圓珠筆加工

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

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

圓珠筆油墨的色素是染料。油墨顏色主要有藍、紅、黑三種，其中尤以藍色油墨使用奡多。過去藍色油墨中的色素成分是鹽基品藍和鹽基青蓮，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，現已被淘汰。 市場上銷售的“424”藍色圓珠筆和“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，劣質香味文具所含的揮發性有機化合物具有毒性，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性有機化合物的油性圓珠筆而中毒的事件。

較早出現圓珠筆這一名稱的時間是1888年，是一位名叫約翰·勞德的美國記者曾設計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，德國也有人設計制作過一種新型的圓珠筆，其結構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。比羅認為，他是在訪問一家報紙的時候產生了用一種使用快干墨水的筆代替傳統墨汁筆這一想法的。報紙用的油墨幾乎是在瞬間干燥，而且不會留下污跡。比羅發誓要將類似墨水應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的小金屬球。該金屬球將有兩個功能：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（一位化學家）向歐洲專利局申請了一個新專利，并生產了種商品化的圓珠筆——Biro圓珠筆。后來，英國政府購買了這個專利圓珠筆的使用權，使得這些圓珠筆可以被英國皇家空軍的機組人員使用。除了比傳統鋼筆更堅固以外，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，在第二次世界大戰中，這種圓珠筆由于其堅固性和適應戰場環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，并成功地投入商業生產，以代替當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“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。

1945年，支廉價圓珠筆生產了出來。當時，法國人馬塞爾·比希開發了一個制造圓珠筆的工業流程，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。消費者起初并不愿購買BIC圓珠筆，因為其他制造商已經在美國市場推出了很多圓珠筆。為了打消消費者的猶豫，BIC公司發起了一項激動人心的全國性電視活動，向消費者宣傳這種圓珠筆“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，競爭迫使每支筆的價格下降到了10美分以下。BIC公司每天會生產數百萬支圓珠筆！

圓珠筆是利用鋼珠的旋轉把油墨寫到紙上的一種書寫工具。第二次世界大戰后，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，“圓珠筆”與原子并無關系，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。圓珠筆之所以能夠寫字，是因為筆頭里的鋼珠在滾動時，能將速干油墨帶出來轉寫到紙上。據說，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，書寫的字數一多以后，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，但實質上是一種創新，是解決當時人們所不能解決的問題的思想上、方法上的創新。

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使用。據說匈牙利人比洛，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管用來書寫，就不易產生以前的毛病。后來，比洛把他的發明提供給英國皇家空軍，由英國一家飛機制造廠制出了批圓珠筆。直到第二次世界大戰，美國人采用了比洛的發明。1916年，德國人利斯勃設計的新型圓珠筆但沒有得到推廣。直到二次大戰爆發后，美國軍事工業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財機會，由于他頭腦活絡，重金邀人對利斯勃的筆作改進，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，很快風靡世界。

1948年，支國產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。

中國有關部門于2011年啟動了“制筆行業關鍵材料及制備技術研發與產業化”項目，撥款近6000萬元支持相關科研機構、企業針對中性墨水制造、筆頭不銹鋼線材、加工設備等開展科技攻關。經過不懈努力，項目于2015年“十二五”科技支撐計劃驗收，實現了一系列技術突破。長期以來，困擾中國制筆行業的“進口依賴”困局，開始被逐漸扭轉。

為了給數百億支圓珠筆安上“中國筆頭”，早在2011年就開啟了這一重點項目的攻關。

太鋼集團技術中心有檔次工程師王輝綿認為，鋼材要制造筆頭，必須用很多特殊的微量元素，把鋼材調整到不錯性能，微量元素配比的細微變化都會影響著鋼材質量，這個配比找不到，中國的制筆行業永遠都需要進口筆尖鋼。

為了提煉材料，太鋼集團技術中心有檔次工程師王輝綿說，因為開發這個產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沒法統計了。

筆頭產品的生產工藝是國外企業的核心機密，王輝綿他們必須自主開發一套少有的煉鋼工藝。沒有任何參考，只能不斷地積累數據、調整參數、設計工藝方法。

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”，相對應的鋼水里就要加入工業“添加劑”。普通的添加劑都是塊狀，如果能把塊狀兒變細變薄，鋼水和添加劑就會融合的更加均勻，這樣就可以增強切削性。

經過五年數不清的失敗，在電子顯微鏡下，太鋼集團終于看到了“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），如長時接觸被寫物，即使被寫物是紙張，球座也經不起磨損，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°是奡為理想的，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，從而提高/增加圓珠筆在良好的書寫狀態下延長使用壽命。

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的球珠不能復寫；0.5的球珠奡多復寫1張，不宜再多；0.7的球珠奡多復寫3張至4張，不宜再多，復寫時好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，對成膜劑有強的附著力，從而不滲透于紙張內部，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定性。本實驗所用物質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，和著色劑有強的附著力，在溶劑中溶解性好，且與其他成分相互穩定，能長期保存。本實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性，在書寫過程中能控制干燥速度。試驗表明，采用共溶劑要比單溶劑效果好，本實驗采用了溶劑A：溶劑B=1：1.5~2.5的共溶劑體系，其效果不錯。

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，使油墨中產生一種非均質結晶物質而堵塞通道，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。實驗中采用的緩蝕劑呈飽和狀態溶解在脂肪酸中，可達到防腐目的。

（2）抗氧劑、反干燥劑

圓珠筆油墨中產生凝聚堵塞物和晶冠的另一原因在于黃銅和界面發生氧化作用，并在溶液中產生銅、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，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，實驗表明，我們所用的抗氧劑效果良好。實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，在應用時還可以提高圓珠筆的性能，反干燥劑同時也是抗氧劑。