铅笔, 没你想的简单

2020-12-21 03:57张慧
发明与创新·大科技 2020年11期
关键词:凯西笔芯石墨

张慧

新学期已过半, 对于很多第一次走入校门的小朋友来说,铅笔是他们学习写字时拿起的第一支笔。

每年有上百亿支铅笔被源源不断地从工厂里制造出来,既稀松平常,又价格低廉。简单的木质笔杆包围着笔芯,最多在笔端加上一道金属压条,连接着一小块橡皮——铅笔的制作工艺看起来很简单,以至于我们忘了它其实是一种非常年轻的书写工具,制作一支铅笔又集合了多少人的智慧。

我们对铅笔的误解不少,它可没我们想的简单。

铅笔其实不含铅,但它为什么又由此得名呢?

铅笔的故事要从16世纪初说起,当时,英国坎伯兰地区有一个名为凯西克的小镇,当地的居民在偶然间发现了一种黑色矿物质,它的外表与铅相似,人们称它为“black lead”,意思是“黑色的铅”。于是之后用这种矿物质做成的笔,即使不含铅,也被叫成了“铅笔”。

其实,这种黑色矿物质就是铅笔笔芯的核心成分——石墨。凯西克小镇的居民随手拾起一小块石墨,发现手指被染色,于是就用它来给自家的羊做区分标记;还有人在盖房子打桩时用它来标记位置、在木头货箱上做标注……随时书写的便利让其很快流行开来,使用形式上也向一支笔靠近:把石墨块切割成细条,放置于挖出凹槽的方木杆中,然后削平冒出木杆的石墨条部分。凯西克镇成为了早期世界铅笔的制造中心,直到今天,小镇上还有一座用铅笔工厂改建成的凯西克铅笔博物馆。

石墨制成的铅笔墨迹清晰又容易修改擦拭,非常适合绘制炮弹模具之类精确的军事绘图。于是英国国王乔治二世宣布,把凯西克镇的矿区收归皇室所有,禁止出口,并派出武装部队对矿床进行严密看守。除了军事用途,铅笔还十分适合艺术家和设计师绘制草图,整个欧洲对铅笔的需求量都十分巨大,石墨的走私活动也开始出现。借由这种方式,铅笔悄悄流传,到16世纪60年代末,已经传遍整个欧洲。

然而,从16世纪到18世纪将近三百年的时间里,英国王室一直垄断着石墨的供给,今天平淡无奇的小小铅笔,在当时的欧洲各国都算是奢侈品。虽然商人在欧洲各处寻觅石墨的矿藏,但并不十分成功。即使在以采矿业著称的纽伦堡,虽然当地开采出石墨矿的消息曾轰动一时,但最终人们略带失望地发现:纽伦堡的石墨纯度远远低于英国的优质石墨,杂质较多,所以只能把石墨磨成粉末,加入硫磺、锑制成铅笔笔芯。这样的德国笔芯着色淡,书写效果远远比不上凯西克纯石墨制成的铅笔。但不管怎样,德国成为了世界上继英国之后又一能生产铅笔的国家。

直到拿破仑战争之前,法国铅笔完全依赖德国进口。然而受战争影响,德国的进口铅笔之路被堵死了。没有铅笔,会影响到法国建筑、产业设计图的制作,特别是当时最迫在眉睫的军事绘图,当时的法国军政部长委托一位名叫孔德的科学家,要求他务必研发出能够满足本国需求的铅笔。

孔德曾经是一名肖像画家,对铅笔和颜料再熟悉不过,基于对石墨性质的了解,他很快就找到了解决之道:在德国制造笔芯的基础上进行改良,把石墨粉与黏土混合,再在高温下烧制成笔芯。新的制造工艺不仅大大节约了石墨的使用,打破了英国对石墨的垄断地位,还顺便解决了纯石墨过软的问题,更重要的是:石墨和黏土的比例可以灵活调整,黏土比例越高,笔芯越坚硬,而石墨比例越高,笔芯黑度越高——由此可以组合出满足不同需求的铅笔类型。1795年,孔德为这一制芯方法申请了专利。直到今天,铅笔笔芯的制造仍然在沿用孔德的基本方法。

也就是说,现代意义上的铅笔出现的时间是在18世纪末,距今也不过200多年。比起毛笔、羽毛笔等书写工具,看似原始的铅笔其实很年轻。

欧洲虽然创造出当今铅笔的雏形,却没有实现量产,要论大规模量产,美国后来者居上。

独立战争后的美国工业仍未独立,就连铅笔这样简单的物件也要依赖欧洲进口。美国内战时期,士兵需要铅笔书写家信,工匠需要铅笔绘制图纸,最重要的军事绘图也需要大量的铅笔供应,正如拿破仑战争刺激了法国的铅笔制造,美国的铅笔工业也在南北战争中蓬勃发展起来。

拥有一座石墨加工厂的约瑟夫·迪克森,趁着南北战争对铅笔大量需求的机会,改石墨厂为铅笔制造厂。1872年,迪克森已经成为当时世界上最大的石墨消费商,铅笔日产量高达8.6万支。到了19世纪末,全球铅笔生产业的格局集中在美国与德国的竞争上,后者专注于生产高品质的昂贵铅笔,前者则把目光投向量产策略上,以量制价。美国有丰富的杉木资源,能以低价购得原料,更重要的是美国采用全自动铅笔机生产铅笔,在欧洲厂商生产一支铅笔的时间里,能一次制造出约50支铅笔。

随着时间的推移,简便又价格低廉的铅笔成为了一种跨阶级的书写工具。直到今天,铅笔仍然被企划者、绘图员、建筑师、工程师等青睐,代表着思想与创造力。小小一支铅笔曾经无比珍贵,来自历史必然与偶然的交织,铸成了铅笔的大简至美。

经典传承  中国制造书写太空

绿杆竹叶印花、刻有银白华表和烫金字体的中华牌铅笔,是无数人童年初学写字时握起的第一支笔,承载着几代中国人共同的书写回忆。看似简单的铅笔,曾在过去默默写下了一段民族制造的传奇故事。

20世纪30年代以前,中国的民族工业尚不足以支撑铅笔自主制造,铅笔消费完全依赖进口。之后陆续建立的铅笔制造厂大多采用进口笔芯和笔杆,在国内进行拼装。在日本的中国留学生吴羮梅,求學期间曾在一家日本铅笔工厂实习,1935年他回到上海,筹资建立了一家铅笔制造厂——中国铅笔一厂。这也是中国第一家能自制铅芯、笔杆及外观加工的铅笔制造工厂,生产出的铅笔就是后来的“中华铅笔”。

新中国成立以后,中华铅笔承载了国产绘图铅笔的研发任务,历经多年研发实验,终于在1954年研制出14种规格的高级绘图铅笔。1956年,国家轻工业部门制定了《铅笔生产工艺操作要点》,将一支铅笔从制芯、制杆到成品,历经的配料、辊轧、轧芯、烧芯、刨槽、胶芯、刨杆等15道大工序,80多个步骤予以细化和规范。

除了“人生第一笔”,中华牌铅笔还在2008年研制出“中华神七太空书写笔”。在克服了失重、震动、温差等一系列难题,经过长达三年的研发和环境指标的测试以后,一支在发射过程或者宇宙大环境下不会断裂,笔芯浓度稳定,笔杆方便宇航员戴着手套书写的太空笔诞生了。它随神舟七号载人飞船一起“上九天揽月”,帮助三位航天员记录下浩瀚太空。(据《北京日报》)

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