Polymeren spelen een cruciale rol bij de constructie en het ontwerp van racehelmen, met name in motorsporten als Formule 1, Le Mans en MotoGP. Deze helmen zijn ontworpen om maximale bescherming, comfort en prestaties te bieden aan coureurs en rijders, zodat hun veiligheid tijdens crashes en ongelukken met hoge snelheden gegarandeerd is. Geavanceerde polymeermaterialen bieden verschillende voordelen, zoals verbeterde schokbestendigheid, lichtgewicht constructie en hittebestendigheid, die essentieel zijn voor racehelmen om te voldoen aan strenge veiligheidsnormen en tegelijkertijd het gewicht te optimaliseren voor prestaties.
Verbeterde veiligheid door schokbestendigheid
Een van de belangrijkste functies van een racehelm is het hoofd beschermen tegen zware schokken tijdens crashes. Polymeren helpen hierbij door de energie van een impact te absorberen en te verspreiden, waardoor het risico op traumatisch hersenletsel afneemt. Racehelmen bestaan meestal uit meerdere lagen, elk ontworpen om een specifieke rol te spelen in het verbeteren van de veiligheid, en in deze lagen worden polymeren gebruikt.
-
Buitenschaal: De buitenschaal van een racehelm is ontworpen om de energie van een botsing te absorberen en te verdelen over een groter gebied, waardoor de kracht die wordt overgebracht op het hoofd wordt verminderd. Met koolstofvezel versterkte polymeren (CFRP) en Kevlar versterkte polymeren worden vaak gebruikt in de buitenschaal vanwege hun hoge treksterkte en lichtgewicht eigenschappen.
- CFRP: Koolstofvezel is een extreem sterk materiaal dat uitzonderlijk goed bestand is tegen stoten, waardoor het ideaal is om het hoofd te beschermen bij botsingen met hoge snelheid. Het gebruik van koolstofvezelcomposieten in de helmschaal zorgt ervoor dat de helm bestand is tegen zware schokken zonder te barsten of te breken.
- Kevlar: Kevlar is een ander polymeer dat wordt gebruikt vanwege zijn kogelvrije eigenschappen. Het biedt extra bescherming door stevigheid toe te voegen en voorkomt dat de helm vervormt bij een botsing.
-
Schokabsorberende voering: Onder de buitenschaal zit een schokabsorberende voering, meestal gemaakt van schuim op basis van een polymeer zoals geƫxpandeerd polystyreen (EPS) of geƫxpandeerd polypropyleen (EPP). Deze voering speelt een cruciale rol bij het absorberen van de energie van een botsing en het verminderen van de kracht die op de schedel wordt overgebracht.
- EPS en EPP: Deze schuimsoorten zijn speciaal ontwikkeld om samen te drukken bij een botsing, waardoor de energie effectief wordt afgevoerd en het risico op letsel wordt geminimaliseerd. Door hun polymeerstructuur kunnen ze grote hoeveelheden kinetische energie absorberen terwijl ze een lichtgewicht profiel behouden.
-
Comfort binnenvoering: De binnenste laag van de helm is ontworpen voor comfort en pasvorm, maar draagt ook bij aan de veiligheid door ervoor te zorgen dat de helm goed op het hoofd zit en niet verschuift tijdens een botsing. Schuim en op stof gebaseerde polymeren, zoals polyurethaan (PU) en nylon, worden vaak gebruikt in de binnenvoering vanwege hun zachtheid en vermogen om zich aan te passen aan de vorm van het hoofd van de drager.
- Deze materialen voeren ook vocht af en reguleren de temperatuur, waardoor de bestuurder comfortabel blijft en de helm niet kan verschuiven door zweet of hitte.
Gewichtsreductie voor betere prestaties
In de motorsport met hoge snelheden is gewicht een kritieke factor, omdat zelfs een kleine gewichtsvermindering de prestaties van een coureur aanzienlijk kan verbeteren. Een lichtere helm vermindert niet alleen de vermoeidheid van de nek en schouders tijdens lange races, maar zorgt ook voor snellere bewegingen en betere reactietijden. Polymeren spelen een sleutelrol bij het bereiken van deze gewichtsvermindering zonder afbreuk te doen aan de veiligheid.
-
Lichtgewicht buitenschaal: Koolstofvezelversterkte polymeren (CFRP) en Kevlar-composieten zijn gekozen voor de buitenschaal omdat ze een hoge sterkte-gewichtsverhouding hebben. Deze materialen zijn aanzienlijk lichter dan traditionele metalen, waardoor helmfabrikanten extreem sterke en toch lichte buitenschalen kunnen maken die bestand zijn tegen de ontberingen van het racen.
- Koolstofvezelversterkte polymeren zijn bijvoorbeeld tot vijf keer sterker dan staal, maar toch veel lichter, waardoor ze een ideaal materiaal zijn voor high-performance racehelmen. Het lichte gewicht van deze materialen vermindert het totale gewicht van de helm, waardoor de nek van de coureur tijdens lange races minder wordt belast.
