JP6901865B2 - 摩擦材用の熱硬化性樹脂組成物、摩擦材及び摩擦材用の熱硬化性樹脂組成物の製造方法 - Google Patents
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Description
また、特許文献3には、セルロースナノファイバーと水とを主成分とする混合物、およびフェノール樹脂を直接溶融混練することを特徴とするフェノール樹脂組成物の製造方法が記載されている。
<1>リグノセルロースナノファイバーが熱硬化性樹脂に分散されたことを特徴とする、摩擦材用の熱硬化性樹脂組成物。
<2>前記リグノセルロースナノファイバーの含有量が0.1〜20質量%であることを特徴とする、<1>に記載の摩擦材用の熱硬化性樹脂組成物。
<3>前記リグノセルロースナノファイバーの平均繊維径が1〜500nmであることを特徴とする、<1>又は<2>に記載の摩擦材用の熱硬化性樹脂組成物。
<4>前記熱硬化性樹脂がフェノール樹脂であることを特徴とする、<1>〜<3>のいずれか1つに記載の摩擦材用の熱硬化性樹脂組成物。
<5><1>〜<4>のいずれか1つに記載の熱硬化性樹脂組成物を含有することを特徴とする摩擦材。
<6>前記熱硬化性樹脂組成物の含有量が5〜15質量%であることを特徴とする、<5>に記載の摩擦材。
<7>リグノセルロースを含有する植物系バイオマス及び分散媒を混合し解繊処理を行い、リグノセルロースナノファイバーのスラリーを得る工程と、フェノール及びアルデヒド類を酸触媒の存在下で反応させて前記スラリーを加え、分散媒及び未反応フェノールを除去しながらリグノセルロースナノファイバーを熱硬化性樹脂に分散させる工程を有することを特徴とする、摩擦材用の熱硬化性樹脂組成物の製造方法。
本発明の熱硬化性樹脂組成物は、リグノセルロースナノファイバーが熱硬化性樹脂に分散されたことを特徴とする。
本発明において使用するリグノセルロースナノファイバー(以下、「LCNF」ともいう。)は、リグノセルロースを含有する植物系バイオマス及び分散媒を0〜80℃で混合したものを、1〜12時間、解繊処理をすることによって得ることができる。
これらの植物系バイオマスは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
これらの分散媒は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
熱硬化性樹脂組成物中のLCNFの含有量が0.1質量%以上であると、該熱硬化性樹脂組成物を用いた摩擦材の曲げ強度を、ベース樹脂である熱硬化性樹脂を用いた摩擦材よりも向上させることができる。
一方、熱硬化性樹脂組成物中のLCNFの含有量が20質量%を超えると、該熱硬化性樹脂組成物を用いた摩擦材の強度及び曲げ弾性率が低下する場合がある。
LCNFの平均繊維径が1nm未満であると、実質的に製造が困難となる。
一方、LCNFの平均繊維径が500nmを超えると、熱硬化性樹脂組成物中の分散性が悪くなり補強効果が低下する。
なお、LCNFの平均繊維径は、LCNFを走査型電子顕微鏡(SEM)等で観察して、ランダムに10本抽出して測定した時の繊維径を平均した値である。
熱硬化性樹脂としては、例えば、フェノール樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ベンゾオキサジン樹脂、ポリイミド樹脂等が挙げられる。これらの熱硬化性樹脂は、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
これらの中でも、フェノール樹脂は水酸基を多く有するため、親水性の高いLCNFとの親和性が高いので、フェノール樹脂を用いることが好ましい。
次に、本発明の摩擦材用の熱硬化性樹脂組成物の製造方法について説明する。
