Фенопласты¶

Фенопласты — это группа синтетических полимерных материалов (пластмасс), получаемых на основе феноло-альдегидных смол, в первую очередь феноло-формальдегидных. Являются одними из старейших промышленных полимеров, известных с начала XX века. Относятся к классу реактопластов (термореактивных полимеров) — после отверждения (поликонденсации) они образуют неплавкую и нерастворимую пространственную сетчатую структуру. Фенопласты отличаются высокой твёрдостью, теплостойкостью, электроизоляционными свойствами и химической стойкостью, что обусловило их широкое применение в электротехнике, машиностроении и производстве товаров народного потребления, в том числе в СССР и современной России.

¶История

Первые промышленные фенопласты были созданы в 1907–1909 годах бельгийско-американским химиком Лео Бакеландом. Он разработал технологию контролируемой поликонденсации фенола и формальдегида под давлением и при нагревании, что позволило получить твёрдый, нерастворимый материал — бакелит. В 1909 году Бакеланд запатентовал процесс, и бакелит стал первым полностью синтетическим пластиком, запущенным в массовое производство. В 1910 году была основана компания General Bakelite Company (США).

В России (СССР) производство фенопластов началось в 1920-х годах. Первые отечественные феноло-формальдегидные смолы и пресс-материалы на их основе выпускались на заводе «Карболит» (Орехово-Зуево, Московская область), основанном в 1915 году (ныне — АО «Карболит»). В 1930–1950-е годы фенопласты активно применялись в электротехнике, радиотехнике, автомобилестроении (рули, корпуса приборов, изоляторы) и бытовых изделиях (телефонные аппараты, радиоприёмники, посуда). В послевоенный период, с развитием химии полимеров, ассортимент фенопластов расширился за счёт модификации смол различными наполнителями.

¶Классификация

Фенопласты классифицируют по нескольким признакам:

¶По типу смолы

• Феноло-формальдегидные (наиболее распространённые) — на основе фенола и формальдегида.
• Крезоло-формальдегидные — на основе крезолов (метилфенолов), обладают повышенной теплостойкостью.
• Ксиленоло-формальдегидные — на основе ксиленолов, отличаются высокой химической стойкостью.
• Феноло-фурфурольные — с использованием фурфурола вместо формальдегида, дают более эластичные материалы.

¶По типу наполнителя

Наполнители вводят в фенопласты для улучшения механических, электрических или технологических свойств, а также для снижения стоимости.

• Порошковые (пресс-порошки) — наполнители: древесная мука, тальк, каолин, кварцевая мука, графит, слюда. Используются для литья под давлением и прессования.
• Волокнистые — наполнители: асбестовое волокно, стекловолокно, хлопковые волокна, полиамидные волокна. Применяются для получения материалов с повышенной прочностью и ударной вязкостью (например, волокнит, стекловолокнит).
• Слоистые — наполнители: бумага (гетинакс), хлопчатобумажная ткань (текстолит), стеклоткань (стеклотекстолит), асбестовая ткань. Получают путём пропитки слоёв наполнителя смолой и последующего горячего прессования.
• Газонаполненные — пенопласты на основе фенольных смол (фенольные пенопласты), обладающие низкой плотностью и теплоизоляционными свойствами.

¶По способу переработки

• Пресс-материалы — для горячего прессования (прямого, литьевого).
• Литьевые — для литья под давлением (требуют высокой текучести).
• Заливочные — для изготовления крупных изделий методом заливки в формы.

¶Свойства

Фенопласты обладают комплексом характерных свойств:

• Термостойкость: длительная рабочая температура до 150–200 °C, кратковременно до 250–300 °C (в зависимости от состава). Не размягчаются при нагреве, как термопласты.
• Электроизоляционные свойства: высокое удельное электрическое сопротивление, низкий тангенс угла диэлектрических потерь, стойкость к дуговым разрядам. Используются в низковольтной и высоковольтной аппаратуре.
• Химическая стойкость: устойчивы к действию воды, масел, бензина, спиртов, слабых кислот и щелочей. Разрушаются сильными окислителями и концентрированными кислотами.
• Механические свойства: высокая твёрдость (по Шору 70–90), прочность на сжатие (до 150–200 МПа), хрупкость (особенно у ненаполненных марок). Ударная вязкость повышается при введении волокнистых наполнителей.
• Негорючесть: большинство фенопластов трудновоспламеняемы и самозатухают, при горении выделяют мало дыма.
• Недостатки: хрупкость, тёмный цвет (от коричневого до чёрного), выделение свободного фенола и формальдегида при переработке и эксплуатации (токсичность), невозможность вторичной переработки (термореактивность).

