中性墨水流变性能对书写性能的影响.pdf

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1、万方数据试摘要：选取了来自不同中性墨水生产厂商的23种中性墨水，使用旋转流变仪对其流变性能进行了检测，包括：高剪切黏度的测试、低剪切黏度的测试、触变环的测试、屈服值的测试及触变性恢复率的测试，并将上述中性墨水匹配同样的笔头、油管、硅油等配件制成笔芯，再检测笔芯的划线性能观察线迹质量并计算100m出墨量，及静态积滴墨实验。通过对上述得到的中性墨水流变参数及应用性能结果进行统计分析，得出了两者的密切关系：中性墨水的高剪切黏度与其制成笔芯前100m出墨量成反比关系；中性墨水触变环与屈服值共同决定了笔芯的静态积滴墨性能，只有

2、当触变环与屈服值都较大时，笔芯才会出现积滴墨现象中性墨水触变性恢复率的大小对笔芯划线时的线迹质量有显著影响，当触变性恢复率较大时，线迹容易出现中空，而触变性恢复率较小时，线迹容易出现积墨。同时，提出了触变指数的概念，即低剪切速率(1．256s1)黏度与高剪切速率(4500sq)黏度的比值，该指数能综合反映中性墨水的品质。圆珠笔自问世以来，从最初的使用高黏度油性油墨作为书写介质的油性圆珠笔，发展到使用低黏度水性墨水作为书写介质的水性墨水圆珠笔(亦称滚珠笔或宝珠笔)，再到使用黏度介于高黏度油性油墨和低黏度水性墨水之间的中

3、性墨水的中性墨水圆珠笔。圆珠笔的书写介质一直都是液态物质，作为液态的书写介质，其流动特性是影响书写性能的一个重要因素。不同类型的圆珠笔，其书写介质的流动特性对书写性能的影响也有所不同。对于高黏度的油性圆珠笔而言，书写时在油墨自身重力及大气压力的共同作用下，油墨经油管、笔头内部间隙流入笔头前端的球珠上，在书写压力及书写面摩擦力的共同作用下球珠发生滚动从而将油墨带到书写面上形成字迹[-]：对于低黏度的水性墨水圆珠笔而言，墨水主要是在毛细引力作用下通过特殊结构的引水芯导入笔头，再转移到书写面上而形成字迹：中性墨水圆珠笔的书

4、写原理与油性圆珠笔类似，但由于中性墨水的特殊组成，其流动性能及相关的一些性质要远比油性油墨复杂[扪。中性墨水的全称是中黏度凝胶状水性墨中国制笔2014．14万方数据究水，它是一个非牛顿体系，其最显著的特点是具有触变性，即其表观黏度会随剪切力的变化而变化。因此本课题的研究内容主要集中在中性墨水的流动及相关性能对其书写应用性能的的影响。流变学是流体力学的一个新分支，它主要研究物理材料在应力、应变、温度、湿度、辐射等条件下与时间因素有关的变形和流动的规律[sl。中性墨水在笔头内由球珠滚动而带出的过程也正是物体在外力作用下发

5、生形变的过程，因此可以用流变学的手段来研究中性墨水圆珠笔的书写过程，通过测试中性墨水的一系列流变参数来表征其应用性能。由于缺乏相应的理论知识或技术方法及测试仪器，这一研究内容以往在国内很少有学者或是产品生产企业的技术研究人员涉及，在国外也鲜有报道。最近，随着国内中性墨水制造技术的日益进步，国家通过科技支撑计划项目的支持与投入，生产企业及大学、科研院所等对中性墨水自主研发的大力投入，已有不少技术研究人员尝试从中性墨水独特的体系结构出发，以流变性能为测试对象，用流变参数来表征中性墨水应用性能的优劣。刘守军等[a1报道应用

6、旋转流变仪对大量中性墨水样品的屈服值、屈服值对应的最大黏度及触变恢复时间进行测试，通过分析找到了上述3个流变学参数与墨水应用性能之间的关系。陈爱平等[5】通过对中性墨水进行稳态剪切速率扫描，将得到的应力一剪切速率曲线进行数学拟合得出相应的流变学参数，及进行动态应力扫描，得到弹性模量与黏性模量随应力增大而发生急剧减小的临界应力，应用上述流变学参数可以用来表征中性墨水的稳定性，并与实际状况有很好的吻合。本研究课题通过对不同厂家的中性墨水在不同剪切速率下表观黏度、触变指数、触变环面积、屈服值、触变性恢复率的测试，并结合其制

7、成的笔芯书写性能、出墨量、静态积滴墨等应用性能进行系统分析，揭示了中性墨水的应用性能与其流变参数的内在关系，并从理论上进行了分析与解释。这有助于通过对中性墨水外在的物理化学性能的测试从而分析、判定其应用性能，为高品质中性墨水的研发提供技术支持。2．1触变指数具有触变性的墨水，其接近静止状态的低剪切速率(1I256s一，)下的表观黏度与接近书写状态的高剪切速率(4500s1)下的表观黏度之比。不同剪切力对应着墨水不同的状态，在低剪切或零剪切时中性墨水的黏度是一种接近静止状态下的黏度，与其稳定性有关：而在高剪切下中性墨水

8、的状态类似于其在书写时因笔头内的球珠快速滚动而对其进行剪切的状态，因此高剪切时中性墨水的黏度表征了其在书写时的流动性。对于接近静止状态的低剪切速率比较容易理解，除了检测仪器精度的限制之外，应该越低越好。在日本工业标准JISS606l：2005率先提出了中性墨水的质量要求，即在3s1—50s一·任意剪切速率测定表观黏度(rI，)，然后以其10倍的