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      給全球圓珠筆裝上“中國(guó)芯”

      2017-07-06 09:51:53曼曼
      科學(xué)大眾(中學(xué)) 2017年3期
      關(guān)鍵詞:制筆中國(guó)芯筆頭

      曼曼

      很多人可能不知道,我們?nèi)粘S玫膱A珠筆筆尖,竟然不是國(guó)貨。3000多家制筆企業(yè)、20余萬(wàn)從業(yè)人口……我國(guó)是當(dāng)之無(wú)愧的制筆大國(guó),但卻面臨著核心技術(shù)難以攻關(guān)、原材料高度依賴進(jìn)口的尷尬局面。中國(guó)每年生產(chǎn)的400多億支圓珠筆,需要以每噸12萬(wàn)元的價(jià)格進(jìn)口1000多噸生產(chǎn)筆尖的鋼材,需要付出上億人民幣!經(jīng)過5年數(shù)不清的失敗,2016年9月,一家中國(guó)企業(yè)已生產(chǎn)出中國(guó)制造的筆芯,據(jù)悉相關(guān)產(chǎn)品也完成了6輪測(cè)試。這批直徑2.3毫米的不銹鋼鋼絲,可以驕傲地寫上“中國(guó)制造”的標(biāo)志,未來(lái)兩年有望完全替代進(jìn)口銅絲。

      小小筆尖高科技

      你或許會(huì)問:我們連航天飛船、高鐵、原子彈這樣的高科技產(chǎn)品都造得出來(lái),怎么會(huì)生產(chǎn)不了一個(gè)小小的圓珠筆筆尖?要知道圓珠筆在1895年就被發(fā)明了,我國(guó)生產(chǎn)圓珠筆的歷史從1948年至今也有60多年了。

      其實(shí)別看這小小的筆尖,它的科技含量可不低。圓珠筆筆尖用鋼分為筆尖球珠和球座體兩個(gè)部分。其中,直徑0.5~1毫米的碳化鎢球珠,我國(guó)不僅可以滿足國(guó)內(nèi)生產(chǎn)需要,還大量出口海外。但直徑2.3毫米球座體的技術(shù),長(zhǎng)期以來(lái)都是國(guó)外企業(yè)的核心機(jī)密。

      據(jù)專家介紹,一個(gè)小小的圓珠筆尖,其實(shí)需要20多道工序。筆頭里面有不同高度的臺(tái)階和多條引導(dǎo)墨水的溝槽,加工精度要達(dá)到千分之一毫米的數(shù)量級(jí)。筆頭的關(guān)鍵部位,比如碗口,厚度僅有0.3~0.4毫米,其尺寸精度都是在2個(gè)微米,它的表面粗糙度要求在0.4微米,加工時(shí)既要容易切削,還不能開裂,這對(duì)原材料鋼材性能提出極為苛刻的要求。由于國(guó)產(chǎn)的不銹鋼無(wú)法適用,制筆企業(yè)不得不從日本進(jìn)口易切削不銹鋼線材,進(jìn)而導(dǎo)致與之相匹配的墨水也要從德國(guó)、日本等國(guó)進(jìn)口。

      裝上“中國(guó)芯”

      那么,為啥過去我國(guó)的鋼鐵企業(yè)不研發(fā)圓珠筆筆尖專用鋼呢?這是因?yàn)橄鄬?duì)于鋼鐵產(chǎn)業(yè),制筆是個(gè)體量很小的行業(yè)。比如,一家鋼鐵廠一天的產(chǎn)量,可能就夠制筆行業(yè)消化一年。對(duì)鋼廠而言,這點(diǎn)利潤(rùn)微不足道,也沒動(dòng)力去搞研發(fā)生產(chǎn),而制筆企業(yè)也沒有足夠的力量,所以完全依賴進(jìn)口。

      為了給數(shù)百億支圓珠筆安上“中國(guó)芯”,我國(guó)早在2011年就開啟了這一重點(diǎn)項(xiàng)目的攻關(guān)。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(huì)影響著鋼材質(zhì)量,這個(gè)配比找不到,中國(guó)的制筆行業(yè)永遠(yuǎn)都需要進(jìn)口筆尖鋼。經(jīng)過5年數(shù)不清的失敗,2016年9月,我國(guó)的科研人員在電子顯微鏡的幫助下終于看到了期盼已久的筆尖鋼,試驗(yàn)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,可以驕傲地寫“中國(guó)制造”的標(biāo)志了。未來(lái)兩年,有望為數(shù)百億支國(guó)產(chǎn)圓珠筆安上“中國(guó)芯”。小小圓珠筆除了解決我們知道的“筆尖進(jìn)口”到自產(chǎn)的問題,還蘊(yùn)含哪些高科技呢?

