목재의 밀도와 비중

목재의 밀도와 비중

 

목재의 밀도는 어떤 함수율 조건에 있어서의 목재 부피에 대한 무게 비율로 정의되기 때문에 임의의 함수율일 때의 "목재 밀도 = 임의의 함수율일 때의 수분을 포함하는 목재의 무게/임의의 함수율일 때의 목재 부피"로 표시된다.따라서 섬유포화점 이하에서는 수분(결합수)이 많아짐에 따라 부피보다는 무게가 더 크게 증가하기 때문에 전건상태에서 섬유포화점에 이를 때까지 밀도는 점차 커지게 되며 섬유포화점 이상부터는 수분(자유수)의 증가에 따라 목재는 무거워지나 팽창이 더 이상 일어나지 않기 때문에 밀도가 더욱 커지게 된다.

목재의 비중은 어떤 함수율 조건에 있어서 목재의 부피와 동일한 양의 물이 나타내는 무게에 대한 목재의 전건무게 비율로 정의되기 때문에 임의의 함수율일 때의 "목재 비중 = (목재의 전건무게/임의의 함수율일 때의 목재 부피)/(순수한 물의 밀도)"로 표시된다.
여기에서 순수한 물의 밀도는 1.0 g/cm³이므로 "목재 비중 = 목재의 전건무게/임의의 함수율일 때의 목재 부피"로 간단히 표시할 수가 있다.
따라서 섬유포화점 이하에서는 수분(결합수)이 많아짐에 따라 팽창이 일어나기 때문에 전건상태에서 섬유포화점에 이를 때까지 비중은 점차 작아지게 되나 섬유포화점 이상부터는 수분(자유수) 증가에 따른 팽창이 더 이상 일어나지 않기 때문에 비중은 가장작으면서도 일정해지게 되는데 섬유포화점 이상에서 나타내는 이러한 일정한 비중을 기본비중이라고 부르고 있다.
결국 기본비중은 생재상태의 목재 비중을 나타내기 때문에 생재비중과 동일한 의미를 지니게 된다.

전건재(全乾材)의 비중은 목재의 공극율에 따라 달라지게 된다.
즉, 목재 가운데 공극을 제외한 실질(實質)만의 비중인 진비중은 1.50 정도인데 이 값은 침엽수재나 활엽수재별 또는 수종에 따라 좌우되지 않고 일정하므로 수분이 존재하지 않는 전건재의 경우 공극율에 의해 비중이 달라지게 되는 것이다.

한편 전건재가 아닌 경우, 즉 벌채 직후의 생재 또는 이용시에 공기중의 수분과 평형상태에 도달하게 되는 이른바 기건재 등의 경우에는 공극율과 수분의 양에 따라 비중이 달라지게 된다.
전건비중과 공극율의 비율은 다음 표 1과 같다.

표 1. 전건비중과 공극율

수종	공극율(%)	전건비중
발사(Balsa)	93	0.10
사할린젓나무(Saghalin fir)	75	0.38
너도밤나무(Beech)	66	0.51
물참나무(Japanese oak)	55	0.68
유창목(癒瘡木, Lignumvitae)	18	1.23

또한 용적밀도수라는 용어가 사용되고 있는데 이 용어는 전건무게를 생재의 재적으로 나눈 값, 즉 기본비중(생재비중)에 1000을 곱하여 준 것인데 사할린 젓나무의 용적밀도수는 평균 329 정도가 된다.

침엽수재 및 활엽수재 가운데 환공재의 비중은 연륜폭에 영향을 받게 된다. 그것은 연륜 가운데 비중이 큰 추재가 차지하는 비율인 추재율이 달라지기 때문이다(표 2).

 

표 2. 목재의 춘, 추재별 전건비중

수종		춘재	추재	추재/춘재
침엽수재	소나무 삼나무 미송	0.31 0.27 0.38	0.71 0.71 0.95	2.3 2.6 2.5
활엽수재	졸참나무 너도밤나무 피나무	0.38 0.54 0.38	0.94 0.83 0.51	2.4 1.5 1.3

비중은 함유수분의 종류에 따라 생재비중(= 기본비중), 기건비중 그리고 전건비중으로 구분된다.
생재비중(S_g)은 목재의 전건무게(W_o)를 생재부피(V_g), 즉 세포벽 내부가 완전히 결합수로 포화되어 있으며 아울러 세포내강 등의 빈 공간에도 액상의 자유수가 일부 존재할 때의 목재 부피로 나누어 준 것, 기건비중(S_a)은 목재의 전건무게(W_o)를 기건부피(V_a), 즉 함수율 12%(구미) 또는 15%(우리나라)일 때의 목재 부피로 나누어 준 것 그리고 전건비중(S_o)은 목재의 전건무게(W_o)를 전건부피(V_o)로 나누어 준 것을 의미한다.
따라서 목재의 비중은 전건비중이 가장 크며 그 다음으로 기건비중이 크며 생재비중이 가장 작다.

연륜폭의 크기에 관계 없이 침엽수재의 경우에는 세포벽이 두꺼운 가도관으로 이루어져 있어 실질의 밀도가 높은 추재가 일정한 폭을 유지하는 경향을 보이는 반면 활엽수재 가운데 환공재의 경우에는 직경이 큰 도관요소가 모여 있어 실질의 밀도가 낮은 춘재가 일정한 폭을 유지하는 경향을 보인다.
이러한 이유로 인하여 침엽수에서는 연륜폭이 커질수록 추재율이 작아지게 되며 반대로 활엽수재 가운데 환공재에서는 연륜폭이 커질수록 추재율이 커지게 된다.
따라서 침엽수재에서는 연륜폭이 커질수록 비중이 낮아지게 되지만 환공재에서는 연륜폭이 커질수록 오히려 비중이 커지게 되는 것이다.
한편 활엽수재 가운데 산공재인 경우 직경이 비슷한 도관요소가 연륜 전역에 걸쳐 균등하게 분포되어 있는 특성을 지니기 때문에 연륜폭의 크기에 따른 비중의 차이를 거의 나타내지 못하게 된다.