นักวิทยาศาสตร์พัฒนาหมวกกันน็อคจักรยานที่แข็งแกร่งและปลอดภัยยิ่งขึ้นโดยใช้วัสดุพลาสติกชนิดใหม่
โดย:
SD
[IP: 94.137.94.xxx]
เมื่อ: 2023-04-12 16:46:51
จากรายงานขององค์การอนามัยโลกในปี 2563 กว่าร้อยละ 60 ของการเสียชีวิตที่เกี่ยวข้องกับจักรยานและความพิการระยะยาวที่รายงานเป็นผลมาจากอุบัติเหตุที่มีการบาดเจ็บที่ศีรษะ นักวิจัยจาก Nanyang Technological University ประเทศสิงคโปร์ (NTU Singapore) ร่วมกับผู้นำด้านวัสดุพิเศษของฝรั่งเศส Arkema ได้พัฒนาหมวกกันน็อคจักรยานที่แข็งแกร่งและปลอดภัยยิ่งขึ้นโดยใช้วัสดุผสมกัน หมวกกันน็อคต้นแบบใหม่มีการดูดซับพลังงานที่สูงขึ้น ลดปริมาณพลังงานที่ส่งไปยังศีรษะของนักปั่นจักรยานในกรณีที่เกิดอุบัติเหตุ และลดโอกาสของการบาดเจ็บสาหัส นำโดยรองศาสตราจารย์ Leong Kah Fai จาก School of Mechanical and Aerospace Engineering ทีมงานประกอบด้วยนักวิจัย Dr. Bhudolia Somen Kumar, Goram Gohel ผู้ร่วมวิจัย และ Elisetty Shanmuga นักศึกษา MSc ได้สร้างหมวกกันน็อคคอมโพสิตที่มีเปลือกนอกที่ทำจากวัสดุใหม่ ชนิดอะคริลิกเทอร์โมพลาสติกเรซินเสริมแรงด้วยคาร์บอนไฟเบอร์ เรซินเทอร์โมพลาสติกชนิดใหม่ชื่อ Elium® ได้รับการพัฒนาโดย Arkema ซึ่งเป็นหนึ่งในพันธมิตรในอุตสาหกรรมของ NTU ทีม NTU ทำงานร่วมกับวิศวกรของ Arkema เพื่อพัฒนากระบวนการขึ้นรูปสำหรับ Elium® เพื่อผลิตหมวกกันน็อคจักรยานที่แข็งแกร่งขึ้น "ความร่วมมือของเรากับ Arkema ได้รับแรงผลักดันจากความปรารถนาที่จะพัฒนาหมวกกันน็อครูปแบบใหม่ที่แข็งแรงและปลอดภัยยิ่งขึ้นสำหรับนักปั่นจักรยาน" รองศาสตราจารย์ Leong กล่าว "หมวกกันน็อคได้รับการพิสูจน์ครั้งแล้วครั้งเล่าว่ามีบทบาทสำคัญในการลดความรุนแรงของการบาดเจ็บและจำนวนผู้เสียชีวิต หมวกกันน็อคต้นแบบของเราผ่านการทดสอบมาตรฐานระดับสากลมากมาย และได้แสดงให้เห็นถึงความสามารถในการให้การปกป้องที่มากกว่าสำหรับนักปั่นจักรยานเมื่อเทียบกัน สู่หมวกกันน็อคแบบเดิมๆ” การค้นพบโดยทีมวิจัยได้รับการตีพิมพ์ในวารสารComposites Part B: Engineeringในเดือนพฤษภาคม เปลือกนอกที่แข็งแกร่งและแข็งกว่าจะดูดซับพลังงานได้มากกว่า หมวก จักรยาน ประกอบด้วยสองส่วน อย่างแรกคือเปลือกนอกซึ่งมักทำจากพลาสติกที่ผลิตจำนวนมาก เช่น โพลีคาร์บอเนต ด้านล่างเป็นชั้นโฟมโพลีสไตรีนที่ขยายตัว ซึ่งเป็นวัสดุชนิดเดียวกับที่ใช้ในบรรจุภัณฑ์ของผลิตภัณฑ์และกล่องซื้อกลับบ้าน เปลือกนอกได้รับการออกแบบให้แตกเมื่อกระแทกเพื่อกระจายพลังงานไปทั่วพื้นผิวของหมวกกันน็อค จากนั้นชั้นโฟมจะบีบอัดและดูดซับพลังงานกระแทกจำนวนมาก เพื่อให้มีการถ่ายโอนพลังงานไปยังศีรษะน้อยลง หมวกกันน็อคคอมโพสิตของทีมแทนที่เปลือกนอกโพลีคาร์บอเนตแบบเดิมโดยใช้ Elium® เสริมด้วยคาร์บอนไฟเบอร์ การเสริมแรงนี้ทำให้เปลือกนอกแข็งแกร่งขึ้น แข็งขึ้น และเปราะน้อยกว่าเปลือกโพลีคาร์บอเนต นอกจากนี้ยังเพิ่มเวลาสัมผัสของหมวกกันน็อค ซึ่งเป็นเวลารวมของแรงกระแทกที่หมวกกันน็อครับแรงกระแทก คุณสมบัติเหล่านี้ช่วยให้เปลือกนอกสามารถดูดซับพลังงานกระแทกได้มากขึ้นในระยะเวลาที่นานขึ้น ในขณะเดียวกันก็กระจายพลังงานอย่างสม่ำเสมอทั่วทั้งหมวกกันน็อค ส่งผลให้แรงโดยรวมที่ไปถึงศีรษะน้อยลง จึงช่วยลดโอกาสของการบาดเจ็บขั้นวิกฤตได้ ดร. Somen กล่าวว่า "เมื่อหมวกกันน็อคกระทบพื้นผิวด้วยความเร็วสูง