圆珠笔的笔头与油墨(墨水)的匹配问题探讨.pdfVIP

维普资讯 试验研究 固殊笔的笔势与油墨 (墨水)的匹配 题探讨 上海中韩晨光文具有限公司 姚鹤忠 一 、 前言 为了分析圆珠笔的供墨系统和出墨系统，有必 圆珠笔问世至今才6O多年时间，已发展成为除 要了解流体力学中的几个基本概念。 木杆铅笔之外数量最大的笔类产品，并且品种门类 1．流体 的粘性(z’： 也 日益壮大。在最初 的用高粘度油性油墨作为书写 流体的粘性是流体的一种物理特性，它表示流 介质的圆珠笔的基础上，于上世纪六十年代发明了 体各部分之间动量传递的难易程度，反映了流体抵 用低粘度水性墨水作为书写介质的水性圆珠笔 (滚 抗剪切变形的能力。实际流体都是有粘性的，流体 珠笔)，进而于上世纪九十年代发明了用介于高粘度 的粘性用粘度系数 来衡量，有些流体 值很大， 油性油墨和低粘度水性墨水之间的中粘度凝胶状水 如蜂蜜、油等；有些流体 值则很小，如空气和水。 性墨水的中性墨水笔。据统计 2004年我国圆珠笔的 根据牛顿的粘性定律，流体的粘性大小不能单 产量达到9O亿支 (其中中性墨水笔4O多亿支)，同 纯的看其粘度系数的大小，还必须看其流场中速度 比增长21％：笔芯 110多亿支，同比增长 2O％；圆 梯度的大小。因此，有如下的牛顿公式： 珠笔的销售额达到49亿元人民币，占整个笔类产品 r= (du／dy) (2．1) 总销售额的43．4％。(1’ r——剪应力 ——粘度系数 du／dy——速 圆珠笔的笔头与油墨 (墨水)的匹配问题，是 度梯度 (亦可称为剪切应变率) 一 个比较复杂的技术难题，自圆珠笔问世以来始终 2．非牛顿流体()： 存在。油性油墨经过 6O多年的发展 。技术质量 已比 由实验所得的牛顿粘性定律并非对所有流体都 较稳定，加上油性圆珠笔绝大多数都是价格低廉的 成立 ，能满足这一定律的流体只是一些分子结构简 产品，消费者也已认可其性能特点，随着消费水平 单的流体，如空气、水等，而很多流体的剪应力与 的提高。对书写寿命的要求 由最重要降为次要其至 剪切应变率之间不满足线性关系 (2．1)式。通常 是一般的要求，因此，笔头与油墨的匹配问题的矛 将剪应力与剪切应变率之间满足线性关系的流体称 盾并不突出。而水性墨水发展历史更长，也 比较成 为牛顿流体，而把不满足这一关系的流体称为非牛 熟，所以水性圆珠笔的匹配问题相对而育似乎是笔 顿流体。 头与引水芯及储水器 (储水芯)的配合更重要。中 非牛顿流体的剪切应变率 与剪应力r的关系 性墨水笔的发展历史最短 ，发展速度也是最快 的， 常用下式表示 ： 由于工艺技术尚未完全成熟，产品质量的稳定性还 7。=f(r) (2．2) 不够，于是笔头与墨水的匹配问题矛盾最为突出。 对牛顿流体，r／y。表示为粘度系数 ，而对非牛 本文试图通过对生产实践和各种试验的现象与 顿流体则表示为表观粘度_rl。 结果进行分析，对圆珠笔的笔头与油墨 (墨水)的 _rl=r 。 (2．3) 匹配问题，特别是中性墨水笔笔头与墨水的匹配提 _rl与 不同，_rl不是一个物质常数，它既与y。有 出一些想法和建议，也许不够成熟，其至会有错误 关，又与r有关。但_rl与 有相同的量纲。 存在，但是，本着抛砖引玉、共同探讨的目的还是 3．低 雷诺数流动()： 发表此文，以期得到行业同仁的指正。