PETG 내열 온도: PLA/ABS/ASA와의 한계 비교

서론

PETG(글리콜 변성 폴리에틸렌 테레프탈레이트)는 3D 프린팅, 포장, 산업용 분야에서 널리 사용되는 열가소성 소재입니다. 우수한 기계적 특성과 내화학성 덕분에 PETG는 PLA, ABS 등과 함께 인기 있는 소재 중 하나로 자리 잡았습니다.

PETG는 고온 환경에서 얼마나 안정적일까요? 내열 한계는 어느 정도일까요? 이 글에서는 PETG의 내열성을 상세히 소개하고 PETG가 사용되는 환경을 분석합니다.

PETG란 무엇인가요?

PETG는 강도, 내화학성, 내구성으로 널리 알려진 열가소성 소재인 PET를 글리콜로 변성한 소재입니다. 글리콜을 첨가하면 취성과 결정화가 줄어들어 우수한 기계적 강도, 내충격성, 치수 안정성을 유지하면서도 가공 및 3D 프린팅이 더 쉬워집니다.

PETG의 내열 온도 범위와 열적 특성 이해하기

PETG의 열적 거동은 다섯 가지 주요 파라미터, 즉 유리 전이 온도(Tg), 열변형 온도(HDT), 융점(Tm), 열팽창계수(CTE), 열전도율로 설명할 수 있습니다. 각 파라미터는 PETG가 열에 노출될 때 나타내는 서로 다른 측면을 나타냅니다.

1. 유리 전이 온도(Tg) — 75–85℃

PETG의 유리 전이 온도(Tg)는 일반적으로 75℃ - 85℃이며, 이 온도에 가까워지면 PETG는 연화되기 시작하여 기계적 강도가 일부 저하됩니다. (유리 전이 온도는 소재가 단단하고 취성이 있는 상태에서 어느 정도의 탄성과 유동성을 갖는 상태로 변화하는 온도 지점입니다. 열가소성 소재의 경우 유리 전이 온도는 소재의 분자 구조가 단단하고 부서지기 쉬운 "유리 상태"에서 더 부드러운 "고무 상태"로 변화하는 것을 나타내는 중요한 물리적 특성입니다.)

2. 열변형 온도(HDT) — 65–75℃

PETG의 HDT는 시험 방법, 인가 하중, 소재 배합에 따라 일반적으로 약 65–75℃입니다. HDT는 온도가 상승함에 따라 소재가 특정 기계적 하중 하에서 얼마나 변형되는지를 측정하므로, 출력된 부품이 하중 하에서 형태를 유지할 수 있는지 평가하는 데 있어 Tg보다 더 유용합니다.
실제 부품은 대개 열과 기계적 응력을 동시에 받기 때문에, 기능성 PETG 부품에서는 HDT가 Tg보다 더 중요한 경우가 많습니다.

3. 융점(Tm) — 230–260℃

FDM 프린팅의 경우 PETG는 일반적으로 약 230–260℃의 용융 또는 가공 범위를 가집니다. 다만 이 온도는 완성된 부품의 사용 가능 온도 한계로 해석되어서는 안 됩니다. 이는 주로 FDM 프린팅 및 기타 열가소성 제조 공정에서 PETG의 가공 거동과 관련이 있습니다.
FDM 프린팅에서 PETG는 필라멘트 배합과 프린터 설정에 따라 일반적으로 약 220–250℃의 노즐 온도로 출력됩니다.

4. 열팽창계수

PETG는 온도가 변함에 따라 팽창 및 수축합니다. 열팽창계수(CTE)는 일반적으로 50–80 × 10⁻⁶/K 수준이지만, 실제 값은 배합, 출력 방향, 측정 조건에 따라 달라집니다.
이러한 열팽창은 PETG 부품이 큰 온도 변화를 겪을 때 치수 정확도, 결합성, 조립 공차에 영향을 줄 수 있습니다. 예를 들어 딱 맞게 조립된 PETG 부품은 고온에 노출되면 충분히 팽창하여 틈새에 영향을 줄 수 있습니다.

