타이어 발열

타이어 발열

 

* 보통발열과 이상발열
타이어는 주행중 접지에 의한 변형과 복원이 주기적으로 반복되고 있지만, 타이어에 사용되고 있는 고무,
코드 등의 재료는 점탄성체이기 때문에 변형운동을 반복적으로 받으면 이력현상(Hysterisis Loss)에
의해 발열하게 됩니다.

또한, 이들의 재료는 열의 불량도체이기 때문에 방열이 적고 타이어 내에 축적되지만, 적정 조건하에서의
발열은 타이어 손상을 초래하지 않습니다.

그러나 공기압 부족, 과적재 또는 타이어의 능력을 초과한 속도로 주행하는 따위 등을 할 경우, 타이어의
내부 온도는 더욱 높아지고, 임계 온도를 넘어 가면서 타이어를 구성하는 고무, 코드 등의 재료 강도 및
구성 물질간의 접착력과 타이어의 내구력이 저하되며, 돌발적인 세퍼레이션이나 파열을 유발하는 원인이
되기도 합니다.

* 타이어의 온도와 손상
타이어가 발열에 의해 손상을 일으키는 빈도, 즉 나이론 코드지 타이어의 경우 타이어의 벨트주위 온도가
125℃ 부근부터 손상이 발생하기 시작하여 158℃에서는 50%가 손상됩니다.

* 히트 세퍼레이션(Heat Separation) 현상이란?
타이어가 발열에 견딜 수 있는 일반적인 벨트의 온도는 125℃정도이며 이 이상 발열했을 경우는 고무나
코드의 열화나 접착력의 저하가 심하고, 발열에 의한 세퍼레이션 손상 위험률이 높아집니다.

이와 같은 이상발열에 기인된 현상을 히트 세퍼레이션(Heat Separation)이라 하고, 손상된 타이어의
현상을 보면 분리된 곳이 이상 발열에 의해 고무 및 코드가 용해되어 있습니다.

타이어의 내부온도가 높아지면, 타이어를 구성하는 고무, 타이어 코드 등 재료의 강력 저하나 접착력
저하를 불러 타이어의 내구력을 저하시키고, 더욱이 돌발적으로 타이어가 세퍼레이션되거나 과열되는
사고를 일으킬 위험이 있으므로 적정 조건에서 사용될 수 있도록 항상 관리하여야 합니다.
타이어의 발열은 타이어의 공기압, 하중, 자동차의 주행속도, 연속 주행시간, 타이어의 홈 깊이 및 타이어
의 구조, 브레이크 시스템 등에 의해 영향을 받습니다.

* 공기압과 타이어의 발열
타이어의 공기압이 부족할 경우는 타이어의 굴곡운동이 과다하게 커져 이 굴곡에 의하여 되돌아 오려는
복원력이 증가하게 됩니다. 그 결과 타이어를 구성하고 있는 고무나 타이어 코드 등의 피로, 접착력의
저하를 불러 타이어 코드가 뿔뿔이 흩어지는 일이 있습니다. 반대로 타이어의 공기압이 너무 높으면
타이어 내부의 카카스가 극도로 긴장하기 때문에 외상이나 충격에 대해 약해집니다.

* 하중과 타이어의 발열
하중이 증가하면 타이어의 변형량이 커져 내부 온도가 상승합니다. 과적재한 경우는 일반적으로 높은
공기압이 충전되어 있는 경우가 많기 때문에 타이어의 쇼울더부나 비드부에 강한 스트레스가 발생, 이상
발열을 일으켜 쇼울더부, 비드부의 분리나 과열을 일으키기 쉬워집니다. 또한 트레드부에 관통상을 입기
쉽고 충격에 의한 파열도 발생하기 쉬워집니다.

