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关于铅笔的那些误会:名叫铅笔,其实不含铅

发布时间:2020年09月04日14:40 来源:

张慧

又是一年开学季。对于很多第一次走入校门的小朋友来说,铅笔是他们学习写字时拿起的第一支笔。

每年有上百亿支铅笔被源源不断地从工厂里制造出来,既稀松平常,又价格低廉。简单的木质笔杆包围着笔芯,最多在笔端加上一道金属压条,连接着一小块橡皮——铅笔的制作工艺看起来似乎并不复杂,以至于我们常常忘了它其实是一种非常年轻的书写工具,制作一支铅笔又曾经集合了多少人的智慧。

我们对铅笔的误解不少,甚至连铅笔的名字也充满误会。

名叫铅笔,其实不含铅

写写画画、顺手涂鸦,远古时代的人类也和今天一样,有把语言和思想书写下来的冲动,各种各样的书写工具也就随之诞生。从石板刻字、甲骨占卜,到中国古代的毛笔以及欧洲的芦苇笔或是鹅毛笔,这些书写工具谱下了灿烂的文明篇章,但共同的缺陷是不方便携带、难以随时书写记录。毛笔的泼墨需要工整的台面与随时研磨;鹅毛笔也得不时蘸墨,还要随身带着一把小刀以便削尖被磨损的笔头。直到最易于携带也最稳定的笔——铅笔出现,才改变了这一局面。

铅笔其实不含铅。据说古罗马时代的人习惯用金属夹着铅来书写,但那种笔和今天的铅笔大不一样。事实上,铅的毒性很强,也不适合作为日常书写工具。那铅笔为什么又由此得名呢?

铅笔的故事要从16世纪初英国坎伯兰一个名叫凯西克的村子说起。按照当地流传最广的说法:在一个暴风雨肆虐的夜晚,狂风连根拔起了凯西克村博罗代尔地带的几棵大树。村里人在做清整时,发现树底下露出了一块含有黑色矿物质的矿床。这种黑色矿物质就是后来铅笔笔芯的核心成分——石墨。

石墨是一种软性矿物质,不溶于水、耐高温(熔点在3600℃),导电性、润滑性和化学稳定性都十分良好,今天被广泛用于民用和国防工业,当然也包括铅笔制造。回到16世纪的英格兰小镇,这种矿物质在当时还是神秘事物。它最开始的名称五花八门,有人叫它“wadd”,有人叫它“willow”,词义都跟黑色有关,最常用的称呼还是“black lead”,意思是“黑色的铅”。因为新发现的矿物质与铅的外表相似,被人们随口叫做“黑铅”,于是之后用这种矿物质做成的笔,即使不含铅,也被叫成了“铅笔”。

最开始的“铅笔”出现得很随意,随意到不能用发明这个词来形容。村里的农民随手拾起一小块石墨,发现手指被染色,于是就用它来给自家的羊做区分标记。盖房子需要打桩的标记位置、木匠手工的测算标记、木头货箱上的标注……随时书写的便利让其很快流行开来,使用形式上也向一支笔靠近:把石墨削成细条,在外面缠上布,书写时就不会弄脏手指;或者用细线密密缠上一个线圈,前端露出的石墨被磨平以后,就再解开一段缠线。16世纪末,凯西克村的工匠开始把石墨块切割成细条,放置于挖出凹槽的方木杆中,削平冒出木杆的石墨条部分,再在木杆两端粘上薄木片——铅笔的雏形就这么诞生了。也有观点认为最早开始这么做的是意大利人,但不管怎么说,提到铅笔的诞生总是绕不过英格兰的凯西克村。凯西克村也确实是早期世界铅笔的制造中心,直到今天,该村还有一座用铅笔工厂改建成的凯西克铅笔博物馆。

