热绝缘结构材料以及使用其的低温和超低温液化气载体
技术领域
本发明涉及具有热绝缘性能和结构材料性能的热绝缘结构材料，以及包含所述热绝缘结构材料的低温和极低温(cryogenic)液化气载体，且更尤其涉及一种热绝缘结构材料以及包含所述热绝缘结构材料的低温和极低温液化气载体，所述热绝缘结构材料可通过连接部分的结构改进来最小化或防止热桥接，可通过包含安置在热绝缘结构的核心层内部的真空绝缘体的中间层来提高热绝缘性能，可通过使用具有良好结构性能的非起泡聚合物材料来形成核心层来提高结构硬度，且可通过形成核心层以均匀地包围真空绝缘体的整个外表面来防止气体穿过真空绝缘体，同时提高耐火性。
背景技术
一般来说，复合层压结构材料通过将弹性体注入到密封金属箱中来生产，且用作用于建造的混凝土结构材料和用于造船的钢结构材料的替代物。
韩国专利第10-0742033号公开一种复合层压结构材料。然而，在所述专利中公开的这一复合层压结构材料具有以下问题：
第一，复合层压结构材料是主要设计成承受较重的重量和冲击的结构材料，且因此作为热绝缘体具有限制性。也就是说，由于复合层压结构材料具有构成金属箱的第一金属层和第二金属层接合到具有相对较高密度的聚合物(弹性体)的中间层的结构，所以有可能在第一金属层和第二金属层中的每一个的整个表面上发生热桥接。
这里，热桥接指的是以下现象：热绝缘结构材料的中断部分(也就是说，结构材料的端部)具有比结构材料的其它部分更低的低温，且大量热流经结构材料的端部，从而导致极低温货物(例如液化气(LNG或LPG))的热绝缘显著降低。举例来说，当热绝缘结构材料包含在厚度方向上穿过其的高度导热金属时，相当大量的热流经所述金属。
在复合层压结构材料中，由于第一金属层和第二金属层具有非常高的热导率，所以由聚合物(弹性体)形成的中间层负责大部分热绝缘。
然而，本领域中常用的弹性体(在20℃下)具有约0.17瓦/米·度(W/m·K)到约0.18瓦/米·度的热导率(k值)，这甚至不与例如气凝胶的普通绝缘体或真空热绝缘体相当，且具有比本领域中最常用的有机或无机绝缘体(热导率：0.030瓦米·度到0.045瓦米·度)低得多的热绝缘性能。
甚至在当今，也不存在提供热绝缘和结构完整性两者的热绝缘结构材料(或复合面板)，且本领域中已知的大部分热绝缘结构材料仍具有上文所描述的问题，且因此在应用于储存较重和低温货物(例如，液化气)的货舱时具有技术限制性。
对于典型热绝缘结构材料，使用由金属材料形成的周边条来维持结构刚度。然而，金属的高热导率可能导致热桥接且因此导致热绝缘性能显著降低。
为了解决这一问题，可考虑如图1的(a)中所示出的面板型(panel-type)热绝缘结构材料。面板型热绝缘结构材料具有一结构，在所述结构中，由金属材料形成的周边条(5)安置在下部金属板(3)中的对应一个与上部金属板(4)中的对应一个之间，聚氨酯层(7)形成于下部金属板(3)中的对应一个与上部金属板(4)中的对应一个之间，且抗热桥接部件(6)形成于一对相邻上部金属板(4)中的每一个的端部处以连接所述一对相邻上部金属板(4)以防止热桥接。
这里，术语“面板型”意指通过一方法来完成装配工作，在所述方法中，将修整绝缘结构材料布置成彼此相邻，随后通过焊接或其它紧固方法来使所述绝缘结构材料彼此连接。
然而，尽管存在抗热桥接部件(6)，但仍可预期导致热绝缘显著降低的热桥接因抗热桥接部件(6)的两个端部处和上部金属板(4)的端部处的热聚集(如由图1的(b)的箭头所指示)以及通过周边条(5)的热传递(如由图1的(b)的点线箭头所指示)而发生。
此外，还可考虑如图1的(c)中所示出的覆叠类型热绝缘结构材料。覆叠类型热绝缘结构材料在现场制造且具有周边条(5)和上部金属板(4)层压在单个共同下部金属板(3)上的结构。也就是说，周边条(5)中的每一个安置在上部金属板(4)中的对应一个的端部处和下部金属板(3)上，且聚合物层(7)形成于下部金属板(3)与每一个上部金属板(4)中之间，其中周边条(5)由金属形成。
然而，在覆叠类型热绝缘结构材料中，可预期导致热绝缘显著降低的热桥接因通过金属周边条(5)传递的热流动(如由点线箭头所指示)而发生。
通常用于现有技术中或由本发明人考虑的前述技术具有以下问题：
1)热桥接发生。
用来构成金属箱(在其中形成聚合物层的空间)的金属周边条因作为其材料的金属的性质而导致严重热桥接，且因此在冷空气从极低温舱快速外流或在火灾的情况下相对侧的温度急剧升高中起到主要作用。
当在热绝缘结构材料中使用普通金属周边条时，由金属周边条之间的连接产生的热桥区域占据热绝缘结构材料的总面积的约3％到7％。假定使用最常见的钢，热桥区域中的热导率通常高达热绝缘结构材料的核心处的热导率的约80倍到100倍。一旦在热绝缘结构材料的一侧上产生的热传递到另一侧，热传递就通过具有高热导率的金属板加速。因此，另一侧的面积的约20％到40％展现不良热绝缘。
因此，非起泡聚合物类结构材料通常需要在其外表面上使用防火材料或防火涂料来涂布。
2)真空热绝缘体在应用于热绝缘结构材料时具有技术限制性。
首先，真空热绝缘体非常不适于用作结构材料。真空热绝缘体具有约50兆帕(MPa)到约80兆帕的弹性模数，这低到钢的弹性模数的约3,000倍。因此，不可能单独使用真空热绝缘体来制造建筑物的铺地材料或船舶的极低温舱。
此外，在热绝缘方面，真空热绝缘体具有以下缺点：当真空热绝缘体的涂层因外部冲击而受损时，真空热绝缘体的热绝缘性能因外部空气的侵入而显著降低。
真空热绝缘体的涂层用以有效地包围真空腔室中的内填充物，且因此由薄铝类涂层材料或具有类似于所述薄铝类涂层材料的性能的复合涂层材料形成。这种涂层非常易受外部冲击或刮擦损坏。此外，尽管存在外金属涂层，但外部空气或水分随时间推移逐渐渗透真空热绝缘体，从而导致热绝缘性能逐渐劣化。
3)起泡聚合物(例如，聚氨酯)非常易受火灾损坏。
现有的较大LPG或LNG载体使用起泡聚合物作为绝缘体以将货舱维持在极低温下。
使用致密非起泡聚合物可能导致热绝缘性能显著降低。为了解决这一问题，将起泡材料与聚合物混合以在聚合物的核心层内部形成膨胀结构。问题是用于LPG或LNG载体中的这种起泡材料非常易受火灾损坏且在燃烧时散发非常有害的气体。已经有许多涉及在岸上冷冻/冷储存仓库中以及在船舶中使用起泡聚合物的火灾危害案例。尽管建造期间的焊接火花可能导致起泡聚合物的问题，但即使在建造完成之后，起泡聚合物也有较易受火灾损坏的问题。
4)非起泡聚合物类结构材料因不良热绝缘性能而难以用作LPG或LNG载体的极低温舱的热绝缘体。
对于非起泡聚合物类结构材料，使用以密闭方式密封的金属箱来围封非起泡聚合物，且所述非起泡聚合物自身是无毒的并具有高阻燃性。因此，相较于起泡聚合物类结构材料，非起泡聚合物类结构材料在火灾的情况具有相对极大的优点。
也就是说，相较于起泡聚合物的表面，即使在注入到密封金属箱中的非起泡聚合物暴露于约300℃或大于300℃的温度持续几十分钟时，归因于非起泡聚合物的气密特性和其非常致密的密度(通常具有1.0或大于1.0的比重(specific gravity))，非起泡聚合物的表面仅有一部分碳化和燃烧。然而，非起泡聚合物类结构材料的热绝缘性能非常低，仅相当于普通EPS绝缘体的热绝缘性能的1/5到1/7。因此，非起泡聚合物类结构材料无法符合LPG或LNG载体的极低温舱的热绝缘要求，且因此难以用于这种极低温舱中。
5)非起泡聚合物类结构材料因低热绝缘性能而难以用于经受耐火性标准的结构中。
尽管比起泡聚合物类结构材料具有更好的耐火性，但归因于低热绝缘性能，非起泡聚合物类结构材料在110℃到180℃的温度下长时间维持其相对侧不暴露于火灾(这是普通耐火性标准)时具有限制性。
实际上，当用作建筑物的铺地材料(其需要维持耐火性至少2小时)时，使用非起泡聚合物的复合层压结构材料必定需要防火涂料或绝缘体的涂层，且因此难以用于经受耐火性标准的结构中。
6)通常来说，真空热绝缘体不适于用作防火绝缘体。
