Tworzywa termoutwardzalne produkuje się w znacznie mniejszych ilościach niż termoplastyczne i często uważa się je za „aktorów drugoplanowych” w świecie tworzyw sztucznych. A jednak pierwsze w pełni syntetyczne tworzywo sztuczne stworzone przez człowieka nie było termoplastem, lecz tworzywem termoutwardzalnym – nazywa się bakelit.
W tym artykule wyjaśniamy, czym jest bakelit, jakie są jego rodzaje, jakie ma zalety i wady oraz gdzie stosuje się go dzisiaj. Bakelit ma dobrze zrównoważony zestaw właściwości i jest najczęściej dostarczany w postaci arkuszy laminowanych, w których tworzywo łączy się z materiałem bazowym, takim jak papier lub tkanina bawełniana. Od elektrotechniki po nowoczesne materiały cicho wspiera wiele dziedzin naszego codziennego życia.
Czym jest bakelit?
Bakelit, znany również jako żywica fenolowa lub żywica fenolowo-formaldehydowa, to termoutwardzalne tworzywo sztuczne wytwarzane z fenolu i formaldehydu. Reakcję tych dwóch substancji po raz pierwszy opisał w 1872 roku niemiecki chemik Adolf von Baeyer. Belgijsko-amerykański chemik Leo Baekeland przekształcił ją w 1907 roku w użyteczny materiał, a bakelit nosi jego nazwisko.
Aby wytworzyć bakelit, fenol i formaldehyd podgrzewa się z katalizatorem kwasowym lub zasadowym, a w razie potrzeby dodaje się środki utwardzające. Powstaje trójwymiarowa, usieciowana struktura. W przeciwieństwie do termoplastów utwardzone tworzywo termoutwardzalne nie daje się ponownie stopić – podczas ogrzewania zachowuje swój kształt.
W przemyśle bakelit jest znany przede wszystkim jako materiał płytowy utwardzany cieplnie, w którym papier lub tkaninę nasyca się tworzywem. Stosuje się go również w klejach, powłokach i izolacji elektrycznej. Dzięki niskiemu kosztowi, dobrej odporności na ciepło, wytrzymałości i izolacji elektrycznej bakelit jest wykorzystywany w licznych zastosowaniach od ponad stu lat. Chociaż termoplasty przejęły wiele jego dawnych zastosowań, bakelit nadal zdobywa nowe rynki, a jego wykorzystanie ma się dalej zwiększać.
Bakelit papierowy i bawełniany: dwa główne rodzaje
Dziś bakelit rzadko sprzedaje się jako czyste tworzywo. Zwykle dostarcza się go w postaci arkuszy laminowanych, które powstają przez nasycanie warstw materiału bazowego tworzywem i utwardzanie ich pod wpływem ciepła i ciśnienia. Arkusze z papierem jako materiałem bazowym nazywa się bakelitem papierowym (laminat fenolowo-papierowy, PF CP wg EN 60893). Arkusze z tkaniną bawełnianą nazywa się bakelitem bawełnianym lub tkaninowym (laminat fenolowo-tkaninowy, PF CC).
| Właściwość | Bakelit papierowy | Bakelit bawełniany |
|---|---|---|
| Materiał bazowy | Warstwy papieru | Warstwy tkaniny bawełnianej |
| Koszt | Niższy | Wyższy |
| Masa | Mniejsza | Większa |
| Wytrzymałość mechaniczna | Dobra | Wyższa, większa odporność na uderzenia |
| Izolacja elektryczna | Bardzo dobra – pierwszy wybór | Dobra |
| Absorpcja wilgoci | Wysoka | Niższa niż w przypadku papieru, ale nadal zauważalna |
| Typowe zastosowanie | Płyty izolacyjne, listwy zaciskowe, przekładki | Części obciążone mechanicznie, części ślizgowe i prowadzące |
| Dostępny w meviy | Bakelit (papierowy, kolor naturalny), Bakelit (papierowy, kolor czarny) | Bakelit (bawełniany, naturalny) |
Jako zasadę ogólną przyjmij: wybierz bakelit papierowy, gdy najważniejsze są izolacja elektryczna i koszt, a bakelit bawełniany, gdy element ma wytrzymywać obciążenia mechaniczne lub uderzenia. Oba rodzaje należy stosować w suchym otoczeniu.
Zalety bakelitu
Bakelit ma wiele zalet. Najważniejsze z nich to:
- Wysoka odporność na ciepło: jako tworzywo termoutwardzalne bakelit nie topi się. Zachowuje stabilność wymiarową i wytrzymałość w temperaturach, w których wiele termoplastów już mięknie.
- Doskonała izolacja elektryczna: właściwości izolacyjne czynią z bakelitu sprawdzony materiał na płytki drukowane, wyłączniki i elementy tablic rozdzielczych.
- Wysoka wytrzymałość mechaniczna: bakelit jest sztywny i wytrzymały. Zwłaszcza bakelit bawełniany stosuje się tam, gdzie wymagana jest odporność na uderzenia.
- Dobra obrabialność: arkusze laminowane można precyzyjnie obrabiać skrawaniem, na przykład frezowaniem CNC. Jako masę formierską bakelit można także przetwarzać przez formowanie wtryskowe: materiał jest umiarkowanie podgrzewany w cylindrze, wtryskiwany do gorącej formy i utwardzany w niej w temperaturze ok. 150–180 °C.
