CN101522392B - 书写、绘图、绘画和/或化妆铅笔及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及书写、绘图、绘画和/或化妆铅笔(1)，其包含着色的笔芯(11)和包围该笔芯(11)的笔芯夹持物，该笔芯夹持物包含木材替代物(12)，该木材替代物包围该笔芯(11)，该笔芯(11)和该笔芯夹持物以不可替换的方式相互保持，其中，该笔芯夹持物包含支承套管(13)，该支承套管(13)包围该木材替代物(12)，而且该支承套管(13)具有与该木材替代物相等或更高的弹性模量以及更高的抗弯强度。

Description

书写、绘图、绘画和/或化妆铅笔及其制造方法
技术领域
本发明涉及书写、绘图、绘画和/或化妆铅笔及其制造方法。
背景技术
原则上已知书写、绘图、绘画和/或化妆铅笔，其中适合于书写的笔芯被提供强度的材料包围。在此情况下，笔芯以不可替换的方式保持在外套中。
已知这些笔芯被胶粘在开槽的小木板中，若需要，木材表面被装饰性涂料覆盖。此类铅笔的缺点在于，笔芯被珍贵的木材包围，导致消耗天然的木材资源。此外，缺点还在于，需要复杂且昂贵的制造方法，以制造此类良好品质的铅笔。
此外还已知共挤出和三元挤出的铅笔，其中笔芯材料包围在外套中，笔芯和外套通常是聚合物粘结的材料。在可削尖的外套的设计的情况下，利益冲突在于一方面良好的可削尖能力与另一方面高的抗弯强度和刚性之间，它们是需要的以有效地保护脆性笔芯不发生断裂。
例如EP0505262B1公开了此类挤出的铅笔。其中所述的铅笔由发泡聚苯乙烯的外套和聚苯乙烯粘结的柔性笔芯组成。
此类铅笔的缺点在于，外壳或笔芯外套在削尖时不会显示出典型的木材特性，笔芯在柔性方面明显低于外壳，这会导致笔芯容易在折弯铅笔时迅速断裂，这对于使用者而言，使铅笔的使用性降低或者甚至是成问题的。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供用于书写、绘图、绘画和/或化妆目的的铅笔，其不具有前述的缺点，并且尤其是可靠地解决了外套良好的可削尖能力与高的抗弯强度和刚性之间的利益冲突。
用于书写、绘图、绘画和/或化妆目的的铅笔应理解为被可削尖的材料包围的笔芯。其实例是铅笔、彩色铅笔和化妆笔。
该目的是通过如下方式实现的，根据本发明的铅笔具有着色的笔芯和包围笔芯的笔芯夹持物，其中笔芯夹持物包含由木材替代物制成的外套，该木材替代物包围笔芯，笔芯和笔芯夹持物以不可替换的方式相互保持。此外，笔芯夹持物具有支承套管，该支承套管包围木材替代物。在此，支承套管具有与木材替代物相同或更高的弹性模量，以及更高的抗弯强度。支承套管的弹性模量为至少4000MPa，尤其是5000MPa。
支承套管的抗弯强度大于或等于40MPa，尤其是50至80MPa。
支承套管包含聚合物、不同聚合物的混合物、用至少一种有机和/或无机填料填充的聚合物或聚合物混合物。
在此，木材替代物和支承套管以与笔芯同轴心的方式设置。同轴心设置确保铅笔与书写位置无关地在所有方向上的负载下具有相同的强度和书写特性。
木材替代物由于支承套管而仅需为铅笔的总断裂强度贡献更低的抗弯强度，因此以此方式在设计木材替代物时，重点可以放在可削尖能力和木材相似性的特性。
笔芯例如可被设计为具有外壳的笔芯。在此情况下，例如DE102005004175公开了该笔芯。
支承套管可以在其表面上具有涂层，其被设计为分离的装饰层，例如条纹设计，或者以触摸层的形式。
通过适当地着色，支承套管同样可以作为铅笔的装饰性载体。
在此应当注意，具有支承套管的整个铅笔体系在其最宽泛的意义上符合于技术书写装置的功能性结构，例如纤维笔或圆珠笔。
下面依照以下附图更详细地阐述根据本发明的铅笔。
附图说明
图1所示为垂直于本发明铅笔的纵轴的横截面；
图2所示为根据图1的本发明铅笔的纵截面；
图3所示为根据图2的铅笔由所施加的弯曲负载导致的应力图。
具体实施方式
图1所示为根据本发明构成的铅笔1的横截面，其由至少3个元件构成。其是以同轴心的方式构成的体系，其中在中心设置直径为m的笔芯11，其被壁厚为u的外套12包围，例如木材替代物12的层。围绕由笔芯11和外套12构成的体系形成或设置壁厚为t的支承套管13。
图2所示为根据图1的本发明铅笔1的纵截面。在该示图中，可以清楚地看出由外套12和支承套管13构成的包围笔芯11的笔芯夹持物。
