保護帽的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明一般涉及保護帽。更具體地，本發(fā)明涉及適于為用戶的頭部以及頭盔的插入件提供沖擊保護作用的頭盔。
【背景技術】
[0002]保護帽被應用于各種運動、工業(yè)和軍事環(huán)境。例如，防護頭盔經常在許多不同的運動項目，比如美式足球、冰球、曲棍球、長曲棍球、棒球、自行車、賽車、高山滑雪和單板滑雪中使用，在這些環(huán)境下，由于對頭部的沖擊，有創(chuàng)傷性腦損傷的危險。
[0003]頭部突然加速或減速，會導致大腦在顱骨內直線、旋轉或角運動，引起創(chuàng)傷性腦損傷發(fā)生，導致?lián)p害腦細胞、血管和保護組織。輕度腦外傷(腦震蕩)的癥狀通常包括意識喪失、頭痛、惡心、頭暈、嗜睡和臨時認知障礙，而更嚴重的創(chuàng)傷性腦損傷，可導致永久性認知功能障礙、行為和情緒的變化以及中風和腦部退化疾病的風險增加。特別是慢性創(chuàng)傷性腦病(CTE)是主要發(fā)現(xiàn)于經歷多個腦震蕩史的專業(yè)運動員的進行性神經變性疾病，會導致抑郁和自殺，認知功能障礙和攻擊行為。
[0004]研究表明，對于腦震蕩的G-力閾值通常為約70至85G，盡管可以理解這高度依賴于研究中的個體以及沖擊的類型。運動中的沖擊，如美式足球往往范圍從20至180G，甚至高達200G。作為參考，在噴氣式戰(zhàn)斗機中的飛行員一般要承受最多4.5G，而25英里每小時的車禍，往往會造成約100G。
[0005]創(chuàng)傷性腦損傷的風險是全面接觸的運動，如美式足球、冰球和曲棍球中特別關心的，其中運動員相互碰撞，并與地面碰撞產生很大的力，這是在運動的規(guī)則范圍內的。據(jù)估計，美國職業(yè)足球運動員可能會在一個賽季受到多達1500次頭部打擊，在10年的球員生涯中受到15，000次頭部打擊，這取決于他們的位置。對前職業(yè)美式足球運動員的死后診斷的CTE的大量病例表明，經常是自殺。即使在高中美式足球運動員中也發(fā)現(xiàn)每個賽季受到約650次頭部打擊，并且僅在美國，1997年至2007年間，據(jù)報道至少有50個高中或以下的運動員因為頭部受傷而死。
[0006]考慮到球員的平均體重以NFL計自20世紀80年代已經增長了至少10%達到248鎊，顯然很多潛在的可能出現(xiàn)震蕩的實例。此外，最重的位置、進攻滑車，從二十年前的約280鎊增加到約320鎊。
[0007]有因此，需要采取措施以減少頭部損傷的發(fā)生率和嚴重性。盡管改變比賽和訓練實踐可以在一定程度上解決受傷的風險，也有需要更有效地頭部保護，以有效地吸收施加到頭部的沖擊力，尤其是那些可能引起腦震蕩的沖擊力，并由此降低可能性的創(chuàng)傷性腦損傷。
[0008]還需要一種頭部保護，其包括電子監(jiān)視裝置以確定對頭部沖擊的頻率以及力和力的方向。積累的數(shù)據(jù)可以由運動專家，諸如醫(yī)生進行監(jiān)測，以便確定個人腦損傷的高風險，以確定是否需要進行干預(醫(yī)療或其它方式)和/或適當?shù)幕謴椭芷凇?br>[0009]對于接觸性運動特別有利，以便能夠實時評估一個或者一系列沖擊之后防護頭盔的狀態(tài)，以便確定所述頭盔的部件是否需要更換，并尋求避免由于低效的保護帽導致的損傷。

【發(fā)明內容】

[0010]因此，在第一方面，本發(fā)明提供一種頭盔，包括:
[0011](i)外殼;
[0012](ii)內墊，用于彈性變形以緩沖使用者的頭部;和
