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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 진공가압 수지함침 처리에 의한 목재의 휨강도, 경도 및 내마모성향상정도를 알아보기 위하여 침엽수 3수종에 수용성 멜라민 수지를 수지농도와 처리시간별로 진공가압 처리한 후 수지함침 열압축목재(compreg)를 제조한 다음 물성을 검토하였다. 또한 같은 수종에 수용성 난연제를 도포 처리하는 방법과 진공가압 후 열압처리 방법으로 제조한 다음 KS F ISO 5660-1 콘칼로리 미터법에 의하여 난연성을 평가하였다.
제안 방법
-
2. 난연처리, 열압 및 난연시험
난연제는 Rhodia company의 Amgard RD1 수용성 난연제를 30% 희석하여 사용하였고, 도포량은 70 g/m2, 진공가압 함침 처리시간은 5분간 실시하였다
. 진공가압 수지함침 처리된 시험편을 송풍건조기 속에서 일주일 건조한 후 열압기를 이용하여 수지 처리재 및 미 처리재별로 압력 10 kg/cm2 , 온도 150℃ 조건으로 5분간 열압하여 수지함침 열압축목재를 제조하였다. - 또한 난연성 시험을 위하여 난연제 도포처리재와 진공가압 수지 함침재의 난연성능 시험용으로 100 × 100 × 20 mm 4장씩, 가스 유해성 시험용으로 220 × 220 × 20 mm 3장씩을 제작하여 한국건설생활환경 시험연구원의 FTIR (MIDAC Corporation, USA)를 이용하여 KS F ISO 5560-1: 2008과 KS F 2271: 2006 방법으로 시험을 실시하였다.
- 수지함침에 사용한 수지는 수용성 멜라민수지(강남화성, PM-K)로 불휘발성 고형분은 58 - 62%, 점도는 50 – 150 cps이었다. 멜라민수지는 수지율에 따라 물로 희석하여 수지율 10, 20, 30%로 제조하여 사용하였다.
- 수용성 멜라민 수지와 수용성 난연제를 혼합하여 진공가압식 수지함침 처리에 의하여 목재 내부에 약제를 고르게 침투시킴으로써 난연성, 내마모성과 강도적 성능을 향상시킬 수 있는 처리방법을 실험하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 8 × 8 cm 시험편을 준비하고 중앙에 지름 7 mm 구멍을 뚫어 마모성 측정을 위한 시험편으로 사용하였다. 시험편을 Taber형 마모시험기(Rotary abrasion tester Model: TOYOSEKI C-121000701)의 회전반에 수평되게 고정하고 연마지를 감은 마모륜 2개를 설치하고 100회전씩 총 500회를 측정하여 마모율을 계산하였다. 이때 시험편에 가해지는 총 하중의 무게는 원반 무게를 포함하여 500 g으로 하였다.
- 시험편의 크기는 200 (W) × 600 (L) × 20 mm (H)로 각 수종별로 200개씩 제조하여 송풍건조기로 2주일 건조한 다음 무게 및 치수를 측정하고 함수율을 8.5 - 10%로 조절하였다.
- , 진공가압 함침 처리시간은 5분간 실시하였다. 진공가압 수지함침 처리된 시험편을 송풍건조기 속에서 일주일 건조한 후 열압기를 이용하여 수지 처리재 및 미 처리재별로 압력 10 kg/cm2 , 온도 150℃ 조건으로 5분간 열압하여 수지함침 열압축목재를 제조하였다. 또한 난연성 시험을 위하여 난연제 도포처리재와 진공가압 수지 함침재의 난연성능 시험용으로 100 × 100 × 20 mm 4장씩, 가스 유해성 시험용으로 220 × 220 × 20 mm 3장씩을 제작하여 한국건설생활환경 시험연구원의 FTIR (MIDAC Corporation, USA)를 이용하여 KS F ISO 5560-1: 2008과 KS F 2271: 2006 방법으로 시험을 실시하였다.
- 진공가압 수지함침장치를 이용하여 압력 15 kg/cm2일 때 수지농도 10, 20, 30%와 함침시간을 5, 10, 15, 20분으로 하여 수종별로 각각 30개씩 수지함침 처리하였다. 수지함침에 사용한 수지는 수용성 멜라민수지(강남화성, PM-K)로 불휘발성 고형분은 58 - 62%, 점도는 50 – 150 cps이었다.
