스터드리스 타이어
스터드리스 타이어(studless tire)는 겨울에 눈길이나 차가워진 노면에서 주행 성능을 높일 수 있도록 설계된 타이어이다.
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개요[편집]
스터드리스 타이어는 스터드에 의한 도로 파손과 대기 오염을 막기 위해 스터드를 설치하지 않고도 그에 못지않은 우수한 성능을 발휘하도록 만든 겨울용 타이어이다.[1] 스터드리스 타이어의 스터드(Stud)는 압정 또는 작은 못(Spike)이 없다는 것을 의미한다. 즉, 스터드리스 타이어는 트레드에 압정 또는 스파이크가 없는 타이어라는 것으로 이미 동결된 노면에서 슬립되지 않도록 트레드에 스터드를 심은 스파이크 타이어(Spike Tire)가 널리 사용되고 있었으나, 이를 대신하여 스터드 없이 빙설 노면도 주행이 가능한 스노우 타이어(Snow Tire)를 말한다. 스파이크 타이어로 빙설이 없는 포장도로를 주행하면 스터드의 선단 재료인 초경합금으로 이루어진 징이 횡단보도와 주행차선 등의 노면 위의 표시와 포장도로를 긁어 바큇자국을 만들기 때문에 갓길에 쌓인 분진이 초봄에 대기를 오염시킨다는 이유로 1992년 이후 사용이 금지되었던 적이 있었다.[2] 이렇게 스터드 타이어의 일반 도로 사용을 금지하면서 발포고무를 사용한 스터드리스 타이어가 개발되었다. 발포고무(Multi-Cell compound)는 브리지스톤(Bridgestone)에서 처음 개발한 기술로, 현재 전 세계 스터드리스 타이어에 일반적으로 사용되고 있다. 발포고무를 확대경으로 자세히 들여다보면 고무 표면에 수많은 기포를 발견할 수 있다. 스펀지가 물을 흠뻑 흡수할 수 있는 게 스펀지에 나 있는 기포 때문인 것처럼, 발포고무의 기포는 노면과 더 넓게 접촉하면서 접지력을 늘리고 도로 위의 수분을 배출함으로써 주행성능과 제동력을 높인다. 또, 겨울용 타이어는 트레드 홈의 깊이가 일반 타이어보다 깊게 설계되어 있는데, 이는 트레드 홈이 깊으면 눈이 트레드 홈에 쉽게 엉겨 붙지 않기 때문이다. 겨울용 타이어는 깊은 트레드 홈 덕분에 눈길에서 일반 타이어보다 높은 마찰력을 발휘한다. 겨울용 타이어의 트레드 패턴 디자인도 눈과 살얼음, 물기를 빠르게 배출하는 배수 성능을 높이도록 설계됐다.[3]
등장 배경[편집]
스노우 타이어라는 개념이 확립되기 전에는 겨울철에 크게 2가지 방법으로 눈길을 주행했었다. 첫 번째 방법은 보편적으로 사용되고 있는 체인을 감는 방법, 두 번째는 타이어에 금속 못을 촘촘하게 박아 넣은 스터드 타이어를 사용하는 것이다. 체인을 감는 것은 생각보다 복잡한 과정이 필요하고, 체인을 항상 갖고 다녀야 한다는 단점이 있다. 대신 스터드 타이어는 타이어만 바꿔 끼는 것만으로 눈길이나 얼음 길에서 높은 효과를 발휘할 수 있었다. 하지만 스터드 타이어가 폭넓게 보급되자 사회적으로 안전과 환경 문제가 부각되기 시작했다. 타이어의 금속이 아스팔트를 비롯한 노면 전체를 깎아냈고, 이 때문에 정상적인 노면의 상태를 유지할 수 없었기 때문이다. 상태가 악화된 노면은 접지력과 제동력을 떨어뜨렸고, 부서진 아스팔트나 시멘트 분진은 건강과 환경적인 문제를 가져올 수도 있다. 또한 도로 보수 유지 비용도 만만치 않았다. 