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국내 자동차용 타이어 기술개발 동향

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글 : 채영석(webmaster@global-autonews.com)
승인 2014-08-14 15:29:55

본문

1. 서론

유럽을 중심으로 기후변화 협약 대응을 위해 차량으로부터 배출되는 이산화탄소 양을 규제하는 법안이 실행되기 시작하여 자동차 이산화탄소 배출량 규제가 전세계로 확대되어 점점 강화되어질 것으로 예상되고 있다. 한국 또한 연비 규제가 본격화되어 실행되어 질 것으로 예상되고 있으며 그 실행 시기 또한 앞당겨지고 있는 실정이다. 이와 같은 연비 규제에 대응하기 위해 자동차 파워트레인 기술개발은 많은 진보를 이루고 있으며 다양한 신재생에너지 및 전기를 이용하는 그린카 기술개발 또한 본격적인 실용화에 다가가고 있는 것으로 보고되고 있다.

글 / 최 영 (한국기계연구원)
출처 / 오토저널 4월호

파워트레인 고도화 기술, 차량 경량화 기술, 차체 디자인 기술과 더불어 차량의 연비를 대폭 개선할 수 있는 기술로서 타이어 기술이 있으며 다른 항목들은 이전의 동향 보고에서 많이 다루어졌기 때문에 본 고에서는 국내타이어 기술개발 동향을 살펴보고자 한다. 특히 미세먼지가 다량 발생하거나 유입되어 대도심뿐만 아니라 한반도 전체가 큰 환경적 어려움을 겪고 있는 요즈음 대도심 미세먼지 발생 요인의 하나로서 지목되고 있는 타이어 미세입자에 대해서도 살펴보는 것은 매우 시기 적절하다고 할 수 있겠다.

본 고에서는 친환경타이어라는 시대적 요구에 따라 개발되고 있는 국내 타이어의 연비성능, 안전성능, 주행성능, 환경성능 등의 네가지 항목에 초점을 맞추어 기술하도록 하겠다.

2. 연비성능

일반적으로 타이어는 레이온과 나일론 등의 섬유에 양질의 고무를 입힌 코드를 여러 층 겹쳐서 황을 가하며 틀속에서 성형한 것으로 기본 구조는 타이어 내부로 들어가면서 트레드, 벨트, 카커스, 비드 등으로 이루어져 있으며 바깥부분은 크게 트레드, 숄더, 사이드 월, 비드의 네 부분으로 구분하고 있다.

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트레드(Tread)는 타이어가 노면과 직접 접촉하는 부분으로 두꺼운 고무층으로 이루어져 있으며 크라운부라고 도 부른다. 트레드는 카커스와 벨트층을 보호하고 바퀴의 빠른 회전에 의한 노면과의 충격 및 마찰에 견딜 수 있으며 타이어의 주행 수명을 늘리기 위해 경질의 내마모성, 내커트성, 내열성이 우수한 고무와 첨가물을 사용하고 있다. 트레드는 노면과의 접지력을 증가시켜 견인력, 제동력, 구심력 등을 충분히 발생시킬 수 있도록 여러 가지 홈(트레드 패턴)이 파여 있는 구조로 제작되게 된다.

벨트(Belt)는 래디얼 타이어의 트레드와 카커스 사이에 설치되어 강성에 큰 차이가 있는 트레드와 카커스의 분리를 방지하고 카커스를 원둘레 방향으로 강하게 죄어 트레드의 강성을 높이고 노면에 닿는 트레드 부위를 넓게 하여 노면으로부터 받는 충격을 완화시킴으로써 주행안정성을 높이는 보강대 역할을 한다.

숄더(Shoulder)부는 트레드부와 사이드 월(Side Wall)부 사이에 위치하여 타이어의 어깨부위라고도 하며 구조상 고무의 두께가 가장 두껍기 때문에 주행 중 내부에서 발생하는 열을 쉽게 발산할 수 있도록 설계되어 있다.

사이드 월부는 숄더부와 비드부 사이에 해당하는 부분으로서 카커스를 보호하고 유연한 굴신운동을 함으로써 승차감을 좋게 하는데 이 부분에는 타이어의 종류, 규격,구조, 패턴, 제조회사 등이 표시되어 있다.

