圓珠筆加工

圓珠筆的書寫原理，主要是利用球珠在書寫時(shí)與紙 面直接接觸產(chǎn)生摩擦力，使圓珠在球座內(nèi)滾動，帶出筆芯內(nèi)的油墨或墨水，以達(dá)到書寫的目的。

圓珠筆是用油墨配不同的顏料書寫的一種筆。筆尖是個(gè)小鋼珠，把小鋼珠嵌入一個(gè)小圓柱體型銅制的碗內(nèi)，后連接裝有油墨的塑料管，油墨隨鋼珠轉(zhuǎn)動由四周流下。

圓珠筆油墨的色素是染料。油墨顏色主要有藍(lán)、紅、黑三種，其中尤以藍(lán)色油墨使用奡多。過去藍(lán)色油墨中的色素成分是鹽基品藍(lán)和鹽基青蓮，溶劑是氧化蓖麻油、蓖麻油酸。由于鹽基性染料不耐光（耐光度只有1級-2級），不耐熱，不耐酸堿，所以耐久性差，現(xiàn)已被淘汰。 市場上銷售的“424”藍(lán)色圓珠筆和“322”黑色圓珠筆，用它書寫的字跡耐久性較好。

香味圓珠筆有毒的報(bào)道屢見不鮮，劣質(zhì)香味文具所含的揮發(fā)性有機(jī)化合物具有毒性，對人體有一定損害；但還沒有聽到過因正常使用沒有摻加揮發(fā)性有機(jī)化合物的油性圓珠筆而中毒的事件。

較早出現(xiàn)圓珠筆這一名稱的時(shí)間是1888年，是一位名叫約翰·勞德的美國記者曾設(shè)計(jì)出一種利用滾珠作筆尖的筆，但他未能將其制成便于人們使用的商品。

1895年，英國市場上也曾出售過商品化的非書寫用圓珠筆，因其用途狹窄，未能流行起來。1916年，德國也有人設(shè)計(jì)制作過一種新型的圓珠筆，其結(jié)構(gòu)與今天的圓珠筆較為接近，但性能較差，未能引起廣泛的重視。

匈牙利記者拉迪斯洛·比羅非常清楚地意識到普通鋼筆所存在的問題。比羅認(rèn)為，他是在訪問一家報(bào)紙的時(shí)候產(chǎn)生了用一種使用快干墨水的筆代替?zhèn)鹘y(tǒng)墨汁筆這一想法的。報(bào)紙用的油墨幾乎是在瞬間干燥，而且不會留下污跡。比羅發(fā)誓要將類似墨水應(yīng)用到一種新型書寫工具中。為了避免粘稠的墨水堵塞他的筆，他提出在裝有這種快干墨水的管子頂端安裝能夠旋轉(zhuǎn)的小金屬球。該金屬球?qū)⒂袃蓚€(gè)功能：作為筆帽防止墨水變干。使墨水以可控速率從筆中流出。1943年6月，比羅和他的兄弟格奧爾格（一位化學(xué)家）向歐洲專利局申請了一個(gè)新專利，并生產(chǎn)了種商品化的圓珠筆——Biro圓珠筆。后來，英國政府購買了這個(gè)專利圓珠筆的使用權(quán)，使得這些圓珠筆可以被英國皇家空軍的機(jī)組人員使用。除了比傳統(tǒng)鋼筆更堅(jiān)固以外，圓珠筆還能夠在低壓的高空中使用（在高空中，傳統(tǒng)自來水筆的墨水會溢出）。這在英國皇家空軍中收到了很好的使用效果，使得Biro圓珠筆大受好評，在第二次世界大戰(zhàn)中，這種圓珠筆由于其堅(jiān)固性和適應(yīng)戰(zhàn)場環(huán)境的能力而在軍隊(duì)中廣泛使用。