เราสังเกตเห็นว่ามีการเสียรูปพร้อมกับความล้มเหลวในการแพร่กระจายของเปลือกคอมโพสิต ซึ่งหมายความว่าเปลือกนอกรับภาระมากขึ้นและดูดซับพลังงานมากขึ้น" ดร. Somen กล่าว "นี่คือสิ่งที่คุณต้องการจริงๆ ยิ่งเปลือกดูดซับแรงกระแทกได้มากเท่าไร โฟมก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น ดังนั้นผลกระทบโดยรวมต่อศีรษะจึงน้อยลง เราพบว่าในหมวกกันน็อคโพลีคาร์บอเนตที่มีอยู่ประมาณ 75 เปอร์เซ็นต์ของ โฟมจะดูดซับพลังงานไว้ ซึ่งไม่เหมาะ เนื่องจากโฟมสัมผัสโดยตรงกับศีรษะมนุษย์" ในทางตรงกันข้าม เปลือกหมวกแบบคอมโพสิตของทีมงานดูดซับพลังงานกระแทกได้มากกว่า 50 เปอร์เซ็นต์ ทำให้โฟมดูดซับพลังงานได้น้อยกว่ามากที่ประมาณ 35 เปอร์เซ็นต์ ความปลอดภัยสร้างขึ้นบนทั่งของ NTU นักวิจัยได้ทดสอบหมวกกันน็อคของพวกเขาโดยการขับมันลงมาด้วยความเร็วสูงบนทั่ง 3 ประเภทที่แตกต่างกัน ได้แก่ แบน ครึ่งวงกลม (โค้งมน) และขอบทาง (รูปทรงพีระมิด) เพื่อจำลองสภาพถนนที่แตกต่างกัน เป็นการทดสอบแบบเดียวกับที่ใช้สำหรับการรับรองมาตรฐาน US Consumer Product Safety Commission (CPSC 1203) ซึ่งเป็นมาตรฐานความปลอดภัยที่ยอมรับในระดับสากลสำหรับหมวกกันน็อค ต้นแบบหมวกกันน็อคของทีมตรงตามแนวทาง CPSC 1203 ทั้งหมด นักวิจัยให้ความสนใจเป็นพิเศษกับแรงเร่งความเร็วสูงสุด ซึ่งเป็นการวัดว่าหมวกกันน๊อคใช้แรงมากน้อยเพียงใดโดยพิจารณาจากความเร็วของการเคลื่อนที่ ณ จุดปะทะ หมวกกันน็อคต้องมีความเร่งสูงสุดน้อยกว่า 300G (g-force) เพื่อให้ถือว่าเหมาะสมสำหรับการใช้งานภายใต้ CPSC 1203 โดยค่า g-force ที่ต่ำกว่าจะปลอดภัยกว่า ในการทดสอบทั่งแบนสองครั้ง หมวกกันน็อคของนักวิจัยมีประสิทธิภาพเทียบเท่ากับหมวกกันน็อคโพลีคาร์บอเนตควบคุม โดยได้ผลลัพธ์ 194.7G และ 197.2G เทียบกับ 195.4G และ 198.2G ของตัวควบคุม อย่างไรก็ตาม การทดสอบกับทั่งครึ่งวงกลมและขอบหิน แสดงให้เห็นการปรับปรุงอย่างมากของหมวกคอมโพสิตของทีมเหนือหมวกโพลีคาร์บอเนต ในการทดสอบทั่งครึ่งวงกลมสองครั้ง หมวกคอมโพสิตบันทึก 100.9G และ 103.1G ในขณะที่หมวกควบคุมมีความเร่งสูงสุดที่สูงกว่ามากที่ 173G และ 178.7G ในการทดสอบทั่งขอบถนนเพียงครั้งเดียว หมวกกันน็อคของนักวิจัยบันทึกได้ 111.7G ซึ่งเป็นการปรับปรุงที่โดดเด่นเหนือหมวกกันน็อคอ้างอิงที่ให้ผลลัพธ์ 128.7G นักวิจัยอ้างถึงตัวชี้วัดการบาดเจ็บที่ใช้กันแพร่หลายมากที่สุดที่เรียกว่า Head Injury Criterion (HIC) เพื่อคำนวณความน่าจะเป็นของการบาดเจ็บสาหัสและการเสียชีวิตขณะใช้หมวกนิรภัย ค่า HIC ได้มาจากการรวมกันของค่าความเร่งสูงสุดและระยะเวลาของการเร่งความเร็ว การวิเคราะห์ของทีมเกี่ยวกับผลการทดสอบทั่งแบนและ HIC แสดงให้เห็นว่าหมวกกันน็อคคอมโพสิตสามารถลดอัตราการบาดเจ็บขั้นวิกฤตและเสียชีวิตจากร้อยละ 28.7 และร้อยละ 6 เป็นร้อยละ 16.7 และร้อยละ 3 ตามลำดับ เมื่อเทียบกับหมวกกันน็อคโพลีคาร์บอเนต แม้ว่าการเร่งความเร็วสูงสุดจะพอๆ กันระหว่างหมวกกันน็อคทั้งสองประเภท แต่เปลือกนอกที่แข็งกว่าของหมวกกันน็อคคอมโพสิตทำให้ระยะเวลาการเร่งความเร็วระหว่างการกระแทกยาวนานขึ้น สิ่งนี้ทำให้เปลือกนอกดูดซับพลังงานได้มากขึ้น จึงสร้าง HIC ที่ต่ำกว่า ซึ่งหมายถึงโอกาสบาดเจ็บสาหัสและถึงแก่ชีวิตน้อยลง
- ความคิดเห็น
- Facebook Comments