由弯曲负载或所施加的弯曲力B导致的应力如图3所示。弯曲力B在铅笔的一半产生压应力D，而在另一半产生拉应力Z。在压缩区域中存在相对无危险的压应力D，而在另一半即拉伸区域存在或产生有危险的拉应力Z。但是在所示的铅笔结构中，作用于边缘范围内的最大应力毫无问题地被提供强度的支承套管13吸收。
拉应力和压应力由于作用于铅笔的弯曲负载而在铅笔的外围产生最大值，并向铅笔的对称轴减少至0。因此，支承套管13位于理想的位置，即产生最大拉应力和压应力的位置，因而可以吸收大部分的应力，这明显减轻了由支承套管13、外套12和笔芯11构成的整个体系铅笔1的负载，尤其是笔芯11。
发现通过支承套管可以拉平或平衡木材替代物的品质和制造宽容度的波动。
与精确调节至所期望的可削尖能力和光学外观的笔芯外套相比，支承套管通常可由更廉价的原材料制成。
此类铅笔设计的优点在于，虽然通过支承套管提高强度，但是不会损害书写质量，因为笔芯可以具有或保持与现有技术相同的组成。完全相反地，笔芯还可以被进一步显著地优化，尤其是其书写特性，这是因为支承套管对整个体系的强度作出显著的贡献，由于高的弹性模量还允许使用更脆的笔芯。
铅笔的横截面可以是圆形、椭圆形、三角形、六边形、矩形或者几乎任意的形状。
若存在更多的支承套管，则单个套管可以具有不同的颜色和/或组成。
为了制造高品质的铅笔，应当满足以下初始条件。在此，本发明铅笔的支承套管应当以如下方式设计，支承套管的收缩特性适应于外套的收缩特性，并且支承套管的体积小于或等于笔芯外套的体积。
可以记录，通过本发明的铅笔设计而提高抗弯强度和刚性（弹性模量），从而避免脆性笔芯由于铅笔过度弯曲而导致的断裂。
为了更清楚地阐述本发明，示例性地给出以下笔芯、外套和支承套管的配制品组成。
彩色笔芯的配制品实例：
聚苯乙烯   15重量％
蜡         5重量％
填料和颜料 80重量％
由木材替代物制成的外套的配制品实例：
Figure GDA0000480429600000041
支承套管的配制品实例：
木纤维   70重量％
聚烯烃   20重量％
粘结剂   10重量％
根据该实施例的笔芯是聚合物粘结的笔芯。木材替代物由聚合物、聚合物混合物、粘结剂或用至少一种有机和/或无机填料填充的聚合物混合物形成，其中聚合物或聚合物混合物可以发泡。
已填充的聚合物中包含50至80重量％的至少一种填料。
所用的粘结剂例如是马来酸酐接枝的聚合物。
为了更好地理解，如下表所示将本发明所用的材料与根据现有技术的材料加以比较。
杉木（现有技术） 木材替代物（外套） 支承套管
抗弯强度（MPas） 90 60 100
弹性模量（MPas） 5700 5900 6700
削尖扭矩（Ncm） 7至12 10 18
削尖扭矩是利用可商购的削锋刀（Spitzer）削尖棒状和/或管状物体时所必须施加的扭矩或转矩。
在垂直于铅笔纵轴的横截面中所示的木材替代物的壁厚为0.5至2mm，优选为1至3mm。
笔芯的直径m为1.5至7mm，优选为2至6mm。
在垂直于铅笔纵轴的横截面中所示的支承套管的壁厚t为0.5至2mm，优选为0.5至1mm。
可以在笔芯与木材替代物之间和/或在木材替代物与支承套管之间形成粘结剂层。
通过给套管着色，尤其是当其以笔芯的颜色或者以木材替代物的颜色着色时，支承套管可以对光学外观作出贡献。
选择性地，支承套管可以在其背向木材替代物的面上施加装饰层。
例如可以通过多层挤出，或者选择性地通过围绕已制成的笔芯或笔芯线进行共挤出，从而制造根据本发明的铅笔。例如可以将笔芯、木材替代物和支承套管共挤出。
书写、绘图、绘画或化妆铅笔包含着色的笔芯和包围笔芯的笔芯夹持物，其中笔芯夹持物包含由木材替代物制成的外套，该木材替代物包围笔芯，笔芯和笔芯夹持物以不可替换的方式相互保持，笔芯夹持物包含支承套管，支承套管包围木材替代物，而且支承套管具有与木材替代物相等或更高的弹性模量以及更高的抗弯强度。
支承套管由聚合物、聚合物混合物、用至少一种有机和/或无机填料填充的聚合物或聚合物混合物形成。支承套管的弹性模量为至少4000MPa，尤其是5000MPa。支承套管的抗弯强度大于或等于40MPa，尤其是50至80MPa。该笔芯是聚合物粘结的笔芯。
木材替代物由聚合物、聚合物混合物、粘结剂或用至少一种有机和/或无机填料填充的聚合物混合物形成，其中该聚合物或聚合物混合物是发泡的。
