목재의 함수율

[목가연]

목재의 함수율, 평형함수율

목재의 함수율이란 목재 중에 함유된 세포월공내에 생리수와 목질부 공극에 있는 자유수의 절대건조시의 목재의 중량에 대한 비율을 말한다. 함수율 측정시에는 우선 시험체의 건조 전 중량(W1)을 측정한 후 환기가 양호하고, 온도 100~105℃로 조절한 전기 건조기 속에서 항량에 달할 때까지 건조시킨 다음 데시케이터 속으로 옮겨 실온이 될 때까지 냉각시켜 전건중량(W2)을 측정한다. 함수율은 다음 식에 따라 계산하고, 0.5%까지 정확히 구해야 한다.

     함수율(%) = (W1-W2)/W2  *100(%)

 목재의 함수율은 강도, 밀도, 변형, 내구성등에 큰 영향을 미치는데 그중 목재 평형 함수율에대해 기술한다.

목재 평형 함수율(Equilibrium moisture content) :

주변 대기의 온도 및 상대습도에 따라 목재의 수분이 증가 또는 감소하는데 온도와 상대습도의 조건을 부여하여 어떤 함수율에 도달하게 되는 상태를 말한다. 목재의 평형 함수율은 온도의 변화보다는 상대습도 변화에 따라 더 크게 변한다. 습한 지하실의 경우에는 상대습도가 높아 수분 응측이 일어나기 쉽고, 목재 표면에 곰팡이 서식을 용이하게 하며, 생활공간에서는 난방에 의해 상대습도가 낮아지므로 목재의 평형 함수율이 낮아져 목재에 큰 수축이 일어나게 된다. 반대로 상대습도가 높은 경우에는 목재의 함수율이 증가하여 목재의 팽창을 가져온다.

  이러한 목재의 수분 변동은 생활공간에서 중요한 역할을 한다. 즉 목재는 여름에 습도가 올라가면 수분을 흡수하고 건조한 겨울에는 수분을 발산하여 주택내부의 습도를 조절한다. 지붕공간(다락 포함)은 상대습도 및 함수율이 지하실 보다 더 크게 변하지만 단열 및 환기장치를 하여 다른 공간에 영향을 미치지 않도록 조치하여야 한다.

목재는 함수율의 증가에 따라 팽창하기도 하고 함수율의 감소와 함께 수축하기도 한다. 함수율의 정확한 조절은 목재의 정확한 치수가 요구될 때 매우 중요하다. 목재의 수축은 목재의 세포벽에 존재하는 결합수의 감소에 따라 세포벽 두께가 감소하므로 발생한다. 세포 내강의 자유수(Free water)가 없어지고 세포벽에는 모든 결합수가 남아 있는 상태를 섬유 포화점이라고 하는데, 건조를 하더라도 이 섬유포화점에 도달하기 까지는 목재의 수축은 일어나지 않는다. 섬유 포화점은 일반적으로 함수율 30%를 기준으로 삼는다.

 결합수의 양이 감소함에 따라서 목재의 강도는 증가하는데 이는 함수율의 감소가 세포벽의 경화와 목질의 양을 증가시켰기 때문이다.

 목재 도장의 경우, 함수율은 크게 영향을 미치지 않지만 유성 페인트의 경우는 표면에 자유수가 없어야 한다. 도막(피복)은 목재가 수축할 때 크랙을 만든다. 함수율의 감소는 열전도성을 감소시켜 단열 효과를 증가시키고 함수율을 20% 이하로 감소시키면 부후균이나 곤충으로부터 목재를 보호할 수 있다.

밀도는 단위 체적당 질량의 단위로 목재의 함수율(수분의 양)과 관계가 깊고 목재의 강도에 큰 영향을 미친다. 밀도가 큰 목재가 일반적으로 강하다. 하지만 강도와 내구성 그리고 사용처의 적합성에 따라 적절히 처리된 목재를 사용하는 것이 보통이다. 그 이유는 밀도가 높다고 하는 것은 무게가 많이 나가기 때문이다. 예를 들어 배의 상갑판은 강도와 내구성이 중요하지 과도한 무게를 요구하지 않는다. 또한 모형 비행기 제작에는 가벼운 목재가 이용되고 포장재는 가볍고 강도가 높은 목재가 이용된다.

건축에서 목재의 사용시 전반적인 지식이 필요함은 물론이고, 특히 이상에서 봤듯이 함수율은 목재의 성질에 지대한 영향을 미치므로 정확한 이해가 필요하다.