关于安全帽帽壳材质对安全帽性能的影响

摘要：随着近年来塑料安全帽的广泛应用，对于安全帽帽壳的材质有着多样的选择，这些材料中的哪些作为安全帽帽壳材料更为优秀，一直是业内不断改进的目标，对于安全帽帽壳的材料选用，要根据使用环境进行选择与优化，达到更好保护劳动者的目的。

关键词：帽壳 HDPE ABS 冲击强度 耐穿刺

1 安全帽帽壳材质

1.1 帽壳的种类

帽壳的材料主要有：基于玻璃纤维和树脂的玻璃钢壳、基于维伦丝和树脂的玻璃钢壳、基于丙伦无纺布和树脂的玻璃钢壳、聚碳酸酯塑料壳、ABS塑料壳、超高分子聚乙烯塑料壳、高压或低压聚乙烯塑料壳、改性聚丙烯塑料壳、胶布壳、纸胶壳、植物枝条编制壳（竹、藤、柳）、金属壳（铝、铁）。

目前市场用量最大的是玻璃钢壳和塑料壳，原因是成形比较容易、适合大批量生产、质量控制到位、价格比较适合中国国情等优点。

1.2 应用环境

帽壳材料同使用环境密切相关。塑料帽壳样式多，且具有轻巧、美观以及价格低廉（一般30-50元左右）的优点，但是由于其材料本身对使用环境比较敏感，如ABS帽壳的低温叉、聚丙烯帽壳的高温性能交叉以及大部分的塑料帽壳不耐有机溶剂等，因此，塑料帽壳在林业、电力、建筑、井下以及地质、交通和机械操作环境中得到了广泛的应用。由于塑料帽壳属于薄壳结构，在高温下极易变形导致功能丧失，在连续高温环境下不宜使用塑料帽壳。塑料帽壳的颜色取决于添加色母的颜色，原生料添加色母后的制成品一般比较透亮，使用回料的帽壳则颜色晦暗大都颜色较深。

玻璃钢帽壳一般是盔式，其他样式极少见。由于此材料具有较低的导热系数，并具有良好的耐高低温、电绝缘、耐腐蚀以及耐燃烧等特点，因此适用于高温冶金、锻造、焊接以及有低温寒冷锁业、邮寄容积以及具有强烈热辐射的工作场所。而在常温工作场所，由于其材料的导热性不好且散热性较差，除非设置有效的降温措施，否则不在一般场所使用。防寒安全帽一般使用玻璃钢帽壳，由于质量厚重而导致重量超标是其存在的一个重要特点，并且国内仅有极少数几家的重量达标。玻璃钢帽壳的颜色取决于烤漆的颜色，烤漆对玻璃钢安全帽的特殊功能（电绝缘、静电、导电）有影响，特别是当使用烤漆达到某种功能时，一定要注意烤漆的质量。

胶布帽壳用于矿井、隧道等不见阳光的场所，一般档次比较低，现在逐渐被淘汰。颜色由于材料的限制，只有黑色。铝壳安全帽在国内由于价格较高导致用量极少，国外零售价格一般超过100美元，它的特殊性在于在普通安全帽基础上的附加性能，国外主要用于带电作业中的等电位作业的屏蔽保护、静电极度敏感（包括海上钻井平台等高价值装备）场所、易发生摔倒的场所、存在强烈热辐射的场所。现在市场上占主导地位的塑料或玻璃钢壳均大量采用石油产品，今后在石油资源紧张的情况下，大量采用铝制帽壳是有可能的。

2 塑料安全帽帽壳主要材质的特性

2.1 ABS性能

2.1.1 常规性能。塑料ABS无毒无味且外观呈现象牙色半透明或透明颗粒或粉状。泊松比值为0.394，密度为1.05-1.18g/cm3，收缩率为0.4%-0.9%，弹性模量值为0.2Gpa，吸湿性小于1%，熔融温度为217-237℃，热分解温度大于250℃。

2.1.2 电学性能。由于塑料ABS具有很好的绝缘性且受温度、湿度以及频率的影响较小，因此，可以在大多数环境下使用。

2.1.3 力学性能。由于塑料ABS具有良好的力学性能，因此具有极好的冲击强度，从而可以在极低的温度下使用。此外，由于塑料ABS具有优良的耐磨性，又具有很好的尺寸稳定性和耐油性，因此，适用于中等荷载和低转速下的轴承。对于耐蠕变性能而言，ABS大于PSF和PC，但是不及PA和POM。

2.1.4 环境性能。虽然塑料ABS不受无机盐、水、碱以及多种酸的影响，但是却可以溶于酮类、醛类以及氯代烃，当受到植物油以及冰乙酸的侵蚀后就会发生应力开裂。由于ABS的耐候性较差，因此在紫外光的作用下就很容易产生降解，放置于户外半年，冲击强度就会下降一半。