在该聚合物中包含50至80重量％的至少一种填料。在垂直于铅笔纵轴的横截面中所示的木材替代物的壁厚为0.5至2mm，优选为1至3mm。笔芯的直径m为1.5至7mm，优选为2至6mm，而在垂直于铅笔纵轴的横截面中所示的支承套管的壁厚t为0.5至2mm，优选为0.5至1mm。
支承套管是着色的，尤其是笔芯的颜色或木材替代物的颜色。
在笔芯与木材替代物之间和/或在木材替代物与支承套管之间形成粘结剂层。此外，支承套管可以在其背向木材替代物的面上施加装饰层。
铅笔的削尖扭矩与具有由木材制成的笔芯夹持物的铅笔相同。
可以通过将笔芯、木材替代物和支承套管共挤出而实施用于制造本发明铅笔的方法。
附图标记
1       铅笔
   11   笔芯
   12   外套/笔芯外壳
   13   支承套管
 （14） 装饰层
m     笔芯直径
u     外套壁厚
t     支承套管壁厚
B     弯曲力
D     压应力
Z     拉应力

Claims (20)

1.书写、绘图、绘画和/或化妆铅笔，其包含着色的笔芯和包围该笔芯的笔芯夹持物，该笔芯夹持物包含由木材替代物制成的外套，该木材替代物包围该笔芯，该笔芯和该笔芯夹持物以不可替换的方式相互保持，其特征在于，该笔芯夹持物包含支承套管（13），该支承套管（13）包围该木材替代物（12），而且该支承套管（13）具有与该木材替代物（12）相等或更高的弹性模量以及更高的抗弯强度，所述支承套管（13）由用至少一种有机填料填充的聚合物混合物形成，所述木材替代物（12）由用至少一种有机填料填充的聚合物混合物形成，且所述笔芯、所述木材替代物和所述支承套管是共挤出的状态。
2.根据权利要求1的铅笔，其特征在于，所述支承套管（13）的弹性模量为至少4000MPa。
3.根据权利要求2的铅笔，其特征在于，所述支承套管（13）的弹性模量为至少5000MPa。
4.根据权利要求1至3之一的铅笔，其特征在于，所述支承套管（13）的抗弯强度大于或等于40MPa。
5.根据权利要求4的铅笔，其特征在于，所述支承套管（13）的抗弯强度为50至80MPa。
6.根据权利要求1至3之一的铅笔，其特征在于，所述木材替代物（12）和所述支承套管（13）以与所述笔芯（11）同轴心的方式设置。
7.根据权利要求1至3之一的铅笔，其特征在于，所述聚合物混合物是发泡的。
8.根据权利要求7的铅笔，其特征在于，用至少一种有机填料填充的聚合物混合物中包含50至80重量％的至少一种填料。
9.根据权利要求1至3之一的铅笔，其特征在于，在垂直于所述铅笔（1）的纵轴的横截面中所示的木材替代物（12）的壁厚为0.5至2mm。
10.根据权利要求9的铅笔，其特征在于，在垂直于所述铅笔（1）的纵轴的横截面中所示的木材替代物（12）的壁厚为1至3mm。
11.根据权利要求1至3之一的铅笔，其特征在于，所述笔芯（11）的直径m为1.5至7mm。
12.根据权利要求11的铅笔，其特征在于，所述笔芯（11）的直径m为2至6mm。
13.根据权利要求1至3之一的铅笔，其特征在于，在垂直于所述铅笔（1）的纵轴的横截面中所示的支承套管（13）的壁厚t为0.5至2mm。
14.根据权利要求13的铅笔，其特征在于，在垂直于所述铅笔（1）的纵轴的横截面中所示的支承套管（13）的壁厚t为0.5至1mm。
15.根据权利要求1至3之一的铅笔，其特征在于，所述支承套管（13）是着色的。
16.根据权利要求15的铅笔，其特征在于，所述支承套管（13）是以所述笔芯（11）的颜色或所述木材替代物（12）的颜色着色的。
17.根据权利要求1至3之一的铅笔，其特征在于，在所述笔芯（11）与所述木材替代物（12）之间和/或在所述木材替代物（12）与所述支承套管（13）之间形成粘结剂层。
18.根据权利要求1至3之一的铅笔，其特征在于，所述支承套管（13）在其背向所述木材替代物（12）的面上施加有装饰层（14）。
19.根据权利要求1至3之一的铅笔，其特征在于，所述铅笔（1）的削尖扭矩与具有由木材制成的笔芯夹持物的铅笔（1）相同。
20.用于制造根据权利要求1至19之一的铅笔的方法，其特征在于，将笔芯（11）、木材替代物（12）和支承套管（13）共挤出。
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