플라스틱 데이터시트나 열분석 보고서에는 유리전이온도 Tg와 융점 Tm이 자주 표시됩니다. 두 값 모두 온도에 따른 고분자의 변화를 나타내지만, 실제로 의미하는 분자운동과 적용 대상은 전혀 다릅니다.
유리전이온도는 고분자의 비정질 영역에서 분자 사슬의 운동성이 크게 달라지는 온도 범위입니다. Tg 아래에서는 분자 사슬의 움직임이 제한돼 재료가 단단하고 유리처럼 거동하는 반면, Tg를 지나면 사슬 운동이 활발해져 탄성률과 치수안정성이 크게 낮아질 수 있습니다.
융점은 결정성 영역을 형성하고 있던 규칙적인 분자 배열이 무너지면서 용융되는 온도입니다. 따라서 결정성 또는 반결정성 플라스틱에서는 Tg와 Tm이 모두 나타날 수 있지만, PC·PMMA·PS처럼 비결정성 구조가 지배적인 플라스틱은 일반적으로 명확한 결정 융점 Tm을 나타내지 않습니다.
실무에서는 Tm이 높다는 이유로 고온에서 장기간 사용할 수 있다고 판단하거나, Tg를 소재가 녹기 시작하는 온도로 오해하는 경우가 있습니다. 그러나 Tg는 고체 상태 내부의 분자운동 변화이고, Tm은 결정 구조가 무너져 액상 용융으로 전환되는 현상입니다. 또한 두 값 모두 실제 연속사용온도나 열변형온도와 같지 않습니다.
현재 DSC를 이용한 Tg 측정에는 ISO 11357-2:2020, 결정성·반결정성 플라스틱의 용융·결정화 온도와 엔탈피 측정에는 ISO 11357-3:2025가 적용됩니다. ASTM 체계에서는 ASTM D3418-21이 고분자의 전이온도와 용융·결정화 엔탈피를 DSC로 측정하는 대표 표준입니다.
이번 글에서는 유리전이온도 Tg와 융점 Tm의 차이, 결정성·비결정성 플라스틱의 열거동, DSC와 DMA 시험값을 해석하는 방법과 실제 소재선정 및 가공조건에 적용할 때의 주의사항을 살펴보겠습니다.
유리전이온도 Tg란?
유리전이온도 Tg(Glass Transition Temperature)는 고분자의 비정질 영역에서 분자 사슬의 국부적인 운동이 크게 증가하는 온도 범위입니다.
Tg 아래에서는 분자 사슬이 제한된 상태이므로 재료가 상대적으로 단단하고 취성적인 유리상 거동을 나타냅니다. 온도가 Tg 부근에 도달하면 사슬 일부가 회전하고 움직일 수 있게 되며, 탄성률과 강성, 치수안정성이 빠르게 변합니다.
Tg 이하에서의 일반적인 거동
- 높은 강성
- 낮은 분자 운동성
- 작은 변형
- 취성파괴 가능성 증가
- 낮은 크리프 속도
- 충격에 민감할 가능성
Tg 이상에서의 일반적인 거동
- 분자 사슬 운동 증가
- 탄성률과 강성 감소
- 변형과 크리프 증가
- 연성 또는 고무상 거동 증가
- 치수안정성 저하
- 감쇠특성 증가
Tg는 재료가 완전히 녹는 온도가 아닙니다. Tg를 지나도 플라스틱은 고체 형태를 유지할 수 있습니다. 다만 하중에 대한 저항이 크게 낮아져 제품이 쉽게 휘거나 눌릴 수 있습니다.
유리전이는 하나의 정확한 점일까?
유리전이는 결정 용융처럼 특정 한 점에서 갑자기 일어나는 1차 전이가 아니라 일정 온도 범위에서 나타나는 변화입니다.
따라서 시험보고서에는 다음과 같은 여러 Tg가 표시될 수 있습니다.
