Materjaliteaduse ajaloos on vähestel uuendustel olnud tänapäevasele tootmisele ja igapäevaelule sügavam mõju kui bakeliit. Belgia-Ameerika keemiku Leo Baekelandi poolt 1907. aastal välja töötatud bakeliit (ametlikult tuntud kui fenoolformaldehüüdvaik) oli maailma esimene täielikult sünteetiline termoreaktiivne plast. Erinevalt varasematest plastikutest, mida saadi looduslikest materjalidest (nt taimsetest kiududest saadud tselluloid), loodi bakeliit täielikult keemilistest ühenditest, mis tähistab pöördelist nihet vastupidavate, kuumakindlate ja mitmekülgsete materjalide tootmises. Tänu oma ainulaadsele termilise stabiilsuse, elektriisolatsiooni ja mehaanilise tugevuse kombinatsioonile on bakeliit olnud enam kui sajandi jooksul laialt levinud tööstusharudes, alates elektroonikast ja autotööstusest kuni tarbekaupade ja kosmosetööstuseni. See põhjalik juhend uurib bakeliidi kõiki aspekte, alates selle keemilisest koostisest ja tootmisprotsessist kuni selle erinevate rakenduste, disaini variatsioonide ja tänapäeva maailmas püsiva pärandini.

　　1. Bakeliiditeadus: mis teeb sellest revolutsioonilise materjali

　　Bakeliidi püsiva veetluse mõistmiseks on oluline süveneda selle keemilisse struktuuri ja loomuomastesse omadustesse. Termoreaktiivse plastina läbib bakeliit tootmise käigus püsiva keemilise muutuse, muutudes vormitavast vaigust jäigaks ristseotud polümeeriks, mida ei saa ümber sulatada ega ümber kujundada. See ainulaadne omadus koos erakordsete füüsikaliste ja keemiliste omadustega eristab bakeliidi termoplastidest (nagu Akrüül või polüetüleen) ja traditsioonilistest materjalidest (nagu puit, metall või klaas).

　　1.1 Keemiline koostis: vastupidavuse alus

　　Bakeliit on termoreaktiivne fenool-formaldehüüdvaik, mis sünteesitakse kaheetapilise protsessi käigus, mis hõlmab fenooli (mürgine värvitu kivisöetõrvast saadud kristalne tahke aine) ja formaldehüüdi (terava lõhnaga värvitu gaas). Nende kahe ühendi vaheline reaktsioon, mida nimetatakse kondensatsioonipolümerisatsiooniks, moodustab esimeses etapis lineaarse polümeeri, mida nimetatakse "novolakiks". Teises etapis lisatakse ristsiduv aine (tavaliselt heksametüleentetramiin) ja segu kuumutatakse rõhu all. See kuumus ja rõhk käivitavad pöördumatu keemilise reaktsiooni, luues tiheda, kolmemõõtmelise ristseotud struktuuri, mis annab bakeliidile iseloomuliku jäikuse ja stabiilsuse.

　　Pärast kõvenemist on bakeliidi ristseotud polümeerstruktuur immuunne sulamisele või pehmenemisele isegi kõrgetel temperatuuridel – see on kriitiline eelis termoplastide ees, mis kuumutamisel pehmenevad ja jahutamisel kõvastuvad. See termoreaktiivne omadus tähendab, et Bakelite tooted säilitavad oma kuju ja funktsionaalsuse äärmuslikes temperatuurides, alates automootorite kuumusest kuni kodumasinate soojuseni.