該製造方法は、リグノセルロースを含有する植物系バイオマス及び分散媒を混合し解繊処理を行い、リグノセルロースナノファイバーのスラリーを得る工程(第一工程)と、フェノール及びアルデヒド類を酸触媒の存在下で反応させて前記スラリーを加え、分散媒及び未反応フェノールを除去しながらリグノセルロースナノファイバーを熱硬化性樹脂に分散させる工程(第二工程)を有する。
本発明の摩擦材用の熱硬化性樹脂組成物の製造方法においては、まず、リグノセルロースを含有する植物系バイオマス及び分散媒を混合し解繊処理を行い、LCNFのスラリーを得る。
次に、フェノール及びアルデヒド類を酸触媒の存在下で反応させて前記スラリーを加え、分散媒及び未反応フェノールを除去しながらLCNFを熱硬化性樹脂に分散させる。
また、加熱還流の時間が上記範囲内であると、重合が十分に進行するため好ましい。
これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
アルデヒド類の使用量が10質量部以上であると、フェノール類モノマーの残存を抑制することができる。また、アルデヒド類の使用量が30質量部を超えると、樹脂組成物の重合度が高くなり過ぎる場合がある。
これらの中でも、中和処理の必要有無の観点から、蓚酸が好ましい。
本発明の熱硬化性樹脂組成物は、摩擦材の結合材として好適に使用できる。以下、摩擦材について説明する。
また、本発明の摩擦材は、自動車などのブレーキパッドやブレーキライニング等の摩擦材として好適に使用することができる。
繊維基材は、摩擦材の補強用に用いられ、繊維基材としては、例えば、有機繊維、無機繊維、金属繊維等が使用される。
摩擦調整材は、耐摩耗性、耐熱性、耐フェード性等の所望の摩擦特性を摩擦材に付与するために用いられる。
これらの摩擦調整材は、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
結合材は、摩擦材に含まれる繊維基材及び摩擦調整材を一体化するために用いられる。本発明の摩擦材は、本発明の熱硬化性樹脂組成物を結合材として好適に用いることができる。
その他の結合材としては、例えば、ストレートフェノール樹脂、エラストマー等による各種変性フェノール樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂が挙げられる。
エラストマー変性フェノール樹脂としては、例えば、アクリルゴム変性フェノール樹脂やシリコーンゴム変性フェノール樹脂、NBRゴム変性フェノール樹脂等を挙げることができる。
本発明の摩擦材の製造は、公知の製造工程により行うことができ、例えば、摩擦材組成物の予備成形、熱成形、加熱、研摩等の工程を経て摩擦材を作製することができる。
(a)板金プレスにより鋼板(プレッシャプレート)を所定の形状に成形する工程
(b)上記プレッシャプレートに脱脂処理、化成処理およびプライマー処理を施し、接着剤を塗布する工程
(c)繊維基材と、摩擦調整材と、結合材等の粉末原料とを配合し、混合により十分に均質化した摩擦材組成物を、常温にて所定の圧力で成形して予備成形体を作製する工程
(d)上記予備成形体と接着剤が塗布されたプレッシャプレートとを、所定の温度および圧力を加えて両部材を一体に固着する熱成形工程(成形温度130〜180℃、成形圧力30〜80MPa、成形時間2〜10分間)
(e)アフターキュア(150〜300℃、1〜5時間)を行って、最終的に研摩や表面焼き、塗装等の仕上げ処理を施す工程
このような工程により、本発明の摩擦材を備えたディスクブレーキ用ブレーキパッドを製造することができる。
<LCNFスラリー作製>
平均粒子径(D50)が115μmの杉木粉(富山県西部森林組合製)20g、蒸留水200g及び直径10mmのジルコニアボールをジルコニアポットに投入し、遊星型ボールミル(Fritsch社製、「P−5」)を用いて400rpmで6時間粉砕し、解繊処理を行った。
