基于Origin软件的ABS复合材料力学行为分析

曹新鑫，蔡国辉，康冬冬，白玉峰，何小芳

(河南理工大学 材料科学与工程学院，河南 焦作 454000)

0 前言

聚合物树脂材料的力学性能是塑料制品的重要技术指标之一，拉伸、冲击断裂力学测试是其性能表征的重要分析手段之一[1-2]。在实际实验中，通过分析测试设备对塑料树脂实验得到的数据均需要通过数学软件进行处理，完成图像编辑、数据计算，从而得到重要的数据信息，用于实验结果的分析和对比[3]。

ABS树脂是由丙烯腈(AN)、丁二烯(Bd)、苯乙烯(St)三种单体共聚的三元接枝共聚物，其兼具了丙烯腈刚性链段的耐化学腐蚀、耐热、质硬的、丁二烯弹性链段的高弹性、韧性，以及苯乙烯链段的加工成型特性，使其力学性能突出，在机械、电气、汽车、飞机等行业有广泛的应用。但因服役环境的要求，经常需要对ABS树脂进行增韧、增强等方面的力学性能改性，力学性能的数据分析的准确性、成图的清晰度及直观性则至关重要。

1 复合材料制备及测试数据来源

长玻纤增强ABS复合材料制备，按照文献[4]要求进行。拉伸及冲击实验按照GB/T 1040—90和GB/T 9341—2000进行。测试结果亦来源于文献[4]，具体如表1所示。

表1[4] 长玻纤增强ABS复合材料的力学性能数据

2 Origin软件数据处理

本文的长玻纤增强ABS复合材料的力学性能行为分析采用Origin 8.0版本，主要进行点线图绘制、多坐标轴曲线绘制、图像处理等方面的功能操作。首先新建文件将实验数据导入Origin 8.0软件，结果如图1所示。

双击数据列，在“Column Properties”窗口输入数据列的相关信息，其中“Short name”为该列短名字；“Long name”为力学性能指标名称，如拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量、缺口冲击强度等；“Units”为该列数据的单位。将“LGF含量”A列“Plot De-signation”设置“X”坐标轴，将拉伸强度等力学性能数据列均设置为“Y”坐标轴。图2为Column Pro-perties窗口截屏。

图1 力学性能数据导入Origin 8.0软件的截图

需要注意的是，系统默认的字体为“T Default Arial”，不识别汉字。因此在“Column Properties”窗口设置完成后，需要将汉字部分的字体格式调整为“宋体”或其他中文字体格式。

2.1 复合材料的拉伸强度、弯曲强度单坐标轴双曲线点线图绘制

从表1数据分析，拉伸强度和弯曲强度的数据单位一致，且数值大小接近，可以将两组数据在同一图谱中绘制，共用1个Y坐标轴，便于观察数据变化趋势。

以A(X)列、B(Y)拉伸强度列、C(Y)弯曲强度列数据全选，点击软件左下角 “line+symbol”按钮，生成Graph 1点线图，具体操作截屏见图3。

Graph 1点线图生成后，因坐标轴名称设置为中文字体，故系统默认显示为乱码，需要调整字体格式为“宋体”或其他中文字体格式，图4为字体格式调整前后的强度趋势图(Graph1)。

图2 “Column Properties”窗口截屏

从图4中可明显看出，随着长玻纤的掺杂量增大，复合材料的拉伸强度和弯曲强度均呈现上升趋势，在30%掺杂量时达到最大。经过Origin软件数据处理后成图，对比表1的基本数据组，发现长玻纤掺杂ABS复合材料的强度提高变化影响趋势更加直观，且拉伸强度和弯曲强度数据比较也更加清晰。

2.2 复合材料的弯曲模量、冲击强度双纵坐标轴点线图绘制

从表1数据可看出，复合材料的弯曲模量和缺口冲击强度的数据单位不同，且数值差距很大，在实际论文撰写或报告汇总时，有时需要将两个系列的数据在一张趋势图中同时表现出来，以便分析结果形成结论。

选定A(X)列、C(Y)弯曲模量列和D(Y)冲击强度列的数据后，点击菜单“Plot”-“Multi-Curve”-“Double-Y”，绘制双纵坐标弯曲模量-缺口冲击强度的曲线，由此生成Graph 2，图5为操作截屏。

(a)字体格式调整前

(b)字体格式调整后

图5 双纵坐标曲线绘制操作截屏

系统自动生成的双纵坐标轴曲线，如图6所示，存在字体格式乱码、曲线重叠、坐标刻度过密等缺陷，严重影响图片质量，需要进行微调。

图6 系统生成的双纵坐标曲线

首先需要将坐标字体格式进行调整，汉字部分调整为“宋体”或其他中文字体格式，字体大小调整为合适的尺寸，图例部分拖动至合适的位置，具体截屏如图7所示。

然后双击Y坐标轴，在“Y Axis-Layer 1”对话框中的“Scale”页面进行左纵坐标刻度调整，一般来说保持坐标刻度显示在4～5个左右，出图效果较好，图8为操作页面截屏。

为保证双纵坐标轴曲线避免重叠，保证清晰可见，便于后续数据分析，需要同时在“Y Axis-Layer 2”对话框中的“Scale”页面进行右纵坐标刻度调整，图9为坐标刻度调整后的双纵坐标轴曲线。

从图9可明显看出，随着长玻纤掺杂量的增大，复合材料的弯曲模量和缺口冲击强度逐渐增大，在30%掺杂量时达到最大，趋势明显。利用Origin软件制作的双纵坐标轴曲线，能够将弯曲模量和缺口冲击强度这两组数值差距很大的数据组，同时成图在同一个图片内，大大方便了研究者的对比研究，且成图清晰、质量良好、效果明显。

3 结论

材料的力学性能测试是重要的性能分析手段之一，但万能试验机等相关测试设备的实验结果大都需要实验者将其数据整理、绘图，以便分析材料的改性结果和影响趋势。Origin软件的应用在材料试验数据分析中得到广泛的应用，但其中的操作细节若被忽视，其出图质量就会严重影响，如字体大小、线宽、数据点符号大小等。因此需要在实际使用中，反复练习，摸索出完善的数据分析和曲线绘制的操作规范，对于提高图像质量和操作效率有很强的指导意义。

图7 字体格式调整后的双纵坐标曲线

图8 左纵坐标刻度调整截屏

图9 坐标刻度调整后的双纵坐标轴曲线

参考文献：

[1] 侯文顺. 高分子物理——高分子材料分析、选择与改性[M]. 北京：化学工业出版社，2010.

[2] 任鑫，胡文全. 高分子材料分析技术[M]. 北京：北京大学出版社，2012.

[3] 郭永明，胡凤萍. Origin软件在仪器分析实验数据处理中的应用[J]. 广州化工，2017,45(3):98-100.

[4] 危学兵，邱昌州，刘林祥，等. 长玻纤增强ABS复合材料的动态力学性能[J]. 塑料，2014,43(3) :97-99.