JP3639847B2 - 摩擦材 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、繊維補強材としてバクテリアセルロースを用いた摩擦材に関する。詳しくは、本発明は産業機械、鉄道車両、荷物車両、自動車用摩擦摺動材(ブレーキパッド、ブレーキライニング、クラッチフェーシング等)に使用される摩擦材であって、自然環境への悪影響の少ない生分解性の繊維補強材を用いた摩擦材に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般のブレーキやクラッチ用の摩擦材(ブレーキパッド、ブレーキライニング、クラッチフェーシング等)は、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂結合材、レジンダスト等の摩擦調整剤、硫酸バリウム等の無機充填材、及び有機繊維、無機繊維、金属繊維等の繊維補強材を主成分として構成されているものが一般的である。
【0003】
このような摩擦材に用いられる繊維補強材としては、従来は石綿を使用していたものが多かったが、人体への安全性の見地から、今日では石綿を使用しない非石綿系(ノンアスベスト系)摩擦材が主流となっている。このような非石綿系摩擦材においては、繊維補強材として、アラミド繊維等の有機系の強化繊維が広く用いられるようになっている。アラミド繊維は、金属繊維等に比べて軽量で強度が高く、有機系の繊維でありながら高耐熱性を有するという特徴を持つ。しかし、摩擦によって環境中に放出される摩耗粉や廃棄処分になった廃摩擦材は、自然環境下で消失しないため、環境中に蓄積されることが予測される。
【0004】
一方、木材パルプやコットン(綿)等の植物セルロースは、天然高分子であり、自然界において微生物により分解されて自然界の物質循環に組み込まれるため、その廃棄物等が環境に悪影響を与える恐れは少ない。しかしながら、植物セルロースは、強度や耐熱性においてアラミド繊維と比べると格段に劣るため、摩擦材の繊維補強材としての使用に耐え得るものではない。
【0005】
そこで、物性面でアラミド繊維と同等以上の強度を有し、しかも自然環境の下で分解消失しうる繊維補強材を用いた摩擦材の開発が望まれていた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、優れた摩擦特性、強度、耐熱性等を備え、且つ自然環境下において生分解性を有し、摩耗粉や廃摩擦材による環境汚染等の悪影響の少ない摩擦材を提供することを課題とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、鋭意検討した結果、繊維補強材としてバクテリアセルロースを用いることにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成した。
【0008】
すなわち、本発明は、熱硬化性樹脂結合材、繊維補強材、無機充填材、及び有機摩擦調整剤を含む摩擦材において、前記繊維補強材の少なくとも一部としてバクテリアセルロースを摩擦材全量の1〜35重量%用いることを特徴とする摩擦材に関する。
【0009】
また、本発明は、摩擦材全量に対し、前記熱硬化性樹脂結合材が5〜25重量%、前記バクテリアセルロースを含む繊維補強材が10〜50重量%、前記無機充填材が20〜70重量%、及び前記有機摩擦調整剤が5〜25重量%であることを特徴とする前記摩擦材に関する。
【0010】
バクテリアセルロースは、強度及び耐熱性に優れ、且つ繊維長さが短く分散性が良好な繊維であり、しかも生分解性を有するため、摩擦材の繊維補強材として用いることにより、アラミド繊維を用いた場合と同等程度の物性を維持しつつ、自然環境への悪影響のない摩擦材を得ることができる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
本発明の摩擦材は、熱硬化性樹脂結合材、繊維補強材、無機充填材、及び有機摩擦調整剤を主成分とするものであり、且つ前記繊維補強材の少なくとも一部としてバクテリアセルロースを用いることを特徴とする。
【0012】
本発明で用いられるバクテリアセルロースとは、微生物によって産生されるセルロースをいい、植物セルロースと化学組成は同じであるが、リグニンやヘミセルロースのような植物セルロースに混ざる不純物が含まれない純粋なセルロースである。
【0013】