由于构成真空热绝缘体的核心材料(例如，烟雾状二氧化硅(fumed silica))具有类似于砂粒的性质，所以将真空热绝缘体视为在高温下不燃烧的不可燃材料，且完全可充当热绝缘体，只要即使在高温下也将其内部真空维持在一定程度即可。然而，如上文所描述，真空热绝缘体包含薄铝类涂层材料或具有类似于所述薄铝类涂层材料的性能的复合涂层材料以维持内部真空。这种复合涂层材料即使在温度略微升高时也容易变形，从而导致复合涂层的开裂或断裂且因此导致内部真空急剧减小。
因此，尽管具有远优于其它绝缘体的热绝缘性能，但真空热绝缘体不适于用作防火绝缘体。实际上，真空热绝缘体的最大可允许温度仅在约100℃到约150℃范围内，使得不可能使用真空热绝缘体作为防火绝缘体。
发明内容
技术问题
已经构想本发明以解决本领域中的这种问题，且旨在通过以下来提供可通常应用于各种领域(例如，低温货舱或建筑物的热绝缘系统，其要求热绝缘性能、结构性能以及耐火性)的热绝缘结构材料：第一，通过热绝缘结构材料的连接部分的结构改进来最小化或防止热桥接；第二，通过包含安置在热绝缘结构材料的核心层内部的真空绝缘体的中间层来提高热绝缘性能；第三，通过使用具有良好结构性能的非起泡聚合物材料形成核心层以均匀地包围真空绝缘体的整个外表面来提高结构硬度且防止气体穿过真空绝缘体；以及第四，在不使用单独防火涂料或绝缘体的情况下实质上提高自防火性能。
技术解决方案
本发明的实施例提供一种热绝缘结构材料。
根据本发明的一个方面，一种热绝缘结构材料包含：下部板；上部板，安置在下部板上方以与下部板分隔开恒定距离；中间层，任选地安置在下部板与上部板之间且包含热绝缘体；连接部分，设置到下部板和上部板中的每一个的远端以防止热桥接，同时确保结构紧固，且由金属层与非金属层的组合构成；以及核心层，安置在由下部板、上部板、任选的中间层以及连接部分限定的空间中。
也就是说，根据本发明，通过防止上部板与下部板经由具有高热导率的金属部件彼此直接连接来提高热绝缘结构材料的热绝缘效果。优选的是，在热绝缘结构材料之间的连接部分处，防止上部板与下部板经由具有高热导率的金属部件彼此直接连接。
热绝缘体可包含选自以下群组的至少一个：真空热绝缘体、气凝胶热绝缘体、有机和无机细长热绝缘体以及非晶热绝缘体。
此外，连接部分可具有层压结构，所述层压结构包含：
下部连接部分，固定到下部板且由金属材料形成；上部连接部分，固定到上部板且由金属材料形成；以及非起泡聚合物，插置在下部连接部分与上部连接部分之间作为中间连接部分。
另外，连接部分可具有阶梯结构，所述阶梯结构包含：
下部连接部分，固定到下部板且由金属材料形成；上部连接部分，固定到上部板以相对于下部连接部分成阶梯形且由金属材料形成；以及非起泡聚合物，插置在下部连接部分与上部连接部分之间作为中间连接部分。
另外，连接部分可具有填充阶梯结构，所述填充阶梯结构包含：
下部连接部分，固定到下部板且由金属材料形成；上部连接部分，固定到上部板以相对于下部连接部分成阶梯形且由金属材料形成；以及非起泡聚合物，插置在下部连接部分与上部连接部分之间作为中间连接部分，
其中在使用临时阻挡部件来阻挡下部连接部分与上部连接部分之间的间隙之后，非起泡聚合物在填充和固化核心层的过程中与核心层一体化。
另外，连接部分可使相邻热绝缘结构材料彼此连接且具有填充修整结构，所述填充修整结构包含：
下部连接部分，固定到下部板且由金属材料形成；上部连接部分，固定到上部板且由金属材料形成；以及非起泡聚合物，插置在下部连接部分与上部连接部分之间作为中间连接部分，
其中上部连接部分可拆卸地联接到上部板；且非起泡聚合物通过以下步骤与核心层一体化：将液体非起泡聚合物注入到上部连接部分与下部连接部分之间的空间中，随后使液体非起泡聚合物固化。
另外，连接部分可具有螺栓紧固结构，其中：
下部板和上部板中的每一个包含沿其周边安置且竖直地穿透下部板或上部板的多个紧固孔，使得连接部分联接到紧固孔以使热绝缘结构材料联接到子结构。
构成连接部分的非金属层可具有热绝缘体和连接器以提高热绝缘和结构性能。
热绝缘结构材料可进一步包含一空间(下部板与上部板之间的空间)中的中间层，
其中中间层可具有选自以下群组的至少一个结构：中间层安置在上部板的下部表面上的结构、中间层安置在核心层内部的结构、以及中间层安置在下部板的上部表面上的结构。
中间层可包含真空热绝缘体，且，
在中间层安置在上部板的下部表面上的结构中，中间层相对于上部板是可滑动的。
连接器可固定在上部板与下部板之间。
核心层可通过以下步骤气密地附着到空间的内表面：使用液体非起泡聚合物来填充空间，随后使非起泡聚合物固化以保护真空热绝缘体不受外部冲击，同时维持真空热绝缘体的结构硬度。
非起泡聚合物可包含非起泡聚氨酯，优选地包含具有200兆帕或大于200兆帕的弹性模数的聚合物。
中间层可基本上由真空热绝缘体组成且可进一步包含选自以下群组的至少一个：真空热绝缘体表面保护材料、加强热绝缘体以及滑动材料。
真空热绝缘体可插置在核心层与上部板之间以具有热绝缘性能；
真空热绝缘体表面保护材料可插置在真空热绝缘体与上部板之间以防止对真空热绝缘体的涂层的损坏，且
滑动材料可允许中间层相对于上部板滑动。
核心层可非常紧密地接合(附着)到由下部板、上部板以及连接部分限定的箱式空间的内表面。核心层可气密地接合到真空热绝缘体以包围和保护真空热绝缘体。
核心层可在其中具有减重部件。
热绝缘结构材料可具有面板类型(panel type)结构和覆叠类型(overlay type)结构中的至少一个结构；在所述面板类型结构中，一个上部板安置在一个下部板上以使相邻热绝缘结构材料彼此连接；在所述覆叠类型结构中，数个上部板呈格子形状安置在一个下部板上。
在覆叠类型结构中，连接部分可包含：下部连接部分，固定到下部板且由金属材料形成；上部连接部分，固定到上部板且由金属材料形成；以及非起泡聚合物，插置在下部连接部分与上部连接部分之间。
一般来说，对于起泡聚合物所应用于的LPG或LNP薄膜货舱，各自具有200毫米到500毫米的厚度的热绝缘箱在工厂中制造且附着到货舱，且具有良好低温性质的金属板或合成材料的涂层附着到热绝缘箱。这种薄膜结构要求热绝缘箱之间的10毫米到20毫米的设计容限。然而，由于热绝缘箱在老化期(其中热绝缘箱反复地经历收缩/膨胀)受高于容限的严重尺寸偏差的影响，所以将热绝缘箱之间的间隙设定为大于或等于设计容限的大小。
也就是说，在热绝缘箱之间不可避免地存在相当大的间隙。因此，在气体泄漏时可能通过间隙发生显著的热桥接，且相当大量的气体可能累积在间隙中。
根据本发明，可在不具有这种间隙的情况下形成气密结构，且采用这种气密结构的低温和超低温货舱比薄膜类型货舱在热绝缘和稳定性方面展现好得多的性质。
另外，在使用起泡聚合物来制造热绝缘箱时，由于构成热绝缘箱的胶合板接合到具有易受损坏的结构的起泡聚合物，所以胶合板常常因晃动冲击而受损。也就是说，这一现象与以下原理相同：在向放置在刚性石板上的胶合板施加冲击时，胶合板可能经按压但不容易破损，而在向放置在床上的胶合板施加冲击时，胶合板可能破损。
尽管使用具有约60千克/立方米(kg/m3)到约400千克/立方米的密度的高密度起泡聚合物来防止这一问题，但热绝缘箱仍因其中的气胞(gas cell)而易受晃动冲击损坏。
根据本发明，由于应用于核心层的非起泡聚合物是通常具有900千克/立方米或大于900千克/立方米的密度的高密度材料，所以非起泡聚合物可有效地保护包含安置在核心层上的热绝缘体的中间层不因晃动而损坏。
根据本发明的另一方面，一种热绝缘结构材料可包含：金属上部板；金属下部板，与金属上部板分隔开预定距离以在所述金属上部板与所述金属下部板之间限定空间；真空热绝缘体，插入到金属上部板与金属下部板之间的空间中；以及非起泡树脂，包围整个真空热绝缘体且紧密地接合到金属上部板和金属下部板。
有利效果
如上文所描述，本发明具有以下效果：
