KR20120055491A - 일종 표면강화 원목 성형재 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일종의 목재 성형재 및 그 제조방법에 관련되며, 특히 연목 소재 성형재 및 그 제조방법에 관련된다. 본 발명은 이하의 기술방안을 통해 실현하였다. 일종의 표면강화 원목 성형재는 압축치밀층과 이와 섬유로 연결된 자연층을 포함하며, 그 전체 밀도는 350~750kg/m³이고, 함수율은 5~12%이며, 그 내부식 등급은 II급 이상에 달하며, 중량손실≤24%이다. 본 발명은 특히 마루의 제작에 적용된다.

Description

일종 표면강화 원목 성형재 및 그 제조방법{A surface-enhanced solid wood profile and a manufacturing method thereof}

본 발명은 일종 목재 성형재 및 그 제조방법에 관련되며, 특히는 연목 소재 성형재 및 그 제조방법에 관련된다.

천연림 자원의 고갈과 국가 천연림보호공정의 실시에 따라, 인공림 목재가 금후 국내외 목재시장 공급과 수요의 모순을 완화하는 주요 목재로 될 것이다. 인공림 목재는 주요하게 삼나무, 레드파인, 낙엽송, 백양나무, 오동나무 등 수종을 포함하며. 이런 수종은 생장속도가 빠르고, 산량이 높으며, 채벌주기가 짧은 등 특점을 가지고 있다. 하지만, 생장속도가 빠르고, 재질이 비교적 차하며, 밀도 및 표면경도가 낮고, 내부식성이 없고, 내기후성이 없으며, 쉽게 변형되거나 쉽게 갈리지는 등 결함으로 인하여 그 응용범위가 제한되었다.

목재의 기능적 개량은 인공림 목재의 물리화학적 특성을 개선하는 유효한 방법이다. 처리를 거치고 나서 목재밀도, 표면경도, 내마모성, 내부식성, 사이즈 안정성이 모두 대폭 제고되어, 원목마루, 원목가구 업계 및 기타 건축장식재료에 광범위하게 응용할 수 있다.

일종 성형재의 역학성능을 제고시키는 방법은 압축을 채용하는 것이다.

백양나무, 남부산 소나무, 레드파인 등은 흔히 보는 속성수종이지만, 그 재질이 푸석푸석하고, 이방성이 비교적 크다. 그래서, 이런 속성수종 목재에 대해 기능적 개량을 진행한 연구가 아주 많으며, 국내외에 참고할 가치가 있는 성공경험이 아주 많다.

하지만, 압축목의 복원성이 심하며, 특히 물이 있는 조건하에서 더욱 심하다.

압축목의 결함을 제거하기 위해, 보통 증기 혹은 수지로 압축목의 복원을 고정시키는 방법을 사용하였다. 예를 들면, 1996년 방계진(方桂珍) 등은 부동한 농도의 저분자량 멜라민-포름알데히드(MF) 수지를 목재 압축변형을 고정시키는 가교제로 사용하여 털황철나무(Populus ussuriensis Kom)를 담그었으며, 처리후 목재의 ASE는 47%, MEE는 36%이다. 농도가 10%인 가교제로 처리한 시험목재를 압축 치밀화한 후 실온에서 물에 담그었는데, 그 고정변형을 완전히 유지할 수 있었다. 17.5%와 25% 농도의 가교제로 처리한 시험목재는 끓는 물 중에서도 그 변형을 유지할 수 있었다. 1997년 방계진 등은 털황철나무와 MF가교제의 작용원리를 연구하였다. 1998년 방계진 등은 부동한 농도의 PF프리폴리머로 털황철나무 목재를 처리하고, 또한 가열과정 중에 가로 무늬 방향으로 압축처리를 진행하였다. 그 결과, 10% PF프리폴리머로 처리한 시험목재는 ASE가 60%이상, MEE가 52%에 달하였으며, 실온 혹은 끓는 물 중에 담그어도 그 압축변형을 완전히 유지할 수 있었다. 1998년 방계진 등은 1,2,3,4-부틸기 테트라 포름산(BKA)을 가교제로, NaH2PO2를 촉매로 털황철나무를 처리한 다음, 150℃에서 항온 압축을 진행하였다. 방계진 등은 저분자량 PF수지로 털황철나무 목재를 처리하여, 목재의 사이즈 안정성과 역학적 강도를 제고시켰다. 2000년 방계진 등은 저분자량 저색도 페놀수지로 목재를 담그는 연구 및 저분자량 페놀수지가 털황철나무를 변성시키는 연구를 진행하였다.

현유의 표면압축응고화 목재는 건조한 목재를 절삭하고, 표면부분을 물 중에 5~6h동안 예정한 깊이에 담근다. 일정한 량의 물이 스며들면, 마이크로파 복사로 가열한 다음, 직접 가열압축 장치에 올려 놓고 압축 및 치밀화하며, 그리고 또 건조시켜 압축부분을 고정시킨다. 하지만, 표면을 물에 담근 다음 목재표면의 함수량이 아주 커지는데, 아주 짧은 시간내에 증발할 경우 그 표면의 수분이 증발되면서 신속히 수축하여 아주 큰 내부 응력이 산생되어 표면이 갈라터지기 쉽다. 게다가 압축, 건조, 고정 과정중에서 목재의 표면 내부 응력을 충분히 평형되게 하지 않았고, 또한 표면을 충분히 가소성 응고화하지 않아서, 사용과정중에 아주 쉽게 복원되는 현상이 발생한다.

