(57)【要約】【課題】低温貯槽用バリアのコストの低減と、施工時間の短縮を図る。【解決手段】高分子材料に強化繊維を混合した材料によって形成した無発泡樹脂層からなる低温貯槽用樹脂バリア材であり、低温から常温に至る温度範囲での線膨張係数が５０×１０−６／℃以下となるように高分子材料の種類および強化繊維の含有量が設定されている。高分子材料と強化繊維を同時に吹き付けることによって該高分子材料と強化繊維が混合された低温貯槽用樹脂バリア材が形成される。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子材料に強化繊維を混合した材料によって形成した無発泡樹脂層からなり、低温から常温に至る温度範囲での線膨張係数が５０×１０−６／℃以下となるように、前記高分子材料の種類および強化繊維の含有量を設定したことを特徴とする低温貯槽用樹脂バリア材。
【請求項２】
前記高分子材料として、ポリウレタン系またはポリウレタン／ウレア系材料を使用したことを特徴とする請求項１に記載の低温貯槽用樹脂バリア材。
【請求項３】
前記高分子材料として、二液混合熱硬化型ウレタン材を使用したことを特徴とする請求項１に記載の低温貯槽用樹脂バリア材。
【請求項４】
前記強化繊維として、ガラス繊維と炭素繊維の少なくとも一方を使用したことを特徴とする請求項１に記載の低温貯槽用樹脂バリア材。
【請求項５】
前記強化繊維の含有量が１０〜３０ｗｔ％であることを特徴とする請求項１に記載の低温貯槽用樹脂バリア材。
【請求項６】
前記強化繊維として単一長のものを、もしくは長さの異なるものを混合して使用し、かつ、その長さを４〜８ｍｍに設定したことを特徴とする請求項１に記載の低温貯槽用樹脂バリア材。
【請求項７】
高分子材料と強化繊維を同時に吹き付けることによって該高分子材料と強化繊維が混合された無発泡樹脂層を形成するステップを含み、
低温から常温に至る温度範囲での前記無発泡樹脂層の線膨張係数が５０×１０−６／℃以下となるように、前記高分子材料の種類および強化繊維の含有量を設定したことを特徴とする低温貯槽用樹脂バリア材の形成方法。
【請求項８】
前記高分子材料として、ポリウレタン系またはポリウレタン／ウレア系材料を使用したことを特徴とする請求項６に記載の低温貯槽用樹脂バリア材の形成方法。
【請求項９】
前記強化繊維として、ガラス繊維と炭素繊維の少なくとも一方を使用したことを特徴とする請求項６に記載の低温貯槽用樹脂バリア材の形成方法。
【請求項１０】
前記強化繊維の含有量が１０〜３０ｗｔ％であることを特徴とする請求項６に記載の低温貯槽用樹脂バリア材の形成方法。
【請求項１１】
前記強化繊維として単一長のものを、もしくは長さの異なるものを混合して使用し、かつ、その長さを４〜８ｍｍに設定したことを特徴とする請求項６に記載の低温貯槽用樹脂バリア材の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低温貯槽に用いて好適な樹脂バリア材とその形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＮＧ、ＬＰＧ等の低温液化燃料を貯蔵する低温貯槽は、該低温液化燃料を長期間あるいは一定期間蓄えておくことができ、また随時補給することのできる容器あるいは構造体を指す。この様な低温貯槽では、貯蔵物の漏洩に伴う温度変化から外槽（例えば、ＰＣで形成される）を守るため、該外槽の内側に９％Ｎｉ鋼等からなる金属製バリアを設けるようにしている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−１１０８９８号公報（図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記金属製バリア材は、施工コストが嵩み、しかも施工に時間を要するという欠点がある。
【０００５】
