내 맘대로 오늘의 키워드는 `타이어`입니다.
제가 타고 다니는 차는 suv, 패밀리카 입니다. 운전을 그닥 좋아하지 않는 편이라 어쩌다 한번씩 타고 다니는데 지난 겨울에도 그러더니 이번에 또, 타이어 공기압이 낮아졌으니 점검을 받으라는 알람을 받아 며칠전 카센터에 다녀왔습니다.
유독 조수석 뒷자리 타이어만 알람이 계속 떠서 이상하다 싶었는데(육안으로는 확인이 어렵더라구요...) 엔지니어 분이 타이어를 탈거해 세밀하게 점검해 보자 하셔서 타이어를 탈거, 바닥에 놓고 비누거품을 만들어 살포한 다음, 한 방향, 한 방향
정말 유심히 관찰하기 시작 했습니다. 그 결과 타이어 돌기 한쪽에서 정말 미세하게 거품이 슬금슬금 올라오기 시작 하더라구요. 이정도면 거의 못 찾지 싶다 할 정도로요.
점검을 받고 돌아오면서 혼자들기에 무거울 정도로 단단한 타이어가 아주 조그마한 흠짓(구멍)에 반응해 제 기능을 못하기도 한다니 신기하기도 하면서 `어떻게 만들어질까? 하고 호기심을 자극해 오늘은 이 놈(키워드)으로 정했습니다
★ 자동차 타이어의 구조, 재질 및 생산 방법
1. 타이어의 구조
수많은 부품이 정밀하게 조립되어 엄청난 하중과 속도, 충격을 견디도록 설계되어 있는 타이어는 겉보기엔 그냥 둥근 고무처럼 보이지만 자동차의 성능과 안전에 중요한 영향을 미치는 핵심 부품으로 타이어의 안쪽부터 바깥쪽까지 여러 겹의 다양한 재료로 구성된 복잡한 구조를 가지고 있으며, 각 부분은 특정 기능과 역할을 수행합니다.
* 이너라이너(Innerliner)
특별한 가공을 거쳐 공기 투과성을 최소화한 고무로 만들어진 이너라이너는 타이어 가장 안쪽에 있는 고무층으로, 예전에는 타이어 안에 튜브를 넣어서 공기를 주입했지만, 요즘 대부분의 튜브리스 타이어(튜브가 없는 타이어)는 이 이너라이너가 튜브 역할을 대신해 공기가 새는 것을 막아주는 중요한 역할을 합니다.
* 카카스(Carcass) 또는 플라이 (Ply)
타이어의 강성을 지탱하고 내부 공기압을 견디는 핵심 구조물(타이어의 뼈대라고 생각하면 됨)로, 주로 튼튼한 나일론이나 레이온, 폴리에스터 같은 섬유 코드를 고무로 덧씌운 여러 장의 층으로 되어 있어 타이어의 형태를 유지하고 외부 충격으로부터 보호하는 역할을 합니다. 레이디얼 타이어의 경우, 이 코드가 타이어 회전 방향과 수직으로 배열되어 있어서 유연성과 승차감을 좋게 만드는 데 기여하며, 타이어의 '플라이 등급'은 이 카카스 층의 강성을 나타내기도 함.
* 비드(Bead)
끊어지지 않는 여러 가닥의 강철 와이어(비드 와이어)를 고무로 감싸서 만들어진 비드는 타이어의 가장 안쪽 지름 부분으로, 휠(바퀴 림)에 타이어를 단단히 고정시키는 역할을 합니다. 이 비드가 휠에 딱 맞게 밀착(휠에 장착할 때 이 비드 부분이 휠 림에 걸리게 됨)되어야 타이어 내부의 공기가 새지 않고, 타이어가 휠에서 분리되지 않도록 지지해줌.
