JP6515812B2 - 摩擦材用フェノール樹脂組成物、摩擦材及びブレーキ - Google Patents

Description

本発明は、摩擦材用フェノール樹脂組成物、摩擦材及びブレーキに関するものである。

フェノール樹脂組成物は、優れた耐熱性及び無機充填剤との接着性を有した材料であり、ブレーキ等の摩擦材用バインダーとして広く使用されている。上述した摩擦材用バインダーとして一般的に使用されるフェノール樹脂組成物の具体例としては、ランダムノボラック型フェノール樹脂と、ヘキサメチレンテトラミンとを粉砕混合して得られた粉末状の熱硬化性フェノール樹脂組成物などが挙げられる。

フェノール樹脂組成物を用いたブレーキなどの摩擦材の従来の代表的な製造プロセスにおいては、バインダーとして用いる熱硬化性フェノール樹脂組成物に対して、ガラス繊維、アラミド繊維、金属繊維等の繊維状無機充填剤基材や、炭酸カルシウム、硫酸バリウム等の粉末状無機充填剤等を混合して得られた樹脂混合物を、熱圧プレス装置により加熱加圧成型することにより成型体を作製していた。

そして、上述した摩擦材用バインダーには、従来から高強度、耐熱性、耐摩耗性、高摩擦係数、低鳴き、低吸湿性、高振動吸収性等の特性を備えることが要求されている。特に、近年においては、摩擦材の生産性を高めるべく、摩擦材用フェノール樹脂組成物の硬化性の向上が要求されている。こうした要求水準を満たすべく、摩擦材用フェノール樹脂組成物について、これまでに種々の検討がなされている。

たとえば、特許文献１には、摩擦材用フェノール樹脂組成物の硬化性を向上させるため、ノボラック型フェノール樹脂としてハイオルソノボラック型フェノール樹脂を使用する、ヘキサメチレンテトラミンの分解速度を速めるために酸性物質を添加する、ハイオルソノボラック型フェノール樹脂とヘキサメチレンテトラミンとを溶融混練によりアダクト化する等の技術が開示されている。

特開２００５−２７２５４８号公報

上記特許文献１等に記載されている従来技術は、ゲル化時間を短縮することが可能であるが故、プレス工程の所要時間を短くできる点においては、ある程度の効果が期待できる。しかし、本発明者は、上述した従来技術には、成型体の強度や硬度が低下するため、十分な機械物性を得られないという点に改善の余地があることを知見した。

そこで、本発明は、硬化時間を短縮しても高い硬化度に到達することで、機械物性等の諸特性を低下させることなく、耐熱性に優れた摩擦材を得ることができる摩擦材用フェノール樹脂組成物を提供する。

本発明によれば、ハイオルソノボラック型フェノール樹脂と、
レゾルシンとホルムアルデヒドとの反応により得られるノボラック型レゾルシン樹脂と、
ヘキサメチレンテトラミンと、
を含み、
前記ハイオルソノボラック型フェノール樹脂のオルソ／パラ結合比が、２以上７以下である、摩擦材用フェノール樹脂組成物が提供される。

さらに、本発明によれば、繊維基材と、
充填剤と、
結合材と、
を含む摩擦材であって、
前記結合材が、上記摩擦材用フェノール樹脂組成物を含む、摩擦材が提供される。

さらに、本発明によれば、上記摩擦材を用いて形成されるブレーキが提供される。

本発明によれば、硬化時間を短縮しても高い硬化度に到達することで、機械物性等の諸特性を低下させることなく、耐熱性に優れた摩擦材を得ることができる摩擦材用フェノール樹脂組成物を提供できる。

＜摩擦材用フェノール樹脂組成物＞
本実施形態に係る摩擦材用フェノール樹脂組成物は、ハイオルソノボラック型フェノール樹脂と、ノボラック型レゾルシン樹脂と、ヘキサメチレンテトラミンとを含むものである。これにより、硬化時間を短縮したとしても高い硬化度を実現することが可能な摩擦材用フェノール樹脂組成物とすることができる。

本実施形態に係る摩擦材用フェノール樹脂組成物は、ハイオルソノボラック型フェノール樹脂と、ノボラック型レゾルシン樹脂と、ヘキサメチレンテトラミンの３成分を併用し、かつ摩擦材の製造原料として使用することを想定したものである。本実施形態に係る摩擦材用フェノール樹脂組成物によれば、上述した３成分を併用することにより、摩擦材を製造する際に高温での成型を実施したとしても、樹脂組成物の硬化性とガス抜き性のバランスを良好な状態に保持することができる。このため、本実施形態に係る摩擦材用フェノール樹脂組成物を用いることにより、摩擦材を短時間で成型が可能となる。これにより、摩擦材の製造コストを大幅に削減することができる。

本実施形態に係る摩擦材用フェノール樹脂組成物には、樹脂成分として、ハイオルソノボラック型フェノール樹脂とノボラック型レゾルシン樹脂との樹脂混合物を含有させることが好ましい。こうすることで、硬化時間を短縮した場合において、硬化度を顕著に向上させることができる。

ノボラック型レゾルシン樹脂の含有量は、ハイオルソノボラック型フェノール樹脂１００質量部に対して、好ましくは、１質量部以上１００質量部以下であり、より好ましくは、３質量部以上８５質量部以下であり、最も好ましくは、４質量部以上５０質量部以下である。ノボラック型レゾルシン樹脂の含有量を上記下限値以上とすることにより、硬化時間を短縮した場合において、硬化度をより確実に高めることが可能となる。また、ノボラック型レゾルシン樹脂の含有量を上記上限値以下とすることにより、成型性の悪化を防ぐことが可能である。