상술한 방법은 화학시제 처리를 채용하였기에, 기필코 폐기 혹은 폐수 배출을 산생하게 되며, 소음이 커서 환경을 오염시킨다. 게다가, 얻은 성형재는 사이즈 안정성이 차하고, 구불거나 쳐들리는 변형이 쉽게 생기며, 내부식성과 내기후성이 이상적이지 못하고, 사용수명이 짧으며, 목재 취득율이 높지 않은 등 결함이 있다.

중국 특허문헌 CN101603623A에서 “표면강화 원목 성형재, 마루 및 그 제조방법”특허를 공개한 바, 그 제조방법은 (1) 원목 성형재를 건조시키고, (2) 원목 성형재를 210~250℃의 가열압축기 중에서 압축하며, (3) 압축한 다음 원목 성형재를20~60분간 보온하고, (4) 원목 성형재의 함수율을 6~9%사이로 제어하는 과정을 포함한다. 상술한 방안은 건조과정중에 쉽게 구김이 산생되고, 후속의 압축과정 중에 갈라터지거나 파열되기 쉬우며, 목재의 소모가 크고, 목재 취득율이 낮아 약 60~70%이며, 게다가 처리한 목재는 색갈이 짙고, 탄 냄새가 난다. 상술한 공예과정을 통해 얻은 마루는 북방 등 건조한 기후조건하에서만 사용할 수 있으며, 남방에서 사용하게 되면 비교적 큰 변형이 산생될 수 있으며, 또한 그 내부식 등급은 III급밖에 도달하지 못하여 내부식성이 비교적 차하다.

중국 특허문헌 CN101214675A에서 “목재 가열압축탄화 강화 방법”을 공개하였는데, 아래와 같은 과정을 포함한다. (1) 건조: 목재의 밀도에 근거하여, 건조로 중에서 목재의 함수율을 3~17%로 제어한다. (2)평삭: 목재에 대해 평삭 처리를 진행한다. (3)가열압축탄화: 평삭 처리한 목재를 온도가 160~260℃인 가열압축기에 넣고 가열압축탄화를 진행하며, 목재 압축비율을 5~50%로 제어하고, 10~240분간 보온한다. 냉각: 탄화 후의 목재를 80%이하로 냉각시킨다. (4)완성품: 목재를 자연조건 혹은 온도 및 습도 조절실에 방치하며, 목재의 용도에 근거하여 목재의 함수율을 5~10%로 조절한다. 상술한 방안은 압축탄화 과정중에 목재가 아주 쉽게 갈라터지며, 목재 취득율이 낮아 약 50~60%이다. 동시에 상술한 방안으로 처리하여 얻은 목재는 내부식성이 차하며(보통 III급 이하), 게다가 불안정하고, 사이즈 안정성이 차하다. 동시에 어떤 목재는 지나치에 탄화되어 색채가 짙고 탄 냄새가 난다.

중국 특허문헌 CN101486212A에서 “압축탄화 백양나무 3층 원목 복합마루의 생산 방법”특허를 공개하였는 바, 그 공개한 표면층 재료의 제조방법은 아래와 같다. 속성수종 백양나무를 톱으로 절개하여 판재로 만들며, 건조시키고 대패질한다. 압축율(압축율 30%, 40%, 50%, 60%)과 판재 두께 2~4mm에 근거하여, 함수율이 20~40%인 백양나무 박판을 가공해 낸다. 판이 압축기 중에서 수요하는 압축율로 압축되며, 압축할 때의 온도는 70~110℃이고, 가해지는 압력은 설계한 박판의 압축율에 의해 결정된다. 압축한 다음의 판은 일정한 압력조건 혹은 특제 픽쳐 중에서 탄화고정을 진행하게 되며, 탄화과정은 가열압축기 중에서 진행하거나 혹은 특제 픽쳐 중에서 진행하며, 탄화온도는 190~220℃이고, 시간은 1.5~5시간이며, 탄화장치에는 공기배출 구멍이 설치되어 있다. 탄화처리가 끝난 다음, 일정한 압력조건하에서 백양나무 박판의 온도를 40~60℃까지 낮추고, 백양나무 박판을 꺼내어, 와이드벨트샌더기로 색갈이 짙은 외층을 연마해 버리며, 연마후 백양나무 박판의 두께는 2~4mm이다. 현유기술의 상술한 방안은 백양나무 함수율이 커서 섬유포화점의 좌우에 있으며, 70~110℃의 조건하에서 건조한 다음 목재 수축율이 아주 커서 목재의 잔유 응력도 아주 커지게 한다. 그다음, 190~220℃조건하에서 탄화할 때, 목재가 아주 쉽게 갈라터지게 되며, 게다가 목재 압축율이 커서 전체적인 압축을 형성하고, 목재 소모율이 크며, 탄화장치에 공기배출 구멍을 설치되어 있어, 압축해 낸 목재 표면에 올록볼록한 점이 나타나며, 연마한 다음 이런 점이 있던 위치는 그 구역의 경도가 낮아지게 되고, 또한 후기에 함수율 조절처리를 진행하지 않았기에, 목재는 사용과정중에 습기를 흡수하여 변형될 수 있다. 이러한 공예는 산업화 운영에 불리하다.