5. 열전도율

PETG는 비교적 낮은 열전도율을 가지며, 일반적으로 약 0.2 W/(m·K) 수준입니다. 이는 PETG가 금속만큼 열을 효율적으로 전달하지 못한다는 것을 의미하며, 따라서 열이 부품 전체로 빠르게 확산되기보다 특정 부위에 집중될 수 있습니다.
이는 특히 직사광선에 노출되는 어두운 색상 또는 검정색 PETG 부품에서 중요합니다. 이러한 소재는 태양광을 더 많이 흡수하여 표면 온도가 주변 공기 온도보다 크게 상승할 수 있습니다. PETG의 낮은 열전도율과 결합하면 국부적인 고온 지점이 형성되어 연화 또는 변형 위험이 높아질 수 있습니다.

요약: Tg는 PETG가 강성을 잃기 시작하는 시점을 알려주고, HDT는 하중 하에서의 변형 저항성을 나타내며, Tm은 사용 온도가 아닌 가공 범위를 나타냅니다. 한편 CTE와 열전도율은 실제 적용 환경에서의 치수 변화와 국부적 발열을 이해하는 데 도움이 됩니다.

PETG와 다른 3D 프린팅 소재의 내열성 비교

아래 표는 FDM 소재의 내열성을 JLC3DP의 기술 데이터를 활용하여 비교한 것입니다(데이터가 있는 경우). PETG, PETG-CF, PC는 업계 일반 참고 자료로 포함되었으며, 그 특성은 등급과 제조사에 따라 달라질 수 있습니다.

표에서 알 수 있듯이 PETG는 일반적으로 PLA보다 우수한 내열성을 제공하여 중간 정도의 열에 노출되는 부품에 더 적합한 선택입니다. 하지만 PETG는 고온 환경에서 여전히 ABS, ASA, PA12-CF, PC, PEEK만큼 우수하지는 않습니다.

어떤 소재를 선택해야 할까요?

소재를 선택할 때는 특정 적용 환경에 맞춰 성능을 저울질할 필요가 있습니다.

일반적으로 저온 시제품 및 범용 부품에는 PLA를, 내열성과 출력 용이성의 균형이 필요할 때는 PETG를, 80–100℃ 정도의 환경에는 ABS 또는 ASA를, 더 높은 성능이 필요한 기능성 부품에는 PA12-CF를, 더 고온의 환경에는 PC를, 극한의 고온 엔지니어링 환경에는 PEEK를 선택하시기 바랍니다.

3D 프린팅 부품에 대한 PETG 온도 데이터 해석 방법

3D 프린팅으로 제작된 PETG 부품의 경우, Tg 및 HDT와 같은 데이터시트 값은 보장된 사용 온도가 아니라 소재 수준의 참고 지표로 취급해야 합니다. 실제 성능은 출력 방향, 벽 두께, 충전율, 형상, 기계적 하중, 노출 시간, 구체적인 PETG 등급에 따라 달라집니다.

이러한 이유로 HDT가 약 70℃인 PETG 부품이 70℃에서의 연속 사용에 자동으로 적합하다고 간주되어서는 안 됩니다.

PETG의 실제 사용 온도 한계

PETG의 실제 사용 온도는 Tg나 HDT뿐만 아니라 하중, 노출 시간, 직사광선, 부품 설계에 따라 달라집니다.

1. 권장 작동 온도

   표준 PETG의 경우 60℃ 이하에서의 연속 사용이 보수적인 범위입니다. 70–80℃에서는 강성과 치수 안정성이 크게 저하될 수 있으므로, 표준 PETG는 이 범위의 하중 지지 용도에는 일반적으로 권장되지 않습니다.

2. 응력 및 하중 민감도

   PETG는 하중이 가해진 상태에서 가열되면 더 쉽게 변형됩니다. 하중이 없을 때는 안정적으로 유지되던 부품도 지속적인 기계적 응력을 받으면 더 낮은 온도에서 변형될 수 있습니다.

3. 국부 발열 및 환경적 요인

   검정색 PETG는 직사광선에 노출되면 주변 온도보다 훨씬 뜨거워질 수 있습니다. 자동차 실내는 50–60℃ 이상까지 올라갈 수 있어, 특히 하중이 가해진 부품의 경우 장시간 노출 시 문제가 될 수 있습니다.

