Создание многослойного древесно-полимерного композита

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 
Федеральное государственное бюджетное 
образовательное учреждение высшего образования 
«Казанский национальный исследовательский 
технологический университет» 
 
 
 
 
 
 
З. Г. Саттарова, Р. Г. Сафин, И. М. Галиев 
 
 
 
СОЗДАНИЕ МНОГОСЛОЙНОГО 
ДРЕВЕСНО-ПОЛИМЕРНОГО 
КОМПОЗИТА 
 
Монография 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Казань 
Издательство КНИТУ 
2018 

УДК 674.81-419
ББК 37.133

С21

 
Печатается по решению редакционно-издательского совета  
Казанского национального исследовательского технологического университета 
 
Рецензенты: 
директор ООО «НТЦ РТО» А. И. Заляев 
 гл. технолог ООО «РАР» канд. техн. наук  В. В. Степанов 
 
 
 

С21

Саттарова З. Г.
Создание 
многослойного 
древесно-полимерного 
композита : 

монография / З. Г. Саттарова, Р. Г. Сафин, И. М. Галиев; 
Минобрнауки России, Казан. нац. исслед. технол. ун-т. – Казань : 
Изд-во КНИТУ, 2018. – 120 с.

ISBN 978-5-7882-2503-6
 
Представлены 
результаты 
исследования 
механических 
и 
эксплуатационных 
свойств 
древесно-полимерных 
композиционных 
многослойных напольных покрытий. Получены математическая модель, 
позволяющая прогнозировать качественные свойства изделий в зависимости 
от концентрации древесного наполнителя, а также алгоритм выбора 
технологии изготовления и эксплуатационных показателей напольного 
настила 
на 
основе 
расчета 
оптимального 
состава 
композита 
при 
использовании других наполнителей. Приведена разработанная технология 
получения напольного настила. 
Предназначена для бакалавров и магистров очной и заочной форм 
обучения, аспирантов, обучающихся по лесотехническим специальностям. 
Подготовлена на кафедре «Переработка древесных материалов». 
 
 

 
 

ISBN 978-5-7882-2503-6
© Саттарова З. Г., Сафин Р. Г., 

Галиев И. М., 2018

© Казанский национальный исследовательский 

технологический университет, 2018

УДК 674.81-419
ББК 37.133

ВВЕДЕНИЕ 
 
Ассортимент предлагаемого товара на рынке строительных 
материалов очень разнообразный, и для конкурентоспособности 
необходимо 
создание 
изделий 
с 
высокими 
качественно-
эксплуатационными 
показателями, 
которые 
должны 
быть 
привлекательны и в ценовом диапазоне. В Российской Федерации, 
имеющей практически неиссекаемые лесные ресурсы, наблюдается 
отставание в развитии деревообрабатывающей промышленности и 
отрасли по производству изделий на основе древесины и ее отходов. 
Проблема создания энерго- и ресурсосберегающих технологий и 
нерационального 
использования 
отходов 
лесозаготовительных, 
деревообрабатывающих производств обусловливает целесообразность 
использования древесного наполнителя в производстве новых, 
уникальных по своим качествам композиционных материалов. 
Одним из направлений переработки древесных отходов является 
их использование при производстве древесно-полимерных композитов 
(ДПК). Широко развит рынок ДПК в США, Китае, Европе, и в связи с 
большим объемом потребления продолжается рост популярности 
этого материала. Широкий спрос на древесно-полимерные изделия 
обусловлен широким спектром их применения – начиная от 
внутренней отделки домов, офисов, строительства беседок, террас и 
заканчивая деталями изделий для автомобильной промышленности.  
Производство напольного настила в виде досок и плит из 
древесно-полимерного композита (ДПК) – актуальное направление, 
имеющее широкий потенциал в плане создания и расширения 
ассортимента современного материала на основе древесных отходов, в 
том числе низкосортной древесины и термопластичного полимера в 
роли связующего. Поскольку основная доля изделий из ДПК 
приходится на террасные настилы, актуальна задача разработки 
напольного настила в виде досок и плит на основе древесных отходов 
и вторичных полимеров, изготавливаемых традиционными методами 
переработки полимерных композитов. 
 

Глава 1 
СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕОРИИ И ПРАКТИКИ 
СОЗДАНИЯ НАПОЛЬНЫХ НАСТИЛОВ НА ОСНОВЕ 
ДРЕВЕСНО-ПОЛИМЕРНОГО КОМПОЗИЦИОННОГО 
МАТЕРИЛА 
 
В настоящее время наиболее приоритетными являются 
направления 
по 
ресурсосбережению, 
уменьшению 
вредного 
воздействия на экологию и переработке вторичных отходов, которые 
актуальны не только в нашей стране, но и во всем мире. 
Использование 
даже 
самых 
передовых 
технологий 
на 
деревообрабатывающих и лесозаготовительных предприятиях не 
обеспечивает полного рационального использования древесины. 
Данная ситуация свидетельствует о необходимости создания новых 
технологий и производства для переработки низкосортной древесины, 
отходов лесопиления и деревообработки в полезную продукцию. 
Эффективным направлением в переработке древесных отходов 
является создание новых композиционных материалов строительного 
назначения на основе различных древесных наполнителей и 
термопластичных полимеров предприятиями деревообрабатывающей 
и строительной индустрии. 
 
