Bakelit (Phenolharz)

Phenolkunststoff zählt zu den harten, spröden duroplastischen Werkstoffen und ist allgemein als Bakelit bekannt. Er ist wasserundurchlässig, elektrisch isolierend, hochtemperaturfest und hochfest, weshalb er weit verbreitet in der Elektrogerätefertigung eingesetzt wird. Aufgrund seiner hervorragenden Isoliereigenschaften und holzähnlichen Verformbarkeit erhielt er den Namen „Bakelit“. Bakelit entsteht durch Vermischen von pulverförmigem Phenolharz mit Füllstoffen wie Holzmehl, Asbest oder Ton, anschließendes Heißpressen unter hoher Temperatur zu fertigen Bauteilen.
Typische Merkmale von Phenol-Bakelit: harte Oberfläche, spröde Konsistenz, beim Anschlagen entsteht ein klang wie bei Holzbrettern. Der Werkstoff ist meist undurchsichtig in dunkelbrauner oder schwarzer Farbe und erweicht auch nicht in heißem Wasser. Als zuverlässiger Isolierwerkstoff besteht er im Kern aus Phenolharz.
Verarbeitungseigenschaften beim Pressformen
Phenolkunststoff verfügt über gute Formbarkeit, jedoch liegen seine Formschwindung und Richtschwindung generell höher als bei Aminokunststoffen. Das Material enthält flüchtige Wasseranteile, daher ist vor dem eigentlichen Pressen eine Vorwärmung zwingend erforderlich; während des gesamten Presszyklus muss entlüftet werden. Wird die Vorwärmung weggelassen, müssen Werkzeugtemperatur und Pressdruck moderat erhöht werden, um eine gute Formqualität sicherzustellen.
Die Werkzeugtemperatur beeinflusst die Schmelzfließfähigkeit von Phenolkunststoff stark. Übersteigt die Temperatur 160 °C, sinkt die Fließfähigkeit drastisch ab.
Im Vergleich zu Aminokunststoffen härtet Phenolkunststoff langsamer aus und gibt bei der Vernetzungsreaktion große Wärmemengen ab. Bei großen, dickwandigen Formteilen kann sich im Inneren zu viel Hitze stauen, was leicht ungleichmäßige Aushärtung und lokale Überhitzungsdefekte verursacht.
Harzsynthese und Vernetzungsmechanismus
Liegt das Molverhältnis Formaldehyd zu Phenol unter 1, entsteht thermoplastisches lineares Phenolharz. Dieses besitzt keine weiteren kondensierbaren aktiven Gruppen und kann nicht selbstständig aushärten; es benötigt Härter und Wärme zur vollständigen Vernetzung. Bei Einsatz von Hexamethylentetramin als Härter bei 150 °C ergibt die mit Füllstoffen vermischte Harzmasse das bekannte Bakelit-Pulver.
Ist das Molverhältnis Formaldehyd zu Phenol größer als 1, entsteht durch basenkatalysierte Reaktion A-Stufen-Duroplast-Phenolharz. Es löst sich in organischen Lösungsmitteln und trägt Hydroxymethylgruppen zur weiteren Kondensationsvernetzung, sodass es ohne zusätzlichen Härter selbsthärtend ist. Bei Erhitzen wandelt sich A-Harz zu B-Harz (halb lösliches Phenolharz): unlöslich und unschmelzbar, aber unter Wärme quell- und erweichbar. Weiteres Erhitzen und Reagieren erzeugt schließlich C-Harz mit vollständig vernetzter dreidimensionaler Struktur, absolut unlöslich und unschmelzbar. Zusätzlich kann A-Harz bei langer Lagerung spontan selbst aushärten.
Aushärtverfahren duroplastischer Phenolharze
Zwei gängige Aushärtverfahren: Kalthärtung bei Raumtemperatur und thermische Härtung. Für die Kalthärtung kommt ungiftiger NL-Raumtemperaturhärter infrage. Alternativ können Benzolsulfonylchlorid oder Petroleumsulfonsäure verwendet werden – beide Stoffe sind jedoch stark toxisch und stark reizend.