一种皮芯结构环保高分子笔头制造工艺的制作方法

本发明涉及制笔领域，具体涉及一种皮芯结构环保高分子笔头制造工艺。

背景技术：

笔是一种日常生活中用于书写的工具，而笔头作为笔的主要部分，安装于笔的前端，用于聚集墨水，使墨水能够书写于纸面上。传统的笔头将由纤维丝加热初定型后浸胶，二次烘干并固化，利用胶水的黏性将纤维丝束进行加固，保证其在书写过程中不变形。然而，该种加工方式存在一定弊端，由于胶溶液的有机溶剂会受热挥发，易造成环境污染，且在加工过程中存在多次加热工序，会消耗大量能源，造成能源浪费。

为了解决上述问题，笔业科研人员研发了一种新型的笔头，即由皮芯复合纤维丝所复合的复合纤维丝束加工而成，各皮芯复合纤维由芯层纤维和皮层纤维构成，通过加热皮层纤维使其熔化或半熔化，在芯层纤维间形成固定层，由皮层纤维替代之前胶水的功能使芯层纤维得到固定。该种笔头所选用的材料为现成的用于包装、纺织的皮芯结构的复合纤维丝束，由于未针对笔头使用进行优化，在书写时易出现断墨的情况，原因主要集中于以下方面，①由于应用于包装、纺织领域，为满足高强度要求，皮芯厚度比往往较高，一般在50/50~40/60，这就导致用于聚集墨水的芯层传输墨水由于截面积过小受到阻碍；②同一复合纤维丝束内的皮芯复合纤维丝排布比较无序，成型后的通孔也无序的排布导致出墨不畅，影响书写效果；③吸水率低下，引水时间长；④材料的选择，皮芯结构的复合纤维的皮层采用聚酯材料，芯层选用腈纶或涤纶，亲水性较差，硬度较硬，不适合用于书写。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种针对笔头制造进行优化，使笔头具有书写效果好、使用省力的优点的皮芯结构环保高分子笔头制造工艺。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

第一步，选料，选用尼龙6作为皮层纤维，尼龙66作为芯层纤维；

第二步，复合，通过复合纺丝法将皮层纤维附着于芯层纤维外周，形成皮芯复合纤维丝，皮层纤维与芯层纤维的厚度比为15/85—5/95；

第三步，并股，选取若干皮芯复合纤维丝并股形成复合纤维丝束；

第四步，抖丝，将单股的复合纤维丝束高频反复震动，直至各皮芯复合纤维丝震动至均匀排布；

第五步，成型，将复合纤维丝束经热成型装置加热，加热温度为170℃~230℃，使皮层纤维熔化，各皮芯复合纤维丝的皮层纤维粘合，成型至棒料；

第六步，表面处理，采用亲水基表面活性剂对复合纤维丝束外周进行表面处理，形成表面亲水层；

第七步，切割，将棒料切割成段，各段形状与所需加工笔头形状相适配；

第八步，研磨，对笔头端部进行研磨整形。

通过采用上述技术方案，优点如下，

①复合，选择复合纺丝法作为复合方法，即将两种不同化学组成的纤维流体熔化根据特殊配比喷丝头制得不同组分的复合纤维，采用该种复合方法，可按需准确调整皮层纤维与芯层纤维的厚度比，针对笔头的使用特性，降低皮层纤维与芯层纤维的厚度比，调整至15/85—5/95，使用于流通墨水的芯层纤维的截面积大大提升，进一步优化出墨及书写的流畅性，同时避免笔头过硬；

②抖丝，在成型之前进行抖丝，使单股的复合纤维丝束的各皮芯复合纤维丝能够均匀排布，从而使复合纤维丝束成型后的通孔排布更为均匀，该通孔用于辅助墨水的输送，均匀的排布使笔头更处的墨水输送更为均匀，但应用于墨水为彩色的笔头时，可保证笔头书写各处的颜色浓淡保持一致，保证书写效果；

③成型，根据尼龙6和尼龙66的熔点，优选220℃~230℃作为成型温度，能够使皮层纤维呈半熔的状态时芯层纤维保持不变，且该温度下尼龙6具有微量的流动性，对相邻皮芯复合纤维丝间的间隙进行微量补偿，成型后具有整体的结构分布及外观，避免二次加工所带来的不便，提高生产效率；

