PETG의 내열성: 얼마나 높은 온도를 견딜 수 있을까?

PETG(폴리에틸렌 테레프탈레이트 글라이콜 수정)는 3D 프린팅, 포장재, 산업용 부품 등 다양한 분야에서 널리 사용되는 열가소성 플라스틱입니다. 뛰어난 기계적 특성과 화학적 저항성을 바탕으로, PETG는 PLA나 ABS 외에 또 다른 인기 있는 선택지로 자리 잡고 있습니다. 그렇다면 PETG는 고온 환경에서도 안정적으로 사용할 수 있을까요? 어느 정도의 온도까지 견딜 수 있을까요? 이 글에서는 PETG의 내열 특성에 대해 자세히 알아보고, PETG가 실제로 사용되는 환경에서 어느 정도까지 열을 견딜 수 있는지 분석해 보겠습니다.

PETG의 온도 범위

PETG의 유리전이온도(Tg)는 일반적으로 75°C에서 85°C 사이입니다. 이 온도에 가까워지면 PETG는 점차 부드러워지며 기계적 강도를 일부 잃기 시작합니다. (유리전이온도란 재료가 단단하고 깨지기 쉬운 상태에서 일정한 탄성과 유동성을 가진 상태로 전환되는 온도를 의미합니다. 열가소성 플라스틱의 경우, 이 유리전이온도는 분자 구조가 ‘유리 상태’에서 ‘고무 상태’로 바뀌는 중요한 물성 지표입니다.)

PETG의 열변형온도(HDT)는 일반적으로 65°C에서 75°C 사이이며, 이는 소재의 조성이나 시험 조건에 따라 달라질 수 있습니다. 이 온도에 가까워지면 PETG의 강성이 감소하고 변형이 발생할 수 있습니다.

PETG의 융점(Tm)은 보통 230°C에서 260°C 사이로, 이는 3D 프린팅 시 사용되는 압출 온도 범위와도 일치합니다. 이 온도에 도달하면 PETG는 완전히 액화되어 사출 성형이나 FDM(Fused Deposition Modeling) 방식의 3D 프린팅에 적합하게 됩니다. 이때 충분한 층간 접착이 가능하며, 과소 압출이나 출력 품질 저하를 방지할 수 있습니다.

실제 사용 환경에서는 PETG가 60°C 이하에서는 장기간 안정적으로 유지되지만, 70°C를 초과하면 변형이 발생할 수 있습니다. 따라서 PETG는 어느 정도의 내열성이 요구되지만 고온에 지속적으로 노출되지 않는 환경에 적합합니다. 고온에서는 PETG의 기계적 강도가 낮아지고 강성이 줄어들어 더 유연해지며, 80°C 이상에서는 눈에 띄는 휨이나 변형이 생길 수 있습니다. 그럼에도 불구하고, PETG는 산, 염기, 용제 등에 대한 화학적 저항성이 뛰어나며, 높은 온도에서도 쉽게 손상되지 않습니다. 또한 내후성이 우수하고 자외선에 대한 저항력도 어느 정도 있지만, 직사광선과 고온 환경에 장시간 노출될 경우 노화가 가속화될 수 있습니다.

PETG 및 기타 3D 프린팅 소재의 내열성 비교

위 도표에서 알 수 있듯이, PETG는 PLA보다 더 나은 내열성을 가지지만, 고온 환경에서는 ABS나 PC만큼 뛰어나지는 않습니다. 따라서 소재를 선택할 때는 구체적인 사용 환경과 요구 성능을 고려해 균형 있게 판단하는 것이 중요합니다.

PETG 프린팅 온도 설정

PETG 소재로 3D 프린팅을 할 때는, 노즐 온도를 220°C에서 250°C 사이로 설정하는 것이 권장됩니다. 브랜드에 따라 필라멘트의 특성이 조금씩 다르므로, 사용 중인 제품의 제조사 가이드를 참고하는 것이 가장 좋습니다. 실제로는 낮은 온도에서 시작해, 압출이 고르지 않거나 접착 문제가 발생하는 경우 온도를 조금씩 높여가며 조절하는 방식이 좋습니다. 또한, 프린팅 전에 노즐이 막혀 있지 않은지 반드시 확인해야 하며, 잔여 필라멘트가 남아 있을 경우 출력 품질에 영향을 줄 수 있습니다. PETG 출력물이 프린트 베드에 안정적으로 부착되고, 뒤틀림 없이 견고하게 고정되도록 하려면, 베드 온도를 70°C에서 85°C 사이로 가열하는 것이 바람직합니다. 이 온도 범위에서 PETG는 유리, PEI 시트, 텍스처 빌드 플레이트에 매우 잘 접착됩니다.

고온 환경에서 PETG 활용을 위한 최적화 방법

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

1. 고내열 개질 PETG 사용

유리전이온도(Tg) 및 열변형온도(HDT)가 더 높은 개질 PETG 소재를 선택하면, 일반 PETG보다 더 높은 온도에 견딜 수 있습니다. 일부 고내열 PETG는 유리전이온도 90-105℃, 열변형온도 85-100℃ 범위를 가지며, 기술 자료(TDS)에 고온용 PETG로 표기된 제품을 선택하는 것이 좋습니다.

2. 벽 두께 및 충전 밀도 증가

3D 프린팅 시 벽 두께를 두껍게 하고 충전률을 80~100%로 높이면, 열 전달을 늦추고 연화나 변형을 줄일 수 있습니다. 이는 재료 자체의 Tg를 바꾸지는 않지만, 단기간 또는 완만한 고온 환경에서는 효과적입니다.

3. 어닐링(Annealing) 처리

PETG 출력물에 대해 적절한 어닐링(예: 80℃에서 30분간 유지)을 수행하면, 내부 응력을 제거하고 열 안정성을 다소 향상시킬 수 있습니다. 어닐링 후에는 천천히 냉각해야 수축이나 뒤틀림을 최소화할 수 있습니다. 실험에 따르면, 어닐링을 통해 HDT가 약 5~10℃ 정도 상승할 수 있으나, 온도와 시간 관리를 철저히 해야 합니다.

4. 직사광선 및 열원 회피

고온 또는 실외 환경에서는 직사광선과 고열을 피할 수 있도록 차광, 단열, 방열 대책을 사용하는 것이 좋습니다. 예를 들어 알루미늄 호일 반사층, 냉각 팬 등을 활용해 실제 부품의 접촉 온도를 낮추고, 수명을 연장할 수 있습니다. 장시간 자외선 노출이나 고온에의 직접 노출은 피해야 합니다.

3D 프린팅이 제조 및 시제품 제작 분야에서 점차 확대되면서, 내열성이 우수한 소재에 대한 수요도 꾸준히 증가하고 있습니다. PETG는 내구성, 출력 안정성, 화학 저항성의 균형을 갖춘 소재로, 향후에는 소비자용과 산업용 사이의 간극을 줄이는 고내열 PETG 제품군이 더 다양하게 출시될 것으로 기대됩니다.