Bakélite (résine phénolique)

Le plastique phénolique est classé comme matériau thermodurcissant rigide et fragile, communément appelé bakélite. Il présente des propriétés imperméables à l’eau, isolantes, résistantes aux hautes températures et à haute résistance mécanique, ce qui lui vaut une large utilisation dans la fabrication d’appareils électroménagers. Il est dénommé « bakélite » grâce à ses excellentes propriétés isolantes et sa mise en forme proche du bois. La bakélite est produite en mélangeant de la résine phénolique en poudre avec des charges telles que la farine de bois, l’amiante ou l’argile, puis par moulage à chaud sous haute pression pour obtenir des pièces finies.
Caractéristiques typiques de la bakélite phénolique : surface dure, texture cassante, bruit similaire à celui du bois lors d’un choc. Elle est majoritairement opaque, de couleur marron foncé ou noire, et ne se ramollit pas par immersion dans l’eau chaude. En tant que matériau isolant fiable, sa composition chimique principale est la résine phénolique.
Comportement au moulage
Le plastique phénolique possède une bonne aptitude au moulage. Cependant son rétrécissement au moulage et son rétrécissement directionnel sont généralement supérieurs à ceux des plastiques aminés. Le matériau contient des composants humides volatils ; un préchauffage est donc indispensable avant le moulage proprement dit, et des opérations de purge doivent être réalisées pendant le cycle de moulage. Si le préchauffage est omis, il faudra augmenter modérément la température du moule et la pression de moulage pour garantir la qualité des pièces.
La température du moule a une influence majeure sur la fluidité de la fonte du plastique phénolique : la fluidité chute brutalement au-delà de 160 °C.
Comparé aux plastiques aminés, le plastique phénolique a une vitesse de durcissement relativement lente et dégage beaucoup de chaleur pendant la réaction de réticulation. Les pièces de grande taille et à parois épaisses risquent d’accumuler une chaleur interne excessive, entraînant facilement des défauts de durcissement inégal et de surchauffe locale.
Synthèse des résines et mécanisme de durcissement
Lorsque le rapport molaire formaldéhyde/phénol est inférieur à 1, on obtient une résine phénolique linéaire thermoplastique. Cette résine ne contient plus de groupements actifs condensables et ne peut pas durcir seule ; elle nécessite l’ajout d’un durcisseur et un chauffage pour achever la réticulation. Avec l’hexaméthylènetétramine comme durcisseur à 150 °C, la résine mélangée aux charges forme une poudre de moulage appelée poudre de bakélite.
Lorsque le rapport molaire formaldéhyde/phénol est supérieur à 1, une réaction catalysée par une base produit une résine phénolique thermodurcissable de stade A. Cette résine est soluble dans les solvants organiques et porte des groupements hydroxyméthyles capables de condensation et réticulation complémentaires ; elle peut donc durcir spontanément sans durcisseur ajouté. Par chauffage, la résine stade A se transforme en résine stade B (résine phénolique semi-soluble), insoluble et infusible mais susceptible de gonfler et de se ramollir à la chaleur. Un chauffage plus poussé conduit à la résine stade C, dotée d’une structure tridimensionnelle totalement réticulée, complètement insoluble et infusible. Par ailleurs, la résine stade A peut subir un durcissement spontané au stockage prolongé.
Types de durcissement des résines phénoliques thermodurcissables
Deux procédés principaux existent : durcissement à température ambiante et durcissement thermique. Pour le durcissement à froid, on peut utiliser le durcisseur NL non toxique. Le chlorure de benzènesulfonyle ou l’acide sulfonique pétrolier sont également des alternatives, mais ces deux produits sont hautement toxiques et fortement irritants.