산림기능사 필기대비 - 목재의 물리적 구조

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산림기능사 필기대비

 목재의 물리적 구조

출처 : 산림청자료

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심재와 변재

원목의 횡단면을 관찰하여 보면 바깥쪽에 위치하고 있는 목질부는 생활기능을 가지고 있는 세포의 조직으로 구성되어 있으므로 양분을 저장하여 수액을 이동시키게 된다. 이와 같이 목질부에서 생활기능을 지니고 있는 바깥쪽의 비교적 밝은 색 부분을 변재라고 한다.

임목의 성숙에 따라 변재를 구성하고 있는 세포는 시간이 경과하면서 원형질을 소실하게 되어 생활력을 상실하게 된다. 따라서 목질부의 안쪽은 골격 체인 세포막 물질만이 남아있게 되어 수목의 몸을 지지하는 기계적 기능만 가지게 되는데, 이같이 생활기능을 상실한 세포로 구성된 안쪽 부분을 심재라고 한다.

 

심재와 변재

 

사진에서 보는 바와 같이 변재는 일반적으로 밝은 색을 띠고 있는 반면에 심재는 짙은 색을띠고 있는 것이 많은데, 목재 내의 색소물질의 침적에 의한 것으로 생각되나 외관상으로는 색의 차이가 거의 없어 변재와 심재의 구분이 어려운 수종도 있다.

**심재 - 가운데 부분이라는 뜻

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연륜(나이테)과 조재·만재

 

나무가 생장할 때, 형성층의 활동에 따라 새로이 자란 목질부의 새포는 횡단면에서 보면 동심원 모양의 둥근 층으로 나타 나는데, 생장기간 동안마다 새로이 나타나는 층을 생장륜이라고 한다.

난대 및 온대지방에서는 보통 1년에 하나의 윤층이 형성되기 때문에 나이테 또는 연륜이라고 한다. 계절적인 기후의 차이가 별로 없는 열대지역에서는 생장륜이 불명확하거나 확인이 불가능한 경우가 많다.

1개의 연륜은 아래 사진과 같이 조재와 만재가 모여서 이루어져 있다.

목재의 춘재와 추재

 

조재는 대체로 세포의 크기는 크나 세포벽이 얇고 조직이 다공성으로서 밀도가 낮은 밝은 색의 부분이다. 만재는 대체로 세포의 크기가 작고 세포벽이 두꺼우며 조직이 치밀한 짙은 색의 부분이다.

한때 조재는 춘재로, 만재는 추재로 일컬었으나 학계에서는 조재와 만재로 통일하여 부르고 있다. 조재와 만재는 세포 요소의 배열이나 치밀도가 다르므로 그 비율에 의하여 여러 가지 성질이 달라진다.

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목재의 단면

살아있는 나무를 벌채하여 일정한 길이로 자른 통나무를 원목이라하며 이 원목에서 볼 때 아래쪽의 지름이 큰 부분의 단면을 원구라 하고 반대쪽의 지름이 작은 윗부분의 단면을 말구라고 한다.

이 원목을 제재하여 판재나 각재의 형태로 사용하고자 할 때 제재하는 방법이나 나무를 자르는 방법에 따라 다르게 나타나므로 목재를 효율적으로 이용하기 위해서는 먼저 단면에 대한 이해가 선행되어야 할 것이다.

원구와 말구

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목재의 외형적 구조

키큰 나무(교목)는 대체로 1개의 큰 줄기(수간)를 가지고 있는데 아래 사진과 같은 구조로 이루어져 있다.

나무의 줄기는 바깥쪽에 수피로 둘러 싸여져 있는데 이 수피 조직은 광합성 물질의 전류나 생활기능을 지니고 있는 살아 있는 사부 유세포로 구성된 내수피와 생활기능을 상실한 코르크 조직이나 사부 조직으로 이루어져 있어 내부의 조직을 보호하는 외수피의 두 층으로 구성되어 있다.

수피 조직의 안쪽 부분에는 변재와 심재로 이루어져 있는 목부가 있으며 이 목부와 수피의 사이에는 분열 조직인 유관 형성층이 존재한다.

목재는 탄력이 있어 발목이나 관절이 받는 충격을 적절하게 완화시켜준다. 목재는 파이프 모양의 유연한 목재세포의 구조적 특징으로 인해 쿠션과 같은 역할을 하며, 대리석에 비해 2~3배의 충격 흡수 능력을 갖고 있다.

목재의 구조

** 수피조직- 외수피, 내수피

** 형성층 -

** 목부 -변재, 심재

** 코르크조직으로 구성되어 있는 부분은 외수피

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목재의 물리·역학적 성질, 목재의 비중

목재는 가벼운 재료, 즉 비중이 낮은 재료이다. 목재의 비중이란 목재 내부의 공극과 수분을 포함한 단위 부피당의 무게에 대한 개념으로서 주요한 재질 지표로 활용되고 있다. 목재의 비중은 수종에 따라 차이가 많다.

열대산 수종인 '발사'와 같이 전건 비중이 0.1로서 극단적으로 가벼운 수종이 있는가 하면 전건비중이 1.3인 '리그바이테'와 같이 대단히 무거운 수종도 있다.

