一支笔的质量之旅

 

古诗有云：

吐言贵珠玉，落笔回风霜；

笔落惊风雨，诗成泣鬼神；

江山万古潮阳笔，合在元龙百尺楼；

......

一支笔所承载的不仅仅是书写的乐趣，更是对五千年中华民族传统文化的传承。

 

签字笔兼具圆珠笔和钢笔的优点，以其流畅的书写体验获得大众的良好口碑，逐渐成为用户们首选的书写工具。

 

市面上签字笔品牌繁多，品质良莠不齐，市场竞争异常激烈。即便如此，也不乏新进入者，小米早在2016年就推出了多款米家签字笔。究竟其品质如何，签字笔市场上还需要一个新品牌吗？为此，美信检测选择了其中一款米家签字笔，进行了较为细致的评测。希望您接下来能与我一起了解这款签字笔的评测过程。同时您也会知道，美信检测如何通过公正、专业的检测服务，帮助遍布于各行各业的客户提升产品质量与技术水平，从而创造和谐安全的品质生活！

 

包装外观设计简单大方，采用抽取式包装，签字笔被一层磨砂半透明的“外衣”包裹，朦胧美，让人想要一探究竟。

 

见到真身之后，直观感受清新不媚俗，笔身洁白如玉。塑胶磨砂外壳有着类肤质感，握在手上感觉很舒服。

 

而后，我们由内而外进行一系列专业评测：

 

 

外观评测

 

美信检测实验室为了确定米家签字笔中塑料件的材质成分，将其拆开（拆开米家签字笔也非常简单，反向旋转即可），拆开以后有三个部分（如下图所示）。而后我们对米家签字笔中的笔芯外壳塑料部分以及笔管外壳塑料部分进行了FTIR分析；对签字笔管结构铜部分进行了电感耦合等离子体发射光谱分析；对笔夹位置的金属进行了镀层分析。

 

（1）笔芯外壳塑料部分

笔芯管材进行FTIR（傅里叶变换红外光谱）分析，结果如图1所示。

 

图1. 米家中性样品笔芯外壳的红外光谱

 

由红外光谱测试结果可知，笔芯外壳的主成分为聚丙烯（PP）。

 

（2）笔管外壳塑料部分

米家签字笔外壳FTIR（傅里叶变换红外光谱）分析，结果如图2所示。

 

图2. 米家中性样品笔外壳的红外光谱

 

测试结果显示，米家签字笔外壳的主成分为PC+ABS，另外含有少量的TiO2(二氧化钛)和防老剂（亚磷酸盐）。其中，TiO2有增白的作用。

 

（3）笔管结构铜部分

米家签字笔上手第一感觉——这是一支“有重量”的笔。当我们将其拆开，清楚的看到内部的结构铜部分。

 

 

而后为了确定米家签字笔中笔管内部铜结构的成分，对米家签字笔结构铜部分进行了电感耦合等离子体发射光谱分析，分析结果如下所示：

 

表1. 样品笔内结构铜部分ICP检测结果(wt.%)

元素	测试结果（%）	检出限（%）
铜（Cu）	54.78	/
锡（Sn）	0.7847	0.0001
铅（Pb）	3.580	0.0001
铁（Fe）	0.6332	0.0001
镍（Ni）	0.3129	0.0001
锌（Zn）	余量	/
钴（Co）	0.0025	0.0001
锰（Mn）	0.0064	0.0001
铝（Al）	0.0200	0.0001
镁（Mg）	N.D.	0.0001
铍（Be）	N.D.	0.0001
磷（P）	0.0037	0.0001
镉（Cd）	N.D.	0.0001
锑（Sb）	0.0345	0.0001
砷（As）	N.D.	0.0001
铬（Cr）	N.D.	0.0001
钛（Ti）	N.D.	0.0001
铋（Bi）	0.0144	0.0001
硒（Se）	N.D.	0.0001
碲（Te）	N.D.	0.0001

N.D. 表示低于检测线

由ICP分析结果知，该铜合金近似为铅黄铜，但对比牌号其锡、铁含量偏高。

 

（4）笔夹部分

笔夹部分合金金属制的笔夹边角光滑圆润，看不到任何毛刺。

 

 

而后我们对米家签字笔的笔夹位置金属进行了镀层分析，分析结果如下：

 

图3. 米家中性样品笔夹位置镀层金属分析

图4.米家中性样品笔夹位置表面SEM图片

 

如图3所示，笔夹镀层有铜层和镍层，其中镀铜层厚度约为18.6μm，镀镍层约为3.66μm，铜层底下是锌合金。

 

表2. 样品笔笔夹表面EDS检测结果(wt.%)

谱图	C	O	Cr	Ni	总计
1	1.1	1.9	14.5	82.5	100.0
2	1.1	2.0	14.9	82.0	100.0

 

