개념 한 쪽
목재의 신축과 결, 집성재·합판 등 가공제품, 함수율과 섬유포화점, 압축강도에 영향을 주는 요인, 섬유 방향별 강도, 열분해와 자연발화 온도가 이 세트의 축이다.
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집성재는 널을 섬유평행 방향으로 겹쳐 붙인 제품이고, 합판은 섬유방향이 직교하도록 교차 접합한 제품입니다.
출제기준 단원 「목재제폼」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 압축강도 영향—틀린 설명 고르기 | 1 | 압축강도에 영향을 주는 요인 중 틀린 설명 찾기 |
| 옳고 그름 판단(역학적 성질) | 1 | 섬유 방향, 옹이, 신축 등 역학 특성의 진위 판단 |
| 화재·방화 특성—틀린 설명 고르기 | 1 | 열분해, 자연발화 온도 및 방화재 관련 설명의 오류 찾기 |
목재는 결의 방향과 수분 함량에 따라 성질이 크게 달라지는 재료다. 같은 나무라도 어떻게 잘랐는지, 얼마나 건조됐는지에 따라 수축과 강도가 달라진다.
신축은 나뭇결의 방향과 구조에 따라 달라진다. 곧은결보다 널결이 수축과 팽창의 영향을 더 크게 받는다. 심재는 변재보다 밀도가 높아 신축이 작고, 섬유포화점 이하에서만 함수율 변화에 따른 신축이 현저하다. 수종에 따라 신축 계수도 다르다. 재료의 문항은 널결의 신축이 더 크다고 본다.
가공제품은 섬유 방향을 어떻게 붙였는지로 구분한다. 집성재는 두께 1.5~3cm의 널을 접착제로 섬유평행 방향으로 겹쳐 붙인 제품이다. 합판은 섬유방향이 직교하도록 교차 접합한다. 연질섬유판은 분쇄해 성형한 제품이고, 파티클보드는 목편을 성형한 제품이다.
함수율과 강도의 관계는 구간을 나누어 본다. 섬유포화점 이하로 수분이 줄면 강도가 증가하고 전건 상태에서 최대가 된다. 섬유포화점 이상에서는 자유수가 늘어나지만 세포벽의 강도에는 영향을 주지 않으므로 강도 감소가 미미하다. 그래서 함수율이 커질수록 강도가 계속 낮아진다고 보지 않는다.
강도에 영향을 주는 요인도 정해져 있다. 비중이 클수록 강도는 커지고, 옹이는 결함으로 응력 집중을 일으켜 강도를 저하시킨다. 목재는 이방성 재료여서 섬유 방향과 평행할 때 압축과 인장강도가 가장 크다. 응력 방향이 섬유 방향과 평행한 경우에는 인장강도가 가장 높고, 그 뒤로 압축·휨·전단 순으로 낮아진다.
불에 대한 성질도 온도 구간으로 구분한다. 100~150℃에서는 수분이 증발하고 열분해가 시작되며, 200℃ 이상에서 빠른 열분해와 활발한 연소가 일어나 불이 잘 꺼지지 않는다. 자연발화 온도는 약 300℃ 전후이며 450℃는 자연발화 온도가 아니다. 방화페인트 같은 피막형 방화재는 화염이 재료에 닿는 것을 차단하는 원리로 작용한다.
출제 패턴은 ① 신축이 더 큰 결(곧은결보다 널결), ② 집성재와 합판의 섬유 방향(평행 접착·직교 접합), ③ 섬유포화점 이상에서 압축강도가 계속 낮아진다는 설명이 틀린 것, ④ 함수율이 줄면 강도가 증가한다는 관계, ⑤ 옹이가 강도를 높인다는 설명이 틀린 것, ⑥ 섬유 방향과 평행할 때 가장 높은 강도(인장), ⑦ 자연발화 온도(약 300℃), ⑧ 200℃ 이상에서 불이 잘 꺼지지 않는다는 온도 구간이다. 「널결은 신축 크고, 평행은 집성·직교는 합판, 마르면 강해지고, 200℃부터 활발한 연소」가 이 세트의 기준선이다.
목재의 역학적 성질에 대한 설명으로 옳은 것은?
정답 ③ · 목재의 역학적 성질에 대한 옳은 설명을 고르는 문제이다. 목재는 전형적인 이방성 재료로서 압축강도와 인장강도 모두 섬유 방향과 평행한 방향, 즉 결 방향에서 가장 크다.
목재는 섬유 방향(종방향)으로 압축 및 인장강도가 가장 크며, 함수율 증가 시 강도 감소한다.
목재의 압축강도에 영향을 미치는 원인에 대하여 설명한 것으로 옳지 않은 것은?
정답 ③ · 목재의 압축강도에 영향을 미치는 인자에 대한 옳지 않은 설명을 고르는 문제이다. 목재의 함수율과 강도의 관계는 섬유포화점(약 30퍼센트)을 기준으로 달라지는데, 섬유포함점 이상에서는 함수율이 증가해도 강도가 더 낮아지지 않고 일정하며, 섬유포화점 이하에서는 함수율이 감소할수록 강도가 증가한다.
목재의 함수율이 섬유포화점(약 30%) 이상으로 증가하면 강도는 급격히 떨어지지만, 건조 상태(함수율 0%)에서는 함수율 감소에 따라 강도가 증가하므로 계속 낮아진다는 설명은 틀렸다.
목재의 역학적 특성상 응력방향이 섬유방향의 평행인 경우 가장 높은 강도는?
정답 ② · 목재의 이방성에 따라 섬유 방향과 평행한 응력을 받을 때 가장 강한 강도를 묻는 문제이다. 목재는 섬유 방향으로 셀룰로오스 사슬이 배열되어 있어 섬유 방향으로 당기는 인장력에 가장 큰 저항을 보인다.
목재는 섬유 방향과 평행하게 당기는 인장력이 가장 높은 강도를 나타내며, 압축이나 휨, 전단보다 강도가 크다.
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