# 摩擦學比較：乾燥空氣應用中的 PTFE 與聚氨酯密封件 > Source: https://rodlesspneumatic.com/zh-hant/blog/tribological-comparison-ptfe-vs-polyurethane-seals-in-dry-air-applications/ > Language: zh-Hant ## Summary 以 6 組運轉變數、型號專屬限制與實務驗證計畫，比較乾燥空氣中的 PTFE 基與聚氨酯氣動密封件。 ## Page Content # 摩擦學比較：乾燥空氣應用中的 PTFE 與聚氨酯密封件 PTFE 基與聚氨酯密封件都可能適用於乾燥氣動服務，但沒有任何一種材料家族能在所有應用中勝出。對於乾燥空氣中的 PTFE 與聚氨酯密封件，如果應用重視低起動力、黏滑控制、耐化學性或更寬的溫度能力，通常會考慮 PTFE 基設計；聚氨酯氣動設計則常帶來彈性回復、耐磨耗、輪廓緊湊與更經濟的更換成本。正確選型要從完成的密封件開始。化合物、填料、輪廓、致動元件、唇口預壓、對偶面、潤滑脂、壓力、速度、溫度、停留、空氣品質與可接受洩漏都會改變結果，因此不完整的比較可能看似精確，卻把選型導向錯誤的密封件。 > 重點摘要 ISO 8573-1 將粒子、水與油分為 3 個獨立的空氣品質類別。 公布的摩擦係數本身不能預測氣缸起動力。 聚氨酯氣動密封件可以針對乾燥空氣完成驗證。 應在具代表性的壓力、速度、表面、停留與溫度下比較確切密封設計。 ## 先定義什麼是乾燥空氣 ISO 8573-1:2010 控制三組獨立的壓縮空氣污染物：粒子、水與油（[ISO 8573-1](https://www.iso.org/standard/46418.html)，2026 年查閱）。只有在使用點規格寫明水分狀態、油含量限制、粒子限制與量測位置後，密封件比較才有意義。「乾燥」本身不能定義潔淨度或潤滑狀態。 乾燥空氣 是指在指定量測點，水分含量受到明確限制的壓縮空氣。請使用壓力露點或水分等級描述。 進行氣動密封件選型時，請在使用點記錄壓力露點或要求的水分等級，再分開記錄油與粒子等級。空氣即使非常乾燥，仍可能含有壓縮機油或固體污染；無油空氣也可能帶有足以影響腐蝕、潤滑脂或製程品質的水分。 以下術語回答的是不同問題： | 術語 | 工程規格中應代表的意義 | 不能證明什麼 | | --- | --- | --- | | 乾燥空氣 | 水分含量或壓力露點受到控制 | 空氣不含粒子或油 | | 無油空氣 | 油濃度符合指定限制 | 氣缸內沒有組裝潤滑脂 | | 非潤滑運轉 | 服務期間不會例行加入管路油 | 滑動界面沒有潤滑膜 | | 潔淨空氣 | 粒子受到約定等級控制 | 水分與油符合製程要求 | | 乾式運轉測試 | 在不額外添加潤滑劑下執行定義好的測試 | 每一支量產密封件都能承受相同工況 | 這個區分可以避免常見的維護錯誤。非潤滑氣缸通常在組裝時就已塗有潤滑脂，即使管路中沒有潤滑器供應油霧。[空氣潤滑與密封材料指南](/zh-hant/blog/how-does-air-lubrication-impact-the-performance-of-different-cylinder-seal-materials/)說明，改變潤滑制度需要對完整氣缸取得核准。[自潤滑密封件指南](/zh-hant/blog/how-do-self-lubricating-seals-revolutionize-pneumatic-cylinder-reliability-and-performance/)說明工廠潤滑脂如何支援非潤滑運轉。Parker OSP-P 提供一個型號專屬範例：它指定永久潤滑脂，並說明不需要額外油霧。如果導入油霧，供應必須保持一致（[Parker OSP-P 操作說明](https://www.parker.com/content/dam/Parker-com/Literature/Literature-Files/pneumatic/parker_origa/OSP-PMaintenanceInstructions.pdf)，2026 年查閱）。