JPH0346304B2 - - Google Patents

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JPH0346304B2
JPH0346304B2 JP57130849A JP13084982A JPH0346304B2 JP H0346304 B2 JPH0346304 B2 JP H0346304B2 JP 57130849 A JP57130849 A JP 57130849A JP 13084982 A JP13084982 A JP 13084982A JP H0346304 B2 JPH0346304 B2 JP H0346304B2
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JP
Japan
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foam
axis
test
elongation
synthetic resin
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JP57130849A
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JPS5920655A (ja
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Hiroshi Tonokawa
Yasushi Ueda
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Dow Kakoh KK
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Dow Kakoh KK
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】
この発明はLNGあるいはLPG等の低温タンク
あるいはタンカーの断熱用として好適な低温断熱
用複合板に関する。その目的は極低温となして
も、クラツクの発生や、目地間が拡大せず寸法、
形状の安定性が高く、曲面にも添付けできる低
温、断熱用複合板を提案するにある。 従来、硬質ポリウレタン発泡体に合板等を積層
した複合板が低温用断熱材として用いられてい
た。ところが−100℃以下の極低温となると発泡
体が収縮し合板の木目に沿い目割れを生じ、これ
が内部の発泡体のクラツクを誘発させ、断熱性の
低下をもたらす欠点があつた。また、この欠点を
防止するために発泡体と合板との間に繊維層を介
装し合板の目割れを防止する提案(実開昭56−
110925号)もある。しかし、この方法によつても
発泡体内部の収縮応力の吸収が不充分で発泡体内
のクラツク発生を完全に防止することはできな
い。また、合板を積層した複合板は曲面とするこ
とが困難で、球形、筒形等の断熱面を形成できな
い欠点があつた。 この発明は上記問題点に着目してなされたもの
であり、その要旨は硬質合成樹脂発泡体の少なく
とも片表面に合板またはガラス繊維もしくは合成
繊維で補強された合成樹脂層を積層一体化して構
成してなり、該発泡体は密度が35〜100Kg/m3
厚さ方向をY軸、巾、長さ方向をX軸、Z軸とし
たときY軸方向の水蒸気透過率Py≦1.5〔g/m2
hr〕、X軸、Y軸方向の破断伸び率Ex、Eyが60
≧Ex≧8、60≧Ey≧8(%)の発泡体層が用け
てある低温断熱用複合板である。 この複合板は硬質合成樹脂発泡体を断熱層とす
るが、巾、長さ方向の伸度が8〜60%の高伸度の
発泡体層を設け積層板となして極低温となして
も、その収縮応力は高伸度発泡体層内で吸収緩和
しクラツクが発生しない、その収縮は積層した合
板またはガラス繊維もしくは合成繊維で補強され
た合成樹脂層の収縮能に拘束されて低減し被断熱
体の線膨張係数に近づくため敷設した場合目地が