카커스(Carcass)는 타이어의 뼈대가 되는 가장 중요한 부분으로서 플라이(Ply)라고 부르는 섬유층 전체를 말한다. 섬유층은 타이어 코드(레이온, 나일론 등)를 사선(Bias) 또는 방사상(Radial)으로 그물망과 같이 짜서 얇은 고무를 피복시키고 다시 코드층을 1매씩 실제 방향으로 교대로 교차시켜 내열성 고무로 접착시킨 구조로 되어 있으며 타이어 내부의 공기압과 하중, 충격에 견디는 역할을 한다. 타이어의 강도는 코드의 인장강도와 코드의 층수에 따라 결정된다. 코드의 매수에 따라 1플라이, 2플라이 등으로 부르게 되는데 플라이 수(Ply Rating :PR)는 타이어의 부하능력을 표시하는 수치로 사용되며 승용차는 4~6 플라이, 트럭이나 버스용은 8~16 플라이가 사용되어지고 있다.

비드(Bead)는 타이어가 림과 접촉하는 부분으로 카커스 포층의 끝을 고정시켜 내압을 유지하고 타이어를 림에 고정시키는 역할을 한다. 일반적으로 림에 대해 약간의 죄임을 주어 타이어의 공기압이 급격히 감소될 경우에도 타이어가 림에서 빠지지 않도록 설계되어 있다. 비드 부분이 늘어나거나 타이어가 림에서 빠지는 것을 방지하기 위해 비드 와이어(피아노선)가 원둘레 방향으로 들어가 있다. 이너 라이너(Inner Liner)는 래디얼 타이어의 튜브 대신 타이어 안쪽에 위치하고 있으며 공기 유출을 방지하는 역할을 하게 된다.

이러한 타이어의 주요 구성 물질은 고무배합물인데 타이어 고무배합물의 구성성분을 살펴보면 탄성을 유지하고 제동유지 기능을 하는 고무가 있으며 천연고무와 합성고무가 사용되어진다. 마모와 강성을 보완하기 위해 보강성 필러가 첨가되는데 카본 블랙이나 실리카가 주로 사용되어지며 가공성 개선을 위해 방향족 또는 파라핀계 프로세스 오일이 이용되고 고무류 경화 및 노화안정을 위해 항오존제나 항산화제를 안정제로 첨가하게 된다.

다음으로 반응활성제인 산화아연이나 스테아르산이 추가되고 가공성을 향상시키기 위한 공정조제로서 레진이나 비누류를 첨가하며, 고무와 금속간 결합을 형성하여 접착성능을 확보하기 위한 접착제로서 레진이나 멜라민을 사용한다. 또한 타이어 강도 보강을 위해 패브릭이나 철선을 사용하여 코드를 만들어 적용하고 가교결합을 형성하기 위해 황을 이용하게 되며, 반응시간을 단축하기 위한 반응촉진제로서 설퍼아마이드나 구아니딘을 사용한다.

승용차 타이어의 경우는 합성고무에 실리카를 주로 적용하고 트럭이나 버스의 경우는 그 운전특성을 감안하여 트레드의 고무는 천연고무를 적용하고 카본블랙을 보강성 필러로 주로 적용하는 것으로 알려져 있다.상기한 타이어 고무배합물의 성분을 개선하거나 대체하는 소재 및 물성 연구가 활발하게 진행 중인데 이를 통해 타이어의 마찰력과 제동력을 향상시키고 연비 또한 상당부분 개선하고 있는 것으로 보고하고 있다.

금호타이어에서는 Low Styrene으로 탄성 하락을 방지하고 Vinyl 증가에 의한 실리카 친화성을 증대시킨 내마모용 마이크로 구조 변경 합성고무를 개발하였으며 보강성이 높은 필러로서 구조파괴를 최소화하면서 표면적을 변경 개선하여 고무분산성을 향상시킨 고분산 실리카 컴파운드를 적용하여 고무와 실리카 결합력을 강화하였으며 Sulfur와 Accelerator 변경을 통한 최적 Cure 시스템을 적용하여 타이어의 마모 성능을 대폭 개선하였다. 또한 고유의 형상최적화 설계기술을 적용하고 타이어 구조체의 강성을 최적화시켜 회전저항을 감소시킴으로써 연비를 5~10% 정도 개선한 것으로 보고하고 있다.

