[소재 이야기] 생명을 지키는 띠 하나의 힘, 안전벨트

어느 일가족이 고향집에서 부모님과 김장 김치를 담갔습니다. 서울로 돌아오는 자동차 안, 일가족은 교통사고로 고속도로 밖으로 추락했습니다. 가드레일을 들이 받은 차량은 고속도로 밖으로 그대로 튕겨 나갔고, 5m 아래 갈대 언덕으로 구르기 시작했습니다.

운전자는 차창 밖으로 언뜻 보이는 파란 하늘과 자신의 파란색 차 색깔의 구분이 희미해지기 시작했습니다. 옆에 있던 아내와 뒷좌석에 탄 두 아들은 비명을 질렀고, 창문이 깨지면서 파편은 얼굴로 튀었으며, 어머니가 싸 주신 김치와 양파 등 각종 채소류는 언덕에 그대로 내동댕이 쳐졌습니다. 그렇게 정신이 혼미해진 운전자 A씨는 아이들의 울음소리에 정신을 차렸습니다. 깜짝 놀라 둘러 보니 아내와 아이들은 모두 눈물 범벅이 돼 울고 있었고, 찰과상만 입었을 뿐 크게 다치지 않았습니다.

지금까지 소개해 드린 이야기는 며칠 전 어느 일간지에 실린 내용입니다. 갑자기 차선을 바꾸며 끼어든 차량 때문에 가드레일을 들이 받고 사고가 났는데요. 이날 운전자의 차량은 상체가 종잇장처럼 구겨지는 등 외관상 큰 사고였지만, 출발 전 뒷좌석에 탄 아이들에게 안전벨트를 매도록 신신당부하고, 자신과 아내도 안전벨트를 맨 것이 일가족의 생명을 구한 것입니다.

‘안전띠는 생명띠’라는 말이 있지만, 정작 안전벨트가 어떻게 우리 생명을 구하는지는 잘 모르고 있었던 것 같아요. 그렇다면 얇은 안전벨트 속에는 어떤 과학이 숨어있을까요?

 생명을 구하는 안전 장치, 안전벨트의 시작

안전벨트는 평상시에 느슨하게 운전자를 감싸고 있다가, 차량이 급제동하거나 충돌이 발생했을 때 운전자를 잡아줘 중상을 예방하고 차량 밖으로 운전자의 몸이 튀어 나가는 것을 방지하는 기본적인 안전 장치입니다.

그렇다면 안전벨트는 언제부터 장착되기 시작했을까요?

1913년, 가장 빠른 이동수단이었던 비행기에 독일의 비행가인 칼 고타가 전투기의 회전 시 조종사를 밀착시킬 수 있는 방법으로 도입한 것이 최초인데요. 그 후 1914년, 가죽으로 된 안전벨트가 기본적으로 장착되기 시작했습니다. 참고로, 자동차 중 최초로 안전띠를 장착한 것은 1959년, 스웨덴에서 개발한 볼보 자동차였습니다.

보통의 성인남자가 전신으로 지탱할 수 있는 힘은 본인 몸무게의 2~3배인데, 자동차가 시속 40km로 달리다가 어떤 장애물에 부딪혔을 때 사람이 받게 되는 충격은 본인 몸무게의 16배 가량입니다. 따라서 안전벨트는 저속운전에도 필요하며, 성인남자 몸무게의 약 30배가 되는 힘에도 견딜 수 있게 설계됩니다.

 웨빙부터 앵커리지까지, 구성요소를 알면 원리가 보인다

혹시 경사진 곳에서 안전벨트를 맬 때 잘 당겨지지 않는 경험을 한 적 있으신가요? 그 이유는 수 많은 과학이 안전벨트에 숨어있기 때문이에요. 기구 속에 내장된 감지장치가 차량의 속도 및 각도를 감지하여 로킹(Locking)이 발생하면서 벨트가 잠기게 되는데요, 안전벨트는 속도감지방식과 각도감지방식, 두 가지 로킹 방식을 병행하여 사용하고 있어요.

속도감지방식: 안전띠가 감겨진 휠의 회전과 관성판의 회전하지 않으려는 차이에 의해 생긴 힘으로, 톱니바퀴 형태의 플레이트를 확장시켜 로킹하는 방식 각도감지방식: 추의 기울기에 의해 톱니바퀴를 물어주어 로킹을 하는 방식으로 경사진 곳에서 안전벨트를 매려고 하면 각도감지장치가 작동되어 안전띠가 잘 당겨지지 않는 경우도 있음

안전벨트는 크게 네 가지 요소로 구성되는데요, 합성섬유를 너비 약 50mm, 두께 약 1.2mm의 띠 모양으로 짠 웨빙(Webbing), 탑승자의 앉는 자세나 체격에 따라 벨트 길이를 조절하고, 사용하지 않을 때에는 벨트를 넣어두기 위한 리트랙터(Retractor), 벨트를 장착, 분리하기 위한 버클(Buckle), 안전띠의 한족 끝을 차체에 고정시키기 위한 앵커리지(Anchorage)의 요소로 이뤄집니다.