1)热绝缘结构材料具有轻量且非常坚固的结构。也就是说，所述热绝缘结构材料具有作为由上部金属板和下部金属板以及核心层构成的复合层压结构材料的功能。
上部金属板和下部金属板可承受施加于整个结构的巨大平面内应力；整个结构可归因于构成热绝缘结构材料内部的核心层的非起泡聚合物的作用而进行复杂单个行为；且横截面的数目因对应于核心层的厚度的分隔结构而增加，由此提供非常有效的结构材料。此外，由于非起泡聚合物不易受冲击损坏，所以根据本发明的热绝缘结构材料可有效地吸收外部冲击。
2)非金属层，例如非起泡聚合物(中间连接部分)，安置在上部连接部分与下部连接部分之间以有效地防止热桥接，且在填充和固化液体非起泡聚合物以形成核心层的过程中与由非起泡聚合物形成的核心层一体化，由此通过热绝缘结构材料的提高的气密性和接合力确保足够的结构硬度和热绝缘性能。
特定来说，包含真空热绝缘体的中间层可形成于核心层内部，所述核心层气密地或液密地接合到箱式空间的内表面且均匀地包围真空热绝缘体，由此进一步提高热绝缘结构材料的结构硬度。
在根据本发明的热绝缘结构材料中，上部结构是由能够防止极低温液化气泄漏的金属材料覆盖的气密结构，且通过气密接合结构展现极佳结构性能。在具有这种气密接合结构的情况下，热绝缘结构材料具有良好结构性能。此外，由非起泡聚合物(特定来说，非起泡聚氨酯)形成的核心层具有约900千克/立方米的密度和大于200兆帕的弹性模数，且经由气密接合结构通过包围真空热绝缘体以防止气体穿过真空热绝缘体来保护所述真空热绝缘体，由此使得能够在长时间使用之后维持热绝缘性能。
此外，热绝缘体安置在非金属层(中间连接部分)内部，由此更有效地防止热桥接。
特定来说，由于用作核心层的材料的非起泡聚合物允许实质上无空气渗透且比在其中含有气泡的典型起泡聚氨酯具有更高的接合强度和拉伸强度(10倍到100倍)，所以显著提高了非起泡聚合物相对于上部金属板和下部金属板以及中间层(例如，真空热绝缘体)的机械强度和接合强度。当中间层包含真空热绝缘体时，热绝缘结构材料维持气密性，由此确保真空热绝缘体的半永久真空。
3)根据本发明的热绝缘结构材料的连接器的连接结构可分布在非常高的负载和较大结构移动下施加于超低温储存舱的热绝缘结构材料的应力，同时实质上提高热绝缘结构材料的结构性能。
也就是说，连接器的连接结构分布施加于超低温储存舱的热绝缘结构材料的应力，且允许所有金属箱、核心层以及中间层以相同方式表现，由此使得能够显著提高结构性能且有效地防止分层而不遭受局部弯曲。典型地，起泡聚合物因其中的气泡而具有若干千帕斯卡(kPa)的接合强度，而非起泡聚合物具有若干兆帕斯卡的接合强度，由此确保(即使使用具有小面积的连接器)防止分层的明显效果。
4)在根据本发明的热绝缘结构材料中，可在注入液体非起泡聚合物之前安置连接器。因此，随着核心层的液体非起泡聚合物固化，非起泡聚合物接合在连接器的整个外表面之上，由此，连接器可以楔形气密地接合到核心层，且可通过使接合面积增大其在平面视图中的面积的两倍或三倍来牢固地固持核心层，由此明显地提高连接器与核心层之间的耐久性和接合力。
5)采用根据本发明的热绝缘结构材料的LPG载体货舱不是独立的舱，且通过在船体上直接建造来设置到载体，由此通过去除典型独立舱与船体之间的较大无效空间来显著提高空间效率。
根据这一实施例，去除了无效空间且减小了典型起泡聚合物(厚度：约120毫米)和热绝缘保护材料的厚度，由此确保额外的巨大舱空间。
当维持现有船形时，货舱的体积增大约20％到约25％，且当维持现有货舱大小(DWT 84K)时，船体的整体大小(宽度、长度、高度以及类似物)可显著减小，由此通过降低约5％到10％的船舶重量和降低船形的系数来降低10％到20％的燃料消耗。
6)根据本发明的热绝缘结构材料可根本上防止在采用所述热绝缘结构材料制造LPG或LNG载体货舱时的火灾危险。
在耐火性和防火方面，非起泡聚合物比起泡聚合物材料具有更好的性质。特定来说，非起泡聚合物密封在箱式空间(由上部板和下部板以及连接部分限定)中且因此彻底防止直接暴露于火。
7)根据本发明的热绝缘结构材料展现非常良好的防火性能。也就是说，根据本发明的热绝缘结构材料在不使用单独防火涂料或热绝缘体的情况下具有很强耐火性。
注入到由上部金属板和下部金属板限定的封闭空间中的非起泡聚合物具有气密结构以允许即使在长时间暴露于高温之后也只在其表面上局部碳化。然而，由于非起泡聚合物具有高热导率，所以其难以在不使用单独防火涂料或热绝缘体的情况下在约110℃到180℃的温度(这是典型防火基准)下维持非起泡聚合物的相对侧。
根据本发明，即使在真空热绝缘体的涂层因高温而变形或受损时，非起泡聚合物的核心层也气密地保护真空热绝缘体，由此维持真空热绝缘体的热绝缘性能。
因此，由于非起泡聚合物的相对侧在相当长时间内满足防火基准，所以根据本发明的热绝缘结构材料在不使用单独防火涂料或热绝缘体的情况下具有很强耐火性。
8)根据本发明的热绝缘结构材料在减小振动和噪音方面非常有用。由于核心层由比金属或混凝土材料更柔性的材料构成，所以所述热绝缘结构材料具有显著减震效果。
此外，真空热绝缘体内部的真空结构提供减小振动和噪音的极佳效果。
根据第7)项和第8)项，当应用于船舶的住宅区域或应用于建筑物的墙的底部时，根据本发明的热绝缘结构材料在建造、空间利用以及住宅质量方面具有极佳效果。
9)根据本发明的热绝缘结构材料使得能够通过简化使用所述热绝缘结构材料来制造的LNG或LPG载体的货舱结构来极大降低劳动力和制造成本。
典型独立舱插入类型要求独立舱和支撑独立舱的船体的相当大的结构构造，而本发明通过将热绝缘结构材料直接建造到侧壳体而不是在侧壳体上安设内壁来采用一个船体结构，由此使得能够极大降低制造成本。
10)在使用根据本发明的热绝缘结构材料来制造LPG载体的货舱时，所述热绝缘结构材料可减少特殊低温铁板的使用，由此使得能够极大降低制造成本。
由于LPG舱通常维持在-50℃到55℃的温度下，所以有必要使用比普通钢板昂贵得多的特殊低温铁板来制造整个独立舱。
根据本发明，使用特殊低温钢来制造安置成接触液化气的上部板，而可使用普通铁板来制造安置成不接触液化气的下部板，由此将昂贵特殊低温钢的使用减少到常规独立舱的昂贵特殊低温钢的使用的约一半。此外，相较于使用具有12T的厚度的铁板的常规独立舱，根据本发明的LNG载体的货舱使用具有6T的厚度的特殊低温铁板和具有6T的厚度的普通铁板，由此使得能够极大降低制造成本。
11)根据本发明的热绝缘结构材料可减少制造LNG或LPG载体货舱的总持续时间。
归因于运输和安装方面的许多困难任务，常规独立舱插入类型要求通过大量劳动力投入来进行的复杂工艺，且消耗较长生产时间。相反，本发明使得能够创新地改进建造方法，由此使得能够明显减少总生产时间。
12)在根据本发明的热绝缘结构材料中，真空热绝缘体基本上安置在核心层与直接接触极低温液化气的上部板之间且由金属形成，且真空热绝缘体表面保护材料、加强热绝缘体以及滑动材料另外安置在真空热绝缘体上以通过阻挡超低温来将热绝缘结构材料的内部温度维持在核心层的可允许的温度(约-30℃到-70℃)或更高温度下，由此有效地防止超低温脆性断裂。
13)在根据本发明的热绝缘结构材料中，基本上由真空热绝缘体组成的中间层插置在由非起泡聚合物形成的核心层与直接接触极低温液化气的上部板之间且由金属形成，且滑动材料另外安置在中间层上以诱发上部板与中间层之间的滑动现象，由此通过实质上减小由上部板与核心层之间的热膨胀系数的差所引起的热应力或通过有效地阻挡热膨胀传递到热绝缘结构材料中来有效地防止焊接部分的热变形和损坏。
附图说明
图1是示出复合层压结构材料的热桥接现象的截面视图
图2是根据本发明的第一实施例的热绝缘结构材料的透视图
图3是图2中所示出的热绝缘结构材料的纵截面视图
图4是根据本发明的第二实施例的热绝缘结构材料的纵截面视图
图5到图7是示出在根据本发明的第一实施例的热绝缘结构材料中形成中间层的工艺的纵截面视图
