铅笔的科学：了解其组成、性能和制造过程 (铅笔的科学知识)

铅笔是一种普遍使用的书写工具，它由石墨芯和木质外壳组成。它具有历史悠久，已有几个世纪的历史。尽管外表简单，但铅笔的制造过程非常复杂，涉及到多种科学原理。

组成

铅笔由以下主要部件组成：

• 石墨芯：铅笔中用于书写的黑色物质。它是碳元素的一种晶体形式，具有柔软和滑润的特点。
• 木质外壳：保护石墨芯的细长外壳。它通常由雪松或杜松等软木制成。
• 金属扣：将石墨芯固定在木质外壳中的金属件。
• 橡皮擦：通常连接在铅笔末端的橡皮块，用于擦除错误。

性能

铅笔的性能取决于石墨芯的硬度和木质外壳的质量。石墨芯的硬度由字母和数字表示，从6B（最软）到9H（最硬）。数字越大，石墨芯越硬，留下的线条越淡。木质外壳必须足够坚固，以保护石墨芯免受损坏，但又不能太硬，以至于难以削尖。

铅笔的书写特性与石墨芯和木质外壳的相互作用有关。当铅笔在纸上移动时，石墨芯会与纸张的表面接触，释放出石墨颗粒。这些颗粒与纸张上的纤维结合在一起，留下了一条可见的痕迹。

制造过程

铅笔的制造是一项多步骤的过程，涉及以下步骤：

• 采集石墨：石墨开采自位于地下深处的矿床。
• 加工石墨：开采的石墨被研磨成粉末，然后与粘土等粘合剂混合。
• 成型石墨芯：石墨混合物被压入圆柱形芯条中。
• 干燥石墨芯：芯条被干燥以去除水分。
• 切割木质外壳：木制原木被切割成细长的板条。
• 开槽木质外壳：在木质板条中开槽，以容纳石墨芯。
• 插入石墨芯：石墨芯被插入木质槽中。
• 胶合木质外壳：木质板条被胶合在一起，形成铅笔的护套。
• 抛光铅笔：铅笔的表面被抛光，以获得光滑的外观。
• 组装橡皮擦：橡皮擦被粘合到铅笔的末端。

完成制造过程后，铅笔将经过质量检查，以确保其符合所需的性能标准。

结论

铅笔是一种看似简单的工具，但它背后的科学非常复杂。从石墨芯的组成到制造过程中的多个步骤，铅笔的制造是一项需要对材料特性和工程原理有深刻理解的科学事业。

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铅笔的发明和铅笔的进化过程

发明：1564年，一阵狂风吹倒了英国坎伯兰郡波罗谷附近的一棵大树，树根蟠结处露出了一大堆墨色的矿物质 — 石墨。 当地的牧羊人发现了石墨的一项用途 — 在羊身上画记号。 不久，有眼光的城里人把石墨矿石切成细条在伦敦市场上出售，店主和商人都用它给货物作记号，所以叫作“打印石”。 这种“原始的铅笔”画出的印痕粗黑清晰。 不过，石墨易碎。 1761年，德国化学家法贝尔从卡斯塔斯尔煤矿采集了一些石墨矿石，将其研磨成粉末，用水冲洗去杂质，获得了纯净的石墨粉，经过种种试验后，法贝尔终于发现，在石墨中掺入硫磺、锑和树脂，加热凝固后压制成的一根根“铅笔”，硬度合适，书写流畅，也不容易弄脏手，在这种铅笔外面裹上纸卷后，就可以拿到商店出售了。 1789年，法国大革命爆发了，英国和德国对法国进行了封锁，没有了铅笔来源，对法国影响不小，法国化学家兼发明家孔特奉命在法国尽可能采集石墨制造铅笔，但法国的石墨质量差产量也不多，孔特费尽心思，终于有了主意，在石墨中掺入一些粘土试验，一试效果出人意料的好，这种混合物变成了世界上最好的画笔，在石墨中加入不同性能的粘土，便可得到“硬铅”与“软铅”。 不过，孔特的铅笔和法贝尔的铅笔，都只有一根细条，很容易折断。 1812年，美国马萨诸塞州的一位木匠兼修补匠威廉·门罗成了风云人物，他决心为铅笔锦上添花，让铅笔穿上木头“外衣”。 门罗在土场内装置机械制造长5—18厘米的标准化木条，细木条中间用机器挖出一条刚好适合铅笔芯的凹槽，然后将两片同样开有凹槽的细木条中间嵌入一根石墨条，合起来用胶水粘紧。 于是，第一支现代铅笔产生了。 这支长18厘米的标准铅笔可以画55千米的线条，至少可以写字，而且是削了17次还剩下5厘米长的笔头。 在门罗铅笔诞生100年以后，有人认为它浪费木材，其结果导致了日本人早川德次在1915年发明了一种能够把铅笔芯反复推出的铅笔，它就是如今广泛使用的活动铅笔的原型。 现在多达300多种的铅笔世界令人眼花缭乱。 进化：现代铅笔的鼻祖诞生于16世纪中叶的英国坎伯兰山脉的布洛迪尔山谷。 1564年，在布洛迪尔山谷有人发现了一种称为石墨的黑色矿石可以写字，他们随即将这种矿石切割成细条，运往伦敦出售，供商人们在贷篮和货箱上作标记之用，故称为 “标记石 ”。 ””这里的石墨矿简直就象是上帝专为生产铅笔而赐予的，纯度高，光滑而不易折断。 后来人们将石墨棒插入钻好的小木棍中，就制成了与今天相近的铅笔。 由于用布洛迪尔山谷石墨制作的铅笔很受欧洲各国欢迎，所以采掘过量，高纯度的石墨矿很快就枯竭了。 于是人们开始研究用人工方法提取，加工石墨。 1761年，德国化学家范巴建立了世界上第一家铅笔厂。 他将石墨、硫磺、锑和松香混合，成为糊状，然后再将其挤压成条烘干，提高了石墨的韧性，成为今天铅笔的雏形。 18世纪时，能生产铅笔的只有英、德两国。 后来，由于战争的影响，法国的铅笔来源中断。 当时的法国皇帝拿破仑命令本国的化学家尼古拉斯·孔蒂就地取材，生产本国铅笔。 孔蒂用法国出产的劣质石墨与粘土混合，并通过控制粘土与石墨的比例来调整其硬度和颜色深浅，成型后置于窑内焙烧制成笔芯，再用松木制成笔杆裹住笔芯，获得成功。 这样生产出的铅笔成了当时最好用的铅笔。 问世后，很快就传到了世界各地。 1822年，英国的霍金斯与莫达合作，发明了第一支 “伸缩式铅笔”。 1838年，美国人基拉恩发明了 “活动铅笔”。 此后又经过许多的改进，逐渐发展成为今天的 “自动铅笔”。