　　1.2 Peamised füüsikalised ja keemilised omadused

　　Bakeliidi populaarsus tuleneb ainulaadsest omaduste segust, mis muudab selle ideaalseks paljude tööstus- ja tarbijarakenduste jaoks:

　　1.2.1 Termiline stabiilsus: vastupidav kuumusele ja leegile

　　Bakeliidi üks tähelepanuväärsemaid omadusi on selle erakordne termiline stabiilsus. Kõvenenud bakeliit talub pidevat temperatuuri kuni 150°C (302°F) ja lühikesi kuumutuspurskeid kuni 300°C (572°F) ilma deformeerumise, põlemise või mürgiste aurude eraldumiseta. See muudab selle ideaalseks kasutamiseks kõrge kuumusega keskkondades, nagu elektrilised komponendid (valguslülitid, pistikupesade katted), autoosad (jaoturi korgid, piduri hõõrdkatted) ja kodumasinad (rösteri käepidemed, ahjunupud). Erinevalt termoplastidest, mis võivad palju madalamal temperatuuril sulada või kõverduda, jääb bakeliit jäigaks ja funktsionaalseks isegi pikaajalisel kuumusel.

　　Lisaks on bakeliit oma olemuselt leegiaeglustav. See ei sütti kergesti ja lahtise leegiga kokkupuutel see pigem söestub kui sulab või tilgub, vähendades tule leviku ohtu. See omadus on muutnud bakeliidi eelistatud materjaliks ohutuse seisukohalt olulistes rakendustes, näiteks elektriisolatsioonis elektrijaamades või kosmosekomponentides.

　　1.2.2 Elektriisolatsioon: kaitse voolu eest

　　Bakeliit on suurepärane elektriisolaator, mis tähendab, et see ei juhi elektrit. See omadus muutis selle elektritööstuse algusaegadel mängu muutjaks, kuna võimaldas elektriseadmeid ja juhtmeid ohutult kujundada. Erinevalt metallist (mis juhib elektrit) või puidust (mis võib imada niiskust ja kaotada isolatsiooniomadused), säilitab bakeliit oma isolatsioonivõime ka niiskes või kõrge temperatuuriga keskkonnas.

　　Näiteks bakeliiti kasutati laialdaselt 20. sajandi alguses valguslülitiplaatide, pistikupesade katete ja elektripistikute valmistamiseks. Selle elektriisolatsioonivõime vältis lühiseid ja elektrilööke, muutes kodud ja töökohad turvalisemaks. Tänapäeval on bakeliit endiselt kõrgepingeliste elektrikomponentide (nt trafo puksid ja kaitselülitid) võtmematerjaliks, kus usaldusväärne isolatsioon on hädavajalik.

　　1.2.3 Mehaaniline tugevus: vastupidav ja elastne

　　Vaatamata suhteliselt madalale tihedusele (umbes 1,3-1,4 g/cm³) on bakeliit üllatavalt tugev ja jäik. Sellel on kõrge survetugevus (vastupidav survele) ja hea tõmbetugevus (tõmbetugevus), mistõttu see sobib kandvate rakenduste jaoks. Näiteks kasutatakse masinates Bakelite hammasrattaid ja laagreid, kuna need taluvad kulumist ilma deformeerumiseta. Bakeliit on ka löögikindel, kuigi see on rabedam kui termoplast, näiteks akrüül – see tähendab, et see võib äärmise jõu mõjul praguneda, kuid ei purune teravateks tükkideks.

　　Bakeliidi mehaanilist tugevust suurendab veelgi täiteainete lisamine valmistamise ajal. Levinud täiteainete hulka kuuluvad puidujahu, asbest (ajalooliselt, kuigi nüüd on asendatud ohutumate materjalidega, nagu klaaskiud või mineraaltolm) ja puuvillakiud. Need täiteained parandavad bakeliidi tugevust, vähendavad kõvenemise ajal kokkutõmbumist ja tootmiskulusid. Näiteks klaaskiust täiteainega bakeliiti kasutatakse autoosades, nagu klapikaaned, kus on vaja suurt tugevust ja kuumakindlust.

　　1.2.4 Keemiline vastupidavus: vastupidavus korrosioonile

　　Bakeliit on väga vastupidav enamiku kemikaalide, sealhulgas õlide, lahustite, hapete ja leeliste suhtes. See muudab selle sobivaks kasutamiseks karmides keemilistes keskkondades, nagu laborid, tehased ja naftarafineerimistehased. Näiteks kasutatakse bakeliidi mahuteid söövitavate kemikaalide nagu vesinikkloriidhappe hoidmiseks, kuna need ei reageeri happega ega lagune aja jooksul. Erinevalt metallist (mis võib roostetada või korrodeeruda) või plastist (mis võib lahustites lahustuda) jääb bakeliit puutumatuks ka pärast pikaajalist kokkupuudet kemikaalidega.

