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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,他是在訪問一家報紙的時候產(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�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新專利,并生產(chǎn)了第一種商品化的圓珠筆——Biro圓珠筆。后來,英國政府購買了這個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固性和適應(yīng)戰(zhàn)場環(huán)境的能力而在軍隊中廣泛使用。

在美國,米爾頓·雷諾在1945年推出了新型圓珠筆,并首次成功地投入商業(yè)生產(chǎn),以代替當(dāng)時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"第一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便賣出了10,000支。這些首次公開銷售的圓珠筆非常昂貴(10美元一支),主要是因為它們采用了新技術(shù)。

1945年,第一支廉價圓珠筆生產(chǎn)了出來。當(dāng)時,法國人馬塞爾·比希開發(fā)了一個制造圓珠筆的工業(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公司第一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,因為其他制造商已經(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上流行起來。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?是因為筆頭里的鋼珠在滾動時,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。

日本有一個小企業(yè)主想出了一個絕招:少裝一些干油墨,讓筆芯里的油墨只能書寫1萬多個字就用完了,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)制造廠制出了第一批圓珠筆。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極好的發(fā)財機(jī)會,由于他頭腦活絡(luò),重金邀人對利斯勃的筆作改進(jìn),在一年左右的時間里取得了成功。正好那時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,中國第一支國產(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)。

中國國家有關(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"項目,國家撥款近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,項目于2015年通過"十二五"國家科技支撐計劃驗收,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",國家早在2011年就開啟了這一重點(diǎn)項目的攻關(guān)。

太鋼集團(tuán)技術(shù)中心高級工程師王輝綿認(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)整到最佳性能,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)中心高級工程師王輝綿說,因為開發(fā)這個產(chǎn)品沒有可借鑒的資料,都是從一個成分的配比從幾十公斤的開始煉,各種成分加入多少這個次數(shù)沒法統(tǒng)計了。

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)一套前所未有的煉鋼工藝。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,試驗在2016年9月取得成功。大規(guī)模煉鋼十多次后,第一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。

圓珠筆是用油墨配不同的顏料書寫的一種筆。筆尖是個小鋼珠,把小鋼珠嵌入一個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)色油墨使用最多。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。

2、在使用圓珠筆時,不要在有油、有蠟的紙上寫字,不然油、蠟嵌入鋼珠沿邊的銅碗內(nèi)影響出墨而寫不出字來,還要避免筆的撞擊、曝曬,不用時隨手套好筆帽,以防止碰壞筆頭、筆桿變型及筆芯漏油而污染物體。如遇天冷或久置未用。筆不出油時,可將筆頭放入溫水中浸泡片刻后再在紙上劃動筆尖,即可寫出字來。

3、圓珠筆有一個很大的缺點(diǎn):它寫出來的字跡起初很清晰;可是卻經(jīng)不起時間的考驗,時間一久,字跡就會慢慢的模糊起來。這是因為圓珠筆的油墨是用染料和蓖麻油制成的。油與水不一樣,它很不容易干,日子久了,油就會慢慢的在紙上浸開去,字跡就會變得模糊。因此,圓珠筆只能作為一種普通書寫用筆。如果想要把字跡長久保存起來,那么就需要用鋼筆。

4、圓珠筆落地,如筆尖90度碰地,則圓珠筆筆頭不會損壞,但若收口處碰傷,這樣就會在此缺口處產(chǎn)生"冒油"現(xiàn)象,嚴(yán)重時,球珠還會脫落、出現(xiàn)書寫困難等現(xiàn)象。

