자동차의 발이 되는 타이어에 대해서 알아보자...

안녕하세요. 2017년 정유년 시작입니다.

오늘은 자동차에서 발이 되어주는 타이어에 대해서 포스팅을 할려고 합니다.

타이어는 비행기 착륙에도 견디는 합성 고무 기술의 결정체입니다. 그에 타이어의 재료와 구조에 대해서 알아 보려고합니다.

비행기를 보면서 느낀점이지만 비행기가 가벼운물체도 아니고 또 그 안에 사람과 온갖 짐을 싣고 그 빠른 속도로 땅에 내려 앉을때는 정말 놀랍다.

비행기 착륙할때 보면 땅과 닿는 순간 마찰로 인해 흰 연기가 나는데도 타이어에는 별 문제 없이 속도에 맞춰 굴러가다가 제동에 걸립니다.

- 타이어의 재료는 고무 - 

고무는 영어단어로 "Rubber" 라고도 합니다.

멕시코 마야 인디언들이 오래 전부터 고무나무 라텍스에서 얻는 고무를 경화시켜 튀는 공을 만들어 의식을 위한 게임에 사용했다고 합니다. 이를 본 유럽 탐험가들이 고무를 유럽에 18세기에 들여왔고, 그 후 1770년경 영국의 대 과학자 조지프 프리스틀리(Joseph Priestley)는 이 물질이 연필글씨를 지우는 지우개로 적당하다는걸 알아냈다고 합니다.

다시 설명하면 고무는 연필글씨를 비벼 문지르면(Rub)지울 수 있느 재료(er)로 인식되고, 이데 따라 Rubber라는 단어가 탄생했다고 합니다.

- 고무와 천연 고무의 차이는 가황과정을 거쳐야 한다. -

일반 고무와 천연고무의 어떤 차이가 있을까요? 가장 핵심적인 차이는 천연고무는 가황이라는 화학반응을 거쳐야 탄성이 생겨 비로고 사용가치를 갖는다는 차이 입니다. 가황이랑 황을 첨거한다는 의미이고, 천연고무와 황가루 및 촉매 등을 섞어서 가열하여 소위 황원자들을 통한 다리결합 구조를 만듭니다.

가황 방법은 미국의 찰스 굿이어(Charles Goodyear)가 발견했습니다. 굿이어 많이 들어온 이름입니다.

실험을 계속하다 지친 굿이어가 아침에 일어나보니, 전날 밤에 우연히 부엌 오븐 위에 던져 둔 고무덩어리가 기가 막힐 정도의 탄성을 보였다는 일화는 유명하 이야기 입니다. 고무의 가황의 역사는 170여년 정도나 되는 셈입니다. 

- 타이어에서는 주로 합성고무를 사용-

타이어 회사들이 20세기 초기에 설립되어 타이어를 대량으로 생산할때는 천연고무가 사용되었다.

그러나 2차세계대전 중 미국에서 합성고우마 발명된 이후 현재까지는 합성고무의 사용이 압도적으로 사용량이 많습니다. 합성고무는 1.4-부타디엔과 스티렌을 공중합(함께 섞어 중합시키는과정)시켜 만드는 SBR(스티렌-부타디엔 고무)이 주류를 이루고 있습니다.

SBR은 전연고무와 유사하게 가황과정을 통해 다리결합한 탕성체가 되며 타이어 제조에 기본 고무성분이 됩니다.

그러나 우리가 보는 타이어는 대부분 까맣다. 탄소 검댕을 첨가하여 가공하기 때문이다. 탄소검댕은 고무의 강도를 크게 증가시키는 보강제 노릇을 할 뿐 아니라, 고무의 열전도성을 증가시켜 자동차나 비행기가 달릴 때 타이어에 생기는 열을 주위에 잘 잃게 해준다. 이밖에는 가공 보조제, 고무안정제 등 여러 가지 첨가제가 고무 가공시 들어간다.

- 튜브 없는 타이어의 비밀은 내부 코팅 -

요즘 타이어에는 속에 튜브가 없는 소위 튜브레스(TUBELESS)타이어가 많이 쓰입니다. 최근까지 자전거 타이어에 속에는 부틸 고무 튜브가 많이 쓰였습니다. 천연고무나 SBR에 비해 부틸고무는 공기 투과율이 낮아 튜브 재료로 적합하기 때문입니다. 그러나 열 팽창 등 기계적 성질이 만족하지 않아 대형 타이어와 비행기 타이어 튜브제작에는 천연고무가 사용되어 왔습니다. 공기투과율이 낮기 때문입니다. 내부에 튜브없는 타이어 경우 공기 투과율을 낮추기 위하여 트레드 내부를 부틸고무나 코팅 또는 라이닝해 타이어의 공기투과율을 낮춥니다.

항공기 타이어의 재질은 일반 승요차의 재질과 같지만, 항공기가 착륙할 때 타이어가 경험하게 되는 순간 충격, 열 발생 등을 고려하여 타이어를 제조한다. 만약 B-47기에 승객이 400여명 탑승하고 있아면 타이어 한 개당 20톤 이상의 하중을 느끼게 되고, 착륙 시 최고 시속은 무려 400km 넘는다. 순간 충격을 이겨낼 수 있도록 항공기 타이어의 내부압력(14기압)을 승요차 타이어 경우의 약 7배로 유지하고 일반 공기가 아닌 질소기체를 주입합니다. 항공기 타이어는 보통 200~300회 착륙 후 교체합니다. 이는 보통 2~3개월 사용에 해당하는 횟수이기도 합니다. 비행기 타이어 바퀴 틀도 최신 자동차처럼 알루미늄을 사용합니다.

- 폐타이어 재활용기술 빠른 개선 필요 -

전세계 각종 타이어 소비량은 엄청나게 증가하고 있어서 재사용기술 개발이 필요합니다. 타이어 구조가 복잡해 각 성분으로 해체하는 과장이 만만치 않지만, 트레드 부분 고무는 분쇄하여 자전거 도로와 어린이 놀이터의 운동장 깔개 바닥재료로 재사용되며, 아스팔트 포장도로 용도로 쓰입니다.

자원 재활용차원에서 고무를 열분해시켜 여러 가지 화학 원료를 만들기도 하나 경제성이 뒤져 제한적으로 이용되지 못하고 있는 상황이라 하루빨리 좀더 많은 곳에 폐타이어 재활용 기술이 발전해서 사용되었으면 하는 바램입니다.