图8到图10是示出在基本上由真空热绝缘体组成的中间层的真空热绝缘体上另外形成真空热绝缘体表面保护材料、滑动材料以及加强热绝缘体的工艺的纵截面视图
图11是安置在上部板与下部板之间的连接器的截面视图
图12是在其中具有减重部件的核心层的截面视图
图13是根据本发明的第三实施例的热绝缘结构材料的透视图
图14是图13中所示出的热绝缘结构材料的纵截面视图
图15到图26是具有填充阶梯结构的连接部分的热绝缘结构材料的截面视图
图27和图28是根据本发明的第四实施例的热绝缘结构材料的纵截面视图
图29和图30是根据本发明的第五实施例的热绝缘结构材料的纵截面视图
图31是根据本发明的第六实施例的热绝缘结构材料的透视截面视图
图32是根据本发明的第六实施例的热绝缘结构材料的纵截面视图
图33是根据本发明的第七实施例的热绝缘结构材料的纵截面视图
图34是根据本发明的第八实施例的热绝缘结构材料的纵截面视图
图35是根据本发明的第九实施例的热绝缘结构材料的纵截面视图
图36是根据本发明的第十实施例的热绝缘结构材料的纵截面视图
图37是根据本发明的第十一实施例的热绝缘结构材料的纵截面视图
图38是示出图37中所示出的相邻的热绝缘结构材料之间的连接的纵截面视图
具体实施方式
下文中将参考附图详细描述本发明的实施例。
参考附图，根据本发明的实施例的热绝缘结构材料包含：下部板(10)；上部板(20)，安置在下部板(10)上方以与下部板(10)分隔开恒定距离；中间层(50)，插置在下部板(10)与上部板(20)之间且包含热绝缘体；连接部分，设置到下部板(10)和上部板(20)中的每一个的远端且由金属层与非金属层的组合构成；以及核心层(40)，安置在由下部板(10)、上部板(20)、中间层(50)以及连接部分限定的空间中。
根据这一实施例的非起泡聚合物包含非起泡聚氨酯。
连接部分充当上部板和下部板中的每一个的周边，且确保连接到热绝缘结构材料中的每一个的部件之间或热绝缘结构材料之间的结构紧固，以防止热桥接，同时确保结构紧固。
连接部分可独立于上部板(20)和下部板(10)，可与所述上部板(20)和所述下部板(10)一体地形成，或可形成为所述上部板(20)和所述下部板(10)的部分。
连接部分可具有20毫米到300毫米的宽度；热绝缘体可具有0.01瓦/米·度或小于0.01瓦/米·度的热导率。
核心层(40)用以传递上部板(20)与下部板(10)之间的剪切力。
核心层(40)接合到上部板(20)和下部板(10)以具有足够的接合强度，且包含例如非起泡聚合物的材料，所述材料在使用时相对于可预期的剪切力而展现足够的机械性质。
非起泡聚合物可包含聚氨酯、环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯、乙烯基酯、天然橡胶以及合成橡胶，优选地包含聚氨酯树脂。
核心层(40)与上部板(20)和下部板(10)之间的接合强度可大于3兆帕，优选地大于6兆帕。
在低负载应用(如在通常具有1.4千帕到7.2千帕的使用和占用负载的地板面板中)时，其之间的接合强度可低于例如约0.5兆帕。
核心层(40)可具有900千克/立方米或大于900千克/立方米的密度、优选地具有900千克/立方米到1,900千克/立方米。
核心层可具有200兆帕或大于200兆帕的弹性模数、优选地具有300兆帕或大于300兆帕。
根据本发明的热绝缘结构材料可具有面板类型(panel type)结构和覆叠类型(overlay type)结构中的至少一个结构；在所述面板类型结构中，一个上部板安置在一个下部板上以使相邻热绝缘结构材料彼此连接(参见图2到图32)；在所述覆叠类型结构中，数个上部板呈格子形状安置在一个下部板上(参见图33和图34)。
面板类型结构可应用于各自具有一定大小且装配在建造现场上的制造为单元或模组的热绝缘结构材料，且覆叠类型结构可应用于直接制造在建造现场上的热绝缘结构材料。
根据本发明的热绝缘结构材料还可具有面板类型结构与覆叠类型结构的组合结构。
在面板类型结构中，热绝缘结构材料可取决于连接部分的形状而划分如下。
面板类型热绝缘结构材料包含：①块状层压结构的连接部分所应用于的热绝缘结构材料(100)(参见图2和图3)；②填充层压结构的连接部分所应用于的热绝缘结构材料(200)(参见图4)；③块状阶梯结构的连接部分所应用于的热绝缘结构材料(300)(参见图13到图26)；④填充阶梯结构的连接部分所应用于的热绝缘结构材料(400)(参见图27到图28)；⑤填充修整结构的连接部分所应用于的热绝缘结构材料(500)(参见图29和图30)；以及⑥螺栓紧固结构的连接部分所应用于的热绝缘结构材料(600)(参见图31和图32)。
现在，将参考图2和图3描述块状层压结构的连接部分所应用于的热绝缘结构材料(100)(第一实施例)。
图2是根据本发明的第一实施例的热绝缘结构材料(100)的透视图，且图3是图2中所示出的热绝缘结构材料的纵截面视图。
根据本发明的第一实施例的热绝缘结构材料(100)包含：下部板(10)，由金属材料形成；上部板(20)，由金属材料形成且安置在下部板(10)上方，以与下部板(10)分隔开恒定距离且在上部板(20)与下部板(10)之间限定空间(S)；连接部分(130)，设置到下部板(10)和上部板(20)中的每一个的远端；以及核心层(40)，通过将核心层(40)的液体材料注入到由下部板(10)、上部板(20)以及连接部分(130)限定的箱式空间中来形成。
空间(S)填充有非金属层(例如，由非起泡聚合物或聚氨酯形成的核心层(40))且因此在制造热绝缘结构材料之后消失。
由于在以液相注入构成核心层(40)的非起泡聚合物之后所述非起泡聚合物往往会在固化期间略微膨胀，所以进行在注入期间通过将负载施加于上部板(20)来按压非起泡聚合物的工艺。归因于非起泡聚合物的这种特性，本发明具有以下优点：空间(S)非常气密地填充有核心层(40)。
下部板(10)和上部板(20)可以平坦结构形成，且可由例如SUS、因瓦合金(Invar)以及类似物的金属材料或包含金属的复合材料形成。作为包含金属的复合材料的实例，用于LNG货舱的Triplex具有玻璃布和树脂包围薄铝板的结构，且在超低温下展现良好行为。
作为参考，SUS是“不锈钢(Steel Use Stainless)”的缩写且指示根据JIS的不锈钢标准。
直接邻接液化气的上部板(220)的上部表面可形成有多个波纹(未示出)。
在这一实施例中，连接部分可用以将热绝缘结构材料(100)固定到子结构(1)(参见图19)或用以使相邻热绝缘结构材料(100)彼此连接。
连接部分(130)可包含金属层与非金属层的混合。
作为参考，子结构(1)可以是船舶的货舱或独立类型舱体的一部分，或可包含建筑物结构的基座框架或板。应理解，提供子结构(1)的形状或结构以用于图示，且本发明不限于此。
连接部分(130)的形状不限于图中所示出的形状，且包含多边形或圆形条或棒形状、矩形框架形状或周边部件形状。连接部分(130)用以防止液体非起泡聚合物在注入时流动且防止用于形成核心层(40)的液体非起泡聚合物固化。
如图3的(a)中所示出，连接部分(130)可包含：下部连接部分(131)，由金属材料形成；上部连接部分(132)，由金属材料形成；以及非金属层(133)(例如，非起泡聚合物)，以与下部连接部分(131)和上部连接部分(132)相同的形状插置在下部连接部分(131)与上部连接部分(132)之间作为中间连接部分，以使下部连接部分(131)接合(附着)到上部连接部分(132)。因此，连接部分(130)可由金属层与非金属层的组合构成。
在连接部分(130)的形成中，下部连接部分(131)、上部连接部分(132)以及非起泡聚合物(133)可在通过单独工艺(未示出)形成之后通过彼此接合(或附着)来与彼此一体化。
