1、第 51 卷，第 6 期2023 年 6 月工程塑料应用Vol.51，No.6Jun.2023ENGINEERING PLASTICS APPLICATION不同壳体材质头盔耐候性评估李景菲，沈振，葛凌慧，冯晓雷(浙江省产品质量安全科学研究院，杭州 310000)摘要：为评估不同壳体材质电动自行车头盔的耐候性能，利用3种人工加速老化试验紫外、65 热氧、双85(温度85、相对湿度85%)湿热及大气暴露和室内保存等方式对定制的4种不同材质头盔样品进行处理，并对不同老化阶段头盔的安全防护性能进行测试，采用扫描电子显微镜、热重分析、动态力学分析等手段对样品的微观形貌、热性能进行分析。结果表明，经各加
2、速老化处理后头盔的吸收碰撞能量加速度峰值均小于150g(g=9.806 65 m/s2)，仍能在实际使用中发挥安全防护作用，这主要得益于头盔缓冲层的存在。依据老化后样品形貌变化、破裂情况及刚度性能，评估壳体材质显示，聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料合金料样品性能最优；评估老化方式显示紫外老化影响最小，65 热氧老化次之，双85湿热老化后头盔变形严重且破裂情况增多，不符合实际的使用场景。经双85湿热老化后，样品微观形貌显示其断面微孔结构增加，而热稳定性变化不大。头盔壳体材质直接影响碰撞试验后样品是否破裂，头盔吸收碰撞能量加速度峰值受其缓冲层影响较大，刚度性能可以作为头盔壳体材质性能有效评估指
3、标。关键词：头盔；壳体材质；安全防护性能；老化；耐候性中图分类号：TQ325 文献标识码：A 文章编号：1001-3539（2023）06-0116-08Weather Resistance Evaluation of Helmet with Different Shell MaterialsLi Jingfei，Shen Zhen，Ge Linghui，Feng Xiaolei(Zhejiang Institute of Product Quality and Safety Science，Hangzhou 310000，China)Abstract：In order to evaluate
4、 the weather resistance of electric bicycle helmet with different shell materials，three accelerated aging tests ultraviolet(UV)aging，65 hot air aging，85/85(85，RH 85%)humidity-heat aging，atmospheric exposure and indoor storage methods were used for treating four customized helmet samples with differe
5、nt materials.The safety protection performances of helmets in different aging stages were tested，and the microscopic morphology and thermal properties of the samples were analyzed by scanning electron microscopy，thermogravimetric analysis and dynamic mechanics analyzer.The results show that the peak
6、 acceleration of the collision energy absorbed by the helmet after each accelerated aging treatment is less than 150g(g=9.806 65 m/s2)，and it can still play a safety protection role in actual use，mainly due to the existence of the helmet buffer layer.According to the morphology change，rupture and st
7、iffness performance of the sample after aging，the evaluation of the shell material shows that the PC/ABS alloy sample has the best performance.The evaluation of the aging method shows that the effect of UV aging is the smallest，followed by 65 hot air aging，and the helmet is seriously deformed and ha
8、s more cracking situations after 85/85 humidity-heat aging，which does not meet the actual use scenario.After 85/85 humidity-heat aging，the micromorphology of the sample shows that the cross-sectional microporous structure increases，but the thermal stability is not changed much.The helmet shell mater