如图4和表2所示，由米家签字笔笔夹表面EDS检测结果可知，材料表面存在一定量的Cr元素，说明在镍层表面还存在一层很薄的Cr层。

 

铜/镍/铬镀层是当今用量较多的防护-装饰性镀层。镍在户外使用时表面易变暗，在镍层上镀上一层薄薄的铬，便可以有效的阻止变暗的发生。

 

 

结构评测

 

做完外观材质上的评测，我们进行了米家签字笔笔头内部结构测试，包括笔尖滚珠与球座，充分去了解它“内涵”。

 

（1）笔头部分（笔尖滚珠）

笔头部分有一个明显可见，扎实的红色保护球球封装，避免笔尖受到损伤，包装非常细致。

 

红色保护球封装	掀掉红色保护球

 

为了了解笔尖部分的内部情况，我们进行CT测试发现，米家签字笔采用的是弹簧笔头，可较长时间保持笔头内墨水不干，并可防止墨水倒流。

 

图5. 米家签字笔CT图

 

书写时，有时笔尖球珠滚动的速度可能比高速汽车还要快[1]。同时，各种书写角度的摩擦也会对其带来损耗。为了解米家签字笔笔尖滚珠的材质成分，对其进行了SEM+EDS（扫描电子显微镜和能谱仪）分析，分析结果如下：

 

图6. 米家签字笔样品-滚珠 SEM图片

 

表3. 米家签字笔样品-滚珠 EDS检测结果(wt.%)

谱图	C	O	Cr	Co	Ni	W	总计
1	5.8	0.4	3.3	13.3	4.3	72.9	100.0
2	5.9	0.4	2.9	12.9	3.7	74.2	100.0

 

米家签字笔笔尖滚珠元素分析如表3所示，由EDS结果可知，笔头球珠中含有大量的W元素，另外还含有少量的C、O、Cr、Co、Ni元素。

 

球珠材料应为碳化钨基（WC）合金中的WC-Cr-Co-Ni系，含有Cr约3.1%，含有Co约13.1%，含有Ni约4.0%。

 

为了进一步增加对笔头球珠的了解，我们对其进行了表面形貌观察。如下图所示：

 

图7. 米家签字笔笔头滚珠表面形貌图

 

由图7可知，该碳化钨球珠由碳化钨粉末经固相烧结而成，碳化钨球珠表面密布微孔，有助于将油墨填充到碳化钨空隙中，起到自润滑的作用。

 

由EDS分析结果可知，球珠中含有Co、Ni、Cr元素，Co、Ni、Cr起粘结剂作用，可以降低碳化钨的熔点，纯碳化钨的熔点约为3000℃，添加Co、Ni、Cr元素后，可以使合金的烧结温度降到1500℃左右。

 

碳化钨硬质合金球珠表面密布微孔，可以增加球珠与书写表面间的摩擦阻力，保证书写时球珠的滚动，即使是在油污的纸上，或光滑坚硬的表面都能出墨书写，解决了圆珠笔的“打滑”现象[2]。

 

（2）笔头部分（球座）

笔头滚珠与球座配合良好，才能流畅地书写，为了解笔头球座的材质，我们对笔头球座部分进行金相分析，笔头球座的金相显微组织见图8，从图8中可以看出，笔头球座的金相显微组织为珠光体+铁素体组织。

 

图8. 米家签字笔样品-球座部分部分金相分析

 

另外，还借助ICP（电感耦合等离子体发射光谱仪）和碳硫分析仪对笔头球座部分进行了元素分析，分析结果如下：

 

表4. 样品笔笔头球座部分ICP和碳硫分析检测结果(wt.%)

元素	测试结果（%）	检出限（%）
碳（C）	0.7330	0.0010
硫（S）	0.0070	0.0005
硅（Si）	0.0230	0.0050
锰（Mn）	0.1887	0.0010
磷（P）	0.0141	0.0010
铬（Cr）	0.0380	0.0010
镍（Ni）	1.031	0.0010
钼（Mo）	0.0024	0.0010
铜（Cu）	0.3384	0.0010
铁（Fe）	余量	/

 

根据ICP的测试结果，米家签字笔球座用钢成分近似70A碳素钢，形成工艺为冷拔成型。该钢材中Ni、Cu含量较高，较高含量的Ni、Cu有助于冷拔。

 

（3）整体上对于笔头部分的测试

笔头耐磨性测试：在2400＃砂纸上划线200 m，之后再用此米家签字笔在纸张上进行书写“笔头耐磨性测试”几个字，结果显示书写正常，无断墨、空心现象。

 

 

笔头耐冲击测试：在水平状态下从1m高度垂直跌落，结果显示零件无开裂、变形、脱落，书写正常。

米家签字笔一大特点就是旋转出芯，120°轻旋优雅。轻轻旋转，笔尖缓缓滑落，一只手也能轻松完成。

 

