保護(hù)帽的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明一般涉及保護(hù)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(hù)作用的頭盔。
【背景技術(shù)】
[0002]保護(hù)帽被應(yīng)用于各種運(yùn)動、工業(yè)和軍事環(huán)境。例如，防護(hù)頭盔經(jīng)常在許多不同的運(yùn)動項(xiàng)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(dǎo)致大腦在顱骨內(nèi)直線、旋轉(zhuǎn)或角運(yùn)動，引起創(chuàng)傷性腦損傷發(fā)生，導(dǎo)致?lián)p害腦細(xì)胞、血管和保護(hù)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(rèn)知障礙，而更嚴(yán)重的創(chuàng)傷性腦損傷，可導(dǎo)致永久性認(rèn)知功能障礙、行為和情緒的變化以及中風(fēng)和腦部退化疾病的風(fēng)險增加。特別是慢性創(chuàng)傷性腦病(CTE)是主要發(fā)現(xiàn)于經(jīng)歷多個腦震蕩史的專業(yè)運(yùn)動員的進(jìn)行性神經(jīng)變性疾病，會導(dǎo)致抑郁和自殺，認(rèn)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(yùn)動中的沖擊，如美式足球往往范圍從20至180G，甚至高達(dá)200G。作為參考，在噴氣式戰(zhàn)斗機(jī)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(fēng)險是全面接觸的運(yùn)動，如美式足球、冰球和曲棍球中特別關(guān)心的，其中運(yùn)動員相互碰撞，并與地面碰撞產(chǎn)生很大的力，這是在運(yùn)動的規(guī)則范圍內(nèi)的。據(jù)估計(jì)，美國職業(yè)足球運(yùn)動員可能會在一個賽季受到多達(dá)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(yùn)動員的死后診斷的CTE的大量病例表明，經(jīng)常是自殺。即使在高中美式足球運(yùn)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(yùn)動員因?yàn)轭^部受傷而死。
[0006]考慮到球員的平均體重以NFL計(jì)自20世紀(jì)80年代已經(jīng)增長了至少10%達(dá)到248鎊，顯然很多潛在的可能出現(xiàn)震蕩的實(shí)例。此外，最重的位置、進(jìn)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(yán)重性。盡管改變比賽和訓(xùn)練實(shí)踐可以在一定程度上解決受傷的風(fēng)險，也有需要更有效地頭部保護(hù)，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(hù)，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(yùn)動專家，諸如醫(yī)生進(jìn)行監(jiān)測，以便確定個人腦損傷的高風(fēng)險，以確定是否需要進(jìn)行干預(yù)(醫(yī)療或其它方式)和/或適當(dāng)?shù)幕謴?fù)周期。
[0009]對于接觸性運(yùn)動特別有利，以便能夠?qū)崟r評估一個或者一系列沖擊之后防護(hù)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(hù)帽導(dǎo)致的損傷。

【發(fā)明內(nèi)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(nèi)墊，用于彈性變形以緩沖使用者的頭部;和
[0013](iii)固體開孔結(jié)構(gòu)；
[0014]其中所述外殼與所述內(nèi)墊由所述固體開孔結(jié)構(gòu)隔開，并且所述固體開孔結(jié)構(gòu)用于當(dāng)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(yīng)施加到個人頭部的沖擊被固體開孔結(jié)構(gòu)的不可逆變形代替消散。應(yīng)當(dāng)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(jié)構(gòu)產(chǎn)生至少一些永久變形，因此限制傳遞給頭部的沖擊強(qiáng)度。
[0016]在一個優(yōu)選的實(shí)施方案中，開孔結(jié)構(gòu)是開孔泡沫材料。
[0017]在一個優(yōu)選的實(shí)施方案中，開孔結(jié)構(gòu)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(dá)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(shí)施方案中，固體開孔結(jié)構(gòu)是易碎并優(yōu)選通過壓碎或粉碎不可逆地變形。
[0019]術(shù)語壓碎和/或粉碎旨在包括開孔結(jié)構(gòu)解體成顆粒和/或粉末。以舉例的方式，剛性開孔泡沫材料經(jīng)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(jié)構(gòu)優(yōu)選基本上剛性的?；旧蟿傂?，是指該固體開孔結(jié)構(gòu)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(dāng)?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(shí)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(diǎn)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(jì)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(xì)粉碎顆粒增強(qiáng)材料。合適的顆粒增強(qiáng)材料優(yōu)選是惰性的和不溶性的。增強(qiáng)材料的含量可以是基于所述泡沫的總重量的高達(dá)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(qiáng)材料包括有機(jī)或無機(jī)(包括金屬)顆粒材料，其可以是結(jié)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(shí)例包括粘土、粘土礦物、滑石、蛭石、金屬氧化物、耐火材料、實(shí)心或空心的玻璃微球、飛灰、煤塵、木粉、谷物粉、堅(jiān)果殼粉、二氧化硅、礦物纖維如切碎的玻璃纖維和細(xì)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(nèi)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(zhì)，特別是在沖擊下的壓縮強(qiáng)度和變形被認(rèn)為是與孔壁厚度和平均孔徑相關(guān)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(nèi)。
[0025]固體開孔結(jié)構(gòu)，例如泡沫材料，可形成頭盔的外殼和內(nèi)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(shí)施方案中，固體開孔結(jié)構(gòu)，優(yōu)選泡沫材料，被設(shè)置為不連續(xù)層。例如，頭藍(lán)的外殼和內(nèi)墊可由固體開孔結(jié)構(gòu)如泡沫材料的多個條帶和/或支柱間隔開。在一些實(shí)施方案中，優(yōu)選的是頭盔的外殼和內(nèi)墊由固體開孔結(jié)構(gòu)如泡沫材料的多個支柱間隔開。
[0026]當(dāng)頭盔的外殼和內(nèi)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(yīng)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(nèi)墊的內(nèi)端之間基本恒定。在其他實(shí)施方案中，支柱的橫截面面積可能在支柱的內(nèi)端與外端之間變化。例如，一個或多個支柱的內(nèi)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(jīng)受漸進(jìn)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(shí)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(jīng)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(hù)的使用者的頭部的部分來調(diào)整閾值。這對于當(dāng)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(jìn)一步的實(shí)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(jīng)歷更嚴(yán)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(nèi)襯墊之間有一個或多個空隙區(qū)域?？障秴^(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?yàn)樵跊_擊力作用下該材料經(jīng)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(shè)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(yīng)力和所選擇的閾值壓力來確定。
[0032]應(yīng)當(dāng)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(yīng)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(lǐng)域技術(shù)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(yīng)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(fēng)險。因此，優(yōu)選該空隙區(qū)的總面積小于所述內(nèi)墊的總面積的50%，更優(yōu)選小于所述內(nèi)墊的總面積的60%，并且最優(yōu)選小于所述內(nèi)墊的總面積的70%。
[0034]頭盔的內(nèi)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(zhì)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(zhì)泡沫。
[0035]內(nèi)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(nèi)墊還提供一些選定的閾值壓力之上的沖擊保護(hù)。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(chǎn)生