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문제 정의
- 따라서 본 연구는 열압밀화를 통한 국내산 침엽수의 고부가가치화 연구의 일환으로 치수안정성 확보를 위해 실시하였다. 역학적 성능의 저하 없이 치수안정성을 확보하기 위해 열압밀화 후 열처리를 실시하였다.
제안 방법
- 침지 초기 2시간 동안은 30분 간격, 침지 5시간까지는 1시간 간격, 침지 9시간까지는 2시간 간격, 이후 24시간까지는 3시간 간격으로 시험편의 두께와 중량을 측정하였다. 각 측정시점에서 측정된 두께와 중량을 바탕으로 두께 팽윤율과 흡수량을 측정하였다. 흡수량 측정 시험편의 경우 단위면적당 흡수량을 측정하기 위해 시험편의 횡단면을 제외한 나머지 단면에는 아크릴계 방수용 페인트(Damplock, Seal-Krete, USA)를 2회 도포하여 시험편의 횡단면을 통한 흡수를 유도하였다.
- 국내산 잣나무 열압밀화재를 제작한 후 열처리를 실시하여 열처리 조건에 따른 치수안정성을 조사하였다. 비중 0.
- 역학적 성능의 저하 없이 치수안정성을 확보하기 위해 열압밀화 후 열처리를 실시하였다. 선행된 연구 결과를 바탕으로 최대의 역학적 성능을 나타내었던 열압온도 180℃에서 열압밀화 목재를 제작한 후(Hwang and Lee 2011a; Hwang et al. 2014) 열처리를 실시하였으며, 열처리 온도 및 시간이 치수안정성에 미치는 영향을 조사하였다.
- 따라서 본 연구는 열압밀화를 통한 국내산 침엽수의 고부가가치화 연구의 일환으로 치수안정성 확보를 위해 실시하였다. 역학적 성능의 저하 없이 치수안정성을 확보하기 위해 열압밀화 후 열처리를 실시하였다. 선행된 연구 결과를 바탕으로 최대의 역학적 성능을 나타내었던 열압온도 180℃에서 열압밀화 목재를 제작한 후(Hwang and Lee 2011a; Hwang et al.
- 잣나무 열압밀화재의 열처리에는 열기건조오븐을 이용하였다. 열처리는 80℃, 100℃, 120℃의 각 온도조건에서 2, 6, 12, 24시간 동안 실시하였다. 각 조건당 3개의 시험편을 이용하여 총 36개의 열압밀화재가 열처리에 이용되었다.
- 열압밀화 전 함수율 약 13%의 잣나무재 시험편을 폴리에틸렌 필름으로 밀봉한 후 700 W 출력의 마이크로파 오븐으로 90초간 가열하여 시험편을 연화하였다. 이후 열판프레스를 이용하여 열압온도 180℃, 열압시간 60분, 압력 80 kgf/cm2의 조건에서 시험편의 방사방향으로 열압밀화를 실시하여 총 36개의 열압밀화재를 제작하였다.
- 흡수량 측정 시험편의 경우 단위면적당 흡수량을 측정하기 위해 시험편의 횡단면을 제외한 나머지 단면에는 아크릴계 방수용 페인트(Damplock, Seal-Krete, USA)를 2회 도포하여 시험편의 횡단면을 통한 흡수를 유도하였다. 최종적으로 흡수 24시간 종료 후 시험편을 전건하여 측정된 두께를 바탕으로 치수회복도를 측정하였다. 팽윤율(ST), 흡수량(WA), 치수회복도(RT)는 다음의 식을 이용하여 계산하였다.
- 치수안정성 확보를 위해 잣나무재를 열압밀화한 다음 열처리를 실시하였다. 잣나무 열압밀화재의 열처리에는 열기건조오븐을 이용하였다.
- 치수안정성을 확인하기 위하여 KS F 2204에 의거하여 24시간 흡수시험을 실시하였다. 침지 초기 2시간 동안은 30분 간격, 침지 5시간까지는 1시간 간격, 침지 9시간까지는 2시간 간격, 이후 24시간까지는 3시간 간격으로 시험편의 두께와 중량을 측정하였다. 각 측정시점에서 측정된 두께와 중량을 바탕으로 두께 팽윤율과 흡수량을 측정하였다.