　　Bakeliit ei ole aga vastupidav tugevatele oksüdeerivatele ainetele (nt kontsentreeritud lämmastikhape) ega kõrge temperatuuriga leelistele, mis võivad selle polümeeri struktuuri rikkuda. Tootjad katavad sageli bakeliidi kaitsva viimistlusega või segavad seda teiste materjalidega, et parandada selle keemilist vastupidavust konkreetsetes rakendustes.

　　1.2.5 Madal veeimavus: niiskuse omaduste säilitamine

　　Erinevalt puidust või mõnest plastist (näiteks nailonist) on bakeliidil madal veeimavus – see tähendab, et see ei ima niiskust õhust ega veest. See omadus tagab, et Bakelite säilitab oma elektriisolatsiooni, mehaanilise tugevuse ja mõõtmete stabiilsuse isegi niiskes keskkonnas. Näiteks merekeskkonnas (nagu laevadel või avamereplatvormidel) kasutatavad bakeliidi elektrikomponendid ei kaota niiskuse mõjul oma isoleerivaid omadusi, vähendades elektririkke ohtu.

　　1.3 Ajalooline tähtsus: kaasaegse plasti sünd

　　Enne bakeliiti toetus maailm tootmises looduslikele materjalidele (puit, metall, klaas) ja varajastele plastidele (tselluloid, kaseiin). 1860. aastatel leiutatud tselluloid valmistati taimsetest kiududest ja nitrotselluloosist, kuid see oli tuleohtlik, rabe ja kaldus kollaseks muutuma. Piimavalgust valmistatud kaseiin oli samuti rabe ja niiskustundlik. Bakeliit seevastu oli esimene täielikult sünteetiline, kuumakindel ja vastupidav plast – sillutades teed kaasaegsele plastitööstusele.

　　Leo Baekelandi leiutis bakeliidist 1907. aastal muutis tootmises pöörde. See võimaldas masstootma keerukaid, kergeid ja taskukohaseid tooteid, mida varem oli traditsiooniliste materjalidega võimatu valmistada. Näiteks bakeliidist valmistati 1920. aastatel esimesed masstoodanguna valminud raadiokapid, mis asendasid rasked ja kallid puidust kapid. Samuti võimaldas see välja töötada väiksemaid ja tõhusamaid elektriseadmeid, nagu telefonid ja tolmuimejad.

　　20. sajandi keskpaigaks oli bakeliit üks enimkasutatud plastmaterjale maailmas, mida kasutati peaaegu igas tööstusharus. Kuigi uuemad plastid (nagu nailon, polüetüleen ja akrüül) on sellest ajast alates teatud kasutusaladel populaarsust kogunud, on bakeliit endiselt kriitilise tähtsusega materjal rakendustes, kus kuumuskindlus, elektriisolatsioon ja vastupidavus on ülimalt olulised.

　　2. Bakeliidi tootmisprotsess: vaigust valmistooteni

　　Bakeliidi tootmine hõlmab hoolikalt kontrollitud protsessi, mis muudab fenooli ja formaldehüüdi jäigaks valmistooteks. Selle protsessi võib jagada kolmeks põhietapiks: vaigu süntees, vormimine ja viimistlemine.