¶Применение

Фенопласты находят широкое применение в различных отраслях промышленности и быту:

¶Электротехника и электроника

• Корпуса и детали электроизмерительных приборов, выключателей, розеток, патронов для ламп, реле, контакторов.
• Изоляторы для высоковольтных линий, распределительных устройств.
• Печатные платы (гетинакс, стеклотекстолит).
• Детали трансформаторов, катушек индуктивности.

¶Машиностроение и автомобилестроение

• Детали тормозных систем (колодки, накладки) — фрикционные изделия на основе фенольных смол.
• Подшипники скольжения (в сочетании с графитом или бронзой).
• Рулевые колёса, панели приборов, корпуса узлов.
• Детали насосов, компрессоров, арматуры.

¶Строительство

• Теплоизоляционные плиты (фенольный пенопласт).
• Клеи и пропитки для древесины, бумаги, тканей.
• Слоистые пластики (текстолит, стеклотекстолит) для конструкционных элементов.

¶Бытовая техника и товары народного потребления

• Корпуса радиоприёмников, телефонов, утюгов, кофеварок, электроинструментов.
• Посуда (тарелки, чашки, подносы) — термостойкая, но не предназначена для длительного контакта с горячей пищей из-за возможного выделения фенола.
• Сувениры, бижутерия, пуговицы, ручки инструментов.

¶Авиа- и ракетостроение

• Теплозащитные покрытия (абляционные материалы) для космических аппаратов и ракет.
• Детали интерьера, электроизоляция.

¶Примеры конкретных марок

В России и странах бывшего СССР выпускаются следующие марки фенопластов (по ГОСТ 5689–79):

• ФК-24-01 — пресс-порошок общего назначения с древесной мукой, для электротехнических изделий.
• ФК-24-02 — то же, с повышенной текучестью.
• ФК-24-03 — с тальком, для изделий с повышенной дугостойкостью.
• Волокнит — материал с хлопковым волокном, повышенная ударная вязкость.
• Стекловолокнит — со стекловолокном, высокая прочность и теплостойкость.
• Гетинакс — слоистый пластик на бумажной основе, для печатных плат.
• Текстолит — слоистый пластик на тканевой основе, для конструкционных деталей.

¶Экологические и токсикологические аспекты

Фенопласты содержат остаточный свободный фенол и формальдегид, которые могут выделяться в процессе эксплуатации, особенно при нагреве. Оба вещества являются токсичными и канцерогенными. В связи с этим в ряде стран (в том числе в России) действуют ограничения на использование фенопластов в изделиях, контактирующих с пищевыми продуктами, и в детских игрушках. При переработке фенопластов (прессование, литьё) выделяются пары фенола и формальдегида, что требует применения вентиляции и средств индивидуальной защиты.

Утилизация фенопластов затруднена из-за их термореактивной природы: они не поддаются вторичной переработке в исходные мономеры. Основные методы утилизации — захоронение на полигонах, сжигание (с очисткой дымовых газов) или использование в качестве наполнителя в строительных материалах. В России и за рубежом ведутся разработки биоразлагаемых фенопластов и методов химической рециклизации.

¶Интересные факты

• Бакелит (первый фенопласт) был назван в 1910-х годах «материалом тысячи применений» и активно использовался в производстве ювелирных украшений, рукояток ножей, мундштуков и даже деталей музыкальных инструментов.
• В СССР в 1930-е годы из фенопластов изготавливали корпуса радиоприёмников, телефонных аппаратов, а также детали первых советских холодильников.
• Фенольные пенопласты (например, марки «ФРП-1») применялись в качестве теплоизоляции в строительстве жилых домов в 1960–1980-е годы, однако из-за выделения фенола впоследствии были заменены на менее токсичные материалы.
• В современной России фенопласты продолжают выпускаться на предприятиях: АО «Карболит» (Орехово-Зуево), ООО «Полипласт» (Новомосковск), АО «Уралхимпласт» (Нижний Тагил) и других.