曹新鑫，蔡國輝，康冬冬，白玉峰，何小芳

(河南理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，河南 焦作 454000)

0 前言

聚合物樹脂材料的力學(xué)性能是塑料制品的重要技術(shù)指標(biāo)之一，拉伸、沖擊斷裂力學(xué)測試是其性能表征的重要分析手段之一[1-2]。在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中，通過分析測試設(shè)備對塑料樹脂實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)均需要通過數(shù)學(xué)軟件進(jìn)行處理，完成圖像編輯、數(shù)據(jù)計(jì)算，從而得到重要的數(shù)據(jù)信息，用于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析和對比[3]。

ABS樹脂是由丙烯腈(AN)、丁二烯(Bd)、苯乙烯(St)三種單體共聚的三元接枝共聚物，其兼具了丙烯腈剛性鏈段的耐化學(xué)腐蝕、耐熱、質(zhì)硬的、丁二烯彈性鏈段的高彈性、韌性，以及苯乙烯鏈段的加工成型特性，使其力學(xué)性能突出，在機(jī)械、電氣、汽車、飛機(jī)等行業(yè)有廣泛的應(yīng)用。但因服役環(huán)境的要求，經(jīng)常需要對ABS樹脂進(jìn)行增韌、增強(qiáng)等方面的力學(xué)性能改性，力學(xué)性能的數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性、成圖的清晰度及直觀性則至關(guān)重要。

1 復(fù)合材料制備及測試數(shù)據(jù)來源

長玻纖增強(qiáng)ABS復(fù)合材料制備，按照文獻(xiàn)[4]要求進(jìn)行。拉伸及沖擊實(shí)驗(yàn)按照GB/T 1040—90和GB/T 9341—2000進(jìn)行。測試結(jié)果亦來源于文獻(xiàn)[4]，具體如表1所示。

表1[4] 長玻纖增強(qiáng)ABS復(fù)合材料的力學(xué)性能數(shù)據(jù)

2 Origin軟件數(shù)據(jù)處理

本文的長玻纖增強(qiáng)ABS復(fù)合材料的力學(xué)性能行為分析采用Origin 8.0版本，主要進(jìn)行點(diǎn)線圖繪制、多坐標(biāo)軸曲線繪制、圖像處理等方面的功能操作。首先新建文件將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入Origin 8.0軟件，結(jié)果如圖1所示。

雙擊數(shù)據(jù)列，在“Column Properties”窗口輸入數(shù)據(jù)列的相關(guān)信息，其中“Short name”為該列短名字；“Long name”為力學(xué)性能指標(biāo)名稱，如拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、彎曲模量、缺口沖擊強(qiáng)度等；“Units”為該列數(shù)據(jù)的單位。將“LGF含量”A列“Plot De-signation”設(shè)置“X”坐標(biāo)軸，將拉伸強(qiáng)度等力學(xué)性能數(shù)據(jù)列均設(shè)置為“Y”坐標(biāo)軸。圖2為Column Pro-perties窗口截屏。

圖1 力學(xué)性能數(shù)據(jù)導(dǎo)入Origin 8.0軟件的截圖

需要注意的是，系統(tǒng)默認(rèn)的字體為“T Default Arial”，不識別漢字。因此在“Column Properties”窗口設(shè)置完成后，需要將漢字部分的字體格式調(diào)整為“宋體”或其他中文字體格式。

2.1 復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度單坐標(biāo)軸雙曲線點(diǎn)線圖繪制

從表1數(shù)據(jù)分析，拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度的數(shù)據(jù)單位一致，且數(shù)值大小接近，可以將兩組數(shù)據(jù)在同一圖譜中繪制，共用1個(gè)Y坐標(biāo)軸，便于觀察數(shù)據(jù)變化趨勢。

以A(X)列、B(Y)拉伸強(qiáng)度列、C(Y)彎曲強(qiáng)度列數(shù)據(jù)全選，點(diǎn)擊軟件左下角 “l(fā)ine+symbol”按鈕，生成Graph 1點(diǎn)線圖，具體操作截屏見圖3。

Graph 1點(diǎn)線圖生成后，因坐標(biāo)軸名稱設(shè)置為中文字體，故系統(tǒng)默認(rèn)顯示為亂碼，需要調(diào)整字體格式為“宋體”或其他中文字體格式，圖4為字體格式調(diào)整前后的強(qiáng)度趨勢圖(Graph1)。

圖2 “Column Properties”窗口截屏

從圖4中可明顯看出，隨著長玻纖的摻雜量增大，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度均呈現(xiàn)上升趨勢，在30%摻雜量時(shí)達(dá)到最大。經(jīng)過Origin軟件數(shù)據(jù)處理后成圖，對比表1的基本數(shù)據(jù)組，發(fā)現(xiàn)長玻纖摻雜ABS復(fù)合材料的強(qiáng)度提高變化影響趨勢更加直觀，且拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度數(shù)據(jù)比較也更加清晰。