本実施形態に係るハイオルソノボラック型フェノール樹脂は、フェノール類とアルデヒド類とを、酸性触媒の存在下で反応させて得られるものである。上記ハイオルソノボラック型フェノール樹脂において、フェノール類のフェノール性水酸基に対する、アルデヒド類に由来するメチレン基又は置換メチレン基の結合位置の比率（オルソ／パラ結合比）は、好ましくは、１以上９以下であり、製造容易性の観点から、より好ましくは、２以上７以下であり、最も好ましくは２．５以上７以下である。こうすることで、従来のランダムノボラック型フェノール樹脂と比べて硬化速度の速い樹脂組成物とすることが可能である。それ故、本実施形態に係る摩擦材用フェノール樹脂組成物を用いた摩擦材製造時の成型時間を短縮させることができる。また、オルソ／パラ結合比が上記数値範囲内にあるハイオルソノボラック型フェノール樹脂を合成するためには、反応温度、反応時間等の因子を制御することが重要である。ただし、ハイオルソノボラック型フェノール樹脂として、上述したオルソ／パラ結合比となるよう調製された市販品を用いてもよい。

ここで、ハイオルソノボラック型フェノール樹脂のオルソ／パラ結合比は、赤外吸収スペクトル法で測定したときの、波数７６０ｃｍ^−１、及び、波数８２０ｃｍ^−１の吸光度より算出することができる。具体的には、上記オルソ／パラ結合比は、下記式より算出することができる。なお、下記式におけるＤ７６０は、７６０ｃｍ^−１の吸光度を示し、Ｄ８２０は、８２０ｃｍ^−１の吸光度を示す。
式：オルソ／パラ結合比＝Ｄ７６０／（１．４４×Ｄ８２０）

ハイオルソノボラック型フェノール樹脂の合成に用いられるフェノール類の具体例としては、フェノール、オルソクレゾール、メタクレゾール、パラクレゾール、キシレノール、パラターシャリーブチルフェノール、パラオクチルフェノール、パラフェニルフェノール、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、レゾルシンなどのフェノール類が挙げられる。これらは、１種を単独で用いても、２種以上を組み合わせて用いてもよい。中でも、製造コストと成型性の観点から、フェノールやクレゾールを用いることが好ましい。

ハイオルソノボラック型フェノール樹脂の合成に用いられるアルデヒド類の具体例としては、ホルムアルデヒド、パラホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、ブチルアルデヒド、アクロレイン等のアルデヒド類、またはこれらの混合物、上述したアルデヒド類の発生源となる物質や、上述したアルデヒド類の溶液等が挙げられる。中でも、製造コストと成型性の観点から、ホルムアルデヒドを用いることが好ましい。

ハイオルソノボラック型フェノール樹脂及びノボラック型レゾルシン樹脂の形態としては、液状、固形状、粉末状等の種々の形態が挙げられるが、中でも、ハンドリング性の観点から、固形状であることが好ましい。

ハイオルソノボラック型フェノール樹脂としては、フェノール類（Ｐ）に対するアルデヒド類（Ｆ）の反応モル比（Ｆ／Ｐ）が０．５以上０．９以下の範囲となるように制御されたものであることが好ましい。これにより、反応中に樹脂がゲル化することなく、好適な分子量を有するハイオルソ樹脂を合成することができる。反応モル比が上記下限値以上であると、得られるハイオルソ樹脂中に含有される未反応のフェノール類の量を低減させることができる。また、反応モル比が上記上限値以下であると、反応条件によって樹脂がゲル化してしまうことを抑制することができる。

ハイオルソノボラック型フェノール樹脂の重量平均分子量は、好ましくは、１０００以上であり、さらに好ましくは、２０００以上である。こうすることで、硬化時間を短縮した際のガラス転移温度を向上させることができる。また、ハイオルソノボラック型フェノール樹脂の重量平均分子量の上限値は、成型性の観点から８０００以下であることが好ましい。

ハイオルソノボラック型フェノール樹脂の反応に用いる酸性触媒は、フェノールに溶解させたときに２価の金属イオンを含有する化合物等が挙げられる。その具体例としては、酢酸亜鉛、ナフテン酸鉛などが挙げられる。

次に、本実施形態に係るノボラック型レゾルシン樹脂は、たとえば、レゾルシン類とアルデヒド類とを、酸性触媒の存在下で反応させた後、脱水工程により水を除去して得られたものである。

ノボラック型レゾルシン樹脂の合成に使用する上記レゾルシン類の具体例としては、レゾルシン、２−メチルレゾルシン、５−メチルレゾルシン、２，５−ジメチルレゾルシン等のメチルレゾルシン類、４−エチルレゾルシン、４−クロロレゾルシン、２−ニトロレゾルシン、４−ブロモレゾルシン、４−ｎ−ヘキシルレゾルシンなどが挙げられる。これらは、単独で使用してもよいし、２種以上を混合して使用してもよい。中でも、製造コストと成型性の観点から、レゾルシン、メチルレゾルシン類からなる群より選択される１種以上であることが好ましい。

ノボラック型レゾルシン樹脂の合成に使用する上記アルデヒド類の具体例としては、ホルムアルデヒド、パラホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、ブチルアルデヒド、アクロレイン等のアルデヒド類、またはこれらの混合物、上述したアルデヒド類の発生源となる物質や、上述したアルデヒド類の溶液等が挙げられる。中でも、製造コストと成型性の観点から、ホルムアルデヒドを用いることが好ましい。

ノボラック型レゾルシン樹脂の合成に使用する酸性触媒の具体例としては、蓚酸、塩酸、硫酸、ジエチル硫酸、パラトルエンスルホン酸等の酸類が挙げられる。これらは、単独で使用してもよいし、２種類以上を併用して使用してもよい。また、レゾルシンそのものが酸性を示すため、ノボラック型レゾルシン樹脂の合成反応は無触媒で行ってもよい。

ノボラック型レゾルシン樹脂の合成において、レゾルシン類とアルデヒド類との反応モル比は、好ましくは、レゾルシン１モルに対して、アルデヒド類０．４０モル以上０．８０モル以下であり、さらに好ましくは、レゾルシン１モルに対して、アルデヒド類０．４５モル以上０．７５モル以下である。レゾルシン類とアルデヒド類との反応モル比が上記下限値以上であると、樹脂の取り扱い性が向上する。レゾルシン類とアルデヒド類との反応モル比が上記上限値以下であると、ノボラック型レゾルシン樹脂の合成反応を制御しやすくなる。