④表面处理，亲水基团常为极性基团，如羧酸、磺酸、硫酸、氨基或胺基及其盐，羟基、酰胺基、醚键等也可作为极性亲水基团，使棒料界面状态发生明显变化，吸水率大大增加，从而缩短引水时间，进一步优化出墨及书写的流畅性；

⑤研磨，将笔头端部整形的同时将少量结构进行破坏，使墨水能够在端部停留，避免端部出水过快的同时保证墨水浓度。

综上所述，本发明的皮芯结构环保高分子笔头制造工艺针对笔头的使用场合及使用要求针对性的进行优化，具有传统皮芯复合纤维丝所不具备的书写效果好、使用省力的优点，使皮芯复合纤维丝正式作为一种优秀的笔头材料投入大规模的生产。

进一步设置，所述的芯层纤维的材质为尼龙6，所述的皮层纤维的材质为尼龙66。

作为纤维材料的优选，选用尼龙6作为皮层纤维，尼龙66作为芯层纤维，选择两者进行组合，因为尼龙6和尼龙66的弹性好，在纸面与笔头接触时书写者手部获得更好的力度反馈，能够提高较好的书写体验，即使长时间书写也不会感到手酸，而且两者的熔点差距较大，在加热时易于把控温度，降低对加工设备的加工要求，降低加工成本，针对尼龙6作为皮层纤维，优秀的耐磨性使其作为黏着作用的同时也作为芯层纤维的保护层，避免芯层纤维受到磨损，而针对尼龙66作为芯层纤维，优选的亲水性使其能够快速吸收足量墨水，在书写过程中及时进行补充，保证出墨及书写的流畅性，即笔迹的连续性；

进一步设置，所述的芯层纤维的材质为聚酯或pp或pe或腈纶，所述的皮层纤维的材质为聚酯或pp或pe。

通过采用上述技术方案，现有材料可自由进行组合，形成不同的复合纤维结构。

进一步设置，所述的复合纤维丝束通过具有三个温区的热成型装置进行加热，依次为温度为170℃~175℃的预热区，温度为220℃~230的成型区，210℃~220℃的稳定区，热成型装置相对复合纤维丝束输送方向前后分别放置有牵引复合纤维丝束的前牵引装置及后牵引装置，后牵引装置的牵引速度大于前牵引装置的牵引速度。

通过采用上述技术方案，先由预热区对皮层纤维进行预热，使皮层纤维外侧及内侧温度均匀上升，再在进入成型区，皮层纤维外侧及内侧软化更为同步，迅速将芯层之间的间隙进行填充，且填充效果较为均匀，最后进入稳定区，利用持续的中高温使皮芯结构更为稳定，此外，后牵引装置的牵引速度大于前牵引装置的牵引速度，使软化后的皮层纤维因速度差受到收束力的均匀收束作用，使整体强度进一步提高。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述。