본 발명은 현유기술의 상술한 문제를 해결하였으며, 일종의 밀도가 작고, 표면강도가 높으며, 내부식 등급이 II급 이상에 달하고, 게다가 함수율이 안정하여 여러가지 기후에 적합한 원목 성형재를 제공하였다.

본 발명의 상술한 기술목적은 이하의 기술방안을 통해 실현한다.

일종의 표면강화 원목 성형재는 압축치밀층과 이와 섬유로 연결된 자연층을 포함하며, 그 전체 밀도는 350~750kg/m³이고, 함수율은 5~12%이며, 그 내부식 등급은 II급 이상에 달하며, 중량손실≤24%이다.

상기 성형재는 접착제를 사용하지 않았으며, 그중 자연층은 압축을 거치지 않은 목재구조이지만, 표면압축 과정중에 자연층의 구조에 대해 영향을 조성할 가능성이 있으나, 상기 영향은 압축치밀층의 압축량에 상대하여 계산하지 않아도 된다. 상기 압축치밀층의 밀도는 표층의 표면으로부터 0.6~4mm 깊이에 이르기까지 점차 작아져 목재자연밀도까지 작아진다. 압축치밀층과 자연층 사이는 자연섬유로 연결되었는데, 이는 현유의 베이너합판과는 다르다. 상기 연결은 견고하고, 오염이 없으며, 제작과정이 간단하다. 상기 압축치밀층의 표면 페인트 필름 경도는 3~6H에 달할 수 있다.

본 발명의 소재는 연목이며, 그 기건밀도는 700kg/m³이하 이며, 대다수는 속성수종 목재이다.

원목 성형재의 함수율은 5~12%이다. 함수율은 목재 중에 함유된 수분의 중량과 절대건조 후 목재 중량의 백분비를 가리키는 바, 목재 함수율이라 정의한다. 대기 조건하에서의 흡습평형 함수율은 목재가 일정한 온도 및 습도 상태하에서 나중에 도달한 흡습안정함수율 혹은 탈습안정함수율을 가리키며, 목재의 평형함수율이라 한다. 일반적으로 목재는 부동한 지역에서의 평형함수율이 다르다. 예를 들면, 광주지역의 년 평균 평형함수율은 15.1%이지만, 북경지역은 11.4%이다. 11%로 건조시킨 목재는 북경에서 사용하면 적합하지만, 광주지역에 사용하면 흡습 팽창하여 변형이 생긴다. 그래서, 보통 목재의 최종 함수율이 사용지의 평형함수율에 접근하거나 같아야만, 목제품의 사용안정성을 보증할 수 있다. 본 성형재는 압축탄화 처리한 다음 속성수종 목재의 표면강도가 제고되었을 뿐만아니라, 아주 좋은 고정작용에 도달하였으며, 게다가 흡습성을 대폭 감소시키므로 하여 사용지의 부동한 계절의 온도와 습도 변화가 사이즈안정성에 대한 영향을 대대적으로 감소시켰으며, 사용수명을 제고시키고, 부동한 기후조건하에서 함수율을 조절하지 않아도 되며, 부동한 지역의 기후조건에서 사용에 적용될수 있게 되었다.

본 발명의 상기 표면강화 원목 성형재는 《GB 1941-91 목재경도 실험방법》에 따라 성형재 표면경도를 측정한 결과 1500N이상에 도달하였으며, 그 자연층의 2.0배 이상이었다. 동시에, 그 사용평형함수율은 현유기술의 압축성형재보다 훨씬 낮고, 게다가 사용과정중 성형재의 함수율 변화가이 작아서, 사이즈 안정성을 대폭 제고시켰다. 현유 압축목은 압축치밀층이 폐쇄되어야 하기에, 대량의 화학시제를 채용하였다. 본 발명의 상기 표면강화 원목 성형재는 현유기술의 화학시제를 포함하지 않는다. 그리고, 상기 표면강화 원목 성형재는 내부식 성능이 뛰어나며, 《GB/T 13942.1-1992 목재 천연 내구성 실험방법, 목재 천연 내부식성 실험방법》표준에 따라 본 발명 최적선택 수종 샘플에 대해 실험을 진행한 결과, 그 내부식 등급은 II급 이상이고, 중량손실≤24%이다.

상기 표면강화 원목 성형재의 원료는 속성수종 목재이며, 예를 들면 백양나무, 삼나무, 레드파인, 남부산 소나무, 낙엽송, 오동나무 등이다. 이런 목재는 처리하지 않았을 때 역학성능이 비교적 차하고, 내부식성 및 방습성이 이상적이지 않으며, 안정성이 차하고, 세균과 벌례의 침해를 쉽게 받으며, 쉽게 갈라지고 변형한다.

최적선택은 그 내부식 등급이 I급 이상에 달해야 한다.

최적선택은 압축치밀층의 두께가 1~2mm이다.

최적선택은 상기 함수율이 6.5~10%이고, 진일보 최적선택은 7~9%이다.

최적선택은 압축치밀층의 두께가 0.6~4mm이고, 압축치밀층 밀도가 자연층 밀도의 1.3~3배이다.

상기 방안의 최적선택은 원목 성형재가 백양나무이고, 그 전체 밀도는380~550kg/m³이며, 함수율은 6~12%이고, 압축치밀층의 두께는 0.6~4mm이며, 압축치밀층 밀도는 자연층 밀도의 1.5~3배이다.

