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문제 정의
- 본 연구에서는 물푸레나무판재, PB, MDF 및 합판 (Plywood)를 이용하여 탄화온도별로 탄화보드를 제조하고 탄화보드를 발열판으로 이용가능성을 검토하고자 실리콘 러버히터를 활용하여 탄화온도별로 각 탄화보드의 표면온도를 측정하였다.
제안 방법
- 시간의 경과에 따른 탄화보드의 표면온도를 측정하기 위하여 전기전압 조절장치에 실리콘 러버히터를 연결하고, 20 V에서 60℃로 목표온도를 설정한 후, 온도센서를 이용하여 히터의 표면온도를 고정하였다. 가열된 실리콘러버 히터 위에 시험편을 올려놓고 그 위에 다른 온도센서를 부착하여 시간의 경과, 히터바닥온도의 변화 및 온도하강시간에 따른 표면 온도변화를 측정하였다. 이때 표면온도 측정은 실내(20 ± 2℃)에서 Thermo Recorder (T and D Co.
- 전기전압 조절장치에 실리콘 러버히터를 연결하고 히터의 최고표면온도를 80℃로 고정하였다. 그 후 실리콘 러버히터 위에 시험편을 올려놓고 히터의 표면온도가 25℃에서부터 80℃까지 상승될 때 5℃ 간격으로 각 시험편의 표면 온도 상승변화를 측정하였다.
- 본 연구에서는 탄화원목과 3종류의 탄화보드를 탄화온도별로 제조하고 이를 실리콘 러버히터를 이용하여 표면온도를 측정한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 시간의 경과에 따른 탄화보드의 표면온도를 측정하기 위하여 전기전압 조절장치에 실리콘 러버히터를 연결하고, 20 V에서 60℃로 목표온도를 설정한 후, 온도센서를 이용하여 히터의 표면온도를 고정하였다. 가열된 실리콘러버 히터 위에 시험편을 올려놓고 그 위에 다른 온도센서를 부착하여 시간의 경과, 히터바닥온도의 변화 및 온도하강시간에 따른 표면 온도변화를 측정하였다.
- 탄화보드를 제조하기 위하여 물푸레나무판재, 중밀도섬유판(MDF), 파티클보드(PB), 합판(PW)을 400 mm × 400 mm 크기의 시험편으로 재단한 후 실험용 탄화로를 사용하여 탄화온도 400∼1100℃로 100℃간격으로 승온하면서 탄화하였다.
- 표면온도 측정을 위하여 습도 65 ± 5%, 온도 20 ± 1℃에서 일주일간 조습처리 하였다.
- 한편 탄화보드의 표면온도 하강 변화를 알아보기 위하여 상승변화 측정 후 실리콘 러버히터의 전원을 끄고 히터 표면온도를 하강시키면서 3분 간격으로 30분 동안 탄화보드와 히터의 온도 하강을 측정하여 시간의 경과에 따른 탄화보드의 열유지 정도를 조사한 결과는 Figs. 5∼8과 같다.
성능/효과
- 1) 탄화온도별 탄화 보드의 표면온도는 경과시간 12분까지 급속히 상승하다 그 이후에는 완만한 상승을 보였고 20분 이후부터는 안정화되었다.
- 2) 표면온도는 탄화합판의 경우 1100℃일 때 44.4℃, 탄화MDF는 900℃일 때 42.1℃, 탄화 목재는 1000℃일 때 43.4℃, 탄화PB는 1100℃일 때 42.8℃로 가장 높았다. 또한 실리콘 러버히터의 표면온도보다 탄화보드의 표면온도 하강 속도가 느려 탄화보드가 오랜 시간 열을 유지하였다.
- 4종류 탄화보드 모두 히터 온도 50℃정도까지는 표면온도가 완만히 상승하다가 그 이후에는 급격히 상승하는 경향을 보였다.
- 탄화온도별 탄화보드의 표면온도는 시간이 경과함에 따라 경과시간 12분까지는 급격히 상승하다가 그 이후에는 완만한 상승을 보였고, 20분 이후부터 는 온도가 안정화되었다. 각 보드의 탄화온도에 따른 탄화보드의 30분 경과시간 후의 온도는 탄화 합판의 경우 탄화온도 1100℃일 때 44.4℃, 탄화MDF는 900℃일 때 42.1℃, 탄화 원목은 1000℃일 때 43.4℃ 그리고 탄화PB는 1100℃일 때 42.8℃로 탄화온도가 900℃ 이상일 때 표면온도 상승이 양호하였다. Oh et al.
- 0℃로 하강함에 따라 4종류의 탄화보드의 표면온도도 시간이 경과함에 따라 완만히 하강하였다. 각 탄화보드의 탄화온도별 처음 최고온도와 30분 후의 온도 차이는 탄화 합판 1100℃일 때 14.2℃, 탄화MDF 900℃일 때 12.9℃, 탄화원목 1000℃일때 14.2℃, 그리고 탄화PB는 1100℃일 때 13.4℃로 가장 크게 나타나 온도상승속도와 하강속도는 거의 일치하는 것으로 판단된다.
- 또한 하강시간 30분 후 4종류 탄화보드의 표면온도는 탄화온도별로 탄화합판은 26.8∼30.2℃, 탄화 MDF는 29.1∼30.9℃, 탄화원목은 28.0∼29.7℃ 그리고 탄화PB는 28.7∼31.1℃로 거의 일정하였으며, 탄화온도가 낮은 시편일수록 최고온도와 30분 후의 온도 차이는 적은 것으로 나타났다.
- 전체적으로 실리콘 러버히터의 표면온도보다 탄화 보드의 표면온도하강 속도가 느려 탄화보드가 비교적 오랜 시간 열을 유지하고 있음을 알 수 있었다.
- 탄화온도별 탄화보드의 표면온도는 시간이 경과함에 따라 경과시간 12분까지는 급격히 상승하다가 그 이후에는 완만한 상승을 보였고, 20분 이후부터 는 온도가 안정화되었다. 각 보드의 탄화온도에 따른 탄화보드의 30분 경과시간 후의 온도는 탄화 합판의 경우 탄화온도 1100℃일 때 44.
후속연구
- 4℃ 였다. 이 결과로 볼 때 밀도와 두께가 적은데도 표면 온도는 낮아 각 원재료의 특성에 따라 탄화 후 밀도 및 두께 변화가 다양하여 다각적인 검토가 필요할 것으로 생각된다.
- 이상과 같은 연구결과를 토대로 탄화보드가 열을 오랜 시간동안 유지하고 있기 때문에 발열체의 재료로 사용이 가능할 것으로 생각된다.
- 탄화보드는 첨단 다기능성 신소재로서의 흡착성, 난연성, 원적외선방사, 공기정화기능 및 음이온 발산 효과 등 과학적으로 검증된 효능이 있어서 새집 증후군 등 기타 유해환경에 살고 있는 현대인에게 필수적으로 필요한 재료에 사용될 것으로 생각된다 (KFRI, 2008). 국립산림과학원에서는 목질제품의 VOC (Volatile Organic Compound) 평가 및 개선 연구 과제를 수행하면서 파티클보드(PB), 중밀도섬유판(MDF)와 같은 목질 판상보드를 이용하여 VOC와 포름알데히드 방출이 전혀 없고 유해화학물질제거 능력이 뛰어난 기능성 탄화보드를 개발한 바 있다(KFRI, 2007).
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