초록 ▼

Ⅳ. 연구개발 결과 및 활용에 대한 건의
3년간의 연구결과를 요약하면 다음과 같다.
휨가공방법의 조건모색에 관한 연구는 공예 및 가구용재로 대량 수요가 가능한 국산 침엽수재인 소나무재를 주요대상으로, 기타 서어나무, 박달나무, 고로쇠나무, 굴참 나무, 산벗나무, 피나무, 오동나무, 리기다소나무를 대상으로 실시하였다. 목재의 휨 가공성은 목재의 구조와 소성특성에 기본적인 관계가 있지만, 수종에 따라 매우 다른 성질을 나타내고 있는 것으로 밝혀졌으며, 특히 목재구성요소중에서 세포벽의 기본요소라 할 수 있는 마이크로피브릴의 배

Ⅳ. 연구개발 결과 및 활용에 대한 건의
3년간의 연구결과를 요약하면 다음과 같다.
휨가공방법의 조건모색에 관한 연구는 공예 및 가구용재로 대량 수요가 가능한 국산 침엽수재인 소나무재를 주요대상으로, 기타 서어나무, 박달나무, 고로쇠나무, 굴참 나무, 산벗나무, 피나무, 오동나무, 리기다소나무를 대상으로 실시하였다. 목재의 휨 가공성은 목재의 구조와 소성특성에 기본적인 관계가 있지만, 수종에 따라 매우 다른 성질을 나타내고 있는 것으로 밝혀졌으며, 특히 목재구성요소중에서 세포벽의 기본요소라 할 수 있는 마이크로피브릴의 배열상태가 휨가공성을 지배하고 있다는 중요한 단서를 도출하였다. 마이크로피브릴의 배열상태는 목재의 기초강도와도 직결되어 있으며, 휨응력의 저하를 초래할 수 있는 마이크로피브릴 경사각의 변이가 휨가공의 용이성과 직결되고 있고, 연륜경사각은 큰 문제가 없으며 수종에 따라 휨가공이 용이한 수종과 아닌 수종으로 명백하게 구분되고 있는 사실을 확인할 수 있었다.
휨가공성의 요점은 첫째 소재선택, 둘째로 가공기술이라 할 수 있으며, 역학적으로 쉽게 합리적으로 휠 수 있을 것인가와 휨가공후 치수안정화를 위한 방안에 연구의 요점을 두어야 하는 것으로 밝혀졌다. 휨가공이 용이한 수종은 온대산 활엽수-침엽수-남양재순이었으며, 휨가공이 비교적 어려운 소나무와 같은 침엽수는 2차세포벽의 S2층의 마이크로피브릴의 경사각과 리그닌의 양보다 리그닌구조가 휨가공성에 영향을 미치고 있는 것으로 나타났다. 리그닌의 구조가 망상구조인 침엽수는 망상구조가 적고 가교결합이 어려운 선상구조의 활엽수재에 비하여 휨가공성이 어려운 이유로 나타났으며, 이런 기초적인 구조변이를 보다 완화시킬 수 있는 방향으로 처리할 수 있는가가 본 연구의 관건이 된다고 하겠다. 그러나 침엽수재라도 응력재나 미성숙재,경사지에서 생육한 지표부근의 수간이 휜 상태의 목재 및 비탄성계수가 작은 소재,세포벽이 두껍고 비중이 큰 조직이 치밀한 수종이 비교적 휨가공이 용이하며, 생장 지역에 따라서도 휨가공성이 모두 다른 것으로 나타났다. 이런 조건들을 소재의 적정 함수율상태, 전처리 가열온도조건에 적용시키면 보다 용이한 소성가공이 이루어지는 것이 확인되었다.