铅笔是怎么来的？

铅笔是石墨和黏土制作而成的。

1564年，在英格兰一个叫巴罗代尔的地方，人们发现了一种黑色矿物——石墨。很快，当地的一些牧羊人发现，可以用石墨在羊身上画上记号。受此启发，人们把石墨块切成小条拿来写字和绘画。但石墨条很容易弄脏手，而且容易折断。

1761年，德国化学家法伯尔解决了这个问题：他先把石墨矿石研磨成粉末，用水冲洗去杂质，获得纯净的石墨粉；接着，他又在石墨粉中掺入硫磺、锑、松香等物质；然后再将这种混合物加热凝固，并压制成笔的形状，这是铅笔最早的雏形。

扩展资料：

石墨由于其特殊结构，而具有如下特殊性质：

1、 耐高温性：石墨的熔点为3850±50℃，沸点为4250℃，即使经超高温电弧灼烧，重量的损失很小，热膨胀系数也很小。石墨强度随温度提高而加强，在2000℃时，石墨强度提高一倍。

2、 导电、导热性：石墨的导电性比一般非金属矿高一百倍。导热性超过钢、铁、铅等金属材料。导热系数随温度升高而降低，甚至在极高的温度下，石墨成绝热体。石墨能够导电是因为石墨中每个碳原子与其他碳原子只形成3个共价键,每个碳原子仍然保留1个自由电子来传输电荷。

3、润滑性：石墨的润滑性能取决于石墨鳞片的大小，鳞片越大，摩擦系数越小，润滑性能越好。

4、化学稳定性：石墨在常温下有良好的化学稳定性，能耐酸、耐碱和耐有机溶剂的腐蚀。

5、可塑性：石墨的韧性好，可碾成很薄的薄片。

6、、抗热震性：石墨在常温下使用时能经受住温度的剧烈变化而不致破坏，温度突变时，石墨的体积变化不大，不会产生裂纹。

参考资料：网络百科-铅笔

铅笔是用铅做的吗?

铅笔不含铅，为什麼叫铅笔？铅笔芯是什麼成分？铅笔芯不含铅，其主要成分是石墨。 由於铅在岩石或墙壁上书写时，会有黑色痕迹，因此在古希腊及罗马时代，人们使用铅作为绘图及写字工具。 中国古时，书写於绢帛及纸上，若有错误，则以铅粉涂改，所以古文中确有「铅笔」一词，但与现代的铅笔不同。 十五世纪时，石墨矿被发现，当时的人并不知道石墨的成分，就称石墨为「黑铅(blacklead)。 大约在1492年，英国开始有人使用石墨制成的笔，就称为铅笔。 一直到1779年，科学家才知道石墨是碳的一种形式。 」由石墨研磨成粉后，与黏土混合，再灌入两片半圆型的木管中制成，近年也有塑胶制的笔杆上市。 为了适应各种需要，铅笔笔芯中石墨与黏土可以用各种不同的比例混合，混合比例不同，笔芯的性质与用途也不同。 例如作为素描用的笔芯须要软一点、黑一点；学生写作业用的笔芯需要硬一点、颜色浅一点。 我们在买铅笔时，要注意笔上的标示，其中H代表坚硬(hard)，F代表坚实(firm)，B代表黑体(bold)。 根据厂商提供的资料，各种铅笔由软到硬的顺序为HB-B-2B-(*)-9B-F-H-2H-(*)-9H其中(*)化表介於2B与9B或2H与9H之间的代号。 为配合电脑阅卷,许多考试都要求考生要使用铅笔在卡划记答题,同学们在进入考场,前务必检查所携带的铅笔是否2B铅笔。 带错了笔,电脑可不认识你写的答案哟！现在的铅笔并不含铅，而是用石墨和黏土制造的，之所以这样命名是由于其历史沿革造成的。 古希腊、罗马曾用金属铅制成类似铅笔的铅棒。 它们多为锥形，与其他物体磨擦后留下铅的痕迹，用来划线做标记。 14世纪，欧洲出现类似现在的铅笔。 1565年，英国开始以石墨为笔芯，手工制出最原始的木杆铅笔。 1662年，德国建成世界上第一座铅笔厂。 1790~1793年，法国康德采用黏土将石墨黏结制成笔芯，奠定了现代铅笔工业基础。 在铅笔的笔杆上通常都有硬度标志，H表示硬质铅笔，前面的数字越大硬度越大：B表示软质铅笔，前面的数字越大笔芯越软。 HB则表示软硬适中的铅笔，适合日常书写之用。

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