KR100323608B1 - 원판의압체고주파진공건조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원판의 압체고주파 진공건조방법에 관한 것으로, 원목을 가로켜기 하여 얻은 원판주위에 소정의 진공을 형성하여 유지하면서 상기 원판의 횡단면에 소정의 물리적 압체력을 가하는 단계와, 상기 진공이 유지되는 동안 고주파 가열하여 재온(材溫)을 소정의 온도범위에서 일정시간 유지하는 단계로 구성된 원판의 압체고주파 진공건조방법에 관한 것이다.

Description

원판의 압체고주파 진공건조방법

본 발명은 원판의 압체고주파 진공건조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 원목을 가로켜기하여 얻은 원판(圓板)을 진공탱크내에서 고주파발진으로 가열함과 동시에 원판의 횡단면에 수직방향의 압체력을 가하면서 원판을 건조하는 압체고주파 진공건조방법((Radio-frequency/vacuum plus mechanical pressure drying)에 관한 것이다.

원판(圓板)의 횡단면상에는 아름다운 문양과 종래 수목이 성장해온 기록이 모두 담겨져 있기 때문에 원판은 종래 제재품인 판재나 각재에 비해서 외관적인 면에서 뿐 아니라 내면적인 면에서도 목공예용 재료로서의 가치가 훨씬 우수하다. 그래서 과거부터 테이블의 상판, 음식용기, 장식용품, 기타 관광이나 각종 이벤트의기념품 제작용으로 원판을 이용코저하는 시도가 끊임없이 계속되고 있다. 특히 최근 목재자원이 점점 소경재화 또는 저질화 되어가는 시점에서 이들 자원을 원판의 형태로 활용하는 것은 제재수율의 향상에 의한 자원의 집약적 이용이라는 측면에서도 유리하다. 그러나 원판에 반드시 포함되어 있는 수(pith)부위에는 생장응력이나 횡절응력(crosscut stresses) 등에 의해 접선방향으로 인장응력이 크게 형성되어 있기 때문에 건조중이거나 저장중에 섬유방향으로의 수분경사가 미미하게 형성되더라도 심재할렬이 발생할 위험성이 매우 높다. 뿐만 아니라 횡단방향의 수축이방성에 의해서 야기되는 이방성 수축응력이 목재의 횡인장강도를 초과할 경우 판재나 각재에서는 틀어짐이 발생되지만 원판에서는 V형크랙이라는 파괴로 나타나기 때문에 건조재의 품등손상에 미치는 영향이 훨씬 치명적이다.

따라서, 종래에는 천연적으로 잘 터지지 않는 오리나무, 물푸레나무, 노각나무 등과 같이 극히 제한적인 2∼3수종의 원판에 대해서만 실내음건을 실시하거나 원판에 PEG를 주입하여 열풍건조해오고 있었다.

그러나 실내음건의 경우 건조에 2∼3개월 정도의 장기간이 소요되고 건조수율이 50%정도에 불과하며, 목공예용재의 이용함수율 수준까지의 건조가 불가능하고, 또한 잔류응력이 크기 때문에 무결점원판마저도 목제품으로 가공되어 사용하는 도중에 V형 크랙이 발생하는 문제점이 있었다.

또한 PEG처리법의 경우는 약제주입처리에 4∼6주정도의 시간이 소요되고, 원판의 재색이 변색되어 미관적가치가 저하되며 표면의 끈적거림으로 질감이 나쁘고, 도장가공성이 매우 불량한 문제점이 있었다.

본 발명자는 수년간 원판의 고주파진공건조에 관한 연구를 통하여 고주파진공건조방법은 심재할렬 예방에는 상당한 효과가 있으나, V형크랙 예방에는 여전히 불완전한 결과를 주는 것을 알 수 있었다.

V형크랙은 건조중 횡단방향수축 이방성에 의한 현상임을 상기할 때, 건조중 원판의 횡단면에 대하여 수직으로 압체력을 가하여 횡단방향의 수축을 감소시킨다면 심재할렬은 물론 V형크랙도 예방할 수 있으리라 판단하고 이를 실시한 결과, 본 발명을 완성하게 되었다.