再回到当年石墨的故事上。用石墨标注的醒目痕迹很快引起了其他地区人们的注意。石墨制成的铅笔墨迹清晰又容易修改擦拭,非常适合绘制诸如炮弹模具之类精确的军事绘图。于是英国国王乔治二世立即宣布,把凯西克村博罗代尔的矿区收归皇室所有。英国人把石墨矿视作天赐的礼物,禁止出口。作为当时世界上唯一一处已知的纯石墨产地,凯西克名声大噪,派出武装部队对矿床进行严密看守;开采出的石墨运去伦敦进行巨额拍卖时,往来也都有武装护送。除了军事用途,铅笔还十分适合艺术和设计家的草图绘制,整个欧洲对铅笔的需求量都十分巨大,石墨的走私活动也开始出现。借由这种方式,铅笔悄悄流传,到了16世纪60年代末,已经传遍整个欧洲。

英国坎伯兰铅笔博物馆内景。

看似古老,其实很年轻

从16世纪到18世纪将近三百年的时间里,英国王室一直垄断着石墨的供给,今天平淡无奇的小小铅笔,在当时的欧洲各国都算是奢侈品。为了突破困境,找到自己国产铅笔的制造方法,欧洲国家成百上千的人孜孜以求地实验。

埋藏石墨的变质矿床,由富含有机物和碳物质的沉积岩经过区域变质作用而成。全球石墨资源分布相对集中,今天全球石墨总储量有上亿吨,其中90%以上的石墨储量集中在巴西、中国、印度和墨西哥四国(我国石墨储藏量约占世界的30%以上)。换句话说,欧洲从来就不是石墨资源丰富的地区,英格兰凯西克村的优质石墨矿床在当时更是首屈一指的存在。

虽然商人在欧洲各处寻觅石墨的矿藏,但并不十分成功。即使在以采矿业著称的纽伦堡,虽然当地开采出石墨矿的消息曾轰动一时,但最终人们略带失望地发现:纽伦堡的石墨纯度远远低于英国的优质石墨,杂质较多,所以只能把石墨磨成粉末,加入硫磺、锑制成铅笔笔芯。这样的德国笔芯着色淡,制造工艺和书写效果远远比不上凯西克纯石墨制成的铅笔。不过作为中世纪以来的世界贸易中心之一,纽伦堡的铅笔也不愁销量,重要的是,德国成为了世界上继英国之后又一能生产铅笔的国家。

英法一对冤家向来争端不断,面对英国的铅笔垄断,法国自然转头去买德国的铅笔。直到拿破仑战争之前,法国铅笔还是依赖德国进口。然而随着在拿破仑战争中的节节败退,法国海岸线被英国海军牢牢封锁,德国的进口铅笔之路也被堵死。没有铅笔,会影响到法国建筑、产业设计图制作,特别是当时最迫在眉睫的军事绘图,时任法国军政部长的拉扎尔·卡诺委托一位名叫尼古拉斯-杰克琼斯·孔德的科学家,要求他务必研发出能够满足本国需求的铅笔。

由军政部长委托科学家把铅笔研发作为国家项目,听起来夸张,但在当时缺少英国石墨的情况下,制造铅笔实属不易。用美国人亨利·波卓斯基所著《铅笔:设计与环境》一书里关于铅笔制造的说法就是:

“首先,制作者得博学多闻,对全球的几百种染料、虫漆、各类树脂、各式各样的黏土、石墨、酒精、溶剂、数百种天然与人造颜料,以及五花八门的木材,全都了如指掌。此外,他对橡胶业、黏胶业、印刷油墨、各种蜡、漆,或可溶棉业、各式各样的干燥设备、填充过程、高温熔炉、研磨剂,还有许多挤压与混合的过程,全要广泛了解。”

孔德就是一个对各方面知识有广泛了解的科学家。最早他是一名肖像画家,对铅笔和颜料的标准再熟悉不过。法国大革命以后,孔德的兴趣又转向了科学,主攻热气球研究,还曾被拿破仑任命为法国埃及远征军的气球军团参谋长。临危受命,孔德要解决的问题是在不依赖石墨进口的情况下,生产出法国自己的铅笔。基于对石墨性质的了解,很快他就找到了解决之道。