- Tg onset: 변화가 시작되는 온도
- Tg midpoint: 변화 구간의 중간점
- Tg inflection: 곡선 기울기가 가장 크게 변하는 지점
- tan δ peak: DMA 손실계수 피크
- loss modulus peak: 손실탄성률 피크
동일한 소재라도 어떤 시험법과 평가 기준을 사용했는지에 따라 Tg 값이 다르게 표시될 수 있습니다.
ISO 11357-2:2020은 DSC로 유리전이온도와 유리전이 단계의 높이를 측정하는 방법을 규정하며, 비결정성 및 부분결정성 플라스틱에 적용됩니다.
융점 Tm이란?
융점 Tm(Melting Temperature, Melting Point)은 결정성 영역의 규칙적인 분자 배열이 열에 의해 무너지면서 고체 결정이 용융되는 온도입니다.
결정성 플라스틱의 실제 구조는 대부분 100% 결정으로 구성되지 않습니다. 결정영역과 비정질영역이 함께 존재하는 반결정성 구조이므로, Tg는 비정질영역의 운동 변화를 나타내고 Tm은 결정영역의 용융을 나타냅니다.
Tm 부근에서 일어나는 변화
- 결정 라멜라 해체
- 장거리 규칙 배열 붕괴
- 고체 형상 유지능력 상실
- 용융점도 발현
- 사출·압출 가능한 용융상태로 전환
- DSC에서 흡열 피크 발생
대표적으로 Tm이 나타나는 소재
- PE
- PP
- PA6·PA66
- PBT·PET
- POM
- PPS
- PEEK
- PVDF
- PTFE
비결정성 플라스틱은 규칙적인 결정영역이 거의 없으므로 명확한 결정 융점 대신 Tg 이후 넓은 온도범위에서 점차 연화됩니다.
ISO 11357-3:2025는 기존 2018년판을 대체한 현행 표준으로, 일반 DSC를 이용해 결정성 또는 부분결정성 플라스틱의 용융·결정화 온도와 엔탈피를 측정합니다.
융점은 왜 하나의 고정된 숫자가 아닐 수 있는가?
고분자의 결정은 크기와 완전성이 균일하지 않습니다. 결정 두께, 결정구조, 공중합 조성, 열이력과 승온속도에 따라 넓은 용융 피크 또는 복수 피크가 나타날 수 있습니다.
예를 들어 DSC 결과에는 다음 값이 구분될 수 있습니다.
- 용융 시작온도
- 용융 피크온도
- 용융 종료온도
- 용융 엔탈피
- 냉결정화 온도
- 재결정화 피크
데이터시트의 Tm이 피크온도인지 onset 온도인지 확인하지 않으면 서로 다른 분석자료를 잘못 비교할 수 있습니다.
Tg와 Tm의 핵심 차이
Tg와 Tm은 모두 열에 의해 나타나는 변화이지만 분자 수준의 의미가 다릅니다.
| 구분 | 유리전이온도 Tg | 융점 Tm |
| 발생 영역 | 비정질 영역 | 결정 영역 |
| 주요 변화 | 분자 사슬 운동성 증가 | 결정구조 붕괴 |
| 상태 변화 | 고체 내부의 거동 변화 | 고체에서 용융상태로 전환 |
| 열분석 신호 | DSC 기준선의 단계적 변화 | DSC 흡열 피크 |
| 주요 적용 소재 | 비결정성·반결정성 | 결정성·반결정성 |
| 제품 영향 | 강성·크리프·충격·치수 변화 | 형상 유지 상실·용융 |
| 대표 시험 | DSC·DMA | DSC |
가장 중요한 차이
Tg는 재료가 녹는 온도가 아니라 고분자 사슬의 움직임이 급격히 증가하는 온도이고, Tm은 결정구조가 실제로 용융되는 온도입니다.