본 발명은 원판건조중 상기 할렬과 V형크랙의 발생을 효과적으로 예방함을 목적으로 한다. 또 다른 목적은 원판의 이용함수율 수준까지 건조하는데 소요되는 시간을 단축시키는 것이다. 또 다른 목적은 목재본래의 재색을 유지하며 잔류 응력을 완화시키므로써 원판이 목제품으로 제작되어 사용하는 도중에 V형크랙에 의해 손상되는 것을 예방하고 쌓기작업의 용이함을 제공하기 위한 것이다.

상기와 같은 목적은 원판을 진공하에서 고주파발진으로 가열함과 동시에 상기 원판의 횡단면에 대하여 수직압체력을 가하면서 건조하는 원판의 압체고주파 진공건조 방법에 의해 달성된다.

도 1은, 두께 50㎜ 호도나무 원판의 건조시간과 함수율의 관계도,

도 2는, 두께 75㎜ 호도나무 원판의 건조시간과 함수율의 관계도,

도 3은, 두께 50㎜ 물푸레나무 원판의 건조시간과 함수율의 관계도,

도 4는, 두께 75㎜ 물푸레나무 원판의 건조시간과 함수율의 관계도이다.

실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명하기 전에 실시예에서 사용된 진공탱크 및 원판재에 대하여 기술하도록 한다.

A. 건조용 진공탱크

본 발명에서 이용된 진공탱크는 상부덮개가 유연한 고무시트로 구성되어 일정진공을 걸어주는 경우에 진공탱크 내외간의 절대압력차 만큼의 압체력이 상기 고무시트에 의해 진공탱크 내부에 잔적된 원판에 전달되도록 설계되어진다. 또한 상기 진공탱크 내부에는 출력전압이 7㎾이며 주파수가 13.56㎒로 고정된 고주파 발진기의 전극판이 장착되며, 상기 발진기는 7분작동-3분정지 사이클로 작동되도록 설계되어진다.

B. 원판재

① 건조시간측정용 : 국산호도나무(Juglans sinensis)와 수입산 물푸레나무(Fraxinus americana)원목을 대상으로 두께 50㎜원판과 두께 75㎜원판을 채취하였다. 상기 원판들의 직경, 생재비중 및 초기함수율을 표1과 같다.

[표 1]

건조시간 측정용 원판의 수종별, 두께별 직경, 생재비중 및 초기함수율

② 건조결함측정용 : 국산호도나무와 수입산물푸레나무 원목을 대상으로 두께 50㎜ 원판과 두께 75㎜ 원판을 채취하였으며, 채취된 원판들의 직경, 초기함수율은 표2와 같다.

[표 2]

건조결함측정용 원판의 수종별, 두께별 개수, 직경 및 초기함수율

본 발명자는 건조시간측정용 원판을 대상으로 하여 일차적으로 이용함수율 수준까지의 건조시간을 건조중 압체력을 해제하고서 원판의 무게를 측정하여 조사하고, 이를 바탕으로 하여, 건조결함측정용 원판을 대상으로 하여 본 발명인 압체고주파진공건조방법을 건조종료시까지 연속 적용하였다.

(실시예 1)

국산호도나무원판(두께 50㎜)을 건조용 진공탱크내에 잔적하여 진공도 40∼150㎜Hg를 유지하면서 재온(材溫) 44℃∼48℃의 범위를 유지하도록 고주파발진으로 가열하면서 이용함수율수준까지 건조하였다. 상기 재온은 원판 내층에 테프론코팅한 Pt 100Ω 센서를 수피측으로부터 수(pith)를 향하여 심재부위 깊이까지 삽입한 다음 실리콘으로 밀봉하여 측정하였다. 상기 진공도를 유지하면, 원판의 횡단면에 대하여 약 8,000∼10,000Kgf/㎡의 압력이 전달되었다.