本実施形態に係る摩擦材用フェノール樹脂組成物には、硬化剤としてヘキサメチレンテトラミンが含まれている。このヘキサメチレンテトラミンは、ハイオルソノボラック型フェノール樹脂とノボラック型レゾルシン樹脂との反応性を向上させる観点から、当該ヘキサメチレンテトラミンと上記ハイオルソノボラック型フェノール樹脂との分子間付加物を形成したアダクト体、すなわち、アダクト化合物の形態で本実施形態に係る摩擦材用フェノール樹脂組成物に含まれることが好ましい。

ヘキサメチレンテトラミン全量においてアダクト体を形成しているものの割合、すなわち、アダクト化率は、３０％以上であることが好ましく、３２％以上であるとさらに好ましい。ヘキサメチレンテトラミンのアダクト化率を上記数値範囲以上とすることで、ハイオルソノボラック型フェノール樹脂と、ノボラック型レゾルシン樹脂と、ヘキサメチレンテトラミンとの間の分子間距離を小さくすることが可能であり、結果として、ヘキサメチレンテトラミンと、ハイオルソノボラック型フェノール樹脂およびノボラック型レゾルシン樹脂との反応性を向上させることが可能である。

ここで、アダクト化したヘキサメチレンテトラミンとは、２５±１℃のイオン交換水によって抽出されないヘキサメチレンテトラミンのことを指す。通常、単にフェノール樹脂に粉砕混合させただけのヘキサメチレンテトラミンは、水によって容易に抽出される。一方、アダクト化したヘキサメチレンテトラミン、即ち、フェノール樹脂中に微分散したヘキサメチレンテトラミンは、微細化した粒子一つ一つがフェノール樹脂に内包されるため、水で抽出されない。そして、ヘキサメチレンテトラミンのアダクト化率（アダクト化したヘキサメチレンテトラミンの割合）は、次の式から求められる。なお、下記式において、Ａは、ケルダール法、液体クロマト法又は元素分析法などによって求められる全ヘキサメチレンテトラミンの質量を指し、Ｂは、滴定法によって求められるイオン交換水で抽出されたヘキサメチレンテトラミンの質量を指す。また、測定に際して、試料の粒径は１５０μｍ以下とし、もし粒径が粗い場合は、試料の粒径を１５０μｍ以下に粉砕してから測定するものとする。
アダクト化率＝〔（Ａ−Ｂ）／Ａ〕×１００（％）

本実施形態に係る摩擦材用フェノール樹脂組成物において、ヘキサメチレンテトラミンの含有量は、同樹脂組成物中のハイオルソノボラック型フェノール樹脂の含有量とノボラック型レゾルシン樹脂の含有量との合計値を１００質量部としたとき、上記合計値１００質量部に対して、好ましくは、５質量部以上２０質量部以下であり、より好ましくは、７質量部以上１８質量部以下である。ヘキサメチレンテトラミンの含有量を上記下限値以上とすることにより、最低限の架橋密度を得ることが可能となる。また、ヘキサメチレンテトラミンの含有量を上記上限値以下とすることにより、成型時のガス発生量を低減させることができる。

本実施形態に係る摩擦材用フェノール樹脂組成物において、遊離フェノールの含有量は、好ましくは、１質量％未満であり、さらに好ましくは、０．９質量％未満である。遊離フェノールの含有量が上記上限値以下とすることにより、フェノール成分が揮発してしまうことを抑制することが可能となり、良好な作業環境を形成することができる。なお、摩擦材用フェノール樹脂組成物における遊離フェノールの含有量は、製造原料の１つであるフェノール樹脂の生産段階において、高真空条件下で上記遊離フェノールを除去する等の処理を施すことで低減させることができる。

本実施形態に係る摩擦材用フェノール樹脂組成物は、１５０℃で硬化させたときの最大トルクが、好ましくは、１Ｎ・ｍ以上２０Ｎ・ｍ以下である。こうすることで、成形性に優れた摩擦材用フェノール樹脂組成物を実現することが可能である。さらに、最大トルクが上記数値範囲内にある摩擦材用フェノール樹脂組成物によれば、当該樹脂組成物を用いて摩擦材を成形する際に内部から発生するガス量を低減させることができるため、作製した摩擦材に亀裂や膨れが発生することを抑制することが可能である。なお、摩擦材用フェノール樹脂組成物の最大トルクは、トルク測定装置を用いて、たとえば、以下の方法で測定することができる。摩擦材用フェノール樹脂組成物を１５０℃に設定したダイス中で溶融・硬化させる反応に伴う上記樹脂組成物の粘度上昇をモーターに作用する電流値で検出する。このようにして検出した電流値の最大値を、１５０℃で硬化させたときの最大トルク値とする。

なお、本実施形態に係る摩擦材用フェノール樹脂組成物には、以上に説明した成分の他にも、本発明の目的を損なわない範囲で、酒石酸、琥珀酸、マロン酸、フマル酸、安息香酸およびフタル酸などの有機酸、ランダムノボラック型フェノール樹脂、レゾール型フェノール樹脂、レゾルシンモノマーなどを含有させてもよい。中でも、有機酸を含有させた場合には、摩擦材用フェノール樹脂組成物の速硬化性を向上させることが可能である。

