[发明专利]一种仿石鳖微结构的吸能缓冲层和护甲装置及制备方法

说明书

本发明提供了一种仿石鳖微结构的吸能缓冲层和护甲装置及制备方法，仿石鳖微结构的吸能缓冲层，包括仿石鳖吸能鳞片层和卡座基板；所述仿石鳖吸能鳞片层设置在卡座基板的外层；所述仿石鳖吸能鳞片层包括多排吸能鳞片，多排吸能鳞片分布在卡座基板上；所述吸能鳞片为中空的立体钩状，遇到压力时后一个吸能鳞片的顶部钩状会挤压前面的吸能鳞片的背部。本发明仿石鳖微结构的吸能鳞片能够有效分散冲击力；立体钩状的吸能鳞片在卡座基板上的致密分布能够最大程度地吸收冲击能量，降低冲击伤害；多材料同时打印的Polyjet3D打印技术制造的仿石鳖微结构的吸能缓冲层可以有效发挥缓冲吸能作用。

技术领域

本发明属于头盔技术领域，特别涉及一种仿石鳖微结构的吸能缓冲层和护甲装置及制备方法。

背景技术

头盔通常由外壳、缓冲层、内衬、护镜、帽带、护颚构成，缓冲层在保护佩戴者头部安全时有至关重要的作用，外来的冲击力经过缓冲层后大部分被消减，可以减少对头部的伤害。缓冲层主要由能吸收碰撞能量、无毒、无害、吸汗、透气的泡沫材料制成，发泡聚苯乙烯EPS、发泡聚丙烯EPP和热塑性聚氨酯TPU材料等。但单纯的泡沫材料所制成的缓冲层虽然抗震吸能效果较好，但强度较低较容易破坏，所以缓冲层的另外一种设计思路是利用强度较高的材料制成多孔结构，如点阵晶格结构，利用3D打印技术进行制造，在保证轻质的同时还能实现较好的强度和刚度。虽然多孔结构缓冲层的设计层出不穷，但大多仍停留在利用点阵结构进行单纯的堆积填充上，在点阵结构的基础上进行再设计，对吸能效果的提升有限。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种仿石鳖微结构的吸能缓冲层和护甲装置及制备方法，其能够起到有效的吸能缓冲作用。

一种仿石鳖微结构的吸能缓冲层，包括仿石鳖吸能鳞片层和卡座基板；

所述仿石鳖吸能鳞片层设置在卡座基板的外层；所述仿石鳖吸能鳞片层包括多排吸能鳞片，多排吸能鳞片分布在卡座基板上；所述吸能鳞片为中空的立体钩状，遇到压力时后一个吸能鳞片的顶部钩状会挤压前面的吸能鳞片的背部。

上述方案中，多排吸能鳞片在卡座基板上交错分布。

上述方案中，所述卡座基板为镂空结构，所述卡座基板设有多排凹槽，多排吸能鳞片分布在卡座基板的凹槽上。

上述方案中，所述吸能鳞片沿着中心线的每个法向截面均为圆角菱形，圆角菱形的特征尺寸为周长L；所述卡座基板上的凹槽也为圆角菱形；吸能鳞片的圆角菱形底部安装在凹槽内。

上述方案中，所述吸能鳞片的底部圆角菱形的边长为a，四个角中两个小于90°的夹角为α，另外两个相对的夹角为β，β＝180°-α，夹角β的圆角半径为R＝aSin(α/2)Cosα/2，夹角α的圆角半径为r＝R/6。

上述方案中，所述吸能鳞片的中心线M满足以下方程：在y-z坐标系中，

y＝k₁(z-0.07H)²-m₁，0≤z＜0.14H，

y＝-k₂[z-0.375H]²+m₂，0.14H≤z＜0.61H，

45°＜φ＜90°，0.61H≤z≤H

其中H为中心线上的所有点的最大z坐标，k₁、k₂以及m₁、m₂、m₃和m₄都是正实数，满足：5/H≤k₁≤8/H、0.1/H≤k₂≤0.2/H、0.015H≤m₁≤0.03H、0.015H≤m₂≤0.03H、

所述吸能鳞片的菱形截面周长L的变化规律满足：在y-z坐标系中，