비결정성 플라스틱은 일반적으로 Tg를 지나면서 연화하지만 명확한 Tm이 없습니다. 반결정성 플라스틱은 Tg를 지나도 결정영역이 구조를 지지하기 때문에 어느 정도 고체 강성을 유지하다가 Tm에서 본격적으로 용융됩니다.
결정성·비결정성·반결정성 플라스틱의 열거동
비결정성 플라스틱
비결정성 플라스틱은 분자 사슬이 불규칙하게 배열돼 있으며 명확한 결정구조가 거의 없습니다.
대표 소재:
일반적인 특징:
- 명확한 Tg 존재
- 명확한 Tm 부재
- Tg 이상에서 점차 연화
- 비교적 낮은 성형수축률
- 투명 Grade 구현 가능
- 용융범위가 넓음
비결정성 소재는 Tg와 실제 사용온도의 관계가 매우 중요합니다. Tg에 가까워질수록 탄성률이 크게 감소하므로 하중을 받는 구조부품은 Tg보다 충분히 낮은 온도에서 사용하는 것이 일반적입니다.
반결정성 플라스틱
산업에서 흔히 결정성 플라스틱이라고 부르는 재료도 실제로는 결정영역과 비정질영역이 공존하는 반결정성 구조입니다.
대표 소재:
일반적인 특징:
- Tg와 Tm 모두 존재 가능
- 결정화도에 따라 강성·밀도·수축률 변화
- Tg 이상에서도 결정영역이 구조 지지
- 명확한 용융피크
- 냉각속도와 금형온도 영향이 큼
- 상대적으로 높은 성형수축률
반결정성 소재에서 Tg가 실온보다 낮더라도 제품이 반드시 부드러운 고무처럼 거동하는 것은 아닙니다. 결정영역이 물리적인 가교점처럼 작용해 구조를 지지하기 때문입니다.
열경화성 플라스틱
열경화성 수지는 가교구조 때문에 가열해도 다시 용융되지 않습니다.
대표 소재:
- 에폭시
- 페놀수지
- 불포화폴리에스터
- 열경화성 우레탄
- 멜라민수지
열경화성 수지는 Tg를 나타낼 수 있지만 일반적인 열가소성 수지처럼 Tm에서 녹지 않습니다. 높은 온도에서는 용융보다 열분해와 산화가 먼저 진행될 수 있습니다.
DSC에서 Tg와 Tm을 읽는 방법
DSC는 시료와 기준물질에 공급되는 열유량 차이를 온도에 따라 측정하는 열분석법입니다.
DSC에서 Tg의 형태
Tg는 일반적으로 DSC 곡선에서 기준선이 계단처럼 이동하는 형태로 나타납니다. 이는 유리전이 구간에서 비열이 변하기 때문입니다.
주요 확인항목:
- onset 온도
- midpoint 온도
- inflection 온도
- step height
- 승온속도
- 첫 번째·두 번째 가열 여부
DSC에서 Tm의 형태
Tm은 결정이 용융하면서 열을 흡수하므로 흡열 피크로 나타납니다.
주요 확인항목:
- 용융 onset
- 피크온도
- 용융 종료온도
- 용융 엔탈피 ΔHm
- 복수 용융피크 여부
- 냉결정화 피크 여부
첫 번째 가열과 두 번째 가열의 차이
DSC 시험에서는 종종 다음 절차를 사용합니다.
- 첫 번째 가열
- 일정 온도에서 열이력 제거
- 제어된 속도로 냉각
- 두 번째 가열
첫 번째 가열은 실제 성형품의 가공이력, 냉각속도, 후결정화와 물리적 노화 영향을 포함합니다. 두 번째 가열은 시험기에서 통제된 열이력을 부여한 후 소재 자체의 전이특성을 비교하는 데 유리합니다.
따라서 공급사 Pellet, 사출 시편과 완제품에서 얻은 첫 번째 가열 결과는 서로 다를 수 있습니다.