휨가공을 위한 물리ㆍ화학적 전처리법은 목재인자의 검토, 휨가공성 향상을 위한 전처리법의 조사 및 휨가공을 위한 물리.화학적 전처리법의 개발로서 목재인자의 검토결과 시료목으로 사용한 소나무의 평균연륜폭, 생재함수율, 전 수축률, 압축, 인장,휨강도 및 전단강도를 측정하였고 이를 바탕으로 휨가공에 있어서의 기초자료로 이용할 수 있다. 한편 소나무의 화학적 구조는 활엽수재와는 달리 리그닌의 함량이 많은 특징을 나타내 일반적인 침엽수재의 화학적 조성을 나타내고 있다. 목재의 화학적 조성과 가소성과의 관계는 세포벽중의 lignin과 hemicellulose는 어느정도 열가소성을 가지지만 cellulose는 결정성을 가지고 있어 열에 의한 가소성이 거의 없다. 결국 침엽수재에서는 리그닌의 망상구조를 유연하게 처리할 수 있는 방법과 궁극적으로 셀룰로오스의 결정부분에 까지 가소성을 부여하는 방법의 개발이 휨 가공의 과제라고 하겠다. 이를 위해 수종별 휨가공성 실험은 25수종(침엽수 7수종, 활엽수 18수종)에 대하여 함수율조건별, 휨가공 가능곡율 조건별, 포수재와 기건재, 상온상태와자비상태에서 휨가공의 용이성에 대하여 실험하였다. 목재인자의 검토결과, 용적밀도와 휨가공성간에는 대체적으로 용적밀도가 큰 쪽이 작은 쪽보다 가공성이 우수하였다. 따라서 침엽수재보다는 활엽수재의 휨가공성이 우수하였으며, 곡율반경 4, 6,12cm 로 실험한 결과, 4, 6cm 범위에서는 같은 정도의 휨가공성을 나타내었고,12cm 에서는 보다 쉽게 가공됨을 알 수 있었다. 수분함량에 따른 휨가공성은 20℃상온보다 100℃에서 포수자비시켜 휨가공을 실시한 결과, 휨가공성 향상을 도모할 수 있었다. 한편 전건상태에서 휨가공을 실시한 결과, 모든수종에서 실험범위의 곡율반경 어느 곳에서나 파괴되어 휨가공이 불가능함이 증명되었다.
수종별로는 물참나무, 느티나무, 느릅나무, 튜립나무, 너도밤나무, 소태나무, 박달나무, 서어나무, 고로쇠나무의 휨가공성이 용이한 편이었으며, 상온에서도 쉽게 휨가공이 가능하였다. 한편, 소나무, 편백, 이태리포플러, 메타세코이어, 발사, 라디아타소나무, 화백, 종가시나무, 참오동나무, 피나무 등은 100℃ 자비처리한 후에도 휨가공성이 매우 어렵다는 것을 알 수 있었다.
따라서 휨가공성 향상을 위한 물리화학적 전처리법의 조사 결과 여러 가지 다양한 전처리법에 대한 연구가 보고되고 있지만, 화학약품에 의한 전처리는 휨가공후의 재질의 열화를 초래하기 때문에 강도가 요구되는 곳에는 사용하기가 어려운 반면 물리가공에 의한 처리는 휨가공성이 어렵기는 하지만 큰 강도를 얻을 수 있는 장점이 있는 것으로 알려졌다. 실제 현장에서 휨가공을 하기 위해서는 자비처리 및 마이크로파를 이용한 전처리방법이 효율적이며 실용성이 있는 것으로 파악되었다. 여기서는 자비처리 및 마이크로파를 이용한 전처리 결과 최적 연화처리조건과 마이크로파 조사시간을 규명하였다.
마지막으로 목재소재 및 휨가공목재소재의 활용방안에 대하여 조사, 검토하였다.
연구진행은 ①가공목재의 용도 및 이용현황조사, ②Exterior Wood의 유형조사와 사례분석, ③휨가공목재의 활용방안의 3 단계로 나누어 수행하였다. 첫 단계의 조사연구에서는, 외부공간에서 사용되고 있는 시설물의 유형과 소재특성에 대한 조사를 실시했다. 우선 외부공간에서 사용되는 시설물의 정의 및 역할, 옥외시설물의 유형을 조사하였다. 본 연구에서는 일단 우리주변에서 흔히 볼 수 있는 시설물의 유형을 조사대상으로 선정하여, 벤치, 휴지통, 음수대, 파고라, 플랜터, 쉘터, 조명등, 포장, 경계석, 맨홀, 수목지지대, 수목보호덮개, 플랜터, 주차장, 육교, 담장, 경계, 차음벽, 교량, 계단, 경사로, 파고라, 야외탁자, 정자, 산책로, 놀이시설, 수경시설, 옹벽, 경사면 29개 유형에 대해 실시되었다. 그리고 각 옥외시설물 특성에 대한 조사를, 기능 및 용도, 종류, 사용재료, 시설물의 설치 및 관리상의 고려사항 등에 대해 실시하였다.
