对《圆珠笔油墨》的质量分析Microsoft Word 97 - 2003 Document.doc

近几年来，许多生产圆珠笔芯厂商和生产圆珠笔用油墨厂商矛盾不断，打官司的单位也不少，本人也到法庭上作过证人，因此我们技术人员再三强调，圆珠笔一般笔杆、笔套、笔芯和有关传动装置的零件组成，其中笔芯是决定圆珠笔书写质量的关键部件，笔芯是由球珠、球座体、油管、油墨和浮塞所组成。鉴于目前许多笔芯的生产厂商为了降低成本，提高产品价格的竞争力，不断地少加油墨和缩小油管的内径尺寸，油管内径尺寸由原来的22mm缩小到现在的14mm。个别的厂商将油管内径尺寸小于14mm。由于油管内径尺寸变小，所以浮塞一道工艺也免了。浮塞对圆珠笔芯起到了对油墨溶剂的挥发、干燥结膜起到保护作用，也可以防止油墨吸潮，防止油墨氧化，所以油管内径尺寸太小，更容易造成书写时断线，因为油墨流动时阻力增加，单位时间内的流量大幅度减少，特别是在气温偏低的时候，油管内径尺寸太小的唯一好处是使油墨在没有浮塞的情况下不倒流，而且不冒油。万里笔业有限公司的研发人员做了一个实验，在相同的环境温度和湿度，相同的油墨粘度，不同的油管内径尺寸，实验前在三支不同内径尺寸的油管中注入相同高度的油墨，同时垂直竖立，让油墨在重力作用下流到另一端，所流过的距离也相同，都为75mm，则油管内径尺寸183mm(铜头后外圆195mm)，流完全程用时23分6秒钟，油管内径尺寸141mm(铜头后外圆162mm)，流完全程用时35分30秒钟。两支油管在单位时间内的流量分别是：内径尺寸141mm：0705zX314X75355min=330mgrain； 内径尺寸 183mm： 0915x0.915X 314 X75231min=854mgmin。实验结果说明油管内径尺寸太小，则单位时间的流量将大大降低。 讨论： 如果用手快速划线可 300 圈分钟二2700cmmin=27mmin；划100m约用4min，根据笔芯1Omm球珠的出墨量要求16mg100m，而划线机100m耗时23分钟，即45mmin，那么即使没有铜头，油管中的油墨也来不及供应，更不用说内径尺寸小的油管相差会更大，贮存墨量的减少，使笔芯更容易干涸，那么保质期也会缩短。以常用的106型笔芯为例，内径尺寸14mm的贮墨量为：笔芯底面积X油墨高度X油墨比重，即07X0.7X314X90X117=180mg=018g。由此可见贮墨量相差很大，因为一滴水容易干，而一杯水不容易干，当油管中某一部分溶剂挥发后，溶剂浓度高的地方向浓度低的地方迁移，扩散、渗透作用严重受阻，会引起局部干燥，更何况圆珠笔用油墨是具有一定粘度的浆状物。 圆珠笔用油墨是粘性溶液，粘度为5012PaS，表面张力33X10248X10-=Nm，PH值7015，这样的技术指标符合QBT194692标准。油墨配方中，树脂、增稠剂、溶剂以及添加剂等基本是无色的，油墨中的着色剂主要是染料。染料是圆珠笔用油墨中用于书写材料必须具备的可见性及其耐久保持性的主要组成，增稠剂都是亲水性高分子化合物，也称水溶胶，按其来源可分为天然和化学合成(包括半合成)两大类，其它助剂的用量很少，但对于提高油墨的综合性能起着十分重要的作用，尤其是树脂质量的好坏，对油墨质量好坏有密切的关系。圆珠笔用油墨主要质量指标按QBT194692检测，有外观、具有一定粘度的浆状物，无结膜、分层、胶化及严重花纹等现象，耐水性线迹浓度变化率不大于250，耐晒性线迹浓度变化率不大于60，纯洁度、腐蚀性要书写正常，耐温性要不变质，含水率1，比重11001300，表面张力、PH值、粘度等文中已述，标准中还规定不同特性油墨应有不同的PH值范围，粘度应按用户要求提供不同粘度值的油墨。油墨首先要长期稳定，要具有一定的流动性和粘稠性，才能正常书写，染料和树脂溶解在溶剂中，遇到纤维胶质、染料和树脂即吸附于表面，而溶剂被展开挥发去，油墨的性质对笔芯书写性能有很大的关系。