자동차부품 소재는 자동차기업들이 연비 향상을 위해 경량화를 가속화함에 따라 알루미늄이나 스틸을 플래스틱으로 대체하고 있으나 NVH(Noise·Vibration·Harshness) 발생이 높아 저감기술이 요구되고 있다.
자동차기업들은 품질, 경량화, 친환경, 지속성에 주안점을 두고 있는 가운데 감성품질 또한 대두되고 있어 NVH 저감에 주목하고 있다.
국가별로 운전 성향이 다르지만, 특히 아시아는 정숙하고 운전감이 부드러운 것을 선호하고 있어 NVH 저감이 요구되고 있다.
이에 따라 EP(Engineering Plastic), PU폼(Polyurethane Foam) 등을 채용하는 자동차부품 소재 생산기업들이 NVH 저감 기술을 적용하거나 솔루션을 구축해 생산기업들에게 차별화 기술을 제공하고 있다.
특히, 글로벌 메이저들이 선도적으로 솔루션을 제공하고 있으며 국내기업들도 NVH 저감기술 개발이 요구되고 있으나 시장 경쟁이 치열해 코스트 절감에만 집중함에 따라 차별화가 어려워지고 있다.
국내시장은 전기자동차(EV) 개발로 NVH 패키지 수요가 감소할 것으로 예상했으나 EV의 정숙성에 대한 기대감 상승과 더불어 풍절음, 바닥소음, 구동모터소음 등 기타소음 저감이 요구되고 있어 기술 R&D(연구개발)가 시급한 것으로 파악되고 있다.

NVH, 자동차 경량화에 저감기술 “요구”
자동차 소음은 탑승객이 자동차 안에서 들을 수 있는 차내 소음과 보행자가 들을 수 있는 차외 소음으로 구분하며 차외 소음은 기준치를 설정해 규제하고 있다.
최근에는 가솔린 직분사(GDI: Gasoline Direct Injection), 엔진다운사이징 등 고출력 엔진기술이 도입되면서 엔진의 폭발음, 피스톤과 실린더의 마찰음, 흡배기계의 공명음 등 엔진룸에서 차체 패널을 통해 실내로 전달되는 엔진 투과음이 증가하면서 흡·차음 소재 개발이 요구되고 있다.
자동차 부품소재는 연비 향상, 이산화탄소(CO2) 배출량 절감 등을 위해 비철금속 및 플래스틱으로 전환해 경량화했으나 최근에는 흡·차음용 내장부품에도 경량화가 요구되면서 멀티소재에 대한 요구가 높아지고 있다.
이에 따라 기존 소재들의 장점을 조합해 차음층에 고비중 차음시트와 흡음용 펠트(Felt)를 복합 적용함으로써 차음 및 흡음성이 혼합한 멀티소재 채용이 확대되고 있다.
특히, PET(Polyethylene Terephthalate) 펠트는 SK케미칼이 국산화해 국내시장에 공급을 확대하고 있다.
디젤 엔진용 Insulation-Dash용 차음재로는 NDR(Noise Damping Rubber)이 채용됐으나 경량화 추세로 멀티소재로 대체되고 있다.
멀티소재는 상대적으로 압축강도가 낮은 레진 펠트(Resin Felt)가 압착성형돼 차음성 뿐만 아니라 흡음성을 보유해 흡·차음 성능이 크게 개선된 것으로 파악되고 있다.
글로벌 메이저들은 멀티소재 뿐만 아니라 솔루션 기술을 구축해 통합 서비스를 제공하는 시스템으로 전환하고 있다.
글로벌 시장에서 경쟁력을 확보하기 위해 VOCs(휘발성유기화합물) 및 냄새 저감, 재활용이 용이한 멀티소재 개발 등 친환경제품 개발을 강화하고 있어 국내기업들도 관련기술 개발이 요구되고 있다.

현대자동차, NVH 저감기술 채용
글로벌 화학기업들은 자동차용 소재 사업을 확대하고 있는 가운데 NVH 솔루션에 집중하고 있다.
국내시장은 BASF, DuPont 등 메이저들이 NVH 솔루션에 집중하고 있으며 SKC, 한화첨단소재, LG하우시스 등도 주목하고 있다.
글로벌기업들은 자동차 생산기업들이 NVH 저감기술 적용을 확대할 것으로 예상하고 선도적으로 솔루션 센터를 구축하고 있다.
하지만, 국내기업들은 NVH 저감에 주력하기 보다는 과도한 시장경쟁으로 저가공세에 의존함에 따라 차별화가 어려워지고 있다.
시장 관계자는 “국내 자동차기업들이 일부 고급 자동차에만 NVH 저감을 요구하고 있고 대부분은 코스트 절감에 주목하고 있어 NVH 저감 개발이 지지부진해지고 있다”고 밝혔다.
현대·기아자동차는 고급 자동차에 이어 신규생산하는 모든 자동차의 하부 언더커버 및 주요부위에 흡·차음재 적용을 확대할 계획이어서 NVH 저감용 부품소재 시장이 성장할 것으로 예상되고 있다.
현대자동차는 최근 NVH코리아, 도레이케미칼 등과 자동차 실내 정숙성 향상을 위한 다층 섬유 NVH 부품 제조기술에 성공하면서 NVH 저감기술 탑재를 시도하고 있다.
다층 섬유 NVH 부품은 고흡음성 입체 단면 섬유 설계 기술과 3충 다층 소재 구조 설계를 통한 NVH 제어 기술을 융합해 입체 단면섬유의 흡음성을 극대화하며 부품 중량 증가 없이 엔진 소음 차단 효과를 극대화할 수 있는 것으로 알려졌다.