* 속도와 타이어의 발열
자동차의 주행속도가 빨라지면 주행중의 타이어 굴곡 운동도 심해지고 타이어의 발열량도 많아지게 됩니다. 자동차가 주행 중에 노면으로부터 받는 상하방향의 진동에 의해 타이어에 걸리는 하중은 정적하중 이외에 가속도에 의한 관성력이 하중으로서 가해져 옵니다. 이와 같이 주행 중에 가해지는 모든 하중을 동하중이라 합니다. 자동차의 속도가 증가하면 노면의 요철로부터 받는 충격 및 가속도도 증가하여 동배율(정하중에 대한 동하중의 증가비율)이 커집니다. 따라서 타이어의 굴곡운동은 보다 커져 당연히 타이어 내부의 온도가 높아지게 됩니다.

* 자동차의 주행시간과 타이어의 발열
타이어는 주행중에 반복되는 굴곡운동에 의해 발열하고 그것이 타이어 내부에 축적되는 한편, 끊임없이 외부를 향해 발열도 하고 있기 때문에 그 균형이 잡혔을 때 타이어 온도는 포화상태가 되어 거의 변화하지 않게 됩니다.

물론 이 온도는 주행조건에 따라 다르며 고속으로 될수록 높아집니다. 고온상태로 장시간 주행을 계속하면 타이어를 구성하고 있는 고무, 타이어 코드 등이 노화되고 접착력도 떨어집니다.

* 트래드 홈 깊이와 타이어의 발열
트럭 버스용 타이어는 승용차용 타이어와는 달리 트레드의 두께도 두껍고, 또한 카카스의 프라이 수도 많습니다(바이어스 타이어의 경우). 또한 타이어를 구성하고 있는 고무, 타이어 코드 등의 재료는 열의 불량도체이기 때문에 그것들의 두께가 두꺼워질수록 그만큼 주행시에 있어 방열 효과가 적어지고. 타이어 내부에 축적되는 열도 많아져 발열이 높아지게 됩니다.특히 트럭·버스용 타이어는 홈 깊이에 의해 HW(High Way), HT(Heavy Tread), EHT(Extra Heavy Tread)로 나뉘어 있기 때문에 조건에 맞는 타이어를 바르게 선택하지 않으면 안됩니다.

* 타이어의 구조와 발열
래디얼 타이어는 바이어스 타이어와 달리 벨트의 효과에 의해 접지부 트래드의 움직임이 적으며 방열성이 좋은 강철 코드를 사용하고, 카카스가 래디얼 구조이기 때문에 내부 마찰이 적어 주행시 타이어 온도는 낮습니다.

튜브리스 타이어는 튜브타입과 비교하면 타이어 내부의 공기가 직접 휠에 접해 있기 때문에 휠에서의 방열이 쉬워 주행으로 인한 타이어의 온도 상승량이 비교적 적습니다.

* 복륜타이어의 외견차와 타이어 온도
복륜타이어에 외경차가 있을 경우 외경이 큰 타이어에 보다 많은 하중이 걸리고, 부하하중의 변화에 따라 타이어의 발열온도도 변화하게 됩니다. 그 변화량은 타이어의 외경차와 타이어가 갖는 종 스프링 상수로부터 산출할 수 있습니다(타이어의 종류, 공기압에 따라 다릅니다).

그래서 트럭 및 버스용 타이어의 종 스프링 상수는 규정 공기압을 충전한 상태에서는 약 95~110 kg/mm이며, 반경차가 5mm인 경우 외경이 큰 타이어에 약 500kg의 중량이 더 많이 걸리게 됩니다.

예) 외경차이가 10mm 있는 경우의 부하하중 분포

구분	최대하중	실제부하하중
외경이 10mm 큰 타이어	2,425kg	2,677kg
외경이 10mm 작은 타이어	2,425kg	2,177kg

* 발열온도와 위치
타이어의 발열위치는 타이어 쇼울더부가 가장 높습니다.
발열량에 따라 타이의 손상부위도 대부분이 쇼울더부에 집중적으로 발생되고 있으며, 쇼울더부는 타이어
에서 고무의 두께가 가장 두껍게 되어 있고 다른부문에 비하여 방열이 나쁘며, 열을 축적하기가 쉽기 때문
입니다.