持与穿戴者的头部间隔开的外头盔； 其中所述填料在压缩力小于或等于第一阈值的情况下弹性压缩;并且 所述刚性间隔件在压缩力小于第二阈值的情况下比所述填料的压缩小，所述第二阈值小于所述第一阈值，并且所述刚性间隔件在大于第二阈值的力作用下不可逆地塌陷，留下与所述填料交错的空隙。42.根据权利要求41所述的头盔衬垫，其特征在于，所述填料与所述刚性间隔件共同支持所述头盔与穿戴者的头部隔开一个选定距离，并且所述填料使得所述刚性间隔件塌陷的情况下，继续支持外头盔于选定距离。43.根据权利要求41或42所述的头盔衬垫，其特征在于，所述刚性间隔件在压缩力大于所述第二阈值的情况下部分间隔件依然完整，其中所述依然完整的部分由压缩力决定。44.根据权利要求43所述的头盔衬垫，其特征在于，所述依然完整的部分在小于或等于第三阈值的压缩力下比所述填料压缩的少，所述第三阈值比所述第一阈值大且比所述第二阈值小，并且所述依然完整的部分在比第三阈值大的力下不可逆地塌陷。45.根据权利要求41-44任一项所述的头盔衬垫，其特征在于，所述刚性间隔件包括开孔材料。46.根据权利要求41-45任一项所述的头盔衬垫，其特征在于，包括多个刚性间隔件。47.根据权利要求41-46任一项所述的头盔衬垫，其特征在于，所述交错包括所述间隔件的区域是如下的一种:与填料区域分层，与填料区域相互交叉，至少部分地嵌入填料区域，以及由填料区域所包围。48.根据权利要求41-47任一项所述的头盔衬垫，其特征在于，包括适于感测冲击的传感器，以及适于将冲击数据通信到远程设备的通信接口。49.根据权利要求48所述的头盔衬垫，其特征在于，包括控制器，适于在施加的冲击大于选定阈值压力的情况下将信号发送到所述远程设备。50.—种头盔系统，其特征在于，包括根据权利要求48或49的头盔衬垫以及头盔，所述头盔包括外壳，其中所述头盔的外壳包括带键的内表面，并且所述衬垫包括适于与所述带键的内表面啮合的互补键控部件，以防止所述衬垫相对于所述头盔滑动。51.根据权利要求50所述的头盔系统，其特征在于，包括权利要求27-39任一项中的特征，其中所述可移动插入件由所述衬垫提供。52.根据权利要求41-49任一项所述的头盔衬垫，其特征在于，包括数据记录器，用于记录施加到所述衬垫的压力。53.—种降低冲击能量传递的方法，其特征在于，包括使用根据权利要求1-39和50-51任一项所述的头盔。54.—种监测冲击能量传递的方法，其特征在于，包括使用根据权利要求1-39和50-51任一项所述的头盔。
【专利摘要】一种头盔（10），包括：（ⅰ）外壳（12）；（ⅱ）内垫（14），用于弹性变形以缓冲使用者的头部；和（ⅲ）固体开孔泡沫材料（18）；其中所述外壳与所述内垫由所述固体开孔泡沫材料隔开，并且所述固体开孔泡沫材料用于当冲击施加的压力大于选定阈值压力时发生不可逆变形以吸收冲击能量。
【IPC分类】A42B3/04, A42B3/12
【公开号】CN105491902
【申请号】CN201480034169
【发明人】阿尔丁诺·阿尔伯特利, 里卡多·乔尼
【申请人】阿尔丁诺·阿尔伯特利, 里卡多·乔尼
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2014年4月30日
【公告号】CA2911077A1, EP2991520A1, US20160058092, WO2014177872A1
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