開き難く、欠陥がない断熱層を形成できる。合成
樹脂層として反応型合成樹脂(例えばウレタン系
2液型接着剤)を発泡体に塗付して、押圧又は挟
持状態で形成、硬化を行うならば、円筒形、球面
形等の曲面にも成形でき、硬化した合成樹脂層の
剛性も加わつて、保形性も優れているので、曲面
の断熱が容易かつ確実となる。また同時に軽量で
ありながら圧縮強度が高く取付施工性が優れ、ク
リープ抵抗が高く長期高荷重の負荷に耐えること
ができるので、特にLNGタンク底部や側壁等大
面積の断熱層形成に好適である。 以下、この複合板を図面を用いて説明する。 第1図において、ポリスチレンからなる硬質合
成樹脂発泡体1(以下単に発泡体と略称する)の
片表面に合板またはガラス繊維もしくは合成繊維
で補強された合成樹脂層からなる層2(以下、表
面材という)が接着剤3を介して積層一体化し低
温断熱用複合板4(以下単に複合板と略称する)
が構成されている。 第2図においては、発泡体1の両表面に表面材
2,2を接着剤3,3を介して積層一体化し複合
板4が構成されている。 この2つの複合板4を構成する発泡体1は密度
が35〜100Kg/m3、厚み方向をY軸方向とした場
合、これに直交するX、Z軸方向の破断伸び率
Ex、Eyはそれぞれ、8%〜60%の範囲にあり、
Y軸方向の水蒸気透過率Py≦1.5〔g/m2・hr〕、
でなくてはならない。密度が35Kg/m3未満では低
温断熱用として充分な耐圧縮特性、耐クリープ
性、断熱性および耐透湿性を付与することができ
ない。100Kg/m3以上は剛性が高くなり、Ex、Ez
を8%以上とすることが困難となる。耐圧縮特性
から密度は40Kg/m3以上がより好ましい。水蒸気
透過率Pyは1.5以下である。長期的な断熱性能の
維持を重視するならばPyは1.0以下であれば一層
好適である。伸び率Ex、Ezは8〜60%である。
8%未満では低温時の収縮力の吸収緩和が不充分
であり、60%以上は水蒸気透過率や発泡体の機械
的性能の低下が大きくなり好ましくない。通常40
%以下の伸び率があればこの発明の目的を達成で
きる。表面材としては、5〜20mmの合板、ガラス
繊維又は合成繊維からなるネツト等で補強をされ
た合成樹脂(0.3〜2mm)等が使用でき、目的に
応じて選択される。発泡体と合板の接着剤として
は接着力と低温特性にすぐれるポリウレタン系、
エポキシ系等が用いられ、合成樹脂層も上記系統
の発泡体と接着力を有するものを用いるのがよ
い。 この複合板は以上の構成であり、第1図の複合
板4を発泡体1を断熱すべき低温物体に添付け、
あるいは第2図の複合板4を片面の表面材2を低
温物体に添付けて断熱施工される。複合板には、
低温物体側が低温で反対側が外気温度の温度勾配
が生じる。従つて低温側と高温側との間に収縮差
が生じ発泡体1層に歪応力が作用するが、この歪
応力はEx、Ezにより吸収緩和され、発泡体のク
ラツク発生が防止される。また同時に表面材との
界面剥離も起らない。 この複合板の表面材2に繊維補強樹脂等を用い
るならば、発泡体のX軸、Z軸共に高い伸び率を
有しているために例えば、第1図、第2図の複合
板を第3図、第4図のごとく断面円弧形の曲面と
なし、円筒形タンク等の断熱面が形成できるし、
第5図のごとく球殻形の曲面となし球形タンク等
の断熱面を形成できる。 第6図は、片面に補強表面材2を有し、発泡体
層が第1図の如く一層では、断熱性能が不足する
場合、複数層(発泡体層1a、1b)とした実施態
様を示したものである。被断熱体の温度と断熱材
の性能および要求される断熱条件に応じて、発泡
層を接着剤で積層一体化して厚い断熱層を形成で
きる。接着剤は、低温特性にすぐれた例えばウレ
タン系やエポキシ系のものが好ましい。各発泡体
層間には必要な応じ、ガラス繊維等メツシユを挿
入して接着層を補強して使うこともできる。 本発明でいう硬質合成樹脂発泡体とは、ポリス
チレン、メチルメタクリレート、塩化ビニル等で
代表される硬質合成樹脂を素材とする発泡体をい