一般要求： 一、油墨在笔芯中贮放时间长，在贮存及书写过程中，溶液必须稳定，不发生沉淀结晶。油墨中有杂质，粘度大腐蚀性大，化学稳定性差、变质，都会造成笔芯写不完、写不出的质量问题。油墨变质硬化，油墨内有气泡或杂质造成油墨脱节和拔节，致使油墨失灵而造成书写不好。按QBT194692技术要求，取2只玻璃小瓶，分别装入67ml被测油墨，加盖密封，分别放置602恒温烘箱中和152冰箱中，240h取出后，立即在显微镜下检测，以无结晶、分层、胶化等变质现象为合格。 纯洁度试验指示检验油墨中悬浮颗粒对书写性能影响的试验。按标准试验方法522中的方法步骤取十支出墨正常笔芯，在离心沉淀机上以3050ms线速度离心12h，(每次6h，规定在48h内离心完毕)，然后在书写上，笔芯与纸呈4510书写角度，不大于01ms的速度徒手划线，划中20中25mm圈100个，并且以最初五个圈内开始出墨，五个圈以后不出现断线为合格。 二、油墨对纸张、笔头、球珠要具有很好的湿润性，并且对纸张的润湿性及油墨本身的凝聚力为大，才能使油墨从球珠上移向纸面，不然有可能出现虚线、断线写不上打滑等现象，油墨对纸的润湿性油墨对球珠的润湿性油墨对球座体的润湿性。无论是油墨对纸与球珠，球珠与球座体的润湿差一个最佳值，其润湿性则不同，不同的表面状态，即粗糙度系数值的变化，其接触角的余弦值也随之变化，当纸张上含有不同介质时，其润湿性会发生很大的变化，所以对纸来说，润湿不仅取决于纸张的性质，有时也会取决于介质。如：纸张含有油类介质时会使纸张失去毛细管作用，就产生打滑，反之纸张含有水，醇类介质，使纤维润湿，书写时润湿性会更好，所以粘着剂的极性在纸张上润湿以后的毛细管渗透过程中具有特殊的意义。根据上述分析可知油墨对纸、球珠、球座体的润湿作用，对圆珠笔书写性能有密切关系，润湿剂和分散剂，般使用阴离子及非离子型、复合型的效果更好。 三、油墨随气温变化而引起的粘度变化，必须尽可能缩短，才能使供墨出墨储墨系统的稳定性好，笔芯的供墨系统由油管和球珠、球座体的中眼和小眼所组成，供墨系统必须有足够的流量来满足书写的需要。如果供墨系统的流量小于出墨系统的流量，书写时就会出现断线现象，油孔的供量情况和孔径大小深浅及油墨的粘度大小有关，油孔粗而短及油墨粘度低，则油墨在油孔中流得慢。油墨的粘度随气候、温度的变化而变化，温度高，粘度低，温度低，粘度高，差距比较大，气温每相差5，粘度的数值有时可以相差一倍，而油孔的尺寸随气温变化相差极少。因此我们在不同的气候条件下书写，油墨在同一油孔中流动，其流动速度是相差很大。所以，对油孔的口径大小一定要配合油墨的粘度值，限制在一定的范围之内，要达到理想的粘度比，选择适宜的增稠剂，并十分细心地调配，是非常关键的技术。增稠剂种类很多，以天然的胶质和化学有机合成高分子化合物为常用，天然增稠剂主要有天然胶质物如：糊精、动植物胶类、化学合成类，增稠剂主要是水溶性高分子树脂，如聚丙烯酸树脂、半合成类增稠剂主要有半合成纤维素等，丙烯酸类型都有较好的假塑性，很有利于研制有特殊性能要求的油墨。按QBT1946-94技术要求，取被检油墨置入旋转粘度机的量筒内，使量筒与恒温水浴器接通，调节水浴器的温度至2505，然后调节粘度计至工作状态后进行测定，粘度值达到50120PaS为合格，当然也可以按用户要求提供不同粘度值的油墨。 四、一般书写基质的表面张力值在3540mNm，只有墨水的表面张力小于书写基质的表面张力，才能形成无斑点的有效覆盖，墨水的表面张力越低，有利于得到对书写基质较全面的覆盖，以提高书写质量，但过低的表面张力难以形成墨滴、易漏，易在笔头形成污点，一般应控制在35Mnm左右。墨水在书写基质的表面性能书写质量的好坏问题，大都可以归结为表面张力问题，按QBT194694技术要求，环境温度252，吊环式界面张力仪，精度值01，33X10248X102Nm为合格。 