복합소재 자전거 기술 발전 2부: 프레임과 림 내구성 강화

고분자량 폴리프로필렌(HMWPP)과 탄소섬유 결합으로 더 튼튼한 자전거 림 개발

최근 블로그에서 HIA 벨로(HIA Velo) 자전거의 고분자량 폴리프로필렌(HMWPP)과 탄소섬유 조합으로 더 내구성 높은 프레임을 다뤘습니다. 이번에는 탄소섬유와 HMWPP를 결합해 내구성을 높인 자전거 림(휠)에 대해 다룹니다. 더비 림스(Derby Rims LLC, 미국 캘리포니아 주 산 안셀모) 설립자이자 오너, 제품 디자이너인 레이 스크러그스(Ray Scruggs)와 인터뷰했습니다. 회사명 '더비'는 캘리포니아 산악 지대에서 열리던 친목 산악 자전거 모임 '더비'에 참여한 그의 별명에서 유래했습니다.

스크러그스는 2012년부터 탄소섬유 자전거 림 설계 및 테스트를 시작했고, 당시 가장 넓은 산악 자전거 림을 2013년 첫 판매했습니다. "내 탄소섬유 림 설계는 기존 탄소 림 대비 상부 림 벽이 훨씬 두껍고 내구성이 강하며 타이어 유지 안전성이 개선됐다"고 말합니다. 고급 라이더들이 폭, 내구성, 안전성 개선의 이점을 바로 알아봤습니다. 스크러그스는 림 판매 수익 전액을 사업에 재투자하며 본업(비즈니스 소프트웨어 테스트 및 개발)도 계속했습니다. 자보호를 위해 특허 출원했지만, "내 설계가 거의 모든 탄소섬유 림 브랜드에 즉시 베껴졌다"고 합니다.

스크러그스 설계는 탄소 복합소재와 자전거 전문 중국 업체에서 제조했습니다. 첫 림 성능 평가 때 "놀랐다"고 회고합니다. 해당 제조사는 강철 금형을 사용하고, 금형에 단방향 탄소섬유를 적층하며, 중공 림 내부를 블래더로 가압 통합합니다. 경화 후 금형 냉각, 탈형, 디플래싱, 샌딩, 드릴링(스포크 구멍), 마감(일부 도장) 과정을 거칩니다. "더비 림스 공장은 림 하나당 출하 전 24단계 품질 관리 서명 절차를 거칩니다."라고 스크러그스는 말합니다.

스크러그스는 "산악 자전거 림만큼 탄소섬유에 가혹한 의도적 충격 용도는 없을 것"이라고 말합니다. 바위와 나무 뿌리로 인한 빈번하고 불규칙한 플렉스, 장애물 충격과 급격한 드롭오프·점프 착지 시 중력 하중(G-로드) 다중 발생으로 라이더 체중이 안장에 강하게 실리며 서스펜션이 완전히 압축됩니다. 더비 림스 제품 출시 후 라이더와 산악 자전거 레이서들 사이에서 품질과 성능이 빠르게 입소문 났습니다. 첫 더비 탄소섬유 림은 내부 폭 34mm, 외부 폭 40mm, 깊이 31mm, 벽 두께 3mm로 알루미늄 림과 다른 복합소재 림 대비 날카로운 바위 충격 저항과 과도한 림 플렉스 저항을 크게 개선했습니다. 실제로 2013년 당시 더비 림스는 다른 어떤 탄소섬유 산악 림보다 3-5배 더 내구성이 높았습니다. 하지만 스크러그스는 정말 강한 충격 시 상부 림 벽 영역(타이어가 림에 부착되는 부분)에서 탄소섬유 림이 박리 및 미세 파손될 수 있다고 인정합니다.

"내구성 추가 개선을 찾던 중 옥시온(Oxeon, 스웨덴 보라스) 관계자들을 만나 2016년 애너하임 CAMX 초대를 받았습니다. 전시회에서 인네그라 테크놀로지스(Innegra Technologies, 미국 사우스캐롤라이나 주 그린빌)의 젠 한나(Jen Hanna)를 소개받았습니다." 한나는 스크러그스를 인네그라의 러스 이매니스(Russ Emanis)에게 연결해줬고, 그는 다양한 인네그라 직물과 하이브리드 탄소-인네그라 소재, 인네그라 포함 다층 적층 제안을 제공했습니다.

림 내 다양한 위치에 인네그라를 실험한 후, 스크러그스는 각 휠 모델과 유형별로 적층을 조정했습니다. "2017년 말 실시된 첫 캘리브레이션 기계 부하 플렉스 테스트에서 인네그라 S/탄소 '하이브리드' 테스트 림이 동일 중량·동일 레이어 수의 100% 탄소섬유 UD 적층 양산 림 대비 향상된 림 플렉스 허용 하중 수치를 보였다"고 스크러그스는 말합니다. 이 결과로 몇 개 더 테스트 림과 실제 휠을 제작해 전문 산악 자전거 라이더 테스트에 투자할 자신감을 얻었습니다.

2018년 봄, 인네그라 적용 테스트 림을 익스퍼트와 프로 카테고리 다운힐 레이서 2명에게 제공해 실제 극한 주행 테스트를 진행했습니다. 테스트 라이더들은 약 12개월간 빈번한 레이스 훈련 사용 중 림 파손을 경험하지 않았습니다. "내 테스트 라이더들에게 제공된 인네그라 하이브리드 테스트 림은 그들이 평소 레이싱에 쓰던 100% 탄소섬유 '다운힐' 모델 더비 림보다 상당히 가벼운 적층이었다. 우리 모두 훨씬 가벼운 인네그라 하이브리드 림이 빨리 고장날 거라 예상했다. 하지만 인네그라 하이브리드 테스트 림은 2000마일 이상 빈번한 훈련 주행에 사용되었고, 바위 지형에서 고속으로 다운힐 레이스 런 장애물과 25피트 점프 착지 같은 극한 사용도 견뎌냈다."라고 스크러그스는 말합니다.

스크러그스는 올겨울 LA 소재 유명 내구성 시험소에서 추가 테스트를 계획 중입니다. 대형 범프가 부착된 롤러와 테스트 휠 축에 무거운 하중을 실어 최대 6개 휠을 동시에 테스트할 수 있는 동적 롤러 머신 보유. 인네그라 하이브리드 테스트 휠 2개와 기준 양산 휠 2개를 파손까지 테스트합니다. "이 테스트 후 인네그라 하이브리드 림 양산 투자 자신감을 갖게 될 것이다."

스크러그스 더비 림스 웹사이트: https://www.derbyrims.com/leader-of-rim-design.html