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[1] 목재의 조직과 성질 아래 그림과 같은 목재의 조직에서 중심부를 수심(髓心)이라 하며, 수심 주위부를 심재(心材)라 하는데, 심재는 조직이 치밀하고 흡습성과 변형이 적어 모형용으로 적합한 부위이다.
[2] 목재의 변형과 건조 목재의 수축은 수종(樹鍾), 수령(樹齡) 및 벌채시기 등에 따라 다르고 목재의 방향에 따라서도 다르다. 수축률은 일반적으로 섬유방향, 반지름방향, 연륜방향의 순으로 증가하며, 아래 그림은 방향에 따른 상대적인 수축 정도를 변형으로 보여 준다.
목재의 균열은 아래 그림과 같이 A: 심할(心割; heart shake), B 및 D: 성할(星割; star shake), C: 윤할(輪割; ring shake), E: 전상할(電狀割; upset shake), F: 측할(側割; side shake)의 형태가 있으며, A, B, C, F는 보통 기후에서, D는 엄동에서, E는 운반중 충격에 의하여 생긴다.
목재를 건조시키는 목적은
수분을 증발시킨 목재의 무게에 대한 목재에 함유된 수분의 중량비를 함수율(含水率)이라 하며, 다음과 같이 표시한다.
목재의 건조에는 자연건조법과 인공건조법이 있고, 자연건조법에는 통풍이 잘되는 곳에 적치(積置)하는 야적법(野積法)과 통풍을 원할하게 하면서 목재의 변형을 억제하기 위하여 아래그림과 같은 가옥적법(家屋積法)이 있다. 자연건조법을 채택하면 건조비용이 저렴하고 목재의 질은 좋으나 건조에 많은 시간이 소요되는 단점이 있다.
인공건조법은 건조 시간은 단축되나 목재의 질이 다소 떨어지는 단점이 있다. 자연건조법에서 목재를 적치하는 가옥적법 중 평적법(平積法)은 인공건조법에서도 이용될 수 있다. 건조를 위한 전과정 중에서 한 과정이라도 인공적인 과정이 있으면 인공건조법이라 칭하기로 하여 다음과 같이 분류한다.
[3] 목재의 방부 목재가 부패하는 것은 주로 균에 의한 것으로서, 분비되는 효소에 의하여 섬유질이 용해되어 목질(木質)이 저하한다. 부패를 방지하기 위해서 온도, 수분, 산소를 부패균의 활동 조건 이하로 유지하여야 한다. 균의 활동 조건은 다음과 같다.
적극적인 방부법으로는 다음 방법을 채택할 수 있다.
[4] 목재의 접합
목재의 방부법
1. 개요
목재의 내화공법 1. 개요
■ 목재의 구조
① 나이테 나무의 목질부에는 수심을 둘러싼 동심원이 있는데, 이것을 나이테라고 한다. 목재는 일반적으로 봄에서 여름까지 성장(춘재)하는 속도가 가을에서 겨울을 지나는 동안의 추운 상태에서 성장(추재)하는 속도보다 훨씬 빠르다.
나이테는 이러한 춘재와 추재가 한 쌍을 이루어 만들어진 것이다. 나이테는 춘재와 추재가 1년을 통하여 반복되어 수심을 중심으로 동심원을 만들기 때문에 사계절의 구분이 분명하지 않은 열대림 중에서도 우기와 건기가 있는 곳의 나무는 나이테가 생기지만, 비가 많이 오는 곳에서 자란 나무는 나이테가 잘 나타나지 않는 경우도 있다.
춘 재 : 세포의 크기가 크고 세포막이 얇으며, 세포 내강이 크기 때문에 다공성을 나타낸다. 춘재는 조직이 가볍고 색깔이 연하며, 생장기의 초기에 자란다는 뜻으로 조재라 부르기도 한다.
추 재 : 초여름 이후부터 자란 세포는 크기가 작고 세포막이 두꺼우며, 세포 내강이 작고 조직이 치밀하여 색깔이 진하다. 추재는 초여름 이후부터 자란 것으로, 만재라고 부르기도 한다. 가을에는 제대로 생장하지 못하는데, 일종의 월동 준비 기간이라고 할 수 있다.
② 심재와 변재 나무가 성장함에 따라 수심 주위의 목질부는 짙은 색깔을 띠게 되는데 이를 심재라 하며, 껍질에 가까운 목질부는 옅은 색깔을 띠게 되는데 이를 변재라 한다. 나무가 생장함에 따라 껍질 안쪽에는 새로운 세포가 생기고, 중심 부분에는 오래된 세포들로 구성된다.
