JP2007046744A - 障壁材およびメンブレン型液化天然ガスタンク用断熱性複合パネル - Google Patents

Abstract

【課題】メンブレン型液化天然ガスタンク用断熱性複合パネルの障壁材表面に接着性の良好な特性を持たせて他の積層素材との剥離強度を向上させ、しかも障壁材をシート状で適度の硬さがあり、加工時に取り扱い易いものとすることである。
【解決手段】液化天然ガス搬送用船舶のメンブレン型タンク用防熱壁素材となる硬質ポリウレタンフォーム成形体と一体に設けられるシート状の障壁材１として、アルミニウム箔４の片面または両面に接着剤層５ａを介してガラスクロス６を重ねて一体化したものからなり、ガラスクロス６には接着剤が表面まで染み出さない程度に含浸されている障壁材１とする。表面にガラスクロスの繊維が織り生地の状態で露出しているため、他の素材を接着一体化する際に、接着剤がガラスクロス表面の織り生地や繊維間の空隙に侵入して硬化し、アンカー効果が生じ、ガラスクロスと他の素材との接着力が強化される。
【選択図】図１

Description

この発明は、液化天然ガス搬送用船舶のメンブレン型液化天然ガスタンクに設置される防熱壁素材の一部に用いられる障壁材およびメンブレン型液化天然ガスタンク用断熱性複合パネルに関する。

一般に液化天然ガス（以下、ＬＮＧと略記する。）は、比重が０．５未満という軽量の物性のため、船などに所定重量を積載するために比較的大きな容量のタンクを必要とする。またＬＮＧは、常圧で−１６３℃という極低温の沸点を有する液体であるから、その輸送や貯蔵のためには極度の低温に耐え、かつ熱負荷に耐える強度のある防熱壁でタンクを構成する必要がある。

このようなＬＮＧなどの極低温の液体を大量に海上輸送する搬送船用タンクの代表的な型式としては、独立型タンクおよびメンブレン（薄膜）型タンクが知られている（特許文献１）。

メンブレン型タンクでは、船体構造から独立させて設ける独立型タンクの防熱壁で得られない軽量性やタンク容積の効率的な確保ができる。

図６および図４を利用して説明すると、液化天然ガス搬送用船舶２４のメンブレン型タンク１１は、船体の内殻にＬＮＧの荷重を支持させて、できるだけ大きくタンク容量を確保すると共に、熱絶縁性、液密性および気密性を保つようにしており、タンクの周囲と船体の内殻の間に二重デッキ構造となるようにニッケル鋼板１０などで被覆された一次防熱壁９および二次防熱壁１２からなる防熱壁１３を設置し、これを介して船体に流体静力学的または流体動力学的な力を分散させて伝えかつ安全に保冷する構造である。

このようなメンブレン型タンク１１の二次防熱壁１２は、合板８にガラス繊維で補強した発泡ポリウレタンを重ね、さらにアルミニウム箔とガラスクロスを重ねた気密・液密な障壁材を重ねた積層構造の断熱性複合パネルからなる。

障壁材は、アルミニウム箔とガラスクロスを重ねた積層体からなり、その製法は、先ずエポキシ樹脂をガラスクロス全体に含浸して半硬化状態のガラスクロスプリプレグとし、これをアルミニウム箔の両面に重ねて加熱加圧し硬化させて、ガラス繊維強化エポキシ樹脂層で両面被覆されたアルミニウム箔を心材とする板状の障壁材に成形している。

特許第２７５４１７４号公報（段落番号［０００３］、［０００４］参照）

しかし、上記した従来の障壁材は、エポキシ樹脂を含浸したガラスクロスプリプレグをアルミニウム箔の両面に重ねて加熱加圧し硬化させて形成しているから、アルミニウム箔はエポキシ樹脂層で両面被覆になるが、加熱加圧によって障壁材の表面は平滑面状になって硬化しており、この面に対してポリウレタンフォームや同種の継手材を接着一体化すると剥がれやすくなる場合があった。

また、アルミニウム箔の両面を樹脂層で全く覆わなければ、接着一体化の強度は向上するが、障壁材全体が軟らかくなり、これでは他の素材に張り合わせる積層加工時などにおいて、フィーダーで持ち上げて自動的に供給することが困難になり、取り扱いが容易でない。

そこで、この発明の課題は、上記した問題点を解決して、メンブレン型液化天然ガスタンク用断熱性複合パネルの障壁材表面に接着性の良好な特性を持たせて他の積層素材との剥離強度を向上させ、しかも障壁材を所要の硬さを有するシート状であり、すなわち他の素材に貼り合わせやすく、取り扱い性が改良された障壁材とすることである。