う。 中でも発泡体そのものに圧縮強度及び長期の耐
圧縮クリープ性を要求したいときは、スチレン系
樹脂を用い、それを公知の押出発泡方法で発泡し
た発泡体を用いた方が有益である。 ポリエチレン系押出発泡体を構成するポリスチ
レンは、スチレンを主成分とする樹脂であるが、
スチレンの代わりa−メチルスチレン、ビニルト
ルエン、クロルスチレン等他のスチレン系モノマ
ーであつてもよい。 また上記スチレン系モノマーに共重合可能なモ
ノマー、例えばアクリロニトリル、メタクリロニ
トリル、アクリル酸メチル、メタクリル酸メチ
ル、無水マレイン酸、アクリルアミド、ビニルピ
リジン、アクリル酸、メタクリル酸等を共重合し
たコポリマーが含まれる。 更に上記スチルン系ポリマーにその特性が損わ
れない程度に他のポリマーをブレンドしたものも
差し支えない。 スチレンを主成分とするポリスチレン系押出発
泡体は、独立気泡に富み、断熱性、透湿抵抗、圧
縮強度、長期耐圧縮クリープにすぐれ、水蒸気透
過率も小さい特徴を有するが一般に破断伸び率は
5%以下であり、本発明の複合板に用いるために
は、Ex、Ez方向に8〜60%の伸度を付与しなく
ては、極低温下での熱応力を吸収したり、円筒形
や球面形状への成形が困難である。 本発明の複合板用の断熱板は以下の如く、X軸
(長さ方向)、Z軸(巾方向)に圧縮することによ
つて達成できる。 第7図に示すごとく2組の上下対をなす挟持駆
動レベル6,7及び8,9との間に、駆動速度差
を設け、この間に発泡体10を送り込み、その速
度差で搬送方向、例えばX軸方向に圧縮加工を施
こす。 駆動速度差と加工の回数により、8〜60%の伸
度を付与できる。同様にZ軸方向にも圧縮して大
きい伸度の発泡体を得る。 この伸度により、低温下における発泡層中に発
生する熱歪の吸収と被断熱体の形状にそつて円筒
又は球面形状に押圧成形が可能となる。 この複合板(第1及び2図)を円筒形あるい
は、球形の複合板として使用する場合の加工手段
につき以下に記載する。 表面材として、発泡体との接着性にすぐれ低温
の機械的特性のすぐれた反応型合成樹脂をガラス
繊維メツシユ補強したものを選択する。 第7図の装置で押圧加工した発泡体(条件例
示:ポリスチレン系)にウレタン系2液型接着剤
を全面に塗付して次いで、補強層を置き、その上
から同様の接着剤を塗付して上記補強層を埋め、
この補強接着層が未硬化の状態で、複合板を被断
熱体の曲率と同様の曲率の円筒あるいは球面形の
型表面に押圧あるいは挟持して60〜90℃が好まし
くは70℃〜80℃に加熱した条件で合成樹脂を硬化
完了させた後冷却して脱型する。 合成樹脂層の硬化条件によつては、これを冷間
で行ない曲面形成することもできる。しかし60〜
90℃に加熱する方が硬化時間も短かく、発泡体の
曲げ歪の緩和も完全に行われ、より好適である。 本発明でいう各特性の測定方法及び評価は、以
下のようにして行つた。 (1) 密度;〔Kg/m3〕 発泡体から5cm×5cm×5cmの立方体を採取
し、重量〔g〕、体積(cm3)から算出し、5個
の平均値を密度(Kg/m3)とする。 (2) 圧縮強度;〔Kg/m3〕 密度を測定した5cm×5cm×5cmの試験片の
厚さ方向(Y軸方向)で、ASTM D1621に基
づき圧縮強度を測定し5個の平均値で表す。 圧縮歪率は5%とする。但し5%以内に降伏
現象が発生する場合は、降伏値を圧縮強度と
し、以下の基準で評価する。
【表】 (3) 破断伸び率〔%〕 引張強度測定法、ASTM D 1623 B法に
基づき指定の方向(X、及びZ)に、試験片を
引張り、破断した時の歪量(伸び量)〔mm〕を
測定し以下の式で計算し評価する。 試験片は各方向毎に合計5個を採取。 試験片;50mm×50mm×50mm 破断伸び率(Ex又はEz)=破断時
の伸び量〔mm〕/試験片の厚さ〔mm〕×100〔%〕 (4) 水蒸気透過率;WVTR〔g/m2・hr〕 25mm×80φの試験片3ケを採取し、ASTM