또한 각 옥외시설물에서 사용되고 있는 재료소재를 조사하고, 각 재료별로 종류, 특성, 사용 및 관리특성, 기성제품 등에 대한 조사를 완료하였다. 다음에는 외부공간에 사용되는 가공목재의 용도 및 이용현황에 대한 조사연구를 실시했다. 최근 각광받고 있는 옥외시설물의 소재인 목제가 실제로 어떠한 장소에서 어떠한 형태로 사용되고 있는가를 살펴보기 위하여, 시설물유형별로 사용되고 있는 재료소재에 대한 조사를 실시하고 분류하였다. 조사결과 외부공간에 사용되는 목재의 이용범위, 이용유형, 그리고 가공형태에 대한 명확한 파악과 분석이 이루어졌다. 외부공간의 질과 기능을 좌우하는 옥외시설물은 그 종류도 많으며, 사용되는 소재도 매우 다양한 것으로 조사되었다. 시설물의 재료는 그 사용목적과 제반조건들을 고려하여 가장 적합한 소재가 선정되어야 하나, 공적인 공간에 설치되는 옥외시설물은 대중이 이용하는 시설인 만큼 그 시설물의 안전성, 기능성 그리고 심미성에 대한 충분한 고려가 이루어져야 한다. 최근에는 옥외시설물의 공적기능이 부각되고 있으며, 특히 시설물에 사용되는 재료소재 가운데 목재에 대한 관심이 높아지고 있다. 이러한 변화는 환경에 대한 관심과, 인간들이 인위적으로 만든 공간에 설치되는 옥외시설물도 가능하면 사람들에게 친밀감을 주면서 환경에의 영향을 최소화 할 수 있는 소재를 사용하자는 움직임과 일치한다고 할 수 있다. 이와 같은 관점에서 볼 때 디자인적인 측면 및 미적인측면에서의 목재의 활용은 당면과제라 할 수 있겠다. Exterior Wood의 유형조사와 사례분석은, 과제 최종목표인 목재재료의 활용이라는 측면에 주목하여 진행하였다.
따라서 외부시설물의 재료소재로서 활용하기 위해 목재가 갖추어야 할 조건, 즉 Exterior Wood의 조건에 대하여 조사, 검토하였다. 그리고 Exterior Wood가 어떤 장소에, 어떤 유형의 시설물로, 어떠한 목적을 갖고 설치되고, 사람들에게 쓰여지고 있는가를 살펴보기 위하여, 국내외 사례조사를 실시하였다. 이를 근거로 Exterior Wood의 유형과 활용현황에 대한 정리, 분석을 실시하였으며, 최종적으로는 Exterior Wood의 개발방향을 설정해 보았다. 가공목재소재의 용도조사 및 국내외의 사례조사를 통한 현황분석은 전문서적을 편찬할 정도로 목재이용 전영역에 걸쳐 완료되었으므로, 연구개발 목표를 충분히 달성한 것으로 판단된다.
다음에는 실용적인 측면에서 현재 상용화되고 있는 가구재료, 가장 많은 용도로서 활용되고 있는, 휨가공소재의 활용도를 조사, 검토하였다. 가구소재가 단연 많은 활용도를 가졌다고 한다면, 앞으로 본 연구결과는 가구업자 및 디자인 전문가 들의 의견과 접목시켜 발전시켜 나아가야 할 것으로 판단된다.
