PETG의 내열성: 얼마나 높은 온도를 견딜 수 있을까?

서론

PETG(폴리에틸렌 테레프탈레이트 글리콜 변성 수지)는 3D 프린팅, 포장, 산업 분야에서 널리 사용되는 열가소성 소재입니다. 우수한 기계적 특성과 내화학성 덕분에 PETG는 PLA, ABS 등과 더불어 많이 선택되는 소재로 자리 잡았습니다.

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

PETG란 무엇입니까?

PETG는 강도, 내화학성, 내구성으로 잘 알려진 열가소성 소재인 PET를 글리콜로 변성한 소재입니다. 글리콜을 첨가하면 취성과 결정화가 줄어들어, 우수한 기계적 강도와 내충격성, 치수 안정성을 유지하면서도 가공과 3D 프린팅이 한층 수월해집니다.

PETG의 온도 범위와 열적 특성 이해하기

PETG의 열적 거동은 유리 전이 온도(Tg), 열변형 온도(HDT), 용융 온도(Tm), 열팽창 계수(CTE), 열전도율이라는 다섯 가지 핵심 지표로 설명할 수 있습니다. 각 지표는 PETG가 열에 노출되었을 때 나타나는 서로 다른 측면을 설명합니다.

1. 유리 전이 온도(Tg) — 75~85℃

PETG의 유리 전이 온도(Tg)는 일반적으로 75℃~85℃ 사이이며, 이는 이 온도에 근접하면 PETG가 연화되기 시작하여 기계적 강도의 일부를 잃는다는 것을 의미합니다. (유리 전이 온도란 소재가 단단하고 취성이 있는 상태에서 일정한 탄성과 유동성을 갖는 상태로 변화하는 온도 지점입니다. 열가소성 수지에서 유리 전이 온도는 중요한 물성이며, 소재의 분자 구조가 단단하고 취약한 "유리 상태"에서 보다 부드러운 "고무 상태"로 변화하는 지점을 나타냅니다.)

2. 열변형 온도(HDT) — 65~75℃

PETG의 HDT는 시험 방법, 인가 하중, 소재 배합에 따라 일반적으로 약 65~75℃입니다. HDT는 온도가 상승할 때 지정된 기계적 하중 아래에서 소재가 얼마나 변형되는지를 측정하므로, 출력물이 하중을 받은 상태에서 형상을 유지할 수 있는지 평가할 때 Tg보다 유용합니다.
기능성 PETG 부품에서는 실제 부품이 대개 열과 기계적 응력을 동시에 받기 때문에 Tg보다 HDT가 더 중요한 지표가 되는 경우가 많습니다.

3. 용융 온도(Tm) — 230~260℃

FDM 프린팅에서 PETG의 일반적인 용융 또는 가공 온도 범위는 약 230~260℃입니다. 다만 이 온도를 완성된 부품의 사용 가능 온도 한계로 해석해서는 안 됩니다. 이는 주로 FDM 프린팅을 비롯한 열가소성 수지 제조 공정에서의 PETG 가공 거동과 관련된 값입니다.
FDM 프린팅에서 PETG는 필라멘트 배합과 프린터 설정에 따라 일반적으로 약 220~250℃의 노즐 온도로 출력합니다.

4. 열팽창 계수

PETG는 온도 변화에 따라 팽창하고 수축합니다. 열팽창 계수(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, 끼워 맞춤, 조립 공차에 영향을 줄 수 있습니다. 예를 들어 정밀하게 맞물린 PETG 부품은 높은 온도에 노출될 경우 틈새에 영향을 줄 정도로 팽창할 수 있습니다.

5. 열전도율

PETG는 열전도율이 비교적 낮아 일반적으로 약 0.2 W/(m·K) 수준입니다. 즉 PETG는 금속만큼 열을 효율적으로 전달하지 못하므로, 열이 부품 전체로 빠르게 퍼지지 않고 국부적으로 집중될 수 있습니다.
이는 직사광선에 노출되는 짙은 색 또는 검은색 PETG 부품에서 특히 중요합니다. 해당 소재는 태양 복사를 더 많이 흡수하여 표면 온도가 주변 공기 온도보다 크게 상승할 수 있습니다. 여기에 PETG의 낮은 열전도율이 더해지면 국부적인 고온 지점이 발생하여 연화나 변형 위험이 커질 수 있습니다.

요약: Tg는 PETG가 강성을 잃기 시작하는 시점을 알려 주고, HDT는 하중 아래에서의 변형 저항성을 나타내며, Tm은 사용 온도가 아닌 가공 범위를 설명합니다. CTE와 열전도율은 실제 사용 환경에서의 치수 변화와 국부 발열을 이해하는 데 도움이 됩니다.