這些說明都沒有把密封件描述成完全未潤滑。 ## 為什麼公布的摩擦係數不能直接選定密封件？ Parker 使用 ASTM D3702 進行乾式運轉評估。該方法記錄三個隨時間變化的輸出：磨耗、摩擦係數與運轉溫度（[Parker PTFE 材料資料](https://discover.parker.com/PTFE-Seal-Material-Material-Data-Sheets-Part2)，2026 年查閱）。公布值屬於固定粗糙度、負載、速度與時間下的特定試片與對偶面，不代表每一支氣動氣缸。 起動力 是致動器在定義好的停留時間後保持靜止，重新開始運動所需的力。它不是材料係數。請在指定的壓力、溫度、停留、方向、負載與表面狀態下記錄起動力。 在鋼材上滑動的材料試片，不等於致動器內受壓的密封唇。氣缸起動力包含密封件的接觸狀態與壓力反應。導向摩擦、對心、側向負載與每個動態表面也會加入自己的影響。接著，運轉摩擦可能隨密封件升溫或磨合而改變。轉移膜的形成又增加一項變數。正因為這些交互作用，材料層級的範圍不能支持「PTFE 是 0.04，而聚氨酯是 0.5」這類說法。即使數值有效，也可能描述不同的測試或表面；Parker 並指出，其摩擦試驗機結果不同於另一種標準方法量得的靜態係數。 實務上需要的是組件層級結果： - 在數個明確停留時間、溫度、壓力狀態與冷啟動後的起動力； - 雙向運轉力； - 整個工作行程中的低速黏滑、速度曲線、位置穩定性與反轉行為； - 最低壓力與最大核准測試壓力下的洩漏； - 穩定後的密封件與對偶面溫度； - 定義好的行程或循環次數後的磨耗、碎屑、洩漏趨勢、塗層損傷、唇口變形、對偶面刮痕與表面狀態。 [動態與靜態氣缸密封件指南](/zh-hant/blog/how-do-dynamic-vs-static-cylinder-seals-impact-performance-and-reliability/)有助於在解讀摩擦或磨耗資料前，分開滑動界面與固定接合處。 > Figure: 材料身分只是輸入之一，不是結果。資料來源：ISO 8573-1 與 Parker PTFE 材料測試指引。 ## PTFE 基密封件在哪些方面具有優勢？ Parker 將 PTFE 密封產品分成七個材料系列，範圍從純 PTFE 或礦物填充配方，到玻璃、碳、金屬、高分子填充與改質 PTFE（[Parker PTFE 材料資料](https://discover.parker.com/PTFE-Seal-Material-Material-Data-Sheets-Part2)，2026 年查閱）。這個範圍說明「PTFE」對選型而言過於寬泛：填料與加工會改變磨耗、蠕變、導電性與對偶面行為。 PTFE 基密封件 是指在滑動界面採用指定 PTFE 化合物的完成設計。其他元件仍可能設定運轉限制，包括彈簧、彈性體致動元件、支承環、黏著劑、組裝潤滑劑、鄰近密封件、溝槽幾何與周邊硬體。 當應用需要低黏滑、暴露唇口的耐化學性，或需要超過常見彈性體限制的驗證溫度能力時，PTFE 基密封表面通常是很好的候選。與聚氨酯相比，PTFE 本身的彈性回復有限，因此彈簧致動或彈性體致動的輪廓，可以維持接觸。這些結構也帶來取捨： | PTFE 基特性 | 可能的好處 | 驗證問題 | | --- | --- | --- | | 低摩擦滑動表面 | 在設計合適時降低起動力或改善低速運動平順性 | 產生結果的是哪種化合物、輪廓、預壓、表面、壓力與停留條件？ | | 廣泛的耐化學性 | 暴露 PTFE 表面接觸侵蝕性介質時很有用 | 彈性體致動元件、支承環、黏著劑或潤滑劑是否也會暴露？ | | 填充配方 | 填料可改善磨耗、抗變形或熱傳 | 填料是否與對偶面材料及硬度相容？ | | 轉移膜行為 | 穩定的膜可降低摩擦與磨耗 | 在短行程或反轉下，表面能否形成並保留所需的膜？ | | 低彈性回復 | 在致動充分時，滑動材料的行為可預測 | 輪廓能否在磨耗、公差與熱變化中維持密封接觸？ | 純 PTFE 不是預設的高壓或高速方案。Parker 將負載下變形列為限制，因此密封設計者會使用填料改善特定性能；然而，某些纖維填料可能磨損較軟的對偶面，所以化合物與硬體表面需要作為一組摩擦學配對取得核准。耐化學性也需要同樣的紀律。Parker 指出，PTFE 支承環不能保護未處理的彈性體 O 形環免受化學暴露。PTFE 表面可能安然無恙，但致動元件、黏著劑、潤滑脂或鄰近密封件可能設定運轉限制（[Parker PTFE 常見問題](https://discover.parker.com/PTFE-Sealing-Materials-FAQs)，2026 年查閱）。 對於較高溫度，請從完整氣缸額定值開始，而不是只看聚合物的標稱範圍。[高溫氣動氣缸指南](/zh-hant/blog/high-temperature-pneumatic-cylinders-what-engineers-need-to-know/)涵蓋潤滑脂、磁鐵、感測器、緩衝、導向與尺寸變化；這些因素可能設定低於密封表面的限制。 ## 聚氨酯密封件在哪些方面具有優勢？ Trelleborg 建議在乾燥空氣氣缸中使用由 Zurcon 聚氨酯與 FKM 製成的氣動活塞密封件（[Trelleborg 氣動活塞密封件](https://www.trelleborg.com/en/seals/products-and-solutions/pneumatic-seals/pneumatic-piston-seal)，2026 年查閱）。這套產品範圍是另一個實際的製造商範例。只要配方正確，聚氨酯氣動密封件不會因低水分或沒有油霧而自動被排除。 氣動聚氨酯可以提供彈性回復與良好耐磨耗性，許多牌號也能抵抗磨粒與撕裂。這些特性適合必須跟隨缸徑公差、並在變形後回復的緊湊模製唇口。同一個唇口可能還要刮除污染物或抵抗擠出。Trelleborg 在其氣動產品範圍提供優化的聚氨酯與 PTFE 基材料（[Trelleborg 氣動密封件](https://www.trelleborg.com/en/seals/products-and-solutions/pneumatic-seals)，2026 年查閱）。因此，輪廓與化合物應作為一套系統選擇。確切識別仍然重要。家族名稱不會透露配方或硬度，也不會說明溫度能力、潤滑脂相容性、動態摩擦與長時間停留後的起動力。 在以下情況，聚氨酯通常值得優先篩選： - 彈性回復； - 預期在完整維護週期內，唇口、導向界面與暴露對偶面會遇到磨粒污染或嚴苛刮除工況； - 氣缸已採用針對溝槽與組裝流程完成驗證的緊湊模製輪廓； - 對偶面硬度、塗層厚度或耐久規則排除了所提議的磨蝕性 PTFE 填料； - 更換成本重要，但前提是已取得型號專屬的洩漏、摩擦、磨耗、維護與可靠性證據。 價格可能造成誤導。如果洩漏或維護需求上升，較低的採購成本就沒有價值。在同一乾燥空氣系統中，合格的聚氨酯輪廓可能勝過不適用的 PTFE 結構。 [工業氣缸密封類型指南](/zh-hant/blog/what-are-the-different-types-of-industrial-cylinder-seals-and-their-applications/)區分活塞密封與桿密封、刮塵件，以及緩衝與靜態密封，因為一種材料可能適合一個位置，卻在另一個位置失效。 ## 乾燥空氣中的 PTFE 與聚氨酯：條件式選型矩陣 根據 [Parker](https://discover.parker.com/PTFE-Seal-Material-Material-Data-Sheets-Part2) 與 [Trelleborg](https://www.trelleborg.com/en/seals/products-and-solutions/pneumatic-seals)，PTFE 選型需要實際服務或代表性測試，而聚氨酯與 PTFE 基氣動材料都可以供應。這些資料共同支持一項實務規則：先從失效風險與驗收限制開始，而不是先建立通用材料排名。 