3, 합판의 제조공정

합판의 제조공정

 

A. 보통합판의 제조공정

 

일반적인 보통합판의 제조공정을 살펴 보면 아래와 같다.

                           

 

원목의 선별
합판용 원목이 지녀야 할 일반적인 성질

> 통직하고 직경이 큰 것으로써 원구(元口)와 말구 (末口) 직경 사이에 차이가 적을 것
> 정원에 가깝고 편심생장을 이루지 않을 것
> 절삭에 적절한 비중을 지닐 것
> 접착성이 양호할 것
> 옹이, 입피, 부후, 할렬 등의 결점이 작을 것
> 되도록이면 미관적 가치가 우수할 것
> 쉽게 대량구입할 수 있을 것

침엽수재의 경우 춘재와 추재 사이에 밀도 차이가 너무 크면 고품질의 단판 생산이 곤란하며 활엽수재의 경우 산공재가 적합하며 추재가 거의 발달되어 있지 않은 연륜폭이 좁은 환공재는 사용하기에 곤란하다. 또한 화장용 단판용으로는 아름다운 외관을 지니는 삼나무, 편백, 오동나무, 감나무, 느티나무, 티크(teak) 등 명목류(銘木類)를 이용할 수 있다.

원목의 자비(煮沸, boiling) 및 증자(蒸煮, steaming)
단판 절삭용의 원목이나 flitch(단판 절삭용으로 준비된 각재)의 전처리는 나왕이나 피나무 등과 같은 저비중 목재인 경우 실시할 필요가 없으나 일반적으로 절삭을 용이하게 하고 양질의 단판을 얻기 위한 목적으로 수조중에서 자비하거나 밀폐실내에서 증자처리를 하게 된다.
절삭 전에 이러한 전처리를 하게 되면 목질이 유연해지기 때문에 절삭에 소요되는 동력이 작아지고 절삭된 단판의 초기 함수율과 수분 분포가 균등해지기 때문에 단판 건조시 뒤틀림이나 할렬이 적어지며 원목에 묻어 있는 모래 등의 제거로 칼날의 손상이 방지될 뿐만이 아니라 해충이나 그 알의 사멸이나 동결재(凍結材)의 해빙, 추출물의 제거에 의한 단판의 건조시간 단축과 같은 효과를 얻을 수 있다.

절삭에 있어서 가장 적절한 조건이 될 수 있는 전처리 온도를 결정하기는 곤란하지만 활엽수재를 기준으로 하여 원목의 비중에 비례하여 처리온도를 높여 주는 것이 일반적인데 침엽수재인 경우 활엽수재와 동일한 비중 조건 아래에서는 비중이 높은 추재를 고려하여 기준보다 약간 높게 적용한다.
또한 교착목리(interlocked grain)를 지니거나 단단한 옹이를 지니는 활엽수재 역시 기준보다 약간 높게 적용하며 단판 두께 1.5 mm 이하로 절삭하는 경우에는 기준보다 약간 낮게 적용한다.
가열시간은 비중과 함수율 등에 의해서도 영향을 받게 되지만 원목의 직경 크기에 따라 크게 좌우된다.
예를 들면 비중 0.5, 직경 76 cm인 원목이 박심경(剝心徑) 15 cm의 내부까지 65oC에 도달하는데 대략 48 시간이 소요된다.
여기에다 기본비중(생재비중; 전건무게/생재부피)과 처리법에 따른 보정치를 곱해 주어 가열에 필요한 시간을 최종적으로 결정하면 된다.
즉 앞의 예에서 기본비중 0.5 의 목재를 증자처리하는 경우 보정치 0.9를 곱해 주면 약 43 시간이 되는데 이것이 바로 최종적인 소요가열시간이 된다.
한편 원목이 일정한 온도에 도달할 때까지 가능한 한 온도경사를 작게 하여 가열해 주는 것이 바람직한데 원목과의 온도 차이를 40∼50oC 이하로 하고 온도상승속도는 시간당 10∼15oC로 조절해 주는 것이 일반적이다.