Wady bakelitu
Podczas pracy z bakelitem pamiętaj o następujących wadach:
- Absorpcja wilgoci: ponieważ laminaty zawierają papier lub bawełnę, chłoną wodę. Bakelit nie nadaje się więc do części mających kontakt z wodą ani do bardzo wilgotnego otoczenia.
- Niska odporność na warunki atmosferyczne i chemikalia: bakelit jest wrażliwy na promieniowanie UV, dlatego nie należy stosować go na zewnątrz bez ochrony. Ponadto atakują go mocne zasady.
- Ograniczona możliwość recyklingu: jako utwardzone tworzywo termoutwardzalne bakelit nie daje się przetopić i ponownie przetworzyć jak termoplasty.
Gdzie stosuje się bakelit?
Od początku produkcji przemysłowej w 1907 roku bakelit był używany w wielu produktach codziennego użytku, takich jak zastawa stołowa, naczynia kuchenne, guziki, zegarki, telefony i akcesoria. Wraz z wynalezieniem wielu termoplastów, takich jak nylon i tworzywa fluorowe, wiele z tych zastosowań stopniowo przejęły inne materiały. Formowane produkty konsumenckie z bakelitu stały się rzadkością, ale jego właściwości nadal czynią go właściwym wyborem w wielu zastosowaniach technicznych.
Dzięki doskonałej izolacji elektrycznej bakelit stosuje się w płytkach drukowanych, tablicach rozdzielczych i wyłącznikach – a więc praktycznie w każdej dziedzinie zależnej od elektryczności. Służy też jako spoiwo w klejach, masach formierskich do odlewania metali, farbach i spoiwach do druku 3D. Ponieważ tworzywa fenolowe rozpuszczają się w zasadowych wywoływaczach i pochłaniają światło ultrafioletowe, wykorzystuje się je także w fotorezystach do produkcji układów scalonych. Inne zastosowania to materiały o wysokiej wydajności, na przykład węgiel twardy do ujemnych elektrod baterii litowo-jonowych. W 2010 roku osłona termiczna kapsuły Hayabusa, która przywiozła na Ziemię próbki z asteroidy Itokawa, została wykonana z kompozytu fenolowego wzmocnionego włóknem węglowym.
Jakie części wykonuje się z bakelitu?
W budowie maszyn laminaty bakelitowe stosuje się wszędzie tam, gdzie potrzebne są izolacyjne, sztywne i lekkie części z tworzyw sztucznych. Zazwyczaj są to indywidualnie projektowane części, a nie części standardowe ani katalogowe – dokładnie ten rodzaj części, który meviy wytwarza na podstawie Twoich własnych danych 3D CAD.
- Płyty izolacyjne i przekładki do szaf elektrycznych i rozdzielnic
- Nośniki zacisków i komponentów do zespołów elektrycznych
- Płyty bazowe i gniazda do sprzętu kontrolnego, przyrządów i uchwytów obróbkowych
- Części prowadzące i ślizgowe z bakelitu bawełnianego
W meviy możesz zamówić części z bakelitu wykonane metodą frezowania CNC w trzech wariantach: papierowy (kolor naturalny), papierowy (kolor czarny) i bawełniany (naturalny). Wystarczy przesłać model 3D, wybrać materiał i od razu otrzymać cenę oraz termin dostawy – bez rysunku 2D. Przegląd wszystkich dostępnych materiałów znajdziesz na naszej stronie obróbki CNC.
Najczęstsze pytania o bakelit
Czy bakelit to tworzywo sztuczne?
Tak. Bakelit to termoutwardzalne tworzywo sztuczne wytwarzane z fenolu i formaldehydu, nazywane też żywicą fenolową. Było to pierwsze w pełni syntetyczne tworzywo sztuczne i w przeciwieństwie do termoplastów po utwardzeniu nie można go ponownie stopić.
Czy bakelit jest dziś jeszcze stosowany?
Tak. Choć bakelit w dużej mierze zniknął z produktów konsumenckich, w przemyśle nadal jest szeroko stosowany – na przykład w płytkach drukowanych, izolacji elektrycznej, spoiwach odlewniczych, klejach, fotorezystach oraz jako frezowane części z laminatu.
Jaka jest różnica między bakelitem papierowym a bawełnianym?
Bakelit papierowy jest tańszy i lżejszy oraz jest pierwszym wyborem do izolacji elektrycznej. Bakelit bawełniany jest wzmocniony tkaniną bawełnianą, co daje mu wyższą wytrzymałość mechaniczną i odporność na uderzenia; chłonie też mniej wilgoci niż bakelit papierowy.
Czy bakelit można obrabiać skrawaniem?
Tak. Arkusze laminatu bakelitowego można precyzyjnie obrabiać frezowaniem CNC, wierceniem i cięciem. W meviy możesz zamawiać frezowane części z bakelitu papierowego i bawełnianego bezpośrednio na podstawie danych 3D CAD.
Podsumowanie
Bakelit to pierwsze na świecie w pełni syntetyczne tworzywo sztuczne, stosowane od ponad stu lat. Jako tworzywo termoutwardzalne łączy w sobie niski koszt, odporność na ciepło, wytrzymałość i izolację elektryczną. Obecnie jest dostępny głównie w postaci arkuszy laminowanych z papierem lub tkaniną bawełnianą jako materiałem bazowym. Jego wady to absorpcja wilgoci, wrażliwość na promieniowanie UV i mocne zasady oraz ograniczony recykling. Bakelit jest szeroko stosowany w płytkach drukowanych, tablicach rozdzielczych, klejach, farbach, fotorezystach i ujemnych elektrodach baterii litowo-jonowych – a wciąż pojawiają się nowe zastosowania.