섬유판이란? medium-density fiberboard (MDF)

섬유판이란? medium-density fiberboard (MDF)

 

A. 섬유판의 정의와 특징

 

섬유판의 정의
식물질 원료를 주원료로 하여 이것을 펄프화한 다음 인공적으로 초조하여 제조한 목질판상재료를 일컬음

삭편판과의 차이점은 목재의 삭편을 원료로 하는 것이 아니라 더욱 분해된 형태인 섬유 즉 펄프를 이용한다는 점에 있음

섬유판의 특징
이방성이 작은 판상재료
즉 폭과 길이 방향간의 수축 또는 팽윤율에 차이가 거의 없으며 강도차는 10% 이내 
동일한 재질의 재료를 대량생산할 수가 있음 
곡면으로의 절삭가공이 용이하며 도장효과가 좋음 
연질섬유판의 경우 특히 보온성 및 흡음성이 우수 
삭편판보다 원료 선택의 폭이 넓은 편으로 제지용으로는 부적절한 나왕과 같은 원료재를 이용할 수가 있으며 수율은 95% 이상으로 매우 높음 
삭편판에 비해 매우 평활한 표면을 지니고 있어 단판 등의 적층이나 인쇄가 용이 
곡가공이 용이

 

B. 섬유판의 종류

 

* 비중에 따른 분류

연질섬유판
비중이 0.40 이하인 섬유판 즉 insulation board를 일컫는데 천장널, 차음판 등으로 쓰임
가) Semi-rigid 연질섬유판 : 비중이 0.02∼0.15인 연질섬유판
나) Rigid 연질섬유판 : 비중이 0.15∼0.40인 연질섬유판
중밀도섬유판(반경질섬유판)
비중이 0.40∼0.80인 섬유판 즉 medium-density fiberboard (MDF)를 일컫는데 소재, 합판, 삭편판의 대용으로 가구산업에 주로 쓰임
경질섬유판
비중이 0.80∼1.20인 섬유판 즉 hardboard를 일컫는데 가구나 비품, 캐비닛, 차량 내장재, 주택용 비늘판, 콘크리트 형틀 등으로 쓰임
초경질섬유판
비중이 1.20∼1.45인 섬유판 즉 high-density fiberboard를 일컫는데 그 용 도는 경질섬유판과 유사

* 보드의 구성에 따른 분류

S-2-S 보드
건식법에 의해 제조된 것으로 양면이 평활한 섬유판
S-1-S 보드
습식법 및 반건식법에 의해 제조된 것으로 한면만 평활하고 다른 면에 그 물 모양의 무늬가 새겨져 있는 섬유판

* 초조법에 따른 분류

건식섬유판
건조된 섬유를 공기를 분산매체로 하여 초조한 것으로써 mat의 함수율이 10% 이하인 조건에서 압체, 성형한 S-2-S 보드를 일컬음
반건식섬유판
해섬후 섬유를 건조하지 않은 상태에서 그대로 초조한 것으로써 mat의 함수율이 25% 정도인 조건에서 압체, 성형한 S-1-S 보드를 일컬음
습식섬유판
펄프 농도 0.5∼2% 정도인 현탁액을 물을 분산매체로 하여 초조한 것으 로써 차후의 탈수과정을 거쳐 mat의 함수율을 50∼70% 조정한 다음 압체, 성형한 S-1-S 보드를 일컬음

* 기름함침 처리에 따른 분류

Standard board
열압 공정후 섬유판에 건성유 처리를 하지 않은 섬유판을 일컬음
Tempered board
열압 공정후의 섬유판에 건성유를 함침시킨 다음 열처리를 하여 강도나 내수성을 증가시킨 섬유판을 일컬음
Oil-treated board
초조된 습식 mat에 건성유를 살포한 다음 열압으로 제조한 섬유판을 일컫는데 열압시 수분과 함께 기름의 일부가 유출되므로 tempered board보다 강도 및 내수성 면에서 열등

 

C. 섬유판의 제조공정

 

섬유판의 제조법에는 건조된 섬유를 공기를 분산매체로 하여 초조, 성형하는 건식법과 펄프 현탁액을 물을 분산매체로 하여 초조, 성형하는 습식법이 있다.

 

1. 원료
섬유판의 원료로는 목재가 가장 많이 이용되며 저비중의 목재가 더 바람직한데, 그 것은 압체시 세포벽이 얇기 때문에 섬유의 찌그러짐이 쉽게 발생하므로써 섬유간의 접촉 면적이 커지고 결국 섬유간의 강한 결합이 가능하기 때문이다.

