제진강판

제진강판(Vibration-Damping Steel Sheet)은 얇은 두 강판 사이에 점탄성((VEM; Visco-elastic Material) 수지를 끼워넣어 샌드위치 형태로 만든 강판을 가리킨다. 진동과 소음을 억제하는 특징으로 자동차, 가전제품, 사무기기와 계단이나 셔터 같은 건축자재에 광범위하게 사용되고 있다.

개요

제진강판은 소음과 진동을 저감하는 차원에서 개발된 소재이다. 1960년대 중반에 미국에서 개발된 '알루미늄과 수지의 적층판'에서 시작되었으며 1980년대 자동차 소음 규제가 강화되면서 철강업계가 본격적인 연구에 뛰어들었다.

자동차 산업에서 제진강판은 우수한 댐핑 특성을 확보하여 소음과 진동을 저감시키고, 에너지 절감을 위해 차체의 중량을 줄이는 요건을 만족시키는 소재로 역할한다. 자동차 산업 외에도 가전제품, 사무기기와 계단이나 셔터(Shutter) 같은 건축자재에 광범위하게 사용되고 있다. 용도별로 사용량 비중을 살펴보면 자동차분야가 45%, 가전 사무기기가 37%, 건축 분야가 10%, 그리고 산업기기분야가 5.7%를 차진한다.

판재상태의 제진강판은 강판에 제진성능을 발휘하는 점탄성수지를 입히는 방법으로 제작되며, 제작방법에 따라 구속형과 비구속형으로 구분되고 일반적으로 구속형의 제진성능이 비구속형에 비해 우수하다. 구속형 제진강판은 2장의 강판사이에 제진성능을 갖는 점탄성수지를 주입하는 샌드위치 패널로 수지 층의 전단 변형에 의해 제진성능을 갖게 되며 점탄성 수지 층을 극도로 얇게 하면 높은 제진효과를 기대할 수 있기 때문에 주로 자동차부품에 많이 적용되고 있다. 비구속형은 강판의 표면에 점탄성 수지 층을 얇게 도포하여 제작된 댐핑 시트(Damping Sheet)가 변형 시 발생하는 점성 감쇠에 의해 구조물이나 진동을 감쇠시키는 것은 구속형과 마찬가지 원리이지만 비구속형은 수지 층의 신축변형에 의해 제진기능을 갖게 된다. 일반적으로 50dB 이상의 음을 소음으로 간주하는데, 제진강판을 사용하면 용도나 환경에 따라 다르지만 보통 기존 소재보다 소음을 5~20dB 정도 저감할 수 있다.

점탄성 수지의 종류에 따라 제진강판은 상온, 중온, 고온용으로 구분하며 상온용은 25℃ 부근에서, 고온용은 60℃ 부근에서 가장 우수한 제진 성능을 나타낸다. 최근에는 수지를 사용하지 않고 금속 상변태(相變態)로 발생하는 점성유동을 활용해 진동에너지를 흡수하는 제진강판도 개발되었는데, Mn-Cu계가 대표적이다.

전 세계 제진강판 시장에서 일본이 선두에서 달리고 있으며 이는 일본 자체가 지진 다발지역이라는 지역특성을 지니면서 내진설비에 관한 연구가 일찍부터 시작되었기 때문이다. 이에 따라 일본 자동차는 진동과 소음 분야에서 우수하다는 평가를 받고 있다.

한국에서는 1980년대부터 자동차 소음규제의 강화로 제동차 엔진 부품의 개발로 제진강판의 본격적인 개발에 진입하였다.

제진강판의 원리

제진강판은 소음과 진동 같은 외력이 강판에 가해질 때 진동에너지를 열에너지로 전환시켜 진동을 감쇄시킨다. 일반 강판의 경우 공진하는 성질이 있어 외부로 가해지는 진동을 그대로 전달하는 데 반해, 제진강판은 점탄성을 갖는 고분자물질을 활용하여 진동을 감쇄한다. 예를 들면 복합∙적층형 제진강판은 2매의 얇은 냉연강판 사이에 두께 200~250㎛의 점탄성 수지를 샌드위치 형태로 쌓아서 강판에 가해지는 진동에너지를 강판 사이에 적층된 수지의 전단 변형에 의해 열에너지로 전환되도록 한다.

참고자료

• 문은혜 기자, 〈제진강판〉, 《EBN》, 2013-10-26
• 〈제진의 원리〉, 《대일시스템》

같이 보기

• 제진재
• 강판
• 진동
• 소음

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