Exterior Wood로서 활용될 때, 목재의 흡습성이나 흡수성능이 지나치게 크게 되면 팽윤 및 건조에 동반한 수축에 의해 할렬이나 뒤틀림, 변색, 부후 등의 결점생성이 문제시 될 것이므로 흡수성에 대한 연구는 치수안정화적인 측면에서도 중요할 것으로 판단되어, 과제 최종목표인 휨가공 목재재료의 외구용재로서의 활용이라는 측면에 주목하여 진행하였다. 휨가공목재소재의 용도조사 및 국내외의 사례조사를 통한 현황분석은 목재이용 전영역에 걸쳐 완료되었으므로, 본 연구개발 목표를 충분히 달성한 것으로 판단된다.
이들 연구성과는 후술하는 바와 같이 이미 다수의 국내외 논문 등으로 전문학술지에 게재 또는 학술대회에서 발표되었다.

Abstract ▼

Ⅳ. Results and Application of the Project
Bending quality of main Korean wood species
Results showed distinctly that the bending quality(BQ) of specimens depended remarkably on wood species as had been reported. Horn beam, birch, painted maple and cork oak, which are temperate hardwoods with a

Ⅳ. Results and Application of the Project
Bending quality of main Korean wood species
Results showed distinctly that the bending quality(BQ) of specimens depended remarkably on wood species as had been reported. Horn beam, birch, painted maple and cork oak, which are temperate hardwoods with a high density, had especially good BQ. Percentages of the number of specimens grouped into A or B grade for sargent cherry, cork oak, basswood, royal paulownia, which are temperate hardwoods, were 58, 83, 29% and 8%, respectively. All specimens of basswood and royal paulownia could not be bent to ρ= 40 mm. On the other hand, percentages of specimens of red pine and pitch pine, which are coniferous woods, were 44% and 56%, respectively. Results of the BQ evaluation in regard to each radius of curvature and each strap thickness for main Korean species examined are shown in Table 4 of chapter 4. Open circles (○) and open triangles (△) represent that the indicated wood species could be bent to the prescribed radii of curvature without any damage and with slight damage, respectively, while crosses (×) represent that the indicated species could not be bent to the prescribed radii of curvature. The effect of strap thickness on the BQ was not so significant. However, it is considered that the strap thickness may be related to the drying speed after the bending operation, the thinner the strap thickness is, the faster the drying speed becomes, Table 5(chapter 4) shows the relationship between the BQ and densities of wood species in air-dried condition.
Results indicated that the BQ of Korean wood species depended significantly on the density. Densities of bitter wood, painted maple, horn beam, cork oak and birch which were grouped into A grade were larger than 600kg/㎥.
Effect of strap thickness and annual ring orientation
The relationship between the BQ and the strap thickness for Korean red pine is shown in Table 5 of chapter 4. In radii of ρ= 70 and 90 mm, the significant difference in the BQ was not recognized except in the case of t=0.4mm. So and Chai investigated the wood bending of black locust using microwave heating to produce curved parts of furniture and classified the BQ into four grades, 1) without failure, 2) minor compressive failure on the concave side, 3) remarkable failure, 4) broken. In this study, however, the BQ was grouped into three grades, because such damage as breakage did not occur in the concave side of all bent specimens. Table 4 and 5 of chapter 4 show the bending quality of Korean red pine as a function of strap thickness. It is considered that specimens of Korean red pine to A or B grade can be used for materials of the wood bending. Under the same experimental conditions, the BQ was better in the strap of t=1.0 mm than in t=0.4 mm. It seems that there are no significant differences in results of the BQ for flat-grained specimens and specimens with intermediate annual ring orientations. However, a careful examination showed that the BQ of specimens with intermediate annual ring orientations was slightly better than that of flat-grained specimens in straps of t=1.0 mm and 0.4 mm. Both flat-grained specimens and specimens with intermediate annual ring orientations could be bent without any damage in the strap of t=0.6 mm. Interlocked-grain was observed on the concave surface of some specimens with bad BQ. These results suggested that the annual ring orientation in specimens is one of important factors to improve the yield rate of wood bending. Tables 3 and 4 in chapter show compressive strains of bent specimens grouped into A and B grades. Since the BQ of flat grained specimens bent using straps of t=o.8 mm and 1.0 mm and that of specimens with intermediate annual ring orientations bent using straps of t=0.4 mm and 0.6 mm were grouped into C grade in the case of the form radius of ρ=70mm, results of compressive strains were eliminated from Table 4 in chapter 5. These results suggested that the appropriate selection of the strap thickness according to the annual ring orientation in specimens was very important to improve the yield rate of wood bending.