＜摩擦材用フェノール樹脂組成物の製造方法＞
本実施形態に係る摩擦材用フェノール樹脂組成物は、たとえば、ハイオルソノボラック型フェノール樹脂と、ノボラック型レゾルシン樹脂と、ヘキサメチレンテトラミンとを溶融混合する方法により得ることができる。この方法を採用する場合には、ハイオルソノボラック型フェノール樹脂と、ノボラック型レゾルシン樹脂との樹脂混合物を使用してもよい。なお、上述した溶融混合するとは、ハイオルソノボラック型フェノール樹脂と、ノボラック型レゾルシン樹脂と、ヘキサメチレンテトラミンとがそれぞれ融解した流動状態において、ハイオルソノボラック型フェノール樹脂のヘキサメチレンテトラミンによる硬化反応が実質的に起きない状態で、混合することを指す。具体的な溶融混合方法としては、所定量のハイオルソノボラック型フェノール樹脂と、ノボラック型レゾルシン樹脂と、ヘキサメチレンテトラミンとを混合装置に仕込み、溶融混合する方法が好適である。また、溶融混合温度は、ハイオルソノボラック型フェノール樹脂が、溶融するものの、硬化反応が開始しない温度とすることが好ましい。混合装置としては、加圧ニーダー、二軸押出機、単軸押出機などの加圧式混練機が挙げられる。

ここで、ハイオルソノボラック型フェノール樹脂と、ノボラック型レゾルシン樹脂と、ヘキサメチレンテトラミンとを、通常の反応容器で混合した場合には、樹脂粘度の増加や、ゲル化反応の進行等の不都合が生じることにより、安定して混合することが難しい。しかし、上述した加圧式の混練装置を用いる場合には、ハイオルソノボラック型フェノール樹脂と、ノボラック型レゾルシン樹脂中におけるヘキサメチレンテトラミンの分散状態を良好なものとすることが可能であるとともに、ヘキサメチレンテトラミンをアダクト化することが可能となる。具体的には、ハイオルソノボラック型フェノール樹脂と、ノボラック型レゾルシン樹脂と、ヘキサメチレンテトラミンとを、加圧式の混練装置を用いることにより、ヘキサメチレンテトラミン全量におけるアダクト体の割合、すなわち、アダクト化率が３０％以上となるように調製することが可能である。

＜摩擦材＞
本実施形態に係る摩擦材は、繊維基材と、充填剤と、上述した摩擦材用フェノール樹脂組成物を含む結合材とを混合し、得られた混合物を原料組成物として熱成形することによって製造されたものである。こうすることで、諸特性を低下させることなく、耐熱性に優れた摩擦材を得ることができる。

本実施形態に係る摩擦材に含有させる繊維基材の具体例としては、スチール繊維、銅繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、チタン酸カリウム繊維等の無機繊維、アラミド繊維等の有機繊維が挙げられる。これらは、単独で使用してもよいし、２種以上を組み合わせて使用してもよい。中でも、アラミド繊維等の有機繊維を含むことが好ましい。

本実施形態に係る摩擦材に含有させる充填剤の具体例としては、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、硫酸バリウム、雲母、アブレーシブ、カリオンおよびタルク等の無機充填剤、カシューダストおよびラバーダスト等の有機充填剤、グラファイト、三硫化アンチモン、二硫化モリブデンおよび二硫化亜鉛等の潤滑材が挙げられる。これらは、単独で使用してもよいし、２種以上を組み合わせて使用してもよい。中でも、無機充填剤を使用することが好ましい。

本実施形態に係る摩擦材は、たとえば、以下の方法で制作することができる。ただし、本実施形態に係る摩擦材の製造方法については、以下の例に限定されない。

まず、繊維基材および充填剤を含む粉末原料と、結合材とを所定の組成割合となるよう計量し、混合機を用いてこれらを混合する。なお、混合機の具体例としては、アイリッヒミキサー等の一般的なものが挙げられる。次に、混合して得られた原料組成物を所定量取り分け、ブロック体とするために予備成型を行う。その後、得られた予備成型体を、たとえば、１５０℃に加熱された金型に投入し、３〜７分程度加圧することにより成型体を作製する。次いで、作製した成型体を、たとえば、２００℃ 以上の温度で１時間程度熱処理して硬化させることにより、本実施形態に係る摩擦材を得ることができる。

ここで、本実施形態に係る摩擦材は、ブレーキ等の摩擦部品を形成するために用いられる。

なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
以下、実施形態の例を付記する。
１． ハイオルソノボラック型フェノール樹脂と、
ノボラック型レゾルシン樹脂と、
ヘキサメチレンテトラミンと、
を含む摩擦材用フェノール樹脂組成物。
２． 当該摩擦材用フェノール樹脂組成物が、前記ヘキサメチレンテトラミンと前記ハイオルソノボラック型フェノール樹脂とのアダクト体を含む、１．に記載の摩擦材用フェノール樹脂組成物。
３． 前記アダクト体を形成している前記ヘキサメチレンテトラミン量が、当該摩擦材用フェノール樹脂組成物に含まれる前記ヘキサメチレンテトラミン全量に対して、３０％以上である、２．に記載の摩擦材用フェノール樹脂組成物。
４． 前記ノボラック型レゾルシン樹脂の含有量が、前記ハイオルソノボラック型フェノール樹脂１００質量部に対して、１質量部以上１００質量部以下である、１．乃至３．のいずれかに記載の摩擦材用フェノール樹脂組成物。
５． 前記ハイオルソノボラック型フェノール樹脂のオルソ／パラ結合比が、１以上９以下である１．乃至４．のいずれかに記載の摩擦材用フェノール樹脂組成物。
６． 前記ハイオルソノボラック型フェノール樹脂の重量平均分子量が、１０００以上８０００以下である１．乃至５．のいずれかに記載の摩擦材用フェノール樹脂組成物。
７． 遊離フェノールの含有量が、前記ハイオルソノボラック型フェノール樹脂全量に対して、１質量％未満である１．乃至６．のいずれかに記載の摩擦材用フェノール樹脂組成物。
８． 前記ハイオルソノボラック型フェノール樹脂の含有量と前記ノボラック型レゾルシン樹脂の含有量との合計値を１００質量部としたとき、
前記ヘキサメチレンテトラミンの含有量が、前記ハイオルソノボラック型フェノール樹脂の含有量と前記ノボラック型レゾルシン樹脂の含有量との合計値１００質量部に対して、５質量部以上２０質量部以下である、１．乃至７．のいずれかに記載の摩擦材用フェノール樹脂組成物。
９． 前記ハイオルソノボラック型フェノール樹脂と、前記ノボラック型レゾルシン樹脂と、前記ヘキサメチレンテトラミンとを溶融混合して得られる、１．乃至８．のいずれかに記載の摩擦材用フェノール樹脂組成物。
１０． 前記ハイオルソノボラック型フェノール樹脂と前記ノボラック型レゾルシン樹脂との樹脂混合物と、前記ヘキサメチレンテトラミンとを溶融混合して得られる、９．に記載の摩擦材用フェノール樹脂組成物。
１１． 繊維基材と、
充填剤と、
結合材と、
を含む摩擦材であって、
前記結合材が、１．乃至１０．のいずれかに記載の摩擦材用フェノール樹脂組成物を含む、摩擦材。
１２． 前記繊維基材が有機繊維を含む、１１．に記載の摩擦材。
１３． 前記充填剤が、無機充填剤を含む、１１．または１２．に記載の摩擦材。
１４． １１．乃至１３．のいずれかに記載の摩擦材を用いて形成されるブレーキ。

