圆珠笔的结构与说明

时间:2008-11-3 来源:  深圳市百年文具有限公司
【名称】或称“原子笔” 【功能】是近数十年来风行世界的一种书写工具。 【原理与结构】 圆珠笔的书写原理,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,带出笔芯内的油墨或墨水,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,把小钢珠嵌人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。 目前市场上销售的“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;但我们却还没有听到过因正常使用没有掺加挥发性有机化合物的油性圆珠笔而中毒的事件 【分类】   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和水性圆珠笔两种。   ⑴油性圆珠笔   俗称圆珠笔。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。   ⑵水性圆珠笔  又称宝珠笔或走珠笔。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、笔的结构来分分类:   1. 以油墨的颜色来分: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。⑶ 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。   2. 以结构来分: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。⑶ 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。 【评价】 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,从学校的学生到写字楼的文职人员等各界人士都乐于使用。圆珠笔与自来水笔不同,由于它使用的是干稠性油墨,油墨又是依靠笔头上自由转动的钢珠带出来转写到纸上,因此不渗漏、不受气侯影响,并且书写时间较长,省去了需经常灌注墨水的麻烦。 【使用】 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。 在使用圆珠笔时,不要在有油、有蜡的纸上写字,不然油、蜡嵌人钢珠沿边的铜碗内影响出油而写不出字来,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。 【制造】 圆珠笔油墨的材料 圆珠笔油墨配方中主要成分包括染料、成膜剂、溶剂、分散剂及其他助剂。 配方的基本成分:染料 5%-25% 成膜剂 5%-15% 溶剂 30%-60% 分散剂 5%-20% 其他助剂 2%-10% 1、染料 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。 2、成膜剂 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。 3、溶剂 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。 4、分散剂 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。 5、其它助剂 (1)润滑剂和缓蚀剂 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。 【历史】   从现有的资料来看,最早出现圆珠笔这一名称的时间是1888年,当时,一位名叫约翰·劳德的美国人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。   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。   1936年,匈牙利的比罗在新闻印刷厂承担文字校对工作,在用钢笔改清样时,常常发生浸润模糊现象,为此,比罗开始琢磨,能否试制一种其它的书写工具来代替钢笔。经过一段时间的试验,他用一根钢圆管灌满速干油墨,在一端装上钢珠作为笔尖。然后,他在各种能书写的材质上进行书写试验,发现均可留下抹不掉的痕迹,而且笔管内的油墨也不易溢出,试验成功了。1940年人,他又对其发明进行了改进,于1943年7月10日申请了专利,1945年开始投入市场。 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,借不久前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。 圆珠笔与自来水笔不同,由于它使用的是干稠性油墨,油墨又是依靠笔头上自由转动的钢珠带出来转写到纸上,因此不渗漏、不受气侯影响,并且书写时间较长,省去了需经常灌注墨水的麻烦。很快就在世界上流行起来。目前,仅日本一年就要消耗4亿支圆珠笔。 [关于圆珠笔改进的一段趣事]   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。   为了解决漏油的问题,专家们没有少动脑筋。有的研究油墨配方的改进;有的研究钢珠与钢圆管的硬度。可是都没能收到效果。   正当这项研究毫无进展的时候,日本有一个小企业主,想出了一个绝招:不是因为装的干油墨足够书写2万个字吗?不是因为写到那时就会漏油了吗?那我就少装一些干油墨,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不就解决了。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,很快他就成为了一个大的企业家。   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。