 

为此，我们对其进行出芯灵活性测试，测试结果显示：

旋转120°出芯，使用、复位转换灵活，复位时球珠不外露；

笔杆头部孔径与笔头外径差值规格值为≤0.20 mm（依据标准：QB/T 2625-2011），米家签字笔测试值为0.03 mm，判定为合格；

金属笔夹弹性测试测初始间隙，然后测量回弹10次后的间隙，对比差值规格值小于0.1 mm；

测试米家签字笔回弹10次后和初始间隙的对比差值为0.079 mm，小于规格值，合格。

 

 

书写体验

 

做完签字笔的材质、外观、灵活性等的测试，我们开始正式的书写体验。米家签字笔使用的MiKuni 日本进口油墨。而进行的一系列测试结果显示：油墨稳定性良好，遇水不晕，同时，墨水粘度刚刚好，快干，不易渗透纸张。

 

列举几个实验例子：

A. 对米家签字笔进行书写性能测试，首先对米家签字笔进行积墨测试，在纸上写下“米家签字笔积墨测试”几个字，未发现笔头有积墨。

 

 

B. 划线均匀性测试：在纸上写下“米家签字笔粗细测试”几个字，和标准尺比较，观察并评价写完后的字的划线粗细情况，结果显示划线粗细均匀良好；

 

 

C. 对米家签字笔进行初写性能测试，书写性能测试，间歇书写性测试，结果显示签字笔出墨正常。

 

D. 为了测试油墨的稳定性，对油墨进行了耐水性、耐光性及耐擦性测试，测试结果显示将试样纸放入蒸馏水中1 h后取出，自然干燥，观察线迹，线迹清晰可见；

 

 

可靠性

 

米家签字笔外部笔管涂层材料的可靠性测试：

为了了解米家签字笔外部笔管涂层材料的可靠性，还对其进行粘附性测试。用美工刀在笔管涂层部分划X，划透至底材，然后使用3M600胶带粘贴，压紧，1 min内剥离，涂层未发生剥离。

 

涂层粘贴前	涂层粘贴后

 

 

环保性

 

最后进行的是米家签字笔材质的环保性测试：

 

就在刚刚来临的2018年始，REACH法规SVHC（高关注度物质清单）即将增至181项物质。为了测试米家签字笔材质是否符合REACH要求，随机抽取米家签字笔进行了现有的REACH174测试。测试结果表明，174项物质均未检出，符合REACH环保要求。

 

同时，于2006年7月1日开始正式实施的RoHS——《关于限制在电子电器设备中使用某些有害成分的指令》强制性标准，此标准主要用于规范电子电气产品的材料及工艺标准，使其更加有利于人体健康及环境保护。

 

该标准的目的在于消除电器电子产品中铅、汞、镉、六价铬、多溴联苯和多溴二本醚共6项物质。

 

为此，我们随机抽取米家签字笔进行了RoHS六项测试。测试结果表明，铅、镉、汞、六价铬、多溴联苯和多溴联苯醚的测试数据满足指令2011/65/EU-关于在电气电子设备中限制使用某些有害物质指令（RoHS）的要求。

 

样品 编号	样品描述	EDXRF的结果					化学确认结果 （mg/kg）	结论
		铅	镉	汞	铬	溴
1	白色外壳	BL	BL	BL	BL	BL	--	合格
2	光面金属壳	BL	BL	BL	BL	--	Cr(VI)阴性	合格
3	铜壳	IN	BL	BL	BL	--	Cr(VI)阴性	合格
4	弹簧	BL	BL	BL	BL	BL	PBBs:N.D. PBDEs:N.D.	合格
5	白色塑料管	BL	BL	BL	BL	BL	Cr(VI)阴性	合格
6	透明塑料管	BL	BL	BL	BL	BL	Cr(VI)阴性	合格
7	笔头	BL	BL	BL	BL	--	--	合格
8	红色塑料球	BL	BL	BL	BL	BL	--	合格
9	亮面金属壳	IN	BL	BL	BL	--	Cr(VI)阴性	合格
10	铜管	IN	BL	BL	BL	--	Cr(VI)阴性	合格
11	白色塑料壳	BL	BL	BL	BL	BL	Cr(VI)阴性	合格
12	黑色油墨	BL	BL	BL	BL	BL	Cr(VI)阴性	合格

 

 

评测总结

 

米家签字笔外观简洁美观，书写顺滑，选材合理且符合欧盟RoHS 6项和REACH174项环保要求，整体结构设计精巧且可靠性良好。

 

 

参考文献

 

[1]唐仁承. 笔尖上的皇冠[J]. 中国制笔，2016（3）：7-13.

[2] 滕名达. 笔的一家[M]. 北京：轻工业出版社，1985：46.

 

 

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