웨빙(Webbing) 합성섬유를 너비 약 50mm, 두께 약 1.2mm의 띠 모양으로 짠 것으로 효성은 또 하나의 세계 1위 제품인 폴리에스터 고강력사로 이 웨빙을 제작함. 어깨벨트용, 허리벨트용, 연속벨트용(어깨벨트와 허리벨트가 연속되어 있는 벨트로 일반적인 자동차 운전석과 조수석의 안전벨트를 생각하면 됨) 등의 용도에 따라 짜는 방법, 열처리에 의해 강도, 신장 등의 특성을 설정함. 충돌에너지를 흡수하는 부분이 있으며, 그 성능에 대해서는 각국의 법규에서 각종 요구가 정해져 있음. 리트랙터(Retractor) 탑승자의 앉는 자세나 체격에 따른 벨트 길이의 조절, 사용하지 않을 때의 벨트의 격납을 목적으로 하는 장치로 잠금 기능에 따라 웨빙을 끌어내어 장착하면 탑승자가 장착한 길이까지 고정되어 그 이상 끌어낼 수 없는 형식의 ALR(Automotive Locking Retractor), 충돌사고 발생시나 급제동 시 또는 웨빙을 갑자기 빠른 속도로 당길 시에 이를 감지하여 웨빙을 고정시키는 형식의 ELR(Emergency Locking Retractor), 웨빙을 한번 더 찝어주는 2중 잠금식 안전벨트인 WLR(Webbing Locking Retractor) 등이 있음. ALR은 주로 허리벨트용이나 유아 카시트에 적용될 경우 벨트를 갑갑해하는 유아가 벨트를 잡아당겨 조절하거나 큰 몸동작으로 벨트의 길이가 늘어나는 것을 방지할 수 있기 때문에 벨트착용을 싫어하는 유아에게 권장되고 있고, ELR은 벨트착용을 거부하지 않는 유아에게 권장되고 있지만, 유아 스스로 카시트를 이탈할 수 있는 우려가 있음. 버클(Buckle) 벨트를 장착 또는 분리하기 위한 장치. 장착하면 탈칵! 소리가 나며 장착이 되고 보통 빨간 버튼을 누르면 분리가 되는 형식으로 앞좌석용 버클은 한쪽 손으로 조작될 수 있도록 되어 있는 것이 대부분임. 앵커리지(Anchorage) 이전에는 안전띠의 한쪽 끝을 차체에 고정시키기 위한 쇠붙이에 불과했으나, 근래에는 탑승자의 체격에 맞춰 어깨벨트의 위치를 상하로 조절하여 장착시의 쾌적성을 향상시키는 조절이 가능한 앵커 구조도 많아짐.

 생명을 지키는 필수 요소, 안전띠에는 좋은 원사가 필요하다

안전벨트의 네 가지 요소 중 가장 중요한 요소는 띠 부분, 웨빙이에요. 신체와 직접 접촉하는 부위로서 인간의 생명과 연관이 있기 때문이에요. 그래서 가장 중요한 것은 ‘사고 발생 시 얼마나 충격을 완화하면서 신체를 잡아줄 수 있는가’이죠. 원사의 특성이 웨빙에도 지대한 역할을 하므로, 웨빙을 구성할 때 가장 중요한 것은 화려한 외관보다 소재의 안정성입니다.

<안전벨트 웨빙의 제조공정>

웨빙은 초기에는 나일론이 사용되었지만, 현재는 대부분 폴리에스터 원사로 제직되어 구성되고 있습니다. 폴리에스터 원사의 경우 나일론에 비해 비중이 크기 때문에, 단위 면적당 강도가 높고 얇게 제직할 수 있어 모듈의 소형화에 유리하고, 나일론 대비 일광견뢰도(빛에 의한 변색 등에 대한 안정도)가 우수하다는 장점이 있습니다.

지식경제부가 선정한 세계 일류상품, 효성의 안전벨트용 원사는 지식경제부가 선정한 세계 일류상품 중 하나로, 이 외에도 효성은 섬유 부문에만 7개의 인증을 보유해 섬유업계 세계일류상품 최다 보유 회사입니다. 효성은 1985년부터 고기능 산업자재 분야에 진출하여 산업용 고강력 폴리에스터 얀(Yarn)을 생산 중이며, 안전벨트 외에도 글로벌 no.1 제품인 에어백용 원사를 생산해 판매하고 있습니다.

효성의 안전벨트용 원사는 엄격한 외관 관리, 탁월한 내마모성, 우수한 염색성의 품질 특성을 자랑하며 다양한 안전벨트용 원사를 세계 유수의 안전벨트 제조 업체에 공급해 품질과 기술력을 인정받고 있습니다.

요즘 같은 겨울철, 교통사고로 인한 피해를 줄이기 위해서는 ‘쓰리(3)안전’을 지키는 것이 중요하다고 해요. 안전 속도를 유지하는 것과 안전거리 확보, 그리고 안전벨트 착용을 생활화 하는 것이죠. 그 ‘쓰리안전’의 시작은 안전벨트를 착용하는 것이겠죠. 사고를 예방하기 위해 뒷자리에서도 안전벨트 착용하는 것을 생활화 해주시고요, 안전띠를 맬 때 생명을 지키는 효성의 장한 원사들도 떠올려주세요. ^^