本発明の目的は、このような状況に鑑み、コストの低減と、施工時間の短縮を図ることができる低温貯槽用樹脂バリア材およびその形成方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る樹脂バリア材は、低温液化燃料を大気に漏洩させることの無いよう遮蔽、密封する材料として用いられるものである。この樹脂バリア材は、高分子材料に強化繊維を混合した材料によって形成した無発泡樹脂層からなり、低温（例えば−１６０℃）から常温（例えば＋４０℃）に至る温度範囲での線膨張係数が５０×１０−６／℃以下となるように、前記高分子材料の種類および強化繊維の含有量を設定したことを特徴としている。
【０００７】
前記高分子材料として、ポリウレタン系またはポリウレタン／ウレア系材料を使用することができる。また、前記高分子材料として、二液混合熱硬化型ウレタン材を使用しても良い
前記強化繊維として、ガラス繊維と炭素繊維の少なくとも一方を使用することができる。ガラス繊維としては、例えば、日本板硝子社製ＲＥＲ２３１−ＧＲ８４（番手２３１０ｇ／１０００ｍ、フィラメント径１３μｍ、集束本数８００本×８合糸、Ｅガラス）、炭素繊維としては、例えば、東邦テナックス社製ＨＴＡ−６Ｋ（フィラメント数６０００、繊度４００）東レ社製トレカＴ３００（フィラメント数１２０００、繊度８００）等が好適に用いられ、シラン処理、エポキシ処理、ウレタン処理等の集束剤処理を適宜施したものを用いることができる。
【０００８】
前記高分子材料として使用されるポリウレタン／ウレア樹脂は、非発泡体であって、２液性の常温硬化型であって、塗布成形可能な性状のものが好ましい。２液性たる原料は、ポリオール成分とイソシアネート成分とに大別でき、ポリオール成分には、主剤となるポリオールに加えて、触媒、架橋剤、難燃剤、脱水剤、フィラーが適宜添加される。
ポリオールには、ポリエステル、ポリエーテル、アジピン酸系ポリエステル、ダイマー酸系ポリエステル、ジオール、トリオール、テトラオール、ヘキサオール等のウレタン用ポリエステル、ポリエーテルポリオールまたはポリエーテルポリアミンなどが使用される。触媒は、アミン触媒のほか有機金属触媒が、単独または併用して使用される。イソシアネートには、脂肪族、芳香族ジイソシアネートまたはイソシアネートとポリオールを混合あるいは反応させて得られたイソシアネートプレポリマーなどが使用される。
【０００９】
前記強化繊維の含有量は、１０〜３０ｗｔ％であることが望ましい。１０ｗｔ％未満では、所望の線膨張係数とならず、また３０ｗｔ％を超えると強化繊維に対する高分子材料の量が不足して、樹脂バリア材に欠損やボイドが多量に生ずるためである。また、前記強化繊維として、単一長のものを、もしくは長さの異なるものを混合して使用し、かつ、その長さを４〜８ｍｍに設定することができる。
【００１０】
本発明に係る樹脂バリア材の形成方法は、高分子材料と強化繊維を同時に吹き付けることによって該高分子材料と強化繊維が混合された無発泡樹脂層を形成するステップを含み、低温から常温に至る温度範囲での前記無発泡樹脂層の線膨張係数が５０×１０−６／℃以下となるように、前記高分子材料の種類および強化繊維の含有量を設定したことを特徴としている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明に係る樹脂バリア材の好ましい実施の形態について説明する。
図１および図２は、本発明に係る樹脂バリア材を適用した低温貯槽の構造の一例および他の例をそれぞれ示している。これらの貯槽は、ＬＮＧ、ＬＰＧ等の低温液化燃料の貯蔵に用いて好適であるが、他の液体の貯蔵にも当然適用することができる。
【００１２】
図１に示す低温貯槽は、１次バリアとしての内槽１と、ＰＣコンクリートからなる外槽２と、この外槽２の内周面に配設した冷熱抵抗緩和剤３と、この冷熱抵抗緩和剤３の表面を覆うように配設した２次バリア４と、内層１の側方に配設した側部保冷材５と、内層１の底部下方に配設した底部保冷材６とを備え、内槽１内に上記液化燃料が収容される。
一方、図２に示す低温貯槽は、２次バリアを省略した構造を有し、液化燃料を収容するバリアとしての内槽１０と、ＰＣコンクリートからなる外槽２０と、上記内槽１０と外槽２０間に介在させた保冷材３０とを備えている。
