적용분야

‘그린 타이어(green tire)’란 모든 구성 요소가 조립되었지만 아직 가황 공정을 거치지 않았고 트레드가 완전히 형성되지 않은 상태의 타이어를 말합니다. ‘미가황 타이어(uncured tire)’라고도 불리며, 아직 원재 상태로 가황되지 않은 상태입니다. 타이어 생산은 고무, 오일, 각종 첨가제를 혼합하는 과정에서 시작되며, 이 혼합물은 여러 장비를 거쳐 타이어를 구성하는 개별 부품들—내부 고무 라이너, 플라이, 벨트, 비드, 사이드월, 트레드—로 가공됩니다. 이러한 부품들은 타이어 빌딩 머신에서 조립되어 우리가 익숙한 타이어 형태로 성형됩니다.

타이어 생산의 마지막 단계는 가황 공정으로, 이 과정에서 타이어는 특정 온도와 압력 조건에 노출되며 고무 내부에서 화학 반응이 일어납니다. 이를 통해 선형 구조의 고무 분자들이 3차원 네트워크 구조로 변환되며, 타이어에 필요한 물리적·기계적 특성이 부여됩니다. 가황 공정에서는 온도, 압력, 시간이 핵심 요소로 작용하며, 흔히 ‘가황의 3요소’라고 불립니다. 이 세 요소를 정밀하게 제어하는 것은 고품질 타이어를 생산하는 데 있어 필수적입니다.

타이어가 그린 단계에 도달하면 가황을 위해 금형에 장착됩니다. 이 그린 타이어는 금형에 넣어진 뒤 가황 공정으로 이동됩니다. 가황 공정에서는 그린 타이어가 대형 금형 내부에 배치되며, 타이어에 공기를 주입하고 가열하여 올바른 형상과 트레드를 형성합니다. 이 과정에서 그린 타이어는 각 구성 요소를 결합하기 위해 약 200°C까지 가열됩니다. 가황 시간은 타이어의 크기에 따라 달라지며, 짧게는 약 15분에서 길게는 하루 이상 소요될 수 있습니다.

타이어 제조 공정에서 가황 공정은 최종 제품의 내구성과 품질을 보장하는 데 매우 중요한 단계입니다. 이 공정에서는 그린 타이어를 정해진 온도까지 가열하여 고무가 가황되도록 함으로써, 원하는 물성을 확보합니다. 그러나 계절 변화 등으로 인한 주변 온도의 변동은 큰 과제로 작용합니다. 예를 들어, 가황 프레스에 투입되는 그린 타이어의 온도는 보관 구역이나 가황 구역의 환경 조건에 따라 달라질 수 있습니다. 이러한 온도 불균형은 미가황 또는 과가황을 유발할 수 있으며, 그 결과 타이어의 내구성이나 성능이 저하되어 최종 사용자에게 안전상의 위험을 초래할 수 있습니다.

일관된 품질을 유지하려는 요구는 타이어 가황 공정에서 정밀한 온도 측정의 필요성을 더욱 부각시킵니다. 사전에 설정된 시간만을 기준으로 가황 시간을 관리하는 기존 방식은, 그린 타이어의 초기 온도 차이를 반영하지 못하기 때문에 개선이 필요합니다. 적외선 온도 측정 기술을 도입함으로써 가황 전에 각 타이어의 온도를 정확하게 평가할 수 있으며, 이를 기반으로 가황 시간을 동적으로 조정해 외부 환경 조건과 관계없이 모든 타이어가 최적의 공정을 거치도록 할 수 있습니다.

Optris는 타이어 가황 공정에서 발생하는 과제를 해결하기 위해 산업용 적외선 온도 측정 센서를 제공합니다. 이 애플리케이션에서는 아시아 지역의 OEM 제조사들이 Optris CTlaser LT를 사용하고 있습니다. 이 적외선 센서는 가황 공정에 들어가기 전 그린 타이어의 온도를 모니터링합니다.

