گفته شد که رزین های فنولیک و اپوکسی مقاومت حرارتی پایین تری نسبت به رزین های مذکور دارند ولی با توجه به تولیدات صنایع داخلی کشور و نیز کاربرد وسیع این نوع رزین ها، در این شماره به معرفی رزین های فنولیک، خواص، کاربردها، مزایا و معایب آن می پردازیم.
۲- رزین های فنولیک
اولین رزین فنولیک تجاری به نام لاکین (Laccain) به عنوان جانشین لاک شیشه ای (shellac) توسط بلومر در سال ۱۹۰۲ معرفی شد. در سال ۱۹۰۷ مقاله ای تحت عنوان «گرما و فشار» از دکتر لئوبکلند ارائه شد و اولین کمپانی ساخت این مواد تحت نام باکلیت (Bakelite) در سال ۱۹۱۰ در آلمان افتتاح شد.
مواد اولیه برای تولید رزین های فنولیک عبارتند از:
– فنول (C6H5OH) یا مشتقات آن نظیر کروزول، گزیلنول، پارا و ترشیری بوتیل فنول، پارا فنیل فنول و نونیل فنول ( دی فنول ها نظیر رزورسینول ( ۱و۳ بنزن دی ال) و بیس فنول A در مقدار کم برای کاربردهای با خصوصیات ویژه)
– فرمالدهید (CH2O) و در برخی موارد آلدهیدها، استالدهیدها و فورفورالدهیدها
واکنش فنل با فرمالدهید، واکنشی تراکمی است که تحت شرایط مناسب منجر به یک ساختار پلیمری با اتصالات عرضی می شود. محصولات اصلی واکنش فنل با فرمالدهید دو نوع اند: رزول و نووالاک. این محصولات، قابل حل، ذوب و دارای وزن مولکولی پایین هستند. مکانیزم تشکیل این رزین ها بسیار پیچیده است و فراوانی ساختار آنها به نسبت فنل به فرمالدهید، PH مخلوط و دمای واکنش بستگی دارد. در کاربردهای تجاری لازم است در ابتدا یک پلیمر با وزن مولکولی پایین و قابل ذوب به وجود آورد که هنگام استفاده بتواند تبدیل به یک پلیمر با اتصالات عرضی گردد. رزین فنلی با استفاده از کاتالیزورهای اسیدی یا بازی قوی تهیه می شود. گاهی اوقات برای رزین های خاص از اسیدهای لوئیس یا ضعیف مانند استات روی استفاده می شود.
جدول ۲ محدوده مقادیر خواص این رزین ها را نشان می دهد. البته این خواص رزین های فنولیک تابع دما هستند و با افزایش دما کاهش می یابند. شکل ۵ تغییر خواص مکانیکی قطعات قالبگیری رزین فنولیک تقویت شده با کربن را نشان می دهد. همانطور که از نمودار مشخص است استحکام خمشی در دمای حدود °C 120 به سرعت کاهش می یابد ولی مدول پیچشی حتی در دمای °C 240 تقریبا بدون تغییر می ماند.

در شکل ۶ نمودار تخریب حرارتی رزین فنولیک در حضور هوا و نیز در محیط نیتروژن نشان داده شده است. اولین مرحله افت وزنی در حضور هوا به اکسیداسیون گروه متیلن و تبدیل به هیدروپرکسید است و مرحله بعدی تخریب ساختارهای دی هیدروکسی بنزوفنون و بنزیدرول است.در محدوده دمایی بین °C 400-250 آب، دی اکسید کربن و فرمالدهید عمده محصولات فرار حاصل از تخریب هستند. در دماهای بالاتر از °C 400 دی اکسید کربن، متان، هیدروژن، تولوئن، فنول، کرزول و زایلنول ظاهر می شوند.

شکل ۷ پایداری گرمایی رزین فنولیک را با رزین های اپوکسی و پلی استر مقایسه می کند ( بر حسب افت وزنی پس از ۳۰ دقیقه تا دمای °C 500 و ۵ دقیقه در دماهای پس از آن). مطابق شکل، رفتار دو رزین پلی استر و اپوکسی مشابه است و افت وزنی رزین فنولیک در مقایسه با این دو رزین های فنولیک پایداری خواص بسیار خوبی را در دماهای بالا دارند ولی قرارگیری به مدت طولانی در معرض این دماها (heat againg)، افت خواص را به دنبال دارد.

شکل ۸ استحکام خمشی لمینیت های رزین فنولیک H-5834 با الیاف شیشه را در دمای های مختلف تا زمان نزدیک به ۱۰۰۰۰ ساعت نشان می دهد. با وجودی که حفظ خواص در زمان های ابتدایی بسیار خوب است ولی پس از گذشت زمان و با تغییر از ۱۰۰۰ ساعت در دمای °C 200 تا ۱۰ ساعت در دمای °C 371، افت شدیدی در خواص مشاهده می شود.

شکل ۹ نیز مقاومت گرمایی دو گرید عمومی و مقاوم به دمای قطعات قالبگیری فنولیک را نشان می دهد. نکته قابل توجه این است که با افزایش عمر مصرف رزین، اختلاف دما بین دو گرید کاهش می یابد. برای مثال پس از ۱۰۰ ساعت استفاده اختلاف دمایی که در ۳۰ درصد استحکام خمشی کاهش می یابد تقریبا برابر °C 100 است ولی پس از ۱۰۰۰۰ ساعت استفاده این اختلاف دما به °C 30 می رسد. شکل ۱۰ استحکام خمشی لمینیت های ساخته شده از پارچه و تعدادی از رزین ها را پس از ۱۰۰ ساعت قرارگیری در دماهای مختلف نشان می دهد.

رزین های فنولیک در چند لایه ای ها، مواد قالبگیری، پوشش ها، چسب ها، اتصال دهنده چوب و الیاف، اسفنج ها و فوم ها، الیاف، مواد ساینده، کاغذهای کپی بدون کربن، کره های توخالی، عایق کاری و قطعات خودرو استفاده می شود.