껍질 근처의 새로운 세포들은 생활 기능을 가지고 있는 반면, 중심 부분의 오래된 세포는 세포막만이 남아 나무를 지탱하는 역할을 담당하는데, 이 부분에는 나무의 특이한 물질인 수지, 타닌, 리그닌 등이 침적되어 색깔이 진하다
③ 흠 옹 이 : 나무의 줄기에서 가지가 갈라져 나간 부분으로 제재되었을 때 나타나며, 건조되면 빠지는 경우가 있다. 이것은 줄기의 섬유 조직과 가지의 섬유 조직이 완전히 연결되지 못했기 때문이다.
갈라짐 : 목재의 수분이 건조되면서 생기는 것으로, 마구리가 갈라지는 것, 수심에서 바깥 쪽으로 갈라지는 것, 나이테 방향으로 갈라지는 것 등이 있다. 지 선 : 목재의 수지가 흘러나와 가공을 어렵게 하거나, 가공 후에 얼룩이 지는 것을 말한다.
껍질박이 : 나무가 성장하는 동안에 상처를 입었다가 아물면서 계속 성장한 부분의 껍질이 목재 내부에 들어가 있는 것을 말한다.
썩정이 : 벌목이나 운반시 쇠갈고리 등에 의하여 생긴 상처가 썩거나 목재의 일부가 썩어서 변색된 것으로, 부패균이 침범하여 목재 중의 리그닌·셀룰로오스 등을 용해하거나 분해하기 때문에 생기는 것이며, 목재의 가장 큰 결점이 된다.
■ 목재의 성질 ① 수 축: 목재는 수분을 포함하고 있으므로 건조시키면 부피가 줄어드는데, 수축된 양과 수축되기 전의 양과의 비율을 수축률이라 한다. 수축률은 목재의 방향에 따라 다르며, 그 비율은 '줄기 방향 : 나이테 직각 방향 : 나이테 방향 = 1 : 10 : 20'이다.
② 비 중: 목재는 세포막질·공극·수분의 3요소로 구성되어 있는 다공질이기 때문에 공극을 함유하지 않은 목재의 실질 비중을 진비중이라고 하며, 공극을 포함한 목재의 무게를 부피로 나눈 값을 통상 비중이라 한다. 목재의 비중은 수분의 양, 변재와 심재, 목재의 종류에 따라 다른데, 일반적으로 수분의 양이 많거나 심재의 양이 많을수록 크다.
③ 강 도: 목재의 강도는 건조 상태가 좋을수록 증가하며, 목재의 비중이 클수록 강하다. 목재는 나뭇결 방향으로 당기거나 누르는 힘에는 강하나, 나뭇결과 직각 방향으로 당기는 힘에는 약하므로, 목제품을 제작할 때에는 나뭇결의 방향을 고려하여야 한다.
④ 내구성: 목재를 얼마나 오래 사용할 수 있는가를 말하며, 나무의 종류·조직·건조 상태 등에 따라 다르다. 내구성의 크기는 나무의 종류에 따라 밤나무·미송·육송·나왕의 순이며, 일반적으로 심재가 변재보다 내구성이 크다. 같은 종류라도 건조되어 있으면 잘 썩지 않아 내구성이 증가하고, 목재에 칠을 하면 오래 사용할 수 있다. 또한, 목재가 부패균에 의하여 부패되면 성분이 변질되어 비중이 감소되고 강도가 약해진다. 또한, 햇볕·비바람·기온의 변화 등으로 광택이 없어지며 변색될 뿐만 아니라, 곤충에 의해 목재 내부에 구멍이 생긴다.
■ 나무의 종류
② 활엽수: 잎이 넓적한 나무로, 섬유 세포의 길이가 짧고 얇다. 활엽수는 목질이 단단해서 경목재라고 하며, 특히 무늬가 아름다워 가구 또는 건축물의 내장재로 많이 쓰인다. 종류로는 느티나무·단풍나무·오동나무·참나무·밤나무·동백나무·아카시아나무 등이 있다.
■ 가공재의 종류 목재는 재질이 균일하지 못하여 넓고 강도가 큰 부재를 얻기 어려우며, 제재를 하면 남는 부분이 많다는 약점이 있다. 가공재는 이러한 목재의 약점을 개량·보완하여 만든 것으로, 합판·집성재·MDF·파티클 보드·플로어링 등이 있다.