섬유판의 원료로는 목재가 가장 많이 이용되고 있다.
합판 공장으로부터 배출되는 박심(剝心)이나 폐잔재 및 삼나무, 편백, 소나무, 너도밤나무, 피나무 등 침·활엽수재에 관계없이 가격만 저렴한 목재라면 어떠한 것이라도 모두 원료로 이용할 수가 있다.
압체시 세포벽이 얇기 때문에 섬유의 찌그러짐이 쉽게 발생하므로써 섬유간의 접촉 면적이 커지고 결국 섬유간의 강한 결합이 가능한 저비중의 목재가 더 바람직한데 고비중의 목재는 열압시 압축율이 낮아 섬유간의 밀접한 접촉을 기대하기 어려우므로 적당한 원료가 되지 못한다.

 

2. 조목
섬유판용 펄프는 대개 목재 chip으로부터 생산되기 때문에 먼저 원목을 chip 절삭기인 chipper를 이용하여 chip의 형상으로 절삭하여야 한다.
Chip에 수피가 15∼20% 정도 혼입되어 있어도 섬유판의 강도상 큰 문제점이 되지 않으나 담색의 섬유판 제조와 같이 특정 제품을 목적으로 하는 경우에는 수피가 얼룩 반점으로 나타날 수 있기 때문에 완전히 박피를 한 다음 chip을 제조하는 것이 바람직하다.
그러나 미송(Douglas-fir)이나 폰데로사소나무(ponderosa pine)의 수피에는 wax 성분이 존재하므로 size제로써의 역할을 나타내게 되어 흡수율 개선에 도움이 되며 또한 wattle(Acacia sp.)이나 quebracho(Schinopsis sp.)의 수피에는 다량의 tannin이 함유되어 있어 접착에 도움이 된다.
Chip의 크기는 길이 2.5 cm x 폭 2.5 cm x 두께 1.0 cm가 표준인데 표준 치수보다 크기가 큰 것은 일정한 크기에 이를 때까지 다시 파쇄하고 표준 치수보다 크기가 작은 것은 체(screen)로 쳐서 제거한다.
Chip의 크기가 작아지게 되면 섬유판의 강도나 내수성이 저하되므로 지나치게 작은 size의 chip에서 해섬한 pulp로 섬유판을 제조하는 경우에는 강도증강제나 내수제의 첨가율을 높일 필요가 있다.
따라서 미세한 chip이나 톱밥은 규정된 크기의 chip에 5∼10% 정도 혼입하여 이용하는데 이 경우 섬유판의 강도나 내수성에는 큰 문제가 없는 것으로 알려져 있다.
Chip의 함수율은 해섬하기에 적당한 40∼60% 수준이 가장 바람직하며 함수율 35% 이하인 경우에는 해섬되지 않은 chip의 작은 파편인 shive(whitewood)가 섬유판에 나타날 위험성이 커진다.

 

3. 해섬(解纖, pulping)
섬유판용 펄프는 가격 면에서 고려해 볼 때 고수율 펄프일수록 좋다. 고수율 펄프에는 접착 성분으로써 유효한 hemicellulose나 lignin이 다량 함유되어 있다.
또한 섬유판용 펄프는 두꺼운 sheet상으로 초조되기 때문에 물빠짐 즉 여수성(濾水性, freeness)이 우수한 펄프이어야 한다.
Chip을 약품으로 전처리한 다음 해섬한 펄프인 화학쇄목펄프(CGP, chemi-ground pulp)나 반화학펄프(SCP, semi-chemical pulp)가 이용되는 경우도 있지만 고수율의 펄프를 얻기 위하여 약품을 사용하지 않고 해섬하는 것이 보통이다.
해섬에는 disc refiner가 가장 많이 이용되고 있지만 쇄목기나 폭쇄기 등이 이용되는 경우도 있다.

* Disc refiner법
Asplund법이라고 불려지는 방법이 대표적인 것으로 해섬장치는 급재장치, 예열기, 해섬기 및 펄프 배출창치의 4 부분으로 구성되어 있다.
Chip은 7∼13 기압의 포화증기에 의해 170∼190℃의 고온에서 수십초간 전처리된 다음 그 압력과 온도가 그대로 유지된 상태에서 회전하는 2매의 원형 마쇄판(disc refiner) 사이 에 들어가 해섬된다.

* 폭쇄법
masonite gun을 이용해 해섬하는 방법으로 목재 chip 을 고압증기관(masonite gun)에 넣고 압력 42 kg/cm2의 증기로 약 1분간 증자한 다음 다시 증기압을 72 kg/cm2까지 상승시켜 5초간 처리하고 즉시 하부의 배출구 를 열어 chip을 대기중으로 폭발적으로 방출시킴에 따라 해섬이 이루어지는 방법이다.