4. 장기 노화 및 자외선 노출

   장기간의 열 및 자외선 노출은 PETG의 기계적 성능을 점진적으로 저하시킬 수 있습니다. 실외 용도의 경우 내자외선 PETG 또는 ASA를 고려하시기 바랍니다. 자세한 내용은 실외용 3D 프린팅 필라멘트 가이드를 참고하시기 바랍니다.

5. 저온 성능

   PETG는 일반적으로 저온에서 PLA보다 더 강인한 성질을 유지하며, 특정 등급과 용도에 따라 약 −20℃ 부근에서도 양호한 성능을 발휘할 수 있습니다. 중요한 저온 용도의 경우 제조사의 데이터시트를 확인하시기 바랍니다.

6. 휨: 출력물 접착 문제 vs. 열에 의한 변형

   PETG 출력물의 휨(warping)은 대개 열 연화가 아니라 베드 접착 불량이나 불균일한 냉각으로 인해 발생합니다. 70–85℃의 히팅 베드, 일정한 냉각, 인클로저 사용이 도움이 될 수 있습니다. 3D 프린팅 휨 방지 가이드를 참고하시기 바랍니다.
   열에 의한 변형은 이와 다릅니다. PETG가 일반적인 HDT인 65–75℃에 가까워지면 강성을 잃고 하중 하에서 변형될 수 있습니다.
   PETG는 휨이 발생하기 전 얼마나 뜨거워질 수 있을까요? 단일한 PETG 휨 온도는 존재하지 않지만, 변형 위험은 약 65–75℃ 부근에서 증가합니다.

PETG 출력 온도 설정

PETG 소재로 출력할 때 권장 노즐 온도 범위는 220℃~250℃입니다. PETG 필라멘트 브랜드에 따라 차이가 있을 수 있으므로, 해당 브랜드의 가이드를 참고하는 것이 가장 좋습니다. 실제로는 낮은 온도에서 시작하여 압출이 불균일하거나 접착 문제가 발생하는 경우 문제가 해결될 때까지 점진적으로 온도를 높이는 것을 권장합니다. 또한 잔여 압출물이 출력 품질에 영향을 줄 수 있으므로 출력 전 노즐이 막히지 않았는지 확인하시기 바랍니다. PETG 출력물이 프린트 베드에 안정적으로 부착되어 휨을 방지하고 견고하게 고정되도록 하려면 베드를 70℃~85℃로 가열하는 것이 가장 좋습니다. PETG는 이 온도에서 유리, PEI, 텍스처 처리된 빌드 플레이트에 잘 접착됩니다.

어닐링을 고려하기 전에 출력 파라미터부터 최적화하시기 바랍니다. 올바른 노즐 및 베드 온도, 냉각, 레이어 높이, 출력 속도는 적절한 레이어 접착과 치수 안정성을 확보하는 데 도움이 됩니다. 어닐링은 일부 PETG 등급의 열 안정성을 개선할 수 있는 후처리 단계이지만, 초기 출력 품질이 좋지 않은 경우 이를 완전히 보완할 수는 없으며 수축이나 휨을 유발할 수 있습니다.

관련 아티클: PETG 필라멘트: 특성 및 설정 가이드

고온 환경에서 PETG의 내열성을 높이는 방법

PETG를 다소 높은 온도 환경에서 사용해야 하는 경우, 다음과 같은 방법으로 내열성을 개선하는 것을 고려하실 수 있습니다:

1고내열 개질 PETG 사용

더 높은 유리 전이 온도와 열변형 온도(HDT)를 가진 고내열 개질 PETG 소재를 선택하면 더 높은 온도를 견딜 수 있습니다. 고내열 개질 모델은 유리 전이 온도 90–105℃, 열변형 온도(HDT) 85–100℃를 가집니다. 기술 데이터시트에 표시된 고온형 PETG 모델을 선택하실 수 있습니다.

2벽 두께 및 충전 밀도 증가

3D 프린팅 부품의 벽 두께와 충전율(예: 80%–100%)을 높이면 내열 안정성을 개선할 수 있습니다. 두꺼운 벽과 높은 충전율은 열 전달을 지연시켜 연화 및 변형을 줄일 수 있지만, 소재 자체의 유리 전이 온도를 변화시키지는 않습니다. 단기 또는 경미한 고온 환경에 적합합니다.

