説明

熱硬化性樹脂組成物及び摩擦材

【課題】耐熱性と共に柔軟性にも優れ、耐熱性の高いアラミド系繊維との密着性に優れた熱硬化性樹脂を提供し、長期に亘り摩擦特性が安定し、耐磨耗性に優れ耐久性の優れた湿式摩擦材を提供する。
【解決手段】フェノールモノマー類(a)とトリアジン類(b)とアルデヒド類(c)とノボラック型フェノール樹脂(d)とを反応して得られるトリアジン変性レゾール型フェノール樹脂を含有することを特徴とする熱硬化型樹脂組成物、これを繊維状基材に含浸、硬化した摩擦材。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、自動車、産業機械等に使用されるブレーキやクラッチ用摩擦材、自動変速機などで油中に浸漬した状態で使用される湿式クラッチなどの摩擦材用樹脂組成物に好適な熱硬化性樹脂組成物及びこれを繊維状基材に含浸、硬化した摩擦材に関する。
【背景技術】
【0002】
フェノール樹脂は、耐熱性、機械的強度、成型加工性などの優れた特性を有しており、従来、成型材料を初めとして接着、含浸等の加工手段を用いて各種工業材料用として使用されてきた。近年、耐熱性や耐久性への要求は高温で使用する材料、例えば自動車用摩擦材などで更に高まり、使用される基材も従来のガラスの様な無機繊維から耐熱性の高いアラミド繊維、カーボン繊維などが普及してきており、結合剤として使用されるフェノール樹脂に対してもこれらの耐熱性の高い繊維に適合出来るものとして耐熱性や耐久性に優れるフェノール樹脂が要求されて来た。これらの要求に応える為、フェノール樹脂を改質(変性)し、耐熱性を改善する技術が種々開発されて来ている。特に耐熱性や耐久性と共に、高温で長期に安定した摩擦係数を保持するという摩擦特性が重要とされるブレーキやクラッチ等の自動車用摩擦材料の分野には、これらの物性に加えて樹脂に対して柔軟性が大きいことが要求される。同様に油中で使用される、いわゆる湿式摩擦材は、パルプ、アラミド等の繊維状基材、摩擦調整剤としての添加剤の混合物等を抄造工程により抄造体とした後、フェノール系樹脂を結合剤として含浸、熱硬化して製造されている。この様な摩擦材は環境負荷軽減の為、自動車の軽量化を目指し、摩擦材枚数の減少、摩擦面積の減少等が要求されて来た。この為、基材として使用される繊維状物を耐熱性や機械的強度の高いものへ変更すること、更に摩擦調整用充填材や繊維状基材の形状を変更することや、その材質の検討がなされてきている。特に繊維状基材としてアラミド繊維を他の繊維状基材と併用して使用するか或いは単独で使用した摩擦材が精力的に検討され実用化に至っている(例えば特許文献1参照。)しかし、前記の技術では、要求される耐熱性や柔軟性を両立することが不十分であり、またアラミド繊維とフェノール系樹脂との濡れ性も十分でなく、その結果摩擦材に要求されている長期の摩擦特性の保持、耐磨耗性等は不十分であった。
【0003】
【特許文献1】特開2003−292943
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
従って、本発明の課題は、耐熱性と共に柔軟性にも優れ、耐熱性の高いアラミド系繊維との密着性に優れた熱硬化性樹脂を提供し、長期に亘り摩擦特性が安定し、耐磨耗性に優れ耐久性の優れた湿式摩擦材を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明者らは、前記の課題を解決するため鋭意検討した結果、フェノール樹脂を製造する際に、フェノールモノマー類と共にノボラック型フェノール樹脂を併用して反応させ、同時にトリアジン類で変性することが、耐熱性、柔軟性に対して有効であることを見出し本発明を完成するに至った。
【0006】
即ち、本発明は、フェノールモノマー類(a)とトリアジン類(b)とアルデヒド類(c)とノボラック型フェノール樹脂(d)とを反応して得られるトリアジン変性レゾール型フェノール樹脂を含有することを特徴とする熱硬化型樹脂組成物、これを繊維状基材に含浸、硬化した摩擦材を提供する。