상황이 이렇게 되자 유럽과 미국 일부 주, 일본과 같은 국가가 앞장서서 스터드 타이어의 사용을 금지하도록 하는 법이 통과되기 시작했다. 현재까지 스터드 타이어를 사용하고 있는 국가는 러시아 등이 있다. 타이어 메이커들은 금속 못을 사용하지 않으면서도 스터드 타이어만큼의 효과를 줄 수 있는 타이어를 개발하기 위한 연구에 돌입했다. 브리지스톤은 이 과정에서 일종의 역발상을 제안했다. 금속 못을 삭제함과 동시에 타이어의 고무 성분에 일종의 기포를 불어넣자는 것이다. 1982년 브리지스톤이 개발한 신개념 고무는 그 형태가 마치 스폰지와 같은 형상을 가졌기 때문에 이를 발포고무라고 이름 붙이게 되었다. 스터드리스 타이어의 역사가 시작된 것이다. 타이어 속에 기포를 포함하고 있는 발포고무는 수막을 제어하려는 개념에서 시작하게 되었다. 겨울철에 눈길이나 빙판길에서 자동차가 미끄러지는 현상은 타이어와 빙판 사이에 얇은 수막이 생기기 때문이다. 기존 스터드 타이어는 이를 무시하고 금속 못이 도로를 찍으면서 앞으로 나갔다면, 발포고무는 이 수막을 흡수하고 배출하면서 접지력을 유지시킨다. 사실 스폰지와 같은 형상이라고 표현했지만 실제로 사람 눈에는 보이지 않는다. 발포고무를 사용한 타이어는 접지 면적에 수백 만개에 이르는 미세한 기포가 있으며, 이 기포가 수분을 흡수하고 배출하는 것이다. 또한, 이 미세 기포들이 지면에 밀착하게 되면 결과적으로 타이어가 접지되는 면적이 넓어지는 효과를 갖게 된다. 브리지스톤은 이러한 기술을 바탕으로 1988년 발포고무를 사용한 스터드리스 타이어인 블리작(Blizzak)을 일본 시장에 처음 선보였다. 그리고 현재까지 이어오면서 신소재, 트레드 디자인 설계, 나노 기술 등의 첨단 기술이 추가되고 있다.[4]
원리[편집]
스터드리스 타이어라고 해서 보통 타이어와는 다른 특별한 원리로 노면과의 마찰력을 얻는 것이 아니라 점착마찰력과 히스테리시스 마찰력에 의해 노면을 그립하고 있다는 것에 변함은 없다. 동결된 노면에서의 마찰계수는 물이 얼거나 그것이 녹는 0℃ 전후에서 가장 작아 온도가 낮아질수록 커지기 때문에 문제가 되는 것은 0℃ 전후에서 -15℃까지의 부드러운 빙판위에서의 마찰력이다. 극지 탐험에서 영하 30℃가 되면 썰매가 잘 미끄러지지 않게 되는데, 온도가 낮은 노면은 표면이 까칠까칠해져 거친 상태가 되는 경우가 많아 타이어의 미끄러짐이 문제가 되는 경우는 적다. 특히, 문제가 되는 노면은 스터드리스 타이어로 주행하면서 굳어진 표면이 미끌미끌한 상태의 시내와 근교 도로 특히 교차로와 언덕길이다. 교차로에서는 브레이크를 작동시켰을 때 타이어가 정지하거나 발진할 때 약간 공회전하는 경우가 많지만 타이어가 얼음 위에서 미끄러지면 눈 위의 스키와 같이 마찰열에 의해 얼음이 녹아 타이어가 지나간 뒤 평평해져 다시 동결이 반복되기 때문에 노면은 잘 닦은 거울처럼 된다. 이 현상을 미러현상(Mirror Effect)이라고 하는데, 이처럼 노면까지 확실하게 그립시키는 타이어를 만드는 것은 원리적으로는 가능하지만 특수한 고무를 사용할 필요가 있어 그 밖의 노면을 주행할 때 문제가 크기 때문에 실용성이 낮다. 노면의 동결을 방지하기 위한 대책은 수십 년 전부터 여러 가지 방법이 제안되고 있으며, 중요한 도로와 교차로의 노면이 동결되지 않도록 하는 것이 최선책이다. 