3어닐링

PETG를 적절히 어닐링하면(예: 80℃에서 30분) 내부 응력을 제거하고 열 안정성을 다소 개선할 수 있습니다. 어닐링 후에는 수축과 휨을 줄이기 위해 서서히 냉각해야 합니다. 실험 데이터에 따르면 어닐링은 열변형 온도(HDT)를 약 5–10℃ 높일 수 있지만, 온도와 시간을 엄격히 제어해야 합니다.

4직사광선 및 열원 피하기

고온 또는 실외 환경에서는 차광, 단열 또는 방열 조치(예: 알루미늄 포일 반사층 또는 냉각 팬)를 사용하여 부품의 실제 접촉 온도를 낮추고 수명을 연장하시기 바랍니다. 장시간의 고온 또는 자외선 노출은 피하시기 바랍니다.

제조 및 시제품 제작 분야에서 3D 프린팅의 채택이 확대됨에 따라 내열 소재에 대한 수요도 계속 증가하고 있습니다. PETG는 내구성, 출력 용이성, 내화학성의 균형 덕분에 범용 소재로 자리 잡았습니다. Tg 값이 120℃를 넘는 내열 PETG 배합에 대한 2025–2026년 연구가 진행됨에 따라 PETG는 점차 더 높은 성능의 엔지니어링 응용 분야로 나아가고 있습니다.

5탄소섬유 강화 PETG(PETG-CF) 사용

PETG-CF는 짧은 탄소섬유(일반적으로 10–20 wt%)로 강화된 표준 PETG 필라멘트입니다. 탄소섬유는 폴리머 사슬의 이동성을 제한하여 일반적으로 HDT를 약 5–15℃ 높이고, 출력 중 강성과 치수 안정성을 크게 개선합니다. PETG-CF의 내열성 측면에서 유리 전이 온도와 융점은 일반적으로 표준 PETG와 비슷하지만, HDT는 1.8 MPa 기준으로 일반적으로 약 75–85℃입니다. PETG-CF의 연화 온도 또한 구체적인 배합, 하중, 시험 조건에 따라 달라집니다.

표준 PETG보다 강성, 치수 정확도, 내열성이 한 단계 더 필요한 부품의 경우 PETG-CF는 실용적인 대체 옵션입니다. 대부분의 PETG-CF 등급은 노즐 240–260℃, 베드 70–85℃에서 출력되며, 마모성이 있는 섬유 때문에 경화 처리된 노즐이 필요합니다.

실제 응용 분야에서의 PETG 내열성

PETG는 하중이 크지 않거나 직접적인 열원에 노출되지 않는 발열 부품에 적합한 선택입니다. 실용적인 내열성 덕분에 중간 정도의 열 응력을 받는 기능성 부품에 유용하게 사용됩니다. 다음은 몇 가지 대표적인 예시입니다:

• 전자 부품 인클로저: 센서, 마이크로컨트롤러, 소형 회로 기판용 하우징은 작동 온도가 약 60℃ 이하로 유지되는 경우 PETG로 제작할 수 있습니다.
• 3D 프린터 액세서리: 스풀 홀더, 공구 정리함, 발열 부품 근처의 팬 덕트는 핫엔드나 히팅 베드에 직접 닿지 않는다면 일반적으로 적합합니다.
• 자동차 실내 부품: 그늘진 실내 영역의 클립, 케이블 정리대, 마운트는 장시간 직사광선과 과도한 열을 피할 경우 PETG로 잘 작동할 수 있습니다.
• 경하중 지그 및 고정구: PETG는 상당한 열이나 기계적 하중을 받지 않는 조립 보조 도구와 위치 고정용 지그에 대해 중간 정도의 작업장 온도를 견딜 수 있습니다.
• 실외 표지판 및 커버: 열 노출이 중간 정도인 경우 PETG를 실외 부품에 사용할 수 있지만, 장기적인 자외선 노출은 고려해야 합니다.

