목재 및 목질재료 개요

목재 이용의 역사 개요 - 석기시대, 청동기시대, 철기시대 등은 있는데 목재시대는 없음. - 아마 인간이 태어난 곳이 숲이고 아득한 원시시대로부터 인간이 공존할 수 있는 먼 미래까지 목재는 우리와 늘 같이 있기 때문에 심리적으로 구별하지 않음. - 원시시대: 수목의 열매, 상처 치료용 약재, 집, 각종 도구 - 3,000년 전 이집트: 목재로 된 가구, 조각, 목관, 합판, 집성재, 종이 (파피루스) - 동양: 목재무기, 공구, 용구, 예술품, 종이 제조기법을 발명, 숯 (신라시대) - 중세기: 활, 대포차대, 목조건축, 악기제조, 선박 등 - 19세기: 목재구조 및 목재의 물리화학적 성질이 밝혀짐. - 오늘날 건축, 가구, 연료의 원료 등으로 사용

목재 이용의 일차 혁명은 톱 톱의 개발 - 구석기 시대 후기 (BC 50만 년전): 플린트 (부싯돌)제 톱이 인류 최초의 톱 - 고대 로마시대: 나무로 테를 짜고 띠 모양의 톱날을 붙힌 큰톱 형식의 톱을 사용하기 시작 했으며, 이것은 한국 고유의 탕개톱과 유사, 손대패도 로마인이 발명 - 13세기: 수차동력을 이용한 톱수차에 대한 기록 - 산업혁명 이후: 대형 목공기계톱, 원형톱 (1777년 영국에서 특허), 띠톱 (1802년 영구에서 특허) - 1849년 이후: 오랜 사용에 견딜 수 있는 강철대가 사용

목재 이용의 일차 혁명은 톱

목재 자원과 경제성 경제성 - 세계 원목 소비량은 10억 톤으로 철과 강철의 연간 생산량과 동등한 양 - 1995년 1년 동안 미국에서 사용된 철, 콘크리트, 알루미늄 등을 모두 합친 부피보다 더 많음. - 용도는 제재품에서 목질판상제품, 집성재, 목재복합체가 대체되고 있음.

목재 자원과 경제성 우리나라의 목재 수요량 및 목재 자급율 임산물 생산액 중 국산목재의 비율 (2002년) - 연 3천만 m3 - 1995년 5%, 2001년 5.8%, 2005년 8.6%로 매년 증가 - 2010년 9.6%, 2020년 12.9%, 2030년 22.3% 임산물 생산액 중 국산목재의 비율 (2002년) - 임산물 총생산액: 3조 166억 원 (GDP의 0.5%) - 순임목생장 9,423억 원 (31%), 조경재 6,292억 원(21%), 수실류 4,039억 원 (13%), 버섯 2,534억 원 (8%), 용재 1,282억 원 (4%), 산나물과 기타 6,596억 원 (23%)

목재 자원과 경제성 국산재 전망 - 국산재 가격은 수입재 가격에 의해 결정 - 수입재 가격은 산지 가격의 변동과 원유가격에 따라 결정 - 산지 가격은 약간의 변동이 있으나 약간씩 증가하고 있으며, 원유가격의 상승으로 운송비 부담이 커지고 있어 국내재의 상대적 경쟁력을 확보하고 있음. - 현재 값 싼 펄프재나 보드용으로 판매되고 있는데 부가가치를 높힌 용도 개발이 필요

우리나라의 목재산업 개요 - 펄프, 제지, 가구, 합판보드, 제재, 방부, 포장, 몰딩, 도어, 무늬목, 악기, 창호, 목조주택 산업으로 세분 - 목재산업 규모 (2000년 기준): 21조 6천억 원으로 펄프제지업이 62%를 차지 - 목조주택산업: 소득증대, 생활양식의 변화, 인체 및 환경 친화주거 형태의 관심 증가, 생태도시를 지향하는 도시 환경 개선 등으로 발전 추세

우리나라의 목재산업

우리나라의 목재산업 항 목 소요량 구성비(%) 수요 펄프용 제재용 합/단판용 보드용 갱 목 기 타 11,479천m3         항  목       소요량     구성비(%) 수요   펄프용   제재용   합/단판용   보드용   갱  목   기  타     11,479천m3      6,330천m3      3,432천m3      2,701천m3         47천m3      3,211천m3       42.2       23.3       12.7        9.8        0.2       11.8   합  계     27200천m3       100  공급  국내재      2,677천m3       9.8%  외  재     24,523천m3      90.2%