그린 타이어는 가황 공정 이전에 보관되며, 보관 구역의 주변 온도는 계절 변화와 주야간 주기에 따라 달라집니다.
또한 그린 타이어는 가황 구역 인근에 보관되기 때문에, 이 역시 주변 온도 변화의 영향을 받습니다. 각 타이어 유형에는 미리 설정된 가황 시간이 적용되며, 가황 공정에 투입될 당시 그린 타이어의 온도와는 관계없이 동일하게 유지됩니다. 파이로미터는 타이어 표면 온도를 원거리에서도 측정해야 하므로, 높은 거리 대비 스폿 비율(Distance-to-Spot Ratio)이 요구됩니다.

고무는 방사율이 매우 높아, 특히 LT 스펙트럼 대역에서 작동하는 Optris 측정 장비와 뛰어난 호환성을 보입니다. 고무 고유의 높은 방사율 덕분에 정확하고 신뢰성 높은 온도 측정이 가능하며, 이를 통해 Optris 장비는 타이어 가황과 같은 공정을 효과적으로 모니터링하고 제어할 수 있습니다. 이러한 호환성은 측정 정밀도를 더욱 향상시켜, 고무의 온도를 일관되고 정확하게 모니터링해야 하는 애플리케이션에서 Optris 장비를 이상적인 솔루션으로 만듭니다. Optris의 적외선 기술은 높은 정밀도와 뛰어난 적응성을 갖추고 있어 본 애플리케이션에 특히 적합합니다. 적외선 센서는 주변 온도가 변동하는 환경에서도 안정적으로 작동하여, 항상 정확한 측정 결과를 제공합니다. 또한 이 시스템은 기존 가황 공정과 원활하게 통합되도록 설계되어 있어, 생산 라인에 대한 대대적인 수정 없이도 적용이 가능합니다. 이 적외선 솔루션을 활용함으로써 타이어 제조사는 각 타이어에 맞춰 가황 공정을 최적화할 수 있으며, 이를 통해 전체 제품 품질을 향상시키고 불량 발생 위험을 줄일 수 있습니다.

적외선 센서로 수집된 온도 데이터는 4–20mA 신호를 통해 PLC(프로그래머블 로직 컨트롤러)로 전달되며, PLC는 측정된 온도를 기준으로 가황 시간을 조정합니다. 그린 타이어의 온도에 따라 PLC에 탑재된 알고리즘이 최적의 가황 시간을 자동으로 계산·조정하여, 과가황으로 인한 타이어 불량을 제거합니다. 또한 미가황으로 인해 발생하던 타이어 스크랩 역시 방지할 수 있습니다. 검은색 고무 표면에서도 잘 보이는 적색 레이저 조준 기능은 센서 조정 및 정렬 작업을 보다 쉽고 정확하게 해줍니다.

Optris의 적외선 온도 측정 솔루션을 적용함으로써 타이어 가황 공정에서 눈에 띄는 개선 효과가 나타났습니다. 각 그린 타이어의 온도를 정확하게 측정함으로써, 제조사는 가황 시간을 타이어의 초기 상태에 정확히 맞출 수 있게 되었습니다. 이러한 공정 최적화 결과, 타이어 생산량이 약 4% 증가했으며 에너지 절감 효과 또한 유사한 수준으로 달성되어, 본 시스템의 효율성과 효과가 명확히 입증되었습니다.

또한 적외선 센서를 사용함으로써 주변 온도 변화로 인해 발생할 수 있는 변동성을 제거하여, 보다 일관된 타이어 품질을 확보할 수 있습니다. 이러한 품질의 일관성은 불량으로 인해 폐기되는 타이어 수를 줄여 폐기물 발생을 감소시키고, 생산 비용 절감으로 이어집니다. Optris는 적외선 기술 분야에서의 전문성과 품질 및 효율을 향상시키는 솔루션을 제공하려는 지속적인 노력으로 인해 타이어 제조사에게 신뢰받는 파트너로 자리매김하고 있습니다. Optris 적외선 센서는 높은 정밀도와 신뢰성, 그리고 기존 공정과의 손쉬운 통합이라는 장점을 갖추고 있어 타이어 가황 공정을 최적화하기 위한 이상적인 선택입니다.