举例来说，为了使下部连接部分(131)、上部连接部分(132)以及非起泡聚合物(中间连接部分)(133)彼此接合(或附着)，下部连接部分(131)和上部连接部分(132)中的每一个可以块状形状形成，且下部连接部分(131)与上部连接部分(132)之间的空间可填充有非起泡聚合物(133)，随后固化，由此形成呈一体化形状的连接部分(130)。
或者，如图3的(b)中所示出，连接部分(130)可包含：下部连接部分(131)，由金属材料形成；上部连接部分(132)，由金属材料形成；以及非金属层(133)(例如，非起泡聚合物)，以T形插置在下部连接部分(131)与上部连接部分(132)之间作为中间连接部分，以使下部连接部分(131)接合(附着)到上部连接部分(132)。
图4是填充层压结构的连接部分所应用于的热绝缘结构材料(200)的纵截面视图。
参考图4，除连接部分之外，根据第二实施例的热绝缘结构材料(200)具有与根据第一实施例的热绝缘结构材料(100)相同的结构。因此，以下描述将聚焦于连接部分(230)。
在根据第二实施例的热绝缘结构材料(200)中，连接部分(230)包含插置在下部连接部分(231)与上部连接部分(232)之间作为中间连接部分的非金属层(233)(例如，非起泡聚合物)。因此，连接部分(230)可由金属层与非金属层的组合构成。
在下部连接部分(231)和上部连接部分(232)分别安置在下部板(10)和上部板(20)上的情况下，在注入和固化液体非起泡聚合物以形成核心层(40)的过程中，非金属层(233)与核心层(40)一起形成于下部连接部分(231)与上部连接部分(232)之间，而不是如在第一实施例中那样以块状形状形成非起泡聚合物，由此使热桥接最小化，同时进一步提高热绝缘性能和结构性能。
图5到图7是示出在根据本发明的第一实施例的热绝缘结构材料(100)中形成中间层的工艺的纵截面视图。
在根据本发明的第一实施例的热绝缘结构材料(100)中，空间(S)形成于下部板(10)与上部板(20)之间，且中间层(50)可进一步安置在空间(S)中位于选自以下的至少一个位置处：上部板(20)的下部侧(参见图5)、核心层(40)内部(参见图6)，或下部板(10)的上部侧(参见图7)。在图6中，S1和S2指示间隔件或支撑薄膜且意指用于维持恒定间隙或支撑中间层(50)的部件。
中间层(50)可由单独的真空热绝缘体形成，其中所述真空热绝缘体可具有例如约5毫米到25毫米的厚度且插置在核心层(40)与上部板(20)之间，以通过阻挡超低温来将核心层(由非起泡聚合物形成)(40)维持在可允许的温度(-30℃到-70℃)或更高温度下，也就是说，维持在非起泡聚合物的可允许的温度范围中，由此有效地防止超低温脆性断裂。
根据这一实施例，中间层可包含选自气凝胶热绝缘体以及细长有机和无机热绝缘体的群组的至少一个，而不是真空热绝缘体，且还可包含非晶热绝缘体(气体、液体或凝胶类型热绝缘体)，所述非晶热绝缘体难以用于本领域中。
真空热绝缘体可具有约0.0045或小于0.0045的热导率(瓦/米·度，在20℃下)。气凝胶热绝缘体可包含阿斯彭(Aspen)气凝胶、Thermablock以及类似物，且可具有约0.015或小于0.015的热导率(瓦/米·度，在20℃下)。
真空热绝缘体包含核心、将核心包围在真空中的外覆层，以及插置在核心与外覆层之间且由铝形成的金属箔片。真空热绝缘体的结构在本领域中众所周知，且将省略对其的详细描述。
如图5中所示出，中间层(50)包含真空热绝缘体，且可安置成当中间层(50)安置在上部板(20)的下部侧处时在上部板(20)上滑动。
核心层(40)用以保护真空热绝缘体不受外部冲击且通过将液体非起泡聚合物注入到空间(S)中来形成，使得液体非起泡聚合物可气密地接合到空间的内表面以维持核心层的结构硬度。
参考图8到图10，中间层(50)基本上由真空热绝缘体(51)组成且可进一步包含真空热绝缘体(51)上的选自以下群组的至少一个：真空热绝缘体表面保护材料(52)、滑动材料(53)以及加强热绝缘体(54)。
真空热绝缘体具有约150千克/立方米到300千克/立方米的密度，这高于其它起泡热绝缘体的密度，且非常耐受压缩负载。然而，当真空热绝缘体的涂层刮擦或撕破而形成细小孔隙时，真空热绝缘体不利地遭受热绝缘性能的显著劣化。
根据这一实施例，考虑到真空热绝缘体的这种缺点，当上部板(20)和下部板(10)由金属板形成时，尖锐突起(未示出)可能因灰尘或异物而形成于上部板(20)的表面上，由此在真空热绝缘体(51)的涂层的制造期间导致所述涂层损坏。为了解决这一问题，将真空热绝缘体表面保护材料(52)安置在真空热绝缘体(51)上。真空热绝缘体表面保护材料(52)具有膜形状且保护真空热绝缘体(51)的涂层。
真空热绝缘体安置在核心层(40)与上部板(20)之间且具有热绝缘性能；且真空热绝缘体表面保护材料(52)安置在真空热绝缘体与上部板(20)之间以防止对真空热绝缘体的涂层的损坏；且滑动材料(53)允许中间层相对于上部板(20)滑动。
滑动材料(53)引导中间层(50)更平滑地滑动且可包含波纹状卡板、合成树脂薄片以及类似物。
滑动材料(53)可具有平滑表面。滑动材料(53)的更光滑表面引导超低温下的更高效滑动，由此有效地防止核心层(40)的超低温脆性断裂和由核心层(40)与上部板(20)之间的热膨胀系数的差所引起的热应力，所述上部板(20)由金属材料形成且直接接触极低温液化气。
由金属材料形成的上部板(20)与由聚氨酯材料形成的核心层(40)之间的热膨胀系数的差可引起热应力。
作为参考，热应力指的是因温度改变而产生于固体内部的应力。由聚氨酯材料形成的核心层(40)的热膨胀系数是由金属形成的上部板(20)的热膨胀系数的约4倍到10倍，且所述核心层(40)与所述上部板(20)之间的热膨胀系数的这种差产生热应力，由此导致结构材料的性能显著劣化。
根据这一实施例，考虑到这一问题，热绝缘结构材料可实质上减小归因于热膨胀系数的差的热应力，同时通过将滑动材料添加到中间层(50)的简单结构改变来有效地防止超低温脆性断裂。
中间层(50)的上部表面可以可滑动地邻接上部板(20)的下部表面，且中间层(50)的下部表面可接合到核心层(40)。
核心层(40)可非常紧密地接合到由下部板(10)、上部板(20)以及连接部分(130)限定的箱式空间的内表面以气密地包围和保护真空热绝缘体的整个表面，由此使得能够有效分布核心层(40)的压缩负载，同时允许结构材料展现其足够的功能。
在下部板(10)、上部板(20)、连接部分(130)、核心层(由非起泡聚合物形成)(40)以及中间层(50)之间的联接结构中，核心层(40)可气密地或液密地接合或附着到由下部板(10)、连接部分(130)以及中间层(50)限定的箱式空间的内表面。
由于核心层(40)可在固化过程中气密地或液密地紧密接合或附着到箱式空间的内表面，所以可在不使用单独接合剂的情况下实现核心层(40)的刚性联接。
连接部分(130)的下部连接部分(131)和上部连接部分(132)可通过焊接或螺栓紧固分别固定到下部板(10)和上部板(20)。
中间层(50)和上部板(20)不采用接合剂且可相对于彼此而维持在可滑动地接触的状态下。
为了实现热应力的显著减小且防止热应力传递，确保上部板(20)与上部板(20)下方的结构之间的滑动是重要的，且安置滑动材料(53)以引导所述上部板(20)与所述结构之间的更高效滑动。
此外，尽管未在图中示出，但在一个薄片的真空热绝缘体不满足绝缘设计标准的情况下，其它加强热绝缘体可与真空热绝缘体一起安置以满足绝缘设计标准。
此外，尽管未在图中示出，但可进一步添加冲击减轻器(impact reliever)(未示出)以便在热绝缘结构材料可能经受明显外部冲击时吸收传递到真空热绝缘体的冲击能。
图11是安置在上部板与下部板之间的连接器的截面视图。
参考图11，连接器(70)可安置在上部板(20)与下部板(10)之间。