在美國，米爾頓·雷諾在1945年推出了新型圓珠筆，并成功地投入商業(yè)生產(chǎn)，以代替當(dāng)時(shí)還很流行的自來水筆。該圓珠筆使用了一顆小的圓珠，將濃度很大的明膠型墨水釋放到紙上。雷諾圓珠筆是一種簡單的書寫工具，并以“支能在水下書寫的筆”大作市場宣傳。雷諾在初次推出新型圓珠筆時(shí)便賣出了10,000支。這些公開銷售的圓珠筆非常昂貴（10美元一支），主要是因?yàn)樗鼈儾捎昧诵录夹g(shù)。

1945年，支廉價(jià)圓珠筆生產(chǎn)了出來。當(dāng)時(shí)，法國人馬塞爾·比希開發(fā)了一個(gè)制造圓珠筆的工業(yè)流程，使得單位成本大大下降。1949年，比希在歐洲推出了他的圓珠筆。他將這些圓珠筆取名為“BIC”，該商標(biāo)是他名字易于記憶的簡化版本。十年之后，BIC公司次將它的圓珠筆銷往美國市場。消費(fèi)者起初并不愿購買BIC圓珠筆，因?yàn)槠渌圃焐桃呀?jīng)在美國市場推出了很多圓珠筆。為了打消消費(fèi)者的猶豫，BIC公司發(fā)起了一項(xiàng)激動人心的全國性電視活動，向消費(fèi)者宣傳這種圓珠筆“一次使用，次次想用！”，并以僅29美分的價(jià)格銷售這種圓珠筆。BIC還發(fā)布電視廣告，描繪他們的筆從步槍中射出、捆綁在溜冰鞋上甚至安裝在手提鉆上的畫面。在一年內(nèi)，競爭迫使每支筆的價(jià)格下降到了10美分以下。BIC公司每天會生產(chǎn)數(shù)百萬支圓珠筆！

圓珠筆是利用鋼珠的旋轉(zhuǎn)把油墨寫到紙上的一種書寫工具。第二次世界大戰(zhàn)后，圓珠筆傳入中國。精明的商人大做“原子筆”的廣告，借在日本爆炸的原子彈的余威來打開銷路。其實(shí)，“圓珠筆”與原子并無關(guān)系，只是讀音相近而已。圓珠筆很快就在世界行起來。僅日本一年就要消耗4億支圓珠筆。圓珠筆之所以能夠?qū)懽郑且驗(yàn)楣P頭里的鋼珠在滾動時(shí)，能將速干油墨帶出來轉(zhuǎn)寫到紙上。據(jù)說，日本的圓珠筆芯里裝的干油墨，足夠可以書寫2萬個(gè)字。但是，書寫的字?jǐn)?shù)一多以后，鋼珠與鋼圓管之間的空隙會漸漸變大，這樣油墨就會從縫隙中漏出來，常常會沾污衣物等等，十分使人感到不愉快。

日本有一個(gè)小企業(yè)主想出了一個(gè)絕招：少裝一些干油墨，讓筆芯里的油墨只能書寫1萬多個(gè)字就用完了，這樣圓珠筆芯漏油的問題就解決了。于是，他就申請了專利，專門生產(chǎn)一種短支的圓珠筆芯和圓珠筆，受到了廣大顧客的歡迎。這種解決問題的方法，看起來如乎是一種偷工減料，但實(shí)質(zhì)上是一種創(chuàng)新，是解決當(dāng)時(shí)人們所不能解決的問題的思想上、方法上的創(chuàng)新。

圓珠筆在50年代貴于鋼筆，用完之后還不舍得扔掉，在專門的筆店里可以加筆油后繼續(xù)使用。據(jù)說匈牙利人比洛，是一家印刷廠的校對員，由于印刷好的清樣，含水分較多，用鋼筆更改，字極易滲開而模糊不清，于是他用鋼珠套上油墨細(xì)管用來書寫，就不易產(chǎn)生以前的毛病。后來，比洛把他的發(fā)明提供給英國皇家空軍，由英國一家飛機(jī)制造廠制出了批圓珠筆。直到第二次世界大戰(zhàn)，美國人采用了比洛的發(fā)明。1916年，德國人利斯勃設(shè)計(jì)的新型圓珠筆但沒有得到推廣。直到二次大戰(zhàn)爆發(fā)后，美國軍事工業(yè)部門提出要制造出一種適合高空書寫，不漏水，不受冷熱影響，能大量儲墨水，不必勤灌的筆，并給以重賞。1944年芝加哥商人雷諾看到這是一個(gè)極好的發(fā)財(cái)機(jī)會，由于他頭腦活絡(luò)，重金邀人對利斯勃的筆作改進(jìn)，在一年左右的時(shí)間里取得了成功。正好那時(shí)美國在日本丟了原子彈，他大做廣告，把他的筆與原子彈并論，命名為原子筆，很快風(fēng)靡世界。