한국타이어에서도 타이어의 각 부분과 회전저항 사이의 프로파일을 분석하고 Dyna-ProFET 고무와 실리카의 최적배합 IMS(Innovative Mixing System)을 통해 타이어의 다른 성능에 영향을 주지 않으면서도 회전 저항을 낮추어 연료를 절약할 수 있는 타이어를 설계하고 있는 것으로 조사되고 있다.

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섬세한 핸들링을 통해 타이어가 최고의 성능을 발휘하기 위해서는 타이어가 지면에 닿는 부위인 트레드에 균일한 압력이 가해지는 것이 중요한데 한국타이어는 컴퓨터 시뮬레이션을 이용하여 다양한 운전 조건 하에서 타이어의 도로 접지 형태를 분석하는 설계 시스템 OCP(Optimized Contact Patch)을 개발하여 제품 개발에 활용하는 것으로 보고하고 있다.

이 시스템은 타이어를 미세한 정육면체로 나누어 각각의 정육면체가 받는 힘을 측정함으로서 타이어와 노면의 접지를 최적화시키게 된다. 또한 운전자가 자동차를 원하는 대로 그리고 안전하게 운전하는 데에 도움을 주기 위해서는 운전자와 자동차의 조화, 그리고 자동차와 타이어의 조화 역시 매우 중요하게 되는데 최적의 조화를 이루어 내기 위해 한국타이어에서는 로봇 공학 엔지니어링시스템을 적용하여 실험실 내에서 실제 차량으로 테스트함으로서 운전 성능을 가늠할 수 있는 시스템을 보유하고 있다.

한국타이어에서는 이 시스템을 활용하여 자동차의 서스펜션 특성을 측정하고 컴퓨터 프로파일링을 통해 다양한 속도에서 어떻게 타이어가 도로면과 상호작용하는지를 시험하게 되는데 이러한 시험을 통해 자동차와 타이어간의 밀접한 조화를 이루어 내고 최적 조합을 찾아내어 타이어 설계에 반영함으로서 타이어의 주행과 안전등에 관계된 전체적인 성능을 유지하면서 연비성능을 극대화 시키고 있는 것으로 보고하고 있다.

3. 안전 및 주행성능

마찰력을 통해 타이어는 미끄러짐을 방지할 수 있기 때문에 운전자의 안전을 지키기 위해 무엇보다 중요한 것이 바로 타이어와 도로면 사이의 마찰력이다. 마찰력과 더불어 타이어의 제동(Braking)성능도 안전과 직결되는 중요한 요소이다. 일반적으로 타이어의 마찰과 제동성능은 타이어의 재료, 타이어의 단단함, 형상, 그리고 타이어의 접지면의 패턴 설계 등으로써 향상시킬 수 있게 된다.

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타이어의 견인력과 제동력을 지배하는 것은 타이어의 마찰계수이기 때문에 마찰계수를 증가시키고 부가적인 기능을 부여하기 위하여 트레드부에 일정한 모양의 홈(Tread Pattern)이 패어져 있다. 트레드 패턴은 홈의 에지효과에 의해 마찰을 증가시키고 비오는 날의 주행 시에는 수막을 끊고 접지력을 증가시키며 타이어의 횡진동방지, 타이어에서 발생한 열의 방출, 선회 시 양호한 선회성능을 부여하기 위해 다양한 모양으로 설계되어지고 있다. 트레드 패턴은 타이어를 틀 속에서 성형한 후 특수커트기로 트레드부에 약 2cm 간격으로 홈을 파거나 혹은 얇은 금속편을 미리 금형에 매몰하여 타이어와 함께 성형하게 된다. 타이어의 경우 도로면과 직접적으로 접촉하는 트레드부의 패턴이 계절과 용도에 따라 달라지게 되는데 크게 리브형(Rib Pattern)과 러그형(Lug Pattern), 리브-러그형(Rib-Lug Pattern), 블록형(Block Pattern), 비대칭형(Asymmetric Pattern) 등으로 나눌 수 있다.

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리브형은 타이어의 원주방향에 따라 여러 개의 홈을 만들어 놓은 것으로서 옆방향 미끄럼 저항(회전 저항)이 커서 조향성이 좋으며 발열이 적고 소음 및 진동 또한 적어 승차감이 좋기 때문에 포장도로를 고속 주행하는데 적합해서 승용차 타이어의 기본형으로 많이 사용되어지고 있다. 최근에는 중소형 트럭이나 버스용으로도 사용되어지고 있지만 다른 형상에 비해 제동력 및 구동력이 떨어지고 홈부에 균열이나 파열이 발생하기 쉬운 단점이 있다.