* 쇄목펄프법
목재를 회전하는 쇄목석(碎木石, grindstone)에 마찰시켜 물을 뿌려 가면서 기계적으로 마쇄하는 방법이다.

4. Size제 첨가(sizing)
섬유판에서는 내수성 개선 및 강도 증강용으로 size제가 이용되고 있다. 섬유판의 내수성 size제로써 rosin, paraffin, tall oil 등이 사용되고 있는데 size제는 보통 건조 펄프에 대해 1∼2% 정도 첨가한다. 섬유 표면에 size제를 효과적으로 부착시키기 위하여는 황산알루미니움 등의 침착제와 함께 수중에 현탁되어 있는 pulp(pulp slurry)에 첨가하여야 한다.
보강용 size제로써는 석탄산수지, 요소수지 등의 합성수지계 접착제나 전분 등이 이용되고 있다.
건식인 경우 가장 간단하면서도 유효한 접착제 첨가 방법은 접착제를 chip과 함께 disk refiner 등의 해섬기에 주입하므로써 해섬과 동시에 접착제 도부를 유도하는 것인데 이외에도 삭편판의 경우와 마찬가지로 접착제 교반기에서 섬유를 강하게 교반하면서 접착제를 분무하는 방법과 열풍에 의해 건조되는 과정중에 있는 섬유에 분무하는 방법이 있다.
습식 경질섬유판의 경우 주결합원은 열가소성 물질인 lignin의 유동과 일부의 수소결합에 의한 것이지만 석탄산수지접착제를 mat의 전건무게에 대해 1∼2% 첨가하여 결합력을 개선하기도 한다. 한편 건식 경질섬유판은 mat의 전건무게에 대해 석탄산수지접착제를 2∼3% 그리고 중밀도섬유판은 요소수지접착제를 8∼12% 정도 첨가하여 일반적으로 제조한다.

<표> 섬유판의 결합력

공 정	주 결합원	부 결합원
습식 ........연질섬유판 ........S1S masonite(경질섬유판) ........S1S(경질섬유판) ........S2S(경질섬유판)	수소결합 lignin lignin lignin	전분, asphalt -- 석탄산수지, 건성유 열가소성수지, 건성유
건식 ........S2S(경질섬유판) ........중밀도섬유판	석탄산수지 요소수지	-- --

5. 초조(抄造, forming)
펄프로부터 두꺼운 sheet상의 mat를 초조하는 방법은 다량의 물을 이용하여 농도 0.5∼2%의 펄프 현탁액을 만든 다음 이를 탈수, 초조로 성형하는 습식법(wet forming)과 펄프를 건조기에서 함수율 6∼12 %로 건조한 다음 공기의 힘을 이용하여 초조로 성형하는 건식법(wet forming 또는 air felting)으로 크게 나눌 수 있다.

습식법에 이용되는 기계로는 환망식(環網式), 장망식(長網式) 연속초조기와 밑면에 금망(金網)이 쳐져 있는 상자에 펄프 현탁액을 유입시켜 초조하는 단속식이 있다. 환망식은 금망이 쳐져 있는 원통을 펄프 현탁액중에서 회전시키고 금망을 통해 원통 내부로 물을 흡인하므로써 금망 위에 펄프가 걸려 mat가 초조되는 방식이다. 장망식은 주행하는 무한궤도의 평면 금망 위에 펄프 현탁액을 흘려 보내 mat를 초조하는 방식이다.




건식법은 공기를 매체로 하여 건조된 펄프를 낙하 또는 흡인시켜 mat를 초조하는 방식으로 mat 함수율은 대략 6∼12% 정도를 나타낸다.
이 방법에 의할 경우 삭편판의 경우처럼 층상구조를 지니는 것으로도 초조가 가능하다.
이와 같은 섬유의 건조에 가장 많이 이용되는 건조기는 tube dryer로써 열풍에 섬유가 부유되어 이동되는 동안에 건조가 완료되는 형식인데 섬유 투입구 쪽의 온도를 260∼320℃, 섬유 배출구 쪽의 온도를 70∼80℃, 공기 속도 1,500 m/min,섬유에 대한 공기의 비율 0.06 m3/kg 조건을 적용하여 건조하게 된다.
320℃에서는 석탄산수지접착제의 경화에 약 8초가 소요되므로 접착제의 조기경화를 방지하기 위하여 건조시간을 약 5초 이내로 제한해야 한다.