1.1. Современное состояние производства древесных 
композиционных материалов 
 
Композиционные материалы – это искусственно созданные 
материалы, состоящие из двух или более компонентов, которые не 
растворяются и имеют границу раздела между собой. Преимущество 
композитов над конкурирующими материалами заключается в 
проявлении лучших свойств компонентов, входящих в их состав, 
запрашиваемых потребителем.  
В качестве неорганического наполнителя в производстве 
композиционных материалов популярны материалы минерального 
происхождения, такие как мел, кварцевый песок, тальк, алюминиевая 
пудра, стекло и т.д. Такого рода наполнители имеют ряд преимуществ, 
обусловленных 
доступностью, 
нетоксичностью 
и 
высокими 
прочностными свойствами. В совокупности подобные наполнители 
составляют 
около 
90 % 
всех 
наполнителей, 
применяемых 
в 
производстве композитов [37, 49]. 

В роли органического наполнителя в составе композиций 
могут быть стружка, опилки, древесная мука и разного рода 
растительные волокна (рисовая шелуха, скорлупа орехов, лен, 
измельченные стебли сахарного тростника, отходы бумажного 
производства и т.д.) [46]. Преимуществом использования таких 
наполнителей является легкость переработки и меньшее изнашивание 
технологического 
оборудования. 
К 
недостаткам 
наполнителей 
органического происхождения относится ряд свойств, отрицательно 
отражающихся на качественных свойствах и прочностных показателях 
изделия, таких как высокая химическая агрессивность, анизотропия, 
объемно-влажностные 
деформации, 
образование 
давления 
при 
набухании, возможно, даже низкая адгезия (в случае изготовления 
композиций на основе цементного связующего) [48, 50, 53]. 
Древесина имеет сложное строение, является капиллярно-
пористым коллоидным материалом, в силу чего пропитывается 
растворами, и характеризуется относительно большой жесткостью 
сопротивления 
упругому 
деформированию. 
Эти 
особенности 
необходимо учитывать и использовать для создания прочных 
композиций [59, 93, 94, 108]. 

С 
изменением 
влажности 
древесного 
наполнителя 
изменяются такие свойства, как пластичность, прочность и жесткость 
композиционного материала. Влажностные изменения связаны прежде 
всего с местонахождением влаги, которая по-разному проявляет себя. 
Разделяют свободную влагу, которая легко удаляется из древесины, 
находится между клетками или в капиллярах, и связанную, которая 
входит в состав веществ клеточных оболочек [10, 101]. На рис. 1.1 
приведена диаграмма, составленная профессором Н. Н. Чулицким, 
описывающая зависимость содержания влаги в древесине от 
состояния окружающей среды [110]. 

 Исследования профессора И. Х. Наназашвили позволяют 
прогнозировать приближенную количественную оценку давления 
набухания древесного наполнителя во взаимосвязи с абсолютной 
величиной его набухания [57]. Наиболее популярны в качестве 
наполнителя древесная мука (дисперсность 0,01–1 мм) и опилки (от 1 
до 10 мм), реже – стружка (10–20 мм). Крупные частицы древесины 
выгоднее 
применять 
с 
экономической 
точки 
зрения, 
а 
с 
потребительской 
– 
они 
повышают 
шероховатость 
материала, 
понижают прочность и увеличивают неоднородность изделий. Также в 
производстве композитов могут применяться древесные частицы 

принудительных форм: чешуйчатые и волокнообразные. Схема 
области применения переработанных древесных отходов приведена на 
рис. 1.2. 
 

Рис. 1.1. Диаграмма равновесной влажности древесины 

Н.Н. Чулицкого

Другим важным компонентом образования композитного 
материала является связующий агент, или, по-другому, матрица. 
В производстве композиционных материалов, таких как арболит, 
фибролит, опилкобетон, цементно-стружечная плита (ЦСП), в 
качестве связующего агента применяют гипс, цемент и магнезиальные 
вяжущие вещества. Также используются матрицы на основе 
эпоксидных, кремнийорганических и других олигомеров, называемые 

термореактивными 
[85, 
88, 
99, 
106]. 
При 
совокупности 
термопластичных 
и 
термореактивных 
компонентов 
получается 
гибридная матрица. Технология создания этих материалов хорошо 
изучена и с успехом применяется в производстве [74]. Схема 
классификации композитов на основе древесного наполнителя 
представлена на рис. 1.3. 