【００１３】
高分子材料に強化繊維を混入してなる本発明に係る樹脂バリア材は、無発泡樹脂層として形成される。この樹脂バリア材は、低温から常温に至る温度範囲での線膨張係数が５０×１０−６／℃以下となるように上記高分子材料の種類および強化繊維の含有量を設定が設定されるので、図１に示す２次バリア４および図２に示す内槽１０の材料として好適に使用することができる。
【００１４】
上記高分子材料としては、例えばポリウレタン系またはポリウレタン／ウレア系材料を使用することができ、また、強化繊維としては、例えばガラス繊維とカーボン繊維の少なくとも一方を用いることができる。
強化繊維は、１０〜３０ｗｔ％含ませることが望ましい。この強化繊維は、単一長である必要はなく、長さの異なるものを混合して使用しても良い。ただし、この強化繊維の長さは、４〜８ｍｍの範囲に設定することが好ましい。なぜなら、３次元形状において、４ｍｍ未満では所定の線膨張係数を得るために強化繊維の含有量を増加しなければならず、８ｍｍより長い場合には繊維の先端が突出して樹脂バリア材の厚みおよび一般物性の均一性が損なわれるためである。
なお、ガラス繊維とカーボン繊維を混用することも可能である。また、強化繊維の径は、たとえば５〜２０μｍに設定される。
【００１５】
図３および図４は、所定長の強化繊維を形成するチョッパーの構成例を示す平面図および側面図である。このチョッパーは、ベース部材４０に回転可能に取付けたカッター４１およびゴムローラー４２を備えている。ガラス繊維あるいは炭素繊維のロービング４３は、ピンチローラー４７によってカッター４１とゴムローラー４２の間に送り込まれる。カッター４１は、周囲に所定の間隔（例えば、４ｍｍ間隔、６ｍｍ間隔、８ｍｍ間隔、それらの混合）で取付けられた複数の刃を備え、エアモーター４４によって回転駆動される。
【００１６】
カッター４１とゴムローラー４２の間に送り込まれたロービング４３は、上記カッター４１の刃の配列間隔によって規定される長さに切断されるので、シューター４６上には所定の長さを有する強化繊維４５が連続的に排出される。このとき、強化繊維４５の添加量は、エアモーター４４の回転数、つまり、カッター４１の回転数を変化させることによって調整することができる。
上記チョッパーにおいては、ロービング４３がカッター４１の刃に対して正確に直角な姿勢で送り込まれるという保障はない。このため、強化繊維の長さには±１ｍｍ程度の誤差を発生する可能性がある。
なお、上記チョッパーとしては、例えば、（株）東技研製のロービングチョッパーを使用することができる。
【００１７】
図１に示す２次バリア４や図２に示す内層１０を、本発明に係る樹脂バリア材で形成する場合、上記強化繊維を混入した高分子材料を冷熱抵抗緩和剤３の表面に直接コーティングする手法を採用することができる。
上記高分子材料には、例えば二液混合熱硬化型ウレタン材を使用することができ、また上記コーティングには、例えばスプレーシステムを使用することができる。図５は、上記２液混合熱硬化型ウレタン材に適用するスプレーシステムの一例を示している。
【００１８】
このスプレーシステムにおいては、ドラム缶５１に封入された液状ウレタン原料のＡ液が予備タンク５２に供給され、ドラム缶５３に封入された液状ウレタン原料のＢ液が予備タンク５４に供給される。
予備タンク５２および５４は、供給されたウレタン原料のＡ液およびＢ液を温調し、その温調したＡ液およびＢ液を高圧スプレー機５５に供給する。
【００１９】
高圧スプレー機５５は、上記温調された液状ウレタン原料の２液を加圧して所定量圧送するメインポンプ（図示せず）と、この加圧された２液を所定の温度まで再加熱するヒーター（図示せず）と、その再加熱された２液をスプレーガン５７まで送るホース５６とを備えている。
ホース５６は、ヒーターを内蔵し、内部を流通する上記液状ウレタン原料の２液をこのヒーターによって温調する。そして、スプレーガン５７は、ホース５６を介して供給される液状ウレタン原料の２液を混合攪拌して吐出する。