9、ial directly affects whether the sample is broken after the crash test，and the peak acceleration of the collision energy absorbed by the helmet is greatly affected by its buffer layer，and the stiffness performance can be used as an effective evaluation index for the material performance of the helme
10、t shell.Keywords：helmet；shell material；security protection performance；aging；weather resistancedoi:10.3969/j.issn.1001-3539.2023.06.019基金项目：浙江省市场监督管理局项目(20210103)通信作者：李景菲，中级工程师，主要研究方向为日用消费品质量安全分析及高分子材质老化研究收稿日期：2023-03-30引用格式：李景菲，沈振，葛凌慧，等.不同壳体材质头盔耐候性评估J.工程塑料应用，2023，51(6)：116123.Li Jingfei，Shen Zhen，G
11、e Linghui，et al.Weather resistance evaluation of helmet with different shell materialsJ.Engineering Plastics Application，2023，51(6)：116123.116网络首发时间：2023-06-21 14:24:35网络首发地址：https:/ GB 811-2010 摩托车乘员头盔 和GB 24429-2009 运动头盔 自行车、滑板、轮滑运动头盔的安全要求和试验方法 是骑乘头盔主要执行标准，新国标GB 811-2022 摩托车、电动自行车乘员头盔 将于2023年7月1日正
12、式替代GB 811-2010。前期由于市场需求，在电动自行车头盔国标的缺位情况下产生了一些自行车头盔的团体标准，如：乐清市、深圳市、江苏省、浙江省等省市相关的行业协会制定的 T/TXB 001-2019，T/SEIA 003-2019，T/JSEBA 001-2020，T/ZJBE 001-2020等电动自行车乘员头盔技术要求及检测规范。新旧国标及相关的团体标准针对头盔初始防护性能都有明确要求，其中吸收碰撞能量、刚度、耐穿透等指标最能代表头盔的安全防护性能。前期相关研究者也对电动自行车头盔初始防护性能开展了相关分析，如任静娜等2对电动自行车头盔进行抽检，发现市面上头盔主要在佩戴装置强度、吸收碰
13、撞能量性能、头盔耐穿透性能等方面存在不达标问题，合格率在60%左右；卢骋等3依据摩托车头盔B类盔及相关团体标准的要求，根据电动自行车头盔实际使用场景，调整检测参数和项目，进行质量安全风险分析，发现腾空圈结构头盔在碰撞吸能、耐穿透性能和侧向刚性上均无法满足安全防护要求。头盔作为循环长久使用产品，使用环境一般为室内保存或者户外放置，经历环境中的光、氧、热、水等各种暴露场景，且暴露老化主要针对外层壳体，因此评估头盔壳体的耐候性，对于厂家生产销售运转周期、指导产品保质期及消费者使用防护均具有一定的现实意义。目前 GB 811-2010 和 GB 24429-2009中关于头盔保质期要求是：使用期限由工
14、厂根据产品情况提出。在车用头盔领域，符合安全标准的主流头盔外壳材质，以丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS)和聚碳酸酯(PC)/ABS合金居多4，其作为高分子材料，会受热、光、氧等作用产生老化5-7。相关技术专家反馈ABS原料头盔一般规定有效期3年，部分企业规定有效期5年。根据现有了解的情况，头盔生产企业基本没有对生产的头盔做老化方面的安全检测研究，相关研究文献主要针对壳体材质原料，制备样条来测试，根据样条的拉伸强度及缺口冲击强度评估头盔成品的老化性能8-11。由于产品性能受原料配方、工艺、涂层及质量过程控制等方面影响，因此标准样条试验测试与实际制成产品之后老化有一定的差异12-14。为评估不同
15、壳体材质头盔的安全防护性能，须排除其它因素影响，笔者通过控制生产工艺及保证产品结构一致情况下，只改变头盔壳体材质，然后定制样品，并进行双85(温度85、湿度85%)湿热、紫外、65 热氧加速老化及大气暴露和室内保存处理，评估不同老化阶段头盔的安全防护性能及微观形貌、热性能变化，以对不同壳体材质头盔耐候性进行系统评估。1 实验部分1.1头盔壳体材料样品A：材料为PC/ABS合金，GP-5006B，PC质量分数为70%，韩国LG公司；样品B：材料为ABS，PA-709，中国台湾奇美实业股份有限公司；样品C：材料为ABS PA-709加10%色母粒，中国台湾奇美实业股份有限公司；样品D：材料为ABS
16、，DG-417，天津大沽化工股份有限公司。1.2主要仪器及设备紫外加速老化试验机：ZW-735型，青岛众邦仪器有限公司；热氧老化箱：DHG-850型，无锡四联科技有限公司；湿热老化箱：DHS-500型，无锡四联科技有限公司；吸收碰撞能量测试用抗冲击试验机：HT-6011型，东莞市宏图仪器有限公司；刚度测试用抗压试验机：HT-6021型，东莞市宏图仪器有限公司；扫描电子显微镜(SEM)：Sigma 300型，德国蔡司公司；热重(TG)分析仪A：TGA 2型，梅特勒托利多科技(中国)有限公司；动态力学分析(DMA)仪：Q800型，美国TA仪器公司。117工程塑料应用2023 年，第 51 卷，第 6 期1.3试样制备头盔试验样品均委托某企业按照成品工艺生产，为无护目镜B3型半盔(图1)，头盔壳体按照注塑-边缘磨坯-喷底面漆-清漆步骤，使用相同模具、工艺生产制备，成品质量在540600 g范围内，缓冲层为黑色聚苯乙烯泡沫(EPS)厚度(1.40.2)cm，密度(150.5)kg/m3，EPS原料来自天津斯坦利新型材料有限公司，舒适衬垫均为棕色皮及麂皮绒，佩戴装置也均使用同样材质，除壳体材质不