一种复合材料笔芯及其制备方法与流程

本发明属于笔芯制造技术领域，具体涉及一种复合材料笔芯及其制备方法。

背景技术：

现有的笔，包括水笔和铅笔已经普遍适用于生活中。在铅笔中，石墨中的碳原子是一层层排列的，层与层之间的结合力小，容易散开，作用到纸张或其他物体的表面，耐磨性差，消耗快。而且时间一长，容易留下斑斑点点的墨痕。并且由于石墨的硬度有限，容易出现笔芯断的问题。

对于一些特殊领域，如空间站、载人飞船所处的外太空，水笔已经不能使用，而铅笔笔痕太浅且容易扩散模糊。此外，在一些特殊材料的表面，如陶瓷、金属板等，使用现有的水笔或者铅笔都不好着色。

此外，还有一类笔芯由金属原料制成，这种金属笔芯突破了之前的石墨笔芯的限制，比铅笔笔芯的硬度大很多，耐磨性好，具有耐磨、不易折断的优点，但是黑度低。

技术实现要素：

本发明针对现有技术存在的不足，提供一种复合材料笔芯及其制备方法，本发明的复合材料笔芯耐磨性好，亮度和灰度高。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种复合材料笔芯，其原料按照质量份包括50-90份石墨粉、8-20份双酚a型不饱和聚酯树脂、3-8份沥青、0.1-3份铋粉、0.01-1份铟粉。

本发明进一步设置为，还包括0.1-2份镓粉、0.1-1份氧化铜粉末。

本发明进一步设置为，还包括0.1-0.5份甲氧基聚乙二醇。

本发明进一步设置为，所述锡粉、所述铋粉、所述铟粉、所述镓粉、所述氧化铜粉末的粒度均为10μm以下。

本发明进一步设置为，还包括0.1-0.3份炭黑。

本发明进一步设置为，所述石墨粉和所述炭黑的粒度为4μm以下。

本发明进一步设置为，其原料按照质量份包括80份石墨粉、12份双酚a型不饱和聚酯树脂、6份沥青、1.2份铋粉、0.8份铟粉、0.9份镓粉、0.3份氧化铜粉末、0.3份甲氧基聚乙二醇、0.2份炭黑。

本发明还提供了上述复合材料笔芯的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：先把原料按照比例混合均匀，在真空条件下进行预热，预热温度为150-280℃，然后在310-340℃的碳保护下进行煅烧；

步骤二：将煅烧后的物料压注成型，然后进行退火，即得到复合材料笔芯粗料。

优选的，预热时间为3-6小时。

优选的，退火温度为100-120℃，退火时间为2-4小时。

本发明中的复合材料笔芯采用复合材料，内部的四面八方的力比石墨层与层之间的力大，通过摩擦纸张等物体，表层的复合材料层能脱离内部的材料，很好的附着在纸张或者其他物体上，且不容易再发生进一步的扩散。以石墨粉、双酚a型不饱和聚酯树脂、沥青、铋粉、铟粉为基本组分，具有很好的色度和润滑性，进一步引入炭黑，能进一步地增加色度和润滑性，提高加工性能。整体上来看，本发明的复合材料笔芯的整体可调范围变大。引入甲氧基聚乙二醇，增加分散作用，也使得加工性能更好。

本发明具有以下有益效果：

(1)均采用环保材料，对环境无污染，对人体无伤害；

(2)耐磨度高，远远大于铅笔，并大于金属笔芯，书写10000米磨损大概1.3毫米；

(3)亮度和灰度高；

(4)核心的流动性高，润滑度高；

(5)不易氧化，防腐蚀，稳定性好，不会变色；

(6)可用作笔芯使用，笔尖坚固，书写过程中没有粉末掉落，安全可靠；书写流畅；字迹保存时间长，不易变形；

(7)硬度可达hb级别，能用于一般的考试机读用笔；

(8)金属笔头依靠氧化变色，本发明的复合材料笔芯仅依靠摩擦着色，能应用与很多金属笔头不能使用的场合，如黄色纸张、陶瓷釉层、木质材料以及其他颜色或者材料的表面上，且金属笔头不易用橡皮擦擦掉，本发明的复合材料笔芯容易用橡皮擦轻松擦干净。

附图说明

图1为本发明的复合材料笔芯与对比例2的金属笔芯的测试图。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种复合材料笔芯，其原料按照质量份包括76份石墨粉、17份双酚a型不饱和聚酯树脂、3份沥青、0.1份铋粉、0.9份铟粉。