C 355に準じて測定する。25mm厚さでの
WVTRは次式で計算する。但し蒸留水を用い
る方法で行なう。 WVTR〔g/m2・hr〕=G/A・t G;重量変化〔g〕 t; 〃 Gの生じた時間巾(hr) A;透過面積(m2) (5) 熱伝導率の経時変化率 第8図に示すように押圧加工した製品を上部
より厚さ25mm、巾200mm、長さ200mmの試験片を
採取し、第9図に示す装置を用いて測定する。 断熱材12で囲んだ温度調節機13を備えた
容器11に27℃の水14を入れ、該容器の開口
部側を、前記の試料片15により、パツキン1
6を介して閉塞する。この際、試料片の下面と
容器内の水面との間は約30mmの距離を設けるよ
うに配置する。また、試験片15の上面は、循
環水口17及び18から循環される冷却水によ
つて2℃に冷却されている冷却板19に密着し
ている。このような状態を保つて14日間放置し
たのち、試料片の表面をガーゼで軽くふきと
り、ASTM C 518に従つてこのものの熱伝
導率λ′を測定し、あらかじめ試験前に同じ条件
下で測定した熱伝導率λとの変化の割合λ′/λ
を求め、次表に従つて評価する。
【表】 (6) パネル極低温抵抗性 50mm×300mm×300mmの試験板を採り、上下面
を切削仕上後、第10図のようにX軸、Z軸方
向を明示した試験発泡体21上下面に12mm×
300mm×300mmの合板(JAS規格品)23,24
をポリウレタン系2液型極低温用接着剤(住友
ベークライト社製:スミタツクEA90177)22
で接着し24時間×23℃の条件で0.5Kg/cm3の加
圧下で熟成硬化させて、試験用パネル20と
し、3枚を製作、試験する。 (1) 極低温:−160℃テスト 第11図に示すように上記試験用パネル2
0を−160℃±5℃に内部を温調した極低温
槽25の中に急激に入れ、5時間放置後常温
に急激に取り出し1時間放置する。この操作
を繰返し、4回行い、4回目に極低温槽25
から試験パネル20を取り出し直後試験発泡
板21の4つの面を観察しクラツクの有無と
発生した方向を確認する。1時間後に合板2
3,24、試験発泡板21の境界面にそつて
1コ歯型スライサーでスライスし、更に試験
発泡板21の内部に向つて約10mm厚さで5分
割したスライスサンプルを調整し、各々のス
ライスタンプル面に界面活性剤と着色用イン
クを混合した水を塗付し、サンプル表面のク
ラツクの有無と方向を調査記録する。 なお、極低温槽25内の温度コントロール
は、液体窒素ボンベ26から液体窒素配管2
7を介して槽内頂部の噴出ノズル29に導
き、ここで有孔ジヤマ板30に接触しながら
気化し、ガスは排出口32から出て槽内の温
度を下げる。液体窒素は槽内の温度計31と
タイマーを連動させたコントロール装置によ
り流量自動調節弁28の開閉で液体窒素流量
が調節される。 (2) 極低温:−196℃テスト 第12図に示すように、上記の試験用パネ
ル20を断熱材33で密閉された液体窒素浸
漬装置34で試験する。 ステンレス製の深底トレー35に液体窒素
36を液体窒素ボンベから直接、液体窒素配
管27と液体窒素導入弁37を介して導入
後、上記試験用パネル20を急激に液体窒素
36内に充分浸漬するように入れ、鉄製サポ
ート39の上にあらかじめ液体窒素中で冷却
済の鉄製重錘38をのせ、30分間連続浸漬し
た後、上記試験パネル20をふん囲気中に取
り出し、通風しながら1時間放置する。この
操作を4回行い、極低温−160℃のテストで
行つたと同様の装置と方法で発泡体外面、内
面のクラツクの有無と方向を調査記録する。 各々のテスト温度条件について、3ケの試
験パネルの調査記録の結果をもとに以下の基
準に従つて評価する。
【表】
【表】 (7) 耐クリーブ性 試験発泡体から50mm×50mm×50mmの試験片を
8ケ採取する。その中から5ケを選び、厚さ方
向(Y軸)の圧縮強度をASTM D 1621に従
つて測定し、平均圧縮強度(Kg/cm3)を求めこ