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば、耐熱性、柔軟性、繊維状基材への密着性に優れた熱硬化性樹脂組成物を提供し、これを繊維状物質、摩擦調整剤等を配合した基材に含浸、硬化した耐久性の高い湿式摩擦材を提供することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【0008】
以下本発明について更に具体的に説明する。
本発明の熱硬化性樹脂組成物に用いるトリアジン類変性レゾール型フェノール樹脂は、例えば、フェノール類モノマー(a)とノボラック型フェノール樹脂(d)とトリアジン類(b)とアルデヒド類(d)との混合物をpHが4.0〜10.0とした後、後述するレゾール型フェノール樹脂を製造する条件化で前記混合物を反応させる工程、反応系内の縮合水を除去する工程、及びメタノール等の溶剤に溶解する工程によりなる方法で得られる。
【0009】
前記トリアジン変性フェノール樹脂の製造方法としては、例えば、フェノールモノマー類(a)とノボラック型フェノール樹脂(d)、トリアジン類(b)とアルデヒド類(c)の溶剤或いは水溶液と触媒とを、50〜100℃で1〜6時間反応させ、その結果として、トリアジン類とフェノールモノマー類、トリアジン類とノボラック型フェノール樹脂とが共縮合し、これらが混在したレゾール型フェノール樹脂溶液が得られる。前記触媒としては、特に限定されないが、例えば、酢酸亜鉛、硼酸亜鉛等の金属塩、トリエチルアミン等の3級アミン類、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化バリウム等の金属酸化物、及びアンモニアなどが挙げられる。
【0010】
前記フェノールモノマー類(a)としては、特に限定されるものではなく、例えば、フェノール、クレゾール、キシレノール、エチルフェノール、ブチルフェノール、オクチルフェノールなどのアルキルフェノール類、ビスフェノールF、ビスフェノールS、レゾルシン、カテコール等の多価フェノール類、ハロゲン化フェノール、フェニルフェノール、アミノフェノールなどが挙げられる。これらのフェノール類はその使用に当たっては1種類に限定されるものではなく、2種以上の併用も可能である。
【0011】
更に本発明のフェノール樹脂組成物に用いるトリアジン環を含む化合物としては特に限定させるものではないが、例えば、次の一般式(I)であることが望ましい。
【0012】
【化1】

【0013】
(式中、R、R、Rはそれぞれ独立に、アミノ基、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、フェニル基、ヒドロキシル基、ヒドロキシルアルキル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、カルボキシル基、シアノ基、又はハロゲン元素を表す。)
【0014】
前記一般式(I)で示される化合物としては、具体的にはメラミン、あるいはアセトグアナミン、ベンゾグアナミンなどのグアナミン誘導体、シアヌル酸、あるいはメチルシアヌレート、エチルシアヌレート、アセチルシアヌレート、塩化シアヌル等が挙げられる。これらのトリアジン環を含む化合物を使用するに当たっては、1種類に限定されるものではなく、2種以上を併用することも可能である。
【0015】
前記アルデヒド類(c)としては、特に限定されるものではないが、取り扱いの容易さの点からホルムアルデヒドが好ましい。ホルムアルデヒドとしては、限定されるものではないが、代表的な供給源としてはホルムアルデヒドの水溶液であるホルマリン、パラホルムアルデヒド、ウロトロピンが挙げられる。
【0016】