以下、本発明を実施例および比較例により説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。また、実施例、比較例で示される「部」は全て「質量部」、「％」は全て「質量％」を表す。なお、ハイオルソノボラック型フェノール樹脂の合成で得られたハイオルソノボラック型フェノール樹脂の重量平均分子量（Ｍｗ）は、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）可溶分のゲルパーミエーションクロマトグラフィー（ＧＰＣ）で測定し、ポリスチレン換算で算出した。

ＧＰＣの測定条件を以下に示す。
装置 ：ＨＬＣ−８３２０（東ソー株式会社製）
検出器：ＲＩ

カラム：ＴＳＫ−ＧＥＬ Ｇ１０００Ｈ（東ソー株式会社製）の１連およびＴＳＫ−ＧＥＬ Ｇ２０００Ｈ（東ソー株式会社製）の２連を、この順番で直列に連結して使用した。
温度 ：４０℃
溶媒 ：ＴＨＦ
流速 ：１．０ｍｌ／分
試料 ：濃度１重量％の試料を５０μｌ注入

また、ハイオルソノボラック型フェノール樹脂の合成で得られたハイオルソノボラック型フェノール樹脂の遊離フェノール含有量は、得られたフェノール樹脂を島津製作所社製ガスクロマトグラフ「ＧＣ−２０１４」、アジレント・テクノロジー株式会社製カラム「ＤＢ−ＷＡＸ」を用いて測定を行い、算出した。

さらに、ハイオルソノボラック型フェノール樹脂の合成で得られたハイオルソノボラック型フェノール樹脂のオルソ／パラ結合比は、赤外吸収スペクトル法で測定した。ＦＴ−ＩＲ装置（ニコレー社製・Ａｖａｔａｒ３２０）を用い、ＫＢｒ法で実施したときの、波数７６０ｃｍ^−１、及び、波数８２０ｃｍ^−１の吸光度から、下記式によりオルソ／パラ結合比を算出した。下記式におけるＤ７６０は、７６０ｃｍ^−１の吸光度を示し、Ｄ８２０は、８２０ｃｍ^−１の吸光度を示す。
式：オルソ／パラ結合比＝Ｄ７６０／（１．４４×Ｄ８２０）

（ハイオルソノボラック型フェノール樹脂の合成）
（樹脂合成例１）
フェノール１０００部、３７％ホルマリン６００部、酢酸亜鉛２部の混合物を、１００℃で３時間反応した後、反応混合物の温度が１４０℃になるまで常圧蒸留で脱水し、更に、０．９ｋＰａまで、徐々に減圧しながら、反応混合物の温度が１８０℃になるまで減圧蒸留で脱水、脱モノマーし、ハイオルソノボラック型フェノール樹脂Ａ１０００部を得た。ハイオルソノボラック型フェノール樹脂Ａの重量平均分子量は６０００、遊離フェノールは０．６％であった。また、ハイオルソノボラック型フェノール樹脂Ａのオルソ／パラ結合比は５．７であり、Ｆ／Ｐは０．７０であった。

（樹脂合成例２）
フェノール１０００部、３７％ホルマリン５５０部、酢酸亜鉛２部の混合物を、１００℃で２時間３０分反応後、反応混合物の温度が１４０℃になるまで常圧蒸留で脱水し、更に、０．９ｋＰａまで、徐々に減圧しながら、反応混合物の温度が１８０℃になるまで減圧蒸留で脱水、脱モノマーし、ハイオルソノボラック型フェノール樹脂Ｂ９５０部を得た。ハイオルソノボラック型フェノール樹脂Ｂの重量平均分子量は４０００、遊離フェノールは０．７％であった。また、ハイオルソノボラック型フェノール樹脂Ｂのオルソ／パラ結合比は４．１であり、Ｆ／Ｐは０．６４であった。

（樹脂合成例３）
フェノール１０００部、３７％ホルマリン５００部、酢酸亜鉛２部の混合物を、９５℃で３時間反応後、反応混合物の温度が１４０℃になるまで常圧蒸留で脱水し、更に、０．９ｋＰａまで、徐々に減圧しながら、反応混合物の温度が１８０℃になるまで減圧蒸留で脱水、脱モノマーし、ハイオルソノボラック型フェノール樹脂Ｃ９００部を得た。ハイオルソノボラック型フェノール樹脂Ｃの重量平均分子量は２０００、遊離フェノールは０．７％であった。また、ハイオルソノボラック型フェノール樹脂Ｃのオルソ／パラ結合比は２．５であり、Ｆ／Ｐは０．５８であった。

（ノボラック型フェノール樹脂の合成）
フェノール１０００部、３７％ホルマリン５７０部、蓚酸１０部の混合物を、１００℃で３時間反応後、反応混合物の温度が１４０℃になるまで、常圧蒸留で脱水し、更に、０．９ｋＰａまで、徐々に減圧しながら、反応混合物の温度が２００℃になるまで減圧蒸留で脱水、脱モノマーし、ノボラック型フェノール樹脂Ｄ９１０部を得た。ノボラック型フェノール樹脂Ｄの重量平均分子量は９０００、遊離フェノールは０．３％であった。また、ノボラック型フェノール樹脂Ｄのオルソ／パラ結合比は０．８であり、Ｆ／Ｐは０．６６であった。