대상 데이터
- 열처리는 80℃, 100℃, 120℃의 각 온도조건에서 2, 6, 12, 24시간 동안 실시하였다. 각 조건당 3개의 시험편을 이용하여 총 36개의 열압밀화재가 열처리에 이용되었다.
- 공시재료는 대표적인 국산 침엽수종 중에서 잣나무(Pinus koraiensis Sieb. et Zucc.)를 이용하였다. 제재된 잣나무 판재 중 판목판재를 선별한 후 60 mm (L) × 60 mm (R) × 24 mm (T) 크기로 시험편을 절삭하여 열압밀화 가공에 이용하였다.
- 2014, 2015)와 동일한 방법으로 진행되었다. 두께 24 mm의 잣나무재를 압축률 50%로 열압밀화하여 두께 12 mm의 열압밀화재를 제작하였다. 열압밀화 전 함수율 약 13%의 잣나무재 시험편을 폴리에틸렌 필름으로 밀봉한 후 700 W 출력의 마이크로파 오븐으로 90초간 가열하여 시험편을 연화하였다.
- 제재된 잣나무 판재 중 판목판재를 선별한 후 60 mm (L) × 60 mm (R) × 24 mm (T) 크기로 시험편을 절삭하여 열압밀화 가공에 이용하였다.
이론/모형
- 치수안정성을 확인하기 위하여 KS F 2204에 의거하여 24시간 흡수시험을 실시하였다. 침지 초기 2시간 동안은 30분 간격, 침지 5시간까지는 1시간 간격, 침지 9시간까지는 2시간 간격, 이후 24시간까지는 3시간 간격으로 시험편의 두께와 중량을 측정하였다.
성능/효과
- 그리고 열압밀화 후 열처리에 의해 열압밀화재의 치수안정성은 크게 향상되었다. 120℃ 온도에서 24시간 열처리된 그룹의 두께회복도는 3.8%로써 열처리를 하지 않은 그룹과 비교하여 두께회복률이 약 67% 감소된 매우 우수한 치수안정성을 나타내었다
- 120℃ 열처리 그룹의 경우도 동일한 결과를 나타내었다. 120℃에서 2시간 열처리 시 두께 회복률은 7.2%에서 24시간 처리 시 3.8%로 매우 크게 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 가장 높은 치수안정성을 나타낸 열처리 온도 120℃에서 24시간 처리한 그룹의 두께 회복률 3.
- 8%로 매우 크게 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 가장 높은 치수안정성을 나타낸 열처리 온도 120℃에서 24시간 처리한 그룹의 두께 회복률 3.8%는 열처리하지 않은 그룹과 비교하였을 때 두께회복률이 약 67% 감소된 수치이다. 그리고 3.
- 2013a). 그러나 예상과 달리 본 연구에서의 팽윤율은 흡수 초기 0-1시간 경과 시점보다 1-2시간 흡수 구간에서 더 높은 팽윤율을 나타내었다. 이러한 현상은 다량의 송진을 함유하고 있는 국산 잣나무재의 특성상 열압밀화 및 열처리 과정에서 내부의 송진이 용출되고, 이렇게 용출된 송진이 흡수면을 코팅하여 흡수 초기의 팽윤을 다소 지연시킨 결과라 판단된다.
- 열처리 온도와 시간이 증가함에 따라 열 압밀화재의 흡수성과 팽윤성은 감소하였다. 그리고 열압밀화 후 열처리에 의해 열압밀화재의 치수안정성은 크게 향상되었다. 120℃ 온도에서 24시간 열처리된 그룹의 두께회복도는 3.
- 모든 열처리 조건별 그룹에서 흡수초기 1시간 동안 최대 흡수량을 나타내었으며, 이후 흡수량은 급격히 줄어 흡수 5시간 경과 이후 안정화되는 경향을 나타내었다. 그리고 열압밀화 후 열처리의 온도 및 시간이 증가함에 따라 시험편의 흡수성은 감소하였다.