DSC 결과에 영향을 주는 조건
- 승온속도
- 시료 질량
- 팬의 밀봉 상태
- 질소·공기 분위기
- 시료 채취 위치
- 수분함량
- 열이력
- 결정화도
- 분해와 산화 여부
ASTM D3418-21은 고분자를 제어된 속도로 가열·냉각하면서 형태학적 또는 화학적 변화에 따른 전이온도와 용융·결정화 엔탈피를 측정하는 방법입니다.
DSC와 DMA에서 측정한 Tg가 다른 이유
DMA는 시편에 주기적인 진동하중을 가하면서 저장탄성률, 손실탄성률과 tan δ를 온도에 따라 측정합니다.
DMA 주요 지표
- 저장탄성률 E′: 탄성적으로 저장되는 에너지
- 손실탄성률 E″: 열로 소산되는 에너지
- tan δ: E″/E′로 표현되는 감쇠비
Tg 부근에서는 저장탄성률이 급격히 감소하고 손실탄성률 또는 tan δ가 피크를 나타냅니다.
ISO 6721-11:2019는 동적기계특성을 이용해 플라스틱의 유리전이온도를 결정하는 방법을 규정합니다.
DSC와 DMA Tg 비교
| 구분 | DSC | DMA |
| 측정 대상 | 열유량·비열 변화 | 동적 기계응답 |
| Tg 신호 | 기준선 단계 변화 | E′ 감소, E″·tan δ 피크 |
| 민감도 | Tg가 약하면 낮을 수 있음 | 기계적 변화에 매우 민감 |
| 시료 형태 | 소량 시료 | 규정 형상의 시편 |
| 주요 활용 | 열전이·결정화 분석 | 사용온도별 강성·감쇠 분석 |
DMA에서 얻은 Tg는 E′ onset, E″ peak와 tan δ peak 중 어느 기준을 사용했는지에 따라 차이가 날 수 있습니다. ASTM E1640도 DMA를 이용한 Tg가 열이력, 경화도, 기계적·전기적 거동 평가에 유용하다고 설명합니다.
따라서 데이터시트에서 Tg 수치를 비교할 때는 다음처럼 시험법을 함께 기록해야 합니다.
- Tg 145℃, DSC midpoint
- Tg 155℃, DMA tan δ peak
- Tg 140℃, DMA E′ onset
이 값들은 모두 동일한 소재에서 나올 수 있으며 단순히 어느 값이 옳고 그르다고 판단할 수 없습니다.
Tg와 Tm에 영향을 주는 8가지 조건
1. 분자 사슬의 유연성
주사슬이 유연하고 회전하기 쉬울수록 Tg가 낮아지는 경향이 있습니다. 반대로 방향족 고리나 강직한 구조가 많으면 사슬 운동이 제한돼 Tg가 높아질 수 있습니다.
2. 분자간 인력
수소결합, 극성기와 강한 분자 간 상호작용은 사슬 이동을 어렵게 해 Tg와 Tm에 영향을 줄 수 있습니다.
PA는 수소결합 때문에 비교적 높은 Tm을 나타내며, 수분은 수소결합 구조를 변화시키고 가소화 효과를 일으킬 수 있습니다.
3. 분자량
저분자량 영역에서는 분자량 증가와 함께 Tg가 상승하는 경향이 있습니다. 충분히 높은 분자량에서는 증가폭이 작아집니다.
분자량은 용융점도와 가공성에도 큰 영향을 주지만, 동일 소재 내 Tm 변화는 결정구조와 열이력의 영향을 더 크게 받을 수 있습니다.
4. 가소제
가소제는 분자 사슬 사이의 자유부피와 이동성을 증가시켜 Tg를 낮춥니다.
연질 PVC가 상온에서 유연한 이유도 가소제 첨가로 Tg가 사용온도 아래로 낮아지기 때문입니다.
5. 공중합 조성
무작위 공중합은 규칙적인 결정배열을 방해해 Tm과 결정화도를 낮출 수 있습니다. 동시에 공단량체의 구조에 따라 Tg도 변합니다.