前記ノボラック型フェノール樹脂(d)は次の様な方法で製造することが出来る。例えば、フェノールモノマーとして、フェノール、クレゾール、キシレノール、ブチルフェノール、オクチルフェノールなどのアルキルフェノール類、ビスフェノールF、ビスフェノールS、レゾルシン、カテコール等の多価フェノール類、ハロゲン化フェノール、フェニルフェノール、アミノフェノール等のフェノール類とホルムアルデヒド類、例えば50重量%のホルマリンを、ノボラック型フェノール樹脂の製造の際に一般的に用いられる触媒、例えば、蓚酸、塩酸、リン酸、硫酸、パラトルエンスルホン酸、フェノールスルホン酸等の酸類、或いは酢酸亜鉛、オクチル酸亜鉛等のハイオルソ樹脂合成用触媒類存在下、還流下1〜5時間反応させた後、必要により水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化バリウム、水酸化カルシウム等によりpHを4〜7に中和した後、ホルマリン中の溶剤、水及び縮合水を常圧化で脱水、更に180〜200℃の温度で脱モノマーする工程をへて取り出す。ここで脱モノマーを完全に行うと、本発明で用いるトリアジン変性レゾール型フェノール樹脂を製造する際、ノボラック型フェノール樹脂を多くした場合であっても、得られるトリアジン変性レゾール型フェノール樹脂のフリーモノマー量を低減することが出来る。
【0017】
本発明で用いるトリアジン変性レゾール型フェノール樹脂を製造する際に、取り扱いを容易にする為、使用するノボラック樹脂をメタノール、エタノール或いはメチルエチルケトン等の有機溶剤に溶解することが好ましい。有機溶剤溶剤への溶解は脱モノマー化終了後、釜内に溶剤を徐々に添加することによっても可能である。
【0018】
また、前記ノボラック型フェノール樹脂(d)としては、フェノールモノマー類とキシレン樹脂とを強酸(例えば、硫酸)の存在下、100〜150℃の温度で反応さて得られるキシレン変性ノボラック樹脂も使用出来る。得られたキシレン変性ノボラック樹脂は上記と同様にメタノールや、エタノール、メチルエチルケトン等のノボラック樹脂の可溶な溶剤に適度な濃度、例えば80〜90重量%の濃度で溶解して使用するのが好ましい。
【0019】
ここで、アルデヒド類とフェノール類の比[(アルデヒド類)/(フェノール類)](モル比)は、得られるノボラック型フェノール樹脂(d)の収率が良好なことから0.3以上が好ましく、得られる樹脂の粘度が上昇せずに、基材に含浸加工する際に含浸率を一定しやすく、樹脂が基材の表面に分布してしまうマイグレーションの原因となりにくいことから0.8以下の範囲であることが好ましい。
【0020】
前記ノボラック型フェノール樹脂(d)の数平均分子量はGPCにより容易に測定することが出来る。前記ノボラック型フェノール樹脂(d)の平均分子量は、柔軟性の高い組成物を得ることができることから300以上であることが好ましく、得られた樹脂液の粘度が高くなりすぎず、含浸工程で良好な含浸状態が得られことから1000以下の範囲にあることが好ましい。これらの中でも、特に好ましくは300〜800の範囲である。
【0021】
前記フェノール類(a)とノボラック型フェノール樹脂(d)との反応比率〔(a)/(d)〕は5/95〜95/5(固形分重量比)が好ましい。より柔軟性の高い樹脂組成物を得る場合はノボラック樹脂を多く使用し、又弾性率の高い樹脂組成物を得る場合はフェノールモノマー類を多く用いると良い。柔軟性と弾性のバランスが良好な樹脂組成物を得る為には〔(a)/(d)〕が30/100〜100/30(固形分重量比)の間が良い。
【0022】
前記フェノール類(a)とノボラック型フェノール樹脂(d)の合計とトリアジン類の比率〔(b)/(a)+(d)〕(重量比)は、耐磨耗性、耐久性の優れた樹脂組成物を得やすいことから、0.05〜1.00であることが好ましい。またこの範囲の中でも、前記比率は0.1〜0.50(重量比)の範囲にあることが特に好ましい。
【0023】
また、フェノール類(a)とトリアジン類(b)との合計モル数とアルデヒド類(c)の比(モル比)〔(c)/(a)+(b)〕は1.0〜5.0で有ることが好ましい。ことのモル比の特に好ましい範囲は、前記の比〔(c)/(a)+(b)〕が1.0〜2.0の範囲である。
【0024】
