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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 원통형 또는 원주형 단판적층재의 공예재로서의 적용을 위한 기초적인 재질 연구로서 횡단면과 접선단면에 대하여 투명계 도장처리에 의한 내마모성과 표면경도를 평가하였다.
제안 방법
- 원통형 단판적층재를 높이 5 cm로 재단하여 3매 채취하여 수조에 넣고 4시간 끓이고 실온수 중에 1시간 방치 후 약 70℃에서 24시간 건조하는 JAS 구조용 단판적층재의 ‘삶음박리시험’을 5 cycle(회) 실시하였다.
- 1과 같다. 먼저 라디에타소나무 단판을 폭 10 cm로 재단하여 재봉기를 이용하여 단판을 봉합하였다. 한편, 접착제는 Neolite MD-3040 type의 레조시놀수지로서 고형분 58～66(%), 점도 300～1,000 mPa · s, pH 8.
- 5였다. 낙엽송 중심재 위에 레조시놀 수지와 경화제(paraformaldehyde)를 100 : 5의 혼합비로 제조한 접착제를 약 590 g/m2 도포하여 두께 2.5 mm 의 봉합된 라디에타소나무 단판을 나선형으로 20 ply 교차 적층하였다. 적층이 완료된 후 고무밴드를 이용하여 18시간 이상 압체하고 접착제가 완전히 경화된 후 분리 및 절단하여 원통형 단판적층재를 완성하였다.
- 적층이 완료된 후 고무밴드를 이용하여 18시간 이상 압체하고 접착제가 완전히 경화된 후 분리 및 절단하여 원통형 단판적층재를 완성하였다. 이후, 삶음-건조를 반복하는 내수 침지박리시험을 위하여 원통형 단판적층재를 높이 5 cm로 절취하였다. 또한 적층재의 횡단면과 접선단면에 대한 표면내구성(경도, 내마모성) 측정을 위하여 Fig.
- 표면 도장처리가 마모성과 변퇴색성에 미치는 영향을 검토하기 위하여 시험편에 각각 크랙실클리어(crack seal clear, 증류수 15%)와 자외선 차단 오일(UV protection oil)을 2회 도장처리 하였다. 크랙실 클리어는 목재의 할렬과 변형을 경감시키면서, 야외 노출 사용 시 목재의 방수성과 내후성을 향상시켜주는 기능성 도료이며, 자외선 차단 오일은 자외선으로부터 목재 표면을 보호하는 도료로서 강한 발수성과 내오염성, 그리고 목재의 수축과 팽창을 방지하는 도료이다.
- 크랙실 클리어는 목재의 할렬과 변형을 경감시키면서, 야외 노출 사용 시 목재의 방수성과 내후성을 향상시켜주는 기능성 도료이며, 자외선 차단 오일은 자외선으로부터 목재 표면을 보호하는 도료로서 강한 발수성과 내오염성, 그리고 목재의 수축과 팽창을 방지하는 도료이다. 이들 두 도료는 투명계 도료로서 바탕재로 사용되는 목재의 목리가 드러나게 하여 자연스러운 효과가 나타나도록 처리하였다.
- 내마모성 시험은 KS F 3111에 따라 실시하였다. 마모시험기(TABER 5130)의 양 마모륜에 연마지(S-42, TABER INDUSTRIES)를 각각 부착하고, 무게 500 g 추 2개를 달아서 500회 회전 단위 간격으로 마모 감량을 측정하였으며, 총 2,000회전까지 처리하였다.
- 표면경도는 만능강도시험기(HOUNSFIELD TEST EQUIPMENT LTD, H50K-S)를 이용하여 KS F 2212에 따라 브리넬경도를 측정하였다. 횡단면 시험편의 경우 단판적층부위와 중심재, 접선단면 시험편의 경우 단판부위와 접착층 부위의 경도를 각각 측정하였다.
- 원통형 단판적층재의 삶음박리 시험에 의한 내수 접착성은 삶음반복 5 cycle 시험 후 동심원을 이루는 접착층(glue line)의 박리상태를 관찰 측정하였다. 시험 결과, 긴밀한 적층·압체가 이루어지지 않은데 기인하여 일부 접착층의 들뜸 현상이 있었으나, 전반 적으로 접착층의 박리현상은 관찰되지 않았다.
- 원통형 단판적층재(LVL)의 구조재 이외의 공예재 등 용도개발을 위하여 원통형 단판적층재의 내수접착성과 도장처리에 따른 내마모성 및 표면경도를 측정하였다. 그 결과는 다음과 같이 요약될 수 있었다.