우리나라 산 목재도 전건 비중이 0.22로서 가장 가벼운 참오동나무에서부터 전건비중이 0.87로 대단히 무거운 박달나무 등에 이르기까지 수종 따라 다양하다.

이렇게 목재 비중은 각 수종에 따라 다를 뿐 아니라 동일 개체에서도 생장 부위에 따라 개체 내 변이가 나타난다. 일반적으로 침엽수 등에서는 연륜 폭이 적을수록 침엽수의 비중은 커지지만 예외적으로 극단적인 경우에는 감소된다. 활엽수재에서는 참나무류나 느티나무등과 같은 환공재의 경우는 연륜폭이 증가할수록 비중이 증가되는 경향이 있다.

목재의 전건 비중

 

 

국내외 주요 수종의 목재 비중(전건 비중)

 

• 참오동나무 - 전건 비중 0.3
• 잣나무 - 전건비중 0.4
• 소나무 - 전건비중 0.4
• 리기다소나무 - 전건비중 0.5
• 낙엽송 - 전건비중 0.6
• 상수리나무 - 전건비중 0.9
• 박달나무 - 전건비중 1.0
• 발사 - 전건비중 0.2
• 더글라스퍼(미송) - 전건비중 0.6
• 리그넘바이테 - 전건 비중 1.3

** 우리나라 수종중 가장 무거운 나무는 박달나무

** 가장 가벼운 나무는 참오동나무

 

발사나무/박달나무

** 발사나무(Balsa) - 남미산, 발사’라는 이름은 뗏목이나 부유물을 뜻하는 스페인어이다. 목재가 매우 가볍고 탄력이 좋아 구명기구나 충격흡수물질로 사용되고 각종 모형 제작의 재료로도 쓰인다.

 

** 박달나무(Betula schmidtii) - 동아시아 산으로 자작나무과, 목질이 단단해 빨래방망이와 홍두깨, 절구 등으로 만들어지며 수레바퀴나 바퀴살을 만드는데도 사용한다. 예로부터 마을의 신령수로 여겨져 왔다.

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목재의 수축과 팽윤

목재 세포벽에 결합수의 양이 변화하면 자연히 목재에는 수축과 팽윤 현상이 일어나 목재의 치수가 변화하게 된다. 여기서 수축이 심하게 발생하거나 불균일하면 할렬이나 비틀림이 발생하여 이용할 때 문제를 일으키기도 한다. 목재의 수축과 팽윤은 수종에 따라 상당한 차이가 있을 뿐 아니라 부위, 방향, 비중, 화학성분, 함유 수분에 따라서도 영향을 받는다.

목재는 수축과 팽윤이 발생할 때 그 정도가 섬유 방향, 방사방향 및 접선방향의 3방향이나 단면에 따라 다르게 나타나는 수축 이방성을 나타낸다. 즉, 접선방향에서의 수축과 팽윤율이 방사방향이나 섬유 방향에 비하여 훨씬 크게 나타난다. 이 수축률 차이로 인하여 원목을 제재하고 난 후 적절한 조치를 취하지 않으면 틀어짐과 뒤틀림을 일으키기도 한다. (10:5:1 정도)

10:5:1

** 방향별 수축·팽윤율의 비는 아래 그림에서 보는 것처럼 대략 10 : 5 : 1 정도이다.

** 할렬(割裂) - 건조에 의한 자연적인 갈라짐, 쪼개짐

 

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목재의 강도

목재는 목재는 가늘고 긴, 속이 빈 세포가 세로로 길게 배열되어 견고하게 결합된 형태여서 가벼운데(비중에 비하여) 비하여 강도가 크다.

목재의 강도는 대개 비중이 증가할수록 증가하며, 반대로 섬유 포화점 이하에서는 함수율이 증가함에 따라 목재의 강도는 감소된다. 그리고 온도가 상승함에 따라서도 강도가 저하된다. 하중의 속도, 만재율, 연륜 폭, 결점의 유무, 화학성분에 따라서도 목재의 강도는 많은 영향을 받는다. 연륜 폭과 만재율이 비중에 영향을 끼치므로 자연히 강도도 변화된다.

대개의 경우 단위 길이당 연륜수가 많을수록, 만재율이 높을수록 강도가 증가되는 경향이 있다. 목재의 결점 중에서 옹이는 일반적으로 목재의 통직성을 방해함으로써 불규칙적인 응력을 발생시키거나 집중시키므로 외력에 대한 저항을 감소시킨다.

 

일반적으로 침엽수재에 비하여 활엽수재 중에 강도가 강한 수종이 많으므로

활엽수재를 Hardwood,

침엽수재를 Softwood라고 부르지만 반드시 그런 것은 아니다.

주요목재의 휨강도

 

** 기본적으로 목재의 강도는 활엽수 > 침엽수

** 활엽수중 강도가 약한 수종은 참오동나무, 포플러류

 

 

산림기능사 필기대비 - 목재의 화학적 구조

산림기능사 필기대비 - 목재의 화학적 구조

 

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