-
Geoptimaliseerde binnenvoering: De geƫxpandeerde polystyreen (EPS) of geƫxpandeerde polypropyleen (EPP) schuimen die worden gebruikt in de schokabsorberende voering zijn ook ontworpen om licht te zijn met behoud van hun energie-absorberende eigenschappen. Deze polymeerschuimen zijn zeer effectief in het verminderen van gewicht en bieden tegelijkertijd uitstekende bescherming tegen schokken.
- Door de dichtheid en dikte van het schuim zorgvuldig te balanceren, kunnen helmfabrikanten voeringen maken die zowel beschermend als licht zijn, zodat bestuurders comfort en wendbaarheid behouden tijdens een race.
-
Aerodynamisch ontwerp: Met polymeren kunnen aerodynamisch geoptimaliseerde vormen worden gemaakt die de luchtweerstand tijdens races met hoge snelheden helpen verminderen. De mogelijkheid om polymeren in complexe, gestroomlijnde vormen te gieten zorgt ervoor dat racehelmen niet alleen veilig en licht zijn, maar ook de algehele aerodynamica van de coureur verbeteren.
- Vizieren van polycarbonaat, een soort lichtgewicht en duurzaam polymeer, worden ook gebruikt in racehelmen om de coureur een helder, splintervrij zicht te bieden. Deze vizieren zijn zo gevormd dat ze de luchtweerstand minimaliseren, wat het aerodynamische profiel van de helm verder verbetert.
Hitte- en vlambestendigheid
Race-omgevingen kunnen extreem heet zijn, vooral in gesloten cockpits of tijdens lange enduranceraces, waar de hitte van de motor en het wegdek dramatisch kan toenemen. Daarnaast hebben coureurs bescherming nodig tegen vuur in het geval van een ongeluk. Polymeren spelen een belangrijke rol in de hitte- en vlambestendigheid van racehelmen.
-
Vuurbestendige materialen: Kevlar en Nomex, beide op polymeren gebaseerde materialen, worden vaak gebruikt in racehelmen vanwege hun inherente brandwerende eigenschappen. Deze materialen zijn bestand tegen hoge temperaturen en bieden cruciale bescherming in het geval van brand, zodat de coureur veilig blijft.
- Nomex wordt vaak gebruikt in de voering van helmen omdat het niet verbrandt, smelt of druipt wanneer het wordt blootgesteld aan hoge hitte. Dit is cruciaal bij het voorkomen van ernstige verwondingen tijdens een brand of explosie op het circuit.
-
Warmteafvoer: Veel moderne racehelmen maken gebruik van warmteverspreidende polymeren die helpen de temperatuur in de helm te reguleren, waardoor de coureur koeler blijft tijdens een race. Het polyurethaanschuim en de geavanceerde synthetische vezels in de comfortvoering zorgen voor een betere luchtstroom, waardoor er minder warmte wordt opgebouwd en de coureur comfortabel blijft.
Aangepaste pasvorm voor veiligheid en comfort
Polymeren bieden flexibiliteit bij de productie, waardoor helmen op maat kunnen worden gemaakt voor het hoofd van de individuele coureur. Een nauwkeurige pasvorm verbetert zowel de veiligheid als het comfort, omdat een helm die goed past minder snel verschuift tijdens een botsing en zo optimale bescherming biedt.
-
Polymeer voeringen op maat: De binnenvoering van racehelmen kan worden gemaakt van op maat gemaakt schuim dat zich aanpast aan de vorm van het hoofd van de coureur en zorgt voor een stevige pasvorm die de bescherming bij botsingen verbetert. De mogelijkheid om polymeren in verschillende vormen te gieten zorgt ervoor dat de helm comfortabel en beschermend blijft tijdens de race.
-
Vulling en schuimlagen: De binnenbekleding van helmen, gemaakt van polyurethaanschuim en nylon, helpt bij zowel comfort als veiligheid door ervoor te zorgen dat de helm goed past en dat de coureur wordt beschermd tegen trillingen en kleine schokken. Deze vulling zorgt er ook voor dat de helm goed op zijn plaats blijft zitten, wat essentieel is bij een botsing.
Conclusie
Polymeren zijn een cruciaal onderdeel in de constructie en het ontwerp van moderne racehelmen en bieden aanzienlijke voordelen op het gebied van verbeterde veiligheid en gewichtsvermindering. Door gebruik te maken van met koolstofvezel versterkte polymeren, Kevlar, geƫxpandeerd polystyreenschuim en andere geavanceerde polymeermaterialen kunnen helmfabrikanten helmen maken die zowel licht zijn als extreme schokken kunnen weerstaan. Deze helmen bieden niet alleen superieure bescherming, maar zorgen er ook voor dat coureurs comfortabel en wendbaar blijven tijdens lange races. Daarnaast dragen polymeren bij aan de brandwerendheid, aerodynamica en aangepaste pasvorm van helmen, waardoor ze een essentieel materiaal zijn voor de veiligheid van motorsportuitrusting.