1948年，支國產(chǎn)圓珠筆在上海豐華圓珠筆廠誕生。改革開放以后，在巨大的出口需求帶動下，制筆廠如雨后春筍一般出現(xiàn)。

中國有關(guān)部門于2011年啟動了“制筆行業(yè)關(guān)鍵材料及制備技術(shù)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化”項(xiàng)目，撥款近6000萬元支持相關(guān)科研機(jī)構(gòu)、企業(yè)針對中性墨水制造、筆頭不銹鋼線材、加工設(shè)備等開展科技攻關(guān)。經(jīng)過不懈努力，項(xiàng)目于2015年“十二五”科技支撐計(jì)劃驗(yàn)收，實(shí)現(xiàn)了一系列技術(shù)突破。長期以來，困擾中國制筆行業(yè)的“進(jìn)口依賴”困局，開始被逐漸扭轉(zhuǎn)。

為了給數(shù)百億支圓珠筆安上“中國筆頭”，早在2011年就開啟了這一重點(diǎn)項(xiàng)目的攻關(guān)。

太鋼集團(tuán)技術(shù)中心有檔次工程師王輝綿認(rèn)為，鋼材要制造筆頭，必須用很多特殊的微量元素，把鋼材調(diào)整到不錯(cuò)性能，微量元素配比的細(xì)微變化都會影響著鋼材質(zhì)量，這個(gè)配比找不到，中國的制筆行業(yè)永遠(yuǎn)都需要進(jìn)口筆尖鋼。

為了提煉材料，太鋼集團(tuán)技術(shù)中心有檔次工程師王輝綿說，因?yàn)殚_發(fā)這個(gè)產(chǎn)品沒有可借鑒的資料，都是從一個(gè)成分的配比從幾十公斤的開始煉，各種成分加入多少這個(gè)次數(shù)沒法統(tǒng)計(jì)了。

筆頭產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝是國外企業(yè)的核心機(jī)密，王輝綿他們必須自主開發(fā)一套少有的煉鋼工藝。沒有任何參考，只能不斷地積累數(shù)據(jù)、調(diào)整參數(shù)、設(shè)計(jì)工藝方法。

突破的靈感來自家常的“和面”，面要想活得軟硬適中，就要加入新“料”，相對應(yīng)的鋼水里就要加入工業(yè)“添加劑”。普通的添加劑都是塊狀，如果能把塊狀兒變細(xì)變薄，鋼水和添加劑就會融合的更加均勻，這樣就可以增強(qiáng)切削性。

經(jīng)過五年數(shù)不清的失敗，在電子顯微鏡下，太鋼集團(tuán)終于看到了“添加劑”分布均勻的筆尖鋼，試驗(yàn)在2016年9月取得成功。大規(guī)模煉鋼十多次后，批切削性好的鋼材終于出爐了。這批直徑2.3毫米的不銹鋼鋼絲，可以驕傲的寫上了“中國制造”的標(biāo)志。

角度過小

易磨損球座的收口處（球座材料為鎳鉑銅或不銹鋼，較球珠易磨損得多），如長時(shí)接觸被寫物，即使被寫物是紙張，球座也經(jīng)不起磨損，如此會造成球珠脫落。

正確角度

圓珠筆書寫時(shí)，角度控制在55°至70°是奡為理想的，這時(shí)，僅是球珠與紙接觸（球珠很硬、碳化鎢或陶瓷，很不易磨損），收口處不接觸書寫物，從而提高/增加圓珠筆在良好的書寫狀態(tài)下延長使用壽命。