단판의 절삭
단판의 절삭에는 원목이나 flitch를 회전 또는 원운동시켜 동심원적으로 절삭하는 방법과 flitch의 평면으로부터 평삭(平削)으로 절삭하는 방법이 있다.
전자에서는 rotary lathe 또는 half-round rotary lathe가 그리고 후자에서는 slicer 또는 톱이 이용되고 있다. 이러한 단판은 보통 1.6∼4.8 mm(1/16∼3/16 inch)의 두께로 절삭되어 합판 제조에 이용되지만 화장용 단판의 경우 0.8 mm(1/32 inch) 이하로 매우 얇게 절삭되어 합판이나 기타 재료의 표면 장식용으로 사용된다.

* Rotary(veneer) lathe
단판 절삭용 주력 기계로 단판 생산량의 90% 정도가 이 기계에 의해 절삭됨
원목을 양 주축 사이에 chuck으로 고정한 다음 회전시킴에 따라 포대(knife carriage)가 주축 1회전당 단판의 두께만큼 전진하므로써 연속적으로 판목의 무늬를 지니는 단판이 절삭됨
Nosebar는 원목을 절삭할 때 적당한 압력으로 눌러주어 이할(裏割, lathe check)이 발생하는 것을 방지하며 또한 원목이 칼날 쪽으로 당겨지는 경향을 억제하므로써 정확한 절삭이 이루어지도록 하는 중요한 기능을 지님.
Rotary lathe로 합판용 원목을 절삭하는 경우 무엇보다도 원목을 고정해 주는 chuck보다 직경이 더 커야 하는데 최근에는 소경목의 절삭에 적절한 spindless형이나 박심경(剝心徑) 5∼6 cm 정도까지 절삭 가능한 기계가 실용 화되어 있지만 일반적으로 박심경 10 cm 정도까지 절삭할 수 있음.



* Veneer slicer
절삭용 칼날이 이동하거나 절삭될 flitch가 이동하므로써 단판이 절삭되는 데 전적으로 판목무늬의 단판이 생산되는 rotary lathe와는 달리 정목이나 판목에 관계없이 아름다운 무늬를 지니는 단판을 생산할 수가 있으므로 화장용 단판의 절삭에 적합

* Half-round rotary lathe
반원형의 원목 또는 flitch를 특수한 lathe인 half-round rotary lathe의 chuck에 고정하고 원운동시켜 단속적으로 단판을 절삭하는 것
rotary lathe 와 slicer에 의해 생산되는 단판의 중간적 형태를 나타내는 화장용 단판의 절삭에 적합

* Veneer saw
두께 1 mm 이하의 톱을 이용하여 이할을 지니지 않는 단판을 생산할 수 가 있으나 비능률적이고 톱밥에 의한 손실이 많은 절삭법으로 현재 거의 이용되지 않음

단판의 재단과 건조
* 재단
Rotary lathe에 의해 절삭된 단판은 건조에 따른 수축률 6∼10%와 다른 공정에서 제거될 치수를 고려하여 합판의 완성 치수에 대해 약 15% 정도 여척을 두고 재단기(clipper)로 재단이 재단 공정에서 일차적인 결점 부분 제거

* 건조
60∼180。C의 열원을 이용해 건조하는데 보통 가열공기가 강제순환되는 건조기내에서 로울러(roller dryer) 또는 금망(band 또는 mesh-belt dryer) 등의 이송장치를 이용해 통과시켜 건조하거나 rotary lathe에서 절삭된 단판을 재단 공정 이전에 연속적으로 건조하게 되는 금망이송형 연속식 건조기, 천공(穿孔)을 지니는 drum에 진공이 걸리므로써 단판이 drum에 부착되어 이동하는 사이에 열을 받아 건조되는 drum dryer, 고속의 열풍을 단판 표면에 충돌시켜 건조하는 jet dryer(impingement dryer) 등을 통해 함수율 5∼10% 수준으로 건조

조판
건조가 완료된 단판중에는 할렬, 옹이, 부후 등의 결점을 지니는 것이나 또는 소정의 치수보다 작은 것이 다수 있을 수 있다. 여기 저기 흩어져 있는 작은 결점은 patching machine으로 원형 또는 凸렌즈형으로 제거한 다음 크기와 형상이 동일한 다른 건전한 단판으로 매목(埋木)하고 할렬을 지니는 단판은 gum tepe로 붙여 보수해 준다.