通过连接器(70)的连接结构，上部板(20)在较强负载(例如，3兆帕或大于3兆帕)下连接到核心层(40)，由此可均匀地分布施加于热绝缘结构材料(100)的负载，且所有上部板(20)和下部板(10)以及核心层(40)相对于负载而在同一方向上移动，由此有效地防止分层，同时实现结构性能的显著提高。
参考图11的(a)，连接器(70)可在其上部端部处固定到上部板(20)且在其下部端部处固定到核心层(40)。
也就是说，连接器(70)包含穿透中间层(50)的空隙(穿孔)的板条(web)(71)和固定在核心层(40)内部的凸缘(72)。
参考图11的(b)，连接器(70)可在其两个端部处固定到核心层(40)。也就是说，连接器(70)的板条(71)可穿透中间层(50)的空隙(穿孔)且连接器(70)的两个凸缘(72)可固定在核心层(40)内部。
连接器的安设位置和形状不限于这些实施例，且可以不同方式修改。
为了防止通过连接器(70)进行热传递，连接器(70)可由具有低热导率的材料形成且可涂布有热绝缘材料。
图12是在其中具有减重部件的核心层的截面视图。
参考图12，核心层(40)可在其中设置有轻量部件(80)。轻量部件(80)可以是例如往复球(球体)的气泡核心。
轻量部件(80)可彼此相邻安置或可以恒定间隔布置。轻量部件(80)可由非起泡聚合物或具有与非起泡聚合物的亲和力的材料形成，以便确保与核心层(40)的紧密接合，但不限于此。
在具有轻量部件(80)密集地安置在核心层(40)内部的结构的情况下，热绝缘结构材料可实现减重且提高硬度和绝缘性能。
图13是块状阶梯结构的连接部分所应用于的热绝缘结构材料(300)的透视图，且图14是图13中所示出的热绝缘结构材料(300)的纵截面视图。
参考图13和图14，根据本发明的第三实施例的热绝缘结构材料(300)包含：下部板(10)，由金属材料形成；上部板(20)，由金属材料形成且安置在下部板(10)上方，以与下部板(10)分隔开恒定距离且在上部板(20)与下部板(10)之间限定空间(S)；连接部分(330)，设置到下部板(10)和上部板(20)中的每一个的远端且由金属层与非金属层的组合构成，以防止热桥接，同时确保结构紧固；以及核心层(40)，通过将核心层(40)的液体材料注入到由下部板(10)、上部板(20)以及连接部分(330)限定的待使用所述液体材料来填充的箱式空间中来形成。
在这个实施例中，连接部分(330)可包含：下部连接部分(331)，固定到下部板(10)且由金属材料形成；上部连接部分(332)，固定到上部板(20)以相对于下部连接部分(331)成阶梯形且由金属材料形成；以及非金属层(333)，通过例如用非起泡聚合物填充下部连接部分(331)与上部连接部分(332)之间的间隙来插置在下部连接部分(331)与上部连接部分(332)之间作为中间连接部分，以形成填充阶梯和块状连接结构。因此，连接部分(330)可由金属层与非金属层的组合构成。
非起泡聚合物(333)可在固化由非起泡聚合物形成的核心层(40)的过程中与核心层(40)一体化。
修整部件(340)包含位于其上部部分处的金属板(341)和形成于金属板(341)的下部表面上的非起泡聚合物块(342)。金属板(341)可通过焊接或螺栓紧固来固定到上部连接部分(332)。
尽管在这一实施例中通过焊接或螺栓紧固来进行联接，但应理解，本发明不限于此且可取决于设计条件或建造方法来采用其它联接方法。
图15到图26示出具有块状阶梯结构的连接部分的热绝缘结构材料(300)。在根据第三实施例的热绝缘结构材料(300)中，下部连接部分(331)可通过焊接或螺栓紧固来固定到由金属材料形成的下部板(10)的上部周边。接着，将多个间隔件(S1)合适地安置在下部板(10)的上部表面上且将中间层(50)(例如，真空热绝缘体)安置在间隔件(S1)上。
因此，下部板(10)与真空热绝缘体(50)通过间隔件(S1)彼此分隔开恒定距离以在所述下部板(10)与所述真空热绝缘体(50)之间限定一空间。接着，将多个间隔件(S2)安置在真空热绝缘体(50)上且将上部板(20)安置在间隔件(S2)上。上部板(20)在其周边处设置有上部连接部分(332)。
核心层(40)通过以下步骤形成：将液体非起泡聚合物注入到下部板(10)与上部板(20)之间的空间中，随后使液体非起泡聚合物固化，且非金属层(333)(例如，非起泡聚合物)形成于下部连接部分(331)与上部连接部分(332)之间作为中间连接部分。
真空热绝缘体可由外箔片和内填充材料(烟雾状二氧化硅或玻璃棉)构成且形成以维持真空，以便防止将空气/气体引入到所述真空热绝缘体中。特定来说，烟雾状二氧化硅类似于砂粒且由不可燃材料构成，且玻璃棉也可用作防火材料。
根据本发明的热绝缘结构材料(300)安置在子结构(1)(参见图19)上且具有与另一热绝缘结构材料(300)相邻安置的块状阶梯结构，且修整部件(340)、修整部件(350)固定在相邻热绝缘结构材料(300)之间。
修整部件(340)、修整部件(350)中的每一个包含安置在其上部部分处的金属板(341)和形成于金属板(341)的下部表面上的非起泡聚合物块(342)以成为阶梯形。金属板(341)可与上部板(20)具有相同厚度以与所述上部板(20)共面。尽管未在图中示出，但非起泡聚合物块(342)可通过注入和固化液体非起泡聚合物来形成。也就是说，非起泡聚合物块(342)可通过将液体非起泡聚合物注入和固化到金属板(341)下方的空间中来形成。
在这一实施例中，修整部件(340)、修整部件(350)可包含安置在四个热绝缘结构材料的相邻转角处的十字形修整部件(参见图22、图23以及图24)；以及安置在两个热绝缘结构材料的相邻边缘处的线形修整部件(350)(参见图24)。
在这一实施例中，子结构(1)可以是船舶的货舱或独立类型舱体的一部分，或可包含建筑物结构的基座框架或板。应理解，提供子结构(1)的形状或结构以用于图示，且本发明不限于此。
本发明的热绝缘结构材料装配件可应用于各种领域，例如船舶货舱、冷冻仓库、建筑物以及类似物的热绝缘系统，所述热绝缘系统需要同时进行结构材料功能和热绝缘功能两者。
在热绝缘结构材料(300)的安设中，热绝缘结构材料(300)在子结构(1)上彼此相邻安置且通过将螺栓(B)紧固到螺栓孔(331a)中来牢固地固定到所述子结构(1)。这里，下部板(10)与下部板(10)之间产生的间隙填充有密封剂(2)(参见图22)。接着，将修整部件(340)、修整部件(350)固定在热绝缘结构材料(300)之间。修整部件的金属板(341)可通过螺栓紧固或焊接来固定到上部连接部分(332)。
尽管未在图中示出，但根据第三实施例的热绝缘结构材料(300)可包含第一实施例中所公开的中间层、连接器以及减重部件。
图27示出用于形成填充阶梯结构的连接部分所应用于的热绝缘结构材料(400)的方法，且图28是填充阶梯结构的连接部分所应用于的热绝缘结构材料(400)的纵截面视图。
参考图27和图28，在根据第四实施例的热绝缘结构材料(400)中，下部连接部分(431)沿下部板(10)的上部表面的周边形成，下部间隔件(S1)安置在下部板(10)的上部表面上，且中间层(50)放置在下部间隔件(S1)上以与下部板(10)维持预定距离。
上部间隔件(S2)放置在中间层(50)的上部表面上，且上部连接部分(432)沿上部板(20)的下部表面的周边形成以经由上部间隔件(S2)与中间层(50)维持预定距离。
通过临时阻挡部件(170)来阻挡下部连接部分(431)与上部连接部分(432)之间的间隙，且核心层(40)通过以下步骤形成：通过孔隙(用于注入液体非起泡聚合物的孔，未示出)将液体非起泡聚合物注入到形成于下部板(10)与上部板(20)之间的上部空间中，随后使液体非起泡聚合物固化。临时阻挡部件(170)可由相对于液体聚氨酯展现低亲和力的材料(例如，
这里，例如非起泡聚合物的非金属层(433)可形成于下部连接部分(431)与上部连接部分(432)之间作为中间连接部分。因此，连接部分(430)可由金属层与非金属层的组合构成。