이론/모형
- 내마모성 시험은 KS F 3111에 따라 실시하였다. 마모시험기(TABER 5130)의 양 마모륜에 연마지(S-42, TABER INDUSTRIES)를 각각 부착하고, 무게 500 g 추 2개를 달아서 500회 회전 단위 간격으로 마모 감량을 측정하였으며, 총 2,000회전까지 처리하였다.
- 표면경도는 만능강도시험기(HOUNSFIELD TEST EQUIPMENT LTD, H50K-S)를 이용하여 KS F 2212에 따라 브리넬경도를 측정하였다. 횡단면 시험편의 경우 단판적층부위와 중심재, 접선단면 시험편의 경우 단판부위와 접착층 부위의 경도를 각각 측정하였다.
성능/효과
- 시험 결과, 긴밀한 적층·압체가 이루어지지 않은데 기인하여 일부 접착층의 들뜸 현상이 있었으나, 전반 적으로 접착층의 박리현상은 관찰되지 않았다.
- 따라서 본 접착에 의한 삶음박리 접착력은 양호한 것으로 판단되며, 단판의 긴밀한 접착·경화를 위해서 단판 적층 후 압체과정의 중요성을 확인할 수 있었다.
- 4에 원통형 단판적층재의 마모량(g/100회전당)을 나타냈다. 2반복 시편에 대한 내마모시험 결과, 횡단면의 경우 마모량이 모두 0.015 g으로 나타났으며, 접선단면은 0.023 g으로 나타났다. 일반적으로 목재의 마모저항은 비중에 비례하며, 세포벽률이나 세포벽 두께와 비례적인 관계를 나타낸다(심사자의 의견이 일리가 있어 “또한, 목재 표면의 경도가 증가할수록 마모저항이 증가하여 마모량이 감소하는 경향을 나타낸다”를 삭제코자 함).
- 본 연구에서 횡단면의 마모량이 접선단면보다 적게 나타난 것은 접선단면 시험편이 비중이 낮은 라디에타소나무 단판으로만 이루어진 반면, 횡단면 시험편은 비교적 비중이 높은 낙엽송재가 포함되었기 때문이라고 판단된다. 그리고 자외선 차단 오일 도장처리재의 경우 횡단면과 접선단면의 마모량이 각각 0.017 g과 0.018 g으로 나타나 표면 도장처리에 의하여 접선단면의 내마모성이 상대적으로 향상된 것으로 나타났다. 그러나 크랙실 클리어의 경우 마모량이 횡단면 0.
- 018 g으로 나타나 표면 도장처리에 의하여 접선단면의 내마모성이 상대적으로 향상된 것으로 나타났다. 그러나 크랙실 클리어의 경우 마모량이 횡단면 0.018 g, 접선단면 0.036 g으로 나타나 도장처리에 의한 내마모성의 향상은 나타나지 않았으며, 오히려 마모량이 증가하는 것을 확인할 수 있었다.
- 이 시험결과는 낙엽송과 라디에타소나무의 비중 차이에 의한 것으로 판단된다. 접선단면에서는 라디에타소나무 단판부위의 경도가 0.61 kgf/mm2였으며, 접착 층은 0.9 kgf/mm2로 접착층의 경도가 다소 높게 나타났으며, 횡단면의 경도가 접선단면보다 높은 것을 확인할 수 있었다.
- 내마모성의 경우 횡단면이 접선단면보다 상대적으로 우수하였으며, 접선단면에 자외선 차단 오일 도장 처리한 경우 내마모성이 다소 향상되었다.
후속연구
- 그러나 중·소경 간벌 원주목을 단판으로 감싸는 형태의 원주형 단판적층재는 구조용재로서 뿐만 아니라, 수많은 동심원(同心圓) 형태를 가지는 특유의 단면 문양에 의하여 공예재 또는 가로등과 같은 조경재로서도 충분한 이용 가치가 있을 것으로 사료된다.
- 따라서 본 접착에 의한 삶음박리 접착력은 양호한 것으로 판단되며, 단판의 긴밀한 접착·경화를 위해서 단판 적층 후 압체과정의 중요성을 확인할 수 있었다. 그리고 향후 실외 적용을 고려한다면 야외 내후(耐候) 폭로시험을 추가적으로 실시할 필요가 있을 것으로 사료된다.
- 원통형 단판적층재의 최종용도 개발을 위하여 추후 연구에서는 연속적 제조 방식의 도입과 친환경 접착제의 사용에 의한 안전성 확보 및 용도개발 등의 연구가 수반되어야 할 것으로 사료된다.
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