Bending of sonamu wood by microwave irradiation
The effect of microwave irradiation on wood bending was investigated. The specimens irradiated with microwave were bent around a form by using pedestal-steel and clamps. The specimens, korea red pine (350mm(L) ×20mm(R)×10mm(T)), for this test were water-soaked for 78 hours. Saturated specimens were boiled in water for an hour. These pecimens were heated by microwave of 2450MHz. The most suitable time for microwave irradiation seems to range from 60 to 90 seconds. Wood moisture content decreased remarkably with the increase of irradiation time. When a softened wood piece is bent, its convex side was stretched while the concave side was compressed. It can be compressed considerably, but stretched very little. Therefore, the failure will be governed by the tensile breaking strain and occur mainly on the convex face. So we obtained results from three different bending process methods as follows :
① When bending with a pedestal-steel, convex face had not tensile breakings, but concave face had compression fails.
② When bending with a clamp, bending time increased more than pedestal-steel and occurred tensile breaking.
③ Bending with a pedestal-steel and a clamp was found to be the most excellent operation method in this study.
Thermal softening of wood by steam treatment at high temperature
This study deals with shear strength test for Pinus densiflora and Pinus radiata treated at above 100℃ by heat steam. Treatment conditions of this experiment were operated at regular intervals of 20℃ at temperatures up to 20 0℃ for 5, 10, 20 and 30 minutes by using the steam-explosion apparatus.
It was examined, at high temperatures, degradation of some compounds from wood composition could lead to reduced the shear strength through heat steaming processes and play a large part in the plastic process of solid wood materials. It could be estimated that the shear strength of woods were gradually reduced by heat steaming time. Remarkable reduction of shear strength of woods was observed with increasing steaming temperatures above 10 minutes steaming time.
Furthermore, this phenomenon shows a tendency to increase with higher temperatures.
Dimensional stability of bentwoods by treatment conditions
This study was carried out to know dimensional stability of bentwoods by treatment methods such as steaming, paint coating, and polyethylene glycol(PEG) treatment. Bentwood processing was operated on bending-jig with only 4㎝ radius of curvature(ROC). The species were used to bitter wood(Picrasma quassioides), painted maple(Acer mono) and birch(Betula schmidtii). Bending property of these woods were very excellent for bentwood production(Jung et al., 2001). The treatment bentwoods repeated temperature and humidity at room temperature[20℃, RH 80%(12 hours) and 40℃, under RH 10%(12 hours)]. For estimation of dimensional stability of bentwoods measured radius of curvature and end distance. The result were as follows:
① The best treatment was PEG treatment in this study. Steaming treatment was very poor treatment.
② In properties of the species, dimensional stability of bitter wood was excellent.
③ The steaming treatment was unsuitable for dimensional stability of bentwoods.
Study on the development direction of the use of wood and bentwood as a landscape material
The main purpose of this study was to propose the development direction and application method of wood as a landscape material by analysis and investigation of the present condition and characteristics of wood, which is a quite interesting natural material for its beauty as an exterior material. This study is based on the relationships between the establishment of development direction and practical use of exterior wood as a landscape material. The research method used was fieldwork and data analysis.
The findings obtained in this study can be summarized as follows.
① On the analysis of the present condition of wood utilization, it was investigated to need of complement of a design aspect, use method, the limit of use type, and use range.
② The direction of a durable design for the practical use of exterior wood as landscape materials was established.
On the use of exterior wood, first, the characteristics of wood have to be understood. Then exterior wood can be used while preserving its safety and beauty over a long time by adequate physical and chemical treatment.
At the same time, an application plan for the practical and effective use of wood as an outdoor landscape material, we concluded that future research in design aspects is needed in consideration of physical, chemical, and structural properties of durable wood materials used in outdoor facilities.