ベークライト（フェノール樹脂）

フェノール樹脂プラスチックは硬くて脆い熱硬化性素材に分類され、一般的にベークライトと呼ばれます。吸水しにくい、絶縁性、耐高温、高強度といった特性を持ち、家電製造分野で幅広く活用されています。絶縁性能に優れ、成形時の質感が木材に似ていることから「ベークライト」と命名されました。ベークライトは粉末状フェノール樹脂に木粉、石綿、粘土などの充填材を混合し、高温圧縮成形して完成品を製造します。
フェノール系ベークライトの代表的特徴：表面が硬く、材質はもろい、叩くと木の板のような鈍い音が鳴る。大半が不透明で濃い茶色または黒色で、お湯に浸しても軟化しません。信頼性の高い絶縁素材として、化学組成の中心はフェノール樹脂です。
成形プロセス特性
フェノール樹脂は成形性に優れますが、成形収縮率・配向収縮率はアミノ樹脂より高い傾向があります。素材内に揮発性水分成分が含まれるため、本成形前に予熱処理が必須で、成形サイクル全体でガス抜きを実施する必要があります。予熱を省略する場合は金型温度と成形圧力を適度に上げ、成形品質を確保しなければなりません。
金型温度はフェノール樹脂の溶融流動性に大きな影響を与え、160℃を超えると流動性が急激に低下します。
アミノ樹脂と比較するとフェノール樹脂の硬化速度は遅めで、硬化反応時に多量の熱を放出します。大型・厚肉成形品は内部に熱がこもりやすく、硬化ムラや局部過熱不良が発生しやすいです。
樹脂合成と硬化メカニズム
ホルムアルデヒドとフェノールのモル比が 1 未満の場合、熱可塑性ノボラック型フェノール樹脂が生成されます。この樹脂には追加縮合可能な活性基が存在しないため単独で硬化できず、硬化剤を添加し加熱して架橋硬化させる必要があります。ヘキサメチレンテトラミンを硬化剤とし、硬化温度 150℃の条件で樹脂と充填材を混練した成形粉が通称ベークライト粉です。
ホルムアルデヒドとフェノールのモル比が 1 超の場合、アルカリ触媒反応により A 段階レゾール型熱硬化性フェノール樹脂が生成します。有機溶剤に可溶で、追加縮合架橋可能なヒドロキシメチル基を保有するため、硬化剤無しで自己硬化可能です。加熱すると A 段階樹脂は B 段階樹脂（半可溶フェノール樹脂）に変化し、不溶不融だが加熱により膨潤・軟化します。さらに加熱反応を進めると完全架橋した三次元網目構造の C 段階樹脂となり、完全に不溶不融となります。また A 段階樹脂は長期保管すると自然に自己硬化が進行します。
熱硬化性フェノール樹脂の硬化方式分類
熱硬化性フェノール樹脂の主流硬化方式は常温硬化と加熱硬化の 2 種類です。常温硬化には無毒 NL 型常温硬化剤を使用可能。ベンゼンスルホニルクロリド、石油スルホン酸も硬化剤として選択できますが、2 種類とも毒性が高く刺激性が強い欠点があります。