폭이 좁은 단판은 횡접합을 통하여 목적하는 폭의 단판으로 만들어 준다. 횡접합에는 veneer jointer로 단판의 측면을 평활하게 절삭하여 서로 밀착시킨 다음 그 위에 taping machine을 이용해 gum tape로 접합해 주거나 또는 접합될 단판의 측면에 접착제를 도부하고 tapeless splicer나 veneer edge gluer로 직접 접합하는 방법이 있다.

보수와 횡접합을 마친 단판은 제품의 사양에 따른 단판의 구성을 고려하여 표판, 심판, 이판 등의 조합 작업을 하게 되는데 이러한 작업을 통틀어 단판의 조판(調板)이라고 부르고 있다.

접착 및 압체
* 접착제
완전내수성합판 : 석탄산수지접착제, 리소시놀수지접착제, 멜라민수지접착제 등 사용
고도내수성합판 : 요소수지접착제 사용
보통내수성합판(고도내습성합판) : 카제인접착제, 대두접착제, 증량 요소수 지접착제 등 사용
비내수성합판 : 대두접착제, 증량을 많이 한 요소수지접착제 등 주로 사용

* 접착제의 배합과 도부
저점도로써 유동성이 큰 접착제인 경우그 결점을 보완해 주기 위 하여 증량제나 충전제를 첨가한다. 요소수지접착제에는 대개 증량제로써 소맥분을 첨가하며 석탄산수지접착제에는 대개 충전제로써 미세한 목분을 첨가한다.
또한 요소수지접착제는 경화의 촉진과 완전 경화를 위해 경 화제로써 염화암모니움 분말을 수지 고형분에 대해 1∼2% 첨가하여 대개 열압한다.
각종 첨가물에 의해 배합된 접착제를 단판에 도부하는 데에는 보통 roller spreader가 이용되고 있는데 두께 1.5 mm 이하의 얇은 단판에는 200∼300 g/m2, 두께 3.0 mm 이상의 두꺼운 단판에는 280∼350 g/m2 전후의 도부량으로 접착제를 도부해 주는 것이 일반적이다.

* 압체
접착제를 도부한 단판을 목적하는 합판의 사양에 따라 구성한 다음 이것을 위로 차곡차곡 쌓아서 일정 수량에 이를 때까지 퇴적한다. 일정량에 도달하도록 퇴적한 것을 압체시켜 접착제가 굳도록 해주므로써 접착이 완료된다.
접착에는 카제인접착제나 대두접착 제 등처럼 냉압법으로 접착하는 방식과 요소수지접착제나 석탄산수지접착제 등처럼 열압 법으로 접착하는 방식이 있다. 그러나 현재 냉압후 열압법이 많이 이용되고 있는데 이 방법은 열압기에 용이하게 넣고 빼거나 단판 취급시의 손상을 최소화하려는 목적으로 상온 또는 30∼40。C의 보온실에서 미리 10∼30분간 2 kg/cm2 이상의 압력으로 압체한 다음 열압기의 열판 사이에 1조씩 넣어 가열, 압체해 주므로써 접착제를 완전히
경화시키 는 방식이다.
압체온도와 압체시간은 요소수지접착제의 경우 100∼130。C와 단판두께 1 mm당 30초를 그리고 석탄산수지접착제의 경우 130∼150。C와 단판두께 1 mm당 60초 를 일반적으로 적용한다. 압체압력은 오동나무와 같이 가벼운 목재의 단판인 경우의 5∼7 kg/cm2에서부터 후박나무처럼 무거운 목재의 단판인 경우의 15 kg/ cm2 이상까지 목재의 비중에 따라 달리 적용하게 된다.



마무리 공정
압체에 의한 접착이 완료된 합판은 소정의 치수에 따라 톱으로 잘라 주며 합판의 표면의 凹凸 제거와 표면 평활성의 개선을 위한 표면 평활화 처리를 실시한다. 합판을 소정의 치수로 절단하는 데에는 횡절(橫切)과 종절(縱切)용 둥근톱이 장착되어 있는 double sizer가 많이 이용되고 있다.
이와 같이 소정의 치수로 재단된 합판은 칼날에 의한 scraper나 연마포지(硏磨布紙)에 의한 belt sander나 drum sander로 그 표면을 평활하게 조정해 주는데 대개 0.1∼0.2 mm 정도의 두께로 깎아 준다.

