목조 재료의 성질 및 제품

목재는 구조, 수장, 가구용 재료로서 두로 쓰이며, 우리나라 전통건축에서 뼈대로 이용해 왔으나, 구조용 재료로서는 내화·내구성이 부족하고, 방향성이 있고, 균질이 아니고, 결점이 많으므로 근래에는 강재, 콘크리트 등으로 대체되었다. 한편 수장용, 가구용 재료로서의 목재의 가치는 여전하며, 외관이 놓으므로 치장재로서 중요한 역할을 차지하고 있다. 목재는 수목의 줄기를 쓰는데 외장수일 경우 수간 방향에 평행으로 놓여 목질부에 견고성을 주는 목섬유가 30~70%를 점유한다. 목섬유를 구성하는 세장한 목세포는 가도관의 역하을 하며 침엽수에서는 1~4mm 길이로서 수목 전체적의 90~97%를 차지한다. 목질부에서 수지가 흘러나오는 선을 수선이라 하는데 수선 세포는 수액이 수평 이동하는 곳으로써 수심에서 사방으로 뻗고 있다. 세포 사이의 수분을 자유수(유리수)라 하고, 세포막에 흡수되어 있는 수분을 결합수라 하는데, 자유수가 증발하고, 결합수만 존재하여 함수율이 30%/wt 정도인 상태를 섬유 포화점이라 하는데 이 한계점을 기준으로 내구성, 강도, 가공성 등에서 재질 변화가 현저하게 차이 나게 된다. 벌목은 계절적으로 수간 중에 수액이 적고 이동이 적을 때가 좋고, 수령은 전수령의 2/3 정도의 장목이 재적도 많고 재질도 견고하다. 봄, 여름철에 성장한 담색의 목질을 춘재라 하고, 가을, 겨울철에 성장한 세포막이 두껍고 견고한 목질을 추재라 한다. 춘재, 추재의 세포층으로 수간 횡단면상에 나타나는 동심원형이 연륜이며, 목재다면의 수심에 가까운 중앙부를 심재, 수피에 가까운 주변부를 변재라고 부른다. 목재는 침엽수와 활엽수로 나누는데 침엽수는 연목으로 강도 및 내구성이 커서 건물의 골조용으로 쓰이며, 활엽수는 경목으로 무늬 및 나뭇결이 좋아서 수장재, 가구재, 창호재로 쓰인다. 대나무, 야자나무 등은 내장수로서 외장수인 침엽수나 활엽수와 다르다. 나무는 종류에 따라 재질이 다르며, 외국산으로는 나왕, 미송, 티크, 마호가니, 자단, 흑단 등이 많이 사용된다. 취재율은 보통 침엽수 60~70%, 활엽수 40~60% 이상이 되도록 손실을 줄이고, 건조 수축 및 용도에 따른 나뭇결과 무늬를 고려하여 제재한다. 제재목의 치수는 구조재나 수장재의 경우 톱날 두께(1~3mm)를 포함한 제재 치수나 톱날 두께를 공제한 제재 정치수를 사용한다. 창호재나 가구재의 경우는 톱날 두께 및 대패질로 인한 감소(0.5~3mm)와 건조 수축을 고려한 마무리 치수를 쓴다. 목재는 함수율에 따라 각종 성질에서 차이가 많이 나므로 함수율을 낮춘 목재를 사용해야만 소기의 목적을 달성할 수 있다. 대기 건조를 하는 경우 수목의 지름 3cm당 1~3개월이 걸리는데 활엽수가 보통 침엽수보다 2배가량 길며, 목재의 대기 건조에서는 환적과 공기의 유통에 주의해야 한다. 기건 상태의 함수율을 10~15%가 되는데 구조용 목재는 25% 이하, 치장재는 18~20% 이하, 건조 실내의 세밀 가공 용재는 15% 이하의 목재를 필요로 한다. 침수 건조는 수중에 3~4주간 담가서 수액을 용실시킨 후에 대기 건조를 하는데 건조기간을 단축할 수 있고, 특히 청류수에 1~2년간 잠겨 두면 고온에서 건조해도 변형이 적고 흡수성이 아주 작아진다. 대기 건조나 침수 건조 등은 장기간이 소요되므로 단시간에 수분을 제거하기 위하여 인공건조를 하고 함수율을 측정한다. 솥을 이용하는 자비법, 열풍으로 변형이 우려되는 열기 건조, 변색이 불가피한 훈연법, 감압을 해주는 진공건조, 온도와 습도를 변화시키며 건조하는 증기 건조 외에도 전기법(고주파 건조법), 건조제법(약품건조법) 등이 있다. 제재목은 판재(널재)와 각재로 분류되며, 표준 치수는 1cm 두께(3푼 널)~10cm 두께(3치 널)의 판재와 2cm 각(7푼 각)~12cm 각(4 치각)의 각재가 있고, 길이는 182cm(6자)~546cm(18자) 있다. 목재의 재적 단위인 전통 건축의 1재는 1치 각 12자이고, 서양의 1bf(보드 피트)는 1인치 두께 1평방 피트(1인치 각 12피트 각에 해당)이므로 1재=1.421bf이다. 목재의 단면이 큰 재료를 천연산으로 구하려면 비용이 매우 고가이고 균질성을 보장하기가 어려우므로 적층재나 집성재라고 부르는 가공목재를 사용한다. 판재로는 합판, 마루판, 섬유판 등이 있고, 각재로는 집성목재, 강화목재, 인조목재 등이 있다. 한판은 함수율 5~10%의 베니어판을 3겹 또는 5겹으로 섬유 방향이 다르게 겹쳐서 압착한 판으로 비교적 가는 목재로도 넓은 판을 얻을 수 있고 곡면 가공이 가능하다. 교착이 잘된 것은 원목보다 강하고, 균열이나 찢어짐, 변형 등에 대한 저항이 크고, 습기에 의한 신축이 적고, 두께에 비해 강도가 크고, 보통판 보다 못과의 결속력이 크다. 마루판 중에서 바닥 널(flooring board)은 폭이 9~15cm 정도의 긴널로서 두께는 1.5~2.1cm의 것을 많이 쓰고, 쪽매널 블록(flooring block)은 쪽매널을 4~5개 붙여서 25~30cm 각으로 만든 것으로 근래에는 합판에 붙여 놓은 것이 있다. 쪽매마루판(parquetry)은 두께 0.6~1.5cm, 너비 6cm 정도의 무늬가 좋은 경목 토막을 세로, 가로, 빗 방향으로 접합하여 깐다. 섬유판은 볏짚, 톱밥, 파지, 파목 등 식물 섬유질을 주원료로 섬유화, 펄프화하여 접착제를 섞어 압축 성형하여 판상으로 만든 텍스(tex)로서 연질(비중 0.4 미만), 반경질(0.4~0.8), 경질(0.8 이상)로 나눈다. 파티클 보드는 목재 또는 식물질을 작은 조각으로 절삭, 파쇄하여 건조시킨 후 접착제를 첨가 혼합하여 열압 성형한 판재로써 강도가 크다.