① 합 판: 목재가 지닌 휨과 쪼개짐, 수축 등과 같은 결점을 보완한 가공재이다. 합판은 어떠한 수목으로도 만들 수 있으나, 국내산 원목은 대부분 지름이 작아 외국에서 나왕·알몬 등을 수입하여 사용하고 있다. 국내산 원목으로는 느티나무·오동나무 등이 합판의 재료로 적합하다.
합판을 만들기 위해서는 먼저 원목을 가열한 다음, 적당한 길이로 자르고 껍질을 벗긴 뒤, 일정한 길이의 원목을 회전축에 걸고 회전시켜 얇은 판으로 벗겨내거나, 원목을 대패질하듯이 얇은 판으로 깎아 내어 목재 단판을 만든다.
단판의 두께는 0.25mm에서 25.4mm까지 여러 종류가 있으며, 충분히 건조시켜야 한다. 합판은 단판을 검사하여 결점을 제거한 후, 접착제를 칠하여 나뭇결이 직각이 되도록 홀수로 겹친 후 접착제가 경화되도록 압착시켜 만든다.
② 집성재 :여러 개의 판재나 작은 각재 등의 목재를 섬유 방향이 서로 평행하게 하여 길이·나비 및 두께 방향으로 접착체를 사용하여 붙이고, 열을 가하면서 압착시킨 것을 말한다.
집성재는 필요한 치수 및 형태의 재료를 비교적 용이하게 제조할 수 있으며, 옹이·갈라짐 등의 결함을 제거·분산시킬 수 있어 강도가 고른 장점이 있다. 집성재는 대형 구조물·교량·교회·체육관 등에 이용되는 아치재·보·기둥 등의 구조용 재료나, 실내 장식 및 가구의 재료로 많이 이용된다.
③ MDF(Medium Density Fiberboard, 중밀도 섬유판) :MDF는 목질 재료를 주원료로 하여 고온에서 해섬하여 얻은 목섬유를 합성 수지 접착제로 결합시켜 성형·열압하여 만든 밀도 0.4∼ 0.8g/cm3의 목질 판상 제품이며, 3.0mm에서 30mm 두께까지 생산이 가능하다.
MDF는 섬유 분배가 균일하고 조직이 치밀하여 복잡한 기계 가공 작업을 면이나 측면의 파열 없이 수행할 수 있으므로, 측면 반자돌림이나 표면 가공을 하는 테이블 상판·문짝·서랍 전면 등에 사용된다. 또한, 면이 견고하고 평활하여 장식용 필름이나 베니어 등을 오버레이하거나 페인팅하는 데에도 매우 적합하다.
뛰어난 안정성과 기계 가공성, 높은 강도 때문에 서랍 측면이나 캐비닛 레일·거울틀·반자돌림 등에 일반 목재 대신 사용할 수 있다.
④ 파티클 보드(Particle Board) 목에서 목재를 생산하고 남은 조각을 잘게 부수어 한 켜씩 펴고, 그 사이에 합성 수지 계통의 접착제를 뿌려 높은 온도와 압력으로 압착시켜 만든다. 이것은 일반 목재와 달리, 나뭇결 방향에 따른 강도나 변형에 의한 차이가 거의 없으며, 소리를 잘 흡수하고 넓은 면적의 판을 대량으로 만들 수 있어서 가구·악기·전자 제품 케이스 등의 제작에 쓰인다.
⑤ 플로어링(Flooring) 나무가 굳고 무늬가 아름다운 판자로, 한쪽 옆에는 홈을 내고 다른 쪽에는 촉을 만들어 맞대어 붙이기 편하게 만든다. 주로 마루널을 까는 데에 쓰인다.
⑥ 시멘트 목질판 목편·목모·목질 섬유 등과 시멘트를 혼합하여 성형한 보드로서, 각각 목편 시멘트판·목모 시멘트판·펄프 시멘트판이라 부르며, 일종의 복합 재료이다. 시멘트 목질판은 가공재(목질 재료)의 가공성과 시멘트의 불연성을 가지며, 그 성질과 용도가 비중에 따라 다른 특징이 있다. 목편 시멘트판 : 단열 보온재 또는 칸막이판 등으로 사용된다. 철근 보강판 : 바닥이나 지붕을 만들 수 있다. 목모 섬유판 : 흡음·단열효과가 있어 내벽 및 천장의 마감재, 지붕의 단열재나 치장의 목적으로 사용된다. 목질 시멘트판 : 주로 건축물의 내장용으로 사용된다. ※ 펄프(pulp) 목재를 부수어 조각으로 만들고, 화학 약품을 넣어 기름진 성분을 빼낸 후 목섬유만을 분리한 것이다. 여기에 표백제를 넣어 희게 한 다음에 여러 가지 종이를 만든다.