前記トリアジン変性フェノール樹脂は有機溶剤溶液で使用することが好ましく、この場合の濃度としては固形分濃度として30〜70重量%が好ましい。また、用いる有機溶媒としてはメタノール、エタノール等のアルコール類やアセトン、メチルエチルケトン等のケトン類が好ましい。前記溶剤類は混合して使用しても問題はない。
【0025】
本発明に用いるトリアジン変性レゾール型フェノール樹脂は更に変性剤を追加反応させることも可能である。変性剤としては例えば、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂などを挙げることが出来る。
【0026】
本発明の熱硬化性樹脂組成物には、更に必要に応じて界面活性剤、難燃剤、酸化防止剤、着色剤、シランカップリング剤等の添加剤を加えて用いても良い。
【0027】
本発明の熱硬化性樹脂組成物を熱硬化させる温度としては、100〜300℃が好ましい。特に好ましくは150〜250℃の範囲が良い。また、いわゆる後焼成工程で樹脂を更に、完全硬化することも有効である。
【0028】
本発明の摩擦材は、前記熱硬化性樹脂組成物を繊維状基材或いは、繊維状基材と摩擦調整剤とを抄造した基材に対して含浸、硬化させて得られる。繊維状基材としてはアラミド繊維単独でも良いし、木材パルプ、リンターパルプ、ガラス繊維、セラミック繊維、炭素繊維、チタン酸カリウム繊維の様な無機繊維、綿、麻の様な天然繊維、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維の様な合成有機繊維等とアラミド繊維を2種類以上混合したものでも良い。また繊維の形状に関しては有機繊維をフィブリル化して用いても良い。また摩擦調整剤としてはウオラストナイト、珪藻土、シリカ、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、酸化珪素などの無機物やカシューダスト、グラファイト等が用いられる。これらの摩擦調整剤は2種以上混合使用しても良い。繊維基材としては経済性、耐久性向上の点から特にアラミド繊維と他の繊維を混合使用したものが好ましい。繊維状基材と摩擦調整剤の比率は40〜60/60〜40が良い。
【0029】
以下、本発明を実施例に基づき更に具体的に説明する。但し、本発明は以下の実施例だけに限定されるものではない。なお例中の部及び%は全て重量基準とする。
【0030】
合成例1:ノボラック型フェノール樹脂の合成
攪拌機、コンデンサー、温度計を備えた4つ口2Lフラスコにフェノール941部と50%ホルマリン360部とを仕込み攪拌を開始し、次いで蓚酸1.88部を添加し100℃に昇温した。100℃で3時間反応した後150℃になるまで常圧で脱水を行った。次いで−0.094MPaにて脱フェノールを2時間行った。その後メタノール190部を突沸に注意しながら徐々に滴下し固形分80%、粘度18000mPa・s/25℃のノボラック型フェノール樹脂(1)を得た。得られた樹脂のGPCで測定した数平均分子量は450であった。
【0031】
合成例2:ノボラック型フェノール樹脂の合成
攪拌機、コンデンサー、温度計を備えた4つ口2Lフラスコにフェノール941部キシレン樹脂(ニカノールG、三菱ガス化学製)400部を仕込み攪拌を開始した。次いで65%フェノールスルホン酸0.40部を水100部に溶解し添加後100℃に昇温した。100℃で3時間反応した後、50%ホルムアルデヒド水溶液120部を加え、100℃で1時間反応した。その後、水酸化バリウムを0.4部加えてpHを4.5とした。次いで常圧でフラスコ内温度が190℃になる迄脱水を行った。次に減圧度−0.094MPaにて脱フェノールを1時間行った。その後エタノール180部を突沸に注意しながら徐々に滴下し樹脂を完全に溶解した後、冷却した。樹脂の固形分80%、粘度5600mPa・s/25℃のノボラック型フェノール樹脂(2)を得た。得られた樹脂のGPCにて測定した数平均分子量は650であった。
【0032】
合成例3