（ノボラック型レゾルシン樹脂の合成）
レゾルシン１０００部、蓚酸３部の混合物を１００℃になるまで加熱して、３７％ホルマリン４００部を３０分かけて逐添した。その後、１時間反応させ、反応混合物の温度が１４０℃になるまで、常圧蒸留で脱水し、更に、０．９ｋＰａまで、徐々に減圧しながら、反応混合物の温度が１８０℃になるまで減圧蒸留で脱水、脱モノマーし、ノボラック型レゾルシン樹脂Ｅ９１０部を得た。

（実施例１−１〜１−６、比較例１−１〜１−５）
フェノール樹脂組成物を以下の方法で作製するとともに、後述する評価方法により評価を行った。結果を表１にまとめて示す。

（フェノール樹脂組成物の作製）
＜実施例１−１＞
入口温度８０℃、出口温度９０℃に制御された二軸押出機へ、ハイオルソノボラック型フェノール樹脂Ａ８００部、ノボラック型レゾルシン樹脂Ｅ２００部、ヘキサメチレンテトラミン１２０部を、単位時間当たりの供給比率が等しくなるよう供給し、出口から出てきた混練物を冷却して、常温で固形のフェノール樹脂組成物Ａ（ヘキサメチレンテトラミンのアダクト化率４０％、遊離フェノール含有量０．５％）を得た。

＜実施例１−２＞
加圧ニーダーへ、ハイオルソノボラック型フェノール樹脂Ｂ９００部、ノボラック型レゾルシン樹脂Ｅ１００部、ヘキサメチレンテトラミン１３０部を投入し、９０℃に昇温して、１０分間溶融させた。常温で固形のフェノール樹脂組成物Ｂ（ヘキサメチレンテトラミンのアダクト化率６９％、遊離フェノール含有量０．６％）を得た。

＜実施例１−３＞
入口温度８５℃、出口温度９５℃に制御された二軸押出機へ、ハイオルソノボラック型フェノール樹脂Ｃ９５０部、ノボラック型レゾルシン樹脂Ｅ５０部、ヘキサメチレンテトラミン１５０部を、単位時間当たりの供給比率が等しくなるよう供給し、出口から出てきた混練物を冷却して、常温で固形のフェノール樹脂組成物Ｃ（ヘキサメチレンテトラミンのアダクト化率５６％、遊離フェノール含有量０．６％）を得た。

＜実施例１−４＞
加圧ニーダーへ、ハイオルソノボラック型フェノール樹脂Ａ４００部、ノボラック型レゾルシン樹脂Ｅ６００部、ヘキサメチレンテトラミン１００部を投入し、９０℃に昇温して、１０分間溶融させた。常温で固形のフェノール樹脂組成物Ｄ（ヘキサメチレンテトラミンのアダクト化率３２％、遊離フェノール含有量０．２％）を得た。

＜実施例１−５＞
ハイオルソノボラック型フェノール樹脂Ｂ９５０部、ノボラック型レゾルシン樹脂Ｅ５０部、ヘキサメチレンテトラミン１２０部を粉砕機に仕込み、粉砕混合して粉末フェノール樹脂組成物Ｅ（ヘキサメチレンテトラミンのアダクト化率０％、遊離フェノール含有量０．６％）を得た。

＜実施例１−６＞
入口温度８５℃、出口温度９５℃に制御された二軸押出機へ、ハイオルソノボラック型フェノール樹脂Ａ５００部、ノボラック型レゾルシン樹脂Ｅ５００部、ヘキサメチレンテトラミン１４０部を、単位時間当たりの供給比率が等しくなるよう供給し、出口から出てきた混練物を冷却して、常温で形のフェノール樹脂組成物Ｆ（ヘキサメチレンテトラミンのアダクト化率４３％、遊離フェノール含有量０．３％）を得た。

＜比較例１−１＞
入口温度８０℃、出口温度９０℃に制御された二軸押出機へ、ハイオルソノボラック型フェノール樹脂Ａ１０００部、ヘキサメチレンテトラミン１３０部を、単位時間当たりの供給比率が等しくなるよう供給し、出口から出てきた混練物を冷却して、常温で形のフェノール樹脂組成物Ｇ（ヘキサメチレンテトラミンのアダクト化率４５％、遊離フェノール含有量０．５％）を得た。

＜比較例１−２＞
ハイオルソノボラック型フェノール樹脂Ｃ１０００部、ヘキサメチレンテトラミン１５０部を粉砕機に仕込み、粉砕混合して粉末フェノール樹脂組成物Ｈ（ヘキサメチレンテトラミンアダクト化率０％、遊離フェノール含有量０．６％）を得た。

＜比較例１−３＞
ノボラック型フェノール樹脂Ｄ１０００部、ヘキサメチレンテトラミン１５０部を粉砕機に仕込み、粉砕混合して粉末フェノール樹脂組成物Ｉ（ヘキサメチレンテトラミンのアダクト化率０％、遊離フェノール含有量０．３％）を得た。

＜比較例１−４＞
加圧ニーダーへ、ノボラック型フェノール樹脂Ｄ８００部、ノボラック型レゾルシン樹脂Ｅ２００部、ヘキサメチレンテトラミン１２０部を投入し、９０℃に昇温して、１０分間溶融させた。常温で固形のフェノール樹脂組成物Ｊ（ヘキサメチレンテトラミンのアダクト化率３８％、遊離フェノール含有量０．２％）を得た。

＜比較例１−５＞
加圧ニーダーへ、ノボラック型レゾルシン樹脂Ｅ１０００部、ヘキサメチレンテトラミン１５０部を投入し、９０℃に昇温して、１０分間溶融させた。常温で固形のフェノール樹脂組成物Ｋ（ヘキサメチレンテトラミンのアダクト化率４０％、遊離フェノール含有量０％）を得た。