(실시예 2)

전단면 엔드테이핑처리된 국산호도나무원판(두께 50㎜)을 대상으로 상기 실시예 1과 동일하게 건조실시하였다. 상기 전단면 엔드테이핑처리(End-taping the exposed end surfaces of both the sapwood and heartwood area : ETSH)는 원판의 양횡단면에 한지 2매씩을 밀가루풀을 사용하여 테이핑처리한 것이었다.

(실시예 3)

변재엔드테이핑처리된 국산호도나무원판(두께 50㎜)을 대상으로 상기 실시예 1과 동일하게 건조실시하였다. 상기 변재엔드테이핑처리(End-taping the exposed end surfaces of only the sapwood area : ETS)는 원판의 횡단면의 변재부위만을 한지 2매로 테이핑처리한 것이었다.

(실시예 4)

변재엔드래핑처리된 국산호도나무원판(두께 50㎜)을 대상으로 상기 실시예 1과 동일하게 건조실시하였다. 상기 변재엔드래핑처리(End-wrapping the exposed end surfaces of only the sapwood area : EWS)는 식품포장용 비닐랩으로 원판의 횡단면의 변재부위만을 감싼 후 약간의 칼자국을 내어 처리한 것이었다.

상기 실시예 1 내지 5에 상응하도록 두께가 75㎜인 국산호도나무원판을 대상으로 그리고 수입산 물푸레나무 원판들(두께 50㎜ 및 두께 75㎜)을 대상으로 각각 건조실시하였다.

국산호도나무와 수입산 물푸레나무의 두께 50㎜ 및 두께 75㎜원판을 대상으로 한 건조실시결과는 도 1 내지 도 4에 표시된다. 호도나무의 두께 50㎜ 원판은 349시간만에 평균 생재함수율 87.6%에서 15.0%까지 건조되었고, 두께 75㎜ 원판은 동일건조시간에 90.6%에서 16.8%까지 건조되었다. 이와 같은 결과는, 실내음건시 소요되는 건조시간 2∼3 개월과 비교할 때 상당한 건조시간 단축효과가 있는 것이다. 원판처리방법, 즉 박피처리, ETSH, ETS 또는 EWS에 따라 평균건조속도에 약간의 차이는 있으나 본 발명의 효과에 결정적인 영향을 미치지는 아니한다. 또한 물푸레나무의 두께 50㎜ 원판은 평균함수율 41.7%에서 약 10.9%까지 건조되는데 200시간이 소요되었고, 두께 75㎜원판은 동일건조시간에 48.7%에서 16.2%까지 건조되었다. 실내음건에 의한 건조소요시간이 수개월인 것을 상기할 때, 압체고주파 진공방법은 월등한 건조시간단축을 가져오는 것으로 결론지어졌다.

본 발명자는 표2에 기재된 원판들을 대상으로 건조결함을 측정하기 위하여 국산호도나무에 대해서는 349시간, 수입산 물푸레나무에 대해서는 200시간 압체고주파 진공방법을 실시하였다. 실시방법은 상기 실시예 1에 준하여 시행되었으며, 이를 요약하여 설명하면 원판주위에 40∼150㎜Hg 범위의 진공을 형성하는 단계와, 횡단면에 대하여 약8,000∼10,000Kgf/㎡의 압체력을 가하는 단계 및 재온을 44 내지 48℃로 200 내지 400시간 유지하는 단계로 건조 실시하는 것이다.

본 발명에 의한 원판 건조결과 심재할렬과 변재할렬 발생정도를 표 3 및 표4에 나타내었다.