2.1.5 热学性能。塑料ABS的热变形温度为93-118℃，经过退火处理的制品还可以提高10℃左右。由于ABS在零下40℃仍旧表现出一定的韧性，因此可以在零下40-100℃范围内使用。

2.2 PE性能

2.2.1 一般特性。聚乙烯树脂为无味、无毒的白色粉末或颗粒，外观呈现乳白色且有蜡一样的手感，其吸收率小于0.01%。聚乙烯具有透明的膜，且随着结晶度的提高而降低。虽然聚乙烯膜的透水率较低，但是透气性却很大，因此，不适用于保鲜包装而适用于防潮包装。其氧指数为17.4，因此较为易燃。燃烧时通常伴有低烟，低落少量熔融，火焰上黄下蓝，且伴有石蜡气味。聚乙烯制品的表面没有极性，因此难以粘合和印刷，经过表面处理后才会有所改善。

2.2.2 热学特性。聚乙烯的耐热性不高，并随着相对分子质量和结晶度的提高而有所改善。聚乙烯具有较高的耐低温性，且脆性温度一般能够达到零下50℃以下，但是随着相对分子质量的增大，最低可达零下140℃。聚乙烯的线膨胀系数大，最高可达（20～24）×10-5/K。

2.2.3 环境特性。聚乙烯属于烷烃惰性聚合物，因此具有良好的化学稳定性。虽然常温下耐酸、碱以及盐类水溶液的腐蚀，但是不耐强氧化剂腐蚀。在60℃以下的聚乙烯不溶于一般溶剂，但是如果长期接触脂肪烃、芳香烃以及氯代烃等会发生溶胀或龟裂。当超过60℃时可少量溶于甲苯、三氯乙烯以及矿物油和石蜡等，但是温度高于100℃时，可溶于四氢化萘。

由于聚乙烯分子含有少量的双键和醚键，因此具有较差的耐候性。由于受到日晒和雨淋等都会引起老化，从而需要加入抗氧剂和光稳定剂进行改善。

由于聚乙烯熔体属于非牛顿流体，因此随温度变化，粘度的波动较小，而剪切速度却加快下降并呈线性关系，其中下降最慢的是LLDPE。

由于在冷却过程中，聚乙烯制品容易结晶，因此，在加工过程中必须注意模温。由于聚乙烯成型的收缩率较大，因此在设计模具的时候一定要加以考虑。

2.2.4 电学特性。聚乙烯由于无极性，因此，具有介电损耗低以及介电强度大的电性能优异。不仅能够做调频绝缘材料和耐电晕塑料，还可以做高压绝缘材料。

2.2.5 力学特性。由于聚乙烯的拉伸强度较低、抗蠕变性不好，因此，力学性能一般。力学性能随着密度、阶级的和相对分子质量的提高会不断增大，冲击强度LDPE>

LLDPE>HDPE，其他力学性能LDPE

聚乙烯的耐环境应力开裂性会随着相对分子质量的增加而有所改善。

2.3 高密度聚乙烯（HDPE）

刚性好、机械强度高、耐高温127℃、低温-70℃、电绝缘性和耐腐蚀性好轻量化的材质。

韧性较差表面较软、避免接触汽油，否则性能变差。因HDPE的注塑收缩率较ABS要大的多，刚性要低于ABS，所以在外观要求较高的安全帽生产中不易采用，并且由于HDPE的表面洛质硬度要较ABS材质小，所以在长期的使用中外观易磨花。在较高温的使用环境中，因HDPE的高温性能要差于ABS，在接近摄氏50度的使用环境中，HDPE安全帽的耐穿刺能力下降明显，所以不建议采用。

2.4 ABS 丙烯腈（A）、丁二烯（B）和苯乙烯（S）

刚性好、不易变形、抗冲击、耐腐蚀、电绝缘性和耐腐蚀性好、耐高温110℃，不耐燃烧、不耐低温、抗老化性能差。

3 应用

随着ABS的改性技术的不断提高，改性ABS的性能较ABS有很大的提高。因ABS表面硬度高，刚性好。对于外观要求较高的用户建议采用改性ABS安全帽。对于特殊类安全帽，改性ABS发挥了更大的优势。如阻燃类安全帽，防静电类安全帽，因改性ABS技术的提高，这些性能都能在ABS型安全帽中得以实现。

参考文献：

[1]蒋旭日.浅谈国内外安全帽生产技术[J].中国个体防护装备， 2010（04）.

[2]刘西文，杨中文.夜光高抗冲复合材料安全帽外壳的研制[J].塑料制造，2011（07）.

[3]臧兰兰，肖义庆，杨文芬.国内外安全帽发展动态[J].中国个体防护装备，2004（05）.