（フェノール樹脂組成物の評価方法）
（１）ヘキサメチレンテトラミン全量におけるアダクト体の割合（ヘキサメチレンテトラミンのアダクト化率）
ヘキサメチレンテトラミンのアダクト化率は、次の式から求めた。なお、下記式において、Ａは、ケルダール法によって求められる全ヘキサメチレンテトラミンの質量を指し、Ｂは、滴定法によって求められるイオン交換水で抽出されたヘキサメチレンテトラミンの質量を指す。また、測定に際して、試料の粒径は１５０μｍ以下に調製したものを用いた。
アダクト化率＝〔（Ａ−Ｂ）／Ａ〕×１００（％）

（２）遊離フェノール含有量
得られたフェノール樹脂組成物を島津製作所社製ガスクロマトグラフ「ＧＣ−２０１４」、アジレント・テクノロジー株式会社製カラム「ＤＢ−ＷＡＸ」を用いて測定を行い、遊離フェノールの含有量を算出した。

（実施例２−１〜２−６、比較例２−１〜２−５）
摩擦材用混合物を以下の方法で作製するとともに、後述する評価方法により評価を行った。結果を表２にまとめて示す。

（摩擦材用混合物の作製）
結合材として実施例１−１〜１−６及び比較例１−１〜１−５で得られた摩擦材フェノール樹脂組成物Ａ〜Ｋを、繊維基材としてアラミド繊維（ＤＵ ＰＯＮＴ社製、ケブラー）を、無機充填剤として炭酸カルシウム（三共精粉株式会社製、炭酸カルシウム）と硫酸バリウム（堺化学工業株式会社製、簸性硫酸バリウム）とを、それぞれ用い、表２に示す配合割合で仕込み混合して、摩擦材用混合物とした。

（摩擦材用混合物の評価方法）
（１）成型可能最短時間（成型段階での硬化性）
熱成形プレス機を用いて、上記配合割合で仕込み混合して得られた摩擦材用混合物を１８０℃、圧力３０ＭＰａで６０秒から１８０秒までの１０秒間隔の成型時間でそれぞれ成型を行い、脱型時又は脱型後にフクレ・割れが発生せずに縦９０ｍｍ×横６０ｍｍ×厚さ１３ｍｍの成型品が得られる最低時間を成型可能最短時間とした。成型可能最短時間が短いほど成型時の硬化性が良好と判断される。

（２）ガラス転移温度Ｔｇ（ベーキング段階での硬化性）
熱成形プレス機を用いて、上記配合割合で仕込み混合して得られた摩擦材用混合物を１８０℃、圧力３０ＭＰａで３分間成型してガラス転移温度測定用試験片を得た。得られた試験片をそのまま（ベーキング処理前）、ならびに、２５０℃に温調された乾燥機に、１０分間入れてベーキング処理した後、動的粘弾性測定（ＤＭＡ）の曲げモードでガラス転移温度Ｔｇを測定した。ガラス転移温度Ｔｇは、貯蔵弾性率が低下する温度を外挿して求めた。短いベーキング時間でも架橋密度（硬化度）が高くなり、ガラス転移温度Ｔｇが高くなるほど良好と判断される。

（３）曲げ強度
熱成形プレス機を用いて、上記配合割合で仕込み混合して得られた摩擦材用混合物を１７０℃、圧力２０ＭＰａで７分間成型後、２００℃６０分でベーキングを行い曲げ試験片を得た。得られた曲げ試験片をＪＩＳ Ｋ ７１７１「プラスチック−曲げ特性の求め方」に準拠して測定した。ベーキング後に常温（２５℃）で測定したものを常態強度、ベーキング後、更に３５０℃で４時間加熱処理を行った後に常温（２５℃）で測定したものを熱処理後強度とした。熱処理後の曲げ強度が高いほど熱劣化し難く、優れた耐熱性を有すると判断される。

（４）ロックウェル硬度
上記手法で得られた曲げ試験片をＪＩＳ Ｋ ７２０２「プラスチックのロックウェル硬さ試験方法」に準拠して、ベーキング後に常温（２５℃）で測定した。ロックウェル硬度が高いほど、優れた架橋度を有し、機械特性が優れると判断される。

（５）高温短時間成型評価
熱成形プレス機を用いて、上記配合割合で仕込み混合して得られた摩擦材用混合物を１８０℃、圧力３０ＭＰａで２分間成型し、縦９０ｍｍ×横６０ｍｍ×厚さ１３ｍｍの成型品を得て、フクレ、割れが発生しないかを確認した。フクレも割れも発生しなかったものは◎、フクレまたは割れが発生したものは△、フクレと割れの両方が発生したものは×と記載した。

次いで、成型品の温度が１００℃を下回らないうちに、２５０℃で２０分間ベーキング処理を行った後、フクレ、割れが発生しないかを確認した。フクレも割れも発生しなかったものは◎、フクレまたは割れがわずかに発生したものは○と記載した。成型後に不良が発生したものについては、ベーキング処理は行わなかった。

表２に示すように、成型段階での硬化性については、実施例１−１〜１−６の摩擦材用フェノール樹脂組成物を用いた摩擦材用混合物である、実施例２−１〜２−６の摩擦材用混合物の成型品は、ノボラック型レゾルシン樹脂を使用しなかった比較例１−１、ノボラック型レゾルシン樹脂を使用せず、かつアダクト化を行わなかった比較例１−２、ハイオルソノボラック型フェノール樹脂およびノボラック型レゾルシン樹脂を使用しなかった比較例１−３、ハイオルソノボラック型フェノール樹脂の代わりにノボラック型フェノール樹脂を用いた比較例１−４の摩擦材用フェノール樹脂組成物を用いた摩擦材用混合物の成型品である比較例２−１〜２−４と比較すると、成型可能最短時間が短く、成型段階での硬化性が優れていることが分かった。また、ハイオルソノボラック型フェノール樹脂を使用せず、ノボラック型レゾルシン樹脂のみ使用した比較例１−５の摩擦材用フェノール樹脂組成物を用いた摩擦材用混合物の成型品である比較例２−５については、成型不可能であった。