상기 방안의 최적선택은 원목 성형재는 남부산 소나무이고, 그 전체 밀도는 500~720kg/m³이며, 함수율은 5~11%이고, 압축치밀층의 두께는 0.6~3mm이며, 압축치밀층 밀도는 자연층 밀도의 1.3~2배이다.

상기 방안의 최적선택은 원목 성형재는 레드파인이고, 그 전체 밀도는480~680kg/m³이며, 함수율은 5~10%이고, 압축치밀층의 두께는 0.6~2.5mm이며, 압축치밀층 밀도는 자연층 밀도의 1.3~2배이다.

상기 표면강화 원목 성형재는 아래와 같은 우점을 가지고 있다.

(1) 두께밀도분포: 압축치밀층 두께가 0.6~4mm이고, 그 밀도는 자연층의 1.3~3배이다.

(2) 흡습성: 소재와 대비하여 45%이상 감소되었다.

(3) 사이즈 안정성: 소재와 대비하여 55%이상 제고되었다.

본 발명은 상기 표면강화 원목 성형재의 제조방법을 제공하였으며, 물리적인 목재 기능적개량방법을 통해, 속성수종 목재의 재질이 연하고, 밀도가 작으며, 쉽게 갈라지고 변형하는 등 기술문제를 해결하였다. 동시에 현유기술로 처리한 압축목이 복원되고, 목재 소모가 크며, 목재를 담그는 수지가 환경을 오염시키고, 사이즈 안정성이 차하며, 내부식성 및 내기후성이 차하고, 쉽게 변형되며, 목재 취득율이 낮은 등 기술문제를 해결하였으며, 또한 생산공정이 복잡하고, 에너지소모가 높은 기술문제도 해결하였다.

본 발명의 상기 표면강화 원목 성형재의 제조방법은 아래와 같은 절차를 포함할 수 있다.

(1) 건조절차: 기건밀도가 700Kg/m³보다 작은 목재를 함수율이 5~12%로 되게 건조한다.

(2) 압축절차: 목재는 표면압축 절차를 거친다.

(3) 탄화절차: 목재는 탄화 절차를 거친다.

최적선택은 서술한 건조절차는 고온고습건조방법을 채용한다는 것이다. 이렇게 하면 목재가 건조과정중에 구김이 생기는 것을 방지하는데 유리하고, 목재에 곰팡이가 끼거나 혹은 청변현상이 발생하는 것을 방지하여, 목재의 최종제품 품질을 보증하였으며, 그 함수율을 5~12%로 감소되게 한다. 또 다른 일종의 최적선택은 목재를 실내에서 5일이상 말리고 나서, 다시 가열건조를 거치는 것이며, 말리우는 것을 통해 부분적인 수분을 제거하면 가열압축 과정중에서 갈라터지는 것을 방지할 수 있다.

최적선택은 건조과정중에 수지가 있는 목재에 대해서는 함수율이 8~12%로 되게 건조하고, 수지가 없는 목재에 대해서는 5~8%로 되게 건조한다. 목재 함수율이 3~5%일 때, 목재가 약해져서, 압축탄화과정중에 목재가 아주 쉽게 갈라터져 목재 취득율이 낮아진다. 만일 함수율이 20~40%에 달하면, 압축탄화과정중에 목재 속의 수분이 과열수증기를 형성하고, 목재 함수율이 높아서, 목재 속의 과열수증기가 분해하는 압력이 아주 크며, 또한 압축탄화에 사용한 목재는 보통 밀도가 작고, 생장속도가 빠른 연목이기에, 과열수증기의 압력이 목재 속의 섬유사이의 결합강도보다 훨씬 커지기 쉬워서, 목재가 갈라터지거나 파열될 수 있다. 실천을 거쳐 증명한 바, 상기 방법으로 목재를 처리하면 얻을 수 있는 목재 취득율이 98%이상에 달한다.

서술한 압축절차는 가열압축기를 채용하며, 가열압축기의 상하 압축판은 온도차를 형성하여 목재 표층의 온도를 상승시켜 연화되게 하며, 또한 가열압축기의 압력을 25~50Mpa로, 최적선택은 30~40 Mpa로 제어하는 것을 통해, 목재의 단면 표층을 1~5mm만 압축되게 한다. 압축한 다음 상하 압축판의 온도차를 감소시키는데, 최적선택은 온도차가 30℃보다 낮아야 하며, 가장 좋은 최적선택은 양자의 온도가 같아야 한다. 압축한 다음 30~120min동안 온도 및 압력을 유지해야 하며, 최적선택은 30~90min이고, 가장 좋은 최적선택은 45-90min 이다. 즉 속성수종 원목 표층에 0.6~4mm의 압축치밀층을 형성하고, 압축치밀층 밀도는 자연층 밀도의 1.3~3배이다.

상기 방안의 진일보 최적선택은 서술한 압축절차는 압축속도를 0.5~4.0mm/s로 제어하고, 목재의 압축율은 10~25%이다.

상기 기술방안의 최적선택은 가열압축기 고온압축판의 온도는 140~200℃이고, 저온압축판의 온도는 고온압축판의 온도에 비해 100℃이상 낮아야 한다. 진일보 최적선택은 가열압축기 고온압축판의 온도는 150~170℃이다.

