타이어 고무 성분 - taieo gomu seongbun

타이어의 구성성분

타이어는 차종에 따라 다양한 소재를 사용하고 있으며, 기본적으로 사용하는 고무구성물은 원료고무와 충전재로 구분되며, 원료고무는 천연고무와 합성섬유를 혼합하여 사용하고, 충전재는 25∼30%정도의 비율로 카본블랙, 실리카, 카본쵸크 등을 혼합하고 있다. 또한 타이어에 부가기능에 따라 배합되는 약품이 다양하며, 전체 10%정도의 비율로 가소제, 가황제, 노화방지제 등이 사용된다. 승용차와 경승용차에는 섬유가 5%비율로 사용되며 레이온과 나이론이 사용되고 있다. 또한 타이어의 형태 유지를 위한 스틸(철)이 사용되고 있으며 15%비율이다.

첨가되는 성분과 그 량에 의하여 타이어 성능에 차이가 있으며, 예를 들어 가황제비율 및 사용량을 증가하면 가교밀도가 증가하여 고무의 탄성 및 강성이 증가하여 마모성능이 향상되며, 무기충전제인 실리카 함량을 증가시키면 인장강도가 증가하여 타이어의 변형을 감소시키며, 긍극적으로 제품성능 및 수명을 증가시킨다.

타이어의 주요 구조와 제조

타이에는 크게 구분하여 트레드부분과 비드부분으로 구분한다. 트레드부분은 트레드와 사이드윌로 구성되며, 지면과 접촉하여 자동차의 제동력, 구동력, 견인력을 전달하고 조종안정성을 확보하는 역할을 한다. 트레드는 땅과 닿아 마찰이 생기는 만큼 마모성과 발열성을 낮추는 기술과 브레이크 작동시 제동성을 향상시키는 기술이 필요하다. 사이드 월은 트레드에서 받은 충격을 흡수하고 완화 시키는 역할을 한다. 비드부분은 측면으로 타이어를 지지해주는 역할을 한다. 트레드부분은 마모, 마찰 고려한 성분(가황제, 실리카)을 추가하고, 비드부분은 지지체로 스틸 등이 사용된다.

타이어를 제조하는 공정은 6단계로 구분되며, [그림 1]과 같이 정련, 압출, 압연, 비드제조, 성형, 가류공정으로 구분된다. 1단계 정련 공정에서는 합성고무, 천연고무, 보강제(카본 블랙, 실리카), 가공조제, 점착제, 접착제, 가류제(촉진제) 등 20여 가지에 이르는 원료를 기계에 넣고 열과 압력을 가해 반죽한다. 정련 공정에서 생성된 물질을 컴파운드라 하며 카본 블랙, 실리카, 가류제, 촉진제와 같은 원료를 천연고무, 합성고무와 혼합해 만든 고무 복합체를 일컫는다.

[그림 1] 타이어의 제조공정

2단계는 정련 공정을 통과한 고무에 강한 압력을 가하여 원하는 크기와 모양으로 가공하는 압출 공정을 거친다. 이 과정에서 타이어가 노면과 접촉하는 부분인 트레드와 타이어의 옆 부분인 사이드 월을 제조한다.

3단계 압연 공정은 타이어 내부에 층을 형성하는 스틸 코드(Steel Cord)와 패브릭 코드(Textile Cord) 양면에 정련공정에서 만든 컴파운드를 얇게 부착하는 공정이다. 돌고 있는 롤러 사이에 스틸 코드와 패브릭 코드를 통과시켜 고무를 입힌다. 이 공정을 통해 타이어가 자동차 무게를 버티거나 일정한 형태를 유지할 수 있게 된다.

4단계 비드 공정은 스틸와이어에 일정한 두께로 고무를 여러 번 입히고 여기에 필러(Filler) 고무를 부착하

는 공정이다. 비드는 타이어의 고무가 휠을 고정하는 역할을 하는데, 타이어의 뼈대가 되기 때문에 비드가 많이 감겨 있을수록 타이어가 더욱 강해진다.

5단계 성형 공정은 반제품(압출, 압연, 비드)공정에서 만들어진 재료를 성형기에서 타이어의 형태로 만든다. 성형 공정이 타이어의 품질을 좌우한다고 한다. 승용차에 쓰이는 타이어의 경우, 1차적으로 카카스(트레드 안쪽에 위치한 타이어의 기초), 비드(휠에 고정되는 뼈대), 사이드 월(타이어 옆 부분)을 붙인 다음 2차 성형기로 옮겨 벨트와 트레드(노면과 접촉하는 부분

[그림 2] 타이어의 구조와 구성

)를 붙여서 타이어 형태를 만든다.