また、この発明の他の課題としては、メンブレン型液化天然ガスタンク用断熱性複合パネルにおける表面に積層された障壁材と硬質ポリウレタンフォームおよび同種の継手材との接着強度を改良し、かつその接着作業性が良好で製造効率もよいメンブレン型液化天然ガスタンク用断熱性複合パネルとすることである。

上記の障壁材の接着性および障壁材の柔軟性の課題を解決するために、この発明では、液化天然ガス搬送用船舶のメンブレン型タンク用防熱壁素材となる硬質ポリウレタンフォーム成形体と一体に設けられるシート状の障壁材において、この障壁材はアルミニウム箔の片面または両面に接着剤層を介してガラスクロスを重ねて一体化したものからなり、このガラスクロスには前記接着剤が表面まで染み出さない程度に含浸されていることを特徴とする障壁材としたのである。

上記したように構成されるこの発明の障壁材は、ガラスクロスに接着剤が表面まで染み出さない程度に含浸されているので、障壁材の表面にはガラスクロスの繊維が織り生地の状態で露出している。

すなわち、例えば、障壁材は、アルミニウム箔の片面または両面に、薄いエポキシ樹脂層を介して、またはエポキシ樹脂が染み込んだガラスクロスの内側部分を介して、エポキシ樹脂が染み込んでいないガラスクロスの外側部分が一体化した積層体からなり、ガラスクロスの表面は、接着剤の付着していない繊維状態の生地になっている。

このため、障壁材に接着剤層を重ねて他の素材を接着一体化する際に、塗布される接着剤がガラスクロス表面の織り生地や繊維間の空隙に侵入して硬化し、あたかも釘または楔を用いて２層間を固定したようなアンカー効果（投錨効果とも称される。）が生じ、ガラスクロスと他の素材との接着力が強化され、両層間の耐剥離性が化学的接着力と物理的なアンカー効果の総合作用により向上する。

また、上記障壁材のポリウレタンフォームとの接着一体化を簡単にかつ確実にするために、上記の障壁材のガラスクロス表面に接着剤層を介してガラス長繊維マット層を重ねて設け、このガラス長繊維マット層にはウレタン樹脂材料を含浸させかつ発泡させてガラス繊維強化硬質ポリウレタンフォームを形成し、これをパネル状に成形してなるメンブレン型液化天然ガスタンク用断熱性複合パネルとすることもできる。

このパネルを構成する硬質ポリウレタンフォームは、ガラス長繊維マット層に材料を含浸させてから発泡したものであり、形成された硬質ポリウレタンフォームにはガラス長繊維が均一に分散した状態となっており、ガラス長繊維で強化された硬質ポリウレタンフォームは、アルミニウム箔またはガラスクロスと接着一体化されている。

本願の障壁材の発明は、液化天然ガス搬送用船舶のメンブレン型タンク用防熱壁素材となる硬質ポリウレタンフォーム成形体と一体のシート状障壁材について、アルミニウム箔に接着剤層を介してガラスクロスを重ねる際、このガラスクロスに接着剤が表面まで染み出さない程度に含浸した障壁材としたので、障壁材の表面はガラスクロスと接着剤とのアンカー効果によって接着性が良くなり、他の積層素材との剥離強度が向上し、しかも障壁材がシート状に柔らかで施工時の取り扱い性が簡単なものとなる利点がある。

また、障壁材のガラスクロス表面に接着剤層を介してガラス長繊維マット層を重ね、このマット層にウレタン樹脂材料を含浸させかつ発泡させてパネル状に成形したメンブレン型液化天然ガスタンク用断熱性複合パネルとしたので、上記障壁材の利点により、層間剥離し難いメンブレン型液化天然ガスタンク用断熱性複合パネルとなる利点がある。

この発明の実施形態を以下に添付図面に基づいて説明する。
図１〜４、６に示す第１実施形態のメンブレン型液化天然ガスタンク用断熱性複合パネル３および障壁材１は、液化天然ガス搬送用船舶２４（図６）のメンブレン型タンク１１を設ける際に、タンク１１の内側に設置される防熱壁１３の素材として用いられるものであり、液密かつ気密の障壁材１およびこれと一体化したガラス繊維強化硬質ポリウレタンフォーム２との複合体からなる断熱性複合パネル３である。