러그형은 타이어의 회전방향에 대해 직각에 가까운 홈을 파 놓은 것으로서 구동력과 제동력이 크고 방열성이 좋아 주로 대형 트럭이나 버스, 건설차량 및 산업차량에 사용되고 있지만 다른 형상에 비해 회전 저항이 커서 저압 고속 주생 시에는 타이어의 편마모를 일으킬 염려가 있으며 옆 미끄럼 저항이 적고 소음이 비교적 큰 단점이 있다.

리브형과 러브형의 장점을 취하도록 숄더부에 깊은 러그형 모양을 새기고 구동력과 제동력을 얻으며 중앙부에는 지그재그의 리브형 모양을 새겨 놓아 조종성과 안정성, 가로방향의 미끄럼이 방지되도록 제작한 혼합방식이 리브-러그형 트레드 패턴이다. 그러나 러그부 끝과 리브의 홈 부분에서 각각 마모와 균열이 발생하기 쉬우며 제동력과 구동력이 러그형보다 작은 단점이 있다. 포장과 비포장도로를 동시에 주행하는 차량에 적합하기 때문에 주로 트럭용이나 버스용에 많이 사용되어지고 있다.

블록형은 노면과의 접촉 부분이 하나하나 독립된 블록으로 이루어진 것이며 블록의 형태에 따라 사각, 육각,마름모형 등이 있다. 블록형은 견인력과 제동력이 클 뿐만 아니라 옆 방향으로의 미끄럼이 작아 눈, 진흙, 사막 등의 스노우 타이어나 건설용 차량에 채용되어지고 있다. 그러나 다른 형에 비하여 그루브가 지지하는 면적이 넓어 타이어의 마모가 빠르며 회전 저항이 크다는 단점이 있다.

비대칭형은 좌우 패턴이 다른 구조를 지니고 있어 노면과 접촉하는 힘이 균일하고 내마모성 및 제동성이 좋으며 코너링 시 타이어의 바깥쪽 접지력을 높여주어 고속으로 코너를 돌 수 있다. 반면 차량에 장착할 때 안쪽과 바깥쪽을 구별하여야만 하며 규격 간의 호환성이 부족한 단점이 있다.

일반적으로 타이어는 자동차의 그 어느 부분 보다도 기후변화에 민감하게 반응하게 되며 비와 눈과 같이 날씨 변화에 수반되는 도로 노면 변화는 미끄러짐과 제동성능과 매우 밀접한 연관이 있다. 비로 인해 젖어 있는 노면에서 자동차가 고속으로 질주하게 되면, 타이어 패턴에 있는 홈인 그루브가 물을 분산시킬 수 없어, 운전자가 자동차의 핸들링을 컨트롤 할 수 없는 상황이 발생하는데 이를 하이드로-플래닝(수막현상)이라고 한다. 하이드로-플래닝(수막현상)이 발생하면 물 저항성으로 인해 타이어가 땅에서 들려 물 위에 떠서 가는 것처럼 되며 이는 매우 위험한 상황을 초래할 수 있다. 도로에서 타이어의 물에 대한 반응은 타이어의 고무 배합, 타이어 접지면의 패턴, 타이어의 실제 접지형상의 3가지로 결정되게 된다.

한국타이어에서는 고무 배합 시, 타이어의 주요 구성재료인 실리카와 고무 사이의 상호작용을 극대화하여 물분자를 타이어 접지면의 패턴에 있는 홈인 그루브로 끌어들이도록 설계하였으며, 이렇게 되면 물을 도로표면으로 분산시킬 수가 있고, 이를 통해 타이어는 물 위가 아니라 도로 위를 달릴 수 있게 되어 미끄러짐을 방지할 수 있어 안전성능을 크게 개선한 것으로 보고하고 있다.

뿐만 아니라 한국타이어에서는 타이어 접지면의 패턴과 접지형상에 대한 연구를 지속적으로 수행하여 최적의 접지력을 유지하는 타이어를 자체적으로 개발하고 있으며, 타이어 패턴의 그루브에 계단 형태의 층을 만들어 조약돌 등이 타이어의 그루브에 깊이 파고들 수 없도록 만드는 SET(Stone Ejection Technology) 기술과 고속주행 시 발생할 수 있는 변형을 최소화하기 위해 타이어의 외형을 분석하고 재창조하는 기술 DPCT(Dynamic Profile Control Technology) 등 젖은 노면에서의 운전자 및 보행자의 안전을 위한 연구를 지속적으로 수행하고 있는 것으로 조사되고 있다.

