집성재의 제조공정

집성재의 제조공정

 

집성재의 목재

 

구조용집성재 제조에 쓰이는 수종은 침엽수와 활엽수재별로 비중의 대소에 따라 구분할 수 있는데 접착내구성 관점에서 볼 때 비중, 강도, 수축 및 팽윤율에 극단적인 차이가 있는 수종의 혼용은 피하는 것이 바람직하다.
조작용집성재의 내부 심판(core)용으로는 건조가 용이하고 뒤틀림이 적은 수종의 목재가 적당한데 미국삼나무, 미국솔송나무, 가문비나무, 북양젓나무 등의 저가격재를 주로 이용한다. 한편 화장판으로는 삼나무, 편백이 일반적으로 쓰이고 있다. 

 

집성재의 제조

 

1. Lamina(挽板)의 제조 
Lamina의 치수 
통직집성재용 lamina의 두께는 보통 1∼5 cm가 적당하며 만곡집성재용 lamina의 두께는 최소 안전곡률반경의 0.02배 이하인 것이 바람직하다.
Lamina의 폭과 길이에는 특별한 제약이 없으며 집성재의 내부 심판용으로는 폭 2 cm, 길이 30 cm 정도의 것까지 그 대상이 되고 있다.  
    
Lamina의 함수율과 목리 
실외용집성재인 경우 함수율 12∼15%, 실내용집성재인 경우 함수율 8∼12% 정도가 적절하며 인접 lamina 간의 함수율 차이는 3% 이내, 모든 lamina간의 함수율 차이는 5% 이내 그리고 lamina 내부의 함수율은 균일해야 한다.
함수율의 변화에 따른 lamina의 폭방향 수축은 정목판보다 판목판에서 더 심하게 발생한다. 따라서 습도의 변화가 심한 곳에 사용하게 되는 집성재 의 제조시에는 lamina를 정목과 판목으로 분류하여 집성하는 것이 바람직하다.  
    
Lamina의 가공  
* 초벌깎기(荒削) 
lamina는 기계대패로 초벌깎기를 통해 제재시에 생긴 거칠음, 재면의 凹 凸, 건조에 의한 뒤틀림 등을 제거해 주므로써 차후의 가공공정이 원활하게 이루어질 수 가 있다.  
   
* 결점의 제거 및 보수
  옹이, 할렬, 부후 등과 같은 결점을 patching machine으로 제거하고 크기와 형상이 동일한 다른 건전한 목편으로 매목, 보수한다.  
   
* 소형 lamina의 접합 
lamina로부터 목적하는 크기의 부재(部材)를 제조하기 위하여는 lamina를 폭방향 및 길이방향으로 접합해 주어야 한다. 폭방향의 접합을 측면접합(edge joint) 그리고 길이방향의 접합을 길이접합(end joint)이라고 부른다.
- 측면접합법
가) plain joint : 수동기계대패로 절삭한 평면을 접착하는 방법으로써 작업이 간단하고 절삭에 의한 수율의 저하가 작기 때문에 널리 이용
나) tongue and groove joint : 암수 凹凸을 측면에 만들어 그리고 splined joint는 별도의 매 목을 삽입하여 접합
다) dovetail joint : 측면접합을 보다 강하게 만들기 위하여 이용되는 데 강한 접합을 위하여는 가공 정밀도가 요구되기 때문에 큰 접착력이 요구되지 않는 측면 접합 에서는 그리 널리 이용되지 않음

- 길이접합법
가) butt joint : 소재에 대한 10% 이상의 인장강도 유효율을 나타내기 곤란하기 때문에 강도를 필요로 하지 않는 주로 집성화장재의 내부 심판용으로 이용
나) scarf joint : 길이접합법 가운데 인장강도 유효율이 가 장 높은 것으로써 소재의 90% 정도까지 유효율을 나타낼 수 있으나 수율이 가장 낮음
다) finger joint : scarf joint 다음으로 인장강도 유효율이 높은 것으로써 소재의 60∼80% 정도 유효율을 나타낼 수 있으며 가공시 목재의 손실도 비교적 작기 때문에 가장 널리 이용  
   
부재의 마무리 절삭 
집성, 접착의 순서로 볼 때 lamina를 폭 및 길이방향으로 접합하여 부재를 제조하고 이 부재의 피접착면을 마무리 절삭하므로써 두께방향으로 적층, 접착하는 것이 표준적인 방법이다. 피접착면의 마무리 절삭에는 1면 또는 2면 자동기계대패가 대개 이용된다.   