図１（ａ）に示すように第１実施形態の障壁材１は、アルミニウム箔４の一方の面にエポキシ樹脂系の接着剤層５ａを介してガラスクロス６を重ねて一体化し、ガラスクロス６には接着剤が表面まで染み出さない程度に含浸されている。

図１（ｂ）に示すように第２実施形態の障壁材１´は、アルミニウム箔４の一方の面に接着剤を染み込ませた編織布または不織布、すなわち接着剤樹脂のプリプレグ５´からなる接着剤を介してガラスクロス６を重ねて一体化し、そのガラスクロス６には、接着剤が表面まで染み出さない程度に含浸されている。

上記いずれの実施形態の障壁材１、１´でもその表面にガラスクロス６の繊維が織り生地の状態で露出しており、その上に接着剤がガラスクロス６の表面の織り生地や繊維間の空隙に侵入して硬化した際、アンカー効果が生じてガラスクロスと他の素材との接着力が強化されるものである。

また、障壁材１、１´のガラスクロス６の表面は、接着剤の付着していない繊維同士および同じ状態の生地の糸同士が比較的自由にずれ動くことが可能であるため、障壁材１、１´は、曲げや撓みなどの変形が比較的容易にできるシート状の素材となる。

所定量の接着剤をガラスクロス６に表面にまで滲み出さないように裏面から含浸するには、液状の接着剤をロールコーターなどにより、すなわち刷毛やローラー等を用いてシート状ガラスクロスの裏面に塗り付けるまたは吹き付ける、もしくは接着剤に片面が触れるように接着剤を入れた容器を通過させるなどの周知の手法を用いることができる。

図２、図３に示すように、例えば障壁材１と一体化した断熱性複合パネル３を製造するには、障壁材１の片面（図２の上面）上に接着剤層５ｂを介してガラス繊維強化硬質ポリウレタンフォーム２を積層接着する。

このようにすると、図３に示すようにガラス長繊維７ａが発泡ポリウレタン中に均一に分散した状態でガラス繊維強化硬質ポリウレタンフォーム２が形成される。障壁材１は、適度の硬さ（剛性とも称される。）を有するシート状の素材であるから、取り扱い性がよく、その形状を保ちながら搬送も容易であり、積層して成型する際に自動供給することも可能である。

図３に示すように、得られたパネル状のガラス繊維強化硬質ポリウレタンフォーム２と障壁材１との複合体からなる断熱性複合パネル３は、さらにガラス繊維強化硬質ポリウレタンフォーム２の表面に合板８を接着一体化してメンブレン型タンク用防熱壁素材として用いる。

図４に示すように、実施形態の障壁材１の上側には、ガラス繊維強化硬質ポリウレタンフォーム２´に合板８´を重ねて接着一体化した一次防熱壁９を設け、この一次防熱壁９と二次防熱壁１２とを接着剤層を介して一体化して防熱壁１３を構成することができる。

このとき、一次防熱壁９と二次防熱壁１２との間に塗布された接着剤が、ガラスクロス６の表面の織り生地や繊維間の空隙に侵入して硬化し、あたかも釘または楔を用いてガラスクロス６とガラス繊維強化硬質ポリウレタンフォーム２´層間を固定したようなアンカー効果が生じ、ガラスクロスと他の素材との接着力が強化され、両層間の耐剥離性が向上する。

接着剤層５ａ、５ｂで用いる接着剤の種類は、特に限定されるものではないが、好ましくは硬質ポリウレタンフォームとよく接着するエポキシ樹脂系またはポリウレタン系の接着剤を採用することが好ましい。

また、実施形態に用いるガラスクロス６として、ＦＲＰ用に用いられるストランドで織られた布の形態のものを適用できるが、その織り方は特に限定されるものではなく、例えば平織ガラスクロス（２００〜４００ｇ/ｍ²）を用いたものを採用しても好ましい結果を得ている。

実施形態に用いたガラス長繊維マット層７は、ガラス繊維の長いストランド（長繊維をある程度まとめて束にしたものであり、繊維長は特に限定されない。）を交錯させて緩くバインダーで固定したガラス繊維製マットの単層または複数層を重ねたものからなる。このものは液状のポリウレタン樹脂の含浸を速く行えるように、そしてポリウレタン樹脂を発泡した際に、長繊維が発泡ポリウレタン樹脂中に均一分散するように、好ましくは１００〜７００ｇ／ｍ²程度、より好ましくは２００〜４００ｇ／ｍ²程度の量を使用する。

