시내버스 재생타이어 사고실태 조사 및 원인분석

타이어 품질은 최근 글로벌 시장에서 인정받을 만큼 좋아지고 있는데도 불구하고, 파열 사고가 급격히 증가하고 있다. 사고가 발생한 타이어가 대부분 재생이다 보니, 재생타이어의 안전문제도 늘 언론의 관심이 되고 있다. 그런데, 시내버스 타이어 중 뒷바퀴의 경우 98% 이상이 재생타이어를 사용하고 있기 때문에 터졌다하면 재생타이어 파열이 신문지상에 오르내리는 것이지 실은 재생타이어의 안전 품질이 신생에 비해 우려할 정도로 떨어지는 것은 아니다. 현장에서는 CNG 버스 도입 이후로 비드부 파열사고가 늘었다는 제보가 많이 나오는 것이 사실이다.

타이어 관련 파열 사고는 그림 1에 나타낸 것과 같이 크게 두 가지로 나뉜다. 트레드 분리와 비드열파손이다. 트레드 분리는 고속 주행 시 발생하는 사고 유형으로, 타이어가 저압일 경우 스탠딩웨이브로 인해 발생한다. 고속도로 곳곳에서 수박껍질처럼 타이어 트레드 부분이 벗겨진 모습이 바로 스탠딩웨이브에 의한 트레드 분리 사고인 것이다. 비드 파열은 림의 온도가 급격히 올라가 비드와 접한 접촉 부위가 변형되면서 두께가 얇아져 파손되는 것으로, 사고 부위와 현상이 그림과 같이 확연히 다르며 주로 브레이크 사용이 많은 시내도로에서 발생한다.

브레이크 드럼(Drum)에서 발생한 열이 림(Rim)에 전달되면 비드부의 온도는 급격히 올라가게 된다. 드럼식 브레이크 차량이 시내에서 급발진과 급제동을 거듭하면서 특히 여름철에 드럼의 온도가 급격히 상승할 수 있다. 3시간 정도 주행과 제동을 거듭할 경우 드럼의 온도는 최대 400℃ 이상까지 상승한다. 이렇게 발생한 마찰열은 대부분 대류에 의해 림으로 전달되어 하절기 림의 온도는 200℃ 이상으로 상승한다. 온도가 높게 상승하면서 타이어 비드 플랜지(Tire Bead Flange) 부위의 변형이 심하게 일어나고 이로 인해 크랙(Crack)이 발생하여 버스트(Burst) 사고로 이어지는 것이다.

이러한 고열발생의 원인은 여러 가지가 있다. 특히 CNG 차량의 경우 전륜과 후륜 사이에 위치한 CNG 탱크로 인한 공냉 효과의 저하가 근본적인 원인으로 인식되고 있다. 1년 정도 사용한 타이어의 경우 열화로 인한 고무경화가 어느 정도 진행된 상태이고, 이로 인해 재생 후 가혹한 조건에서 사용하다 보면 파열이 발생할 수도 있는 것이다. 그림 3은 동일한 조건에서 디젤버스와 CNG버스의 브레이크 제동시 온도변화를 시험한 것이다. CNG 버스의 온도상승이 보다 가파르고 냉각도 더딘 것을 알 수 있다.

버스용 타이어의 경도는 처음 제조시 비드부가 약 72정도로 측정된다. 1년 정도 사용하면 80 이상으로 상승하고, 이를 수거하여 트레드 부위를 교체한 재생타이어가 만들어지는 것이다. 시내버스 회사에서 불량으로 분리해 놓은 타이어는 겉으로 보기에 전혀 알아볼 수 없지만 미세하게 공기압이 새는 ‘파손양호’, 비드 부위가 조금 뭉그러진 ‘파손불량’ 그리고 그림 1(b)와 같이 비드버스트가 발생한 ‘파손매우불량’의 세가지 경우로 구분할 수 있다. 이들 세가지 경우의 비드부 경도를 측정한 결과 그림 4와 같이 비드 경도가 90 이상인 타이어의 경우 비드 열파손이 발생한다는 것을 알 수 있었다.

이번엔 타이어 재료로 쓰이는 고무가 고온에서 어느 정도 경화되는지 실험으로 살펴보았다. 그림 5에서 보는 바와 같이 온도 20℃ 상승이 매우 큰 결과의 차이를 보이고 있다. 결국 타이어가 접하는 림 부위의 온도를 20℃만 낮춰도 고무의 경화를 급격히 낮출 수 있고, 이는 타이어의 비드 열파손을 막거나 최소화 해줄 수 있는 것이다.