以下矩陣可用來篩選候選，接著仍要以確切產品資料表與代表性測試確認結果。 | 應用優先事項 | PTFE 基設計 | 聚氨酯設計 | 放行前需要的證據 | | --- | --- | --- | --- | | 停留後低起動力 | 輪廓與預壓受控時的強候選 | 使用合格低摩擦氣動輪廓時可行 | 在定義的停留、壓力、溫度與表面狀態下量測起動力 | | 低速黏滑控制 | 轉移膜與對偶面穩定時的強候選 | 取決於應用 | 速度曲線、位置穩定性、運轉力與重複性 | | 磨粒與刮除 | 取決於填料、輪廓與污染物 | 通常是強候選 | 污染物測試、唇口檢查、碎屑與洩漏趨勢 | | 侵蝕性化學品暴露 | PTFE 表面可能有利 | 高度取決於配方 | 每個暴露密封元件、潤滑脂與硬體的相容性 | | 軟質鋁製對偶面 | 避免未驗證的磨蝕性填料 | 搭配指定表面時可能適用 | 對偶面硬度、塗層耐久、粗糙度與磨耗檢查 | | 高壓或高速 | 蠕變與發熱仍是疑慮，不是自動優先選擇 | 不是自動排除 | 確切的壓力－速度－溫度額定值與代表性耐久測試 | | 極乾燥、無額外油霧 | 完成設計驗證後可能適用 | 完成設計驗證後可能適用 | 工廠潤滑脂規則、空氣等級、摩擦、洩漏、磨耗與重新啟動行為 | | 已驗證的最低持有成本 | 取決於安裝工況的證據 | 取決於安裝工況的證據 | 採購、密封套件、人工、停機、行程、洩漏與更換紀錄 | > Figure: 材料決策要在定義暴露、運動、結構與驗收限制後才做，不能只依通用係數或溫度範圍決定。 ## 放行前應如何驗證密封件？ Parker 建議 PTFE 優先採用實際服務測試；否則，測試應盡可能模擬運轉條件（[Parker PTFE 材料資料](https://discover.parker.com/PTFE-Seal-Material-Material-Data-Sheets-Part2)，2026 年查閱）。有用的氣動驗證至少記錄六組條件，涵蓋身分與空氣品質、運動與負載、表面及驗收標準。 先從失效開始定義。 精密定位需要起動力與黏滑證據。高循環轉移線需要洩漏與磨耗趨勢，而潔淨製程還會增加粒子、潤滑脂與排氣污染限制。 - 凍結候選身分。 記錄供應商、完整密封件 designation、化合物、填料、硬度、輪廓、致動元件、生產批次、安裝方法與核准潤滑脂。「PTFE」或「PU」都不夠具體。 - 凍結硬體。 記錄溝槽尺寸、缸筒或桿材料、塗層、硬度、表面加工、導向配置、對心與任何損傷。不同對偶面會形成不同的摩擦學系統。 - 重現空氣與環境。 控制壓力、壓力露點、油、粒子、溫度、化學品、清潔劑與計畫中的潤滑制度。若服務中同時存在冷啟動與溫度穩定運轉，兩者都要測試。 - 重現運動。 納入最低與最高速度、行程、短行程行為、停留、反轉、加速度、方向與真實負載。長時間停留後慢速啟動，常會揭示連續循環掩蓋的行為。 - 測試前先定義失效。 為外部與內部洩漏、起動力、運轉力、黏滑、溫度、碎屑、可見磨耗、表面損傷與位置重複性設定限制。沒有預先同意的限制，測試可能產生資料，卻無法產生決策。 - 保留基線與失效零件。 保存初始曲線、檢查影像、空氣品質紀錄、潤滑劑樣本與拆下的密封件。比較兩個方向，並保留每個磨耗元件的方向。 ISO 19973-3 描述氣動氣缸可靠性測試程序，並指出氣缸壽命通常以循環次數或公里數表示（[ISO 19973-3](https://www.iso.org/standard/62572.html)，2026 年查閱）。該標準針對活塞桿氣缸。無桿氣缸計畫可能需要依產品調整。它有用的紀律，是在比較壽命前先定義測試條件與閾值，再將選定的服務量度與結果一起報告。 ISO 10099 規定適用的雙作用單活塞桿氣缸之最終功能測試與驗收標準，進一步說明應測試組裝完成的元件，而不是把試片係數轉成氣缸額定值（[ISO 10099](https://www.iso.org/standard/30054.html)，2026 年查閱）。 ## 有依據的成本比較應包含什麼？ ISO 19973-3 使用循環次數或公里數兩種氣缸壽命服務量度，而不是沒有依據的日曆承諾（[ISO 19973-3](https://www.iso.org/standard/62572.html)，2026 年查閱）。成本證據也應如此。請比較定義好工況下的量得服務量，而不要接受「壽命長三倍」或固定回本期間。 追蹤選定密封件真正能改變的成本： | 成本欄位 | 應保留的證據 | 常見比較錯誤 | | --- | --- | --- | | 初始氣缸或密封套件價格 | 相同範圍、材料、輪廓、附件與數量 | 比較不同產品配置 | | 安裝人工 | 記錄更換與對心時間 | 假設每個密封套件都需要相同時間 | | 計畫維護 | 核准的檢查與潤滑工作 | 從材料名稱自行發明年度或季度週期 | | 非計畫停機 | 與確認密封件失效相連的機台紀錄 | 把閥件、導向或對心故障歸因於密封件 | | 洩漏與運動損失 | 量得的洩漏、起動力、運轉力與循環行為 | 直接把試片摩擦係數換算成節能 | | 已達成的服務量 | 循環次數、累積行程、工況與失效閾值 | 在運轉條件不相同時比較日曆壽命 | 低摩擦密封件可能降低致動器摩擦，但不會自動帶來可量測的廠務節能。壓縮機控制、壓力設定值、洩漏、閥件選型、循環需求與生產排程，都可能主導結果。分配財務價值前，請先量測系統行為。採購接著應選擇在洩漏、運動、壽命、污染與維護要求上合格，且已驗證成本最低的候選。可比較的工況資料必須先到位。 ## PTFE 與聚氨酯密封件常見問題 三組獨立來源定義了安全的回答邊界：ISO 分開粒子、水與油；Parker 將 PTFE 摩擦與磨耗綁定到測試條件；Trelleborg 提供聚氨酯與 PTFE 基氣動材料（[ISO](https://www.iso.org/standard/46418.html)、[Parker](https://discover.parker.com/PTFE-Seal-Material-Material-Data-Sheets-Part2)、[Trelleborg](https://www.trelleborg.com/en/seals/products-and-solutions/pneumatic-seals)，2026 年查閱）。單靠材料家族不能核准密封件。 ### PTFE 密封件在氣缸中一定比聚氨酯密封件摩擦更低嗎？ 不一定。PTFE 基設計常用於低摩擦，但量得結果取決於化合物、填料、輪廓、致動元件、預壓、表面、壓力、速度、溫度、停留與潤滑狀態。Parker 表示，ASTM D3702 摩擦試驗機的摩擦值取決於條件，也不同於另一種方法量得的靜態摩擦係數。 ### 聚氨酯密封件可以在完全乾燥的空氣中有效運轉嗎？ 可以，但確切密封件必須針對該工況完成設計與驗證。Trelleborg 建議乾燥空氣氣缸使用聚氨酯氣動活塞密封件。仍應分開規定水分、油與粒子條件，再為選定輪廓確認工廠潤滑脂、壓力、速度、溫度、表面光潔度、起動力、洩漏與磨耗。 ### 沒有油霧是否代表氣缸密封件沒有潤滑？ 不是。Parker OSP-P 就是一個反例：其說明指定永久潤滑脂，同時表示不需要額外油霧。如果導入油霧，供應必須保持一致。務必區分工廠潤滑脂、刻意加入的管路油、壓縮機偶然帶出的油，以及真正的乾式運轉材料測試。 ### 哪種密封材料在乾燥空氣中壽命較長？ 沒有通用答案。ISO 19973-3 以定義好的測試條件與失效閾值，用循環次數或公里數表示氣動氣缸壽命。提出壽命結論前，請以相同空氣品質、表面、壓力、速度、溫度、行程、停留、負載、潤滑狀態與驗收標準比較確切密封設計。 ### 我應該提供哪些資料給密封件或氣缸供應商？ 請提供完整氣缸與密封件身分、溝槽與對偶面資料、壓力露點、油與粒子限制、壓力、速度、行程、停留、溫度、負載、化學品、清潔方式、工廠潤滑脂、洩漏限制、起動力目標、所需服務量度，以及失效零件證據。六組工況資料能讓需求可測試，而不是停留在泛泛比較。 ### 資料來源與技術參考 標準與製造商參考資料已在支持各項主張的段落旁以連結列出，並於 2026 年 7 月 22 日檢查。