PETG와 다른 3D 프린팅 소재의 내열성 비교

아래 표는 확인 가능한 범위에서 JLC3DP 기술 자료를 활용하여 일반적인 FDM 소재의 내열성을 비교한 것입니다. PETG, PETG-CF, PC는 업계 일반 참고 자료로 포함하였으며, 그 물성은 등급과 제조사에 따라 달라질 수 있습니다.

표에서 알 수 있듯이 PETG는 일반적으로 PLA보다 내열성이 우수하여 중간 수준의 열에 노출되는 부품에 더 적합한 선택입니다. 다만 고온 환경에서는 여전히 ABS, ASA, PA12-CF, PC, PEEK에 미치지 못합니다.

어떤 소재를 선택해야 합니까?

소재를 선택할 때에는 구체적인 적용 환경에 따라 성능을 비교하여 판단해야 합니다.

일반적으로 저온 프로토타입과 범용 부품에는 PLA를, 내열성과 출력 용이성의 균형이 필요한 경우에는 PETG를, 80~100℃ 수준의 용도에는 ABS나 ASA를, 고성능 기능성 부품에는 PA12-CF를, 더 높은 온도의 용도에는 PC를, 극한 온도의 엔지니어링 용도에는 PEEK를 선택하시기 바랍니다.

3D 프린팅 부품에서 PETG 온도 데이터를 해석하는 방법

3D 프린팅된 PETG 부품에서 Tg나 HDT와 같은 데이터시트 수치는 보장된 사용 온도가 아니라 소재 수준의 참고 값으로 보아야 합니다. 실제 성능은 출력 방향, 벽 두께, 내부 채움, 형상, 기계적 하중, 노출 시간, 그리고 해당 PETG 등급에 따라 달라집니다.

이 때문에 HDT가 약 70℃인 PETG 부품이라 하여 70℃에서의 연속 사용에 적합하다고 단정해서는 안 됩니다.

PETG의 실사용 온도 한계

PETG의 실제 사용 온도는 Tg나 HDT만이 아니라 하중, 노출 시간, 햇빛, 부품 설계에 따라 달라집니다.

1. 권장 사용 온도

   표준 PETG의 경우 60℃ 이하의 연속 사용이 보수적으로 안전한 범위입니다. 70~80℃에서는 강성과 치수 안정성이 크게 저하될 수 있으므로, 이 범위에서 하중을 받는 용도에는 표준 PETG를 일반적으로 권장하지 않습니다.

2. 응력 및 하중 민감성

   PETG는 하중을 받은 상태에서 가열되면 더 쉽게 변형됩니다. 하중이 없을 때는 안정적인 부품이라도 지속적인 기계적 응력을 받으면 더 낮은 온도에서 변형될 수 있습니다.

3. 국부 발열과 환경 요인

   직사광선에 노출된 검은색 PETG는 주변 온도보다 훨씬 뜨거워질 수 있습니다. 차량 실내는 50~60℃ 이상까지 올라갈 수 있어, 특히 하중을 받는 부품이라면 장시간 노출이 문제가 될 수 있습니다.

4. 장기 노화와 자외선 노출

   장기간의 열과 자외선 노출은 PETG의 기계적 성능을 점차 저하시킬 수 있습니다. 실외 용도에서는 내자외선 PETG나 ASA를 고려하시기 바랍니다. 보다 자세한 내용은 실외용에 가장 적합한 3D 프린팅 필라멘트 가이드를 참고하시기 바랍니다.

5. 저온 성능

   PETG는 일반적으로 저온에서 PLA보다 인성이 뛰어나며, 구체적인 등급과 용도에 따라 약 −20℃ 환경에서도 양호한 성능을 발휘할 수 있습니다. 저온 성능이 중요한 용도라면 제조사의 데이터시트를 확인하시기 바랍니다.

6. 휨: 출력 접착 문제와 열에 의한 변형

   PETG 출력물의 휨은 대개 열에 의한 연화가 아니라 베드 접착 불량이나 불균일한 냉각에서 비롯됩니다. 70~85℃의 히팅 베드, 일정한 냉각, 챔버 사용이 도움이 됩니다. 3D 프린팅 휨 방지 가이드를 참고하시기 바랍니다.
   열에 의한 변형은 이와 다릅니다. PETG가 일반적인 HDT인 65~75℃에 근접하면 강성을 잃고 하중 아래에서 변형될 수 있습니다.
   PETG는 휘기 전까지 어느 정도의 온도를 견딜 수 있습니까? PETG의 휨 온도를 하나로 특정할 수는 없으나, 65~75℃ 부근에서 변형 위험이 높아집니다.