　　2.1 Vaigu süntees: bakeliidi prekursori loomine

　　Bakeliidi tootmise esimene etapp on fenool-formaldehüüdvaigu süntees, mida tuntakse kui "resooli" või "novolakki". Valmistatud vaigu tüüp sõltub fenooli ja formaldehüüdi suhtest ning katalüsaatori olemasolust:

　　Resoolvaik: toodetakse, kui formaldehüüdi on liias (fenooli ja formaldehüüdi suhe 1:1,5 kuni 1:2,5) ja kasutatakse aluselist katalüsaatorit (nagu naatriumhüdroksiid). Resoolivaik lahustub vees ja alkoholis ning seda saab kõvendada ainult kuumusega (ilma täiendava ristsiduva aineta). Seda kasutatakse tavaliselt selliste rakenduste jaoks nagu liimid ja katted.

　　Novolac vaik: toodetakse, kui fenooli on liias (fenooli ja formaldehüüdi suhe 1:0,8 kuni 1:0,95) ja kasutatakse happelist katalüsaatorit (nt vesinikkloriidhapet). Novolac vaik ei lahustu vees, kuid lahustub orgaanilistes lahustites. Selle kõvenemiseks on vaja lisada ristsiduvat ainet (heksametüleentetramiin) ja kuumust/rõhku. Novolac on kõige levinum vaik, mida kasutatakse vormitud bakeliittoodete, näiteks elektrikomponentide ja tarbekaupade jaoks.

　　Vaigu sünteesiprotsess hõlmab fenooli, formaldehüüdi ja katalüsaatori kuumutamist reaktoris mitu tundi. Reaktsiooni käigus tekib viskoosne vedel või tahke vaik, mis seejärel jahutatakse ja jahvatatakse peeneks pulbriks. See pulber on bakeliidi vormimise alusmaterjal.

　　2.2 Vormimine: Bakeliittoote vormimine

　　Tootmise teine ​​etapp on vormimine, kus vaigupulber vormitakse soovitud vormi. Kõige tavalisem bakeliidi vormimismeetod on survevalu, mis sobib ideaalselt keerukate kujundite suure täpsusega tootmiseks:

　　Eelkuumutamine: vaigupulber (sageli segatud täiteainete, värvainete ja ristsiduvate ainetega) eelkuumutatakse temperatuurini 80–100 °C (176–212 °F). See pehmendab vaiku ja valmistab selle vormimiseks ette.

　　Laadimine: eelkuumutatud vaik asetatakse metallvormiõõnde, millel on valmistoote kuju (nt valguslüliti plaat, käik või raadiokapp).

　　Kuumuse ja rõhu rakendamine: vorm suletakse ning rakendatakse kuumust (150–180 °C / 302–356 °F) ja rõhku (10–50 MPa / 1450–7250 psi). Kuumus käivitab ristsidumise reaktsiooni, muutes vaigu jäigaks ristseotud polümeeriks. Surve tagab, et vaik täidab täielikult vormiõõne ja kõrvaldab õhumullid.

　　Kõvenemisaeg: vormi hoitakse kindlaksmääratud temperatuuril ja rõhul määratud aja (tavaliselt 1-10 minutit), olenevalt toote paksusest ja keerukusest. See võimaldab vaigul täielikult kõveneda ja kõveneda.

　　Lammutamine: pärast kõvenemist vorm avatakse ja valmis Bakelite toode eemaldatakse. Toote servade ümber võib olla väike välklamp (liigne vaiku), mis on ära lõigatud.

　　Muud bakeliidi vormimismeetodid hõlmavad ülekandevormimist (kasutatakse sisemiste aukude või keermetega keeruliste kujundite jaoks) ja survevalu (vähem levinud, kuna bakeliidi kõrge viskoossus muudab selle vormidesse süstimise keeruliseks).

　　2.3 Viimistlus: esteetika ja funktsionaalsuse parandamine

　　Pärast vormimist läbivad Bakelite tooted nende välimuse ja toimivuse parandamiseks erinevaid viimistlusprotsesse:

　　Kärpimine ja jäsemete eemaldamine: üleliigne välk või karedad servad eemaldatakse selliste tööriistadega nagu noad, liivapaber või trumlid. See tagab toote sileda ja puhta viimistluse.

　　Lihvimine ja poleerimine: Bakelite tooteid lihvitakse sageli peeneteralise liivapaberiga, et eemaldada pinna ebatasasused. Tarbekaupade, nagu ehted või raadiokapid, jaoks poleeritakse toode poleerimissegude abil kõrgläikeliseks.