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또한 여러 가지의 시뮬레이션 테스트를 이용하여 도로면에서 타이어가 물에 반응하는 과정을 사전에 검증할수 있는 해석 툴을 이용하면서 성능 실험장인 G’Trac Proving Ground 내에 특별히 하이드로-플래이닝 섹션(직진과 커브 코스)을 보유하고 다양한 테스트를 통해 실질적인 안전성능 개선이 타이어 설계 및 제작에 반영되도록 연구개발을 진행하고 있다.

눈이 내린 길에서의 운행을 위한 타이어 안전의 첫 번째 이슈는 타이어 고무와 부가적인 성분들의 배합인데 한국타이어의 겨울용 타이어에 사용되는 타이어 구성 재료인 실리카는 젖은 노면에서의 미끄러짐을 방지하면서도 회전 저항을 낮추도록 배합되었으며 겨울용 타이어에 사용된 고무는 섭씨 7도 이하에서도 딱딱해지지 않고 유연성이 유지되어 겨울에도 타이어의 성능을 발휘할 수 있도록 특수하게 조성된 것으로 보고되고 있다.

또한 겨울용 타이어에는 타이어 접지면에 커프라고 불리는 지그재그 모양의 패턴을 통해 눈과의 마찰을 극대화하여, 안전성과 핸들링을 높여주게 되는데 전통적인 타이어의 커프는 2차원 타입이지만 한국타이어에서는 이에 수직으로 또 하나의 형상을 더하여 3차원 타입으로 제작하였으며 이러한 3D 커프는 눈길이나 빙판길 뿐만 아니라 보통의 젖은 노면과 마른 노면에서도 타이어 성능을 개선하여 마찰, 제동 및 측면 그립에 모두 긍정적인 영향을 주는 것으로 보고하고 있다.

기후변화에 대응하기 위한 기술개발뿐만 아니라 도로의 이물질에 의해 발생할 수 있는 타이어 펑크 시 대응 기술 또한 능동적으로 개발되고 있는데 타이어 펑크는 자칫 대형사고를 유발할 수 있어 안전성능 측면에서 향후 그 중요도가 높아질 것으로 기대되는 항목이다. 금호타이어에서는 실란트(Sealant) 타이어를 개발하여 국내에 출시하였는데 실란트 타이어는 타이어 내부에 특수물질을 도포하여 직경 5mm 이하 못과 같은 이물질이 타이어 표면을 관통하여도 실란트 층이 파손부위로 이동하여 관통된 부위를 막아주기 때문에 공기 누출 없이 정상주행 가능한 신개념 타이어로서 최근 선을 보였다.

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금호타이어에서는 Run-Flat Tire Technology로 명명된 펑크 시에도 안전주행이 가능한 타이어를 2003년 국내 최초로 개발에 성공하였으며 이 타이어를 적용하였을 경우 공기가 없는 상태에서도 시속 80km 상태로 80km 주행이 가능한 것으로 보고하고 있다. 또한 새로운 컴파운드 적용과 열방출 효과를 극대화시킴으로서 극한 한계상태인 시속 360km 조건에서도 주행이 가능한 타이어 개발에 성공하였다.

한편 타이어는 자동차의 편안한 승차감을 위해 매우 중요한 역할을 하게 되는데 국내 타이어 제작사에서는 도로와 자동차 사이의 물리적 충격을 완화시켜 편안한 승차감을 구현함은 물론 청각적인 부분까지 고려하여 보다 안락한 타이어를 개발하는데 노력하고 있다.

일반적으로 타이어로부터 발생하는 소음에는 패턴 소음(Pattern Noise), 스퀼음(Squeal), 험(Hum), 스퀼치 (Squelch), 럼블(Rumble), 떰프(Thump) 등이 있다. 이와 같은 타이어 소음을 분석하고 감소시키기 위해 타이어의 아주 섬세한 소리까지 구별하도록 설계된 무향실에서 타이어와 지면의 소음을 색깔로 전환하여 도식화하는 분석실을 운영하고 있으며 성능 실험장인 G’Trac Proving Ground에서 직접 실제 자동차를 구동하면서 소음 테스트를 진행하여 통계적 방법을 통해 효과적으로 소음을 줄이는 방법을 고안하고 있다.