実施形態の障壁材１に用いるアルミニウム箔４は、軽量で気密性に優れた金属材料であることにより採用されたものであるが、例えば７０μｍ程度の厚さのものであってよく、天然ガスの主成分であるメタンガスの液化温度（−１６２℃）で脆性破壊を起こさないように周知の低温耐性の良い純アルミニウムまたはアルミニウム合金からなるものを選択的に採用すればよい。

障壁材１のアルミニウム箔４は、ガラス長繊維マット層７のガラス長繊維７ａの一部とも直接接着する部分があっても良く、このガラス長繊維７ａが埋設されているガラス繊維強化硬質ポリウレタンフォーム２とも一体化する。このように製造すると、ガラス繊維強化硬質ポリウレタンフォーム２と障壁材１とを別工程で接着する工程が必要なくなる。

そして、液化天然ガス搬送用船舶のメンブレン型タンク１１の内側に浮陸調整と絶縁を兼ねた接着剤としてロープ状樹脂１５を敷設し、その上にガラス繊維強化硬質ポリウレタンフォーム２´に合板８´を重ねて接着一体化した一次防熱壁９を設け、この一次防熱壁９と二次防熱壁１２とを前述のようにして接着剤を介して一体化して防熱壁１３を構成し、さらに、防熱壁１３の上を極低温のＬＮＧが接する面に厚さ０．７ｍｍの熱吸収率の小さいニッケル（３６％）鋼板１０で被覆する。
このような構造の防熱壁１３の二次防熱壁１２の要部として、実施形態の断熱性複合パネル３を使用している。

上記の実施形態では、一次防熱壁の表面に熱吸収率の小さいニッケル鋼板（平板）を使用したものを説明したが、これに代えて一次防熱壁にコルゲーションと呼ばれる格子状のひだを形成し、これにより冷却熱などの熱変動と航海中の船体変形による伸縮を吸収する実施形態であってもよい。

図５に示すように、この発明の第３実施形態は、第１実施形態における障壁材１に代えて、アルミニウム箔４の両面に接着剤が表面まで染み出さない程度に含浸したガラスクロス６、６´を重ねて接着剤層５ａ、５ｂを介して接着一体化した構造の障壁材１４を用いたものである。

図５中、アルミニウム箔４の上面側のガラスクロス６´の上には接着剤層５ｃを介してガラス長繊維マット層７を重ねて設け、前記同様に、このガラス長繊維マット層７にウレタン樹脂材料を含浸させかつ発泡させてガラス繊維強化硬質ポリウレタンフォームを形成する。

（ａ）第１実施形態の障壁材の断面図、（ｂ）第２実施形態の障壁材の断面図 ガラス長繊維マット層に重ねた第１実施形態の障壁材を示す断面図 実施形態の断熱性複合パネルの断面図 実施形態の断熱性複合パネルを使用した液化天然ガス搬送用船舶のメンブレン型タンクの説明図 ガラス長繊維マット層に重ねた第３実施形態の障壁材を示す断面図 （ａ）液化天然ガス搬送用船舶の説明図、（ｂ）メンブレン型タンクを示す船舶の断面図

符号の説明

１、１´、１４、２２ 障壁材
２ ガラス繊維強化硬質ポリウレタンフォーム
３ 断熱性複合パネル
４、２４ アルミニウム箔
５ａ、５ｂ、５ｃ 接着剤層
５´ プリプレグ
６ 、６´ ガラスクロス
７ ガラス長繊維マット層
７ａ ガラス長繊維
８ 合板
９ 一次防熱壁
１０ ニッケル鋼板
１１ メンブレン型タンク
１２ 二次防熱壁
１３ 防熱壁
１５ ロープ状樹脂
２４ 液化天然ガス搬送用船舶

Claims (2)

1. 液化天然ガス搬送用船舶のメンブレン型タンク用防熱壁素材となる硬質ポリウレタンフォーム成形体と一体に設けられるシート状の障壁材において、
   この障壁材はアルミニウム箔の片面または両面に接着剤層を介してガラスクロスを重ねて一体化したものからなり、このガラスクロスには前記接着剤が表面まで染み出さない程度に含浸されていることを特徴とする障壁材。
2. 請求項１に記載の障壁材のガラスクロス表面に接着剤層を介してガラス長繊維マット層を重ねて設け、このガラス長繊維マット層にはウレタン樹脂材料を含浸させかつ発泡させてガラス繊維強化硬質ポリウレタンフォームを形成し、これをパネル状に成形してなるメンブレン型液化天然ガスタンク用断熱性複合パネル。

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