70℃를 초과하는 지속적인 온도, 높은 기계적 하중, 고온 표면과의 직접 접촉, 장시간의 열 및 자외선 노출이 관련된 용도의 경우 표준 PETG가 최선의 선택이 아닐 수 있습니다. 더 높은 열적 성능이 필요한 경우 ABS/ASA, 나일론, PC 또는 고내열 PETG 등급을 고려하시기 바랍니다.

요약: PETG는 중간 온도 용도에 적합하지만, 기능성 부품에 PETG를 선택할 때는 실제 사용 온도, 기계적 하중, 노출 시간, 열원을 모두 고려해야 합니다.

PETG 내열성 연구: 2025–2026년에 무엇이 달라질 수 있을까요?

현재 상용 고내열 PETG의 유리 전이 온도(Tg)는 약 90–105℃에 이르지만, 2026년 연구는 소재 개질 및 공정 최적화를 통해 PETG의 열적 한계를 훨씬 더 확장하고 있습니다.

1공중합으로 Tg를 120℃ 이상으로 향상

2025년의 한 연구에서는 강성 융합 고리 다이올 단량체(DHSE)를 PETG에 도입했습니다. 29.3 mol% 함량에서 유리 전이 온도는 81.2℃에서 120.4℃로 상승하여, 분자 수준의 개질이 PETG의 열적 성능을 크게 향상시킬 수 있음을 보여주었습니다[1].

2나노 복합재 및 첨단 블렌드

소재 개질을 통해서도 PETG의 열적 성능을 개선할 수 있습니다. 최근 연구들은 열 안정성과 열역학적 특성을 개선하기 위해 입자 충전 복합재, 폴리머 블렌드, 재활용 폴리머 시스템을 탐구해 왔습니다. 예를 들어 PETG/HDPE 블렌드는 3D 프린팅용으로 연구되어 왔으며, 2025년의 한 연구는 DMTA 측정을 기반으로 약 87℃의 Tg를 보고했습니다[2]. 다른 연구들은 무기 충전재와 금속 분말로 강화된 PETG 복합재를 조사하여 열 안정성과 계면 특성의 개선을 보고했습니다[3][4].

이러한 결과는 PETG의 내열성을 개선할 수 있는 잠재적 경로를 보여주지만, 대부분 연구 단계의 소재 배합이며 상용 고내열 PETG 필라멘트와 동일하게 취급되어서는 안 됩니다.

3여러분의 부품에 어떤 의미가 있을까요?

이러한 결과들은 대부분 실험실 규모 또는 특수 목적의 결과이며, 상용 필라멘트가 아닙니다. 대부분의 방식은 특수 장비가 필요하여 일반적인 3D 프린팅에는 실용적이지 않습니다. 지금 더 높은 내열성이 필요하다면 상용 고내열 PETG(Tg 90–105℃)를 선택하거나 ASA, 나일론, PC로 대체하시기 바랍니다. 공중합체 및 나노 복합재 경로는 PETG가 범용 소재에서 고성능 엔지니어링 열가소성 소재로 나아가고 있는 방향을 보여줍니다.

PETG 내열성에 관한 자주 묻는 질문

Q: PETG의 유리 전이 온도는 얼마인가요?

PETG는 배합에 따라 일반적으로 75–85℃의 유리 전이 온도(Tg)를 가집니다. PETG가 Tg에 가까워지거나 이를 초과하면 더 부드러워지고 강성이 낮아져 기계적 성능이 크게 저하될 수 있습니다.

Q: PETG는 PLA보다 내열성이 우수한가요?

네, 그렇습니다. PETG는 일반적으로 PLA보다 내열성이 우수합니다. 일반적인 PETG는 약 60–70℃에서도 치수 안정성을 유지할 수 있는 반면, 표준 PLA는 약 50–60℃에서 연화되기 시작할 수 있습니다. 실제 한계는 소재 등급과 인가 하중에 따라 달라집니다.

Q: PETG는 80℃를 견딜 수 있나요?

표준 PETG는 특히 기계적 하중이 가해진 상태에서 80℃에 지속적으로 노출되는 것은 일반적으로 권장되지 않습니다. 이 온도에서는 소재가 Tg에 근접하거나 이를 초과하며 일반적인 HDT 값보다 훨씬 높기 때문에 강성이 크게 저하되고 변형이 발생할 수 있습니다.