⑦ 화학 가공 목재 목재와 합성 수지를 복합하거나 약품 처리에 의해 제조된 목재로서, 제재품과는 성질이 다른 목재의 총칭이다.
이와 같이, 목질 재료의 원래 모습을 유지한 채로 열과 압력을 가하여 고밀화시키는 물리적 방법, 화학 약품을 침투시키는 화학적 방법에 의해 목질 재료가 가지고 있는 결함을 개량하여 그 성질을 개선한 목재를 개질 목재라 한다. 개질의 목적은 건조·방부·방충·내화·치수 안정성 및 양호한 물리·기계적 성질을 얻는 데 있다.
■ 목재의 양 목재의 양은 부피로 나타내는데, 표준 단위로는 m3를 사용한다. 실생활에서는 '재'라는 단위를 많이 이용하는데, 목재 1재의 양은 가로·세로·길이가 각각 30.3×30.3×3636mm인 목재 1개의 부피를 말한다. 각재는 가로×세로의 크기로, 판재는 그 두께에 따라 두께 9mm, 18mm 널 등으로 구분된다.
1. 목재의 구조
1.1 목재의 육안적 구조
목재의 절단방향에 따라 각기 성질이 다른 절단면이 나타난다.
① 횡단면
(목구면; cross or transverse surface)
수축이나 목리에 직각이 되도록 잘라낸 단면을 말한다.
② 방사단면
(정목면, 경단면;radial surface)
중심부의 수(pith)를 통과하여 방사방향으로 절단한 면을 말한다.
③ 접선단면
(판목면, 촉단면; tangential surface)
연륜에 접선이 되도록 절단한 면을 단면을 말한다.
<그림 1> 목재의 3단면.
1.2 목재의 현미경적 구조
1.2.1 침엽수
<그림 2> 측백나무과의 주사전자현미경 사진(400배). 가늘고 긴 파이프형태의 가도관이
90% 이상 차지하고 있으며 춘재(오른편 큰 관)와 추재(가운데 작은 관)가 1년의
나이테를 형성한다. 가도관의 벽에는 무수히 많은 수분 통로가 존재한다.
<그림 3> 소나무과 의 횡단면 및 접선단면(175배). 가도관(T), 방사조직(R), 수지구(RC)
1.2.2 활엽수
<그림 4> 느릅나무과의 주사현미경 사진(80배). 드럼통을 연결한 듯한 도관이 춘재부위
에서는 큰 관으로 추재부위에서는 작은 관의 형태를 띠고 있다. 도관주위에는 목섬유가
존재하고 침엽수와 마찬가지고 도관에는 작은 구멍으로 된 통로가 있다. 침엽수에 비해
조직이 복잡하고 수종마다 형태가 다르게 나타난다. 이 형태적 차이로 목재만 가지고
식별이 가능하다.
<그림 4> 참나무과 목재의 3단면 : 횡단면(TF), 접선단면(TLF), 방사단면(RLF)이
나타나 있으며, 축방향 요소인 도관요소(V), 및 목섬유(F)와 방사방향 요소인 방사
조직(R)을 보여주고 있다.
1.3 목재 세포의 구조
추재 가도관의 세포벽 구조
중간층, 1차벽, 2차벽으로 구성되어 있으며 2차벽은 S1층, S2층, 두꺼운 S2층 및
얇은 S3층에 의해 차례로 덮여 있음
횡단면/방사단면
× 2600.
일반적인 벽층 구조와 각 벽층내에서의 셀룰로오스 마이크로피브릴 배향을 나타내는
모식도
약어
ML - 중간층
P - 1차벽
S1 · S2 · S3 - 2차벽의 외층 · 중층 · 내층
HT - 나선비후
W - 우상층
○ 목재의 장점
① 자연스러운 목재의 무늬가 시각적 안정감을 준다.
② 목재표면의 흡음성이 뛰어나 소음을 차단해 준다.
③ 목재의 온도변화율이 낮아 접촉시 덥거나 차가운 느낌이 심하지 않다.
④ 자연친화적인 마감재로서 목재를 만지는 느낌이 자연스럽다.