れをσcとする。残つた3ケをクリーブ測定用試
験片45とし、第13図に示すように厚さ方向
の上下面に厚さ5mmの合板41,42を接着剤
43,44を介して加圧接着硬化したものをク
リープ測定用複合体40とする。クリープ測定
用試験片45の厚さ方向(Y軸)の厚さを正確
に1/100mmの単位まで計測しこの寸法をT0とす
る。 第14図に示すようにクリーブ測定用複合体
40をクリープ測定装置46の重錘架台48と
装置架台50の間に静かにセツトし、次いで上
記で求めた平均圧縮強度σcの1/3の値σc/3か
ら求められる5×5×σc/3Kgから重錘架台
48の重量W1を差引いた重錘W2(W2=25×
σc/3−W1)を衝撃を与えぬように静かに載
荷する。載荷直後にダイヤルゲーザ47の目盛
をゼロにセツトする。23℃×1000時間経過後の
ダイヤルゲージ47の目盛T1すなわち1000時
間のクリープ量(mm)を1/100mm単位で読み取
り、以下の式に従つてクリープ量(%)を求
め、下記の基準で耐クリープ性を評価する。 クリープ量(%)=T1/T0×100
【表】 実施例、比較例1 密度が35〜100Kg/m3、厚さ100mmのポリスチレ
ン押出発泡板(旭ダウ(株)社製;スタイロフオーム
)及びポリ塩化ビニル発泡板を第7図に示す押
圧装置で本文記載の製造方法に準じて、初めにX
軸方向(長さ方向)次いで、Z軸方向(巾方向)
に押圧加工した。この際第3表に示す押圧加工条
件の中、圧縮率と加工回数のみを適宜選択し、他
は同一条件で行い、高伸度を有する発泡板を作成
した。(実験No.1〜14) 比較のために、密度が28〜100Kg/m3のポリス
チレン押出発泡板(旭ダウ(株)社製;スタイロフオ
ーム 並びにポリ塩化ビニル発泡板の未加工のも
の及びX軸方向のみ加工したもの、X、Z軸共に
加工したものも作成した。 各々の発泡体について、本文記載の方法で、密
度X軸及びZ軸方向の破断伸び率、Y軸方向の水
蒸気透過率、熱伝導率の経時変化及び極低温抵抗
性(−160℃)に着目し、本文記載の方法と基準
で評価し、各々の結果とそれらを総合評価した結
果を第1表に示した。総合評価の基準は以下の行
つた。 ◎;すべての特性が○印のもの(最高水準を満た
すもの) ○;△印はあるが、○印が多いもの(本発明の目
的を満たすもの) ×;×印が1つでもあるもの(目的を達しないも
の) 第1表の結果によるとLNGタンク等の低温断
熱用発泡体は、硬質合成樹脂発泡体で密度が35〜
100Kg/m3、X軸、Z軸方向の破断伸び率が8〜
60%、Y軸方向の水蒸気透過率が1.5g/m2・hr
以下でなければならないとがわかる。
【表】 実施例、比較例2 この対比は、極低温下で高荷重の負荷が長期に
渉つてかかる場合の用途、例えばLLNG地下タン
ク内側断熱材の具備すべき特性を究明するという
観点からなされた実験例である。即ち、密度が35
〜100Kg/m3セルサイズ0.6〜0.1mm厚さ100mmとポ
リスチレン押出発泡板(旭ダウ(株)社製;スタイロ
フオーム )を第7図に示す押出装置で本文記載
の製造方法に準じて、初めにX軸方向(長さ方
向)次いでZ軸方向(巾方向)に押出加工した。
この際、第3表に示す押圧加工条件の中圧縮率と
加工回数のみを適宜選択し、他は同一条件で行
い、密度、圧縮強度、破断伸び率、水蒸気透過
率、熱伝導率の経時変化率、パネル極低温抵抗
性、耐クリープ性等の評価を行うための素材を作
成した。(実験No.15〜28) 比較のために、密度が28〜100Kg/m3のポリス
チレン押出発泡板(旭ダウ(株);スタイロフオーム
)の未加工のもの及びX軸方向のみ加工したも
の、X、Z軸共に加工したものも製造した。又発
泡体素材の比較のため、市販のポリスチレンビー
ズ発泡板、ポリ塩化ビニル押出発泡板及び成型板
(厚さ;20mm)ポリメチルメタクリル酸押出発泡
板(旭ダウ(株)試作品;厚さ20mm)の加工したもの
としないもの及び一般用硬質ポリウレタン(No.
