钢笔供墨原理详解:从墨水仓到笔尖的科学之旅
钢笔供墨原理详解:从墨水仓到笔尖的科学之旅
钢笔作为书写工具,其供墨系统的原理一直是许多爱好者感兴趣的话题。本文将从墨水仓、毛细结构到笔尖,详细解析钢笔的供墨机制,并探讨如何判断和解决常见的供墨问题。
本帖参考了笔坛韦伯猫的帖子。加上个人理解,讲一下供墨原理,供墨问题判断和维修方法。本帖本着交流学习的目的,本人才疏学浅,难免有疏漏和错误,本帖内容仅供参考,切勿当成金科玉律,以免为吧里贡献更多高成本水帖。
首先说原理部分,钢笔的供墨系统大致分为三个部分,墨水仓(储存墨水),毛细,笔尖
还有笔舌
毛细结构和钢笔供墨方式(这一部分参考中国钢笔论坛,韦伯猫的帖子)
以最常见的国产26尖笔舌为例子。
毛细主要功能为:固定笔尖,墨水流动通道,平衡内部与外界压力,暂时储存墨水。
固定笔尖作用不必多说。
负责引流墨水的是毛细正面(与笔尖贴合面)的细槽,称之为导墨槽(图中国产26毛细有两条导墨槽),这个细槽将储存的墨水引流到笔尖。如果细槽堵住,就可能造成钢笔不出水。(图源SLEMY)
毛细背面的槽是空气通道,这一部分负责平衡墨水仓与外界大气的压力。钢笔正常使用的状态下,两端的气压应该是几乎相等的。在源源不断消耗墨水的过程中,大家可以发现,墨水囊中的墨水一直在往笔尖输送,如果没有外界空气进入墨水囊,墨水囊中墨水的体积减少,势必会形成一个负压。这个负压的形成,会把原来供向笔尖的墨水“吸回来”。墨水也就不再下去了。这个时候唯一的办法就是给空气一个途径进入墨水囊,以平衡储水囊内部的气压。
似乎最简单的办法就是在墨水囊上开一个孔。大家都有同样的经验,总有把笔身用爆,或者墨水囊漏水(以前的胶囊墨水囊漏水并不是这么不容易),一旦墨水囊和外界空气联通,则,墨水就漏出来了。如果在墨水囊上开口,则墨水会立刻全部从笔尖漏光。
那么如何既能够平衡内外压力,又能够不漏水呢?唯一可行的方法,就是在墨水囊的底部开口,在书写的时候(笔尖朝下),用墨水来形成一个水封,
一开始钢笔内外为等压,书写时墨水消耗,墨水囊中形成负压,外界的大气压力就打破水封,将一个小气泡挤进墨水囊中,补偿因为墨水流失而形成的负压。与此同时,水封重新形成。内外恢复等压状态,开始下一个循环。
有的钢笔没有单独的空气通道,而是靠笔舌和笔握装配时留下的缝隙进气。也有的空气通道和导墨槽挨在一起,都在笔舌正面。空气通道的设计横截面积必须远远宽于导墨槽。否则导墨槽和空气通道的就得反过来了。
毛细鳍片是暂时储存墨水的部分。
鳍片就是毛细上密密麻麻一圈一圈的小圆片。他们的作用相当于一块海绵。起的是拦洪蓄水的作用。
握笔时手的温度会加热钢笔,难免导致墨水仓温度升高,墨水仓中的空气受热膨胀,挤出墨水。意外碰撞时墨水也可能从墨水仓中大量涌出。这些超出导墨槽承载能力的墨水会暂时储存在毛细鳍片之间。随着笔尖处墨水的消耗,鳍片之间的墨水有的顺着空气通道被负压拉回到墨水囊中,有的则进入导墨槽流到笔尖。
笔舌和笔尖之间有一个贴合的缝隙,这个贴合的缝隙也能起到和毛细鳍片相同的作用。
插眼
墨水顺导墨槽流动,最后来到了笔尖,也就是最终决定出墨量的一步,笔尖中缝就好比自来水的水龙头,中缝宽阔的,下墨量就会大一些,中缝纤细的下墨量就会小一些。
下面是中缝控墨的原理,转自百科,不感兴趣的可以直接跳过这两楼
笔尖铱粒到呼吸孔这一段中缝可以近似的看成一段毛细管。毛细现象,说白了就是液体表面张力抵抗液体重力的作用。中缝宽度相当于毛细管直径r,r越小,液体表面张力σ越大。相应的毛细现象抵抗重力的能力就越大。墨水流动时的阻力就越大
这就是为什么对于下水比较节制的笔,大家推荐用流动性好的墨水或者刀笔扩大中缝的原因了。流动性好的墨水意味着表面张力σ小,刀笔可以增大毛细管直径r,都可以起到降低流动阻力的作用
相反,对于出水汹涌的笔款(点名杜康),大家推荐“让店家挑选中缝小的”,“并尖”,“上4001”,“错尖”,也是通过控制r和σ两个参数
原理部分到这里就讲完了,总结一下上面讲的内容
墨水如果想要从墨囊最终来到笔尖,首先要等毛细末端的液封“开闸”放行”。顺着毛细上的导墨槽“排队前进”,如果前方拥挤,或者放行人数过多。多出的人就要进入“候车大厅——毛细鳍片”,稍事休息,等待机会继续前行,来到导墨槽末端之后,还要在“站台”——笔尖和笔舌贴合的间隙,稍作等待。最终通过“闸机”——笔尖中缝,终于落到纸面上。
很好的技术贴,我也纠正了自己对毛细的误解
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钢笔稳定书写的要点所在,就是这几个关节之间工作的配合。
毛细的最大供墨能力,一定要大于笔夹消耗速度,
即使墨囊液封放行是分批进行的,“候车大厅”中的墨水时多时少。但一定要保证“站台”上始终有墨水,由笔尖控制最终下墨量。
对于墨囊中墨水和气体是如何交换这一点不理解的,可以想象一下桶装水。