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圆珠笔

圆珠笔是使用干稠性油墨,依靠笔头上自由转动的钢珠带出来转写到纸上的一种书写工具,具有结构简单、携带方便、书写润滑,且适宜于用来复写等优点。

圆珠笔是一种使用了微小旋转圆珠的笔,这种圆珠由黄铜、钢或者碳化钨制成,可在书写时将墨水释放到纸上。圆珠笔与它的前辈们芦苇笔羽毛笔、金属笔尖的笔和自来水笔差别很大。

最早出现圆珠笔这一名称的时间是1888年,是一位名叫约翰劳德的美国记者曾设计出一种利用滚珠作笔尖的笔,但他未能将其制成便于人们使用的商品。 [1]

1895年,英国市场上也曾出售过商品化的非书写用圆珠笔,因其用途狭窄,未能流行起来。1916年,德国也有人设计制作过一种新型的圆珠笔,其结构与今天的圆珠笔较为接近,但性能较差,未能引起广泛的重视。

匈牙利记者拉迪斯洛比罗非常清楚地意识到普通钢笔所存在的问题。比罗认为,他是在访问一家报纸的时候产生了用一种使用快干墨水的笔代替传统墨汁笔这一想法的。报纸用的油墨几乎是在瞬间干燥,而且不会留下污迹。比罗发誓要将类似墨水应用到一种新型书写工具中。为了避免粘稠的墨水堵塞他的笔,他提出在装有这种快干墨水的管子顶端安装能够旋转的小金属球。该金属球将有两个功能:作为笔帽防止墨水变干。使墨水以可控速率从笔中流出。1943年6月,比罗和他的兄弟格奥尔格(一位化学家)向欧洲专利局申请了一个新专利,并生产了第一种商品化的圆珠笔Biro圆珠笔。后来,英国政府购买了这个专利圆珠笔的使用权,使得这些圆珠笔可以被英国皇家空军的机组人员使用。除了比传统钢笔更坚固以外,圆珠笔还能够在低压的高空中使用(在高空中,传统自来水笔的墨水会溢出)。这在英国皇家空军中收到了很好的使用效果,使得Biro圆珠笔大受好评,在第二次世界大战中,这种圆珠笔由于其坚固性和适应战场环境的能力而在军队中广泛使用。

在美国,米尔顿雷诺在1945年推出了新型圆珠笔,并首次成功地投入商业生产,以代替当时还很流行的自来水笔。该圆珠笔使用了一颗小的圆珠,将浓度很大的明胶型墨水释放到纸上。雷诺圆珠笔是一种简单的书写工具,并以“第一支能在水下书写的笔”大作市场宣传。雷诺在初次推出新型圆珠笔时便卖出了10,000支。这些首次公开销售的圆珠笔非常昂贵(10美元一支),主要是因为它们采用了新技术。

1945年,第一支廉价圆珠笔生产了出来。当时,法国人马塞尔比希开发了一个制造圆珠笔的工业流程,使得单位成本大大下降。1949年,比希在欧洲推出了他的圆珠笔。他将这些圆珠笔取名为“BIC”,该商标是他名字易于记忆的简化版本。十年之后,BIC公司第一次将它的圆珠笔销往美国市场。消费者起初并不愿购买BIC圆珠笔,因为其他制造商已经在美国市场推出了很多圆珠笔。为了打消消费者的犹豫,BIC公司发起了一项激动人心的全国性电视活动,向消费者宣传这种圆珠笔“一次使用,次次想用!”,并以仅29美分的价格销售这种圆珠笔。BIC还发布电视广告,描绘他们的笔从步枪中射出、捆绑在溜冰鞋上甚至安装在手提钻上的画面。在一年内,竞争迫使每支笔的价格下降到了10美分以下。BIC公司每天会生产数百万支圆珠笔!

圆珠笔是利用钢珠的旋转把油墨写到纸上的一种书写工具。第二次世界大战后,圆珠笔传入中国。精明的商人大做“原子笔”的广告,借在日本爆炸的原子弹的余威来打开销路。其实,“圆珠笔”与原子并无关系,只是读音相近而已。圆珠笔很快就在世界上流行起来。仅日本一年就要消耗4亿支圆珠笔。圆珠笔之所以能够写字,是因为笔头里的钢珠在滚动时,能将速干油墨带出来转写到纸上。据说,日本的圆珠笔芯里装的干油墨,足够可以书写2万个字。但是,书写的字数一多以后,钢珠与钢圆管之间的空隙会渐渐变大,这样油墨就会从缝隙中漏出来,常常会沾污衣物等等,十分使人感到不愉快。