* 벨트(Belt)
카카스 층 위에 위치하며 트레드(지면과 닿는 부분) 바로 아래에 있는 강한 보강층으로, 주로 강철 코드나 아라미드(케블라 같은 강화 섬유) 같은 단단한 소재를 고무와 함께 여러 겹으로 엮어서 만들어 짐. 이 벨트층은 타이어의 형태를 안정적으로 유지해주고, 특히 고속 주행 시 타이어가 변형되는 것을 막아주는 역할을 함. 또한, 트레드의 강성을 높여서 접지력과 내구성을 향상시키는 데도 중요한 역할을 합니다.(벨트층이 튼튼할수록 타이어의 조종 안정성이 좋아진다고 함)
* 트레드(Tread)
타이어가 직접적으로 지면과 접촉하는 가장 바깥쪽 고무층. 타이어의 성능에 가장 큰 영향을 미치는 부분으로, 트레드의 패턴(무늬)과 고무의 종류(컴파운드)에 따라 접지력, 배수성, 제동력, 소음, 수명 등이 결정돼. 복잡한 패턴은 물이나 눈을 빠르게 배출해서 수막 현상을 방지하고, 다양한 노면 조건에서 최적의 접지력을 확보하도록 설계되어 있음. 트레드 고무는 내마모성, 내열성, 접지력 등 다양한 요구 조건을 만족해야 해서 특수 고무 배합(컴파운드)으로 만들어 집니다.
* 사이드월(Sidewall)
타이어 사이즈, 제조사 정보, 최대 공기압, 제조일자 등 다양한 정보가 표시되어 있음(타이어의 옆면). 외부 충격으로부터 타이어 내부 구조를 보호하고, 타이어가 회전할 때 발생하는 굴신 운동을 흡수하는 역할을 해야하기 때문에 유연하면서도 튼튼한 고무로 만들어져야 하고, 주행 중 발생하는 열이나 자외선에 잘 견뎌야 함.
* 숄더 (Shoulder)
트레드와 사이드월이 만나는 부분으로 주행 중에 발생하는 열이 많이 집중되는 부분이라 열에 강한 재질로 만들어져서, 타이어 코너링 시 타이어의 형태를 지지하고 안정적인 주행 성능을 돕는 역할을 합니다.
이 외에도 각 층 사이를 연결하고 강화하는 다양한 고무층과 보강재들이 타이어 하나에 들어가 있음
2. 타이어의 주요 재질
고무만이 전부가 아니야!
타이어는 '고무 제품'이라고 생각하기 쉽지만, 실제로는 다양한 재료들이 복합적으로 사용되괴 있으며 각 재료가 타이어의 특정 성능을 담당하여 최적의 조합을 만드는 것이 타이어 기술의 핵심이라 할 수 있음.
* 고무
타이어 무게의 약 40%를 차지하는 가장 핵심적인 재료로, 주로 천연고무와 합성고무를 섞어서 사용함.
* 천연고무
고무나무에서 채취하는 액체(라텍스)를 가공해서 만듦. 탄성이 좋고 열 발생이 적어서 타이어의 기본적인 물성을 좋게 하는 데 사용됨.
* 합성고무
석유화학 공정을 통해 인공적으로 만드는 고무로서, 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 부타디엔 고무(BR) 등이 대표적이며, 내마모성, 내열성, 접지력 등 특정 성능을 강화하기 위해 다양한 종류의 합성고무를 사용함. 특히 트레드 고무는 접지력과 내마모성을 높이기 위해 특수한 배합의 합성고무를 많이 사용함.
* 카본 블랙(Carbon Black)
타이어가 검은색인 이유이자, 타이어의 강도와 내마모성을 크게 향상시키는 중요한 보강재. 미세한 탄소 입자로, 고무와 섞으면 고무 분자 사이에 들어가서 고무의 강성을 높여주고 열을 분산시키는 역할을 함.(타이어 무게의 약 20~30% 차지)
* 실리카(Silica)
최근 친환경 타이어나 고성능 타이어에 많이 사용되는 재료로서 카본 블랙과 마찬가지로 고무의 강성을 높여주지만, 특히 젖은 노면에서의 접지력(습윤 제동력)을 향상시키고 회전 저항을 낮춰서 연비 개선에 도움을 줌. 카본 블랙과 실리카의 배합 비율은 타이어의 성능에 큰 영향을 미침.
* 보강재(Reinforcing Materials)
타이어의 뼈대와 벨트를 만드는 데 사용되는 강한 소재들.
* 강철 코드(Steel Cord)
비드 와이어나 벨트층에 사용되는 가는 강철 실이며, 타이어의 강도를 높이고 형태를 유지하는 데 핵심적인 역할을 함.