최적선택은 서술한 탄화절차는 170~230℃의 조건하에서 목재에 대해 1~5시간 탄화가열처리를 진행하고, 일종의 최적선택은190~210℃의 조건하에서 목재에 대해 3~5시간 탄화가열처리를 진행하며, 다른 일종의 최적선택은 170~190℃ 조건하에서 목재에 대해 1~3시간 탄화가열처리를 진행하는 것이다. 이렇게 하면 압축된 부분이 충분히 가소화되게 하여 압축과정에 생성된 내부 응력을 석방하며, 냉각한 다음 고정 성형되며, 습도조절처리를 통해 목재의 함수율을 5~12%로 회복시켜 함수율의 요구를 만족시킨다.

최적선택은 서술한 탄화절차 전에 하나의 예비탄화 절차를 포함하는 것이다. 구체적으로 125~150℃의 조건하에서 목재에 대해 1~4시간 예비탄화 가열처리를 진행하고, 최적선택은 125~135℃의 조건하에서 2~4시간 예비탄화 가열처리를 진행하며, 다른 일종의 최적선택은 130~150℃의 조건하에서 1~3시간 예비탄화 가열처리를 진행한다.

최적선택은 탄화절차 다음에 목재 함수율을 5~12%로 조절하는 절차도 포함한다는 것이다.

상기 방안의 최적선택은 서술한 탄화절차는 상압탄화로를 채용하는 것이며, 170~230℃의 조건하에서 목재에 대해 1~5시간 탄화가열처리를 진행하고, 최적선택은 190~210℃의 조건하에서 3~5시간 탄화가열처리를 진행한다. 가열처리한 다음 목재의 함수율을 5~12%로 조절한다.

상기 방안의 진일보 최적선택은 상압탄화로에서 탄화절차를 진행하기 전에 예비탄화절차를 진행하는 것이다. 즉 125~150℃ 조건하에서 목재에 대해 1~4시간 예비탄화 가열처리를 진행하며, 최적선택은 125~135℃의 조건하에서 2~4시간 예비탄화 가열처리를 진행한다. 이는 목재가 탄화과정중에서 산생되는 탄화 결함을 방지하는데 유리하며, 최종 제품의 품질을 보증하였다.

상기 방안의 최적선택은 서술한 탄화절차는 가압탄화탱크를 채용한다는 것이며, 탱크내 압력은 0.15~0.6Mpa이고, 170~230℃의 조건하에서 목재에 대해 1~5시간 탄화가열처리를 진행하며, 최적선택은 170~190℃의 조건하에서 1~3시간 탄화가열처리를 진행한다. 가열처리한 다음 목재의 함수율을 5~12%로 조절한다.

상기 방안의 최적선택은 가압탄화탱크에서 탄화절차를 진행하기 전에 예비탄화절차를 진행한다는 것이며, 서술한 예비탄화절차는125~150℃의 조건하에서 목재에 대해 1~4시간 예비탄화 가열처리를 진행하며, 최적선택은 130~150℃의 조건하에서 1~3시간 예비탄화 가열처리를 진행한다. 탄화탱크의 가압, 고온, 고습의 조건은 압축치밀층의 고정 성형에 유리하며, 제품의 사이즈 안정성을 보증한다.

본 발명의 최적선택은 탄화한 다음 하나의 가압도색 절차를 사용하는 것을 포함한다. 서술한 가압도색절차는 UV수지를 0.5~1.0Mpa의 압력하에 눌러서 압축치밀층에 0.05~0.15mm 침투되게 한 다음 UV응고화한다. 본 발명은 UV수지를 압축치밀층에 눌러 넣어 진일보 페인트를 성형재 표면의 목섬유와 접촉하게 하여 가교 및 응고 반응을 시킨다. 페인트 필름 경도와 유연성을 모두 고려할 수 있어, 속성수종 압축목의 각종 성능을 증가하였다.

총적으로 본 발명은 이하의 유익한 효과가 있다.

1. 표면강화 원목 성형재는 속성수종 목재를 채용하였는 바, 자원이 풍부하고 가격이 저렴한 특점을 가진다. 표면은 압축 탄화를 거쳐 치리한 다음, 진귀한 수종의 천연우량목재 환경특성과 물리역학성능을 구비할 수 있고, 동시에 본 발명은 1차적성형 복합식 목재 물리기능적 개량기술을 채용하였다. 즉 압축탄화기술을 사용하여 직접 성형재를 얻으며, 여러개 소재를 접합하고 담그는 등 절차를 생략하였기에, 제조원가를 절감함과 동시에 성형재의 역학적성능을 증가하고, 목재의 천연특성을 유지하였다.

2. 표면강화 원목 성형재의 평형함수율이 작고 또한 변화가 작으며, 사이즈 안정성이 높고, 내부식성 및 내기후성이 강하며, 압축방향에서 복원이 작고, 생산해낸 제품은 함수율을 다시 조절할 필요가 없으며, 실외, 바닥난방 등 여러가지 부동한 환경조건에 직접 응용할 수 있다.