日本有一个小企业主想出了一个绝招:少装一些干油墨,让笔芯里的油墨只能书写1万多个字就用完了,这样圆珠笔芯漏油的问题就解决了。于是,他就申请了专利,专门生产一种短支的圆珠笔芯和圆珠笔,受到了广大顾客的欢迎。这种解决问题的方法,看起来如乎是一种偷工减料,但实质上是一种创新,是解决当时人们所不能解决的问题的思想上、方法上的创新。

圆珠笔在50年代贵于钢笔,用完之后还不舍得扔掉,在专门的笔店里可以加笔油后继续使用。据说匈牙利人比洛,是一家印刷厂的校对员,由于印刷好的清样,含水分较多,用钢笔更改,字极易渗开而模糊不清,于是他用钢珠套上油墨细管用来书写,就不易产生以前的毛病。后来,比洛把他的发明提供给英国皇家空军,由英国一家飞机制造厂制出了第一批圆珠笔。直到第二次世界大战,美国人采用了比洛的发明。1916年,德国人利斯勃设计的新型圆珠笔但没有得到推广。直到二次大战爆发后,美国军事工业部门提出要制造出一种适合高空书写,不漏水,不受冷热影响,能大量储墨水,不必勤灌的笔,并给以重赏。1944年芝加哥商人雷诺看到这是一个极好的发财机会,由于他头脑活络,重金邀人对利斯勃的笔作改进,在一年左右的时间里取得了成功。正好那时美国在日本丢了原子弹,他大做广告,把他的笔与原子弹并论,命名为原子笔,很快风靡世界。

1948年,中国第一支国产圆珠笔在上海丰华圆珠笔厂诞生。改革开放以后,在巨大的出口需求带动下,制笔厂如雨后春笋一般出现。

中国国家有关部门于2011年启动了“制笔行业关键材料及制备技术研发与产业化”项目,国家拨款近6000万元支持相关科研机构、企业针对中性墨水制造、笔头不锈钢线材、加工设备等开展科技攻关。经过不懈努力,项目于2015年通过“十二五”国家科技支撑计划验收,实现了一系列技术突破。长期以来,困扰中国制笔行业的“进口依赖”困局,开始被逐渐扭转。 [2]

为了给数百亿支圆珠笔安上“中国笔头”,国家早在2011年就开启了这一重点项目的攻关。

太钢集团技术中心高级工程师王辉绵认为,钢材要制造笔头,必须用很多特殊的微量元素,把钢材调整到最佳性能,微量元素配比的细微变化都会影响着钢材质量,这个配比找不到,中国的制笔行业永远都需要进口笔尖钢。

为了提炼材料,太钢集团技术中心高级工程师王辉绵说,因为开发这个产品没有可借鉴的资料,都是从一个成分的配比从几十公斤的开始炼,各种成分加入多少这个次数没法统计了。

笔头产品的生产工艺是国外企业的核心机密,王辉绵他们必须自主开发一套前所未有的炼钢工艺。没有任何参考,只能不断地积累数据、调整参数、设计工艺方法。

突破的灵感来自家常的“和面”,面要想活得软硬适中,就要加入新“料”,相对应的钢水里就要加入工业“添加剂”。普通的添加剂都是块状,如果能把块状儿变细变薄,钢水和添加剂就会融合的更加均匀,这样就可以增强切削性。

经过五年数不清的失败,在电子显微镜下,太钢集团终于看到了“添加剂”分布均匀的笔尖钢,试验在2016年9月取得成功。大规模炼钢十多次后,第一批切削性好的钢材终于出炉了。这批直径2.3毫米的不锈钢钢丝,可以骄傲的写上了“中国制造”的标志。 [3]

圆珠笔书写原理,主要是利用球珠在书写时与纸 面直接接触产生摩擦力,使圆珠在球座内滚动,带出笔芯内的油墨墨水,以达到书写的目的。

圆珠笔是用油墨配不同的颜料书写的一种笔。笔尖是个小钢珠,把小钢珠嵌入一个小圆柱体型铜制的碗内,后连接装有油墨的塑料管,油墨随钢珠转动由四周流下。

圆珠笔油墨的色素是染料。油墨颜色主要有蓝、红、黑三种,其中尤以蓝色油墨使用最多。过去蓝色油墨中的色素成分是盐基品蓝和盐基青莲,溶剂是氧化蓖麻油蓖麻油酸。由于盐基性染料不耐光(耐光度只有1级-2级),不耐热,不耐酸碱,所以耐久性差,现已被淘汰。 市场上销售的“424”蓝色圆珠笔和“322”黑色圆珠笔,用它书写的字迹耐久性较好。