* 섬유 코드(Fabric Cord)
나일론, 레이온, 폴리에스터 같은 강한 합성 섬유로 만들어져 카카스 층에 사용됨. 유연하면서도 강한 지지력을 제공.
* 아라미드 코드(Aramid Cord)
케블라 같은 특수 강화 섬유로, 강철보다 가볍지만 강도는 훨씬 뛰어나서 고성능 타이어의 벨트층에 사용되기도 함.
* 화학 약품
고무를 굳히는 가황 촉진제, 산화 방지제, 노화 방지제, 접착 촉진제 등 타이어의 생산 과정과 성능 유지를 위해 다양한 화학 약품들이 소량 사용됨
3. 타이어 생산 방법
* 원료 준비 및 고무 배합 (Compounding)
천연고무, 합성고무, 카본 블랙, 실리카, 각종 화학 약품 등 다양한 원료들을 정확한 비율로 섞어 밀폐된 혼합기에서 고온 고압으로 재료들을 균일하게 섞어 반죽하는 과정은 타이어의 성능을 결정하는 가장 중요한 단계로 이 배합 비율에 따라 타이어의 특성(접지력, 내마모성, 연비 등)이 달라짐.
* 각 부품 성형
반죽된 고무를 타이어의 각 부품 형태로 만들어냄.
* 트레드 압출
트레드 패턴을 가진 긴 고무 띠를 압출 기계를 이용해 뽑아내는 과정.
* 사이드월 성형
사이드월 부분의 고무 시트를 만듦.
* 카카스/벨트 제조
강철 코드나 섬유 코드를 고무와 함께 특정 각도로 배열하여 시트 형태로 만드는 과정.
* 비드 링 제조
각 부품마다 사용되는 고무 배합과 형태가 다른 강철 와이어를 감아서 정밀하게 둥근 비드 링을 제작해야 함.
* 타이어 조립 (Tire Building)
성형된 각 부품들을 하나로 합치는 단계로, 원통형 드럼 위에서 이너라이너, 카카스, 벨트, 트레드, 사이드월, 비드 링 등 여러 부품들을 순서대로 겹쳐서 붙여나가야 함. 이 상태의 타이어는 아직 우리가 아는 최종 형태의 타이어 모양이 아닌, 매끈한 원통 형태로, 조립 과정은 매우 정밀한 기술을 요구하는데 아직 익지 않은 초록색 과일과 같다는 의미로 그린 타이어(Green tire)라고 부르기도 함.
* 가황 (Curing)
그린 타이어를 우리가 아는 검은색의 최종 타이어 형태로 만드는 과정. 금형(Mold) 안에 그린 타이어를 넣고 고온, 고압의 증기를 가해서 가열하는데, 이 과정을 통해 타이어의 고무가 화학적으로 변화하면서 탄성이 생기고 단단해지며, 금형의 트레드 패턴과 사이드월 정보가 타이어에 새겨짐. 마치 빵 반죽을 오븐에 넣고 굽는 것과 비슷하지만, 훨씬 정밀하고 복잡한 화학 반응이 일어나는 과정으로, 이 가황 과정이 타이어의 최종 품질을 결정하는 중요한 단계임.
* 검사 및 테스트
가황이 끝난 타이어는 다양한 검사 과정을 거치는데, 외관 검사부터 시작해서 무게, 균형, 형태 등을 측정하고, X-레이나 초음파 같은 비파괴 검사를 통해 내부 구조에 결함이 없는지 확인 함. 이렇게 최종적으로 성능 테스트(내구 시험, 고속 주행 시험 등)를 통과한 타이어만이 세상 밖으로 나갈 수 있음.
4. 국내 타어어 산업 주요 통계
4-1. 생산량
생산량 2023년 기준, 국내 자동차용 타이어 생산량은 8,208만 개로 전년 대비 7.1% 감소했습니다.
(2024년의 정확한 생산량 통계는 아직 발표되지 않았습니다.)