SKC, NVH 저감용 PU폼 생산
엔진에서 실내로 유입되는 소음을 효과적으로 차단하기 위해 소프트층에 고비중의 차음층이 적층된 단열재 타입(Insulation Type)을 주로 채용했으나 최근에는 경량화 및 친환경 추세로 흡음층과 차음층이 모두 펠트로 구성된 NVH 저감부품 개발 및 적용이 확대되고 있다.
특히, Isolation Pad Dash가 경량화 요구 뿐만 아니라 주행성능 및 연비향상을 위한 고출력의 엔진기술들이 도입되면서 강력한 NVH 저감성능이 요구되고 있다.
Isolation Pad Dash는 실내로 유입되는 엔진 및 기타 소음을 저감시키고 있어 자동차 실내소음에 가장 큰 영향을 미치고 있다.
Isolation Pad Dash용 흡음재는 소재의 통기성과 표면적을 증대시킬 수 있는 PU폼, PET펠트 등이 주로 채용되고 있다.
흡음재는 섬유의 크기와 밀도, 폼의 셀 크기, 형상 및 오픈율 등이 품질에 절대적인 영향을 미치고 있어 다양한 테스트를 통해 최적화 작업이 이루어지고 있다.
Isolation Pad Dash용 차음재는 소음을 효과적으로 차단할 수 있도록 투입비중을 조절할 수 있으며 흡음재인 PU폼과의 접착성을 부여하기 위해 EVA(Ethylene Vinyl Acetate) 시트를 사용했으나 코스트 절감을 위해 PET펠트 등 합성섬유계로 대체되고 있다. TPE(Thermoplastic Elastomer) 시트도 일부 투입이 확대되고 있다.
엔진룸용 흡음재는 유리섬유와 재생섬유에 열경화성 페놀바인더를 적용한 유리섬유 수지 펠트(Glass Wool Resin Flet)가 주로 채용됐으나 경량화, 페놀(Phenol) 악취, 압착공정에서 찰과상 등 가공위험도 최소화를 위해 대체소재 개발이 요구되고 있다.
저밀도 PU폼은 경량화가 가능하고 셀오픈율이 높아 흡음성도 우수해 신규 자동차에 투입이 확대되고 있다.
SKC는 Hood Insulator, Headliner 등도 NVH 저감기술을 적용해 PU폼을 중심으로 NVH 저감용 흡·차음재를 상업생산할 방침이다.
Hood Insulator용 PU폼은 자동차의 엔진이 돌아가면서 발생하는 열이 본네트로 전이되는 현상을 방지하고 소음을 차단한다.
헤드라이너는 자동차 실내 지붕을 지칭하며 NVH 저감기술을 적용해 개발을 완료했다.
SKC는 엔진룸 뿐만 아니라 서스펜션(현가장치) 상단부에 투입되는 헬퍼 스프링(Helper Spring)을 개발해 상업생산할 예정이다.
헬퍼 스프링은 노면의 충격이 차체나 탑승자에게 직접 전달되지 않게 충격을 흡수하는 장치이며 타이어와 연결된 금속 스프링의 충격을 흡수하고 소음을 줄이고 있다.
SKC는 현대자동차에게 납품하기 위해 품질인증 테스트를 계속하고 있으며 1-2년 후에 투입될 것으로 기대하고 있다.