3. 표면강화 원목 성형재의 압축치밀층과 자연층은 섬유로 연결되었고, 그 사이에는 접합, 분할 등 기술문제가 존재하지 않으며, 또한 압축한 다음 탄화를 거쳐 압축치밀층에 대해 고온 고정처리를 진행하여, 표층이 강하고 밑부분이 연한 일종의 탄성이 있는 목재신특성을 형성하여, 원목마루로 사용될 때 독특한 우세를 가지게 된다. 원목마루를 만들면 나무무늬가 선명하고, 발감각이 편안하며, 아무런 유해기체도 배출되지 않는다. 시각, 촉각, 후각의 통일을 모두 고려하였으며, 특히 노인 혹은 아이가 있는 가정에서 마루로 사용하는데 적합한데, 현재 보통 원목마루는 이에 비할바가 못된다.

4. 표면강화 원목 성형재의 제조방법은 성형재의 복원이 작은 것을 보증하고, 성형재의 물리역학적 성능을 보증함과 동시에, 탄화온도와 시간을 제어하는 것을 통해, 성형재의 색갈이 황색에서 갈색으로 점차 짙어지게 할 수 있으며, 목재는 진귀한 목재의 고급감을 지니게 된다. 게다가 채용한 탄화방법은 현유의 방법과 본질적인 구별이 있으며, 본 방법의 채용은 본 발명 치밀압축으로 얻은 목재의 특성을 충분히 연구한 기초상에서 독자적으로 개발한 것이다. 가열처리 시간이 짧고, 제품의 색채가 아름다운 특점을 가지고 있다. 만일 본 방법으로 현유의 탄화방법을 대체한다면, 탄화한 다음의 목재는 모두 표면이 갈라지거나 내부가 갈라지는 현상이 나타나게 될 것이다. 본 탄화방법은 에너지를 절약하고 소모를 감소하는 실질적인 특점을 가지고 있다.

5. 표면강화 원목 성형재의 제조방법은 압축 전에 건조절차를 설치하는 것을 통해, 목재에 곰팡이가 끼거나 청변하는 현상 및 목재표면의 미관이 감소되는 것을 방지할 수 있다. 그리고, 후속의 치밀압축과정중에 목재가 갈라터지거나 파열되고, 기계를 손상시키거나 혹은 공인이 상하는 것을 방지할 수 있으며, 제품의 목재 취득율을 제고시키고, 제품의 품질을 보증한다.

6. 본 발명 표면강화 원목 성형재의 제조방법이 간단하여 산업화 운영을 실현하는데 유리하다. 본 발명에 관련되는 관건절차는 주요하게 건조절차, 압축절차, 탄화절차이며, 매 절차에서 모두 설비의 완정성을 보증하고, 공예가 적합하며, 또한 공예가 정확하게 실시되는 것을 보증하기만 하면, 품질이 아주 좋은 제품을 얻을 수 있다.

7. 목재의 제조방법중, 가압도색의 방법을 통해 UV 응고화수지를 압축치밀층의 표면에 침투시켜 영구적인 응고화를 형성하는 것으로, 압축치밀층의 무늬구멍을 영구적으로 폐쇄하여, 압축치밀층의 흡습능력을 유효하게 감소시켰으며, 목재의 사이즈 안정성을 진일보 강화하고, 복원을 방지하였다.

8. 본 발명은 공예가 간단하고, 압축한 다음 탄화과정 중에서 아무런 화학시제도 첨가하지 않았으며, 폐기와 폐수를 배출하지 않고, 열이용효율이 높고, 에너지를 절약하고 환경을 보호하였으며, 목재의 고유 결함을 극복하고, 현유기술에서 목재 복원성과 환경보호 두가지를 모두 고려할 수 없던 난제를 해결하였으며, 산업화의 실시에 유리하다.

그림1은 실시예2 압축탄화기술을 거친 백양나무의 절단면 주사전자현미경 사진이다.
그림2는 실시예2 백양나무 소재의 절단면 주사전자현미경 사진이다.
그림3은 실시예2 백양나무 소재의 두께방향에서의 밀도분포도이다.
그림4는 실시예2 백양나무 소재가 압축탄화기술을 거친 다음 얻은 제품의 두께방향에서의 밀도분포도이다.
그림1과 그림2는 각기 최종제품과 백양나무 소재의 절단면 주사전자현미경 사진을 보여주었으며, 두 그림에서 선명하게 볼 수 있다싶이, 그림2는 소재 세포구조 분포가 균일하고, 그림1에서 선명하게 볼 수 있는 것은 압축표면에서 안으로 2~3mm 좌우의 압축치밀층의 치밀정도가 아주 선명하며, 계속 안으로는 원래 목재의 균일한 구조를 유지하였다.
그림3과 그림4는 각기 소재와 최종제품의 두께방향에서의 밀도분도이며, 매개 실험은 3개 샘플이 있고, 표면을 압축한 다음의 제품 표면에서 안으로 2~3mm의 밀도가 선명하게 증가된 것을 발견할 수 있다.