攪拌機、コンデンサー、温度計を備えた4つ口3Lフラスコにフェノール600部(6.38モル)、合成例1で得られたノボラック型フェノール樹脂500部(フェノールモノマー/ノボラック樹脂比率=6/4)、メラミン200部、50%ホルマリン765.6部を仕込み攪拌を開始した。次いでトリエチルアミン24部を添加し80℃に昇温した。80℃で3時間反応した後、−0.094MPaで温度が90℃になる迄減圧蒸留を行った。突沸に注意しながらメタノール1300部を加え溶解させた後常温まで冷却した。得られた樹脂組成物の135℃で測定した時の不揮発分49%、25℃で測定した粘度39mPa・sのトリアジン変性レゾール型フェノール樹脂溶液(i)を得た。
【0033】
合成例4
攪拌機、コンデンサー、温度計を備えた4つ口3Lフラスコにフェノール400部、合成例2で得られたノボラック型フェノール樹脂750部(フェノールモノマー/ノボラック樹脂比率=4/6)、ベンゾグアナミン300部、50%ホルマリン669部、を仕込み攪拌を開始した。次いで48%苛性ソーダ20部を添加し70℃に昇温した。70℃で3時間反応した後、−0.094MPaで温度が90℃になる迄減圧蒸留を行った。突沸に注意しながらエタノール1400部を加え溶解させた後常温まで冷却した。得られた樹脂組成物の135℃で測定した時の不揮発分51%、25℃で測定した粘度52mPa・sのベンゾグアナミン変性レゾール型フェノール樹脂溶液(ii)を得た。
【0034】
合成例5
攪拌機、コンデンサー、温度計を備えた4つ口3Lフラスコにフェノール500部(5.31モル)、ベンゾグアナミン200部50%ホルマリン592.8部、を仕込み攪拌を開始し、トリエチルアミン20部を添加し70℃に昇温した。70℃で2時間反応した後、合成例1で得られたノボラック型フェノール樹脂625部(フェノールモノマー/ノボラック樹脂比率=5/5)、48%苛性ソーダ20部を添加し、80℃に昇温後2時間反応した、次いで−0.094MPaで温度が90℃になる迄減圧蒸留を行った。突沸に注意しながらメタノール1290部を加え溶解させた後常温まで冷却した。得られた樹脂組成物の135℃で測定した時の不揮発分50%、25℃で測定した粘度30mPa・sのベンゾグアナミン変性レゾール型フェノール樹脂溶液(iii)を得た。
【0035】
比較合成例1
攪拌機、コンデンサー、温度計を備えた4つ口3Lフラスコにフェノール941部(10.0モル)、50%ホルマリン720部(12.0モル)、を仕込み攪拌を開始し、触媒として48%苛性ソーダ液9.41部を加え80℃に昇温した。80℃で3時間反応した後、留を行った。次いで−0.094MPaで温度が90℃になる迄減圧蒸留を行った。突沸に注意しながらメタノール1050部を加え溶解させた後常温まで冷却した。得られた樹脂組成物の135℃で測定した時の不揮発分52%、25℃で測定した粘度19mPa・sのレゾール型フェノール樹脂溶液(iv)を得た。
【0036】
比較合成例2
攪拌機、コンデンサー、温度計を備えた4つ口3Lフラスコにフェノール941部(10.0モル)、メラミン37.6部(0.30モル)、50%ホルマリン720部(12.0モル)を仕込み攪拌を開始し、触媒としてトリエチルアミン9.41部を加え80℃に昇温した。80℃で3時間反応した後、次いで−0.094MPaで温度が90℃になる迄減圧蒸留を行った。突沸に注意しながらメタノール1140部を加え溶解させた後常温まで冷却した。得られた樹脂組成物の135℃で測定した時の不揮発分50%、25℃で測定した粘度22mPa・sのメラミン変性レゾール型フェノール樹脂溶液(v)を得た。
【0037】
比較合成例3
比較合成例1で得られたフェノール樹脂200部に対してビスフェノールF型エポキシ樹脂10.4部を加え、75℃に昇温し3時間反応後、メタノール12部を添加し冷却した。得られた樹脂組成物の135℃で測定した時の不揮発分51%、25℃で測定した粘度15mPa・sのエポキシ変性レゾール型フェノール樹脂溶液(vi)を得た。
【0038】
実施例1〜3及び比較例1〜3