BASF, EP 통해 NVH 솔루션 구축
BASF는 2016년 12월 동탄에 위치한 한국BASF 기술연구소에 시험실을 개설해 소음 및 진동 솔루션에 중점을 둔 종합적 고부가 테스트 서비스를 자동차기업들에게 제공할 계획이다.
현대·기아자동차 R&D센터인 남양연구소 인근에 위치하며 NVH 기술허브 역할을 담당하고, 정적 및 동적거동에 대한 연구, 고주파, NVH 최적화, 내구성 테스트 등 광범위한 테스트 서비스를 제공할 예정이다.
설계 지원 뿐만 아니라 자운스범퍼, 댐퍼톱 마운트, 스프링 패드에 대한 첨단기술실험 등을 통해 다양한 기술을 지원할 계획이다.
특히, 마이크로셀룰러 PU 엘라스토머 브랜드 셀라스토(Cellasto)를 통해 자동차 댐퍼 스토퍼와 서스펜션에 NVH용 소재 투입을 확대하고 있다.
BASF는 한국에서 자동차용 EP 사업에 집중하는 영업전략을 구사하고 있어 영업력 강화를 위해 NVH 솔루션 시스템을 제공하는 것으로 파악되고 있다.
BASF 관계자는 “국내 NVH 솔루션 센터는 자동차기업들이 성공적으로 신기술을 개발, 양산할 수 있도록 부품 테스트 및 검증 서비스를 지원할 예정”이라며 “EP 자체 품질 뿐만 아니라 신속한 고객 응대와 국내 자동차 시장에 대한 전문적인 지식 등 핵심역량 강화를 통해 현대·기아자동차를 중심으로 국내기업에 대한 영업력을 강화할 것”이라고 밝혔다.
BASF는 PU폼, EP 뿐만 아니라 생산하고 있는 화학소재를 중심으로 다양한 자동차 NVH용 소재 개발에 집중하고 있다.
특히, 멜라민 폼(Melamine Foam)을 채용한 「Basotect TG」를 폭스바겐(Volkswagen) 모델의 엔진 흡음재로 투입하고 있다.
폭스바겐은 Exo-s, Rogers Foam 등 바소텍 TG를 엔진커버에 적용한 것으로 알려졌다.
바소텍 TG는 유일하게 특수 제작된 열경화성 멜라민 폼으로 복잡한 3차원 구조의 부품 및 좁은 공간에 맞춤화된 부품의 열성형 제작에 적합하며 고온에 노출되는 엔진룸에서도 우수한 흡음력, 난연성, 중량 절감효과를 발휘한다.
미세 오픈셀 구조는 엔진의 중고주파대역 소음을 효과적으로 흡수할 뿐만 아니라 바소텍 폼을 둘러싼 부직포 역시 모든 대역의 소음을 차단하는 것으로 알려졌다.

DuPont·Henkel, 아시아 기술센터 강화
DuPont은 고객의 요구사항에 따라 소재 개발에서부터 디자인, 시뮬레이션, 테스팅 등을 제공할 수 있는 NVH 테스트 시스템을 구축하고 있다.
국내에서도 NVH 측정장비를 모두 갖추고 소음과 관련된 컴퓨터 시뮬레이션도 가능할 수 있도록 제공하고 있다.
DuPont 본사 뿐만 아니라 한국법인에서 가이드라인을 주고 중국에서 개발된 진동흡수용 NVH 소재도 상업화할 예정이다.
DuPont은 NVH 특화 기술 뿐만 아니라 소재부터 파트까지 이어지는 전체 솔루션을 강화하고 있으며, 특히 국내기업이 요구하는 부품소재에 대해 지속적인 개발 및 투자를 확대하고 있다.
CAD/CAM(컴퓨터를 활용한 설계·제조 지원) 및 NVH (잡음·소음·장해전파) 시뮬레이션을 구사해 차별화를 추진해나갈 방침이다.
Henkel은 상하이(Shanghai)에 접착기술 이노베이션 센터(HAIC)를 개설해 자동차 NVH 저감기술 R&D를 강화할 방침이다.
상하이 접착기술 HAIC는 세계 최대로 중국 및 아시아·태평양 지역의 R&D 사령탑 역할을 수행할 계획이다.
레이아웃을 자유롭게 변경할 수 있는 차세대 Lab 및 자동차 관련 NVH 실험실을 설치했으며 수요처 및 학계와의 오픈 이노베이션도 추진하고 운송기기 및 전자소재, 소비재 부문에서 신제품 개발을 가속화한다.
신규 센터는 접착기술 부문에서 세계에서 11번째, 아시아에서는 한국, 일본, 인디아에 이은 4번째의 R&D센터이며 중국, 아시아·태평양에 분산돼 있는 접착기술 연구설비를 집약했다.
Henkel은 접착기술의 중점 영역을 포장소재, 소비재, 운송, 건축, 일반산업, 전기전자 등 5개로 규정하고 있다.
신규 연구동은 모든 접착기술을 통괄하는 아시아·태평양 지역의 핵심거점으로 규정하고 있다.
1층에 설치한 NVH 실험실에서는 3D프린터로 자동차부품을 시험 제작하고 실제로 차체에 장착함으로써 진동, 소음 시험을 실시할 수 있다.
Henkel은 중국 고속철도 95% 가량에 자사 NVH 시스템을 제공하고 있으며 자동차 탑재 전자 시스템의 장수명화 등을 위해 세계적으로 높아지고 있는 NVH 수요에 대응할 방침이다.      <허웅 기자: hw@chemlocus.com>