Was ist Bakelit?
Duroplastische Harze, die in geringeren Mengen als thermoplastische Harze hergestellt werden, werden oft als eine Art „Nebendarsteller“ betrachtet. Aber wussten Sie, dass das erste von Menschen geschaffene Kunstharz kein thermoplastisches Harz war, sondern ein duroplastisches Harz? Der Name dieses ältesten Kunstharzes, das der Menschheit bekannt ist, lautet „Bakelit„. Aber was ist Bakelit? In diesem Artikel werden wir uns mit den Arten, Eigenschaften, Vor- und Nachteilen sowie den Anwendungen von Bakelit befassen.
Bakelit ist ein wärmehärtendes Harz mit ausgewogenen Eigenschaften, das derzeit in Form von Schichtstoffplatten verkauft wird, bei denen das Harz mit einem Grundmaterial verwoben ist. Bakelit leistet einen ständigen Beitrag zu verschiedenen Bereichen, darunter auch zu den modernsten Materialien, und kann als ein Harz betrachtet werden, das unser Leben im Verborgenen unterstützt.
Was ist Bakelit?
Bakelit, auch bekannt als „Phenolharz“, ist ein duroplastisches Harz, das 1872 von dem deutschen Chemiker Adolf Bayer entwickelt wurde. In industriellen Anwendungen ist es als hitzegehärtetes, plattenförmiges Material bekannt, das auf Papier oder Stoff aufgetragen wird. Darüber hinaus findet Bakelit Verwendung in Klebstoffen, Beschichtungen und elektrischen Isoliermaterialien. Zu seinen Rohstoffen gehören Phenol und Formaldehyd. Durch Erhitzen mit einem sauren oder basischen Katalysator und Zugabe von Härtungsmitteln erhält man dreidimensionales Bakelit mit einer Netzstruktur.
Bakelit ist ein relativ preiswerter duroplastischer Kunststoff, der sich durch hervorragende Hitzebeständigkeit, Festigkeit und elektrische Isolierung auszeichnet. Im Laufe der Zeit wurde es in verschiedenen Szenarien eingesetzt. Obwohl das Aufkommen von thermoplastischen Harzen die Landschaft verändert hat, entwickelt sich Bakelit weiter, um den Anforderungen neuer Märkte gerecht zu werden. Auch heute noch werden Anwendungen entwickelt, die sich die inhärenten Eigenschaften von Bakelit zunutze machen, und es wird erwartet, dass seine Verwendung in Zukunft noch zunehmen wird.
Arten von Bakelit
Gegenwärtig wird Bakelit in der Regel nicht als eigenständiges Harz, sondern in Form von laminierten Platten vertrieben, die durch Verweben eines Harzes mit einem Grundmaterial (Papier oder Stoff) hergestellt werden. Diese werden hergestellt, indem das Harz auf das jeweilige Basismaterial aufgetragen und durch einen Hitzeprozess ausgehärtet wird. Schichtstoffplatten mit Papier als Trägermaterial werden als „Papier-Bakelit“ bezeichnet, während solche mit Stoff als Trägermaterial „Stoff-Bakelit“ genannt werden. Hier sind die besonderen Merkmale der einzelnen Produkte:
Bakelit - Papierbasis:
Bakelit auf Papierbasis zeichnet sich dadurch aus, dass es billiger (etwa halb so teuer) und leichter ist als Bakelit auf Gewebebasis. Wenn die elektrische Isolierung im Vordergrund steht, wird die Verwendung von Papierbasis empfohlen. Aufgrund der Verwendung von Papier als Trägermaterial ist jedoch seine hohe Wasseraufnahme zu beachten.
Bakelit - Gewebebasis:
Diese Art von Bakelit weist im Vergleich zu Papierbakelit bessere mechanische Eigenschaften auf und eignet sich daher gut für Anwendungen, bei denen die Festigkeit eine wichtige Rolle spielt. Wie Papierbakelit hat es jedoch eine hohe Wasseraufnahmefähigkeit, sodass es in Umgebungen mit geringer Luftfeuchtigkeit verwendet werden muss.
Vorteile von Bakelite:
Bakelit hat zahlreiche Vorteile, von denen einige besonders erwähnt werden sollten:
Hitzebeständigkeit:
Bakelit ist ein duroplastisches Harz, das sich durch seine Hitzebeständigkeit auszeichnet. Es weist eine hohe Hitzebeständigkeit in einem Temperaturbereich von 150 bis 180 °C auf und behält seine Festigkeit auch bei höheren Temperaturen bei.
Isolierfähigkeit:
Die hohe elektrische Isolierfähigkeit von Bakelit macht es wertvoll für Anwendungen in elektrischen Isoliermaterialien wie Leiterplatten, Unterbrechern und Beschichtungen für Verteilertafeln.
