针对目前国内外消防头盔在适应严酷环境和长时间佩戴舒适性等方面存在的问题,同时为了提高消防头盔工作效能、提升安全级别,本文开展了对先进消防头盔壳体材料的研究。制备了碳纤维和玻璃纤维混杂纬编双轴向多层衬纱(MBWK)织物,并以其作为增强骨架材料开发了消防头盔壳体材料。以半球曲面模拟头盔壳体曲面,首次提出基于收缩率的MBWK织物成型性能研究。基于Levenberg-Marquardt算法,建立了MBWK织物半球成型的模型,证明了平面织物曲面成型的可行性。为了提高消防头盔壳体材料的防护性能,在复合材料制备中首次添加PA/PU微米级短纤维,并对其进行力学性能和热稳定性能的研究。研究结果证明,基于Levenberg-Marquardt算法,建立的MBWK织物穿过球体截面表面纤维根数和收缩率的函数模型在一定球体直径范围内具有有效性和准确性;在拉伸实验中,添加含量为2.5%的PA/PU短纤维增强复合材料的弹性模量,相比纯树脂浇铸体增加了53.91%。表明PA/PU短纤维可提高材料的抗弹性变形能力;在冲击实验中,纤维体积含量为45%的添加PA/PU短纤维的MBWK织物增强复合材料的最大冲击载荷最大,比机织物增强复合材料提高了0.59%,比MBWK织物增强复合材料提高了5.81%。纤维体积含量为35%的添加PA/PU短纤维的MBWK织物增强复合材料的吸收能量最多,比机织物增强复合材料提高了2.55%,比MBWK织物增强复合材料提高了0.77%。表明添加PA/PU短纤维可改善材料的抗冲击性能;在热稳定性能测试中,纤维体积含量为35%、45%和55%的MBWK织物增强复合材料添加PA/PU短纤维前后,其材料的残余质量分别提高了24.35%、13.65%和0.75%。表明PA/PU短纤维可改善材料的热稳定性能;最后选取综合性能最优的添加0.5%含量的PA/PU短纤维的纤维体积含量为35%的MBWK织物增强复合材料作为消防头盔的壳体材料,并对其进行阻燃性能测试,测得材料极限氧指数为32.7,表明其具有优异的阻燃性能。本文最终研究出防护性能更好的消防头盔壳体材料的制备方案。消防头盔壳体材料的研制成功,不仅能进一步保障消防员的人身安全,提供消防员的工作效能。而且还有社会经济效益,将有效缩小国内外消防头盔的差距,加速消防部队防护装备的更新换代,满足消防部队的需求。