为了使垫圈在其应用中有效，螺栓法兰连接(BFJ)的设计者必须选择具有适当机械性能的垫圈。在任何情况下，必须了解和充分理解垫圈的力学行为。现有的行业测试标准详细描述了这些在环境温度和高温下的力学行为特征，这些温度代表了垫圈在使用中可能遇到的温度条件。
然而，没有测试标准可以在低于环境温度的情况下确定这些特性，而环境温度是垫片的常用应用温度。在这篇文章中，比较了一种衬垫配置从亚环境温度到高温的机械性能。
工业垫圈被要求在广泛的压力和温度条件下可靠地密封内部介质。为了对垫圈密封介质的能力有高度的信心，BFJ设计师考虑了这些条件，并努力寻找可以承受这些条件的垫圈。为了评估垫圈的可行性，设计人员检查垫圈的机械特性，通常由行业测试标准确定。
来自不同标准化机构的不同测试标准(例如，ASTM国际和欧洲标准化委员会[CEN])提供不同类型的测试来提供这些临界值。这些标准化测试可以在环境温度或更高的温度下进行，但这些信息中的一个明显空白是缺乏在亚环境温度下的垫圈特性。
在撰写本文时，还没有行业测试标准规定在亚环境温度下确定垫圈的性能。这一信息缺口将设计师置于一种困境中，即他们需要使用现有数据(环境温度下的数据)作为他们在次环境温度下合理预期行为的代理。或者更糟的是，设计师可能会估计特征。
检查两个垫圈特性:EG& PQR
作为一个小样本研究，让我们仔细看看这些力学行为在亚环境温度下
在两个特定的测试中，一个特定的垫圈在环境温度和高温下的行为可能有所不同。
所讨论的垫圈是聚四氟乙烯(PTFE)包裹垫圈，具有波纹钢芯，具有DN40/PN40几何形状，标称厚度为3毫米(mm)，其通用表示可以是
如图2所示。这些测试改编自EN13555: 2014版，但在亚环境温度下进行的测试偏离了标准:
- 弹性模量G)测试
- 蠕变松弛因子(PQR)测试
E的值G为垫片的卸载模量，单位为兆帕斯卡(MPa)，由垫片在66.6%应力降低过程中从初始应力恢复的厚度确定。该值是在10和20mpa的表面应力范围内计算的:20,30,40,50,60,80，等等。因此，这个过程提供了一个EG初始垫圈应力的取值范围很广。该测试可在任何温度下进行，以提供相关的EG值。
P值QR是垫片的松弛因子，表示为0 ~ 1之间的值，表示垫片材料长期暴露于表面应力所产生的蠕变应力损失效应。该值计算为应力暴露结束时(4小时)的应力与温度暴露前的应力之比。本质上，它显示了多少表面应力损失在垫圈上作为函数的整体刚度的接头，施加的初始应力和应用温度。
总的来说，EG和PQR提供一组关于垫圈材料如何响应不同负载情况和温度暴露的可靠信息。以上对每个值的描述只是为了给下面的陈述和图表提供见解和意义。有关这些数值和测试程序的更详细信息，请参阅EN13555标准。
许多设施都有必要的设备在环境温度和高温下根据标准进行这些测试。但是为了达到亚环境温度，必须在测试设备中集成一个能够达到所需亚环境温度的额外冷却系统。在图1中可以看到这种类型设备的常见原理图，这是一个配备液氮冷却系统的自动伺服液压机。
E的比较G值
在-150℃、-100℃、-50℃、25℃、100℃和250℃这五种不同温度下，对上述选定的垫片进行了弹性模量测试。测试序列的最大表面应力为100 MPa，但在250℃的测试中，垫片的破坏超过了60 MPa的表面应力。E的值之差G对应的温度和表面应力，如图3所示。从图中可以看出，EG值与测试温度的变化相一致。
行为的趋势，至少对于这个垫圈和这些参数，是明确的:更高的温度导致更软的垫圈和更低的EG值，而逐渐变冷的温度会导致逐渐变硬的行为，E逐渐变高G值。材料对不同温度的反应也可以从上述测试的相同测点上通过垫片的总厚度来可视化(图4)。
P的比较QR值
与弹性模量试验方法相同，PQR在-150℃、-100℃、-50℃、25℃、100℃和250℃这五种不同的温度下，对上述所选的垫片进行了五种不同的测试QR在本试验中设置为30 MPa。P值的差值QR对应的温度，如图5所示。在E中有明显的区别G值与测试温度的变化相一致。
不像EG值，P的关系QR对于环境温度或更低的温度，对温度的区分要小得多。当温度高于环境温度时，这种趋势就会出现最大的突破。
在较宽的温度范围内，材料力学性能的差异不仅仅是有趣的事实。这些差异对于设计人员确定安装螺栓载荷的方法以及材料在应用中的后续性能具有实际影响。这个小样本集证明，至少对于这个特定的垫圈，使用“最接近的可用代理”(在这种情况下，环境温度下的垫圈特性数据)在设计用于亚环境温度应用的bfj时是不够的。对于在这些低温条件下的应用，为了设计和实现高性能BFJ，设计师最好能找出所选垫片在应用条件下的真实力学性能。
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