47)LNG地下タンク断熱材料として処方された
半硬質ポリウレタン(No.48〜50)を加えて評価材
料とした。 各々の発泡体について、本文記載の方法で、密
度X軸及びZ軸方向の破断伸び率、Y軸方向の水
蒸気透過率、熱伝導率の経時変化、Y軸方向の圧
縮強度と耐クリープ性、及び極低温抵抗性(−
160℃と−196℃)に着目し、本文記載の方法と基
準で評価し、各々の結果とそれらを総合評価した
結果を第2表に示した。総合評価の基準は、以下
で行つた。 ◎;すべての特性が○印のもの(最高水準を満た
すもの) ○;△印はあるが、○印の多いもの(本発明の目
的を満たすもの) ×;×印が1つでもあるもの(目的を達しないも
の) 第2表の結果によると、本発明のLNG等のタ
ンクの内側断熱材用とする目的を満たす発泡体
は、ポリスチレン系押出発泡体で密度が35〜100
〔Kg/m3〕、X軸、Z軸方向の破断伸び率が8〜60
%、Y軸方向の水蒸気透過率が1.5〔g/m2・hr〕
以下でなければならないことが判る。更にLNG
地下タンクの断熱材としたの機能を高め、−196℃
の液体窒素の保冷材として考え他の特性も最高水
準にある本発明の発泡体では、密度が40〜100
〔Kg/m3〕、X軸及びZ軸方向の破断伸び率Ex、
Ezが12〜40%、Y軸方向の水蒸気透過率が1.0
〔g/m2・hr〕以下でなければならないことが判
る。
【表】
【表】 第3表 加工条件 加工までのエージング日数 :1日 加工厚さ :100mm 加工速度(入口ベルト) :12mm/sec 圧縮率(出入口ベルト速度比) :1.05〜1.33 押圧距離(入、出口ベルト軸間距離) :200mm 押圧固定時間 :3.6秒 加工回数 :1〜3回
【図面の簡単な説明】
第1図、第2図はそれぞれこの発明になる複合
板の断面図、第3図、第4図はそれぞれ第1図、
第2図の複合板を円筒形状に曲げ加工した状態の
斜視図、第5図は第1図の複合板を球面形状に曲
げ加工した状態の斜視図、第6図は第1図の複合
板において、断熱材の厚みを要求される場合、断
熱層を複数層に形成した実施態様を示す断面図、
第7図は発泡体を圧縮し高い伸び率を付与する状
態を示す模式図、第8図は熱伝導率の経時変化率
測定のためのサンプリング位置と寸法を示す図、
第9図は熱伝導率の経時変化特性を評価するため
の加速吸湿させるための装置の原理図、第10図
は極低温抵抗性評価用パネルを示す図、第11図
と第12図はパネルでの極低温抵抗性を評価する
ための装置の原理図で、第11図はマイナス160
℃のふん囲気でのテスト装置用、第12図は液体
窒素中への浸漬テスト装置を示す模式図、第13
図はクリープ量を測定するための複合体を示す
図、第14図はクリープ測定装置を示す模式図で
ある。 1……発泡体、2……表面材、3……接着剤、
4,4′……複合板、5……補強繊維層、6,7,
8,9……挟持駆動ベルト、10……発泡体、1
1……容器、12……断熱材、13……温度調節
器、14……水、15……試験片、16……パツ
キン、17,18……循環水出入口、19……冷
却板、20……極低温抵抗性試験パネル、21…
…試験発泡体、22……ウレタン系極低温用接着
剤、23,24……合板、25……極低温槽、2
6……液体窒素ボンベ、27……液体窒素配管、
28……液体窒素流量自動調節弁、29……液体
窒素噴出ノズル、30……有孔ジヤマ板、31…
…温度計、32……窒素ガス排出口、33……断
熱材、34……液体窒素浸漬試験装置、35……
深底トレイ、36……液体窒素、37……液体窒
素導入弁、38……鉄製重錘、39……鉄製サポ
ート、40……クリープ測定用複合体、41,4
2……合板、43,44……接着剤、45……ク
リープ測定用試験片、46……クリープ測定装
置、47……ダイヤルケージ、48……重錘架
台、49……重錘、50……クリープ測定装置架
台。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 硬質合成樹脂発泡体の少なくとも片表面に合
    板またはガラス繊維もしくは合成繊維で補強され
    た合成樹脂層を積層一体化して構成されてなり、
    該発泡体は密度が35〜100Kg/m3厚さ方向をY軸、
    巾、長さ方向をX、Z軸としたときY軸方向の水
    蒸気透過率Py≦1.5〔g/m2・hr〕、X軸、Z軸方
    向の破断伸び率Ex、Ezが60≧Ex≧8、60≧Ex
    ≧8(%)の発泡体層が設けてあることを特徴と
    する低温断熱用複合板。
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