　　Värvimine või katmine: Kuigi bakeliiti saab vormimise ajal värvida (lisades vaigupulbrile värvaineid), on mõned tooted värvitud või kaetud kaitsva viimistlusega, et parandada nende välimust või keemilist vastupidavust. Näiteks võib Bakelite autoosad pleekimise vältimiseks katta kuumakindla värviga.

　　Puurimine või mehaaniline töötlemine: Mõned Bakelite tooted nõuavad täiendavat töötlemist, näiteks aukude puurimist kruvide või keermete jaoks. Bakeliiti saab töödelda tavaliste metallitöötlemistööriistadega, kuigi see on hapram kui metall - seega on pragunemise vältimiseks soovitatav kasutada aeglast kiirust ja teravaid tööriistu.

　　3. Bakeliittoodete tüübid: tööstuslikest komponentidest kogumisobjektideni

　　Bakeliidi mitmekülgsus on viinud selle kasutamiseni laias valikus toodetes, mis hõlmavad autotööstusest ja elektroonikast kuni tarbekaupade ja kunstini. Allpool on mõned kõige levinumad bakeliittoodete tüübid, mis on liigitatud nende kasutusala järgi.

　　3.1 Elektrilised ja elektroonilised komponendid

　　Bakeliidi suurepärane elektriisolatsioon ja termiline stabiilsus muudavad selle elektri- ja elektroonikatoodete võtmematerjaliks:

　　Valguslülitiplaadid ja väljalaskeava katted: üks bakeliidi varasemaid ja ikoonilisemaid kasutusviise, asendasid need tooted 20. sajandi alguses keraamilised ja puidust katted. Bakeliidi isoleerivad omadused hoidsid ära elektrilöögid ja vastupidavus tagas pikaajalise kasutuse. Tänapäeval on vanaaegsed Bakelite lülitusplaadid väga nõutud kogumisobjektid.

　　Elektriühendused ja klemmid: Bakeliiti kasutatakse elektriseadmete pistikute, klemmide ja juhtmete isolatsiooni valmistamiseks. Selle võime isoleerida elektrit ja taluda kuumust muudab selle ideaalseks kasutamiseks elektrilistes tööriistades, seadmetes ja tööstuslikes masinates.

　　Trafo puksid ja kaitselülitid: kõrgepingelistes elektrisüsteemides (nagu elektrijaamad või alajaamad) kasutatakse bakeliiti trafo pukside (mis isoleerivad kõrgepinge juhtmeid) ja kaitselülitite (mis kaitsevad liigvoolu eest) valmistamiseks. Bakeliidi termiline stabiilsus ja elektriisolatsioon tagavad nende komponentide ohutu ja usaldusväärse töö.

　　Raadio- ja televisioonikomponendid: Raadio ja televisiooni algusaegadel kasutati bakeliiti kappide, nuppude ja sisemiste komponentide valmistamiseks. Selle võime vormida keerulisi kujundeid võimaldas taskukohaste raadiote masstootmist ja selle isolatsiooniomadused kaitsesid sisemisi juhtmeid.

　　3.2 Autoosad

　　Bakeliidi kuumakindlus ja mehaaniline tugevus muudavad selle sobivaks kasutamiseks autotööstuses, kus komponendid puutuvad kokku kõrgete temperatuuride ja kulumisega:

　　Jaoturi korgid ja rootorid: jaoturi kork ja rootor on auto süütesüsteemi kriitilised komponendid, mis vastutavad süüteküünaldele elektri edastamise eest. Bakeliidi kuumakindlus ja elektriisolatsioon muudavad selle nende osade jaoks ideaalseks, kuna need puutuvad kokku mootori kõrge temperatuuriga.