타이어는 회전체이기 때문에 타이어의 일부분이 노면과 연속적으로 충돌하여 진동이나 소음이 발생하는 것은 당연하지만 타이어가 회전축을 기준으로 중량의 불균형, 치수의 불균형, 원주방향 강성의 불균일 등에 의한 불평형이 존재하면 특히 고속 주행 시 원심력으로 인해 진동이 발생하게 되고 심하면 타이어의 편마모 및 핸들 떨림현상이 발생하게 된다. 따라서 정숙한 주행 성능을 보장하기 위해 차체 진동 문제 해결과 동시에 타이어 진동 문제를 해결하기 위한 연구가 필요하다. 한국타이어에서는 고도로 민감한 진동 기록 장치를 이용하여 운행 중 도로면에서의 진동을 계측하고 모아진 일련의 3차원 데이터를 분석하여 그 결과를 타이어 형상 설계에 적용하여 편안한 승차감을 만들어내는 연구를 수행하고 있다. 또한 앞바퀴와 뒷바퀴, 섀시, 좌석 레일, 좌석 쿠션 등 자동차부품의 각 부위에 진동 센서를 부착하여 진동 데이터를 측정하는 기술 RQCT(Ride Quality Control Technology)을 적용하고 그 데이터를 타이어 설계 인자
와 연계하여 최적의 승차감을 가진 타이어를 디자인하고 있으며 주행 성능 실험장에서 실제 자동차를 통해 거친도로면, 맨홀, 수리중인 도로, 갈라진 도로 등 상황 별 테스트를 거쳐 최적 주행 성능을 보장하는 타이어를 개발하고 있는 것으로 조사되고 있다.

4. 환경성능

타이어로부터 야기될 수 있는 환경영향 인자로는 크게 세가지가 있는데 제조 시 발생할 수 있는 오염물질 방출과 타이어 처리를 위한 연소 시 유발되는 오염물질 방출문제, 자동차 주행 시 타이어 마모로 인해 발생하는 타이어 마모입자가 이에 해당된다.

먼저 타이어 제조 시 생성되는 환경오염물질로는 휘발성 물질로부터 발생하는 냄새와 악취가 있으며 대기오염과 침출물로부터 기인한 토양오염과 수질오염 등이 있다. 이와 같은 오염물질 방출을 줄이기 위해 친환경 소재를 적용하고 있으며 침출수 유해물질을 최소화 시키고 추출방지 및 용해도 감소 등을 통해 오염물질 방출을 제한하고 있다. 폐타이어를 재활용하거나 타이어 폐기를 위해 연소시킬 경우에도 유해 가스 배출로 인한 대기오염과 호흡기 영향이 발생할 수 있으며 타이어 속에 포함되어 있는 유해금속으로부터 토양오염이나 수질오염이 발생될 수 있다.

이와 같은 타이어 연소 시 발생할 수 있는 오염도를 최소화시키기 위해 국내 타이어 업계에서는 납과 카드뮴 함유량을 최소화 시키고 순도가 높은 산화아연 등을 적용하
여 환경규제를 만족시킬 뿐만 아니라 언제나 사회문제로서 골칫거리 중의 하나였던 폐타이어 재활용 및 폐기와 관련된 환경 문제를 해결하기 위해 노력하고 있다. 세 번
째 타이어로부터 발생하는 환경인자인 타이어 마모입자의 경우는 미세 마모입자의 경우 대기오염이나 인체 호흡기 영향을 줄 수 있으며 굵은 마모입자의 경우는 토양이나 하천에 오염을 유발시킬 수 있는 문제가 대두된다.

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특히 타이어 미세입자의 경우는 회수가 거의 불가능하기 때문에 타이어 미세입자의 유독성을 최소화하거나 마모량을 줄이는 수 밖에 해결방법이 없는 것으로 보고되고 있다. 타이어 미세먼지 배출 특성을 파악하기 위한 연구가 국내에서도 진행 중인데 타이어 트레드 패턴별로 마모입자 크기와 분포를 측정하고 있으며 Block Stiffness도 고려하고 있다. 또한 접지 형상과 접지압, 마찰에너지 등의 마모특성 인자들을 설정하여 연구를 진행하고 있으며 구조적 특징을 파악하기 위하여 페인트웨어(Paint Wear) 실험을 수행하며 타이어 재료 별로 발생하는 마모지수를 파악하는 등 마모 성능 개선을 위한 다양한 특성 인자를 도출하고 특성 인자별로 심도 있는 연구를 수행 중에 있다.