실시예1: 일종의 남부산 소나무 목재마루의 제조방법이다. 속성수종 목재인 남부산 소나무 원목을 소재로 선택하고, 제재 방법을 통해 대량의 동일규격 재목으로 제재하며, 후기의 건조, 가열압축, 열처리과정의 편의를 위해 목재를 잘 쌓아올린 다음 목재더미 꼭대기에 무거운 물체를 놓고, 지게차로 잘 쌓은 목재더미를 증기가열 건조로중에 방치하여 건조시켜 수분을 8~12%좌우로 제어한다. WEINIG 사면평삭밀링머신(모델:U23EL) 으로 건조한 다음의 재목 표면을 평삭한다. 하나의 평삭한 표면을 실제 압축 대기표면으로 선택하고, 서술한 평삭면과 목재의 섬유방향이 평행되게 한다. 평삭후 얻은 두께가 25mm인 목재를 3층 가열압축기에 넣고, 서술한 가열압축기의 목재 압축 대기면과 상대한 가열압축판의 온도는 140℃이며, 가열압축기의 목재 비압축면과 상대한 압축판과의 온도차는 100℃보다 커야 한다. 가열압축판의 압축속도는 4mm/s로 제어하고, 가열압축기 중의 목재 두께가 21mm로 되게 압축하며, 압축시 가열압축기의 압력은 약 25Mpa이다. 압축을 완성한 다음 두 압축판 사이의 온도차를 감소시키거나 혹은 두 온도를 같게 하며, 압력 및 온도는 30분간 유지하고, 끝난 다음 천천히 압력을 취소하며, 얻은 목재를 실내에 방치하여 자연 냉각시킨다. 냉각후의 목재는 탄화로중에 넣으며, 서술한 탄화로는 과열수증기가 충만된 조건의 고온용기이다. 먼저 온도를 135℃로 올린 조건하에서 예비탄화 열처리를 4시간 진행하고, 그다음 탄화의 가열매질인 고온 과열수증기의 온도를 170℃로 높이고 목재에 대해 3시간 탄화한다.

고압 가압도색기술을 채용하며, 저점도 UV수지가 1Mpa의 압력하에 눌리워서 압축치밀층으로 0.1mm좌우 침투되게 하며, UV 응고화를 거쳐 압축치밀층을 재차 강화시킨다. 이런 수지강화층은 또한 압축치밀층과 외계의 수분교환을 격리시키는 작용을 하기에, 압축치밀층을 재차 응고화 시키며, 목재의 안정성을 제고시킨다.

목재의 함수율 조절은 이렇게 진행할 수 있다. 목재를 습기조절제어실에 3~5일간 방치한 다음 꺼내며, 서술한 습기조절제어실의 상대습도는 90%좌우이고, 온도는 50%좌우 이다. 꺼낸 다음, 목재의 함수율은 8~12%좌우이다. 수분조절을 끝마친 목재를 한동안 그냥 방치해 놓은 다음, 그에 대해 은촉흠, 표면연마, 표면도식 등 절차를 거치면 원목마루를 얻을 수 있다. 상기 목재마루의 압축된 표면에서 안으로 2mm되는 두께부분의 경도는 선명하게 증가된다.

목재마루는 탄화처리를 거친 후, 그 표면이 황색을 띠며, 색갈이 균일하고 일치하며, 그 흡습능력이 선명하게 낮아지고, 사용시 그 평형함수율은 8~12%로 안정된다. 압축치밀층의 페인트 필름 경도는 2H~6H이다.

실시예2: 일종의 백양나무 속성수종 목재마루의 제조방법 이다. 속성수종 목재인 백양나무 원목을 소재로 선택하고, 제재 방법을 통해 대량의 동일규격 재목으로 제재하여, 후기의 건조와 처리과정의 사용에 편리하게 한다. 제재한 다음의 백양나무 목재는 덩어리 모양이며, 그 목재를 잘 쌓아올린 다음, 목재더미 꼭대기에 무거운 물체를 놓고, 지게차로 잘 쌓은 목재더미를 증기가열 건조로 중에 방치하여 건조시켜 그 수분을 6~7%좌우로 제어한다. WEINIG 사면평삭밀링머신(모델:U23EL) 으로 건조한 다음의 재목 표면을 평삭한다. 하나의 평삭한 표면을 실제 압축 대기표면으로 선택하고, 서술한 평삭면과 목재의 섬유방향이 평행되게 한다. 평삭후 얻은 두께가 30mm인 목재를 3층 가열압축기에 넣고, 서술한 가열압축기의 목재 압축 대기면을 상대한 가열압축판의 온도는 200℃이며, 가열압축기의 목재 비압축면과 상대한 압축판과의 온도차는 130℃보다 커야 한다. 가열압축판의 압축속도는 0.6mm/s로 제어하고, 가열압축기중의 목재 두께가 24mm로 되게 압축하며, 가압시 가열압축기의 압력은 약 30Mpa이다. 가압을 완성한 다음 상하압축판의 온도를 같게 하고, 압력 및 온도는 120분간 유지하며, 끝난 다음 천천히 압력을 취소하고, 얻은 목재를 실내에 방치하여 자연 냉각시킨다. 냉각후의 목재는 가압탄화로 중에 넣고, 탄화로 중에서 먼저 예비탄화를 진행하며, 탄화로 중의 압력은 0.15~0.3Mpa이고, 135℃에서 3시간 예비탄화를 진행한다. 예비탄화가 끝난 다음 온도를 180℃로 높이고, 계속하여 3시간 탄화한 다음, 온도를 낮추고 습기를 조절하여 꺼낸다. 습기조절은 즉 목재의 함수율을 6~10%로 조절하는 것이다.