[0013](iii)固體開孔結構；
[0014]其中所述外殼與所述內墊由所述固體開孔結構隔開，并且所述固體開孔結構用于當沖擊施加的壓力大于選定閾值壓力時發(fā)生不可逆變形以吸收沖擊能量。
[0015]在發(fā)生對戴有本發(fā)明的頭盔的個體的頭部的沖擊的情況下，本應施加到個人頭部的沖擊被固體開孔結構的不可逆變形代替消散。應當理解，閾值被選擇為能夠防止腦損傷如腦震蕩的水平。以舉例的方式，該閾值可以是在70G，使得任何大于70G的沖擊力對固體開孔結構產生至少一些永久變形，因此限制傳遞給頭部的沖擊強度。
[0016]在一個優(yōu)選的實施方案中，開孔結構是開孔泡沫材料。
[0017]在一個優(yōu)選的實施方案中，開孔結構優(yōu)選為泡沫，能夠消散至少為70G的沖擊力并且優(yōu)選高達至少200G的沖擊力，例如80G，90G, 100G, 110G, 120G, 130G, 140G, 150G, 160G,1706，1806和1906。
[0018]在優(yōu)選的實施方案中，固體開孔結構是易碎并優(yōu)選通過壓碎或粉碎不可逆地變形。
[0019]術語壓碎和/或粉碎旨在包括開孔結構解體成顆粒和/或粉末。以舉例的方式，剛性開孔泡沫材料經受所述閾值壓力的時，可以被壓碎使得材料的孔解體成顆粒。這樣的解體通常在可控制的方式，如從該材料的上表面向下表面的方向，例如沿著密度梯度。
[0020]固體開孔結構優(yōu)選基本上剛性的。基本上剛性，是指該固體開孔結構在載荷下不偏向并且在中等壓力下不塌陷。
[0021]固體開孔泡沫材料可以適當?shù)貜木酆吓菽牧现羞x擇。合適的固體開孔泡沫聚合物材料的實例包括酚醛樹脂泡沫、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膠。優(yōu)選的固體開孔泡沫材料是酚醛樹脂泡沫。
[0022]使用開孔泡沫諸如酚醛樹脂泡沫的一個特別的優(yōu)點是，電磁波能夠穿透。以這種方式，這些材料能夠與例如，射頻識別加速度計和其他類型的傳感器高度兼容使用。固體開孔泡沫可包括細粉碎顆粒增強材料。合適的顆粒增強材料優(yōu)選是惰性的和不溶性的。增強材料的含量可以是基于所述泡沫的總重量的高達50重量％，例如基于所述泡沫的總重量的2-40重量％，或5-20重量％，包括10重量％。合適的增強材料包括有機或無機(包括金屬)顆粒材料，其可以是結晶的或無定形的。甚至纖維狀固體已被發(fā)現(xiàn)是有效的，盡管不是優(yōu)選的。合適的顆粒材料的非限制性實例包括粘土、粘土礦物、滑石、蛭石、金屬氧化物、耐火材料、實心或空心的玻璃微球、飛灰、煤塵、木粉、谷物粉、堅果殼粉、二氧化硅、礦物纖維如切碎的玻璃纖維和細碎石棉、短纖維、切碎的天然或合成纖維、粉末或纖維狀的研磨塑料和樹月旨，例如回收的廢塑料和樹脂，顏料如粉末涂料，以及炭黑和淀粉。
[0023]優(yōu)選地，固體開孔泡沫具有100至500kg.m—3范圍內的密度，更優(yōu)選為120至400kg.m—3，并且最優(yōu)選 120至250kg.m—3。
[0024]這種泡沫的物理性質，特別是在沖擊下的壓縮強度和變形被認為是與孔壁厚度和平均孔徑相關的(除其他因素)。優(yōu)選地，固體開孔泡沫的平均孔徑在約0.5毫米至5毫米，更優(yōu)選0.5或1毫米至2或3毫米的范圍內。
[0025]固體開孔結構，例如泡沫材料，可形成頭盔的外殼和內墊之間橫跨整個區(qū)域延伸的連續(xù)層。然而，在優(yōu)選的實施方案中，固體開孔結構，優(yōu)選泡沫材料，被設置為不連續(xù)層。例如，頭藍的外殼和內墊可由固體開孔結構如泡沫材料的多個條帶和/或支柱間隔開。在一些實施方案中，優(yōu)選的是頭盔的外殼和內墊由固體開孔結構如泡沫材料的多個支柱間隔開。