 

2. Lamina 또는 부재(部材)의 조합
Lamina 또는 부재의 조합은 제품의 성능이나 경제성을 고려하여 실시한다. 예를 들면 강도를 필요로 하는 부분에는 결점이 없는 강한 lamina를 배치하는데 일반적으로 외층에 강도적 성질이 우수한 lamina를 사용한다. 또한 내층에는 저품질의 lamina를 배치하거나 I형 단면과 같이 중위축에 가까운 부분에는 재료를 적게 사용하던가 또는 역학적 요구에 따라 각 단면의 크기를 변화시키는 등 재료의 절약, 무게의 경감, 제조비의 절감 등을 고려한 단면 설계가 필요하다.
이 외에도 만곡집성재인 경우 lamina를 손상없이 만곡시킬 수 있는 만곡한계를 파악하는 일이 필요하다.
또 조작용집성재는 외관이 무엇보다도 중요시 되고 있기 때문에 표면에 아름다운 목재가 배치되도록 충분한 주의를 기울여야 한다 

 

3. Lamina의 집성, 접착 
접착제 
집성재는 열압기를 이용해 고온으로 가열하여 제조할 수 없기 때문에 특수한 경우를 제외하고는 중간온도(40∼60。C) 및 상온 경화형의 접착제를 사용하는데 대개 구조용집 성재에는 강도적으로 우수한 리소시놀수지접착제가 그리고 조작용집성재에는 무색투명하게 고화되는 초산비닐수지에멀젼접착제가 사용된다.  
접착 조작 
lamina 또는 부재의 집성, 접착은 접착제의 조합, 도부, 퇴적, 압체, 경화의 순서로 진행된다.
접착제의 조합은 소형 접착제 혼합기를 이용한다. 충분한 접착성능을 얻기 위하여는 적정한 양의 접착제를 roller spreader나 extruder applicator를 이용해 균등하게 도부해 주어야만 한다. 도부량은 접착제나 수종에 따라 차이가 있으나 가벼운 다공질의 목재일수록 많은 도부량이 필요하다. 합성수지계 접착제인 경우 한면당 150∼250 g/m2 의 도부량 그리고 카제인접착제인 경우 한면당 200∼300 g/m2의 도부량을 적용한다.
접착제를 양면에 도부하여 퇴적시킨 적층물은 측압 clamp를 걸어 옆으로 미끄러지지 않도록 한 다음 수직의 압력을 가하여 압체하게 된다. 최적 압체압력은 오동나무 등과 같이 비중이 작은 목재인 경우 5 kg/cm2 전후로 낮게 그리고 붉가시나무 등과 같이 비중이 큰 목재인 경우 20 kg/cm2 전후로 높게 적용한다

 

4. 마무리 가공  
접착이 완료된 집성재는 3일 이상 실내에 방치하여 양생(養生)시킨 다음 lamina 상호간의 돌출부나 제품의 표면으로 흘러 나와 굳어 있는 접착제로 인해 생긴 凹凸을 제거해 준다.
집성재는 습기의 출입을 적게 하는 것이 바람직하므로 방수도장을 해주는 경우도 있으며 또는 방수지나 비닐, 폴리에틸렌 등으로 포장한 다음 그 위에 포장용 골판지나 거적을 감싸 출하하는 경우가 많다. 

 

5. 화장단판의 절삭과 접착 
마무리 가공된 집성재의 표면에 접착제를 도부하고 두께 0.6∼1.5 mm 정도의 화장단판을 적층한 다음 열압기에서 열압한다.