그림 6은 신생타이어와 재생타이어 그리고 신생타이어를 강제로 경화시킨 신생+경화, 세 종류의 온도에 따른 내구성능 시험이다. 휠과 비드 부위의 온도를 140, 160 및 180℃로 유지하면서 타이어가 열파손 될 때까지의 내구성능을 시험한 것이다. 그림에서 보는 바와 같이 신생타이어 대비 재생타이어의 내구성능은 전 온도 구간에서 70~75% 수준을 보이고 있다. 그런데 온도 상승에 따른 내구성능은 140℃ 대비 160℃에서는 신생타이어도 65.3% 성능이 저하된 34.7%의 내구성을 보이고 있으며, 180℃에서는 82.5% 저하된 17.5%의 내구성능을 보이고 있다. 이는 단적으로 말해 고열 앞에 견딜 타이어가 없다는 것이다. 재생타이어의 품질문제가 주요 원인인 것이 아니고 타이어가 처한 주변 온도 조건이 너무 가혹할 경우 신생이나 재생이나 모두 견딜 수 없다는 것이다. 결국 어떠한 노력을 해서라도 타이어의 주변 온도를 140℃ 미만 나아가 메이커에서 보장하는 120℃ 미만으로만 낮춘다면 대부분의 사고는 예방될 수 있다는 증거이다.

고무의 경화를 막기 위해, 나아가 비드부의 온도를 낮추기 위해서는 결국 온도 상승의 원인인 브레이크 드럼의 온도를 낮추는 것이 가장 좋은 방법이다. 여름철 에어컨 응축수를 드럼에 공급하거나, 방열판을 장착 혹은 보조브레이크 장치 설치 등 여러 가지 방법이 제안되고 있는데, 몇가지를 제외하고는 부작용이 있는 것으로 나타났다. 에어컨 응축수의 경우 분진으로 인한 환경오염이 우려되며, 방열판은 타이어와 림의 온도는 낮출 수 있지만 보온효과로 인해 브레이크 드럼의 온도가 너무 많이 상승하는 단점을 보였다. 아래 그림 7은 리타더라는 보조브레이크 장치를 설치 후 시험한 것이다. 장착 전 340℃까지 상승하던 드럼의 온도는 장착 후 224℃로 34% 이상 감소했으며, 문제가 되는 휠의 온도는 109℃에서 74℃로 32% 저하된 결과를 보였다. 휠의 온도가 늘 100℃ 미만으로 유지된다면 고무의 경화율을 막을 수 있으며, 이를 통해 타이어의 안전 사용 기간을 늘릴 수 있는 것이다. 현재 재생 횟수(1회로 제한) 및 타이어 제조연한(5년 미만)을 기준으로 재생하는 것은 필자가 보기엔 다소 불합리 하다고 판단된다. 오히려 비드 부위의 경도를 측정하여 최초 생산 당시 기준(72 내외) 보다 25% 상승한 90 이상에서는 사용을 금지하고, 사용 중 경화되는 것을 예상해 20% 이상 되는 86.5 이상 되는 타이어의 재생을 금하는 것이 합리적이라고 판단된다.

그림 7과 같이 리타더를 장착할 경우 초기 장착 비용이 다소 부담될 수 있다. 현재 리타더는 700만원을 내외에서 옵션으로 장착되고 있기 때문이다. 그러나 리타더가 의무화된다면 국내버스 메이커에서는 300만원대에서 개발 장착이 가능하다고 한다. 또한 브레이크 사용이 현저히 감소하기 때문에 브레이크 패드 및 드럼 등의 수명이 5배 정도 늘어 장착 후 3년 이내에 장착 비용 회수가 가능하다. 브레이크 분진의 감소로 인한 환경개선은 당연한 보너스이다. 해외에서도 이러한 장점을 알고 있기 때문에 유럽의 경우 5톤+9인승 차량에 대한 보조브레이크 장치를 의무화했으며, 미국의 경우는 CNG 버스 탱크를 차량 상부에 위치시켜 과도한 열발생을 막고 있다.

일부 언론이나 기관에서는 재생타이어의 품질이 문제이기 때문에 시내버스 후륜에 신생타이어를 장착해야 한다고 한다. 그러나 신생과 재생타이어를 대상으로 고온 내구 시험을 실시한 결과 그림 6에 나타낸 것과 같이 재생타이어의 품질이 특별히 낮다거나 사고위험성이 훨씬 크다는 징후를 포착할 수 없다. 오히려 신생타이어도 고온에서는 조건에 따라 재생보다 먼저 파열하는 경우(140℃)도 발생하고 있으며, 일부 버스회사에서 안전상의 이유로 신생타이어를 장착했으나 여름철 파열사고는 여전히 발생한다는 보도를 접할 수 있다. 물론 현재 고무의 물성을 측정하는 장비로는 측정자에 따라 물성값이 달라질 수 있어, 경도를 기준으로 재생을 제한하는 것은 다소 무리가 있다. 그러나 뻔히 보이는 해결책을 두고 다른 부분을 건드리는 것은 문제의 해결책이 아니라고 본다. 브레이크 드럼의 온도 상승을 막아 림의 온도를 120℃ 미만으로만 유지한다면 여름철 타이어의 열파손으로 인한 사고를 95% 이상 예방할 수 있다.