PETG의 출력 온도 설정

PETG 소재로 출력할 때 권장 노즐 온도 범위는 220℃에서 250℃입니다. 브랜드별 PETG 필라멘트마다 차이가 있을 수 있으므로 해당 브랜드의 안내를 참고하는 것이 가장 좋습니다. 실제로는 낮은 온도에서 시작하여, 압출이 고르지 않거나 접착에 문제가 있으면 문제가 해결될 때까지 온도를 점차 높이는 방식을 권장합니다. 또한 출력 전에 노즐이 막히지 않았는지 확인하십시오. 남아 있는 압출물이 출력 품질에 영향을 줄 수 있습니다. PETG 출력물이 베드에 안정적으로 부착되어 휨을 방지하고 출력 중 견고하게 고정되도록 하려면 베드를 70℃에서 85℃로 가열하는 것이 가장 좋습니다. 이 온도 범위에서 PETG는 유리, PEI, 텍스처 빌드 플레이트에 잘 부착됩니다.

어닐링을 고려하기 전에 먼저 출력 파라미터를 최적화하십시오. 적절한 노즐 및 베드 온도, 냉각, 레이어 높이, 출력 속도는 층간 결합과 치수 안정성을 확보하는 데 도움이 됩니다. 어닐링은 일부 PETG 등급의 열 안정성을 개선할 수 있는 후처리 공정이지만, 초기 출력 품질이 좋지 않은 부분을 완전히 보완할 수는 없으며 수축이나 휨을 유발할 수도 있습니다.

관련 글: 3D 프린팅용 PETG 필라멘트: 물성 및 설정 가이드

고온 용도에서 PETG를 최적화하는 방법

다소 높은 온도 환경에서 PETG를 사용해야 한다면 다음과 같은 방법으로 내열성을 개선할 수 있습니다.

1고온 내성 변성 PETG 사용

유리 전이 온도와 열변형 온도(HDT)가 더 높은 고온 내성 변성 PETG 소재를 선택하면 더 높은 온도를 견딜 수 있습니다. 고온 내성 변성 제품은 유리 전이 온도가 90~105℃, 열변형 온도(HDT)가 85~100℃ 수준입니다. 기술 데이터시트에 고온용으로 표기된 PETG를 선택하시면 됩니다.

2벽 두께와 채움 밀도 증가

3D 프린팅 부품의 벽 두께와 채움률(예: 80%~100%)을 높이면 내열 안정성을 개선할 수 있습니다. 두꺼운 벽과 높은 채움률은 열 전달을 지연시켜 연화와 변형을 줄여 주지만, 소재 자체의 유리 전이 온도를 바꾸지는 않습니다. 단기간이거나 비교적 완만한 고온 환경에 적합합니다.

3어닐링

PETG를 적절히 어닐링(예: 80℃, 30분)하면 내부 응력을 제거하고 열 안정성을 약간 높일 수 있습니다. 어닐링 후에는 수축과 휨을 줄이기 위해 서서히 냉각해야 합니다. 실험 데이터에 따르면 어닐링으로 열변형 온도(HDT)를 약 5~10℃ 높일 수 있으나, 온도와 시간을 엄격하게 관리해야 합니다.

4직사광선 및 열원 회피

고온 환경이나 실외 환경에서는 차광, 단열, 방열 조치(예: 알루미늄 포일 반사층 또는 냉각 팬)를 활용하여 부품의 실제 접촉 온도를 낮추고 사용 수명을 연장하십시오. 고온이나 자외선에 장시간 노출되는 것은 피하시기 바랍니다.

제조와 시제품 제작 분야에서 3D 프린팅 도입이 확대되면서 내열 소재에 대한 수요도 계속 증가하고 있습니다. PETG는 내구성, 출력 용이성, 내화학성의 균형 덕분에 범용 소재로 자리 잡았습니다. 2025~2026년에는 Tg가 120℃를 넘는 내열 PETG 배합에 관한 연구가 진행되면서 PETG는 점차 고성능 엔지니어링 용도로 나아가고 있습니다.

5탄소섬유 강화 PETG(PETG-CF) 사용

PETG-CF는 표준 PETG 필라멘트에 짧은 탄소섬유(일반적으로 10~20 wt%)를 보강한 소재입니다. 탄소섬유는 고분자 사슬의 이동을 제한하여 일반적으로 HDT를 약 5~15℃ 높이고, 출력 시 강성과 치수 안정성을 크게 개선합니다. PETG-CF의 내열성에서 유리 전이 온도와 용융 온도는 대체로 표준 PETG와 비슷하며, HDT는 1.8 MPa 기준으로 약 75~85℃ 수준입니다. PETG-CF의 연화 온도 또한 구체적인 배합, 하중, 시험 조건에 따라 달라집니다.