[0026]當頭盔的外殼和內墊由固體開孔泡沫材料的多個支柱間隔開時，支柱的橫截面面積可以根據(jù)固體開孔泡沫材料的斷裂應力以及所選擇的閾值壓力來確定。以舉例的方式，所述橫截面面積可被選擇為使得該閾值壓力在70G。
[0027]支柱的橫截面面積可被選擇為使得鄰近外殼的外端與鄰近內墊的內端之間基本恒定。在其他實施方案中，支柱的橫截面面積可能在支柱的內端與外端之間變化。例如，一個或多個支柱的內端可以具有比外端更大的橫截面。以這種方式，支柱可能消散從70到200G的沖擊力。
[0028]例如，支柱可以是梯形，例如圓錐形、截頭圓錐形、角錐形或角錐臺。以這種方式，支柱可根據(jù)沖擊經受漸進變形。因此，一個或多個支柱可以有一個以上的閾值壓力，使得支柱在較低的沖擊壓力下部分變形，并且隨著沖擊壓力增加變形更加廣泛。
[0029]在其他實施方案中，本發(fā)明的頭盔可包括多個支柱，其中不同的支柱具有不同的閾值壓力。因此，固體開孔泡沫經受不可逆變形的閾值在頭盔的不同區(qū)域可以不同。以這種方式，有可能根據(jù)被保護的使用者的頭部的部分來調整閾值。這對于當頭部的不同部分有更大的沖擊敏感性是特別重要的。
[0030]在進一步的實施方案中，固體開孔泡沫材料可以包括多個部分，例如第一部分和第二部分，其中第一部分相對于第二部分具有較低的閾值壓力，并且所述第一部分和第二部分被堆疊在一起。在這種方式中，固體開孔泡沫材料的第一部分在較低沖擊壓力下發(fā)生不可逆變形，而固體開孔泡沫材料的第二部分僅在經歷更嚴重的沖擊下，不可逆變形。以舉例的方式，分離的材料可以具有在70G和140G的閾值以消散沖擊力。
[0031]優(yōu)選的是在外殼和內襯墊之間有一個或多個空隙區(qū)域。空隙區(qū)的存在不僅降低了頭盔的重量，而且還提高了頭盔的耐沖擊性，因為在沖擊力作用下該材料經歷不可逆的變形，固體開孔泡沫材料可以被移位到所述空隙區(qū)域。如上所述，可以通過使用固體開孔泡沫材料的不連續(xù)層來提供空隙?？商娲?，固體開孔泡沫本身可設置有一個或多個空腔，其中所述一個或多個空腔的大小和/或空間分布根據(jù)沖擊吸收材料的斷裂應力和所選擇的閾值壓力來確定。
[0032]應當理解，固體開孔泡沫的一個或多個腔也可用于改變沖擊吸收材料的斷裂應力。
[0033]頭盔中所有空隙區(qū)的總面積可以取決于最終用途和頭盔選定的閾值壓力。本領域技術人員可以理解，隨著空隙的總面積相對用戶頭部的表面面積的增大，頭盔的耐沖擊性降低，因此可能需要更有彈性的固體開孔泡沫。應該理解的是，過大的空隙區(qū)域可能減少跨越使用者的頭部沖擊的分布，從而可能提高局部損傷的風險。因此，優(yōu)選該空隙區(qū)的總面積小于所述內墊的總面積的50%，更優(yōu)選小于所述內墊的總面積的60%，并且最優(yōu)選小于所述內墊的總面積的70%。
[0034]頭盔的內墊被配置為在沖擊下彈性變形，并且可以由任何合適的材料形成。優(yōu)選，該材料是重量輕并且具有高的沖擊吸收。合適的材料包括彈性材料，包括軟質泡沫，如那些由發(fā)泡聚丙烯、發(fā)泡聚乙烯或發(fā)泡聚氨酯形成的軟質泡沫。
[0035]內墊通常適用于吸收選定的閾值壓力之下的沖擊，例如那些遭受20-70G的沖擊。優(yōu)選地，內墊還提供一些選定的閾值壓力之上的沖擊保護。然而，可以理解，固體開孔材料意在消散由70G或以上的沖擊所產生