Рис. 1.2. Области использования древесных отходов

 
Древесно-полимерный композит, или древесно-полимерный 
композиционный материал (ДПКМ), состоит из полимерной матрицы, 
древесного 
наполнителя, 
пигментов 
и 
комплекса 
добавок 
(модификаторов), улучшающих технологические и эксплуатационные 

показатели готовой продукции [38, 39, 55, 96]. В качестве полимерной 
матрицы изделий из ДПК применяются любые термопластичные 
полимеры и их смеси, однако наибольшее распространение получили 
полиэтилен (ПЭ), полипропилен (ПП) (суммарно занимающие более 
80 % от общего объема потребления) и поливинилхлорид (ПВХ). 
Термопластичными называют полимеры, способные размягчаться при 
нагреве и восстанавливаться при охлаждении, не теряя своих свойств. 
По разным данным, на долю ПЭ от общего объема потребляемых 
полимеров в качестве связующей матрицы ДПК изделий, реализуемых 
на рынке США, приходится от 70 до 83 %.  

 
 

Рис. 1.3. Классификация композиционных материалов на основе 

древесного наполнителя

В Европе на первом месте среди потребляемых полимеров 
данного сегмента стоит ПП, применение которого позволяет получать 
композиты с высокими физико-механическими показателями. Столь 
широкое 
использование 
ПЭ 
и 
ПП 
связано 
с 
их 
хорошей 
смешиваемостью с органическим наполнителем, доступностью, а 
также с низкой температурой плавления, позволяющей применять 
органический наполнитель без риска термического разложения [1, 21, 78]. 
Известны примеры применения в качестве связующего агента 
биополимеров, преимуществами которых являются возможность 
создания легко утилизируемых и биоразлагаемых композиций. 
Биополимерами называется группа полимеров, встречающихся в 

естественном виде в составе живых организмов (белки, полисахариды, 
лигнин, нуклеиновые кислоты). Широкое применение в этой области 
нашли крахмалистые вещества, ведутся исследования о возможности 
использования отходов молочной, кожевенной и целлюлозной 
промышленности. Имеются сведения об изучении российскими 
учеными возможности применения хвойной живицы при изготовлении 
экструзионных композиционных изделий [97]. 
Особенностью и преимуществом продукции из ДПК можно 
назвать то, что готовые изделия получаются, по сути, из отходов 
производства и потребления: опилок, стружек, сельскохозяйственных 
и полимерных отходов. 

Популярность 
ДПКМ 
обусловливается 
свойствами 
и 

способностью изготовленных из него изделий заменить дерево, 
брусчатку, тротуарную плитку и даже камень, окрашиваться 
равномерно по всей толщине, не впитывать влагу, не деформироваться 
и не трескаться, не скользить при намокании, к тому же они имеют 
теплую поверхность. При работе с этим материалом используются 
такие же инструменты, как и при обработке дерева [102]. 
Композиционные материалы можно классифицировать по 
следующим признакам: 
1) По методу изготовления:  
– прессование; 
– литье под давлением; 
– непрерывная экструзия. 
2) По виду происхождения наполнителя: 
– органические 
(древесные 
частицы 
и 
другие 
наполнители   
растительного происхождения); 
– неорганические (стекло, частицы металлов, камни и т.д.). 
3) 
По фракции наполнителя: 
– мелкая (0,01–1мм); 
– средняя (1–20 мм); 
– крупная (20–50 мм). 
4) 
По конструкции изделия: 
– однослойные; 
– двухслойные; 
– многослойные. 
5) 
По типу связующего агента: 
– на термопластичных полимерах; 
– на синтетических смолах; 

– на комбинированных смесях; 
– на минеральных связующих; 
– на основе вспенивающихся смесей. 
6) 
По форме материала: 
– доски, плиты, брусья, листы; 
– профильные изделия; 
– изделия сложной конфигурации. 
7) 
По области применения: 
– конструкционные; 
– теплоизоляционные; 
– декоративные. 
Древесные 
композиты 
можно 
разделить 
по 
структуре 
наполнителя, применяемого при его изготовлении [10, 56, 92]: 
– композиционный материал, изготовленный на основе 
пропитанной добавками цельной древесины (модифицированная 
древесина); 
– композиционный материал, полученный на основе шпона 
или тонких древесных листов в сочетании с синтетическими смолами 
(чаще всего изготавливается путем горячего прессования); 
– композиционные материалы, изготавливаемые на основе 
древесных частиц типа волокон, стружки, опилки и т.д. (изделия, 
включающие данные компоненты в роли наполнителя, являются 
востребованными). 
На сегодняшний день наиболее популярными материалами 
являются прессованные древесные изделия, состоящие из древесного 
наполнителя, пропитанного фенолоформальдегидными (ФФС) и 
карбамидоформальдегидными смолами (КФС). Такие материалы 
имеют ряд преимуществ, благодаря технологии изготовления, 
доступности исходного сырья, а также низкой конечной стоимости, 
которая обусловливает востребованность и перспективность их 
использования. Продукция из данной группы материалов используется 
в машиностроении, мебельном производстве и различных областях в 
виде изделий, которые не требуют высоких показателей ударной 
прочности и прочности на изгиб. К недостаткам таких материалов 
можно 
отнести 
низкую 
водостойкость 
и 
атмосферостойкость. 
Существенной преградой к реализации такого рода изделий являются 
проблемы экологического плана, которые стали более значимы для 
потребителя, чем экономические и технологические показатели. Суть 
проблемы 
в 
том, 
что 
плиты, 
произведенные 
на 
основе