 

6. 건조와 열압

* 건조
초조기에 의해 초조된 다음 일정 크기로 절단된 습식 mat는 연질섬유판을 제조하 기 위한 목적이나 또는 습식법에 의해 초조된 mat를 미리 건조한 다음 열압하여 S-2-S 섬유판을 제조하기 위한 목적으로 예비처리로써 건조를 하게 된다. 

 

* 열압
성형된 매트로부터 수분을 신속히 배출시키고, 섬유간 결합을 형성시키기 위해서는 열압기로 열압을 하는 데, 습식 열압의 일반적인 방법은 3단계 열압법이다. 열압 시에 함유되어 있는 물이 제거되도록 아래 쪽에 금망을 부착시키므로 보드 한 쪽에는 금망의 자국이 남게 된다.
경질 섬유판의 경우에는 열압 온도는 180∼200℃, 한 사이클에 걸리는 시간은 두께 3.2mm인 경질 섬유판의 경우 5∼8분이다.

건식 성형된 매트의 경우에는 수분을 제거시키는 과정이 불필요하므로 2단 열압법이 일반적으로 사용된다. 1단 가압은 압력 60∼80kg/cm2에서 5∼12초간, 2단 가압은 압력 20∼40kg/cm2에서 1∼3분간 시행한다. 이 때, 열판의 온도는 180∼200℃이다.


7. 후처리
섬유판의 강도 및 내수성 향상을 위해 그리고 불균일한 흡습에 의한 뒤틀림을 방지하기 위하여 열처리, 기름함침처리 및 조습처리를 실시한다.

열처리
박판상의 중밀도섬유판과 습식법에 의해 제조된 경질섬유판에 주로 처리하는데 섬유판을 140∼180。C로 2∼5시간 가열하면 곡강도가 10∼20% 정도 향상되며 흡수율은 10 ∼30% 정도 저하된다.

기름함침처리
기름을 함침시킨 섬유판을 열처리하여 기름을 굳게 하면 가열처리만에 의 한 것보다도 한층 재질이 개선된다. 열처리와 마찬가지로 대개 박판상의 중밀도섬유판과 습식법에 의해 제조된 경질섬유판에 주로 처리하는데 사용하는 기름으로는 아마인유(亞麻仁油, linseed oil), tall oil 등이 있으나 최근에는 발화의 위험성이 없는 alkyd수지, 석탄산수지 등을 사용하고 있다.

조습처리
열압이나 기름함침처리후의 섬유판은 함수율 0%에 근접되어 있기 때문에 그 상태 그대로 사용하게 되는 경우 흡습으로 인해 길이나 두께 팽창이 일어나게 된다. 더욱이 불균일한 흡습에 의해서는 뒤틀림 등이 발생하게 된다. 이러한 결함을 방지하기 위 하여 열압이나 기름함침처리후의 섬유판을 조습실에 넣어 40∼60。C, 상대습도 90∼95% 조건하에서 6∼8시간 조습처리해 준다.

가공
섬유판은 그 용도에 따라 일정한 크기로 절단하거나 또는 천공 등의 가공을 행하기도 한다. 또한 방부, 방충, 내화 등의 처리, 표면 도장처리, 인쇄 등을 행하여 제품화하 는 경우도 있다.
건식법에 의해 제조된 중밀도섬유판은 대개 연삭으로 표면을 조정해 준다.

 

D. 섬유판 생산 업체별 규격 및 용도

 

동화기업(주)
규격 : 4×6ft, 4×7ft, 4×8ft (두께 3∼36mm)
용도 : 주택, 건축재료, 가구, 자동차, 선박, 전기제품, 포장재 등 산업용재 및 부드러운 표면의 특성을 이용한 가정용, 수리용, 문구용, 잡화용, 일반가구용소재, 부엌용 가구, 오디오 제품, 인테리어용품, 실내장식재 등
성창기업(주)
규격 : 3×7ft, 3×8ft, 4×7ft, 4×8ft (두께 2.5∼30mm)
용도 : 장롱, 화장대, 문갑, 싱크대, 문, 건축내장재, 자동차내장재, Laminate 소재 등
(주)유니드
규격 : 4×4∼16ft, 3×5∼8ft (두께 2.5∼30mm)
용도 : 옷장, 침대, 책상, 서류함, 싱크대, 식탁, 마루판, 문, 천정재, 벽체, 전자제품, 시계, 거울, 화장대, 문갑, 장난감 등의 목재부분
한솔포렘(주)
규격 : 두께 3∼25mm(아산공장), 4.5∼35mm(익산공장)
용도 : 일반가구, 사무용 가구