合成例3〜合成例5で得られた樹脂及び比較合成例1〜3の樹脂を200℃で測定した不揮発分が40%になる様にメタノールで希釈し、P−アラミド繊維の不織布に〔(樹脂固形分/(樹脂固形分+繊維分))×100=75(%)になるように含浸し、1時間風乾後200℃で10分間硬化させ。得られた硬化物を幅10mm、長さ130mmに切り出し、チャック間距離80mm、テストスピード2mm/分で引っ張り強度を測定した。引っ張り強度の測定は25℃、及び200℃熱間で測定した。結果は次の通りであった。なお、表中の強度(1)と強度(2)は、それぞれ25℃と200℃における強度を表し、また、〔(2)/(1)〕×100は、強度(1)と強度(2)の比を%で表したものである。また25℃で強度を測定した時の伸びを測定した。
【0039】
【表1】

【0040】
次いで合成例3〜5、比較合成例1〜3で得られた樹脂を下記表2で示す構成の抄紙体基材にディッピング法にて含浸し、常温で溶剤を揮発させ、更に200℃で15分間硬化させペーパー摩擦材を得た。なお、抄紙基材と樹脂固形分の比率は70/30(重量比)になるように調整した。
【0041】
【表2】

【0042】
得られたペーパー摩擦材を所定のサイズに加工した物を金属コア板に接着して試験片を作成した。これを用いてSAE(アメリカ自動車技術協会)#2摩擦試験機で試験を実施した。試験項目は次の通りである。
【0043】
試験サイクル数:(1)500サイクル耐久試験、(2)5000サイクル耐久試験
試験条件は次の通り、イナーシャ;0.035kgm・sec、面圧8kg/cm、ダイナミック回転数3600rpm、スタティック回転数0.7rpm、油温100℃、使用潤滑油トヨタオートフルードD−II(トヨタ自動車I(株)の純正オートマチックオイル)とした。
【0044】
測定項目;μ1800(1800rpmの動摩擦係数)、μ(止まり際の動摩擦係数)、μ(0.7rpmの静摩擦係数)、μ/μ1800、摩耗量(μm)
【0045】
【表3】

【0046】
アラミド密着性の比較、摩擦特性の安定性比較から本発明のノボラック樹脂を含むトリアジン変性フェノール樹脂は従来の無変性フェノール樹脂や変性フェノール樹脂に比較してアラミド繊維密着性や伸び、摩擦特性の安定性、熱に対する抵抗性が優れていることは明らかである。


【特許請求の範囲】
【請求項1】
フェノールモノマー類(a)とトリアジン類(b)とアルデヒド類(c)とノボラック型フェノール樹脂(d)とを反応して得られるトリアジン変性レゾール型フェノール樹脂を含有することを特徴とする熱硬化型樹脂組成物。
【請求項2】
前記ノボラック型フェノール樹脂(d)の数平均分子量が300〜1000である請求項1記載の熱硬化型樹脂組成物。
【請求項3】
前記トリアジン類(b)が、メラミン、アセトグアナミン及びベンゾグアナミンからなる群から選ばれる1種以上の化合物である請求項1または2記載の熱硬化性樹脂組成物。
【請求項4】
前記フェノールモノマー類(a)とノボラック型フェノール樹脂(d)の合計とトリアジン類(b)の比率〔(b)/(a)+(d)〕が0.1〜0.5(重量比)である請求項3記載の熱硬化性樹脂組成物。
【請求項5】
フェノールモノマー類(a)とトリアジン類(b)との合計モル数とアルデヒド類(c)の比(モル比)〔(c)/(a)+(b)〕が1.0〜2.0である請求項4記載の熱硬化性樹脂組成物。
【請求項6】
請求項1〜5の何れか1つに記載の熱硬化性樹脂組成物を繊維状基材に含浸、硬化してなる事を特徴とする摩擦材。
【請求項7】
繊維状基材がアラミド繊維を含有するものである請求項6記載の摩擦材。

【公開番号】特開2006−152052(P2006−152052A)
【公開日】平成18年6月15日(2006.6.15)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2004−341968(P2004−341968)
【出願日】平成16年11月26日(2004.11.26)
【出願人】(000002886)大日本インキ化学工業株式会社 (2,597)
【Fターム(参考)】