上記高圧スプレー機５５には、例えば、ＧＵＳＭＥＲ製のＭｏｄｅｌ  Ｈ−２０００  Ｈｉｇｈ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｅｒ  を使用することができる。
【００２０】
ドラム缶５１，５３およびスプレーガン５７には、コンプレッサー５８から乾燥エアーが供給される。また、予備タンク５２，５４および高圧スプレー機５５には、発電機５９から電力が供給される。
上記スプレーシステムによれば、液状ウレタン原料２液が所定の温度に加温されるため、所定量のウレタン原料を２〜１５ｋｇ／ｍｉｎの範囲で安定に吐出することができ、かつ、混合攪拌後の原料の硬化反応速度を安定させることが可能である。
【００２１】
なお、液状ウレタン原料２液の圧送量を表示かつ記録する流量計６０をホース５６に設置しておけば、上記原料２液がホース５６内で所定量圧送されていることを確認することが可能になる。また、上記の例では、ドラム缶５１，５３内の原料をそれぞれ予備タンク５２，５４を介して高圧スプレー機５５に供給しているが、ドラム缶５１，５３内の原料を高圧スプレー機５５に直接供給することも可能である。
【００２２】
ここで使用されているスプレーガン５７はエアー駆動式であり、ラウンドタイプのスプレーパターンや扇型に広がるフラットタイプのスプレーパターンを得ることができる構成のものが好適に用いられる。このスプレーガン５７は、図４に示すように、例えば前記チョッパーのベース部材４０の下部に固定される。
上記スプレーガン５７には、例えば、ＧＵＳＭＥＲ製のＭｏｄｅｌ  ＧＸ−７  Ｓｐｒａｙ  Ｇｕｎを使用することができる。
【００２３】
ウレタン原料の２液は、スプレーガン５７中にて混合攪拌された直後に吐出され、前記シューター４６の下端から放出される強化繊維４５と混合されながら所定の吹き付け対象部位に吹き付けられる。
スプレーガン５７から吐出された２液混合ウレタン原料は、常温下で硬化反応を開始する。したがって、吹き付け対象部位には、板状の樹脂バリア材が無発泡樹脂層として形成される。
なお、硬化反応を促進および完了するために、赤外線ヒーターやハロゲンヒーター等の熱源を用いて加熱処理（アフターキュア）することも可能である。
【００２４】
上述したように、上記スプレーシステムを用いた樹脂バリア材の形成方法によれば、前記チョッパーによって形成された所定長の強化繊維（ガラス繊維または炭素繊維）がスプレーガン５７から吐出された２液混合ウレタン原料に合流するので、強化繊維が混入された２液混合ウレタン原料が吹き付け対象部位に吹き付けられる。したがって、強化繊維を混入させた樹脂バリア材を効率良く形成することができる。
【００２５】
上記した本発明に係る樹脂バリア材は、９％Ｎｉ鋼等の金属材料からなるバリアに比して低コストなバリアを作成することができる。また、上記吹き付け等の手段によって  図１に示す２次バリア４や図２に示す内層１０を容易に形成することができるので、それらの施工時間を大きく短縮することができる。
加えて、本発明に係る樹脂バリア材は、極低温（たとえば−１６０℃）から常温に至る温度範囲での線膨張係数が５０×１０−６／℃以下であるように形成してあるので、ＬＮＧ、ＬＰＧ等の液化ガスに対して十分な強度を示す。
なお、図１に示す内槽１は、通常、９％Ｎｉ鋼等の金属材料で形成されるが、この内槽１の形成材料として本発明に係る樹脂バリア材を適用することも可能である。
【００２６】
実施例１
二液混合熱硬化型ポリウレタン／ウレア系材料を基材に吹き付ける際には、ガラスロービング４３をスプレーガン５７の上に設置された前記エアー圧駆動チョッパーで例えば約４ｍｍ長に切断し、この切断の勢いでこの切断されたガラス繊維を分散させる。この分散されたガラス繊維は、スプレーガン５７から扇状に広がりながら吐出される原料中に混合され、その結果、ガラス繊維を含有した板状の樹脂バリア材が基材上に形成される。
