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구조용 집성재 제조용 접착제(Phenol-Resorcinol-Formaldehyde Resin) 유전 가열을 위한 고주파 전기장 세기 추산
Estimation of Radio Frequency Electric Field Strength for Dielectric Heating of Phenol-Resorcinol-Formaldehyde Resin Used for Manufacturing Glulam 원문보기

목재공학 = Journal of the Korean wood science and technology, v.42 no.3, 2014년, pp.339 - 345  

양상윤 (서울대학교 농업생명과학대학 산림과학부) ,  한연중 (서울대학교 농업생명과학대학 산림과학부) ,  박용건 (서울대학교 농업생명과학대학 산림과학부) ,  엄창득 (국립산림과학원 임산공학부) ,  김세종 (국립산림과학원 임산공학부) ,  김광모 (국립산림과학원 임산공학부) ,  박문재 (국립산림과학원 임산공학부) ,  여환명 (서울대학교 농업생명과학대학 산림과학부)

초록
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집성재의 생산성 향상을 위한 고주파 가열 경화기술에 대해 연구하였다. 고주파가 유전체에 가해지면 내부에서 에너지 손실에 의한 발열이 발생한다. 집성재를 구성하는 라미나와 접착제는 유전체이므로 집성재에 고주파를 주사하면 내부에서 발열이 발생한다. 집성재 제조에 이용되는 대부분의 상온 경화형 접착제는 고온에서 빠른 경화가 이루어지므로 고주파 가열 기술을 이용하면 집성재 내부 접착층의 온도를 상승시킴으로써 빠른 경화를 유도할 수 있다. 본 연구에서는 낙엽송재와 phenol-resorcinol-formaldehyde (PRF) 접착제의 유전 특성을 평가하고, 집성재 내부의 접착층의 빠른 경화를 유도하는 고주파 가열 경화 기작을 이론적으로 분석하였다. 연구 결과, 온도상승인자인 PRF 접착제의 상대손실계수가 낙엽송재의 상대손실계수에 비해 높았으나, 온도상승저해인자인 밀도와 비열도 높았다. 그러나 상대손실계수의 비율이 온도상승저해인자의 비율보다 높기 때문에 고주파 가열에 의한 발열량은 접착제에서 더 높을 것으로 예상된다. 이러한 실험 결과를 이용한 이론적 접근을 바탕으로, 접착층이 목표온도까지 상승하기 위한 ISM 영역의 고주파 주파수 별 전기장의 상대 세기를 추정하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

For enhancing productivity of glulam, high frequency (HF) curing technique was researched in this study. Heat energy is generated by electromagnetic energy dissipation when HF wave is applied to a dielectric material. Because both lamina and adhesives have dielectric property, internal heat generati...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 고주파 유전 가열 경화를 효과적으로 수행하기 위해서는 집성재의 구성요소인 라미나와 접착제의 밀도, 비열, 상대손실계수가 필요하다. 본 연구에서는 ISM band에서의 PRF의 유전가열 성능을 조사하였다. 그 결과, 주파수가 높아질수록 낮은 전기장 세기에서 목표 온도에 도달할 것으로 예상되었다.
  • 본 연구에서는 접착층을 상온인 25℃에서 10분 내 80℃까지 높이는 것을 목표로 하였다. 이러한 목표를 달성하기 위해 각각의 ISM band의 주파수를 갖는 전자기파가 목표 온도 도달을 위해 가져야 하는 최소 전기장의 세기를 추정하였다.
  • 본 연구의 실험 결과를 이용하여 목표 경화온도 도달에 필요한 전기장의 세기를 정하고자 하였다.
  • 따라서 제한시간 내에 접착층의 온도를 정확하게 높이기 위해서는 상관관계를 갖는 물성을 조사해야 한다. 이에 본 연구에서는 집성재의 생산성을 높일 수 있는 고주파 유전가열 기술을 연구하고자 하였다. 집성재 제조에 이용되는 각 재료의 물성을 측정하고, 이를 토대로 목표로 하는 경화시간에 도달하기 위한 전기장의 세기를 추정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
PRF 접착제의 원활한 사용을 위한 조건은? 제재목을 이용하여 구조용 집성재를 제조하기 위해서는 제재목 사이에 접착제가 도포된다. 집성재 제조에 많이 사용되는 PRF 접착제는 대개 상온에서 24시간 이상의 경화시간을 요한다(Shim et al. 2005).
PRF 접착제는 온도에 어떤 영향을 받는가? 일반적으로 상온 경화형 수지인 PRF 접착제는 높은 온도에서 빠르게 경화한다(Pizzi 2003). 그러나 도포된 접착제의 빠른 경화를 위해 고온으로 가열하고자 하는 경우, 라미나 사이에 접착층이 존재하므로 전도나 대류 열전달에 의해서는 접착층을 가열하기가 어렵다.
PRF 접착제를 고온으로 가열하는 경우 발생하는 어려움은? 일반적으로 상온 경화형 수지인 PRF 접착제는 높은 온도에서 빠르게 경화한다(Pizzi 2003). 그러나 도포된 접착제의 빠른 경화를 위해 고온으로 가열하고자 하는 경우, 라미나 사이에 접착층이 존재하므로 전도나 대류 열전달에 의해서는 접착층을 가열하기가 어렵다. 이를 해결하기 위한 방법으로 접착제를 도포한 집성재에 고주파 유전가열기술을 응용할 수 있다.
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참고문헌 (10)

  1. Agilent Technologies, Inc. 2006. Application note : Basic of measuring the dielectric properties of materials. Agilent Technologies, Inc. USA. pp. 4-6. 

  2. Chae, S.H. 2007. Specific Heat Measurements of Several Polymer Materials. DanKook University Master's Thesis. Korea pp. 26-27 

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  4. Kim, K.M., Shim, S.R., Shim, K.B., Park, J.S., Kim, W.S., Kim, B.N., Yeo, H. 2009. Development of Structural Glued Laminated Timber with Domestic Cedar. Mokchae Konghak 37(3): 184-191. 

  5. Lee, J.J., Kim, K.M., Han, J.S., Kim, J.K. 2003. Evaluation of the Bending Properties of Glulam with Different Cross-Section. Mokchae Konghak 31(5): 65-71. 

  6. Pereira, C., Blanchard, C., Carvalho, L., Costa, C. 2004. High frequency heating of medium density fiberboard (MDF): theory and experiment. Chemical Engineering Science 59(4): 735-745. 

  7. Pizzi, A. 2003. Handbook of Adhesive Technology 2nd ed. Marcel Dekker Inc,. New York. 

  8. Shim, S.R., Yeo, H., Shim, K.B. 2005. Evaluation of Shear Bond Strength and Adhesive Bond Durability of Mixed Species Structural Glued Laminated Timber. Mokchae Konghak 33(1): 87-96. 

  9. Skoog, D., Holler, J., Crouch, S. 2006. Principles of instrumental analysis 6th ed. Saunders College Publishing, New York. pp. 575-577. 

  10. Zhou, B., Avramidis, S. 1999. On the loss factor of wood during radio frequency heating. Wood Science & Technology 33(4): 299-310. 

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