목재의 물리적인 성질

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목재는 나무에서 얻는 천연재료이기 때문에 일정하지 않고 각기 다르다. 바람, 음지, 토양, 입지, 강우, 나무 사이의 경쟁 등으로 인해서 각 나무는 색상, 밀도, 나뭇결의 형상, 생산 목재의 기능적 특징 등이 독특하다. 목재를 이용해서 가구를 만들면 각 판재는 사용 공구를 통해서 각기 독특하게 표현된다. 나무를 생물학적 측면과 자라는 과정에서 생기는 변수를 이해하려는 노력이 목공의 출발점이다. 목재의 물리적인 성질은 다음과 같다. 목재는 줄기, 굵은 가지, 잔가지 등에 들어 있는 기다란 세포로 구성되어 있다. 이 세포는 기본적으로 섬유소(cellulose)로 구성되어 있는데 목질소(lignin)라 불리는 접착제에 의해서 서로 붙어 있다. 빨대 다발(세포)을 접착제(목질소)로 붙여둔 모양으로 생각하면 된다. 섬유질 빨대를 길이 방향과 직각 되게 자르는 것은 어렵지만 하나씩 뜯어내는 것은 상대적으로 쉽다. 따라서 목재는 나뭇결을 가로지르는 방향보다 나뭇결 방향으로 더 잘 갈라진다. 나무의 단면은 여러 성장 단계를 보여준다. 둘레가 껍질(수피)이다. 외수피는 곤충, 동물, 외기, 마모 등으로부터 나무를 보호한다. 잎에서 광합성을 통해 생성된 영양분은 내수피를 통해서 얇은 성장 세포층인 부름(cambium)로 이동한다. 모든 성장은 부름켜에서 일어난다. 바깥쪽 세포는 새로운 껍질이 되고 안쪽 세포는 새로운 나무가 된다. 매년 부름켜는 변제의 바깥쪽 테를 생성하는데, 뿌리에서 흡수된 물이 여기를 통해서 나무 꼭대기로 이동한다. 변제의 가장 안쪽 테는 수액을 위로 올릴 수 있는 능력을 잃고 딱딱해지면서 나무의 골격이라고 할 수 있는 심재가 된다. 나무의 중심 부분이 수심이다. 나무는 대부분 여름보다는 봄에 많이 자란다. 이에 따라서 하나의 나이테 안에서도 밀도와 색상이 다르다. 나이테의 안쪽 부분은 봄에 많이 자라면서 형성되는 부분으로 춘재(earlywood)라고 하는데, 세포의 지름이 크고 색상도 여름에 자라는 추재(latewood)와는 다르다. 나무는 세포막은 스펀지 같은 재료로 구성되어 있기 때문에 수분을 잘 흡수한다. 식탁 상판과 같은 건조한 목재도 계절과 날씨에 따라 실내 습도가 변하면서 수분을 빨아들이기도 하고 내뿜기도 한다. 함수량에 따라 세포막은 수축 혹은 팽창한다. 따라서 습도가 증가하면 식탁 상판이 나뭇결과 직각 방향으로 늘어나지만 결방 향으로는 길이 별로 변하지 않는다. 이처럼 목재의 길이가 변하기 때문에 옛날부터 부재를 영구적으로 연결할 때는 목수들이 박멸한 방법을 사용하였다. 이 방법을 통칭해서 결합(joinery)이라고 하는데, 다음 장에서 설명한다. 제재목으로 사용되는 교목에는 두 종류의 물이 포함되어 있다. 세포사이를 흘러 다니는 자유수(free water)와 세포의 섬유소 막 내에 흡수된 결합수(bound water)다. 생나무의 경우 결합수를 합한 무게는 나무 자체보다 더 무겁다. 가구를 만들기 위해서 인공 건조한 제재목에는 자유수는 없고 결합수가 무게 기준으로 6~8% 정도 포함되어 있다. 원목에서 모든 자유수 및 대부분의 결합수를 제거하기 위해서 마를 때까지 그냥 놔둘 수는 없다. 나무는 건조되면 수축하고, 제어되지 않은 수축이 발생하면 나무에 균열이 생기고 갈라지기 때문이다. 원목을 잘라서 바닥에 두면 수분은 껍질 및 새로 절단된 단면을 통ㄹ해서 기화한다. 나무를 감싸는 둘레부분이 건조하면 지름이 줄어들지만, 아직 내부의 수분량에는 큰 변화가 없기 때문에 크기가 일정하다. 따라서 외부의 둘레 섬유조직에서 인장력이 발생하면서 표면이 갈라지고 내부로 균열이 진전된다. 원목의 단부에서도 수분이 기화하면서 수축하려고 하지만 습기가 많은 내부에 연결되어 있기 때문에 수축하기 어렵다. 따라서 원목의 단부가 갈라지면서 인장력이 줄어드는 현상이 발생한다. 원목을 벌목해서 그냥 건조되도록 내버려두면 균열이 발생하여 목재로서의 가치가 떨어진다. 해법은 원목을 판재로 제재한 후에 판재의 단부에 왁스나 페인트를 칠해서 봉합하는 것이다. 판재 사이에 잔목을 배치하여 수평으로 쌓되 공기가 통할 수 있도록 각 판재 사이에 간격째를 배치하여 햇빛이 들지 않도록 하고 너무 건조하지 않은 상태로 보관한다. 이것이 천연건조(air-drying)라고 하는데, 판재 두께 25mm당 1년 정도의 시간이 필요하다. 제재소는 천연건조 방식을 사용할 수 있을 정도로 오래 재고를 둘 수 없기 때문에 수분을 제거하기 위해서 건조기인 퀼른(kiln)을 사용한다. 킬른 내부에 판재를 위로 쌓는데, 간격대로 판재 사이를 띄운다. 순환 공기의 습도를 판재의 습도보다 약가 더 낮은 상태로 유지하면서 습도를 순차적으로 줄여 나간다. 이런 제어 방식을 인공 건조(kiln-drying)라고 하며, 제대로 하면 균열이 발생하지 않는다. 길이 방향 나뭇결(long grain)과 마구리 나뭇결(end grain)을 쉽게 이해하기 위해서 먼저 판재를 접착제로 많은 빨대를 한꺼번에 붙여둔 모양으로 가정한다. 외부에서 보이는 네 면을 길이 방향 나뭇결이라고 한다. 판재의 양쪽 끝은 빨대의 열린 끝부분이고, 이 부분을 마구리 나뭇결이라고 한다. 몾개를 서로 잡착 시킬 때는 나뭇결이라고 한다. 목재를 서로 접착시킬 때는 나뭇결의 길이 방향이냐 아니면 마구리냐가 중요하다. 두 판재의 가장자리를 서로 접착시키는 것은 나무 내부의 빨대 섬유소를 대신에 인공 접착제로 붙이는 것이라고 생각할 수 있다. 요즘 시판되는 목공용 접착제는 섬유소보다 더 강하기 때문에 길이방향으로 나뭇결을 서로 접착시키는 것은 매우 튼튼하나 마구리 나뭇결을 이용해서 접착시키는 것은 튼튼하지 못하다. 마구리에는 세포의 공극이 많고 이를 통해서 접촉면에서 접착재를 빨아들여 버리기 때문에 접착이 잘 되지 않는다.