水性圓珠筆

又稱寶珠筆或走珠筆。寶珠筆的筆桿、筆套用塑料注塑成型的叫全塑寶珠筆;筆套用不銹鋼材沖壓磨制成的叫半鋼寶珠筆;筆桿、筆套全用不銹鋼制造的叫全鋼寶珠筆。全塑型的基本上都是一次性使用,即墨水用完就報廢了;半鋼型和全鋼型的多采用可更換筆芯式結(jié)構(gòu)。寶珠筆的筆頭分為炮彈式和針管形兩種,分別采用銅合金、不銹鋼或工程塑料制成。球珠則多采用不銹鋼、硬質(zhì)合金或氧化鋁等材料制成,中字跡球珠直徑為0.7毫米,細(xì)字跡球珠直徑為0.5毫米。儲水形式分纖維束儲水和無纖維束儲水兩種。墨水的色澤有紅、藍(lán)、黑、綠等。寶珠筆兼有鋼筆和油性圓珠筆的特點(diǎn),書寫潤滑流暢、線條均勻,是一種較為理想的書寫工具。

除了以上分類外,常見的還有以油墨的顏色、筆的結(jié)構(gòu)來分類。

油性圓珠筆

所使用的筆頭球珠多采用不銹鋼或硬質(zhì)合金材料制成。球珠直徑的大小,決定了字跡線條的粗細(xì)。常見的球珠直徑有1毫米、0.7毫米、0.5毫米三種(產(chǎn)品的筆身或圓珠筆芯上往往會注明)。圓珠筆的油墨是特制的,主要以色料、溶劑和調(diào)黏劑混合而成。常見的顏色有藍(lán)、黑、紅三色。普通油墨多用來作一般書寫,特種油墨多用來作檔案書寫。作檔案書寫用的油墨,在筆芯上一般注有記號,如國產(chǎn)筆芯就注有DA的字樣。

油性圓珠筆是圓珠筆系列產(chǎn)品的第一代產(chǎn)品品種,從批量投放市場,至今已有60多年了。經(jīng)過長期的改進(jìn)完善,油性圓珠筆生產(chǎn)工藝成熟,產(chǎn)品性能穩(wěn)定,保存期長,書寫性能穩(wěn)定,現(xiàn)已成為圓珠筆類產(chǎn)品中的傳統(tǒng)產(chǎn)品品種,油性圓珠筆所用的油墨粘度高,所以書寫手感相對重一些。

按顏色分

1、單色圓珠筆:這是最為普通的圓珠筆,常有藍(lán)色、黑色、紅色等。

2、雙色圓珠筆:一般是紅、藍(lán)雙色。

3、三色圓珠筆:是紅、藍(lán)和黑色。

4、四色圓珠筆:是紅、藍(lán)、黑和綠色。除此四種以外,還有六色、八色,甚至還有十二色的圓珠筆。

按結(jié)構(gòu)分

1、一次性的圓珠筆,筆桿就是筆芯,既不能加油墨,也不能換筆芯,油墨用完,就只能丟棄。

2、可以換筆芯的圓珠筆,有按鈕、彈簧、鎖定、復(fù)原等功能。

3、筆桿可以旋轉(zhuǎn),使筆芯伸出或者縮入。

4、有圓珠筆和鋼筆組合的,有圓珠筆和鉛筆組合的,有圓珠筆和測電筆組合的,有圓珠筆和微小燈泡組合等等的新型圓珠筆。

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,角度控制在55°至70°是最為理想的,這時,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,從而保證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,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的球珠最多復(fù)寫1張,不宜再多;0.7的球珠最多復(fù)寫3張至4張,不宜再多,復(fù)寫時最好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在一定時間內(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,在書寫過程中能有效控制干燥速度。試驗表明,采用共溶劑要比單溶劑效果好,本實(shí)驗采用了溶劑A:溶劑B=1:1.5~2.5的共溶劑體系,其效果最佳。

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,同時滿足潤滑要求。實(shí)驗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),因此能有效地防止氧化,抗氧劑和緩蝕劑并用能更有效防止或抑制銅合金的腐蝕,實(shí)驗表明,我們所用的抗氧劑效果良好。實(shí)驗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,同時延長其使用期和保持期,在應(yīng)用時還可以提高圓珠筆的性能,反干燥劑同時也是抗氧劑。