油墨对油管的润湿性应该小一些，使油墨不容易倒流，圆珠笔用油墨是一种粘性溶液，当被力作用时，油管内油墨依靠重力流向笔头，而在静置的时候，它受到两种力的作用而保持平衡，一是向下的压力，另一点是向上的表面张力。油墨的表面张力随温度的变化较小，此外还有抵抗变形的粘性阻力，才能油墨粘着在油管内不流动，假使油管后部向下的力大于向上的力，就要产生倒流。所以要达到储墨稳定，必须先认识油墨的表面张力，粘度及对油管，笔头边界面上的粘着力毛细现象。在温度20比较不同油墨同溶剂的表面张力，蓖麻油酸3581mNm，苯甲醇394mNm，乙二醇477mNm，油酸3250rnNm，甘油634mNm，水7275mNm。液体表面层的分子受到液体内部分子的吸引力， 也受到液面外气体分子的吸引力，液体内部分子对液体表面分子的吸引力大，而液面外的气体分子对液体表面分子吸引小，液体表面层的分子受到向内的拉力，所以流体的自由表面都有向内收缩的趋势，促使液体表面收缩的力，就是表面张力。特定的表面张力的形成取决于油墨体系所用的组成成分，表面活性剂的种类，结构，用量等等，是一个综合复杂的问题，需要全面考虑。滴水放在块涂过石蜡的玻璃板上，也能聚集成球形，这就是不同液体在不同的固体上，有不同的湿润性能，凡湿润性能良好就容易展开来，反之不易展开而聚集起来，不同油墨在不同的固体表面，也有不同的湿润情况。油墨由于高粘稠度，所以使用的助剂，溶剂要为极性大，湿润效果特别显著的醇类，有机醚类为主，以有效地打破油墨交结物的牵扯力，还可以选择适合颜料分散的有机溶剂等，也可以辅配一定量的表面活性剂，来调整油墨的性能，连续书写性能及出墨量。 五目前正在形成一种恶性循环，笔芯断线一缩短油孔或扩大油孔一油墨提高不冒油性能一笔芯更易断线，在此行家认为光靠油墨去解决不冒油不全面的。冒油的主要原因有三个：1油墨的不冒油性能，2铜头的结构，油眼小而长的笔头更不易冒油，1Omm球珠比07mm更易冒油，就是因为07mm球珠的笔头油眼直径04mm，而1Omm球珠的笔头油眼直径从045mm至055mm不等，油眼的长度应是0709mm。但为了改善不断线性能，许多厂商油眼长度是06mm，所以更易产生冒油现象，行家认为油眼缩小到045mm，油眼长度达07mm以上，通过铜头结构来解决冒油是上策。3笔芯的收口对笔芯的冒油很重要，圆珠笔用油墨是精细化工产品，油墨贮存过程中了要防止水、杂质混入还应防止日晒，汽油、酒精对油墨有严重的破坏作用，所以在用汽油、酒精清洗笔芯后必须划线，而且要有适当的长度，将笔尖碗口内已破坏的油墨划清带出，以免笔芯初写困难和不能书写。所以厂商在新进油墨时，应先检验油墨，再试生产笔芯，待笔芯测试合格后再扩大生产，否则会产生不必要的损失和麻烦，原因是各种油墨的不冒油性能有差异，铜头的质量也会有差异。 六油墨对笔头、球珠、油管理应不起化学作用，有较强的着色力，根据要求和配方的不同，颜料和染料都可以作为油墨着色剂。颜料包括无机颜料如碳黑、氧化钛、氧化铁红、金属粉等和有机颜料，如酞青绿、颜料红、颜料黄、颜料橙、颜料紫等等。酸性染料，直接染料等都可以用在油墨中，但为了获得较好的耐水性，主要选择直接染料，如直接黑、直接黄，直接红，直接蓝等等，还必须有一定的耐光性、耐水性、耐溶剂，才能使字迹长期保存。按IS012757-2：1998圆珠笔和笔芯技术要求，选用至少十支最近生产的，但尚未使用的圆珠笔芯，水平贮存在温度402，相对湿度555的环境下九十天后达到在20cm内应该能开始平滑书写，并书写距离应大于或等于300m，且无明显断线或线条强度影响。按QBT1946-92圆珠笔用油墨技术要求，按522中b方法与步骤制取试样纸，将试验样纸露置在无阳光直射的室内二十四小时后在光电比色计上测试试样线迹浓度吸收率，作为试样前试样线迹浓度吸收率然后放入日晒牢度仪中曝晒七十