- 휨강도는 만능강도시험기(Shimadzu, AGS-10KN)을 이용하여 하중속도 5 mm/min 조건으로 측정하였으며, 경도는 브리넬경도기(삼일정밀 AUTO SB-600)를 이용하여 강구직경 10 mm 조건으로 측정하였다.
대상 데이터
- Spruce (Picea abies (L.) karst), Douglas-fir (Pseudotsuga menziesii (Mirb.) Franco), Pine (Pinus densiflora Sieb. et Zucc.)를 시중 제재소에서 제재하여 수지함침 재료로 사용하였다. 시험편의 크기는 200 (W) × 600 (L) × 20 mm (H)로 각 수종별로 200개씩 제조하여 송풍건조기로 2주일 건조한 다음 무게 및 치수를 측정하고 함수율을 8.
- 수지함침에 사용한 수지는 수용성 멜라민수지(강남화성, PM-K)로 불휘발성 고형분은 58 - 62%, 점도는 50 – 150 cps이었다.
이론/모형
- 따라서 본 연구에서는 진공가압 수지함침 처리에 의한 목재의 휨강도, 경도 및 내마모성향상정도를 알아보기 위하여 침엽수 3수종에 수용성 멜라민 수지를 수지농도와 처리시간별로 진공가압 처리한 후 수지함침 열압축목재(compreg)를 제조한 다음 물성을 검토하였다. 또한 같은 수종에 수용성 난연제를 도포 처리하는 방법과 진공가압 후 열압처리 방법으로 제조한 다음 KS F ISO 5660-1 콘칼로리 미터법에 의하여 난연성을 평가하였다.
성능/효과
- 1) 수지의 농도가 높을수록 휨강도와 브리넬 경도가 증가하였다. 수지함침 처리시간별 경도는 처리 시간이 길수록 약간 증가하였으나, 수종 간 비교에서는 큰 차이는 없었으며, 미 처리재에 비하여 수지농도가 높을수록 높은 경도 값을 보였다.
- 2) 수지의 농도를 높게 처리할수록 내마모성이 향상되었으며, 마모성은 처리수지의 농도에는 영향을 받으나 처리시간과는 무관하다고 판단되었다.
- 3) 연소성과 관련있는 열방출량 시험에서 총방출 열량의 경우 도포시험편은 21.5 MJ/m2와 22.0 MJ/m2이었으나, 진공가압처리 시험편의 경우 13.8 MJ/m2와 16.3 MJ/m2로 줄어들었다. 따라서 진공가압 처리에 의한 난연성 개선방법이 효과가 있는 것으로 판단되었다.
- 4와 같이, 같은 수지의 농도 조건에서 처리시간에 따라 일정한 영향이 없는 것으로 나타났다. 따라서 수지의 농도를 높게 처리할수록 WPG의 영향으로 마모율이 적었으며, 마모성은 처리수지의 농도에는 영향을 받으나 처리시간과는 무관함을 알 수 있었다. 수지 농도가 10%에서 30%로 증가할수록 중량증가율이 증가하여 마모율은 상대적으로 적게 나타났다.
- 수지 농도가 10%에서 30%로 증가할수록 중량증가율이 증가하여 마모율은 상대적으로 적게 나타났다. 따라서 수지주입량이 처리시간보다 시험편의 마모성에 영향을 미치는 것으로 확인 되었다.
- 3 MJ/m2로 줄어들었다. 따라서 진공가압 처리에 의한 난연성 개선방법이 효과가 있는 것으로 판단되었다.
- 난연재료는 불에 타기 어려운 재료로, 화재에 대하여 어느 정도까지는 저항하는 성질을 가지고 있지만 불에 타지 않는 불연재료와는 성격이 다르다. 따라서 진공가압 처리재의 총방출열량이 도포처리재에 비하여 적어 화재 시 불꽃 확산을 지연시킬 수 있음이 확인되어 진공가압 처리에 의한 난연성 개선방법이 효과가 있는 것으로 판단된다.
- 각 수종별 마모율은 Douglas-fir가 가장 컸다. 마모시험 회전수 500회 기준 감압수지함침 처리 시간별 마모율은 Fig. 4와 같이, 같은 수지의 농도 조건에서 처리시간에 따라 일정한 영향이 없는 것으로 나타났다. 따라서 수지의 농도를 높게 처리할수록 WPG의 영향으로 마모율이 적었으며, 마모성은 처리수지의 농도에는 영향을 받으나 처리시간과는 무관함을 알 수 있었다.