4-2 판매량
* 2024년 상반기, 국내 주요 타이어 제조사(한국타이어, 금호타이어, 넥센타이어)의 글로벌 판매량은 총 4,452만 3천 개로, 전년 동기 대비 3.3% 증가하며 2019년 이후 최대치를 기록했습니다. 이 중 수출량은 3,383만 개로 4.9% 증가했고, 국내 교체용 타이어(RE) 판매량은 849만 개로 4.8% 증가했습니다. 반면, 신차용 타이어(OE) 판매량은 219만 개로 20.3% 감소했습니다.
4-3. 수출액
2024년 8월 말 기준, 한국의 타이어 수출액은 **24억 7,892만 달러(약 3조 3,218억 원)**로, 전년 동기 대비 4.8% 증가했습니다. 특히 유럽 시장에서의 수출이 두드러졌으며, 유럽 수출액은 전체의 48.2%를 차지했습니다.
5. 타이어 산업의 환경 동향
환경 문제는 타이어 산업에서 가장 중요한 화두 중 하나입니다. 원료 채취부터 생산, 사용, 폐기까지 전 과정에 걸쳐 환경 영향을 줄이기 위한 노력이 다각도로 이루어지고 있습니다.
①지속 가능한 소재 사용 확대
* 천연고무 대체 및 지속 가능한 천연고무
기존 천연고무(주로 헤베아 나무)의 공급 불안정성과 단일 경작의 환경 문제를 해결하기 위해 구아율(Guayule), 러시아 민들레(Russian Dandelion) 등 대체 천연고무 자원 연구가 활발합니다. 또한, 지속 가능한 방식으로 재배된 천연고무(FSC 인증 등)의 사용을 늘리려는 움직임이 커지고 있습니다.
* 바이오 기반 및 재활용 원료
석유화학 기반의 합성고무 및 카본블랙, 실리카 등을 대체하기 위해 식물성 오일, 폐플라스틱, 폐타이어 열분해유(Pyrolysis Oil)에서 추출한 재생 카본블랙(rCB), 쌀겨에서 추출한 실리카 등 바이오 기반 또는 재활용 원료의 사용 비중을 높이고 있습니다.
* ISCC PLUS 인증
원료부터 최종 제품까지 전 과정에서 지속 가능성을 인증하는 ISCC PLUS와 같은 국제 인증을 통해 친환경 소재 사용을 객관적으로 증명하려는 노력이 확대되고 있습니다.
② 친환경 생산 공정 도입
* 에너지 효율 향상 및 재생에너지 사용
타이어 제조 공정에서 에너지 소비를 줄이고, 태양광 발전 등 재생에너지 사용을 늘려 탄소 배출량 감축에 기여하고 있습니다. 용수 사용량 및 폐기물 저감: 생산 과정에서 사용되는 물의 양을 줄이고 재활용하며, 폐기물 발생을 최소화하는 공정 개선이 이루어지고 있습니다.
* 유해물질 배출 감소
휘발성유기화합물(VOCs) 등 유해물질 배출을 줄이기 위한 설비 투자 및 공정 개발이 지속되고 있습니다.
③ 저연비 (저구름저항) 타이어 개발
* 타이어의 회전 저항(Rolling Resistance)을 줄이면 자동차의 연비가 향상되고, 이는 곧 이산화탄소 배출량 감소로 이어집니다. 고성능 실리카 컴파운드 적용, 트레드 패턴 최적화, 타이어 경량화 등을 통해 구름 저항을 최소화한 타이어 개발이 핵심 트렌드입니다. 유럽연합(EU)의 타이어 라벨링 제도와 같이 연비 효율 등급 표시가 의무화되면서 더욱 중요해지고 있습니다.
④ 타이어 마모 미세입자 저감 노력
타이어가 마모되면서 발생하는 미세플라스틱(타이어 마모 입자, TWP)이 환경 문제로 대두됨에 따라, 내마모성이 뛰어난 소재 개발 및 타이어 수명 연장을 통해 마모 입자 발생 자체를 줄이려는 연구가 진행 중입니다.
⑤ 폐타이어 재활용 및 자원화 (순환 경제 구축)
* 재활용 기술 고도화
폐타이어는 과거 주로 연료로 사용되었으나, 최근에는 열분해 기술을 통해 오일, 가스, 재생 카본블랙 등 유용한 화학 원료를 추출하는 화학적 재활용 기술이 주목받고 있습니다. 또한, 분쇄하여 고무칩이나 분말 형태로 만들어 도로 포장재, 놀이터 바닥재, 시멘트 원료 등으로 활용하는 물리적 재활용도 지속되고 있습니다.