PP random copolymer는 일반적인 PP homopolymer보다 결정성이 낮고 투명성과 저온 충격특성이 개선되는 대신 강성과 내열성이 낮아질 수 있습니다.
6. 결정화도와 결정 크기
결정화도는 Tm 자체보다 용융 엔탈피와 피크 모양에 큰 영향을 줍니다. 두껍고 완전한 결정은 상대적으로 높은 온도에서 용융될 수 있습니다.
7. 냉각속도와 열이력
빠르게 냉각하면 결정화가 충분히 진행되지 않아 결정화도와 용융 엔탈피가 낮아질 수 있습니다. 금형온도, 냉각시간과 후열처리는 결정구조를 변화시킵니다.
8. 수분·첨가제·보강재
수분은 일부 고분자에서 가소제처럼 작용해 Tg를 낮출 수 있습니다. 유리섬유와 무기필러는 고분자 자체의 Tg와 Tm을 크게 바꾸지 않더라도 결정화 속도와 열전달, DSC 피크형태에 영향을 줄 수 있습니다.
Tg·Tm과 HDT·Vicat·연속사용온도의 차이
Tg와 Tm은 분자구조와 상전이를 나타내는 열분석 지표입니다. HDT, Vicat와 연속사용온도는 다른 개념입니다.
Tg·Tm과 HDT·Vicat·연속사용온도의 차이
Tg와 Tm은 분자구조와 상전이를 나타내는 열분석 지표입니다. HDT, Vicat와 연속사용온도는 다른 개념입니다.
| 지표 | 핵심 의미 | 하중 반영 | 장기사용 판단 |
| Tg | 비정질 사슬 운동 변화 | 아니요 | 단독 판단 불가 |
| Tm | 결정영역 용융 | 아니요 | 단독 판단 불가 |
| HDT | 하중 아래 규정 변형 온도 | 예 | 단기 비교 중심 |
| Vicat | 압입자 침투에 따른 연화온도 | 예 | 장기수명과 다름 |
| 연속사용온도 | 장기 열노화 후 성능 유지 | 평가 방식에 따라 다름 | 상대적으로 직접적 |
Tg가 높으면 HDT도 항상 높을까?
같은 비결정성 소재계에서는 관련성이 있을 수 있지만 항상 비례하지는 않습니다. 보강재, 잔류응력, 시험하중과 시편형상에 따라 HDT가 달라집니다.
Tm이 높으면 연속사용온도도 높을까?
그렇지 않습니다. Tm 아래에서도 산화, 가수분해, 크리프와 첨가제 열화가 진행될 수 있습니다. 예를 들어 Tm이 높은 소재라도 고온에서 장기하중을 받으면 훨씬 낮은 온도에서 기능을 잃을 수 있습니다.
사용온도 판단 순서
- 단기 최고온도 확인
- 연속 사용시간 확인
- 하중 여부 확인
- Tg·Tm 확인
- HDT·Vicat 확인
- 장기 열노화 데이터 확인
- 크리프와 치수안정성 검토
- 완제품 고온시험 실시
플라스틱 원료를 가공하여 제품을 성형할 때, Tg와 Tm을 참고하여 고려할 사항
비결정성 플라스틱 사출
비결정성 수지는 Tm이 없으므로 Tg보다 충분히 높은 온도에서 점도가 가공 가능한 수준까지 낮아지도록 용융합니다.
가공 시 고려사항:
- Tg 이상에서 연화
- 과도한 온도에서 열분해 가능
- 넓은 연화·용융 범위
- 잔류응력 관리
- 금형온도에 따른 표면과 응력 변화
반결정성 플라스틱 사출
반결정성 수지는 Tm 이상에서 결정영역을 완전히 용융한 뒤 성형합니다.