- 마모 횟수가 100회에서 500회로 증가할수록 마모율은 증가하였다. 마모횟수를 500회 하였을 때, 수지농도별 마모율은 수지농도가 10%에서 30%로 증가함에 따라 Pine의 마모율이 0.70%에서 0.45%로, Spruce는 0.64%에서 0.60%로, Douglas-fir는 0.93%에서 0.79%로 함침처리 수지의 농도가 높을수록 마모율이 감소하여 내마모성이 향상되었음을 알 수 있었다. 수종별 마모 특성은 미처리재의 마모율은 0.
- 79%로 함침처리 수지의 농도가 높을수록 마모율이 감소하여 내마모성이 향상되었음을 알 수 있었다. 수종별 마모 특성은 미처리재의 마모율은 0.77 - 1.03%범위로 전 수종에서 미 처리재의 마모율이 처리재의 마모율보다 컸으며, 마모회전수 500회일 때 수지농도별 평균마모율은 Pine재를 30% 농도로 처리한 시험편이 0.45%로 가장 작았다. 이는 전보(Oh and Park, 2015)의 실험결과에서 수지농도 30%일 때 Pine의 중량증가율이 34.
- 2와 같다. 수지 농도 및 처리시간에 따른 경도는 처리시간 20분 기준 Pine의 경우 수지농도 10%일 때 39.1 HB에서 수지농도 30%일때 45.5 HB로, Spruce는 36.2 HB에서 47.5 HB로, Douglas-fir는 34.4 HB에서 44.9 HB로 처리수지의 농도가 높을수록 HB경도는 증가하였다. 수지함침 처리시간별 경도는 처리 시간이 길수록 약간 증가하였으나, 수종 간 비교에서는 큰 차이는 없었으며, 미처리재에 비하여 수지농도가 높을수록 높은 경도 값을 보였다.
- 따라서 수지의 농도를 높게 처리할수록 WPG의 영향으로 마모율이 적었으며, 마모성은 처리수지의 농도에는 영향을 받으나 처리시간과는 무관함을 알 수 있었다. 수지 농도가 10%에서 30%로 증가할수록 중량증가율이 증가하여 마모율은 상대적으로 적게 나타났다. 따라서 수지주입량이 처리시간보다 시험편의 마모성에 영향을 미치는 것으로 확인 되었다.
- 9 HB로 처리수지의 농도가 높을수록 HB경도는 증가하였다. 수지함침 처리시간별 경도는 처리 시간이 길수록 약간 증가하였으나, 수종 간 비교에서는 큰 차이는 없었으며, 미처리재에 비하여 수지농도가 높을수록 높은 경도 값을 보였다. 이는 전보(Oh and Park, 2015)의 실험결과에서 수지처리시간 20분 기준 수지농도 10%와 30% 비교에서 중량증가율은 Pine의 경우 13.
- 9 HB로 처리수지의 농도가 높을수록 HB경도는 증가하였다. 수지함침 처리시간별 경도는 처리 시간이 길수록 약간 증가하였으나, 수종 간 비교에서는 큰 차이는 없었으며, 미처리재에 비하여 수지농도가 높을수록 높은 경도 값을 보였다. 이는 전보(Oh and Park, 2015)의 실험결과에서 수지처리시간 20분 기준 수지농도 10%와 30% 비교에서 중량증가율은 Pine의 경우 13.
- 총방출열량은 도포시험편 및 진공가압시험편 모두 난연재료의 기준인 8 MJ/m2에는 만족하지 못하였으나, 도포시험편의 총방출열량이 21.5 MJ/m2와 22.0 MJ/m2인 경우와 비교하여, 진공가압처리 시험편의 경우 13.8 MJ/m2와 16.3 MJ/m2로 줄어들었다. 그러나 발연성과 관련있는 가스 유해성시험에서 실험용 쥐의 평균 행동정지시간의 경우 도포시험편은 14:08 (min:s) 와 14.
- 5 kg/cm2로 수지의 농도가 높을수록 휨강도는 증가하였다. 함침 처리시간별 휨강도는 처리시간이 5분에서 20분으로 증가함에 따라 완만히 증가하는 경향이었으며, 수종 간에는 처리 시간 20분, 수지농도 30%일 때를 제외하고 Spruce의 휨강도 값이 작은 것으로 나타났다.
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