3、污跡較深時，可先用汽油擦拭，再用95%的酒精搓刷，若尚存遺跡，還需用漂白粉清洗。最后用牙膏加肥皂輕輕揉搓，再用清水沖凈。但嚴(yán)禁用開水泡。

4、如果染在紙張上,用修正液或修正帶處理最合適。

1、太空筆

太空筆,也就是加壓圓珠筆,是一項新穎的技術(shù)。以Fisher太空筆為例。太空筆的筆芯內(nèi)進(jìn)行了加壓 (~0.28MPa),它的墨水是一種特殊的粘性墨水(像粘稠的橡膠膠水)。要使粘稠的墨水變?yōu)橐后w,圓珠必須旋轉(zhuǎn),使得圓珠筆在大多數(shù)物體表面甚至在水下都能夠流暢地書寫。普通圓珠筆依靠重力供給墨水,并且在筆芯上方有一個開口,使得空氣能夠替代用去的墨水。太空筆沒有小孔,從而避免了墨水的蒸發(fā)和浪費(fèi),也避免了墨水從筆芯后面泄漏。另外,太空筆的使用壽命可長達(dá)100年,相比之下,普通圓珠筆的保存期平均只有兩年。

自從20世紀(jì)60年代"太空競賽"開始以來,太空筆在包括登月工程在內(nèi)的所有載人太空飛行中均被美國宇航員使用。此外,它們還在Soyuz太空飛行中和和平號空間站上被很多俄羅斯宇航員使用。

2、可擦圓珠筆

可擦圓珠筆在20世紀(jì)80年代初推出,起初風(fēng)行一時。它們將亮彩色或黑色墨水的易讀性同鉛筆的可擦除功能結(jié)合在一起。盡管這種圓珠筆仍在打著Gillette Eraser Mate之類品牌的旗號生產(chǎn),但它們已不如以前那樣流行了。US2966418和US4097290等專利文檔詳細(xì)描述了這些圓珠筆。

可擦圓珠筆的與眾不同之處是它的"墨水"——它由液體橡膠膠水而非油和染料制成。在您書寫時,圓珠滾動,并將橡膠膠水墨水釋放到紙上(由此產(chǎn)生的痕跡被稱為軌跡)。現(xiàn)代可擦圓珠筆在紙張上留下清晰、厚實(shí)的黑色或彩色軌跡,這些軌跡看起來與普通墨水差不多,但卻能夠在書寫后不久(通常是長達(dá)10小時)輕松擦除。在那段時間之后,軌跡將會硬化,變得不可擦除了。

可擦圓珠筆的墨水一般含有15%到45%(按重量計算)的天然橡膠,這些橡膠溶解在一系列沸點(diǎn)不同的揮發(fā)性有機(jī)溶劑中。

2、必須配用金屬油管的筆芯,筆頭球珠必須采用硬質(zhì)合金——碳化鎢球珠,書寫性能優(yōu)于一般圓珠筆,灌注在筆芯內(nèi)的油墨必須采用定點(diǎn)生產(chǎn)的424 純藍(lán)油墨和322黑油墨。這兩種油墨,具有耐曬、耐水、不滲之優(yōu)點(diǎn)。用這兩種油墨灌注的圓珠筆芯,可用于檔案文件書寫(包括塑料油管筆芯,但油管的顏色必須采用淡黃色油管)。

3、在商品的包裝上,均有商標(biāo)牌號、型號、生產(chǎn)廠名、產(chǎn)地和質(zhì)量檢驗合格證等標(biāo)志、標(biāo)記。假冒偽劣商品,筆芯內(nèi)灌注的油墨不是國家檔案局認(rèn)可的檔案油墨,在筆芯上沒有"DA"標(biāo)記,也沒有商標(biāo) 牌號、型號、廠名、產(chǎn)地,有的是用國外走私進(jìn)來的無牌筆芯,經(jīng)組裝冒充進(jìn)口高級圓珠筆。