6단계 성형 공정을 거친 유연한 타이어를 일정한 틀(몰드)에 넣고, 열과 압력을 가하면서 황을 주입하는 공정을 가류 공정이라 한다. 가류 공정에서 탄력 있는 고무 재질과, 트레드 패턴, 타이어의 최종 형태가 만들어 진다. 가류 공정에서는 타이어의 종류와 크기에 따라 가하는 열과 시간이 달라진다. 보통 300℃에서 12분에서 25분 정도 또는 트레드 패턴을 형성하기 위해 타이어 부위별로도 열을 달리 조정한다.

타이어의 생산 및 폐기, 재활용

국내 주요 3사 타이어 제조업체(이륜차용 타이어 제조업체 제외)와 16개 타이어 수입업체에 의해 타이어가 생산⋅판매⋅수출입 되고 있으며, 타이어 제조량은 총 126.7만톤, 이중에 356.9천이 국내 사용되었으며, 914천톤은 수출되었다. 수입량은 2016년 9,976,285개로 무게로 환산할 경우에 약 250천톤이다. 최근에 수입량이 가파르게 증가하고 있는 현상을 보여주고 있다. 자동차 제조업체가 신차에 수입산 타이어 탑재하고, 수입차 증가세 역시 수입 타이어 증가를 도와주고 있다. 국내 타이어제조기업의 경우 내수용타이어의 판매비중이 상대적으로 낮은 편이다. 수출용타이어의 경우 내수용타이어에 비해 상대적으로 가격민감도가 높아 일반적으로 내수용타이어의 수익성 및 안정성이 수출용타이어에 비해 높은 모습을 보이고 있다. 타이어 생산량과 수입량의 증가에 따라 폐타이어 발생량은 더욱 증가할 것으로 예상된다.

연도별 국내 타이어 생산량 및 폐타이어 발생량을 [그림 2-10]에 나타내었다. 생산량은 일정수준을 유지하고 있으나, 폐타이어 발생량은 2012년 305,877톤에서 지속적으로 증가하여 2014년 급증하였고, 2016년에는 380,863톤 까지 증가하였다. 이는 수입차량의 폐타이어의 유입되는 것으로 판단되며, 폐타이어 발생량은 지속적으로 증가할 것으로 전망되었고, 그 중 승용차용 타이어의 비중은 수입 승용차량의 증가에 따라 비중이 커질 것으로 판단된다. 폐타이어 발생원별 발생량은 타이어 교체시나 자동차 폐차시 발생하며 발생원은 정비업소 및 폐차장, 타이어 판매소이고 교체시와 폐차시 발생비율은 약 8:2를 보여주고 있다.

국내에서는 폐타이어에 대하여 EPR제도를 실시하고 있으며, 환경부는 타이어 제조업체 및 수입업체에 재활용의무를 부과하고 있다. 타이어를 제조하는 회사는 재활용의무를 대한타이어산업협회에 위탁하고, 계약된 전국의 폐타이어 회수 처리업체(26개사)에 의해 폐타이어는 수집, 운반된다. 지역별 물량 규모, 보관상태, 재생원단의 유무 등에 따라 차이가 있으나, 일반적으로 카센터로부터 무상 또는 소액의 비용을 받고 수집된다.

폐타이어 회수 처리업체를 통하여 수집한 폐타이어는 재활용업체에 공급되며, 시멘트소성로, 고형연료제품제조 등 에너지화이용 업체 9개사, 고무분말 등 가공 등 물질재활용업체 23개사를 포함하여 총 32개사에서 물질⋅열적방법 등으로 재활용되고 EPR 재활용의무에 대한 재활용실적으로 인정받고 있다.

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맺음말

타이어는 운송수단을 인간이 사용하는 한에는 불가피하게 사용되어야 할 물건이다. 문제는 기술의 발달에 의하여 기능을 강조하기 위하여 생태계의 영향을 고려하지 않고 다양한 원료가 사용되고 있고, 차량의 보급댓수가 증가하면서 타이어의 사용량이 지속적으로 증가하고 있다.

환경 및 재활용을 고려한 제품을 제고하고, 폐기된 폐타이어는 전량 회수되어 우선적으로 물질재활용되고, 물질재활용이 불가능한 것에 한해서 시멘트 공장, 열병합 발전소의 고형연료로 사용되어야 한다. 초근에 신재를 선호하고, 재활용된 것이 폐기되는 과정에서 미세플라스틱이 문제화되면서 물질재활용에 한계을 맞이하고 있다. 폐타이어의 환경성, 재활용에 대하여 재고할 시기가 되었다.