JP3639847B2

JP3639847B2 - 摩擦材

Info

Publication number: JP3639847B2
Application number: JP11647396A
Authority: JP
Inventors: 義治土肥; 聡日下; 滋行木村; 顕今村
Original assignee: RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Current assignee: RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Priority date: 1996-05-10
Filing date: 1996-05-10
Publication date: 2005-04-20
Anticipated expiration: 2016-05-10
Also published as: JPH09302105A

Description

【０００１】
【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

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。