Hohe mechanische Festigkeit
Die beeindruckende mechanische Festigkeit ist ein wesentlicher Vorteil von Bakelit. Insbesondere Bakelit auf Gewebebasis hat eine höhere Festigkeit als Bakelit auf Papierbasis und wird häufig in Anwendungen eingesetzt, die eine hohe Schlagfestigkeit erfordern.
Bearbeitbar durch Spritzgussverfahren
Wenn Bakelit als eigenständiges Harz geformt wird, kann es ähnlich wie thermoplastische Harze im Spritzgussverfahren verarbeitet werden. Nach dem Erhitzen von Bakelit auf eine Temperatur knapp unter dem Aushärtungspunkt (etwa 50 °C) wird es in eine Form gespritzt und dann durch Erhitzen auf 150 bis 180 °C ausgehärtet.
Nachteile von Bakelit
Bei der Arbeit mit Bakelit muss man sich der folgenden Nachteile bewusst sein:
Hohe Wasseraufnahmefähigkeit
Bakelit-Schichtstoffplatten enthalten Trägermaterialien wie Papier oder Stoff, wodurch sie sehr saugfähig sind. Daher ist Bakelit nicht für den Einsatz in Umgebungen mit Wasser oder hoher Luftfeuchtigkeit geeignet.
Geringe Witterungsbeständigkeit und Anfälligkeit für alkalische Lösungsmittel
Bakelit ist anfällig für ultraviolette Strahlung, sodass bei der Verwendung im Freien Vorsicht geboten ist. Außerdem kann es sich in alkalischen Lösungsmitteln auflösen, was in bestimmten chemischen Umgebungen eine Schwachstelle darstellt.
Anwendungen von Bakelit
Seit Beginn der industriellen Produktion im Jahr 1907 wurde Bakelit in vielen Produkten des täglichen Lebens wie Geschirr, Küchenutensilien, Knöpfen, Uhren und Accessoires verwendet. Mit der späteren Erfindung zahlreicher thermoplastischer Harze wie Nylon und Harze auf Fluorbasis wurden jedoch einige Anwendungen von Bakelit nach und nach durch thermoplastische Harze ersetzt. Obwohl das direkte Formen von Bakelit als Produkt seltener geworden ist, werden seine einzigartigen Eigenschaften weiterhin für verschiedene Anwendungen genutzt.
Aufgrund seiner hervorragenden elektrischen Isolierung wird Bakelit beispielsweise in Leiterplatten, Verteilertafeln, Unterbrechern und vielem mehr eingesetzt. Gedruckte Leiterplatten sind nicht nur in IT-Geräten wie Computern und Tablets, sondern auch in verschiedenen elektronischen Geräten unverzichtbar. Bakelit wird daher in allen Bereichen, in denen Elektrizität benötigt wird, in großem Umfang eingesetzt. Außerdem dient es als Klebstoff, als Material zum Formen von Schalen und als Farbe. Bakelit wird als Klebstoff in Anwendungen wie Sandformen für den Guss und als Bindemittel für 3D-Druckermaterialien eingesetzt. Aufgrund seiner Löslichkeit in Alkali und seiner Fähigkeit, Licht im Bereich von 200-300 nm zu absorbieren, wird Bakelit auch als Photoresist verwendet. Darüber hinaus wird Bakelit als Hochleistungsmaterial in verschiedenen Bereichen eingesetzt, z. B. als Metallersatzteil, als negatives Elektrodenmaterial für Lithium-Ionen-Batterien und als Rohmaterial für pharmazeutische Aktivkohle. Im Jahr 2010 wurde Bakelit sogar als Isoliermaterial in der Kapsel verwendet, die Proben vom Asteroiden „Itokawa“ zurückbrachte.
Fazit
Bakelit, auch als Phenolharz bekannt, ist das erste Kunstharz der Welt, das vor über einem Jahrhundert entwickelt wurde. Als wärmehärtendes Harz bietet es ein ausgewogenes Verhältnis zwischen relativ geringem Preis und hervorragender Hitzebeständigkeit, Festigkeit und elektrischer Isolierung. Derzeit ist Bakelit in Form von laminierten Platten erhältlich, die ein mit Harz verwobenes Grundmaterial (Papier oder Stoff) enthalten.
Zu den Vorteilen von Bakelit gehören die hohe Wärmebeständigkeit, die hervorragende elektrische Isolierung, die hohe mechanische Festigkeit und die Verarbeitbarkeit im Spritzgussverfahren. Auf der anderen Seite gibt es aber auch Nachteile wie Probleme beim Recycling, hohe Wasseraufnahme und Anfälligkeit für UV-Strahlung.
Derzeit wird Bakelit in großem Umfang für Leiterplatten, Verteilerschalttafeln, Klebstoffe, Farben, Fotolacke, negative Elektroden für Lithium-Ionen-Batterien und vieles mehr verwendet. Es ist zu erwarten, dass sich die Anwendungen auch in Zukunft weiter entwickeln werden.