　　Piduri hõõrdkatted ja siduriplaadid: Bakeliiti kasutatakse sideainena piduri hõõrdkatetes ja siduriplaatides, kus see hoiab koos hõõrdematerjale (nagu asbest või klaaskiud). Selle kuumakindlus tagab, et hõõrdkatted ei lagune pidurdamisel ja selle mehaaniline tugevus takistab pragunemist.

　　Klapikaaned ja sisselaskekollektorid: klaaskiust täiteainega bakeliiti kasutatakse kergete, kuumakindlate klapikatete ja sisselaskekollektorite valmistamiseks. Need osad vähendavad mootori üldmassi ja parandavad kütusesäästlikkust, samas kui nende kuumakindlus tagab, et need taluvad mootori kuumust.

　　Nupud ja käepidemed: Bakeliiti kasutatakse juhtnuppude (nt temperatuur või raadio) ja uste või õhupuhastite käepidemete valmistamiseks. Selle vastupidavus ja kulumiskindlus muudavad selle ideaalseks nende suure puudutusega komponentide jaoks.

　　3.3 Kodumasinad

　　Bakeliidi kuumakindlus ja ohutusomadused muutsid selle 20. sajandi keskel populaarseks kodumasinate materjaliks:

　　Rösteri käepidemed ja ahjunupud: need komponendid puutuvad kokku kõrge kuumusega, seega on bakeliidi termiline stabiilsus oluline. Bakeliidist käepidemed ja nupud ei lähe puudutamisel kuumaks, muutes seadmete kasutamise ohutumaks.

　　Kohvimasina osad: Bakeliiti kasutatakse selliste osade valmistamiseks nagu kohvikannu käepidemed, filtrihoidjad ja küttekehade korpused. Selle kuumakindlus ja keemiline vastupidavus (kohviõlidele ja veele) tagavad nende osade kestvuse aastaid.

　　Rauast alused ja käepidemed: Varastel elektritriikraudadel olid bakeliidist alused ja käepidemed, kuna bakeliit talus triikraua kõrgeid temperatuure ja isoleerib elektrit. Kui tänapäevased triikrauad kasutavad uuemaid materjale, siis vanaaegsed bakeliidi triikrauad on kogutavad.

　　Köögiriistad: Bakeliiti kasutati köögiriistade, nagu spaatlite, lusikate ja noa käepidemete valmistamiseks. Selle kuumakindlus võimaldas neid nõusid kasutada kuumadel pannidel ja selle keemiline vastupidavus tagas, et need ei reageerinud toiduga.

　　3.4 Tarbekaubad ja kogumisobjektid

　　Bakeliidi võime vormida värvilisteks dekoratiivseteks vormideks muutis selle populaarseks tarbekaupade materjaliks, millest paljud on nüüdseks väga nõutud kogumisobjektid:

　　Ehted: Bakeliidist ehted, sealhulgas käevõrud, kaelakeed, kõrvarõngad ja prossid, olid populaarsed 1920. ja 1930. aastatel. See oli saadaval erksates värvides (nt punane, roheline, kollane ja must) ning sellel oli sageli keerukaid kujundusi, nagu marmor või nikerdus. Vintage Bakelite ehteid hinnatakse ainulaadsete värvide ja meisterlikkuse poolest.

　　Telefonitorud ja ümbrised: Varasematel telefonidel olid Bakelite telefonitorud ja ümbrised, mis olid vastupidavad ja kergesti puhastatavad. Bakeliidi isoleerivad omadused kaitsesid ka telefoni sisemist juhtmestikku.

　　Mänguasjad ja mängud: Bakeliiti kasutati mänguasjade, nagu nukkude, ehitusklotside ja mänguosade valmistamiseks. Selle vastupidavus muutis selle sobilikuks laste mängimiseks ja värvitavus muutis mänguasjad atraktiivsemaks.

　　Päikeseprillide raamid: 20. sajandi keskel kasutati bakeliiti päikeseprillide raamide valmistamiseks. Selle jäikus ja vastupidavus UV-kiirgusele muutsid selle selle rakenduse jaoks ideaalseks ning see oli saadaval mitmesugustes värvides ja stiilides.