劃線間距對中性墨水圓珠筆出墨量的影響

王通虎，李安

上海晨光文具股份有限公司，上海市奉賢區(qū) 201406

引言：

國家標準GB/T 37853-2019《中性墨水圓珠筆和筆芯》已于2020年3月1日實施，標準中6.1劃圓書寫機的d）書寫格式：間距為1mm～5mm的連續(xù)螺旋線（周長100mm），UF及EF筆頭推薦采用劃線間距1mm[1]。而ISO標準ISO 27668《中性墨水圓珠筆和筆芯》及目前仍在執(zhí)行的輕工行業(yè)標準QB/T 2625-2011《中性墨水圓珠筆和筆芯》的書寫格式：間距為2mm～5mm的連續(xù)螺旋線[2,3]。經(jīng)筆者研究論證，隨著劃線間距增大，劃線長度會逐漸減小，同樣的產(chǎn)品會因為采用不同的劃線間距檢測得到不同的結(jié)果，甚至會出現(xiàn)合格與不合格兩種截然不同的判定。本文將對此進行理論計算與實測驗證。

一、理論計算

假定劃線紙張的吸墨量有一定的飽和度，在劃線墨跡發(fā)生重疊的區(qū)域會減少吸墨或者不吸墨[4,5]。因此我們只需計算出改變間距后其劃線線跡的交叉點的數(shù)目及總面積大小，便可近似計算出其對出墨量的變化影響。

圖1 為不同劃線間距所劃的線跡，由左向右依次為間距1mm、間距2mm 和間距4mm，可以明顯看到其線跡重疊區(qū)域逐步減少，并且部分面積由菱形逐步接近方形。

劃圓一圈周長為100mm，直徑為31.8mm。假設(shè)劃線線跡寬度為0.25mm，則劃圓一圈的面積約為25mm2。

圖1 不同劃線間距的劃線線跡

對于劃線間距為4mm 的線跡，需要計算的總交叉重疊面積為：4mm 間距7 個,8mm 間距6 個，以此類推至28mm 間距1 個，算上對稱面積，合計重疊數(shù)為56 個，重疊總面積約為7.3026mm2，平均每圈重疊面積約為0.91mm2,占比約為3.65%。

對于劃線間距為2mm的線跡，需要計算的總交叉重疊面積為：2mm間距15個,4mm間距14個，以此類推至30mm間距1個，算上對稱面域，合計重疊數(shù)為240個，重疊總面積約為19.918mm2,平均每圈交叉面積約為1.24mm2,占比約為4.98%。

對于劃線間距為1mm 的線跡，需要計算的總交叉重疊面積為：1mm 間距31 個,2mm 間距30 個，以此類推至31mm 間距1 個，算上對稱面域，合計重疊數(shù)為930 個，重疊總面積約為101.428mm2,平均每圈交叉面積約為3.17mm2,占比約為12.68%。

如果以劃線間距為4mm 的線跡面積為100%，則劃線間距為2mm 的線跡面積將減少1.37%，劃線間距為1mm 的線跡面積將減少9.38%。如果以劃線間距為1mm 的出墨量為100%，則劃線間距為4mm 的出墨量將比劃線間距為1mm 的出墨量增加10.35%，劃線間距為2mm 的出墨量將比劃線間距為1mm 的出墨量增加8.84%，劃線間距為4mm 的出墨量將比劃線間距為2mm 的出墨量增加1.39% 。

二、實測驗證

為了驗證劃線間距不同對書寫出墨量的影響，采用兩組樣品進行驗證試驗[6]。

第一組樣品為采用640/0.5 針管筆頭、中性顏料型黑色墨水、灌墨量為0.6g 的筆芯。

第二組樣品為采用670/0.5 筆頭、中性顏料型黑色墨水、灌墨量為0.6g 的筆芯。

測試條件為：

劃圓書寫機型號為HST10E；

書寫載荷為1N；

書寫角度為70°；

劃線速度為4.5m/min；

書寫格式分別為間距1mm、2mm、4mm；

書寫紙張為ISO14145 規(guī)定的70g 書寫紙；

環(huán)境條件為溫度23℃，相對濕度55%RH。

（一）第一組樣品試驗結(jié)果

第一組樣品分三批分別以劃線間距為1mm、2mm、4mm 經(jīng)過書寫劃線檢測，得到了各自的出墨量結(jié)果。表1 為640/0.5 針管筆芯1mm 劃線間距下的出墨量，表2 為640/0.5 針管筆芯2mm 劃線間距下的出墨量，表3 為640/0.5 針管筆芯4mm 劃線間距下的出墨量。

根據(jù)上述實測數(shù)據(jù)，得出第一組樣品640/0.5針管筆芯的出墨量對比見表4，平均出墨量曲線圖見圖2。

表1 640/0.5針管筆芯1mm劃線間距下的出墨量（均值僅計算前400m）（單位：mg/100m）

表2 640/0.5針管筆芯2mm劃線間距下的出墨量（均值僅計算前400m）（單位：mg/100m）

表3 640/0.5針管筆芯4mm劃線間距下的出墨量（均值僅計算前400m）（單位：mg/100m）

表4 640/0.5筆芯出墨量均值比較（單位：mg/100m）

表5 640/0.5筆芯不同間距的出墨量變化比較

圖2 640/0.5針管筆芯不同劃線間距下的出墨量曲線圖

不同劃線間距的出墨量差距見表5。由表5 可見，出墨量隨劃線間距增大而逐步增大，劃線間距從1mm 到2mm，出墨量的增幅大于從2mm 至4mm。實測的出墨量增幅大于理論增幅。