가공 시 고려사항:
- 실린더 온도는 Tm보다 높게 설정
- 열분해온도보다 충분히 낮게 유지
- 금형온도가 결정화도에 영향
- 냉각속도가 수축률과 뒤틀림에 영향
- 미용융 결정과 과열 모두 주의
필름·섬유 공정
필름 연신과 섬유 방사에서는 Tg와 Tm 사이의 온도영역을 활용해 분자배향과 결정화를 제어합니다.
열성형(Thermoforming)
비결정성 시트는 일반적으로 Tg 이상에서 연화시켜 열성형합니다. 반결정성 시트는 좁은 성형온도창과 빠른 결정화 때문에 공정관리가 더 어려울 수 있습니다.
융착(Fusion)과 접합
열가소성 플라스틱의 융착에서는 접합면의 분자 사슬이 확산할 수 있도록 충분한 온도와 압력이 필요합니다. 반결정성 소재는 Tm과 결정화 거동, 비결정성 소재는 Tg와 점도 변화가 핵심입니다.
소재별 Tg와 Tm 해석 예시
아래 온도는 Grade·공중합 조성·측정법에 따라 달라질 수 있는 일반적인 경향이며, 설계에는 실제 공급사 데이터와 시험성적서를 사용해야 합니다.
| 소재 | 구조 | Tg 경향 | Tm 범위 | 실무 해석 |
| PP | 반결정성 | 실온 이하 | 약 160℃대 | Tg 이상에서도 결정영역이 지지 |
| HDPE | 반결정성 | 매우 낮음 | 약 130℃대 | 저온 인성 우수, 고온 강성 저하 |
| PA6 | 반결정성 | 수분 영향 큼 | 약 220℃대 | 흡습 후 Tg·강성 변화 |
| PA66 | 반결정성 | 수분 영향 큼 | 약 260℃대 | 높은 Tm, 고온 크리프 별도 검토 |
| PBT | 반결정성 | 수십 ℃ 수준 | 약 220℃대 | 빠른 결정화, 치수안정성 우수 |
| PET | 반결정성 가능 | 수십 ℃대 | 약 250℃대 | 열이력에 따라 비정질·결정 상태 변화 |
| PC | 비결정성 | 약 140~150℃대 | 명확한 Tm 없음 | Tg 부근에서 강성 급감 |
| PMMA | 비결정성 | 약 100℃대 | 명확한 Tm 없음 | 투명성 우수, Tg 이하 사용 검토 |
| PEEK | 반결정성 | 약 140℃대 | 약 340℃대 | Tg와 Tm 모두 높지만 장기자료 필요 |
이 표를 소재의 보증값으로 사용해서는 안 됩니다. 특히 Tg는 DSC midpoint인지 DMA peak인지, Tm은 peak인지 onset인지에 따라 값이 달라집니다.
플라스틱 소재를 선정할 때 Tg와 Tm을 고려하여 검토할 사항
고온 구조부품
고온에서 하중을 받는 부품은 Tg와 Tm뿐 아니라 온도별 탄성률, HDT, 크리프와 장기 열노화 데이터를 함께 검토해야 합니다.
저온 충격부품
사용온도가 Tg보다 크게 낮아지면 비정질 영역의 분자운동이 제한돼 취성파괴 가능성이 증가할 수 있습니다. 자동차 외장재와 냉동부품은 저온 충격시험이 필요합니다.
정밀 치수부품
Tg 부근에서는 탄성률과 열팽창 거동이 달라질 수 있습니다. 결정성 소재는 냉각과 후 결정화에 의한 치수변화도 함께 검토해야 합니다.
투명제품
비결정성 구조는 빛 산란을 줄이는 데 유리하지만, Tg 이상에서 연화와 응력완화가 빠르게 진행될 수 있습니다.
사출·압출 Grade 변경
같은 수지라도 공중합, 분자량과 첨가제에 따라 Tg·Tm·결정화온도가 변할 수 있습니다. 기존 금형조건을 그대로 적용하면 수축률, 사이클과 외관이 달라질 수 있습니다.