填充阶梯结构的连接部分(430)所应用于的热绝缘结构材料(400)中，在注入和固化液体非起泡聚合物以形成核心层(40)的过程中，非金属层(433)与核心层(40)一起形成以在下部连接部分(431)与上部连接部分(432)之间与所述核心层(40)一体化。
因此，核心层(40)与非金属层(433)一起形成，由此使热桥接最小化，同时进一步提高热绝缘和结构材料性能。
修整部件(440)可安置在热绝缘结构材料之间。在修整部件(440)的联接结构中，可将修整部件(440)的金属板(441)焊接到上部连接部分(432)，如图28的(a)中所示出。
或者，修整部件(440)的金属板(441)可通过螺栓(B)紧固到上部连接部分(432)，如图28的(b)中所示出。
应理解，联接结构不限于焊接或螺栓紧固，且可通过取决于设计条件和建造方法的其它联接方法来实现。
图29和图30是填充修整结构的连接部分所应用于的热绝缘结构材料(500)的纵截面视图。
参考图29和图30，根据本发明的第五实施例的热绝缘结构材料(500)包含：下部板(10)，由金属材料形成；上部板(20)，由金属材料形成且安置在下部板(10)上方，以与下部板(10)分隔开恒定距离且在上部板(20)与下部板(10)之间限定空间(S)；连接部分(530)，设置到下部板(10)和上部板(20)中的每一个的远端且由金属层与非金属层的组合构成，以防止热桥接，同时确保结构紧固；以及核心层(40)，通过使用液体非起泡聚合物填充由下部板(10)、上部板(20)以及连接部分(330)限定的空间来形成。
连接部分(530)可具有填充修整结构，其中上部连接部分(532)可拆卸地联接到上部板(20)，且非金属层(533)(例如，非起泡聚合物)作为中间连接部分形成以通过以下步骤与核心层(40)一体化：将液体非起泡聚合物注入到下部连接部分(531)与上部连接部分(532)之间的空间中，随后使液体非起泡聚合物固化。连接部分(530)可使相邻热绝缘结构材料(500)彼此连接。因此，连接部分(530)可由金属层与非金属层的组合构成。
换句话说，热绝缘结构材料(500)可通过以下步骤形成：将上部连接部分(532)的两个端部插入到核心层(40)的槽(41)中，且将液体非起泡聚合物注入到上部连接部分(532)与下部连接部分(531)之间的空间中，随后使液体非起泡聚合物固化。可将例如玻璃棉的填充物(2)安置在下部连接部分(531)之间。
在注入和固化液体非起泡聚合物的过程中，液体非起泡聚合物气密地接合到上部连接部分(532)与下部连接部分(531)之间的空间，使得核心层(40)一体地连接到非金属层(533)，由此有效地防止热桥接，同时不仅进一步提高热绝缘性能和结构材料性能，且还通过简化建造操作来进一步提高生产率。
图31是螺栓紧固类型热绝缘结构材料的透视图，且图32是螺栓紧固类型热绝缘结构材料的纵截面视图。
参考图31和图32，根据第六实施例的热绝缘结构材料(600)包含：下部板(10)，由金属材料形成；上部板(20)，由金属材料形成且安置在下部板(10)上方，以与下部板(10)分隔开恒定距离且在上部板(20)与下部板(10)之间限定空间(S)；连接部分(630)，设置到下部板(10)和上部板(20)中的每一个的远端且由金属层与非金属层的组合构成，以防止热桥接，同时确保结构紧固；以及核心层(40)，通过以下步骤形成：将液体非起泡聚合物注入到由下部板(10)、上部板(20)以及连接部分(630)限定的待使用所述液体非起泡聚合物来填充的空间中，随后使液体非起泡聚合物固化。
根据这一实施例，下部板(10)和上部板(20)中的每一个具有沿其周边安置且竖直地穿透下部板(10)和上部板(20)的紧固孔(H)，且连接部分(630)联接到紧固孔(H)，使得可将热绝缘结构材料联接到子结构(1)。也就是说，将螺栓(631)插入到紧固孔(H)中且将螺母(632)紧固到螺栓(631)的远端，由此将热绝缘结构材料(600)固定到子结构(1)(参见图19)。
根据这一实施例，为了允许真空热绝缘体充当结构材料，可将核心层(40)(非起泡聚合物)与金属板(上部板和下部板或连接部分)的内表面之间的接合强度设定成3兆帕到15兆帕。
设定核心层(40)的这种接合强度以允许非起泡聚合物通过与包围核心层(40)的金属箱(由上部板和下部板以及连接部分形成的箱)一体化来充当结构材料。
当金属箱以这种接合强度接合(附着)到核心层(40)时，热绝缘结构材料可充当适用于经受实质上复杂负载的船舶的主要组件的结构材料。
也就是说，为了通过非起泡聚合物的核心层(40)与金属箱之间的接合强度来实现结构材料的功能，非起泡聚合物的核心层(40)气密地接合到上部板(20)和下部板(10)以及连接部分，由此核心层(40)与真空热绝缘体(51)一体化以充当相对于各种复杂负载的单体结构。
图33和图34示出数个上部板呈格子形状安置在一个下部板上的覆叠类型结构。
覆叠类型热绝缘结构材料将借助于实例来描述，且也可以与面板类型热绝缘结构材料相同的方式应用，而不限于所述图。
图33是根据本发明的第七实施例的热绝缘结构材料(700)的纵截面视图，其中数个上部板(20)呈格子形状安置在一个下部板(10)上以允许分开注入液体非起泡聚合物。
在一个下部金属板(10)上堆叠数个组件的方式中，可将由金属层(731)、金属层(732)以及非金属层(733)构成的连接部分(730)设置到由金属形成的下部金属(10)和由金属形成的上部板(20)中的每一个的远端，且核心层(40)可形成于下部板(10)与上部板(20)之间。
例如真空热绝缘体的中间层(50)可安置在核心层(40)内部。
下部间隔件(S1)和上部间隔件(S2)用以支撑中间层(50)，同时维持中间层(50)相对于下部板(10)和上部板(20)的恒定距离。
图34是根据本发明的第八实施例的热绝缘结构材料(800)的纵截面视图。在热绝缘结构材料(800)中，下部连接部分(831)沿下部板(10)的上部表面的周边形成，下部间隔件(S1)安置在下部板(10)的上部表面上，且中间层(50)放置在下部间隔件(S1)上以与下部板(10)维持预定距离。
上部间隔件(S2)放置在中间层(50)的上部表面上，且上部连接部分(832)沿上部板(20)的下部表面的周边形成以经由上部间隔件(S2)与中间层(50)维持预定距离。
阻挡下部连接部分(831)与上部连接部分(832)之间的间隙，且核心层(40)通过以下步骤形成：通过孔隙(用于注入液体非起泡聚合物的孔，未示出)将液体非起泡聚合物注入到形成于下部板(10)与上部板(20)之间的空间中，随后使液体非起泡聚合物固化。这里，例如非起泡聚合物的非金属层(833)可形成于下部连接部分(831)与上部连接部分(832)之间作为中间连接部分。因此，连接部分(830)可由金属层与非金属层的组合构成。
在注入和固化液体非起泡聚合物以形成核心层(40)的过程中，对应于中间连接部分的非金属层(833)与核心层(40)一起形成以在下部连接部分(831)与上部连接部分(832)之间与所述核心层(40)一体化，由此使热桥接最小化，同时进一步提高热绝缘和结构材料性能。
修整部件(840)可安置在热绝缘结构材料之间，且修整部件(840)的金属板(441)可通过螺栓(B)紧固到上部连接部分(432)。
图35是根据本发明的第九实施例的热绝缘结构材料的纵截面视图。
参考图35，根据批准船舶安全性的分类协会，可能要求检测器(未示出)以在接触液化气的板(例如，上部板(20))发生开裂时检测气体泄漏和如由虚线箭头所指示的气流。在典型LPG和LNG薄膜类型中，管道连接到绝缘箱之间的间隙以使惰性气体(例如，N2)循环，且通过检测器的气体回收单元来监测惰性气体的浓度以检测气体泄漏。
