時(shí)間回到19世紀(jì)中葉,你正騎著一輛高輪自行車在塵土飛揚(yáng)的路上行駛。雖然此時(shí)的道路還不是鋪裝路面,且起伏不平,坑洼隨處可見,但即便你不幸摔車,撞上的是還算松軟的土路,也不至于傷得太重。然而,隨著時(shí)代的進(jìn)步,鋪裝路面代替土路,路面變得更加規(guī)整也更加堅(jiān)硬。騎車的人也越來越多,隨之而來的死傷案例也隨之增加。人們終于意識(shí)到,騎車首先得保證腦袋的安全。于是,自行車頭盔應(yīng)運(yùn)而生,用于制造自行車頭盔的材料也不斷迭代。
自行車歷史上的第一個(gè)頭部保護(hù)裝備叫“木髓盔”?!澳舅琛敝傅氖嵌箍坪厦葘僦参锴o干中間的海綿狀結(jié)構(gòu)。工匠們將合萌屬植物的“木髓”壓成薄片,層層疊加,制作成堅(jiān)固的頭盔。木髓盔的前后都有突出的盔檐,可以遮陽,兩側(cè)有若干小孔利于通風(fēng),下巴托能保證頭盔在佩戴者騎行時(shí)不至于脫落。
木髓盔是早期騎行者的“頭部防護(hù)神器”,缺點(diǎn)是一旦受到?jīng)_擊,填充其中的“木髓”就會(huì)開裂,失去保護(hù)性。這種頭盔一直沿用到20 世紀(jì)初,隨著自行車比賽的普及,人們開始對其進(jìn)行改進(jìn)。
由于木髓盔透氣性太差,佩戴起來十分悶熱,自行車賽車手們轉(zhuǎn)而使用透氣性更好的皮環(huán)盔。
最初,皮環(huán)盔的設(shè)計(jì)極其簡單,基本上只是一條皮條繞在前額周圍,用來稍微保護(hù)一下頭部。但這種“簡約風(fēng)”很快就迎來了升級。隨著騎行者對保護(hù)性能的需求增加,更多的皮條開始縱向排列,從前到后覆蓋頭部,形成了更具保護(hù)性的設(shè)計(jì)。為了讓這些皮條更舒適、更實(shí)用,騎手們還用羊毛將皮條包裹起來,增加了些許柔軟感和防護(hù)性。
隨著時(shí)間推移,頭盔制造商又增加了皮條的層數(shù),并嘗試在皮環(huán)中填充棉花、泡沫等柔軟材料,但皮環(huán)盔的頭部保護(hù)性依然不理想。
20世紀(jì)70年代,頭盔開始加入了能有效吸收沖擊力的緩沖層。發(fā)泡聚苯乙烯(以下簡稱EPS)這種輕盈的泡沫塑料制成的緩沖層不僅能有效吸收沖擊力,還讓頭盔重量大幅減輕,成了騎行者的全新“保鏢”。
制作這種頭盔時(shí),EPS會(huì)被噴入一個(gè)圓頂模具,塑造出頭盔的基本形狀。不過,EPS雖然吸能強(qiáng),但不夠硬,因此頭盔外殼要采用硬質(zhì)塑料。
隨著技術(shù)的發(fā)展,頭盔制造商在頭盔外殼材料選擇上不斷突破,更多輕便、安全的頭盔應(yīng)運(yùn)而生。
目前ABS 材料是較為普遍的頭盔外殼材料,也是家電外殼、行李箱、玩具和汽車內(nèi)飾的主要原材料。ABS 材料具有便宜、耐摔、抗磨等優(yōu)點(diǎn),非常適合用于制作頭盔外殼;缺點(diǎn)則是比較重,時(shí)間長了還會(huì)泛黃。
PC材料可不簡單,它輕、硬、耐摔,還不怕太陽暴曬,防彈玻璃、防護(hù)面罩里都會(huì)用到它。PC材料制成的頭盔外殼摔了也不易裂,但比ABS 材料貴了一大截,所以只有中高端頭盔才能用到PC材料。一體成型技術(shù)出現(xiàn)后,EPS泡沫可以直接在PC外殼里發(fā)泡成型,這樣兩種材料結(jié)合得更緊密,頭盔安全性更高,還更省工序。
PC材料硬、ABS材料韌,兩種材料合體后就是“有點(diǎn)硬、有點(diǎn)韌、價(jià)格還不貴”的PC/ABS復(fù)合材料。
20世紀(jì)30年代末,美國某玻璃公司將玻璃拉成細(xì)絲并編織成織物,標(biāo)志著玻璃纖維的誕生。不久后,玻璃纖維與聚酯樹脂結(jié)合,誕生了一種兼具輕質(zhì)與高強(qiáng)度的復(fù)合材料——玻璃纖維復(fù)合材料,其強(qiáng)度高、耐沖擊性強(qiáng),易于塑形和耐腐蝕的特性,讓它在許多領(lǐng)域大放異彩。
1946年,玻璃纖維復(fù)合材料首次被用于制造游艇外殼,開創(chuàng)了玻璃纖維復(fù)合材料的實(shí)用化先河。在今天,人們將其俗稱為“玻璃鋼”,這種材料制成的頭盔廣泛應(yīng)用于山地速降自行車比賽中,能在撞擊時(shí)快速分散沖擊力,避免沖擊力直接傳遞到騎行者頭部。
什么材料被大量運(yùn)用于火箭、F1賽車車身和頭盔的制造?那就是又輕又硬的碳纖維復(fù)合材料。如果把“玻璃鋼”比作結(jié)實(shí)的纜繩,那么碳纖維復(fù)合材料就堪比鋼纜,而且比“玻璃鋼”的強(qiáng)度更高,還更輕。
采用碳纖維復(fù)合材料制成的頭盔,拿在手中幾乎感覺不到什么重量。碳纖維復(fù)合材料具有極高的抗拉強(qiáng)度和剛性,能夠有效吸收和分散沖擊力,即使在劇烈撞擊下,碳纖維復(fù)合材料頭盔也幾乎不會(huì)變形。如果說這種材料有什么缺點(diǎn),那就是怕尖銳物體穿刺,還有就是價(jià)格較高。
從最早的植物纖維到如今的高科技復(fù)合材料,每一代頭盔的背后都藏著無數(shù)次“腦力風(fēng)暴”和“材料革命”。頭盔不僅是護(hù)頭的工具,更是科學(xué)家的智慧結(jié)晶。自行車頭盔的每一點(diǎn)進(jìn)步、每一克的減重,都是幾代人的心血,都反映科技的進(jìn)步。