本发明还提供了上述复合材料笔芯的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：先把原料按照比例混合均匀，在真空条件下进行预热3小时，预热温度为150℃，然后在310℃的碳保护下进行煅烧；

步骤二：将煅烧后的物料压注成型，然后在115℃退火2.5小时，即得到复合材料笔芯粗料。

实施例2

一种复合材料笔芯，其原料按照质量份包括67份石墨粉、14份双酚a型不饱和聚酯树脂、8份沥青、3份铋粉、0.5份铟粉、0.1份镓粉、0.1份氧化铜粉末。

其原料按照质量份包括80份石墨粉、12份双酚a型不饱和聚酯树脂、6份沥青、1.2份铋粉、0.8份铟粉、0.9份镓粉、0.3份氧化铜粉末、0.3份甲氧基聚乙二醇、0.2份炭黑。

本发明还提供了上述复合材料笔芯的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：先把原料按照比例混合均匀，在真空条件下进行预热6小时，预热温度为200℃，然后在340℃的碳保护下进行煅烧；

步骤二：将煅烧后的物料压注成型，然后在100℃退火4小时，即得到复合材料笔芯粗料。

实施例3

一种复合材料笔芯，其原料按照质量份包括90份石墨粉、12份双酚a型不饱和聚酯树脂、5份沥青、0.7份铋粉、1份铟粉、0.5份甲氧基聚乙二醇。

本发明还提供了上述复合材料笔芯的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：先把原料按照比例混合均匀，在真空条件下进行预热3小时，预热温度为280℃，然后在330℃的碳保护下进行煅烧；

步骤二：将煅烧后的物料压注成型，然后在110℃退火3小时，即得到复合材料笔芯粗料。

实施例4

一种复合材料笔芯，其原料按照质量份包括70份石墨粉、8份双酚a型不饱和聚酯树脂、5份沥青、3份铋粉、0.08份铟粉、2份镓粉、1份氧化铜粉末、0.1份甲氧基聚乙二醇、0.3份炭黑。

本发明还提供了上述复合材料笔芯的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：先把原料按照比例混合均匀，在真空条件下进行预热5小时，预热温度为190℃，然后在320℃的碳保护下进行煅烧；

步骤二：将煅烧后的物料压注成型，然后在100-120℃退火2-4小时，即得到复合材料笔芯粗料。

实施例5

一种复合材料笔芯，其原料按照质量份包括50份石墨粉、20份双酚a型不饱和聚酯树脂、7份沥青、2.6份铋粉、0.01份铟粉、0.9份镓粉、0.5份氧化铜粉末、0.4份甲氧基聚乙二醇、0.1份炭黑。

本发明还提供了上述复合材料笔芯的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：先把原料按照比例混合均匀，在真空条件下进行预热3-6小时，预热温度为160℃，然后在330℃的碳保护下进行煅烧；

步骤二：将煅烧后的物料压注成型，然后在110℃退火4小时，即得到复合材料笔芯粗料。

实施例6

一种复合材料笔芯，其原料按照质量份包括80份石墨粉、12份双酚a型不饱和聚酯树脂、6份沥青、1.2份铋粉、0.8份铟粉、0.9份镓粉、0.3份氧化铜粉末、0.3份甲氧基聚乙二醇、0.2份炭黑。

本发明还提供了上述复合材料笔芯的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：先把原料按照比例混合均匀，在真空条件下进行预热4小时，预热温度为170℃，然后在320℃的碳保护下进行煅烧；

步骤二：将煅烧后的物料压注成型，然后在120℃退火2小时，即得到复合材料笔芯粗料。

对于实施例6中得到的粗料，其硬度相当于铅笔硬度中的hb级别，能用于一般的考试机读用笔。

将上述实施例作为实验例，以铅笔为对比例1，以合金笔芯(质量比为40/60的锡铋合金)为对比例2。选用型号为bjc01圆珠笔试写机，设定转速为每分钟60圈，铅笔在开始试验后很快磨损完毕，继续将实验例和对比例2进行5小时实验，笔芯长度变化如下表所示。

有上图的数据表明本发明的各个实施例均比对比例2具有更好的磨损性能，根据磨损率大致计算得到，同等长度的本发明的复合材料笔芯的使用寿命相当于对比例2的金属笔芯的1.5倍左右。另外，使用本发明的复合材料笔芯书写10000米磨损大概1.3毫米长度，耐磨耐用。

此外，由图1可以看出，本发明的复合材料笔芯(以实施例6为例)的黑度大于对比例2的金属笔芯。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。