香味圆珠笔有毒的报道屡见不鲜,劣质香味文具所含的挥发性有机化合物具有毒性,对人体有一定损害;但还没有听到过因正常使用没有掺加挥发性有机化合物油性圆珠笔中毒的事件。

1、该笔比一般钢笔坚固耐用,但如果使用保管不当,往往写不出字来, 这主要是因干固的墨油粘结在钢珠周围阻碍油墨流出的缘故。油墨是一种粘性油质,是用胡麻子油、合成松子油(主含萜烯醇类物质)、矿物油(分馏石油等矿物而得到的油质)、硬胶加入油烟等而调制成的。

2、在使用圆珠笔时,不要在有油、有蜡的纸上写字,不然油、蜡嵌入钢珠沿边的铜碗内影响出墨而写不出字来,还要避免笔的撞击、曝晒,不用时随手套好笔帽,以防止碰坏笔头、笔杆变型及笔芯漏油而污染物体。如遇天冷或久置未用。笔不出油时,可将笔头放入温水中浸泡片刻后再在纸上划动笔尖,即可写出字来。

3、圆珠笔有一个很大的缺点:它写出来的字迹起初很清晰;可是却经不起时间的考验,时间一久,字迹就会慢慢的模糊起来。这是因为圆珠笔的油墨是用染料和蓖麻油制成的。油与水不一样,它很不容易干,日子久了,油就会慢慢的在纸上浸开去,字迹就会变得模糊。因此,圆珠笔只能作为一种普通书写用笔。如果想要把字迹长久保存起来,那么就需要用钢笔。 [4]

4、圆珠笔落地,如笔尖90度碰地,则圆珠笔笔头不会损坏,但若收口处碰伤,这样就会在此缺口处产生“冒油”现象,严重时,球珠还会脱落、出现书写困难等现象。

圆珠笔品种繁多、式样各异,就质量而言又有高、中、低等不同档次,但从类别上说,基本上可分为油性圆珠笔水性圆珠笔两种。

又称宝珠笔走珠笔。宝珠笔的笔杆、笔套用塑料注塑成型的叫全塑宝珠笔;笔套用不锈钢材冲压磨制成的叫半钢宝珠笔;笔杆、笔套全用不锈钢制造的叫全钢宝珠笔。全塑型的基本上都是一次性使用,即墨水用完就报废了;半钢型和全钢型的多采用可更换笔芯式结构。宝珠笔的笔头分为炮弹式和针管形两种,分别采用铜合金、不锈钢或工程塑料制成。球珠则多采用不锈钢、硬质合金或氧化铝等材料制成,中字迹球珠直径为0.7毫米,细字迹球珠直径为0.5毫米。储水形式分纤维束储水和无纤维束储水两种。墨水的色泽有红、蓝、黑、绿等。宝珠笔兼有钢笔和油性圆珠笔的特点,书写润滑流畅、线条均匀,是一种较为理想的书写工具。

除了以上分类外,常见的还有以油墨的颜色、笔的结构来分类。

所使用的笔头球珠多采用不锈钢或硬质合金材料制成。球珠直径的大小,决定了字迹线条的粗细。常见的球珠直径有1毫米、0.7毫米、0.5毫米三种(产品的笔身或圆珠笔芯上往往会注明)。圆珠笔的油墨是特制的,主要以色料、溶剂和调黏剂混合而成。常见的颜色有蓝、黑、红三色。普通油墨多用来作一般书写,特种油墨多用来作档案书写。作档案书写用的油墨,在笔芯上一般注有记号,如国产笔芯就注有DA的字样。

油性圆珠笔是圆珠笔系列产品的第一代产品品种,从批量投放市场,至今已有60多年了。经过长期的改进完善,油性圆珠笔生产工艺成熟,产品性能稳定,保存期长,书写性能稳定,现已成为圆珠笔类产品中的传统产品品种,油性圆珠笔所用的油墨粘度高,所以书写手感相对重一些。