墊紙過厚

書寫時(shí)，墊紙過厚，筆頭收口處接觸到紙，易磨損脫珠，建議：0.4的球珠不能復(fù)寫；0.5的球珠奡多復(fù)寫1張，不宜再多；0.7的球珠奡多復(fù)寫3張至4張，不宜再多，復(fù)寫時(shí)好75°書寫。

染料

染料的作用是賦予油墨足夠的顏色深度，圓珠筆油墨中所用染料可分為油溶性染料和醇溶性染料，本試驗(yàn)所用染料為酞菁系染料，該染料不溶于溶劑，在油墨中有好的分散性，對成膜劑有強(qiáng)的附著力，從而不滲透于紙張內(nèi)部，且顏色要色澤鮮艷，耐候性好。

分散劑

適量的分散劑可降低油墨和紙張表面的粘附性，使油墨書寫到紙張表面時(shí)在一定時(shí)間內(nèi)具有可擦性，分散劑還可以保持油墨的書寫流利性和長期穩(wěn)定性。本實(shí)驗(yàn)所用物質(zhì)是鄰苯二甲酸酯類和乙二醇酯類二者按一定比例配制的混合物。

成膜劑

成膜劑是可擦性圓珠筆用油墨的重要組成部分，其作用主要是能在紙張表面均勻成膜并作為染料的載體。要求它對紙張表現(xiàn)有一定的粘附力，不易剝落，但可用橡皮擦輕輕擦去，和著色劑有強(qiáng)的附著力，在溶劑中溶解性好，且與其他成分相互穩(wěn)定，能長期保存。本實(shí)驗(yàn)中采用橡膠類成膜劑。

溶劑

在可擦性圓珠筆用油墨中，溶劑的作用在于溶解染料、成膜劑并與各類助劑相溶，提供一定的流動性，還要有恰到好處的揮發(fā)性，在書寫過程中能控制干燥速度。試驗(yàn)表明，采用共溶劑要比單溶劑效果好，本實(shí)驗(yàn)采用了溶劑A：溶劑B=1：1.5~2.5的共溶劑體系，其效果不錯(cuò)。

其它助劑

（1）潤滑劑和緩蝕劑

在油墨組分中通常以脂肪酸作潤滑劑，潤滑劑同時(shí)是助溶劑，潤滑劑作用包括：A、使球珠潤滑，提供流利的書寫；B、防止油墨干燥，使圓珠筆具有穩(wěn)定、良好的初筆性能；C、增加染料溶解深度，提高染料色澤。脂肪酸的引入對某些筆尖金屬（如銅合金）有腐蝕性，使油墨中產(chǎn)生一種非均質(zhì)結(jié)晶物質(zhì)而堵塞通道，因而縮短圓珠筆的使用壽命。采用脂肪酸并輔以緩蝕劑的方法可以解決腐蝕問題，同時(shí)滿足潤滑要求。實(shí)驗(yàn)中采用的緩蝕劑呈飽和狀態(tài)溶解在脂肪酸中，可達(dá)到防腐目的。

（2）抗氧劑、反干燥劑

圓珠筆油墨中產(chǎn)生凝聚堵塞物和晶冠的另一原因在于黃銅和界面發(fā)生氧化作用，并在溶液中產(chǎn)生銅、鋅化合物所致。在抗氧劑中含有能吸附和吸收周圍氧的物質(zhì)，因此能防止氧化，抗氧劑和緩蝕劑并用能更防止或抑制銅合金的腐蝕，實(shí)驗(yàn)表明，我們所用的抗氧劑效果良好。實(shí)驗(yàn)中我們還采用了反干燥劑，主要作用是阻止油墨表面或墨跡的氧化干燥，使油墨和墨跡有較好的視覺效果，同時(shí)延長其使用期和保持期，在應(yīng)用時(shí)還可以提高圓珠筆的性能，反干燥劑同時(shí)也是抗氧劑。