      可被擦掉的筆跡

      從常識(shí)來(lái)講,圓珠筆寫出的字是不能擦掉的。與鉛筆靠在紙面上浮著的石墨來(lái)顯現(xiàn)字跡不同,寫字的時(shí)候,圓珠筆的油墨已經(jīng)浸染到了紙里面,因此,橡皮是無(wú)法把油墨卷起來(lái)擦除的。

      我們知道,最初圓珠筆是使用油性墨水。寫字的時(shí)候,油性圓珠筆的筆油受重力作用流下來(lái),依靠筆頭上轉(zhuǎn)動(dòng)的鋼珠帶出,在紙上留下筆跡。但由于筆油的黏度太高,寫出的字很容易出現(xiàn)斷點(diǎn),書寫很不順暢。這時(shí),水性筆應(yīng)運(yùn)而生。水性圓珠筆的墨水被紙吸收,類似毛細(xì)血管現(xiàn)象。我們可以利用墨水容易被吸出來(lái)的特點(diǎn)來(lái)寫字,同時(shí)不必?fù)?dān)心出現(xiàn)斷點(diǎn)。書寫起來(lái)手感好,而且不管往哪個(gè)方向?qū)懚己芰鲿?,這么多的優(yōu)點(diǎn)讓它很快流行開來(lái)。美中不足的是,墨水容易洇開,一旦紙被水打濕,寫在上面的字就無(wú)法辨認(rèn)。解決了這一問題的圓珠筆就是中性筆。普通油墨中性化(變得黏稠、有彈性)后通常黏度很高,而且這種油墨具有受力之后黏度降低的性質(zhì)。中性筆雖然跟油性圓珠筆一樣利用的是重力作用,但是利用中性油墨受力黏度會(huì)降低這種性質(zhì),筆珠轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生壓力,墨水黏度降低,產(chǎn)生像水性圓珠筆一樣的流暢書寫體驗(yàn)。隨后,墨水涂到紙上,黏度再次升高,也就沒有了洇開的后顧之憂,簡(jiǎn)直是油性筆同水性筆的完美結(jié)合。

      既然如此,可擦圓珠筆又是怎么回事呢?目前市面上的可擦圓珠筆,秘密全都藏在了它的特殊墨水里。通常,我們的墨水里有著色劑(染料、顏料等),里面混合著很多粒子??刹脸锩娌粌H有單純的染色粒子,還有無(wú)數(shù)微米大小的膠囊。膠囊(微小容器)里面有發(fā)色劑、顯色劑、變色溫度調(diào)整劑等。發(fā)色劑和顯色劑結(jié)合后顏色會(huì)顯現(xiàn)出來(lái),平常我們用的圓珠筆就是這樣顯現(xiàn)出顏色的。但是,如果用筆的尾部(后端)的橡膠來(lái)擦紙上的筆跡,筆跡就會(huì)消失。這是利用摩擦生熱的原理將局部溫度升高,一旦溫度達(dá)到65%以上,變色溫度調(diào)整劑就會(huì)阻止發(fā)色劑和顯色劑的結(jié)合,顏色也就慢慢消失了。

      圓珠筆影響環(huán)境生態(tài)

      在人們的眼里,圓珠筆就是不值錢的書寫工具,也就不再珍惜。圓珠筆因?yàn)槭褂梅奖?,不需要吸水,圓珠筆比鋼筆的使用率要高得多,而且使用量特別大。在購(gòu)買圓珠筆時(shí),基本上都是到市場(chǎng)上一買一大包。雖然也有筆芯出售,可是看看還有多少人會(huì)更換筆芯?基本上都是直接將筆桿和筆芯一起丟掉,現(xiàn)在的圓珠筆無(wú)疑走了一次性筷子的老路。殊不知圓珠筆的原材料是塑料,而塑料的危害是巨大的。當(dāng)我們已經(jīng)習(xí)慣于“用完即扔”時(shí),這些圓珠筆也就成了下一個(gè)“一次性筷子”,成了危害生態(tài)的元兇。所以,為了保護(hù)環(huán)境一方面要求我們盡量減少圓珠筆的使用;另一方面盡量給用完墨水的圓珠筆更換筆芯,而不是整體丟掉。

      (責(zé)任編輯:曹偉 責(zé)任校對(duì):司明婧)

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