この実施例１に係る板状樹脂バリア材のガラス繊維含有量は、灰分測定から２０ｗｔ％であった。この板状樹脂バリア材からサンプルを切り出し、ＪＩＳＫ７１９７「プラスチック熱機械分析による線膨張率試験方法」に基づいて、−１６０℃〜＋４０℃までの線膨張率を計測したところ、３８×１０−６／℃であった。
【００２７】
実施例２
この実施例２および後述の実施例３では、上記チョッパーのカッター４１の回転数を変えてガラス繊維含有量を相違させたことを除き、実施例１と同様の手法で樹脂バリア材を形成した。
この実施例２に係る樹脂バリア材のガラス含有量は、灰分測定から２３．７ｗｔ％であった。この樹脂バリア材の板からサンプルを切り出し、ＪＩＳＫ７１９７「プラスチック熱機械分析による線膨張率試験方法」に基づいて、−１６０℃〜＋４０℃までの線膨張率を計測したところ、３２×１０−６／℃であった。
【００２８】
実施例３
この実施例３に係る樹脂バリア材のガラス含有量は、灰分測定から２５ｗｔ％であった。この樹脂バリア材の板からサンプルを切り出し、ＪＩＳＫ７１９７「プラスチック熱機械分析による線膨張率試験方法」に基づいて、−１６０℃〜＋４０℃までの線膨張率を計測したところ、３１×１０−６／℃であった。
【００２９】
比較例１
二液混合熱硬化型ポリウレタン／ウレア系材料を混合・反応させながら基材に吹き付け、板状樹脂バリア材を得た。この板材からサンプルを切り出し、ＪＩＳＫ７１９７「プラスチック熱機械分析による線膨張率試験方法」に基づいて、−１６０℃〜＋４０℃までの線膨張率を計測したところ、５８×１０−６／℃であった。
【００３０】
比較例２
二液混合熱硬化型ポリウレア系材料を混合・反応させながら基材に吹き付け、板状樹脂バリア材を得た。この板材からサンプルを切り出し、ＪＩＳＫ７１９７「プラスチック熱機械分析による線膨張率試験方法」に基づいて、−１６０℃〜＋４０℃までの線膨張率を計測したところ、９８×１０−６／℃であった。
【００３１】
図６は、実施例１〜実施例３及び比較例１（ガラス繊維含有量０）におけるガラス繊維含有量と線膨張係数の関係をまとめたグラフである。
【００３２】
【発明の効果】
本発明に係る樹脂バリア材は、高分子材料に強化繊維を混合した材料によって形成した無発泡樹脂層からなり、低温から常温に至る温度範囲での線膨張係数が５０×１０−６／℃以下となるように、前記高分子材料の種類および強化繊維の含有量を設定してあるので、低温貯槽のバリア形成材として好適である。すなわち、従来の低温貯槽に使用されている９％Ｎｉ鋼等の金属製バリアに比して低コストなバリアを形成することができる。しかも、吹き付け等の手段によって容易に形成することができることから、バリアの施工時間の大幅な短縮と施工コストの低減を図ることができる。
更に、本発明に係る樹脂バリア材の形成方法は、高分子材料と強化繊維を同時に吹き付けることによって該高分子材料と強化繊維が混合された無発泡樹脂層を形成するステップを含むので、高分子材料と強化繊維を予め混合する手間が不要であり、その結果、バリアの施工時間を一層短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る樹脂バリア材で形成したバリアを備える低温貯槽の一例を示す要部断面図である。
【図２】本発明に係る樹脂バリア材で形成したバリアを備える低温貯槽の他の例を示す要部断面図である。
【図３】ロービングを切断するチョッパーの一例を示す平面図である。
【図４】上記チョッパーの側面図である。
【図５】スプレーシステムの構成例を示す概略図である。
【図６】ガラス繊維含有量と線膨張係数の関係を例示したグラフである。
【符号の説明】
１，１０  内槽
２，２０  外槽
４  ２次バリア
１０  内槽（１次バリア）
２０  外槽
５１，５３  ドラム缶
５２，５４  予備タンク
５５  高圧スプレー機
５７  スプレーガン
【図１】
2004230615.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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