2.2 復(fù)合材料的彎曲模量、沖擊強(qiáng)度雙縱坐標(biāo)軸點(diǎn)線圖繪制

從表1數(shù)據(jù)可看出，復(fù)合材料的彎曲模量和缺口沖擊強(qiáng)度的數(shù)據(jù)單位不同，且數(shù)值差距很大，在實(shí)際論文撰寫或報(bào)告匯總時(shí)，有時(shí)需要將兩個(gè)系列的數(shù)據(jù)在一張趨勢圖中同時(shí)表現(xiàn)出來，以便分析結(jié)果形成結(jié)論。

選定A(X)列、C(Y)彎曲模量列和D(Y)沖擊強(qiáng)度列的數(shù)據(jù)后，點(diǎn)擊菜單“Plot”-“Multi-Curve”-“Double-Y”，繪制雙縱坐標(biāo)彎曲模量-缺口沖擊強(qiáng)度的曲線，由此生成Graph 2，圖5為操作截屏。

(a)字體格式調(diào)整前

(b)字體格式調(diào)整后

圖5 雙縱坐標(biāo)曲線繪制操作截屏

系統(tǒng)自動(dòng)生成的雙縱坐標(biāo)軸曲線，如圖6所示，存在字體格式亂碼、曲線重疊、坐標(biāo)刻度過密等缺陷，嚴(yán)重影響圖片質(zhì)量，需要進(jìn)行微調(diào)。

圖6 系統(tǒng)生成的雙縱坐標(biāo)曲線

首先需要將坐標(biāo)字體格式進(jìn)行調(diào)整，漢字部分調(diào)整為“宋體”或其他中文字體格式，字體大小調(diào)整為合適的尺寸，圖例部分拖動(dòng)至合適的位置，具體截屏如圖7所示。

然后雙擊Y坐標(biāo)軸，在“Y Axis-Layer 1”對話框中的“Scale”頁面進(jìn)行左縱坐標(biāo)刻度調(diào)整，一般來說保持坐標(biāo)刻度顯示在4～5個(gè)左右，出圖效果較好，圖8為操作頁面截屏。

為保證雙縱坐標(biāo)軸曲線避免重疊，保證清晰可見，便于后續(xù)數(shù)據(jù)分析，需要同時(shí)在“Y Axis-Layer 2”對話框中的“Scale”頁面進(jìn)行右縱坐標(biāo)刻度調(diào)整，圖9為坐標(biāo)刻度調(diào)整后的雙縱坐標(biāo)軸曲線。

從圖9可明顯看出，隨著長玻纖摻雜量的增大，復(fù)合材料的彎曲模量和缺口沖擊強(qiáng)度逐漸增大，在30%摻雜量時(shí)達(dá)到最大，趨勢明顯。利用Origin軟件制作的雙縱坐標(biāo)軸曲線，能夠?qū)澢Ａ亢腿笨跊_擊強(qiáng)度這兩組數(shù)值差距很大的數(shù)據(jù)組，同時(shí)成圖在同一個(gè)圖片內(nèi)，大大方便了研究者的對比研究，且成圖清晰、質(zhì)量良好、效果明顯。

3 結(jié)論

材料的力學(xué)性能測試是重要的性能分析手段之一，但萬能試驗(yàn)機(jī)等相關(guān)測試設(shè)備的實(shí)驗(yàn)結(jié)果大都需要實(shí)驗(yàn)者將其數(shù)據(jù)整理、繪圖，以便分析材料的改性結(jié)果和影響趨勢。Origin軟件的應(yīng)用在材料試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析中得到廣泛的應(yīng)用，但其中的操作細(xì)節(jié)若被忽視，其出圖質(zhì)量就會(huì)嚴(yán)重影響，如字體大小、線寬、數(shù)據(jù)點(diǎn)符號大小等。因此需要在實(shí)際使用中，反復(fù)練習(xí)，摸索出完善的數(shù)據(jù)分析和曲線繪制的操作規(guī)范，對于提高圖像質(zhì)量和操作效率有很強(qiáng)的指導(dǎo)意義。

圖7 字體格式調(diào)整后的雙縱坐標(biāo)曲線

圖8 左縱坐標(biāo)刻度調(diào)整截屏

圖9 坐標(biāo)刻度調(diào)整后的雙縱坐標(biāo)軸曲線

參考文獻(xiàn)：

[1] 侯文順. 高分子物理——高分子材料分析、選擇與改性[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

[2] 任鑫，胡文全. 高分子材料分析技術(shù)[M]. 北京：北京大學(xué)出版社，2012.

[3] 郭永明，胡鳳萍. Origin軟件在儀器分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用[J]. 廣州化工，2017,45(3):98-100.

[4] 危學(xué)兵，邱昌州，劉林祥，等. 長玻纖增強(qiáng)ABS復(fù)合材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能[J]. 塑料，2014,43(3) :97-99.