（二）第二組樣品試驗結(jié)果

第二組樣品同樣分三批分別以劃線間距為1mm、2mm、4mm 經(jīng)過書寫劃線檢測，得到了各自的出墨量結(jié)果。表6 為670/0.5 筆芯1mm 劃線間距下的出墨量，表7 為670/0.5 筆芯2mm 劃線間距下的出墨量，表8 為670/0.5 筆芯4mm 劃線間距下的出墨量。

根據(jù)上述實測數(shù)據(jù)，得出670/0.5 筆芯的出墨量對比見表9 及走勢圖3。

圖3 670/0.5子彈頭筆芯不同劃線間距下的出墨量趨勢

表6 670/0.5子彈頭筆芯1mm劃線間距下的出墨量（均值僅計前400m）（單位：mg/100m）

表7 670/0.5子彈頭筆芯2mm劃線間距下的出墨量（均值僅計前400m）（單位：mg/100m）

表8 670/0.5子彈頭筆芯4mm劃線間距下的出墨量（均值僅計前400m）（單位：mg/100m）

表9 670/0.5筆芯出墨量均值比較（單位：mg/100m）

表10 670/0.5筆芯不同間距的出墨量變化比較

670/0.5 筆芯的不同劃線間距的出墨量差距見表10。由表10 可見，出墨量隨劃線間距增大而逐步增大，劃線間距從1mm 到2mm，出墨量的增幅大于從2mm 至4mm。實測的出墨量增幅略大于理論增幅。

三、試驗結(jié)果分析

根據(jù)上述兩組試驗，均可得出同樣結(jié)論，隨劃線間距增大，出墨量呈上升趨勢，上升的幅度為先快后慢。設(shè)計實驗的實測結(jié)果趨勢與理論計算結(jié)果接近，差距的原因在于線跡寬度的假設(shè)。如640/0.5 針管筆芯，初始線跡寬度越大，交叉面積也越大，對于小間距的影響也越大。在對比驗證的實測中，寬度大于假設(shè)的0.25mm，其實測變化幅度也要大于理論值。而670/0.5 子彈頭筆芯，初始線寬與理論假設(shè)接近，則實測變化幅度略大于理論值。

（一）對劃線長度的影響

因為采用不同的間距而出現(xiàn)的不同出墨量大小，對同樣的筆芯的劃線長度的影響是比較明顯的，表11為640/0.5 針管筆芯書寫長度比較，圖4 為640/0.5針管筆芯不同劃線間距下的劃線長度趨勢圖。

表11 640/0.5筆芯書寫長度比較（單位：m）

圖4 640/0.5針管筆芯不同劃線間距下的劃線長度趨勢圖

表12 為670/0.5 筆芯書寫長度比較，圖5 為670/0.5 筆芯不同劃線間距下的劃線長度趨勢圖。

表12 670/0.5筆芯書寫長度比較（單位：m）

圖5 670/0.5子彈頭筆芯不同劃線間距下的劃線長度趨勢圖

由上述圖表可見，同等灌墨量的筆芯，隨著劃線間距的增加，劃線長度呈下降趨勢。其中，640/0.5筆芯采用4mm 間距測試時存在劃線長度不足400m的筆芯，已不符合輕工行業(yè)標準QB/T 2625-2011《中性墨水圓珠筆和筆芯》的要求。同樣的產(chǎn)品，均按標準檢測，會出現(xiàn)檢測判定截然不同的結(jié)果，對于處于臨界狀態(tài)的產(chǎn)品會產(chǎn)生較大的爭議。

（二）與實際書寫狀況的比較

由于東亞地區(qū)書寫的方塊字筆劃和轉(zhuǎn)折較多，以漢字為例平均筆畫為7劃[7]，筆劃間的間距更小，比較喜歡用線跡較細的筆，即球珠的直徑在0.5mm及以下的；相對于拉丁文系的字母筆劃連續(xù)的更多，比較喜歡用線跡較粗的筆，即球珠的直徑在0.8mm及以上的。因此，采用1mm間距更為接近實際書寫中漢字筆劃間的間距（見圖6），符合東亞地區(qū)的書寫習慣[8]。

圖6 漢字筆劃間距示意圖

此外，采用書寫劃圓機進行劃線檢測的目的不僅是為了劃線長度，同時需要對劃線的線跡質(zhì)量作出評判，例如線跡單邊、空心、斷線和積墨等。大量的試驗證明，劃線間距小的比間距大的更容易發(fā)現(xiàn)上述的異常與問題。因此，在制訂國家標準GB/T 37853-2019《中性墨水圓珠筆和筆芯》時，提出了間距為1mm～5mm 的連續(xù)螺旋線（周長100mm），UF 及EF 筆頭推薦采用劃線間距1mm。其目的是為了更符合中國的實際狀況，盡可能避免檢測結(jié)果判定中出現(xiàn)不必要的爭議。

結(jié)論

1.影響中性墨水圓珠筆書寫出墨量的因素很多，既有墨水也有筆頭，還有筆或筆芯的其他零部件以及生產(chǎn)工藝等各方面，本身就比較復雜，如果再加上標準的檢測方法也有變數(shù)的話就更復雜了。作為產(chǎn)品標準需要有統(tǒng)一規(guī)范的檢測方法，尤其是對于臨界值和測量不確定度，以及容易引起爭議方面，更需要有針對性的解決方案。國家標準GB/T 37853-2019《中性墨水圓珠筆和筆芯》制訂中對書寫劃線間距范圍的調(diào)整，特別是明確了“UF 及EF 筆頭推薦采用劃線間距1mm”，應(yīng)該是一種有益的嘗試。

2.不同文化所形成的文字會有不同的書寫方式和習慣，采用1mm 的劃線間距更貼合以漢字為代表的方塊字書寫的實際情況，并且在劃線檢測中更容易辨別發(fā)現(xiàn)線跡質(zhì)量的異常情況。