[표 3]

압체고주파 진공건조방법에 의한 호도나무 원판의 심재할렬과 변재할렬 발생정도

[표 4]

압체고주파 진공건조방법에 의한 물푸레나무 원판의 심재할렬과 변재할렬 발생정도

상기 결과에 의하면, 변재할렬은 호도나무의 두께 50㎜ 원판에서만 경미하게 발생하였을 뿐이며, 심재할렬 역시 호도나무 원판에서 경미하게 발생하였을 뿐이다. 이와 같은 효과는 고주파 진공에 의한 내부수분의 유동속도 증진에 기인한 것으로 판단되어진다. 본 발명에 의한 원판건조결과 V형크랙 발생정도를 표5 및 표6에 각각 나타내었다.

[표 5]

압체고주파 진공건조방법에 의한 호도나무 원판의 V형크랙 발생빈도(%), 총개수 및 총길이

[표 6]

압체고주파 진공건조방법에 의한 물푸레나무 원판의 V형크랙 발생빈도(%), 총개수 및 총길이

V형크랙은 두께 50㎜ 호도나무 원판에서 경미하게 발생하였을 뿐 두께 75㎜ 호도나무원판과 물푸레나무원판에서는 극히 경미하거나 전혀 발생하지 아니하였다. 이와 같은 효과는 약 8,000∼10,000Kgf/㎡의 압체력이 원판의 횡단면에 대하여 수직으로 가해짐으로써 횡단방향의 수축이 억제되었고, 이로 인하여 접선방향과 방사방향간에 수축률의 차이가 감소하였기 때문이라고 판단된다.

종래 원판의 건조방법이 V형크랙과 심재할렬의 발생빈도가 크며, 또한 건조시간이 수개월 소요되는 등의 문제점이 있었음을 상기할 때 본 발명에 의한 건조방법은 매우 놀라운 결과를 주는 것이다.

상기 실시예들을 통하여서는 호도나무와 물푸레나무만을 대상으로 압체고주파 진공건조방법을 제안하였으나 이에 국한되는 것은 물론 아니며, 은행나무 또는 일본 삼나무에 대한 동일 실시결과 유사한 효과를 얻었음을 밝혀두고자 한다. 즉, 본 발명이 특수한 수종에만 적용되는 것이 아니라 모든 수종에 적용될 수 있는 것이다. 물론 진공정도, 재온조건 및 압체력 정도 등은 수종에 따라 다소 달라질 것이다.

본 발명인 원판의 압체고주파 진공건조방법에 의해 원판을 건조할 경우는, 원판의 형태로 제재가공하여 활용할 수 있는 수종선택의 폭을 크게 넓힐 수 있고, 가로켜기하기 때문에 소경재나 만곡재 등과 같은 저질원목을 고부가가치의 목공예 용재로 활용할 수 있으므로써 목공예용 원목의 구입비 절감과 공급의 안정을 꾀할 수 있으며, 건조시간의 단축, 할렬과 V형크랙의 예방효과, 변색예방, 잔류응력의 완화효과 및 건조수율 향상이 가능함으로 건조생산비를 절감할 수 있는 장점이 있다. 또한 무결점 원판의 대량공급이 가능해지므로써 원판을 활용한 목공예산업의 발전을 기대할 수 있다.

Claims (4)

1. 원목을 가로켜기하여 얻은 원판주위에 소정의 진공을 형성하여 유지하면서 상기 원판의 횡단면에8,000∼10,000Kgf/㎡의 물리적 압체력을 가하는 단계와, 상기 진공이 유지되는 동안 고주파 가열하여 재온(材溫)을 소정의 온도범위에서 일정시간 유지하는 단계로 구성된 원판의 압체고주파 진공건조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 소정의 진공도는 40∼150㎜Hg이며, 상기 소정의 온도범위는 44℃ 내지 48℃인 것을 특징으로 하는 원판의 압체고주파 진공건조방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 원판은 ETSH, ETS 및 EWS 처리방법으로 구성된 그룹중에서 하나가 선택된 처리방법에 의하여 처리된 것을 특징으로 하는 원판의 압체고주파 진공건조방법.
4. 제1항, 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 원판은 호두나무 또는 물푸레나무의 두께 50㎜ 내지 75㎜인 것을 특징으로 하는 원판의 압체고주파 진공건조방법.