解繊処理後に、ポットから蒸留水280gを用いてLCNFを回収し、固形分濃度4質量%のLCNFスラリーを得た。このLCNFの平均繊維径は100nmであった。
ジムロート冷却器、温度計、攪拌機を備えた4つ口フラスコに、フェノール(和光純薬工業株式会社製)180g、37%ホルムアルデヒド液(和光純薬工業株式会社製)109g、蓚酸(和光純薬工業株式会社製)0.4gを取り、100℃での加熱還流を6時間行った。
得られたフェノール樹脂組成物収量から算出したLCNFの含有率は1質量%であった。
実施例1と同様に、LCNFスラリーを作製した。
得られたLCNFスラリー100g(固形分4g)を用いて、実施例1と同様に、LCNFが分散したフェノール樹脂組成物を作製した。
得られたフェノール樹脂組成物収量から算出したLCNFの含有率は2質量%であった。
実施例1と同様に、LCNFスラリーを作製した。
得られたLCNFスラリー250g(固形分10g)を用いて、実施例1と同様に、LCNFが分散したフェノール樹脂組成物を作製した。
得られたフェノール樹脂組成物収量から算出したLCNFの含有率は5質量%であった。
実施例1と同様に、LCNFスラリーを作製した。
得られたLCNFスラリー450g(固形分18g)を用いて、実施例1と同様に、LCNFが分散したフェノール樹脂組成物を作製した。
得られたフェノール樹脂組成物収量から算出したLCNFの含有率は9質量%であった。
住友ベークライト株式会社製のストレートフェノール樹脂を使用した。
実施例1〜4のフェノール樹脂組成物及び比較例1のフェノール樹脂について、発熱ピーク温度、ゲル化時間を測定した。
実施例1〜4のフェノール樹脂組成物及び比較例1のフェノール樹脂10mgを測定容器に測り取り、示差走査熱量計(DSC)装置(Rigaku社製、「Thermoplus EV02」)を用いて昇温速度5℃/minで室温から300℃まで測定した。100〜250℃に樹脂の熱硬化反応に由来する発熱ピークが観測され、そのピーク温度を読み取った。
結果を表1に示す。
実施例1〜4のフェノール樹脂組成物及び比較例1のフェノール樹脂lgを150℃に設定した熱板に乗せ、薬さじで攪拌して試料が糸を引かなくなった時点での時間を測定した。
結果を表1に示す。
(摩擦材作製)
実施例1〜4のフェノール樹脂組成物及び比較例1のフェノール樹脂を用いて、表2に記載の配合で摩擦材を作製した。
具体的には、表2に示す配合材料を、混合攪拌機に一括して投入し、常温で混合を5分間行い、摩擦材組成物を得た。
摩擦材組成物を予備成形プレスの金型に投入し、常温にて20MPaで10秒間、成形を行い、予備成形体を作製した。
この予備成形体を熱成形型に投入し、予め接着剤を塗布した金属板(プレッシャプレート:P/P)を重ねて、150℃、50MPaで5分間加熱加圧成形を行った。
この加熱加圧成形体に、250℃、3時間の熱処理を実施した後、研摩した。
得られたブレーキパッドについて、曲げ試験、摩擦性能試験を行った。
摩擦材から50mm×10mm×2mmの試験片を切り出し、JIS−K7171に準拠し、試験片の室温と300℃での曲げ強度(MPa)と曲げ弾性率(GPa)を測定した。結果を表2に示す。
JASO−C406に準拠し、ブレーキダイナモメーターを用い摩擦性能試験を行った。
摩擦性能試験後の摩擦材摩耗量(mm)を測定した。結果を表2に示す。
Claims (1)
- リグノセルロースを含有する植物系バイオマス及び分散媒を混合し解繊処理を行い、リグノセルロースナノファイバーのスラリーを得る工程と、
フェノール及びアルデヒド類を酸触媒の存在下で反応させて前記スラリーを加え、分散媒及び未反応フェノールを除去しながらリグノセルロースナノファイバーを熱硬化性樹脂に分散させる工程を有することを特徴とする、摩擦材用の熱硬化性樹脂組成物の製造方法。
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