꺼낸 다음, 실내에 한동안 그냥 방치해 놓고, 다시 그에 대해 은촉흠, 표면연마, 표면도식 등 절차를 거치면 원목마루를 얻을 수 있다. 그림1은 본 실시예의 압축치밀층의 절단면 주사전자현미경 사진인 바, 볼수 있는 바와 같이, 그 섬유 간격 공간이 거의 전부가 압축되었기에, 그 경도가 높아, 여러가지 마루의 강도요구를 만족시킬수 있어서, 연목의 결함을 극복하였다. 마루 자연층의 섬유구조가 느슨하여, 비교적 좋은 흡음, 방진 작용을 일으킬 수 있으며, 발감각이 좋은 연목의 우점을 발휘하였다.

서술한 표면도식은 고압 가압도색기술을 채용하며, 저점도 UV수지가 0.5Mpa의 압력하에 눌리워서 압축치밀층으로 0.15mm좌우 침투되게 하며, UV 응고화를 거쳐 압축치밀층을 재차 강화시킨다. 이런 수지강화층은 또한 압축치밀층과 외계의 수분교환을 격리시키는 작용을 하기에, 압축치밀층을 재차 응고화 시키며, 목재의 안정성을 제고시킨다.

상술한 목재마루의 압축된 표면에서 안으로 2.5mm되는 두께부분의 경도가 선명하게 증가되었으며, 압축치밀층의 섬유 간격 공간이 거의 전부가 압축되었기에, 그 경도가 높아, 여러가지 마루의 강도 요구를 만족시킬수 있어서, 연목의 결함을 극복하였다. 마루 자연층의 섬유구조가 느슨하여, 비교적 좋은 흡음, 방진 작용을 일으킬 수 있으며, 발감각이 좋은 연목의 우점을 발휘하였다. 압축치밀층의 페인트 필름 경도는 2H~6H이다.

실시예3~5: 실시예1과 부동한 부분은 모두 아래표에 열거하였다.

Claims (11)

1. 일종의 표면강화 원목 성형재에 관련되며, 그 특징은 일종의 표면강화 원목 성형재는 압축치밀층과 이와 섬유로 연결된 자연층을 포함하며, 그 전체 밀도는 350~750kg/m³이고, 함수율은 5~12%이며, 그 내부식 등급은 II급 이상에 달하며, 중량손실≤24%이다.
2. 청구항1에서 서술한 일종의 표면강화 원목 성형재에 있어서, 그 특징은 압축치밀층의 두께는 0.6~4mm 이고, 압축치밀층 밀도는 자연층 밀도의 1.3~3배이다.
3. 청구항1혹은 2에서 서술한 일종의 표면강화 원목 성형재에 있어서, 그 특징은 원목 성형재가 백양나무이고, 그 전체 밀도는380~550kg/m³이며, 함수율은 6~12%이고, 압축치밀층의 두께는 0.6~4mm이다.
4. 청구항1혹은 2에서 서술한 일종의 표면강화 원목 성형재에 있어서, 그 특징은 원목 성형재는 남부산 소나무이고, 그 전체 밀도는 500~720kg/m³이며, 함수율은 5~11%이고, 압축치밀층의 두께는 0.6~3mm이다.
5. 청구항1혹은 2에서 서술한 일종의 표면강화 원목 성형재에 있어서, 그 특징은 원목 성형재는 레드파인이고, 그 전체 밀도는480~680kg/m³이며, 함수율은 5~10%이고, 압축치밀층의 두께는 0.6~2.5mm이다.
6. 청구항1~5에서 서술한 일종의 표면강화 원목 성형재의 제조방법에 있어서, 그 특징은 아래 절차에 의해 제조된다는 것이다.
   (1) 건조절차: 기건밀도가 700Kg/m³보다 작은 목재를 함수율이 5~12%로 되게 건조한다.
   (2) 압축절차: 건조한 목재는 표면압축 절차를 거친다.
   (3) 탄화절차: 목재는 탄화 절차를 거친다.
7. 청구항6에서 서술한 일종의 표면강화 원목 성형재의 제조방법에 있어서, 그 특징은 서술한 압축절차는 가열압축기를 채용하여 압축을 진행하고, 가열압축기의 상하 압축판은 온도차를 형성하여 목재 표층의 온도를 상승시켜 연화되게 하며, 가열압축기의 압력을 25~50Mpa로 제어하는 것을 통해 목재 표층의 1~5mm부분이 압축되게 하고, 압축한 다음 상하 압축판의 온도차를 감소시키며, 그다음 30~180min동안 온도 및 압력을 유지한다.
8. 청구항7에서 서술한 일종의 표면강화 원목 성형재의 제조방법에 있어서, 그 특징은 가열압축기 고온압축판의 온도는 140~200℃이고, 저온압축판의 온도는 고온압축판의 온도에 비해 100℃이상 낮다는 것이다.
9. 청구항6에서 서술한 일종의 표면강화 원목 성형재의 제조방법에 있어서, 그 특징은 서술한 탄화절차는 170~230℃의 조건하에서 목재에 대해 1~5시간 가열처리를 진행하는 것이다.
10. 청구항6에서 서술한 일종의 표면강화 원목 성형재의 제조방법에 있어서, 그 특징은 서술한 탄화절차 전에 하나의 예비탄화 절차를 포함하며, 구체적으로 목재를 125~150℃의 온도중에서 2~4시간 탄화하는 것이다.
11. 청구항6에서 서술한 일종의 표면강화 원목 성형재의 제조방법은 또 하나의 탄화절차 다음에 목재의 함수율을 5~12%로 조절하는 절차를 포함한다는 것이다.

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