우리나라의 목재산업 목조주택산업의 전망 - 2005년 개정된 건축물 구조기준 * 내화성능: 1시간 내화성능 구조 허용 * 지붕높이 18m, 처마높이 15m로 완화 * 바닥면적은 3,000m2으로 동일하지만 스프링쿨러 설치하는 경우 바닥면적을 6,000m2까지 건축 가능 * 다층 다세대 목조 건축의 전제 조건이 되는 내화성능은 4층 또는 높이 20m 이하의 건축물에 대해서는 1시간 내화성능 구조 가능 * 다세대 목조건축, 공공주택, 상업용 건물, 실버타운, 종교건축, 박물관 등 적용성이 확대

목재산업의 비중과 전망 개요 - 우리나라 목재산업의 총산출액 (1995년): 16조 8,479억 원 (목재 및 나무가공제품: 3조 4,699억 원, 펄프 및 종이 9조 5,757억 원, 가구 3조 8,051억원) - 전체 산업 (814조 5,186억 원)의 2%, 전체 제조업 (400조 8,731억 원)의 4.2% - 농림수산업 (31조 9,415억 원)에 대비하여 52.7% - 2000년 21조 6천억 원, 2005년 28조원 - 소득증대와 친환경 삶에 대한 희구로 목재 사용이 지속적으로 성장할 것으로 예측

한국 목재산업의 특성 개요 - 세계의 주요한 목재 자원 수입국으로 향후 목재소비량이 더울 늘 것으로 전망 - 세계 목재 원료 및 제품 수급시장에서 일정 역할을 담당하고 있는 글로벌화의 영향력을 확보할 것으로 예측 - 산업구조의 합리화, 설비 자동화, 원료전환, 기술 고도화 등을 통하여 세계의 목질 페널 생산국으로 전환하는 과정에서 원료 확보라는 최대 과제를 해결

목재산업의 전망 개요 - 국민의 소득증대와 친환경 삶에 대한 희구로 목재사용이 지속적 성장 - 전통소재 산업 – 최종소비재 시장 – 유통사업 - 첨단산업과 웰빙 문화사업으로 자리 매김 - 가구산업은 중국산이나 베트남산 가구에 밀려 저가 생산시장이 계속적으로 붕괴되면서 유통산업이 점차 증가하고 고급 가구시장이 남을 것으로 전망 (디자인과 소재 개발요구) - 마루산업은 양적 질적으로 성장하는 시점에 놓여 있음. - 방부산업은 환경 개선을 위해 중요한 변화가 일어나고 수요 증가 예측 - 목조주택 시장의 성장 예측

우리나라의 목재산업

목재의 물리적 특성 목재의 비중 친수성 - 목재의 밀도에 대한 물의 밀도 (1g/cm3)의 비율 - 수종, 개체, 동일 수간 내 부위에 따라 비중의 변동이 있어 평균 비중을 이용 - 다른 재료에 비교하여 비중이 낮아 0.3~0.6 범위 내에 있는 가볍고 강도가 높은 재료 친수성 - 목재는 수산기 (-OH)를 갖고 있어 높은 흡습성을 보유 - 흡습과 방습을 통하여 실내의 습도를 조절하는 조습작용을 함. - 한 채의 목조주택을 위해 4.5톤의 목재가 필요한데, 1월과 7월의 목재의 함수율 차이를 5%로 가정하면 약 225kg의 물에 해당하는 실내습도를 목재가 흡습하였다가 건조하면 방출하면서 습도를 스스로 조절

목재의 물리적 특성

목재의 물리적 특성 치수변화 - 목재의 결점의 하나로 수분의 출입에 따라 현저하게 발생 - 치수 변화 정도 - 접선방향:방사방향:섬유방향 = 100:60:4 - 치수 변화에 의한 수축과 팽윤으로 목재의 뒤틀림 또는 할렬이 발생 - 따라서 치수 안정화 처리를 통하여 치수안정화 처리를 함.

목재의 물리적 특성 건조 온도 상승에 따른 치수변화 - 부후와 곤충의 피해를 일차적으로 막고 오랫동안 사용하기 위해 건조를 실시 - 잘 보관된 무덤 속의 목재는 2,700년이나 결과된 것도 있음. - 목재 사용시 부후균이나 곤충의 침입이 염려될 경우 보존 처리를 하여 사용 - 목재는 화학약품이나 독성 가스에 대한 저항성이 큼. 온도 상승에 따른 치수변화 - 열팽창은 다른 재료에 비해 매우 낮음. - 목재의 열팽창시 강도는 오히려 증가 - 목재는 다공성물질이기 때문에 열전도율이 낮고 단열성이나 보온성이 우수 - 저온 (-163°C)에서도 강도가 강함. - 고열을 받으면 타는 성질이 있어 내화처리 필요