국내 금호타이어에서는 친환경 타이어 기술로서 소재개발에 많은 노력을 기울이고 있는데 국제환경규제 대응과 유해성 제거를 위해 중금속과 발암물질로서 규제되고 있는 PAHs, Nitrosamine 등이 제거된 친환경 재료를 적용하고 있으며 회전저항 감소를 위한 고 기능성 폴리머와 실리카를 개발하여 적용하고 있다. 타이어 마모입자를 줄이기 위해 기존 실리카 사용 시 문제되었던 마모성능 하락을 방지하기 위한 나노물질을 개발하여 적용하여 장거리 주행 시에도 마모성능을 대폭 개선하였으며 고강도 스틸과 패브릭 코드(Cord)를 개발하여 적용함으로써 타이어 중량을 저감시킴과 동시에 연비를 개선하는 효과도 보고 있는 것으로 보고되고 있다.

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특히 실리카 제품은 고무와 약한 결합으로 내마모 성능이 하락하게 되는데 이를 극복하기 위해 마이크로입자로 구성된 필러(Filler)를 적용하여 105% 마모력 향상 효과를 보이며 이는 원가절감과 자원보존에 크게 기여할수 있는 결과로 조사되어지고 있다. 또한 실리카와 결합력이 우수한 S-SBR 고무를 사용하고 Silane Coupling 제 사용과 더불어 고무간 결합력을 높이기 위한 Sulfur Cross-link 방식을 채택한 제품을 개발함으로서 기존 실리카 제품의 문제점을 극복하고 마모성능을 대폭 개선하여 궁극적으로 타이어 미세입자 배출 정도를 크게 개선할 수 있을 것으로 기대되고 있다.

금호타이어뿐만 아니라 한국타이어에서도 합성 고무, 카본 블랙, 합성 오일 등 타이어에 사용되는 많은 정유 부산물들을 환경 친화적인 재료로 점차 대체해 가고 있으며 생산과정에 있어서도 수질 오염물질의 정화, 냄새저감 및 온실가스 배출 최소화 등 오염물질 배출을 줄인 친환경 생산을 위한 지속적인 연구개발과 투자를 진행하고 있는 것으로 보고되고 있다.

5. 결론

자동차에서 타이어는 휠 디스크에 끼워져 일체로 회전하면서 탄력을 가지고 휠 디스크와 함께 차량의 모든 중량을 분담 지지하고, 주행 중 노면으로부터의 충격을 흡수하며, 자동차의 방향을 전환하고 구동력과 제동력을 전달하는 중요한 역할을 담당한다. 본 고에서는 주행성능과 안전성능이라는 타이어 본연의 관점과 더불어 점점 더 강화되고 있는 자동차 연비규제에 대응하기 위한 연비성능 관점과 환경오염을 줄이기 위한 친환경타이어 관점에서 접근해 보았다.

타이어 재질과 배합성분용 소재 개발, 트레드 패턴 개선, 진동 및 소음 저감, 형상 설계 최적화, 제작 및 주행시 환경오염 물질 저감 기술 개발 등을 통해 고성능 친환경타이어라는 시대적 요구사항을 엿 볼 수 있었으며 이와 같은 목적을 달성하기 위한 국내 타이어 제작사들의 연구개발 노력과 흐름을 파악할 수 있었다.

다른 자동차 부품들과 마찬가지로 국내 타이어 제작사들의 타이어 설계 및 제작 기술 또한 선진 제작사들과 어깨를 나란히 할 수 있을 정도로 기술이 개선되었으며 세계 시장에서 차지하는 비중 또한 점점 커지고 있는 것이 현실이다. 하지만 타이어로부터 발생하는 환경문제까지도 최소화시킬 수 있는 지속적인 친환경타이어 개발이 필요하며, 이에 대한 정부와 민간부분의 투자가 계속될수 있기를 기대해 보면서 본 글을 맺고자 한다.
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