* 리트레드(Retread) 타이어 활성화
마모된 트레드 부분을 교체하여 재사용하는 리트레드 타이어는 주로 트럭이나 버스용으로 사용되며, 원자재 사용량과 폐기물 발생량을 줄이는 효과적인 방법입니다.
* 생산자책임재활용제도(EPR)
많은 국가에서 EPR 제도를 통해 타이어 제조사가 폐타이어 회수 및 재활용에 대한 책임을 지도록 하고 있습니다.
6. 타이어 산업의 기술 동향
타이어 기술은 안전성, 내구성, 편의성 향상은 물론, 미래 모빌리티 환경 변화에 대응하는 방향으로 발전하고 있습니다.
① 전기차(EV) 전용 타이어
전기차는 내연기관차에 비해 무거운 배터리 무게, 높은 초기 토크, 낮은 소음 등의 특징을 가집니다. 이에 따라 전기차 전용 타이어는 ▲높은 하중 지지력, ▲낮은 회전 저항(주행거리 극대화), ▲저소음 기술(패턴 소음 및 공명음 저감), ▲뛰어난 내마모성 및 그립력(순간적인 높은 토크 대응) 등을 갖추도록 개발되고 있습니다.
② 스마트 타이어 (지능형 타이어)
타이어 내부에 센서(TPMS 센서 확장 또는 별도 센서)를 장착하여 공기압, 온도, 마모도, 하중, 노면 상태 등의 정보를 실시간으로 수집하고, 이 데이터를 차량 또는 운전자에게 전달하는 기술입니다. 수집된 데이터는 주행 안전성 향상, 타이어 수명 예측 및 관리, 연비 개선 등에 활용될 수 있으며, 자율주행 기술과 연계하여 차량 제어에도 기여할 것으로 기대됩니다. RFID 칩을 이용한 타이어 이력 관리도 스마트 타이어의 한 부분입니다.
③ 비공기압 타이어 (Airless Tire / Non-Pneumatic Tire, NPT)
공기 주입이 필요 없는 타이어로, 펑크 걱정이 없고 유지보수가 용이하다는 장점이 있습니다. 벌집 구조나 특수 스포크 구조를 통해 하중을 지지하고 충격을 흡수합니다. 아직은 승차감, 소음, 고속 주행 안정성, 비용 등의 측면에서 개선이 필요하지만, 건설기계, 농업용 차량, 특수 목적 차량 등에서 일부 사용되고 있으며, 향후 승용차로의 확대 가능성도 연구되고 있습니다. 미쉐린의 '업티스(Uptis)' 등이 대표적인 예입니다.
⑤ 신소재 및 첨단 제조 기술
* 고성능 컴파운드
나노 기술을 활용한 신소재, 자기 치유(Self-healing) 기능을 가진 고분자 소재, 그래핀과 같은 첨단 소재를 컴파운드에 적용하여 타이어의 성능을 극한으로 끌어올리려는 연구가 활발합니다.
* 3D 프린팅 기술
타이어 시제품 제작, 맞춤형 타이어 생산, 복잡한 트레드 패턴 구현 등에 3D 프린팅 기술이 활용될 가능성이 탐색되고 있습니다.
* AI 및 빅데이터 활용
타이어 설계, 재료 개발, 생산 공정 최적화, 품질 관리 등에 인공지능과 빅데이터 분석 기술이 도입되어 효율성과 정밀도를 높이고 있습니다.
⑥ 주행 성능 및 안전성 향상 기술
* 런플랫 타이어 (Run-flat Tire): 펑크가 발생해도 일정 속도로 일정 거리를 주행할 수 있는 타이어 기술은 지속적으로 발전하고 있으며, 사이드월 강화형과 내부 지지링형 등이 있습니다.
* 사계절용 타이어 성능 강화: 여름용 타이어의 우수한 마른 노면 성능과 겨울용 타이어의 눈길/빙판길 성능을 모두 만족시키는 고성능 사계절용 타이어 개발이 지속되고 있습니다.