공급업체에 요청할 데이터
- Tg 측정법: DSC 또는 DMA
- Tg 기준: onset·midpoint·peak
- Tm 기준: onset·peak·endset
- 첫 번째·두 번째 가열 구분
- 승온·냉각속도
- 결정화온도 Tc
- 용융·결정화 엔탈피
- 수분·건조조건
- Grade의 보강재와 첨가제
- 온도별 탄성률
- HDT·Vicat·연속사용온도
- 열노화 후 물성 유지율
실무자의 인사이트
실무자의 인사이트: “Tg와 Tm은 소재가 견딜 수 있는 최고 사용온도가 아니라, 온도에 따라 분자구조와 물성이 어떻게 변하는지 알려 주는 기준점입니다.”
스펙인 업무에서 가장 자주 접하는 오류는 Tm을 내열온도와 동일하게 보는 것입니다. PA66의 융점이 높다는 이유로 융점에 가까운 온도까지 구조부품으로 사용할 수 있다고 판단하지만, 실제로는 훨씬 낮은 온도에서 탄성률과 크리프 저항이 부족해질 수 있습니다.
비결정성 플라스틱에서는 Tg를 지나기 전부터 강성이 점차 낮아질 수 있습니다. 따라서 PC의 Tg가 약 150℃라고 해서 140℃에서 장기간 하중을 견딜 수 있다는 의미는 아닙니다. 사용응력과 시간, 습도 및 열노화를 고려하면 실제 설계온도는 더 낮아져야 합니다.
반결정성 플라스틱에서는 Tg가 실온 아래라고 해서 상온에서 사용할 수 없는 것도 아닙니다. PP와 PE는 비정질영역이 Tg 이상에 있지만 결정영역이 구조를 지지하기 때문에 고체 형태와 실용적인 강성을 유지합니다. 다만 온도가 올라가면 결정영역이 남아 있어도 탄성률과 크리프 저항은 계속 낮아질 수 있습니다.
실무적으로는 다음 순서를 권장합니다.
- 소재가 비결정성인지 반결정성인지 구분합니다.
- Tg와 Tm의 시험법과 평가 기준을 확인합니다.
- 실제 사용온도에서의 탄성률을 확인합니다.
- 하중이 있다면 HDT와 크리프 자료를 검토합니다.
- 장기 사용이라면 열노화 데이터를 확인합니다.
- 가공에서는 Tm뿐 아니라 결정화온도와 열분해 한계를 봅니다.
- 사출품의 첫 번째 DSC 가열로 실제 열이력을 확인합니다.
- 최종적으로 완제품 고온·저온 평가를 실시합니다.
Tg와 Tm이 높은 소재가 항상 최선은 아닙니다. 실제 제품에서는 가공성, 충격성, 수축률, 수분 민감성, 가격과 공급 안정성을 포함한 물성 균형이 더 중요합니다.
자주 묻는 질문 (FAQ)
Q1. Tg와 Tm 중 어느 온도가 더 높은가요?
반결정성 플라스틱에서는 일반적으로 Tm이 Tg보다 높습니다. 그러나 비결정성 플라스틱은 명확한 Tm이 없고 Tg만 나타날 수 있습니다.
Q2. Tg를 넘으면 플라스틱이 녹나요?
아닙니다. Tg를 넘으면 비정질 사슬의 운동성이 증가하면서 재료가 부드러워지고 강성이 낮아지지만, 결정구조가 있거나 가교돼 있다면 고체 형태를 유지할 수 있습니다.
Q3. 비결정성 플라스틱에는 융점이 없나요?
일반적으로 명확한 결정 융점이 없습니다. 규칙적인 결정영역이 거의 없기 때문에 Tg 이후 넓은 범위에서 점차 연화됩니다.
Q4. 반결정성 플라스틱에는 Tg와 Tm이 모두 있나요?
대체로 모두 존재합니다. Tg는 비정질영역, Tm은 결정영역의 변화를 나타냅니다. 다만 Tg가 약하거나 시험범위 밖에 있어 DSC에서 명확하게 보이지 않을 수도 있습니다.