표준 PETG보다 강성, 치수 정확도, 내열성이 한 단계 더 필요한 부품에는 PETG-CF가 실용적인 대체 선택지가 됩니다. 대부분의 PETG-CF 등급은 노즐 240~260℃, 베드 70~85℃에서 출력하며, 섬유의 마모성 때문에 경화 노즐이 필요합니다.

실제 용도에서의 PETG 내열성

PETG는 하중이 크지 않거나 직접적인 열원에 노출되지 않는, 열에 노출되는 부품에 적합한 선택입니다. 실용적인 수준의 내열성 덕분에 중간 정도의 열 응력을 받는 기능성 부품에 유용합니다. 대표적인 예는 다음과 같습니다.

• 전자 기기 인클로저: 센서, 마이크로컨트롤러, 소형 회로 기판용 하우징은 사용 온도가 약 60℃ 이하로 유지되는 경우 PETG로 제작할 수 있습니다.
• 3D 프린터 액세서리: 스풀 홀더, 공구 정리대, 발열 부품 근처의 팬 덕트는 핫엔드나 히팅 베드에 직접 닿지 않는다면 대체로 적합합니다.
• 차량 실내 부품: 그늘진 실내 공간의 클립, 케이블 정리 부품, 마운트는 장시간의 직사광선과 과도한 열을 피할 수 있다면 PETG로 충분히 사용할 수 있습니다.
• 경작업용 지그 및 고정구: 상당한 열이나 기계적 하중을 받지 않는 조립 보조구와 위치 결정 고정구라면 PETG로 일반적인 작업장 온도를 견딜 수 있습니다.
• 실외 간판 및 커버: 열 노출이 크지 않은 실외 부품에는 PETG를 사용할 수 있으나, 장기적인 자외선 노출은 고려해야 합니다.

70℃를 넘는 온도가 지속되거나 기계적 하중이 크고, 뜨거운 표면에 직접 닿거나 열과 자외선에 장시간 노출되는 용도에는 표준 PETG가 최선의 선택이 아닐 수 있습니다. 더 높은 열 성능이 필요하다면 ABS/ASA, 나일론, PC 또는 고온용 PETG 등급을 고려하시기 바랍니다.

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

PETG 내열성 연구: 2025~2026년에는 무엇이 달라질 수 있습니까?

현재 상용 고온 PETG의 유리 전이 온도(Tg)는 약 90~105℃ 수준이지만, 2026년의 연구는 소재 변성과 공정 최적화를 통해 PETG의 열적 한계를 훨씬 더 끌어올리고 있습니다.

1공중합으로 Tg를 120℃ 이상으로 상승

2025년의 한 연구는 강직한 축합 고리 다이올 단량체(DHSE)를 PETG에 도입하였습니다. 29.3 mol% 도입 시 유리 전이 온도가 81.2℃에서 120.4℃로 상승하여, 분자 수준의 변성이 PETG의 열 성능을 크게 개선할 수 있음을 보여 주었습니다 [1].

2나노복합재와 고급 블렌드

소재 변성 또한 PETG의 열 성능을 개선할 수 있습니다. 최근 연구들은 열 안정성과 열기계적 특성을 개선하기 위해 입자 충전 복합재, 폴리머 블렌드, 재생 폴리머 시스템을 검토해 왔습니다. 예를 들어 PETG/HDPE 블렌드는 3D 프린팅용으로 연구되어 왔으며, 2025년의 한 연구는 DMTA 측정을 기준으로 약 87℃의 Tg를 보고하였습니다 [2]. 그 밖의 연구에서는 무기 충전재와 금속 분말로 강화한 PETG 복합재를 검토하여 열 안정성과 계면 특성의 개선을 보고하였습니다 [3][4].

이러한 결과는 PETG의 내열성을 개선할 수 있는 가능성을 보여 주지만, 대부분 연구 단계의 소재 배합이므로 상용화된 고온 PETG 필라멘트와 동일하게 취급해서는 안 됩니다.

