[공학저널 김하늬 기자] 철도를 구성하는 4대 재료는 레일과 침목, 레일체결장치와 도상자갈이다. 그중 침목은 노반 위에서 선로를 지탱하는 역할을 수행하며 안정적인 열차 운행에 핵심적인 구성요소로 손꼽히고 있다.
목재와 금속, 콘크리트, 플라스틱 등 소재가 사용되는 철도 침목 중 오랫동안 사용돼 온 목재 침목은 저렴하고 쉽게 구할 수 있다는 장점이 있지만 목재 특성상 기계적 손상을 받기 쉽고, 균열, 손상, 부식 등을 일으키기 쉽다는 한계가 있었다.
이를 해결하기 위해 개발된 프리 스트레스트 콘크리트(Pre-stressed Concrete), 일명 PC 침목은 안전 강도를 높였지만 탄성이 없어 소음, 진동에 취약한 부분이 있었다.
이에 목재 침목과 PC 침목 외부표면에 합성수지를 도포해 이러한 단점을 해결하는 철도 침목이 개발됐다. 바로 우레탄과 Fiber를 결합한 합성수지 침목이 그것이다.
이 침목은 목재 침목을 대체할 수 있는 바잘트 섬유와 폴리우레탄을 적용해 내구성과 성형성을 향상시켰다. 특히 복합소재 침목 개발 ISO 12856-1 타입 A와 JIS E 1203의 규격을 만족하며, 최근 문제가 되고 있는 환경 문제를 해결할 수 있는 환경 친화적 소재로 각광받고 있다.
목재 침목과 같은 수준의 취급 용이성을 가지고 있고, 내구성은 높으면서 성형성까지 갖췄기 때문에 침목 교체가 힘든 분기기나 무도상교량, 콘크리트 도상의 분기기 및 이음매용 침목에 사용될 전망이다.
이러한 합성수지 침목은 한국철도공사(KORAIL)에서 무도상교량의 장대레일화를 위해 국토교통부 국가 R&D를 통해 ㈜동양이화와 공동 연구 개발을 완료했다.
과제 총괄책임자로 있는 KORAIL은 성능검증 등을 총괄하고 있으며, 동양이화는 합성침목 원료개발, 작업공정 개발, 시험, 인증, 양산설비 구축 등을 담당하고 있다.
최근 동양이화는 성능검증을 위해 청량리역에 있는 한천교에 교량 침목을 부설 시공했고, 분기용 침목은 오송역에 1틀 시공을 수행했다.
아직까지 본격적 양산 적용사례는 없지만 올 하반기부터 목재 침목 적용구간을 대체하는 침목으로 합성 침목을 사용한다는 계획이다.
동양이화는 지난 2017년부터 철도레일 체결장치에 들어가는 탄성패드를 개발·납품을 시작하며 본격적으로 철도 산업에 진출했다.
기존에는 자동차 분야 우레탄 소재 부품, 엔지니어링플라스틱 등 자동차 부품 제작 및 판매와 원료소재 개발 및 배합기술, 자동차 배터리 관련부품 개발 및 제조, ESS(Energy Storage System) 관련부품 개발 및 제조에 주력했지만, 최근 철도분야에 관심을 갖고 합성 침목(교량형, 분기기용), 체결장치 구성부품인 우레탄 탄성패드를 개발하고 있다.
동양이화 이승현 부사장(사진)은 “그간 동양이화 설립 후 43년 동안 자동차 분야에 90% 이상 사업이 편중화 돼 있었고 미래의 사업 다각화 및 시장환경 변화에 대한 능동적 대처를 위해 다양한 포트폴리오가 필요하다고 생각했다. 그러던 중 철도기술연구원에 2년간 입주기업으로 철도분야에 대한 개발에 참여한 계기로 KORAIL과 연이 닿아 연구과제에 참여하게 됐다”며 “동양이화는 우레탄 전문 개발 기업으로 엔지니어링 플라스틱 개발도 수년간 경험이 있어 우레탄과 Fiber 소재인 합성 침목 개발에서 동양이화의 노하우가 잘 접목됐던 것 같다. 국산화가 필요한 철도관련 분야에 관심이 많고 공동기술개발을 통해 국내 철도산업 기술성장에 기여하고자 한다”고 말했다.
현재 동양이화는 자동차 배터리 관련 우레탄소재 부품 및 엔지니어링 플라스틱 제품개발을 진행하면서, KORAIL 철도기술연구소와 USP(Under Sleeper Pad)를 공동개발하고 있다.
이 부사장은 “국토부, 철도 관련 국가기관의 역량과 기술 개발도 중요하지만 철도산업의 부품을 개발·생산·제조하는 중소기업부터 중견기업까지의 단계적 기업의 기술개발 성장이 동시에 이루어져야 한다고 생각한다”며 “철도분야의 신기술 개발을 지속적으로 수행할 계획이고, 해외 선진기술을 벤치마킹해 국내에 적용하는 방안도 고민할 예정이다. 합성 침목에 대해서도 2세대, 3세대 추가 개발도 필요할 것으로 보이며, 가격 경쟁력 있는 국산 철도 제품 개발에도 적극 힘 쓸 계획”이라고 전했다.