バクテリアセルロースは、バクテリアセルロース産生能を有する細菌を培養して菌体内でゲル状のセルロース繊維を合成し、これを菌体外に排出させることにより得られる。バクテリアセルロース産生能を有する細菌としては、食酢をつくる酢酸菌(Acetobacter aceti)等が用いられ、例えば Acetobacter aceti subspecies xylinum (IFO 3284)等が挙げられる。
【0014】
バクテリアセルロースの製造方法としては、具体的には、先ずグルコースのような単糖類を主な原料とする培地に細菌を加え、30℃程度で静置培養、通気撹拌培養等を行う。細菌は単糖を摂取して、体内で鎖状につないで多糖であるセルロースを合成し、菌体表面にある小さな孔から押し出す。菌体外に出たセルロース分子は、集合して幅100〜500Å、厚さ10〜50Å程度のリボン状の繊維素のようなセルロースミクロフィブリルになる。このようにして得られるミクロフィブリルがバクテリアセルロースである。このミクロフィブリルは複雑に絡み合って、緻密な不織布のようになり、水を抱え込み寒天状になる。酢酸菌は好気性であり、培養槽の表面から皮膜状に寒天状物が産生され、一昼夜で約1mm厚みが増す場合もある。前記単糖類からのセルロースの合成収率は、約15%程度である。寒天状物をアルカリで洗い、菌体を除くと純粋なセルロースが得られる。[土肥義治著「生分解性プラスチックのおはなし」第70〜73頁(日本規格協会、1991年)、白石信夫著「バイオプラスチックのすべて」第81〜91頁(工業調査会、1993年)参照。]
このようなバクテリアセルロースは、例えば味の素(株)等から市販されており、容易に入手可能である。
【0015】
バクテリアセルロースは優れた生分解性を有する高分子材料であり、自然界で微生物によって容易に、完全に分解され炭酸ガスと水になる。よって、バクテリアセルロースの廃棄物が環境に悪影響を与えるおそれがない。また、そのミクロフィブリルは木綿繊維と比べ1/1000程度と極めて細く、且つアラミド繊維のような合成繊維に比べて短いため、樹脂結合材等のマトリックス内における分散性に優れている。更に、バクテリアセルロースはガラス転移点や融点を持たず、約320℃以上で炭化する。この現象は、摩擦材の温度による摩擦性能の変動を抑え、振動特性(耐ノイズ)を改善する。
【0016】
以下の表1に、バクテリアセルロースと他の有機系繊維とにおいて各種物性を比較した結果を示す。
【0017】
【表1】
【0018】
表1からわかるように、本発明で用いるバクテリアセルロースは、強度や耐熱性において、植物セルロースからなるPPC、木材パルプ、コットン等より格段に優れており、従来のアラミド繊維と比べても遜色ないものである。また、アラミド繊維や植物セルロースより繊維が細く、短い。
【0019】
本発明の摩擦材全量中におけるバクテリアセルロースの割合は特に限定されないが、好ましくは1〜35重量%、より好ましくは10〜30重量%である。
前記バクテリアセルロースは、本発明の摩擦材の構成成分である繊維補強材の少なくとも一部として用いられ、前記繊維補強材のすべてが前記バクテリアセルロースであってもよいが、前記バクテリアセルロース以外の繊維材料を併用して本発明の繊維補強材としてもよい。併用できる繊維材料としては、銅繊維、青銅繊維、スチール繊維、真鍮繊維等の金属繊維;アラミド繊維等の芳香族ポリアミド繊維や、耐炎化アクリル繊維等の有機繊維;チタン酸カリウム繊維、ガラス繊維、アルミナ繊維、炭素繊維、ロックウール等の非石綿系無機繊維;等が挙げられる。
【0020】
バクテリアセルロースと他の繊維材料とを併用する場合、本発明の繊維補強材の使用量は、全体として、通常摩擦材全量に対し、好ましくは10〜50重量%、より好ましくは20〜50重量%であり、繊維補強材全体に対するバクテリアセルロースの割合は、好ましくは50〜98重量%である。
【0021】
本発明で用いられる熱硬化性樹脂結合材は、摩擦材の各配合成分を結合させて固める役割を有するものであり、フェノール樹脂(ストレートフェノール樹脂およびゴム等による各種変性フェノール樹脂を含む)、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、シアン酸エステル樹脂等が使用される。このうち、好ましくはフェノール樹脂が用いられる。熱硬化性樹脂結合材の使用量は通常、摩擦材全量に対し、5〜25重量%である。
【0022】