また、表２に示すように、ベーキング段階での硬化性について、実施例２−１〜２−６の摩擦材用混合物の成型品は、比較例２−１〜２−４の摩擦材用混合物の成型品と比較すると、成型後（ベーキング処理前）のガラス転移温度が成型温度に近く、ベーキング処理後のガラス転移温度もベーキング温度に近くなっていることが分かった。

また、表２に示すように、３５０℃で４時間熱処理した後に、常温（２５℃）で測定した曲げ強度（熱処理後強度）について、実施例２−１〜２−６の摩擦材用混合物の成型品は、比較例２−１、比較例２−２の摩擦材用混合物の成型品と比較すると、熱処理後強度が高く、優れた耐熱性を示すことが分かった。

また、表２に示すように、ロックウェル硬度について、実施例２−１〜２−６の摩擦材用混合物の成型品は、比較例２−１、比較例２−２の摩擦材用混合物の成型品と比較すると、硬度が高く、優れた架橋度を示すことが分かった。

さらに、表２に示すように、高温短時間成型した後の外観について、実施例２−１〜２−６の摩擦材用混合物の成型品は、比較例２−１〜２−４の摩擦材用混合物の成型品と比較すると、高温短時間成形後の外観が優れていることがわかった。さらに、実施例２−１〜２−３、２−６の摩擦材混合物の成型品では、続けて２５０℃で２０分間のベーキング処理を行った後においてもフクレも割れも発生しておらず、良好な結果が得られた。

以上の結果より、本発明の摩擦材用フェノール樹脂組成物を用いた摩擦材用混合物は、硬化時間を短縮することが可能である。また、本発明の摩擦材用フェノール樹脂組成物を用いた摩擦材用混合物を含む成型品は、高い硬度を有し、かつ優れた耐熱性を示すものであった。また、本発明の摩擦材用フェノール樹脂組成物を用いた摩擦材用混合物は、高温短時間成型した後、割れもフクレも発生せず、高温短時間成型にも適用可能であることが分かった。したがって、本発明によれば、機械物性などの諸特性を低下させることなく、低コストで耐熱性に優れた摩擦材を得ることが可能な摩擦材用フェノール樹脂組成物を得ることができる。また、本発明によれば、高温短時間成型にも適用可能な摩擦材用フェノール樹脂組成物を得ることができる。

本発明の摩擦材用フェノール樹脂組成物は、硬化時間を短縮しても高い硬化度に到達することで、機械物性等の諸特性を低下させることなく、低コストで耐熱性に優れた摩擦材を得ることができるため、たとえば、ブレーキなどの工業的な摩擦材の製造に好適に用いることができる。

この出願は、２０１４年２月７日に出願された日本出願特願２０１４−０２２０７０号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

Claims (13)

1. ハイオルソノボラック型フェノール樹脂と、
   レゾルシンとホルムアルデヒドとの反応により得られるノボラック型レゾルシン樹脂と、
   ヘキサメチレンテトラミンと、
   を含み、
   前記ハイオルソノボラック型フェノール樹脂のオルソ／パラ結合比が、２以上７以下である、
   摩擦材用フェノール樹脂組成物。
2. 当該摩擦材用フェノール樹脂組成物が、前記ヘキサメチレンテトラミンと前記ハイオルソノボラック型フェノール樹脂とのアダクト体を含む、請求項１に記載の摩擦材用フェノール樹脂組成物。
3. 前記アダクト体を形成している前記ヘキサメチレンテトラミン量が、当該摩擦材用フェノール樹脂組成物に含まれる前記ヘキサメチレンテトラミン全量に対して、３０％以上である、請求項２に記載の摩擦材用フェノール樹脂組成物。
4. 前記ノボラック型レゾルシン樹脂の含有量が、前記ハイオルソノボラック型フェノール樹脂１００質量部に対して、１質量部以上１００質量部以下である、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の摩擦材用フェノール樹脂組成物。
5. 前記ハイオルソノボラック型フェノール樹脂の重量平均分子量が、１０００以上８０００以下である請求項１乃至４のいずれか一項に記載の摩擦材用フェノール樹脂組成物。
6. 遊離フェノールの含有量が、前記ハイオルソノボラック型フェノール樹脂全量に対して、１質量％未満である請求項１乃至５のいずれか一項に記載の摩擦材用フェノール樹脂組成物。
7. 前記ハイオルソノボラック型フェノール樹脂の含有量と前記ノボラック型レゾルシン樹脂の含有量との合計値を１００質量部としたとき、
   前記ヘキサメチレンテトラミンの含有量が、前記ハイオルソノボラック型フェノール樹脂の含有量と前記ノボラック型レゾルシン樹脂の含有量との合計値１００質量部に対して、５質量部以上２０質量部以下である、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の摩擦材用フェノール樹脂組成物。
8. 前記ハイオルソノボラック型フェノール樹脂と、前記ノボラック型レゾルシン樹脂と、前記ヘキサメチレンテトラミンとを溶融混合して得られる、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の摩擦材用フェノール樹脂組成物。
9. 前記ハイオルソノボラック型フェノール樹脂と前記ノボラック型レゾルシン樹脂との樹脂混合物と、前記ヘキサメチレンテトラミンとを溶融混合して得られる、請求項８に記載の摩擦材用フェノール樹脂組成物。
10. 繊維基材と、
    充填剤と、
    結合材と、
    を含む摩擦材であって、
    前記結合材が、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の摩擦材用フェノール樹脂組成物を含む、摩擦材。
11. 前記繊維基材が有機繊維を含む、請求項１０に記載の摩擦材。
12. 前記充填剤が、無機充填剤を含む、請求項１０または１１に記載の摩擦材。
13. 請求項１０乃至１２のいずれか一項に記載の摩擦材を用いて形成されるブレーキ。