* 소음 저감 기술: 타이어 패턴 최적화, 타이어 내부에 흡음재(예: 폴리우레탄 폼) 부착 등을 통해 주행 중 발생하는 소음을 줄여 정숙성을 높이는 기술이 확대 적용되고 있습니다.
7. 국내 타이어 가격 동향
최근 원자재 가격 상승, 물류비 증가, 환율 변동 등의 영향으로 국내 타이어 가격이 인상되는 추세 입니다. 특히 한국 타이어, 금호 타이어, 넥센 타이어 등 주요 국내 제조사들이 타이어 공급 가격을 인상했거나 인상을 검토하고 있어, 소비자 가격에도 영향을 미치 것으로 예상 됩니다.
7-1. 타이어 브랜드
한국타이어, 금호타이어, 넥센타이어와 같은 국내 브랜드와 미쉐린, 피렐리, 콘티넨탈, 브리지스톤, 굿이어 등 수입 브랜드 가 으며 일반적으로 수입 브랜드가 더 높은 가격대를 형성하고 있습니다.
7-2. 타이어의 종류
* 승용차용
소형차, 중형차, 대형차 등 차종에 따라 크기가 다르며, 사계절용, 여름용, 겨울용, 고성능 타이어 등에 따라 가격이 다릅니다.
* SUV/RV용
일반 승용차용보다 크고 하중 지지 능력이 강화된 타이어로, 가격이 다소 높습니다.
* 전기차(EV) 전용 타이어
저소음, 낮은 회전 저항 등의 특성을 갖도록 설계되어 일반 타이어보다 가격이 높을 수 있습니다.
* 크기 (규격)
타이어 옆면에 표시된 폭, 편평비, 휠 직경에 따라 가격이 달라집니다. 일반적으로 크기가 클수록 가격이 비쌉니다.
* 성능
접지력, 제동력, 내마모성, 승차감, 소음 감소 등 특정 성능이 강조된 타이어는 일반 타이어보다 가격이 높습니다.
* 구매처
온라인 쇼핑몰, 타이어 전문점, 자동차 용품점, 자동차 제조사 서비스센터 등 구매처에 따라 가격 정책과 할인율이 다를 수 있습니다.
* 장착 서비스
타이어 교체 시 장착비, 휠 얼라인먼트 비용 등이 추가될 수 있으며, 일부 온라인 구매처에서는 무료 장착 서비스를 제공하기도 합니다.
7-3. 타이어 가격 비교 방법
* 온라인 가격 비교 사이트
다나와, 에누리, 네이버 쇼핑 등 가격 비교 웹사이트에서 다양한 브랜드와 판매처의 타이어 가격을 비교해 볼 수 있습니다.
* 타이어 전문 온라인 쇼핑몰
타이어픽, ABC타이어, 오타이어 등 온라인 전문몰에서는 할인 행사나 무료 장착 서비스를 제공하는 경우가 많습니다.
* 지역 타이어 전문점
거주지 주변의 타이어 전문점에 방문하거나 전화로 견적을 문의하여 가격을 비교해 볼 수 있습니다.
* 자동차 관련 커뮤니티
자동차 동호회나 온라인 커뮤니티에서 타이어 구매 후기나 가격 정보를 공유하는 경우가 있으니 참고해 보세요.
★ 참고할 만한 정보
* 오타이어(https://www.otire.co.kr/)
다양한 브랜드의 타이어 가격을 비교하고, 주변 장착점을 찾을 수 있습니다.
* 타이어픽(https://tire-pick.com/)
온라인에서 타이어를 구매하고, 당일 장착 서비스를 이용할 수 있습니다.
* ABC타이어(https://m.abctire.co.kr/)
다양한 브랜드의 타이어를 판매하며, 무료 장착 서비스를 제공하는 곳을 안내합니다. (https://m.abctire.co.kr/)
* 다나와 타이어(https://prod.danawa.com/list/?cate=1423887)
다양한 온라인 쇼핑몰의 타이어 가격을 비교해 볼 수 있습니다.
이처럼 타이어 산업은 환경 규제 강화와 기술 혁신이라는 흐름 속에서 지속 가능한 성장을 모색하고 있으며, 미래 모빌리티 시대의 핵심적인 역할을 수행하기 위해 끊임없이 변화하고 있습니다.