목재의 물리적 특성 목재는 전기 절연체 악기용재, 흡음재화 - 잘 건조된 목재는 낮은 전기전도율로 우수한 절연체 (전신주) - 함수율의 증가에 따라 전도도가 증가하며, 섬유포화점까지 증가 - 상기 성질을 이용한 것이 저항식 수분측정기 악기용재, 흡음재화 - 향판재나 공명상자는 비중에 비해 탄성계수가 높고 내부마찰에 의한 진동감쇄가 적은 것을 사용 - 가문비나무, 오동나무 등이 대표적 수종 - 흡음율이 콘크리트나 대리석에 비해 우수하여 목재는 흡음판이나 인슈레이션보드를 제조하여 사용 - 비파괴실험: 목재를 파괴하지 않고 목재 내를 통과하는 음속을 측정하여 측정시간이 짧으면 강도가 감함.

목재의 물리적 특성 악기용재, 흡음재화 무늬와 결 - 딱다구리는 수목을 뚜들겨봐서 먹이도 찾고, 주거에 적합한 자리인지 판단 - 오래된 건물의 부후 상태 및 강도성능을 평가할 수 있는 방법 무늬와 결 - 무늬와 결에 따라 재면에 나타나는 아름다움은 자연스럽고 친밀감을 제공 - 열전도율이 낮아 피부로부터 목재로의 열의 이동이 적어 따듯한 촉감과 바닥재로 사용할 경우 피로도가 다른 재료에 비하여 크게 낮고 보행감이 우수 - 목재는 상온에서 90% 이상의 원적외선 방사율을 나타내 인체에 매우 유익

목재의 역학적 특성 구조재로서 사용되는 편리성 강도 - 절삭 가공성이 좋아 간단하게 여러 형태로 쉽게 가공할 수 있음. - 나사, 못, 철판과 볼트 또는 커넥터로 아주 경고하게 접합 가능 - 접착제를 이용하여 이종의 재료 간에도 쉽게 접착이 가능하여 여러가지 특성과 기능을 지니는 복합체를 제조 강도 - 목재의 종인장강도는 강철의 1/4~1/5, 압축강도는 콘크리트의 1.2~2.5배이나 소나무의 비중은 강철의 1/20, 콘크리트의 1/5 - 목재는 가벼우면서도 강도가 높으므로 동일 질량당 비강도는 강철보다 높으며 변형량도 적음.

목재의 역학적 특성

목재의 역학적 특성 에너지 흡수 매체 - 목재는 충격강도가 크고, 에너지 흡수매체로 강철보다 9배나 높아 충격하중을 받는 구조물에서 큰 이점을 보유 - 교량, 항공기 등의 동적 하중을 받는 구조물에서 우수한 진동감쇄특성 때문에 목재가 활용 - 진동이 심하고 계속해서 반복하중을 받는 곳에 목재는 강철보다 몇 배나 높은 피로강도를 가져 목재가 사용 점탄성 - 목재 책장 선반이 책무게로 오랜 시간이 지나면 선반이 휘어지는 것은 목재의 점탄성성질에서 기인하며, 변형이 시간에 비례하여 증가하는 크리프(creep)현상 - 다른 고분자 재료에 비해 적은 크리프양을 보임. - 크리프 과정에서 함수율이 변화하면 크리프양은 현저히 증가

목재의 역학적 특성 목재가 가벼우면서 강한 이유 - 목재는 세포로 구성되어 있으며, 세포는 내강의 안이 내용물은 없어지고 비어 있는 중공의 구조 - 죽은 세포로서 세포벽만으로 구성된 세포들이 수간의 길이방향으로 배열되어 있어 수많은 파이프 다발을 묶어 놓은 구조 - 동일 무게의 경우 봉보다는 파이프가 강한 것처럼 하니컴 구조로 되어 있어

목재의 구조와 특성의 관계 공극 구조와 비중 - 목재는 세포벽과 세포내강으로 구성되어 있고, 세포벽에는 벽공이나 공극 구조가 다수 존재 - 목재는 다공질물질이므로 목재 실질과 공극 부분으로 구성 - 목재 실질 비중은 수종에 따라 크게 차이가 없지만, 목재에 함유되어 있는 실질량은 수종에 따라 큰 차이가 있어 비중에 차이가 발생 - 공극의 존재는 수분의 존재상태, 수분 이동, 습윤 및 열전도율 등의 성질에 큰 영향

목재의 구조와 특성의 관계 세포벽의 구성성분 - 구성 성분 함량이 목재의 성질을 변동시키는 요인 - 목재의 50%를 차지하는 셀룰로오스가 중요한 역할을 담당 - 분자 형태, 응집상태, 친수성기 등