⑴ 单色圆珠笔:这是最为普通的圆珠笔,常有蓝色、黑色、红色等。

⑵ 双色圆珠笔:一般是红、蓝双色。

三色圆珠笔:是红、蓝和黑色。

⑷ 四色圆珠笔:是红、蓝、黑和绿色。除此四种以外,还有六色、八色,甚至还有十二色的圆珠笔。

⑴一次性的圆珠笔,笔杆就是笔芯,既不能加油墨,也不能换笔芯,油墨用完,就只能丢弃。

⑵ 可以换笔芯的圆珠笔,有按钮、弹簧、锁定、复原等功能。

笔杆可以旋转,使笔芯伸出或者缩入。

⑷ 有圆珠笔和钢笔组合的,有圆珠笔和铅笔组合的,有圆珠笔和测电笔组合的,有圆珠笔和微小灯泡组合等等的新型圆珠笔。

易磨损球座的收口处(球座材料为镍铂铜或不锈钢,较球珠易磨损得多),如长时接触被写物,即使被写物是纸张,球座也经不起磨损,如此会造成球珠脱落。

圆珠笔书写时,角度控制在55°至70°是最为理想的,这时,仅是球珠与纸接触(球珠很硬、碳化钨或陶瓷,很不易磨损),收口处不接触书写物,从而保证圆珠笔在良好的书写状态下延长使用寿命。

书写时,垫纸过厚,笔头收口处接触到纸,易磨损脱珠,建议:0.4的球珠不能复写;0.5的球珠最多复写1张,不宜再多;0.7的球珠最多复写3张至4张,不宜再多,复写时最好75°书写。

染料的作用是赋予油墨足够的颜色深度,圆珠笔油墨中所用染料可分为油溶性染料和醇溶性染料,本试验所用染料为酞菁系染料,该染料不溶于溶剂,在油墨中有好的分散性,对成膜剂有强的附着力,从而不渗透于纸张内部,且颜色要色泽鲜艳,耐候性好。

适量的分散剂可降低油墨和纸张表面的粘附性,使油墨书写到纸张表面时在一定时间内具有可擦性,分散剂还可以保持油墨的书写流利性和长期稳定性。本实验所用物质是邻苯二甲酸酯类和乙二醇酯类二者按一定比例配制的混合物。

成膜剂是可擦性圆珠笔用油墨的重要组成部分,其作用主要是能在纸张表面均匀成膜并作为染料的载体。要求它对纸张表现有一定的粘附力,不易剥落,但可用橡皮擦轻轻擦去,和着色剂有强的附着力,在溶剂中溶解性好,且与其他成分相互稳定,能长期保存。本实验中采用橡胶类成膜剂。

在可擦性圆珠笔用油墨中,溶剂的作用在于溶解染料、成膜剂并与各类助剂相溶,提供一定的流动性,还要有恰到好处的挥发性,在书写过程中能有效控制干燥速度。试验表明,采用共溶剂要比单溶剂效果好,本实验采用了溶剂A:溶剂B=1:1.5~2.5的共溶剂体系,其效果最佳。

(1)润滑剂缓蚀剂

在油墨组分中通常以脂肪酸作润滑剂,润滑剂同时是助溶剂,润滑剂作用包括:A、使球珠润滑,提供流利的书写;B、防止油墨干燥,使圆珠笔具有稳定、良好的初笔性能;C、增加染料溶解深度,提高染料色泽。脂肪酸的引入对某些笔尖金属(如铜合金)有腐蚀性,使油墨中产生一种非均质结晶物质而堵塞通道,因而缩短圆珠笔的使用寿命。采用脂肪酸并辅以缓蚀剂的方法可以解决腐蚀问题,同时满足润滑要求。实验中采用的缓蚀剂呈饱和状态溶解在脂肪酸中,可达到防腐目的。

(2)抗氧剂、反干燥剂

圆珠笔油墨中产生凝聚堵塞物和晶冠的另一原因在于黄铜和界面发生氧化作用,并在溶液中产生铜、锌化合物所致。在抗氧剂中含有能吸附和吸收周围氧的物质,因此能有效地防止氧化,抗氧剂和缓蚀剂并用能更有效防止或抑制铜合金的腐蚀,实验表明,我们所用的抗氧剂效果良好。实验中我们还采用了反干燥剂,主要作用是阻止油墨表面或墨迹的氧化干燥,使油墨和墨迹有较好的视觉效果,同时延长其使用期和保持期,在应用时还可以提高圆珠笔的性能,反干燥剂同时也是抗氧剂。