3이것이 부품에 시사하는 바

이러한 성과는 대부분 실험실 규모이거나 특수한 사례이며, 시중에서 바로 구할 수 있는 필라멘트는 아닙니다. 대부분의 방식은 전용 장비가 필요하여 일반적인 3D 프린팅에는 적합하지 않습니다. 지금 더 높은 내열성이 필요하다면 상용 고온 PETG(Tg 90~105℃)를 선택하거나 ASA, 나일론, PC로 한 단계 올리시기 바랍니다. 공중합과 나노복합재 연구는 PETG가 범용 소재에서 고성능 엔지니어링 열가소성 수지로 나아가고 있음을 보여 줍니다.

PETG 내열성에 관한 FAQ

Q: PETG의 유리 전이 온도는 얼마입니까?

PETG의 유리 전이 온도(Tg)는 배합에 따라 일반적으로 75~85℃입니다. PETG가 Tg에 근접하거나 이를 넘어서면 더 부드러워지고 강성이 낮아져 기계적 성능이 크게 저하될 수 있습니다.

Q: PETG는 PLA보다 내열성이 높습니까?

그렇습니다. PETG는 일반적으로 PLA보다 내열성이 높습니다. 일반적인 PETG는 약 60~70℃에서 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 있습니까?

표준 PETG는 특히 기계적 하중을 받는 상태에서 80℃에 지속적으로 노출되는 용도로는 일반적으로 권장되지 않습니다. 이 온도에서는 소재가 Tg에 근접하거나 이를 넘어서고 일반적인 HDT 값을 크게 상회하므로, 강성이 크게 저하되고 변형이 발생할 수 있습니다.

Q: 고온 용도에서 PETG는 ABS와 비교하여 어떻습니까?

ABS는 일반적으로 고온 성능이 더 우수하며, Tg는 약 100~105℃, 일반적인 HDT는 약 85~100℃ 수준입니다. PETG는 대체로 출력이 더 쉽고 완전 밀폐형 프린터가 없어도 출력할 수 있는 경우가 많습니다. 80℃를 넘는 용도에는 ABS, ASA 또는 그 밖의 고온 소재가 더 적합할 수 있습니다.

Q: PETG는 뜨거운 차량 안에서 견딜 수 있습니까?

조건에 따라 다릅니다. 뜨거운 차량 안의 PETG는 온도가 50~60℃ 이상에 이르면, 특히 하중을 받거나 직사광선에 노출된 상태에서 연화되거나 변형될 수 있습니다. 장시간 노출이 예상된다면 ASA나 그 밖의 내열성이 더 높은 소재를 고려하시기 바랍니다.

Q: PETG의 내열성을 개선할 수 있습니까?

어느 정도는 가능합니다. 고온용 변성 PETG 사용, 벽 두께와 채움률 증가, 출력 및 후처리 공정 최적화 등의 방법이 있습니다. 어닐링은 일부 PETG 배합에서 열 안정성과 HDT를 개선할 수 있으나 결과에 편차가 있으며, 과도한 열은 수축이나 휨을 유발할 수 있습니다.

Q: PETG의 융점과 출력 온도는 어떻게 됩니까?

PETG의 융점은 배합에 따라 달라지므로 하나의 융점보다는 열 전이와 가공 범위로 설명하는 편이 더 정확합니다. FDM 프린팅에서 PETG는 필라멘트 등급과 프린터 설정에 따라 일반적으로 약 220~260℃에서 가공합니다. 이 가공 온도를 완성된 PETG 부품의 최대 사용 온도와 혼동해서는 안 됩니다.

Q: PETG-CF는 PETG보다 내열성이 높습니까?

그렇습니다. PETG-CF는 특히 기계적 하중을 받는 상태에서 표준 PETG보다 내열성과 치수 안정성이 우수합니다. 탄소섬유 보강은 강성을 높이고 열에 의한 변형을 줄여 주지만, 폴리머의 Tg나 융점을 크게 높이지는 못할 수 있습니다. 실제 PETG-CF의 내열성은 배합, 섬유 함량, 시험 조건에 따라 달라집니다.

결론: PETG는 실제로 어느 정도의 열을 견딜 수 있습니까?

표준 PETG는 연속 사용 시 60℃ 이하를 유지하는 것이 가장 좋습니다. 60~70℃ 구간에서는 하중과 노출 시간에 따라 성능이 달라지며, 70℃를 넘으면 특히 하중을 받는 부품에서 상당한 연화, 크리프, 변형이 발생할 수 있습니다.

더 나은 내열성이 필요하다면 고온용 변성 PETG나 관리된 조건의 어닐링을 고려하시기 바랍니다. 적합한 등급에서는 열 안정성을 개선할 수 있습니다. 70℃를 넘는 온도가 지속되거나 하중이 큰 용도에는 일반적으로 ASA나 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.