이러한 동결된 노면에서의 점착마찰력을 조금이라도 크게 하도록 트레드에 사이핑(Sipping)이라 불리는 촘촘한 홈을 무수하게 넣어 고무를 부드럽게 하여 접촉면적을 증가시키거나 고무에 기포를 넣어 트레드가 마모되어도 항상 표면이 까칠까칠하게 되도록 하거나, 식물섬유와 나무 열매를 넣어 조금이라도 얼음에 걸리는 것을 만드는 연구를 한 타이어가 만들어지고 있다. 히스테리시스 마찰력을 높이기 위해 tanδ가 큰 고무가 사용되고 있는 것은 물론이나 고무는 일반적으로 온도가 낮아지면 단단해지는 성질이 있기 때문에 저온에서도 부드러움을 유지하는 특수한 고무가 사용되고 있다. 스터드리스 타이어도 보통 타이어와 마찬가지로 브레이크를 작동시킬 때의 제동력은 정지하면 작아진다. 스터드리스 타이어를 잘 사용하는 비법은 '가능한 한 급조작을 하지 않는다'는 한마디로 끝낼 수 있지만, 히스테리시스 마찰력은 점착마찰력이 있어 처음으로 생기는 것을 생각하면 가능한 한 표면에 걸림이 있는 노면을 선택하여 천천히 주행한다는 것에 한정되어야 한다.[2]
특징[편집]
스터드리스 타이어의 수명은 이와 같이 특수한 트레드 고무를 사용하고 있어 일반적인 방법으로 사용할 경우 표준 타이어(4~6만 km)에 비해 거의 2/3인 3~4만km 정도 밖에 안 되고, 그 중 실제로 빙설 위에서 사용할 수 있는 것은 약 2만 km 내외가 일반적이다. 스터드리스 타이어의 트레드 고무는 원래 부드럽고 tanδ가 크기 때문에 열 발생이 높아 표준 타이어와 비교하면 조종안정성이 낮아지고 고속주행에 적합하지 않다. 스노우 시즌별로 새로운 스터드리스 타이어로 바꾸는 것도 하나의 방법이지만 스터드리스 타이어는 겨울만 사용하고 봄에는 표준 타이어로 바꾸는 것이 좋다.[2] 간혹 체인을 달지 않아도 되는지 의문점을 제시하는 사람들이 있는데, 스터드리스 타이어는 미끄러지기 쉬운 상태의 길에서 쉽게 미끄러지지 않도록, 미끄럼을 유발하는 수막을 쉽게 제거할 수 있도록 각 회사에서 연구 개발하여 만들어졌다. 그런 타이어에 체인을 감아 버리면 스터드리스 타이어만의 성능은 전혀 발휘되지 못한다. 또한 체인 자체에 미끄럼 방지의 기능은 없기 때문에 눈이 많이 오는 훗카이도나 동북 지역은 대부분 스터드리스 타이어를 장착한 채 겨울을 난다.[5]
각주[편집]
- ↑ 〈스터드리스 타이어〉, 《네이버 지식백과》
- ↑ 2.0 2.1 2.2 〈스터드리스 타이어와 빙설노면〉, 《네이버 지식백과》
- ↑ 행복남의 일상, 〈겨울용 스노타이어란?〉, 《티스토리》, 2019-01-16
- ↑ 김선웅 기자, 〈(VRX 특집 1부) 브리지스톤 스노우타이어 개발 스토리〉, 《오토뷰》, 2014-03-24
- ↑ 〈가을, 겨울 렌터카와 스터드리스 타이어｜월드넷 렌터카〉, 《월드넷 렌터카》, 2019-09-30
참고자료[편집]
- 〈스터드리스 타이어〉, 《네이버 지식백과》
- 행복남의 일상, 〈겨울용 스노타이어란?〉, 《티스토리》, 2019-01-16
- 〈가을, 겨울 렌터카와 스터드리스 타이어｜월드넷 렌터카〉, 《월드넷 렌터카》, 2019-09-30
- 김선웅 기자, 〈(VRX 특집 1부) 브리지스톤 스노우타이어 개발 스토리〉, 《오토뷰》, 2014-03-24
같이 보기[편집]