本発明で用いられる無機充填材としては、アルミナ、シリカ、ジルコニア等の硬質の金属酸化物粒子;銅、真鍮、鉄等の金属粒子;バーミキュライト、マイカ等の鱗片状無機物;グラファイト、二硫化モリブデン等の固体潤滑剤;硫酸バリウム、炭酸カルシウム、酸化マグネシウム等の無機化合物;等が用いられる。これらは1種又は2種以上用いることができる。無機充填材の配合量は、摩擦材全量に対し、好ましくは20〜70重量%、より好ましくは30〜50重量%程度である。
【0023】
本発明で用いられる有機摩擦調整剤としては、レジンダスト(例えばカシューダスト)、ゴム粉末等が挙げられる。これらは1種又は2種以上用いることができる。有機摩擦調整剤の摩擦材全量に対する配合量は、好ましくは5〜25重量%、より好ましくは10〜20重量%程度である。
【0024】
本発明の摩擦材は、以上の配合組成物を、一般にタブレット状に予備成形した後、これをプレッシャープレートがセットされた熱プレスに投入して熱成形し、所定の厚さ及び密度の成形品に仕上げ、次にこの成形品を熱処理し、更に形状加工を行って得ることができる。この場合、予備成形は面圧100〜500Kgf/cm2で行い、熱成形は温度130〜180℃および面圧200〜1000Kgf/cm2で3〜15分間程度行い、また熱処理は温度150〜300℃で1〜15時間程度行うのが普通である。
【0025】
その後、こうして得られた摩擦材に形状加工を施せば、所定のブレーキパッド等を得ることができる。
【0026】
【実施例】
以下に、本発明の実施例を説明する。
【0027】
【実施例1〜6】
(1)摩擦材試験片の製造
表2に示す種類および量の配合成分を十分に撹拌、混合し、得られた配合組成物を面圧200Kgf/cm2でタブレット状に予備成形した後、この予備成形物をプレッシャープレートがセットされた熱プレスに移し、温度155℃、面圧500Kgf/cm2で10分間熱成形した。次に、この成形品を200℃で10時間熱処理し、更に研磨等の形状加工を行って摩擦材試験片(ブレーキパッド)を作成した。得られた試験片のサイズは以下の通りである。
・プレッシャープレートの厚さ:5mm・摩擦材試験片の厚さ:10mm・摩擦面の面積:45cm2
【0028】
【表2】
【0029】
(2)摩耗量及び摩擦係数の測定
得られた各ブレーキパッドをフルサイズダイナモメーターに取り付け、フルサイズダイナモメーターの制動初速度(V:km/h)、ブレーキ液圧(P:Kgf/cm2)、及びブレーキ回数(N)について、下記表3に示すA〜Dの4種類の条件を設定し、温度65℃にて各条件における摩擦係数を測定した。摩擦係数の測定結果を図1に示す。
【0030】
また、各ブレーキパッドについて、マイクロメーターでパッド中の任意の6ヶ所の厚みを測定して厚みの減少量を求めることにより摩耗量を測定した。その測定結果を表4に示す。
【0031】
【表3】
【0032】
【表4】
【0033】
これらの結果から、バクテリアセルロースを1〜35重量%配合したもの(実施例1〜4)は、主としてアラミド繊維及び金属繊維を繊維補強材に用いバクテリアセルロースを1%未満しか含まない従来の組成に近いもの(実施例5)と比べても、摩耗量及び摩擦係数において遜色のないものであり、十分使用に耐え得るものであることが判明した。これに対し、バクテリアセルロースの配合量が多すぎる場合(実施例6)は、摩耗量及び摩擦係数において実施例1〜4と比べて劣ることがわかる。
【0034】
【発明の効果】
本発明によれば、繊維補強材としてバクテリアセルロースを用いることにより、従来のアラミド繊維を用いた摩擦材と比べて摩擦係数、摩耗量等の物性において同等程度であり、且つ生分解性に優れ自然環境への悪影響の少ない摩擦材を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例における各測定条件毎の摩擦係数を示すグラフである。
Claims (2)
- 熱硬化性樹脂結合材、繊維補強材、無機充填材、及び有機摩擦調整剤を主成分とする摩擦材において、前記繊維補強材の少なくとも一部としてバクテリアセルロースを摩擦材全量の1〜35重量%用いることを特徴とする摩擦材。
- 摩擦材全量に対し、前記熱硬化性樹脂結合材が5〜25重量%、前記バクテリアセルロースを含む繊維補強材が10〜50重量%、前記無機充填材が20〜70重量%、及び前記有機摩擦調整剤が5〜25重量%であることを特徴とする、請求項1記載の摩擦材。
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