Q: 고온 용도에서 PETG는 ABS와 비교했을 때 어떤가요?

ABS는 일반적으로 Tg 약 100–105℃, HDT 약 85–100℃로 더 우수한 고온 성능을 제공합니다. PETG는 일반적으로 출력이 더 쉬우며 완전히 밀폐되지 않은 프린터에서도 출력할 수 있는 경우가 많습니다. 80℃를 초과하는 용도에는 ABS, ASA 또는 다른 고내열 소재가 더 적합할 수 있습니다.

Q: PETG는 뜨거운 차 안에서도 견딜 수 있나요?

조건에 따라 다릅니다. 자동차 내부의 PETG는 특히 하중이 가해지거나 직사광선에 노출될 경우 온도가 50–60℃ 이상에 도달하면 연화되거나 변형될 수 있습니다. 장시간 노출되는 경우 ASA나 다른 내열성이 더 우수한 소재를 고려하시기 바랍니다.

Q: PETG의 내열성을 개선할 수 있나요?

어느 정도는 가능합니다. 고내열 개질 PETG 사용, 벽 두께와 충전율 증가, 출력 및 후처리 공정 최적화 등의 방법이 있습니다. 어닐링은 일부 PETG 배합의 열 안정성과 HDT를 개선할 수 있지만 결과는 다양하며, 과도한 열은 수축이나 휨을 유발할 수 있습니다.

Q: PETG의 융점과 출력 온도는 어떻게 되나요?

PETG의 융점은 배합에 따라 달라지므로 단일한 융점보다는 열 전이 및 가공 범위로 논의하는 것이 더 정확합니다. FDM 프린팅의 경우 PETG는 필라멘트 등급과 프린터 설정에 따라 일반적으로 약 220–260℃에서 가공됩니다. 이 가공 온도는 완성된 PETG 부품의 최대 사용 온도와 혼동되어서는 안 됩니다.

Q: PETG-CF는 PETG보다 내열성이 우수한가요?

네, 그렇습니다. PETG-CF의 내열성과 치수 안정성은 특히 기계적 하중 하에서 표준 PETG보다 우수합니다. 탄소섬유 강화는 강성을 개선하고 열에 의한 변형을 줄여주지만, 폴리머의 Tg나 융점을 크게 높이지는 않을 수 있습니다. 실제 PETG-CF의 내열성은 배합, 섬유 함량, 시험 조건에 따라 달라집니다.

결론: PETG는 실제로 어느 정도의 열을 견딜 수 있을까요?

표준 PETG는 연속 사용 시 60℃ 이하로 유지하는 것이 가장 좋습니다. 60–70℃ 구간에서는 성능이 하중과 노출 시간에 따라 달라지며, 70℃를 초과하는 온도에서는 특히 하중을 지탱하는 부품에서 상당한 연화, 크리프, 변형이 발생할 수 있습니다.

더 나은 내열성이 필요한 경우 고내열 개질 PETG나 제어된 어닐링을 고려하시기 바랍니다. 이는 적합한 등급의 열 안정성을 개선할 수 있습니다. 70℃를 초과하는 지속적인 온도나 높은 하중이 가해지는 용도에는 일반적으로 ASA 또는 ABS가 더 안전한 선택입니다.

참고 문헌

• [1] Synthesis and characterization of PETG copolymers incorporating rigid fused-ring diol monomers. Journal of Polymer Research, 2025. https://doi.org/10.1007/s13233-025-00478-4
• [2] Characterizing Shape Memory and Mechanical Properties of Pellet-Based 3D-Printed PETG/HDPE Blends for 4D Printing Applications. Journal of Polymer Research, 2025.
• [3] Development and characterization of PETG composite feedstock filament reinforced with chromium powder for material extrusion 3D printing. Progress in Additive Manufacturing, 2026.
• [4] Use of Recycled Poly(ethylene terephthalate)-Based (rPET) Blends in Additive Manufacturing Techniques to Prepare Sustainable, Tough, and Heat-Resistant Parts. ACS Sustainable Chemistry & Engineering.