1.将污渍处浸入温水(40℃)用苯或用棉团蘸苯搓洗,然后用洗涤剂洗,清水(温水)冲净。2.用冷水浸湿污渍处,用四氯化碳或丙酮轻轻揩拭,再用洗涤剂洗,温水冲净。

3.污迹较深时,可先用汽油擦拭,再用95-的酒精搓刷,若尚存遗迹,还需用漂白粉清洗。最后用牙膏加肥皂轻轻揉搓,再用清水冲净。但严禁用开水泡。

4.如果染在纸张上,用修正液修正带处理最合适。

圆珠笔领域有了一些更有趣的发展,其中两个是太空笔和可擦圆珠笔。

1、太空笔

太空笔,也就是加压圆珠笔,是一项新颖的技术。以Fisher太空笔为例。太空笔的笔芯内进行了加压 (~0.28MPa),它的墨水是一种特殊的粘性墨水(像粘稠的橡胶胶水)。要使粘稠的墨水变为液体,圆珠必须旋转,使得圆珠笔在大多数物体表面甚至在水下都能够流畅地书写。普通圆珠笔依靠重力供给墨水,并且在笔芯上方有一个开口,使得空气能够替代用去的墨水。太空笔没有小孔,从而避免了墨水的蒸发和浪费,也避免了墨水从笔芯后面泄漏。另外,太空笔的使用寿命可长达100年,相比之下,普通圆珠笔的保存期平均只有两年。

自从20世纪60年代“太空竞赛”开始以来,太空笔在包括登月工程在内的所有载人太空飞行中均被美国宇航员使用。此外,它们还在Soyuz太空飞行中和和平号空间站上被很多俄罗斯宇航员使用。

2、可擦圆珠笔

可擦圆珠笔在20世纪80年代初推出,起初风行一时。它们将亮彩色或黑色墨水的易读性同铅笔的可擦除功能结合在一起。尽管这种圆珠笔仍在打着Gillette Eraser Mate之类品牌的旗号生产,但它们已不如以前那样流行了。US2966418和US4097290等专利文档详细描述了这些圆珠笔。

可擦圆珠笔的与众不同之处是它的“墨水”它由液体橡胶胶水而非油和染料制成。在您书写时,圆珠滚动,并将橡胶胶水墨水释放到纸上(由此产生的痕迹被称为轨迹)。现代可擦圆珠笔在纸张上留下清晰、厚实的黑色或彩色轨迹,这些轨迹看起来与普通墨水差不多,但却能够在书写后不久(通常是长达10小时)轻松擦除。在那段时间之后,轨迹将会硬化,变得不可擦除了。

可擦圆珠笔的墨水一般含有15-到45-(按重量计算)的天然橡胶,这些橡胶溶解在一系列沸点不同的挥发性有机溶剂中。

1.高级圆珠笔在笔套上均有明显的商标牌号和型号标志,在笔芯的尾部也有明显的牌号、生产日期和“DA”标志标记(“DA” 标记即档案两字的汉语拼音第一个字母的组合)。

2.必须配用金属油管的笔芯,笔头球珠必须采用硬质合金碳化钨球珠,书写性能优于一般圆珠笔,灌注在笔芯内的油墨必须采用定点生产的424 纯蓝油墨和322黑油墨。这两种油墨,具有耐晒、耐水、不渗之优点。用这两种油墨灌注的圆珠笔芯,可用于档案文件书写(包括塑料油管笔芯,但油管的颜色必须采用淡黄色油管)。

3.在商品的包装上,均有商标牌号、型号、生产厂名、产地和质量检验合格证等标志、标记。假冒伪劣商品,笔芯内灌注的油墨不是国家档案局认可的档案油墨,在笔芯上没有“DA”标记,也没有商标 牌号、型号、厂名、产地,有的是用国外走私进来的无牌笔芯,经组装冒充进口高级圆珠笔。

2016年1月4日,李克强总理在山西太原主持召开钢铁煤炭行业化解过剩产能、实现脱困发展座谈会,他透露了一个“秘密” :“去年,我们在钢铁产量严重过剩的情况下,仍然进口了一些特殊品类的高质量钢材。我们还不具备生产模具钢的能力,包括圆珠笔头上的‘圆珠’,目前仍然需要进口。这都需要调整结构。”

如果不是李克强总理说出来,估计好多人都不知道。3000多家制笔企业、20余万从业人口、年产圆珠笔400多亿支……中国已经成为当之无愧的制笔大国,但一连串值得骄傲的数字背后,却是核心技术和材料高度依赖进口、劣质假冒产品泛滥的尴尬局面,大量的圆珠笔笔头的“球珠”却需要进口 [2]

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