根据这一实施例，为了在接触液化气的板(例如，上部板(20))发生开裂时检测气体泄漏和如由虚线箭头所指示的气流，由于核心层(40)在其中不具有间隙，所以可将惰性气体循环管道(840)插入到对应于中间连接部分的非金属层(833)中，且气体管(850)可连接到惰性气体循环管道(840)并延伸到可能发生开裂的区域。
气体管(850)可安置在中间层(50)与上部连接部分(832)之间以允许泄漏的气体流动到气体管(850)中。惰性气体通过惰性气体循环管道(840)循环且通过检测器的气体回收单元来监测惰性气体的浓度，由此使得能够容易地确认气体泄漏。
此外，气体管(850)可在其远端处设置有筛网或过滤器(860)，以防止液体非起泡聚氨酯在形成核心层(40)的过程中进入气体管(850)。
图36是根据本发明的第十实施例的热绝缘结构材料的纵截面视图。
参考图36，根据第十实施例的热绝缘结构材料(1100)包含：上部金属板(20)；下部金属板(10)，安置在上部金属板(20)下方以在所述上部金属板(20)与所述下部金属板(10)之间限定一空间；真空热绝缘体(51)，插入到上部金属板(20)与下部金属板(10)之间的空间中；以及非起泡树脂(40)，包围整个真空热绝缘体(51)，同时紧密地接合到上部金属板(20)和下部金属板(10)的内表面。
非起泡树脂(40)包含弹性体，所述弹性体是聚乙烯(LDPE)类弹性聚合物的合成树脂。
由于非起泡树脂(40)包围整个真空热绝缘体(51)，所以非起泡树脂(40)形成于上部金属板(20)与下部金属板(10)之间以保护真空热绝缘体不受外部冲击，同时维持结构硬度(充当结构材料)。非起泡树脂(40)作为核心层的一个实例提供且可通过注入和固化液体非起泡树脂来形成。
根据这一实施例的热绝缘结构材料包含高性能热绝缘体，例如真空热绝缘体，由此在热绝缘方面展现极佳性能。
在真空热绝缘体的应用中，为了满足被动房(passive house)热透射率，也就是0.15瓦/米·度，上部金属板(20)、非起泡树脂(40)、真空热绝缘体(51)以及下部金属板(10)分别最佳地形成为4毫米到6毫米、15毫米到25毫米、10毫米到20毫米以及4毫米到6毫米的厚度，由此确保足够的热绝缘。
非起泡树脂(40)非常紧密地附着(或接合)到上部金属板(20)、下部金属板(10)以及安置在上部金属板(20)与下部金属板(10)之间的真空热绝缘体(51)的表面，由此提高耐久性。此外，非起泡树脂(40)在热绝缘结构材料(1100)的相对远端处形成为恒定厚度，由此通过防止经由金属材料的热桥接来使热传递最小化。
另外，根据这一实施例的热绝缘结构材料可进一步提高热绝缘体的性能。也就是说，典型热绝缘体易受冲击损坏，且热绝缘体的外部表面上的细小开裂可能因气体随时间推移穿过所述外表面进入和离开而导致热绝缘性能劣化。在根据这一实施例的热绝缘结构材料中，封闭的金属箱和具有高密度的非起泡树脂(40)包围真空热绝缘体(51)的整个外表面，由此防止热绝缘性能劣化。
因此，根据这一实施例，热绝缘结构材料具有在其相对远端处的增大厚度，且可使用非起泡聚合物来提高结构硬度，且非起泡聚合物的核心层包围真空热绝缘体的整个外表面以防止气体穿过真空热绝缘体，由此将真空热绝缘体长时间维持在真空中。
尽管典型真空热绝缘体包含由金属材料形成且覆盖所述真空热绝缘体的外表面的外涂层，但典型真空热绝缘体具有真空因空气的渗透而逐渐减少的问题。然而，根据本发明，由于非起泡树脂(40)包围整个真空热绝缘体，所以真空热绝缘体不受穿过其的气体的影响，且因此防止在非起泡树脂(40)中产生气泡，由此防止热绝缘和结构硬度因气泡而劣化。
图37是根据本发明的第十一实施例的热绝缘结构材料的纵截面视图，且图38是相邻的图37中所示出的热绝缘结构材料之间的连接的纵截面视图。
参考图37，根据第十一实施例的热绝缘结构材料(1200)包含：上部金属板(20)；下部金属板(10)，安置在上部金属板(20)下方以在所述上部金属板(20)与所述下部金属板(10)之间限定一空间；真空热绝缘体(51)，插入到上部金属板(20)与下部金属板(10)之间的空间中：非起泡树脂(40)，包围整个真空热绝缘体(51)，同时紧密地接合到上部金属板(20)和下部金属板(10)的内表面；以及连接部分(周边部分)(1230)，设置到下部金属板(10)和上部金属板(20)中的每一个的远端。
由于非起泡树脂(40)非常紧密地接合在由下部板(10)、上部板(20)以及连接部分(1230)限定的箱式空间内部，所以热绝缘结构材料具有坚固接合结构，可有效地防止分层，可提高结构硬度，且可防止气体穿过以防止在非起泡树脂(40)内部产生气泡，由此防止热绝缘和结构硬度因气泡而劣化。
此外，尽管连接部分(周边部分或修整部分)(1230)可具有组合的结构以便防止热桥接且确保结构紧固和连接，但应理解，本发明不限于此，且连接部分可通过改变具有低热导率的材料来具有单体结构。
参考图38，相邻热绝缘结构材料(1200)可通过焊接连接部分(周边部分)(1230)来彼此连接。
根据本发明的热绝缘结构材料不仅可应用于液化气货舱的热绝缘系统，且还可应用于建筑物、房顶、热绝缘仓库以及类似物的热绝缘结构材料。由于普通建筑物遭受穿过房顶的约40％的热损失，所以对房顶进行绝缘工作非常重要。归因于房顶的特性，所以防水工作也是重要的，且房顶以牢固结构制造以承受负载，例如雪、雨以及风。实际上，房顶要求各种繁琐的任务，包含包层、热绝缘、防水以及结构制造。然而，当将本发明的热绝缘结构材料应用于房顶时，由于建造、热绝缘以及防水可通过安设热绝缘结构材料一次完成，所以可预期显著降低材料成本和劳动力成本。
此外，根据本发明的热绝缘结构材料可应用于船舶的储槽舱(bunker tank)。重燃料油舱要求温度维持和用于通过提高重燃料油的温度来提高重燃料油(heavy fuel oil；HFO)的流动性的装置，所述重燃料油用作包含各种液体货舱的化学载体的燃料且在室温下具有非常高的粘度。
为此目的，将各种加热装置设置到重燃料油舱，由此将重燃料油舱的内温提高到约100℃。
当将根据本发明的热绝缘结构材料应用于所述重燃料油舱时，热绝缘和建造可通过安设热绝缘结构材料一次完成，由此确保经济可行性的显著提高。
此外，根据本发明的热绝缘结构材料可应用于要求热绝缘的管道。
典型管道通常因各种原因而要求热绝缘。在这种情况下，典型管道要求将热绝缘体的多个薄片繁琐地安设在金属管道上且热绝缘体暴露于外部环境，由此在维护和维修方面产生根本问题。当前，也将真空热绝缘体机器加工成管道形状。热绝缘管道可使用这种真空热绝缘体和典型金属管道容易地制造成一体化结构。在这种情况下，不要求额外绝缘工作，由此简化管道安设，同时确保极佳热绝缘性能且非常方便地维护管道。
应理解，为描述方便起见，下部板、上部板、真空热绝缘体、连接器以及类似物的厚度和形状借助于实例示出，且可取决于设计条件以不同方式改变。
举例来说，尽管在这一实施例中将相邻热绝缘结构材料之间的连接部分上的焊缝示出为仅部分地形成于金属层的表面上，但应理解，这一结构是仅为描述方便起见而借助于图示提供的，且可根据分类协会来调整焊接深度或焊接区域，例如全穿透、半穿透以及类似物。此外，尽管未在对连接部分的描述中示出金属层或非金属层之间的接合，但应理解，可通过紧密接触或接合来进一步增大接合强度。
此外，尽管将连接部分分类成①块状层压结构、②填充层压结构、③块状阶梯结构、④填充阶梯结构、⑤填充修整结构以及⑥螺栓紧固结构，但应理解，这一分类是为描述方便起见根据连接部分的形状任意提供的，且本发明不限于此。尽管已经借助于实例将连接部分示出为具有三级结构，但应理解，本发明不限于此且可将连接部分修改成各种结构。
非金属层(中间连接部分)可整个或部分地由非起泡聚合物形成。也就是说，非金属层的内部可由金属材料形成且其表面可由非起泡聚合物形成。
尽管下部块(31)和上部块(32)可在强度方面由金属材料形成，但应理解，本发明不限于此，且可将具有对应于金属材料的强度的任何材料用于下部块(31)和上部块(32)。