Q5. DSC와 DMA에서 측정한 Tg가 다른 이유는 무엇인가요?
DSC는 비열·열유량 변화를, DMA는 동적 기계응답을 측정합니다. 또한 DSC midpoint, DMA 저장탄성률 onset과 tan δ peak처럼 평가 기준이 달라 수치가 다르게 나타날 수 있습니다.
Q6. Tm이 높으면 고온용 소재인가요?
Tm이 높다는 것은 결정영역이 높은 온도에서 용융된다는 의미입니다. 장기 고온사용성은 Tg, 탄성률, 크리프, 산화·가수분해 및 열노화 특성을 함께 평가해야 합니다.
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결론
유리전이온도 Tg와 융점 Tm은 플라스틱의 열거동을 이해하는 핵심 지표이지만 서로 다른 분자현상을 나타냅니다.
Tg는 비정질영역의 분자 사슬 운동성이 크게 증가하는 온도범위이고, Tm은 결정영역의 규칙적인 배열이 붕괴해 용융되는 온도입니다. 비결정성 플라스틱은 일반적으로 Tg만 나타내고, 반결정성 플라스틱은 Tg와 Tm을 모두 나타낼 수 있습니다.
DSC에서는 Tg가 기준선의 단계적인 변화로, Tm은 흡열 피크로 관찰됩니다. DMA는 온도에 따른 기계적 강성과 감쇠 변화를 측정하기 때문에 Tg 부근의 기계적 변화를 더 민감하게 확인할 수 있습니다.
현재 DSC Tg 측정에는 ISO 11357-2:2020, 용융·결정화 측정에는 ISO 11357-3:2025, ASTM 체계에서는 ASTM D3418-21이 대표적으로 사용됩니다. DMA에 의한 Tg 측정에는 ISO 6721-11:2019가 적용됩니다.
소재선정에서는 Tg와 Tm을 최고 사용온도로 사용하지 말고 온도별 탄성률, HDT, Vicat, 크리프와 장기 열노화 자료를 함께 검토해야 합니다. 최종 사용 가능온도는 소재의 전이온도가 아니라 실제 하중과 시간, 환경조건을 반영한 완제품 평가를 통해 결정해야 합니다.
참고문헌
- ISO 11357-2:2020, Plastics — Differential scanning calorimetry (DSC) — Part 2: Determination of glass transition temperature and step height
DSC를 이용해 비결정성 및 부분결정성 플라스틱의 유리전이온도와 유리전이 단계의 높이를 측정하는 방법입니다.
2020년·International Organization for Standardization. - ISO 11357-3:2025, Plastics — Differential scanning calorimetry (DSC) — Part 3: Determination of temperature and enthalpy of melting and crystallization
결정성·부분결정성 플라스틱의 용융 및 결정화 온도와 엔탈피를 일반 DSC로 측정하는 현행 국제표준입니다.
2025년·International Organization for Standardization. - ISO 6721-11:2019, Plastics — Determination of dynamic mechanical properties — Part 11: Glass transition temperature
동적기계분석으로 플라스틱의 유리전이온도를 결정하는 국제표준입니다.
2019년·International Organization for Standardization. - ASTM D3418-21, Standard Test Method for Transition Temperatures and Enthalpies of Fusion and Crystallization of Polymers by Differential Scanning Calorimetry
DSC를 이용해 고분자의 유리전이, 용융·결정화 온도와 엔탈피를 측정하는 ASTM 시험방법입니다.
2021년·ASTM International. - ASTM E1640-13(2018), Standard Test Method for Assignment of the Glass Transition Temperature by Dynamic Mechanical Analysis
열가소성·열경화성·부분결정성 고분자의 유리전이온도를 DMA로 평가하는 시험방법입니다.
2018년 재승인·ASTM International.
최초 작성일: 2026년 9월 11일
최종 업데이트: 2026년 9월 11일
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