不同于英国直接将石墨切成条当作笔芯,孔德在德国制造笔芯的基础上进行了改良,把石墨粉与黏土混合,再在高温下烧制成笔芯。新的制造工艺不仅大大节约了石墨的使用,打破了英国对石墨的垄断地位,还顺便解决了纯石墨过软的问题,更重要的是:石墨和黏土的比例可以灵活调整,黏土比例越高,笔芯越坚硬不容易折断,而石墨比例越高,笔芯黑度越高——由此可以组合出适合不同场景需求的铅笔类型。1795年,孔德为这一制芯方法申请了专利。直到今天,铅笔笔芯的制造仍然在沿用孔德的基本方法。

也就是说,现代意义上的铅笔出现的时间是在18世纪末,距今也不过二百多年。比起毛笔、羽毛笔等书写工具,看似原始的铅笔其实很年轻。

看似简单,其实发展不易

欧洲虽然创造出当今铅笔的雏形,却没有实现量产。曾经作为世界铅笔标杆的英国博罗代尔的铅笔,直到1869年仍沿用着以石墨直接切片,或以黏土与石墨混合烧制的笔芯制作方式;笔杆则以手工或者简单的手控机器在杉木条中间凿出凹槽,填入笔芯后再手封木条,一次只能处理一支铅笔。德国则在十九世纪三四十年代研发出一些制造铅笔的机器。他们在孔德的技术上进行改良,直接将石墨粉与黏土的混合物填入方形凹槽中,以高温烘焙后再将其切割成片。德国迈出了机器化生产铅笔的第一步,但要论大规模量产,美国却是后来者居上。

从1774年一位英国父亲写给在美洲殖民地的女儿的历史信件来看,一打高级的梅得尔敦铅笔是来自欧洲的特别礼物。独立战争以后美国有了独立的地位,但工业尚未独立,就连铅笔这样简单的物件也要依赖欧洲进口。类似梅得尔敦这样的英国铅笔公司的广告常常出现在美国各大城市。美国内战以后,战场士兵需要铅笔书写家信,美国工匠需要铅笔绘制图纸,最重要的军事绘图也需要大量的铅笔供应,于是正如拿破仑战争刺激了法国的铅笔制造,美国的铅笔工业也在南北战争中蓬勃发展起来。

1861年,埃德哈博·辉柏在曼哈顿建立了第一家铅笔工厂,这就是后来铅笔巨头公司之一——辉柏铅笔厂。1827年在塞姆勒建立了石墨加工厂的约瑟夫·迪克森,也趁着南北战争对铅笔大量需求的机会,改石墨厂为铅笔制造厂。1872年,迪克森已经成为世界上最大的石墨消费商,铅笔日产量高达8.6万支。到了19世纪末,全球铅笔生产业的格局集中在美国与德国的竞争上,后者专注于生产高品质的昂贵铅笔,拥有一簇忠实的艺术家和设计师人群,前者则把目光投向量产策略上,以量制价。美国有丰富的杉木资源,能以低价购得原料,更重要的是美国启动了全自动的铅笔机,在欧洲厂商生产一支铅笔的时间里,能一次制造出50支左右的铅笔。按照1904年美国辉柏铅笔公司在圣路易的世界博览会上对外宣布的,仅他们一家铅笔工厂就有“1000名工人”,以及“高达300匹马力的蒸汽力与水力”。

一战的到来加大了双方的市场竞争差距。受原料成本采购限制,德国铅笔制造商要付出较战前数十倍以上的原料价格,德国铅笔的价格随之也比战前高出15到20倍,更不用说一战时,英国对德国制造的抵制以及美国抬高的关税。而一战却为美国铅笔商提供了无限商机:参战国需要铅笔配给盟军军队,绘制规划战略图。当时仅英国向一家美国厂商购买的铅笔,每星期就多达1000箩以上。雪片般飞来的国外订单让铅笔自动化生产从此成为主流。

