签字笔、耐磨笔头及其制作工艺

本发明属于书写或绘图器具，特别涉及一种签字笔、耐磨笔头及其制作工艺。

背景技术：

1、太空笔是为宇航员设计的专用笔，能够在无重力的条件下使用。一般的钢笔和圆珠笔在太空舱环境内使用风险很大，无法在无重力状态下使用，为解决此问题，美国开发出了太空圆珠笔，但是存在结构复杂，售价高的问题；中国也提出了太空中性笔、太空圆珠笔、多功能太空笔等不同原理的太空笔，诸如专利授权号为“zn 210881422 u”的一种太空笔芯、专利授权号为 “zn 210941047 u”的自来水毛笔笔芯，它们都是根据虹吸仿生学原理所研制开发，具体采用具有毛细孔的仿生材料输送墨水，其笔芯可以克服重力作用，保证墨水顺利出水，并提出了具有虹吸仿生学原理笔尖的制备方法，可以初步实现微重力情况下的太空舱内书写的要求。此类太空笔的笔尖多采用尼龙纤维笔头，不足在于尼龙笔头耐磨性有限。

技术实现思路

1、为了解决以上问题，本发明提供了一种签字笔、耐磨笔头及其制作工艺。

2、为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

3、一种耐磨笔头，所述笔头包括笔头基体，所述笔头基体的成分包括尼龙纤维和增强材料，所述增强材料与尼龙纤维通过渗碳工艺混合在一起。

4、进一步的，所述增强材料包括但不限于碳纤维、石英砂、硅橡胶、纳米二氧化硅、纳米化木质素、碳化硼、黑滑石、碳纳米管、石墨烯类纳米材料中的一种或多种。

5、进一步的，所述尼龙纤维和碳纤维的质量比为：4407～6641：444～516。

6、本发明还提供一种耐磨笔头的制作工艺，制作上述笔头包括以下步骤：

7、步骤1：将尼龙纤维和碳纤维分别浸泡在水中，尼龙纤维浸泡至饱和状态，浸泡1～3小时；

8、步骤2：将浸泡后的尼龙纤维和碳纤维混合均匀；

9、步骤3：将步骤2得到的混合物倒入圆柱管内并密封，通过晃动圆柱管使混合物紧贴管内壁；

10、步骤4：在120～150℃条件下烘干圆柱管内并密封，通过晃动圆柱管使混合物紧贴石英管内壁；

11、步骤4：在120～150℃条件下烘干圆柱管内的混合物，烘干2～3小时，得到笔头基体材料；

12、步骤5：重复步骤3～4，笔头成型。

13、进一步的，在步骤2中，使用挤压机、搅拌机或搅拌桶将尼龙纤维和碳纤维进行初步混合，得到中间混合料。

14、进一步的，利用辊压机对中间混合料进行二次混合，所述辊压机的压力为7.0～9.0mpa，形成密实混合物。

15、进一步的，在步骤3中，将密实混合物倒入圆柱管内后并用橡胶带密封石英管的出口，通过旋转圆柱管使混合物紧贴管内壁。

16、本发明还提供一种签字笔，包括笔杆和笔头，所述笔头设置于笔杆的末端，所述笔杆内腔的墨水与笔头连通，所述笔头采用上述制作工艺制作而成。

17、本发明与现有技术相比，所取得的技术进步在于：

18、本发明通过在尼龙纤维中增加碳纤维，充分混合后干燥成型得到耐磨笔头，根据范德华网络理论，尼龙纤维粒子表面被碳纤维全部覆盖，不仅增强了尼龙纤维的力学性能，还通过碳纤维与尼龙纤维粒子之间形成的连接聚集体，构建了一个强大的聚合物网络，碳纤维提供的未填充橡胶网络应力、碳纤维与尼龙纤维粒子形成的连接聚合体的聚合物网络应力共同作用构成总应力，显著增大尼龙纤维的耐磨性及粗糙度，继而提升了笔头基体的整体强度和耐磨性。采用本发明制作的笔头增加了耐磨性，则可以通过再次注墨的方式，延长笔的使用时间，大大降低成本，方便推广应用。

技术特征：

1.一种耐磨笔头，其特征在于：所述笔头包括笔头基体，所述笔头基体的成分包括尼龙纤维和增强材料，所述增强材料与尼龙纤维通过渗碳工艺混合在一起。

2.根据权利要求1所述的一种耐磨笔头，其特征在于：所述增强材料包括但不限于碳纤维、石英砂、硅橡胶、纳米二氧化硅、纳米化木质素、碳化硼、黑滑石、碳纳米管、石墨烯类纳米材料中的一种或多种。

3.根据权利要求2所述的一种耐磨笔头，其特征在于：所述尼龙纤维和碳纤维的质量比为：4407～6641：444～516。

4.一种耐磨笔头的制作工艺，其特征在于，制作如权利要求3所述的笔头，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的一种耐磨笔头的制作工艺，其特征在于：在步骤2中，使用挤压机、搅拌机或搅拌桶将尼龙纤维和碳纤维进行初步混合，得到中间混合料。

6.根据权利要求5所述的一种耐磨笔头的制作工艺，其特征在于：利用辊压机对中间混合料进行二次混合，所述辊压机的压力为7.0～9.0mpa，形成密实混合物。

7.根据权利要求4所述的一种耐磨笔头的制作工艺，其特征在于：在步骤3中，将密实混合物倒入圆柱管内后并用橡胶带密封石英管的出口，通过旋转圆柱管使混合物紧贴管内壁。

8.一种签字笔，其特征在于：包括笔杆和笔头，所述笔头设置于笔杆的末端，所述笔杆内腔的墨水与笔头连通，所述笔头采用如权利要求4-7任一项所述的制作工艺制作而成。

技术总结
本发明公开了一种签字笔、耐磨笔头及其制作工艺，属于书写或绘图器具技术领域，耐磨笔头包括笔头基体，笔头基体的成分包括尼龙纤维和碳纤维，碳纤维与尼龙纤维通过渗碳工艺混合在一起；制作笔头包括以下步骤：先将尼龙纤维和碳纤维分别浸水后再混合均匀，得到的混合物倒入石英管内晃动使其紧贴石英管内壁，烘干得到笔头基体；签字笔包括笔杆和上述笔头，笔杆内的墨水与末端笔头连通。本发明通过在尼龙纤维中增加碳纤维，充分混合后干燥成型得到耐磨笔头，能够加大尼龙纤维的耐磨性及粗糙度；使用时通过再次注墨的方式，延长笔的使用时间，大大降低成本，方便推广应用。

技术研发人员：邓益凡,张佶桢,贺正泽,孟佳薇,王宇杰
受保护的技术使用者：西北工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11