附图说明

图1为本发明具体实施方式的步骤示意图；

图2为本发明具体实施方式中皮芯复合纤维的结构示意图；

图3为本发明具体实施方式中复合纤维丝束的结构示意图；

图4为本发明具体实施方式中热成型装置及牵引装置的结构示意图。

具体实施方式

如图1—图3所示，本发明公开了一种皮芯结构环保高分子笔头制造工艺，

第一步，选料，选用尼龙6作为皮层纤维1，尼龙66作为芯层纤维2；

第二步，复合，通过复合纺丝法将皮层纤维1附着于芯层纤维2外周，形成皮芯复合纤维丝3，皮层纤维1的厚度2a与芯层纤维2的厚度2b比为15/85—5/95；

第三步，并股，选取若干皮芯复合纤维丝3并股形成复合纤维丝束4；

第四步，抖丝，将单股的复合纤维丝束4高频反复震动，直至各皮芯复合纤维丝3震动至均匀排布；

第五步，成型，将复合纤维丝束4经热成型装置加热，加热温度为170℃~230℃，使皮层纤维1熔化，各皮芯复合纤维丝3的皮层纤维1粘合，成型至棒料；

第六步，表面处理，采用亲水基表面活性剂对复合纤维丝束4外周进行表面处理；

第七步，切割，将棒料切割成段，各段形状与所需加工笔头形状相适配；

第八步，研磨，对笔头端部进行研磨整形。

上述步骤优点如下，①选料，选用尼龙6作为皮层纤维1，尼龙66作为芯层纤维2，选择两者进行组合，因为尼龙6和尼龙66的弹性好，在纸面与笔头接触时书写者手部获得更好的力度反馈，能够提高较好的书写体验，即使长时间书写也不会感到手酸，而且两者的熔点差距较大，在加热时易于把控温度，降低对加工设备的加工要求，降低加工成本，针对尼龙6作为皮层纤维1，优秀的耐磨性使其作为黏着作用的同时也作为芯层纤维2的保护层，避免芯层纤维2受到磨损，而针对尼龙66作为芯层纤维2，优选的亲水性使其能够快速吸收足量墨水，在书写过程中及时进行补充，保证出墨及书写的流畅性，即笔迹的连续性；

②复合，选择复合纺丝法作为复合方法，即将两种不同化学组成的纤维流体熔化根据特殊配比喷丝头制得不同组分的复合纤维，采用该种复合方法，可按需准确调整皮层纤维1与芯层纤维2的厚度比，针对笔头的使用特性，降低皮层纤维1与芯层纤维2的厚度比，调整至15/85—5/95，使用于流通墨水的芯层纤维2的截面积大大提升，进一步优化出墨及书写的流畅性，同时避免笔头过硬；

③抖丝，在成型之前进行抖丝，使单股的复合纤维丝束4的各皮芯复合纤维丝3能够均匀排布，从而使复合纤维丝束4成型后的通孔7排布更为均匀，该通孔5用于辅助墨水的输送，均匀的排布使笔头更处的墨水输送更为均匀，但应用于墨水为彩色的笔头时，可保证笔头书写各处的颜色浓淡保持一致，保证书写效果；

④成型，根据尼龙6和尼龙66的熔点，优选220℃~230℃作为成型温度，能够使皮层纤维1呈半熔的状态时芯层纤维2保持不变，且该温度下尼龙6具有微量的流动性，对相邻皮芯复合纤维丝3间的间隙进行微量补偿，成型后具有整体的结构分布及外观，避免二次加工所带来的不便，提高生产效率；

⑤表面处理，亲水基团常为极性基团，如羧酸、磺酸、硫酸、氨基或胺基及其盐，羟基、酰胺基、醚键等也可作为极性亲水基团，使棒料界面状态发生明显变化，吸水率大大增加，从而缩短引水时间，进一步优化出墨及书写的流畅性；

⑥研磨，将笔头端部整形的同时将少量结构进行破坏，使墨水能够在端部停留，避免端部出水过快的同时保证墨水浓度。

综上所述，本发明的皮芯结构环保高分子笔头制造工艺针对笔头的使用场合及使用要求针对性的进行优化，具有传统皮芯复合纤维丝3所不具备的书写效果好、使用省力的优点，使皮芯复合纤维丝3正式作为一种优秀的笔头材料投入大规模的生产。

芯层纤维的材质为聚酯或pp或pe或腈纶，皮层纤维的材质为聚酯或pp或pe，现有材料可自由进行组合，形成不同的复合纤维结构。

如图4所示，复合纤维丝束通过具有三个温区的热成型装置7进行加热，依次为温度为170℃~175℃的预热区71，温度为220℃~230的成型区72，210℃~220℃的稳定区73，热成型装置相对复合纤维丝束输送方向前后分别放置有牵引复合纤维丝束的前牵引装置81及后牵引装置82，后牵引装置的牵引速度大于前牵引装置的牵引速度，先由预热区对皮层纤维进行预热，使皮层纤维外侧及内侧温度均匀上升，再在进入成型区，皮层纤维外侧及内侧软化更为同步，迅速将芯层之间的间隙进行填充，且填充效果较为均匀，最后进入稳定区，利用持续的中高温使皮芯结构更为稳定，此外，后牵引装置的牵引速度大于前牵引装置的牵引速度，使软化后的皮层纤维因速度差受到收束力的均匀收束作用，使整体强度进一步提高。