⑤ 목재는 탄력성이 있어 바닥재로 시공시 완충작용, 반발작용, 진동감쇠작용을
갖는다.
⑥ 목재는 온도가 높은 시간대에 열을 흡수하여 저장함으로써 실내온도를 낮추고,
온도가 낮아지면 저장된 열을 방출하여 실내온도를 조절한다.
⑦ 목재의 분자구조를 통하여 대기 중의 수분이 많은 경우에는 흡습하고, 대기가
건조한 경우에는 습기를 내보냄으로써 자연적으로 최적의 습도환경을 조성할 수 있다.
○ 목재의 단점
① 재질이 고르지 못하고, 수분의 건조에 따라 뒤틀리거나 갈라지기 쉽다.
② 썩기 쉽다.
③ 불에 약하다.
2. 목재와 수분
2.1 자유수
목재에 함유되어 있는 수분은 그 상태에 따라 자유수와 결합수로 나누어 진다.
자유수는 유리수라고도 불려지고 있는데 세포내강이나 세포간극 등에 함유되어
있는 수분으로써 셀룰로오스의 결정영역에 직접 접촉되어 있지 않으며 셀룰로오스의
결정영역의 인력 범위밖에 존재하기 때문에 자유로이 이동될 수 있는 액상의 수분이다.
2.2 결합수
결합수는 흡착수라고도 불려지지는 것으로써 세포벽중에 침투하여 습윤되어 있으며
세포벽질과 수소결합 또는 van der Waals력으로 결합되어 있어서 목재의 물리적,
역학적 성질에 큰 영향을 미치게 되는 수분이다.
결합수에는 세포벽내의 셀룰로오스의 결정영역 표면 또는 비결정영역의
표면과 내부<그림 7> 그리고 헤미셀룰로오스 등에서 수산기(-OH)와 같은 친수
성기에 수소결합되어 단분자층으로 존재하는 단분자층결합수, 이 단분자층결합수
표면에 van der Waals력이나 수소결합에 의해 다분자층으로 결합되어 있는
다분자층결합수<그림 8> 및 상대습도가 높은 경우 세포벽내에서 결정영역 사이의
틈새와 같은 미세한 모세관에 응축된 형태로 존재하는 모관응축수의 3 종류가 있다.
건조된 목재를 포화수증기중에 나두게 되면 목재는 점차로 수분을 흡수하게
되고 결국에는 그 이상의 수분을 수증기의 형태로는 흡수할 수 없는 극한 상태에
도달하게 된다. 이 때의 함수율을 섬유포화점이라고 부르게 되는데 섬유포화점은
세포벽 내부가 완전히 결합수로 포화되어 있으나 세포내강 등의 빈 공간에
액상의 자유수가 존재하지 않는 상태를 일컫는 것으로써 이 때의 함수율은 목재의
종류에 관계없이 25∼35%, 평균 28%이다. 이 경우 수분은 전부 결합수로만
세포벽에 존재하기 때문에 섬유포화점 이하에서는 목재의 물리적, 역학적 성질이
수분의 변화 상태에 따라 달라지게 된다.
섬유포화점 이외에도 목재중에 존재하는 수분의 함유상태에 따라 다음과 같이
구분된다. 100∼105℃에서 항량에 이를 때까지 건조된 무수상태를 전건상태라고
하며 목재가 통상의 대기 온도 및 습도와 평형된 수분을 함유하는 상태를 기건
상태라고 하는데 이 때의 기건함수율은 계절, 장소, 기후 등에 따라 달라지지만
국내의 경우 15% 그리고 구미의 경우 12%이다. 한편, 세포벽 내부가 완전히
결합수로 포화되어 있으며 아울러 세포내강 등의 빈 공간에도 액상의 자유수가
일부 존재하는 경우 생재상태라고 부르는데 이것은 살아있는 나무 또는 벌채
직후의 나무의 수분 함유상태를 나타내게 되며 목재 내부 전체, 즉 세포벽과 세포
내강 등의 빈 공간이 결합수와 자유수로 완전히 충만되어 있는 경우 포수상태라고
부르고 있다. 생재의 수분은 수종, 변재와 심재, 계절 등의 차이에 따라 변화되지만
일반적으로 침엽수의 쪽이 활엽수보다도 수분 함유율이 높고 변재와 심재 사이의
차이도 큰 편이다. 보통 변재는 심재보다도 수분이 많으나 변재보다도 수분이 많은
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출처: 둘이친구 원문보기 글쓴이: 2279