 

 

B. 단판overlay합판의 제조공정

 

미관을 목적으로 합판의 표면에 장식용 화장단판을 접착시킨 단판overlay합판의 제조시 두께 0.5 mm 이상의 화장단판을 접착하는 경우 그 제조법은 보통합판의 제조법과 거의 동일하지만 접착제가 표면으로 흘러나올 위험성이 많으므로 고점도의 접착제를 사용하고 도부량을 적게 하여 제조할 필요가 있다.
두께 0.5 mm 이하의 화장단판을 접착하는 경우 접착제가 표면으로 흘러나오게 될 뿐만이 아니라 폭이 좁은 단판을 서로 match시켜 접착을 행하게 되므로 특수한 접착법인 건식접착법과 습식접착법을 이용하여 제조하게 된다.
건식접착법에서는 접착제를 합판의 표면에 도부한 다음 건조하고 그 후 폭이 좁은 단판을 1매씩 전기 다리미로 가접착(假接着)함에 따라 표면으로 접착제가 흘러나오는 것을 방지할 수가 있는데 이러한 목적을 위해서는 열가소성의 초산비닐수지에멀젼접착제(PVAc adhesive)나 젤라틴접착제(膠, animal glue)를 사용하여야 한다.
그러나 습식접착법에서는 접착제를 도부하고 이들이 건조되지 않은 상태에서 단판을 적층하여 냉압한 다음 바로 열압하거나 또는 냉압후 한번 더 건조하고 나서 열압을 실시한다.

 

 

 

C. 소재심판합판의 심판 제조공정

 

불량 소경재(小徑材)의 활용 방안으로 개발된 소재심판합판(素材芯板合板, lumber-core plywood)의 제조법은 보통합판의 제조 공정과 유사하나 단지 단판 대신 소재를 심판으로 사용하는 점에 있어 그 차이가 있는데 심판을 구성하는 스트립(strip)의 폭이 7.5 cm 미만인 경우 batten board, 폭이 2.5 cm 미만인 경우 block board 그리고 폭이 0.7 cm 미만인 경우 lamin board라고 분류하여 부르게 된다.

넓은 1매의 만판을 심판으로 사용하는 경우에는 대기 조건에 따른 흡습 및 방습에 의해 뒤틀림 등의 발생이 쉽게 일어날 수 있기 때문에 만판을 각재의 형태(strip)로 세분해서 접착하여 뒤틀림이 작아지도록 만든 것이 소재심판이다.
만판에 비해 폭이 넓은 판을 쉽게 얻을 수 있고 만판에 비해 이방성도 개선되며 목구면에 나무못 등을 박기가 용이할 뿐만 아니라 접착제의 사용량을 줄이면서 두꺼운 합판을 제조할 수가 있고 또한 심판에 폐재의 이용이 가능하기 때문에 단판만에 의한 구성보다 경제적인 이점이 있다라는 특성을 소재심판합판이 지니고 있다.

소재심판용 수종은 피나무, 가문비나무, 젓나무, 솔송나무, 나왕 등과 같이 함수율 변화에 따른 수축, 팽창율 뿐만 아니라 방사방향 및 접선방향 사이의 수축, 팽창율이 작은 수종이 적당하다.

심판의 제조공정을 살펴 보면 아래와 같다.

Block 방식
함수율 8∼10%, 두께 20∼25 mm 정도의 제재판(挽板)을 제조하고 접착제를 도부한 다음 block형으로 집성하여 4∼6 kg/cm2, 100oC 이하로 압체, 경화시킨 것을 제재하여 심판으로 사용한다.

 

 

 

Lamin 방식
두께 7 mm 이하의 단판을 단판적층재(LVL) 방식으로 접착한 다음 제재하여 심판으로 사용한다.

 

 

 

 

 

 

Batten 방식
원목으로부터 만판을 제재하여 함수율 8∼10% 수준으로 건조하고 기계대패로 양면삭한 다음 폭 2.5∼7.5 cm 정도 및 적당한 길이가 되도록 종절(縱切) 및 횡절(橫切)을 실시하고 접착제를 측면에 도부하여 10∼25 kg/cm2의 횡압과 100oC 정도의 온도로 열압, 제조한 것을 심판으로 사용한다.