- 이러한 실험 결과를 바탕으로 압밀화재의 치수 회복을 크게 감소시키기 위해서는 열압밀화 후 열처리와 같은 후처리가 매우 유용한 방법이라는 것을 확인할 수 있었다. 또한 열압밀화재를 120℃ 이하에서 열처리를 실시하여 기존의 200℃ 이상 고온에서 열압된 압밀화재보다 뛰어난 치수안정성을 확보하였다. 이를 통해 치수안정성 확보와 더불어 고온에 의한 역학적 성능의 저하 가능성을 최소화할 수 있을 것으로 판단된다.
- 또한 열처리 시간이 증가함에 따라 흡수성은 감소되었다. 80℃ 열처리 그룹의 경우, 흡수 초기 1시간 시점에서의 단위시간당 흡수량은 2, 6, 12, 24시간 열처리 조건에 따라 각각 0.
- 먼저, 열처리 온도에 따른 치수안정성의 변화를 살펴보면 열처리를 실시하지 않은 열압밀화재의 경우 두께 회복률이 11.5%로 나타났으며, 80℃ 온도로 열처리한 그룹은 11.2∼8.0%, 100℃ 열처리 그룹은 6.8∼6.0%의 두께 회복률을 나타내었다.
- 1에 나타내었다. 모든 열처리 조건별 그룹에서 흡수초기 1시간 동안 최대 흡수량을 나타내었으며, 이후 흡수량은 급격히 줄어 흡수 5시간 경과 이후 안정화되는 경향을 나타내었다. 그리고 열압밀화 후 열처리의 온도 및 시간이 증가함에 따라 시험편의 흡수성은 감소하였다.
- 열처리 시간의 증가와 함께 치수안정성도 향상되었다. 열처리 온도 80℃의 경우 2시간 열처리한 그룹의 두께 회복률은 10.
- 열처리 온도에 따른 흡수성 변화를 살펴보기 위해 가장 높은 흡수량을 나타낸 흡수 1시간 경과 시점에서의 단위시간 당 흡수량을 살펴보면, 열처리를 실시하지 않은 대조군의 흡수량은 0.069 g/cm2 ⋅ hr로 나타났다.
- 84의 열압화재를 얻을 수 있었다. 열처리 온도와 시간이 증가함에 따라 열 압밀화재의 흡수성과 팽윤성은 감소하였다. 그리고 열압밀화 후 열처리에 의해 열압밀화재의 치수안정성은 크게 향상되었다.
- 이러한 실험 결과를 바탕으로 압밀화재의 치수 회복을 크게 감소시키기 위해서는 열압밀화 후 열처리와 같은 후처리가 매우 유용한 방법이라는 것을 확인할 수 있었다. 또한 열압밀화재를 120℃ 이하에서 열처리를 실시하여 기존의 200℃ 이상 고온에서 열압된 압밀화재보다 뛰어난 치수안정성을 확보하였다.
- 그리고 삼나무 열압밀화재를 180℃에서 20시간, 220℃에서 5시간 건조했을 때의 두께 회복률은 2% 이하(Inoue 1993)로 보고된 바 있다. 이상의 연구결과와 같이 열압밀화 과정에서 열압 온도가 증가됨에 따라 치수안정성은 향상된다. 그러나 열압 온도 180℃ 이상에서 열압밀화를 실시할 경우 고온에 의한 목재의 열화가 발생하여 역학적 성능이 저하되는 부작용이 발생한다(Morsing 2000; Hwang and Lee 2011c; Hwang et al.
- 3에 나타내었다. 전반적으로 압밀화 후 열처리를 실시함으로써 치수안정성이 향상되는 것을 확인할 수 있었다.
후속연구
- 또한 열압밀화재를 120℃ 이하에서 열처리를 실시하여 기존의 200℃ 이상 고온에서 열압된 압밀화재보다 뛰어난 치수안정성을 확보하였다. 이를 통해 치수안정성 확보와 더불어 고온에 의한 역학적 성능의 저하 가능성을 최소화할 수 있을 것으로 판단된다.
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