到了一战停战时,简便又价格低廉的铅笔已经成为一个跨阶级的书写工具。直到今天,铅笔仍然被思想家、企划者、绘图员、建筑师、工程师等青睐,代表着思想与创造力。小小一支铅笔曾经无比珍贵,来自历史必然与偶然的交织,铸成了铅笔的大简至美。

经典传承

中国制造书写太空

绿杆竹叶印花、刻有银白华表和烫金字体的中华牌铅笔,是无数人童年初学写字时握起的第一支笔,承载着几代中国人共同的书写回忆。今天中国的铅笔制造量已经以百亿为计算单位。看似简单的铅笔,曾在过去默默写下了一段民族制造的传奇。

20世纪30年代以前,中国的民族工业尚不足以支撑铅笔自主制造,铅笔消费完全依赖进口。之后陆续建立的铅笔制造厂虽然也开始销售自己品牌的铅笔,但还没有开始完全的自主生产,大多采用进口笔芯和笔杆,在国内进行拼装。在日本的中国留学生吴羮梅,求学期间曾在一家日本铅笔工厂实习,1935年他结束日本留学回到上海,筹资建立了一家铅笔制造厂——中国铅笔一厂。这也是中国第一家能自制铅芯、笔杆及外观加工的铅笔制造工厂,生产出的铅笔就是后来的“中华铅笔”。

新中国成立以后,中华铅笔承载了国产绘图铅笔的研发任务,历经多年研发实验,终于在1954年研制出14种规格的高级绘图铅笔。为向国庆献礼,这批产品被命名为“中华牌101绘图铅笔”。1956年,国家轻工业部门制定了《铅笔生产工艺操作要点》,将一支铅笔从制芯、制杆到成品,历经的配料、辊轧、轧芯、烧芯、刨槽、胶芯、刨杆等15道大工序,80多个步骤予以细化和规范。

除了“人生第一笔”,中华牌铅笔还在2008年研制出“中华神七太空书写笔”。在克服了失重、震动、温差等一系列难题,经过长达三年的研发和环境指标的测试以后,一支在发射过程或者宇宙大环境下不会断裂,笔芯浓度稳定,笔杆方便宇航员戴着手套书写的太空笔诞生了。它随神舟七号载人飞船一起“上九天揽月”,帮助三位航天员记录下浩瀚太空。

你知道吗

高考涂答题卡为何选中2B铅笔?

2020年参考高考的人数达到了1000万,这也就意味着在那几天,有至少一千万支2B铅笔争分夺秒地在答题卡上涂抹,书写出的答案不仅决定了千万人的命运,也部分地影响了未来。

2B铅笔是一种怎样的铅笔?为什么是它在高考中独占鳌头?

既然铅笔的笔芯由黏土和石墨粉混合而成,那么只要调整黏土和石墨粉的比例,就可以生产出不同硬度的笔芯——通常来说,黏土占比越高,笔芯越硬,石墨粉占比越多,笔芯书写效果越浓黑。为了区分不同特性的铅笔,英国的布鲁克曼铅笔公司发明了一套标记法:用字母H代表铅笔笔芯的硬度,B代表笔芯的着色黑度,再在字母前加上数字,铅笔的特性就一目了然。比如说,4H的铅笔比2H的铅笔笔芯更硬,最常用的铅笔——HB铅笔,处在坚韧和书写着色的平衡地带。

那2B铅笔呢?为了提高高考阅卷效率,从20世纪80年代起,涂卡阅读机代替了人工的客观题阅卷,考生需要用铅笔涂写答题卡。为了找出最适合涂写答题卡的铅笔,经过一系列谨慎测试,2B铅笔的表现脱颖而出——它的浓度不太高,万一涂错答案,橡皮擦拭后不会留下顽固的污迹,不容易造成机器误判;同时2B铅笔的浓度和稳定性也给机读卡反馈的光线提供了最稳定的效果。由此,2B铅笔与考试涂卡机结下不解之缘,成为唯一的考试专用笔。

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