제5장
고밀화(高密化)목재
□ 목재의 고밀화 방법
◦ 목적: 목재의 물리적, 기계적 성질 개선 1) 비압축에 의한 고밀화
① 목재의 세포 내강, 공극 → 합성수지(페놀), 비닐 단량체 침투 → 중합 ② 목재의 세포 내강, 공극 → 왁스류, 저온용융합금 침투 → 고화
2) 압축에 의한 고밀화
① 수치처리 압축목재(compreg) : 중량 증가, 부피 감소 ② 비처리 압축목재(staypak) : 중량 불변, 부피 감소
1. 금속화 목재(metalized wood)
◇ 목재 중에 저온 용융합금 용해 주입(가열, 가압) → 냉각, 고화 ◦ 용융합금 : Bi 50%+Pb 31.2%+Sn 18.8%
- 융점: 97℃
- 고화 시 약 2% 부피 팽창
가. 제조 조건
◦ 목재: 함수율 8~12%
◦ 가열 온도: 130~150℃
◦ 압력: 약 40~80kgf/㎠
◦ 시간: 20분~1시간
◦ 처리 후 표면의 합금 제거 → 냉각
나. 처리재의 특징
◦ 비중, 경도 증가
◦ 압축강도 증가, 팽윤성 감소 ◦ 열전도도, 전기전도도 증가 ◦ 내화성능 향상
- 기작 : 화재 시 합금의 용융에 의한 흡열작용
다. 용도
◦ 선박의 screw bearing
2. 수지처리 압축목재(compreg)
가. 원료 조건
1) 목재(소재)
◦ 두께 : 2cm 이하의 판재가 바람직
- 2cm 이상: 가열 경화 시 외부 열 + 수지의 발열반응 → 온도 상승 → 탄화점(250~300℃) 도달
* 저온(125℃ 이하)에서 가열 → 내부 미경화
2) 합성수지: 페놀수지 resol type(초기 축합물, Backlite A형) ◦ resol type: 수용성, 알콜용성 – 접착제용
◦ resitol type: 부분적 가교결합 진행, 알코올, 아세톤에 가용, 접착제용 ◦ resite type: 완전경화 상태, 불용, 불융
나. 제조방법
▷ 합성수지 주입 → 건조 → 가열, 가압 → 해압 ◦ 건조
- 저온, 함수율 2~4%
- 단판: 55℃, 24시간 또는 85℃ 45분 ◦ 가열, 가압
- 125~150℃, 35~70kg/㎠, 10~20분
다. 특징
1) 치수안정성
◦ 충전효과 大(저분자량일 경우 특히 大)
◦ 수지경화 과정: 목재 중의 친수기와 결합 → 수분의 흡착 감소 ◦ 含脂率 증가 → ASE 증가
◦ Impreg와 비교: 판면 방향 동일, 두께 방향 열등 ◦ Staypak(비처리압축목재)에 비하여 우수
2) 기계적 성질
◦ 압축강도, 경도: 함지율에 비례하여 증가
◦ 충격강도, 인장강도: 무처리 목재에 비하여 열등 3) 기타
◦ 광택, 접착이 용이
◦ 방부성능, 방충성능, 전기절연성, 내약품성 등이 우수
Compreg 제조 장치
3. 비처리압축목재(Staypak)
▷ Compreg
◦ 단점: 인성 저하 → 개선: Staypak
가. 원리
1) 목재 가열(180 ℃ 이상)
◦ Hemicellulose: 열분해 → furfural, 당류 생성 → 물불용성 중합체 형성 ◦ Cellulose: 수소결합에 의해 膠着
2) 열안정화처리(흡습성 감소처리)와 동일
◦ 가열 압축처리 → spring back 현상을 최소화 ◦ 변형 후 영구회복량을 최소화
온도: 高, 함수율: 高, 가압시간: 長
나. 제조 조건
◦ 목재 함수율: 약 9%
◦ 가열 온도: 16~170℃(190℃) ◦ 가압력: 140kg/㎠
◦ 가압 시간: 30분~1시간
◦ 해압: 100℃ 이하까지 냉각 후
- Lignin의 流動(가소화, 약 125℃) → 내부응력 흡수 → 치수안정성, 인성 부여
- 재색: 갈변
다. 특성
◦ 광택
◦ 강도적 성질: Compreg에 비하여 우수 ◦ 치수안정성, 인성 부여
Figure 4. Diagrammatic representation of the mechanisms of local deformation of wood cells under a longitudinal compression force; (a) wood before the application of the force, (b) collapse of fibre by rupture, (c) collapse by the buckling of cell walls
Figure 5. Micrograph of uniformly densified spruce latewood cells after compression at 1408C under saturated moisture conditions (Navi and Heger 2005). Micrograph of the boundary between the compressed surface and uncompressed regions of wood (Inoue et al. 1990)
