증기건조 - 함수율

목재의 함수율 측정법

o 함수율이란?

   목재는 수분을 갖고 있다. 수분을 갖는 비율을 함수율(MC: moisture content)이라고 하며, 일반적으로 다음 식으로 나타낸다(단, 화학적 조성 등을 나타낼 때는 분모를 W로 한 계산식을 사용하기도 한다).

          u = 100 × (W - W₀) / W₀

   여기서 u: 함수율(%), W: 수분을 함유한 상태에서의 무게, W0: 전건(전혀 수분이 없는 상태)상태의 무게로 함유하고 있는 수분이 목재무게의 2배가 되면 함수율은 200%가 된다.

   목재의 강도나 수축 등의 모든 성질이 함수율에 따라 다르며, 또 목재를 가공할 때 함수율은 제품의 품질을 파악하는 척도가 된다. 그러므로 목재를 가공하여 좋은 제품을 만들기 위해서는 우선 함수율을 파악하는 것이 중요하다. 목재 함수율을 측정하는 방법은 여러 가지가 모색되었지만, 아직도 정확한 측정은 불가능하다. 그러니까 정확한 함수율 측정기도 존재하지 않는다고 생각하면 된다.

목재함수율 계산법

o 함수율을 측정하는 방법

   목재함수율을 측정하기 위해서는 우선 목재자체의 중량(전건중량)을 알아야 한다. 그러나 실제 사용하고 있는 커다란 실대재를 전건시키는 것은 불가능하므로 이를 대신할 수 있는 방법은 여러 가지가 있다.

   ①커다란 목재의 전건중량을 측정할 수 없으므로 작은 시험편으로 대용하는 방법 ②목재의 비중을 기준으로 그 당시의 무게로부터 계산하는 방법 ③목재에 직류전기를 흘러보내고 그 전류의 흐름으로 측정하는 방법 ④목재에 고주파나 마이크로파 등의 전자파를 흘러보내서 그것을 흡수하는 용량이나 저항으로부터 측정하는 방법 ⑤목재에 적외선을 쪼여서 그 반사성으로부터 측정하는 방법 등이 있다.

   이러한 방법 중에서 ①의 방법은 건축용재와 같이 커다란 재료의 함수율 측정에 직접 적용할 수 없으므로 생산현장에서는 이용하지 않는다. 함수율 측정계는 ②～⑤의 성질을 응용하여 기계적으로 함수율을 알려고 하는 것이다.

o 전건법

   측정하려고 하는 목재에서 작은 시편을 잘라서 그 당시의 시편의 무게와 100℃에서 전건상태가 되었을 때의 무게의 차를 전건중량으로 나눈 값에 100을 곱한 것이 함수율이다. 이 방법은 목재의 함수율을 거의 정확하게 측정할 수 있지만, 커다란 측정 대상재의 함수율을 작은 시편으로 대신한다는 것과 시험편을 잘라내어야 한다는 결점이 있으므로 생산현장에서는 거의 이용하고 있지 않다.

o 전기저항식 함수율 측정계

   목재에 전류를 흘러보낼 때 목재 중의 수분이 적을수록 전기의 흐름이 나빠지는 성질을 응용해서 함수율을 측정하려고 하는 방법이다. 일반적으로 침상으로 된 2본의 전극을 목재에 쳐넣고 그 사이에 전류를 흘려보낼 때의 저항치를 측정하고, 함수율로 환산한 것이다. 원리상 침이 박혀진 주변의 측정에 국한되므로, 결합수 역역에서는 거의 정확한 수치가 얻어질 수 있지만, 함수율이 30%이상 될 때에는 정밀도가 떨어지는 결점이 있다. 또 목재 온도에 따라 영향을 받으므로 20℃를 기준으로 온도보정이 필요하다.

 

 

o 고주파식 함수율측정계

   고주파 용량을 측정하는 것과 고주파 저항을 측정하는 것이 있지만, 목재의 함수율측증계로서는 일반적으로 전자의 것이 사용된다. 목재에 고주파를 때려주면 함수율에 따라 흡수되는 고주파의 용량이 달라지는 것을 응용하고 있다. 이 방식의 것은 고주파 전위가 미치는 범위중의 평균함수율이 얻어지기 때문에 비파괴적으로 함수율을 측정할 수 있다는 장점이 있으므로 현장에서 많이 사용되고 있다. 그러나 섬유포화점 이하의 함수율 영역에 대한 신뢰성이 낮고, 비중에 따라 측정오차가 있기 때문에 비중 보정을 필요로 하는 단점이 있다.