1.本发明涉及铅笔技术领域，具体涉及一种低成本、环保的铅笔芯及其制备方法和应用。
背景技术：
2.铅笔是一种用来书写以及绘画素描专用的笔类，铅笔芯是必不可少的重要配件。传统铅笔芯的加工是以石墨、黏土和水按一定比例配好，经捏练机、三辊机调混后，通过压芯机挤压出一定规格尺寸，加热(50～150℃)干燥和高温(800～1100℃)焙烧，最后经油浸处理而制成。这种传统工艺能耗高，生产周期长，成本高，而且生产过程环境污染大。随着铅笔制备技术的发展，市场上出现了树脂铅笔芯，包括普通树脂铅笔芯和水溶性树脂铅笔芯。普通树脂铅笔芯是通过有机溶剂对树脂进行溶解，然后与石墨混合生产，生产工艺复杂，生产周期长，而且在加工过程中使用有毒有害的有机溶剂，容易导致操作人员毒害和环境污染等一系列安全问题。水溶性树脂铅笔芯采用聚乙烯醇、水性聚氨酯等原料作为粘结剂，为提高铅笔芯的着色性能，常需添加硬脂酸盐、脂肪酸酯等作为润滑剂，为提高铅笔芯的强度，常需添加二氧化硅、二氧化钛等纳米粒子，配方复杂，制备时需要将原料分批次加入，设置不同的加工条件，工艺同样复杂。
3.因此，在现如今减能降耗注重环保的生产形势下，迫切需要研究一种配方简单，加工工艺简单、生产周期短，同时对环境更加友好的铅笔芯。
技术实现要素：
4.根据本发明的第一个方面，提供了一种低成本、环保的铅笔芯，其由以下质量百分比的原料组成：石墨粉25％～50％，超高分子量聚乙烯50％～75％。其中，超高分子量聚乙烯作为粘结剂，起到粘合石墨粉作用。由于超高分子量聚乙烯熔化后无流动性，保持原来的形态，不会包覆石墨，不影响石墨的涂写性能，而且有一定的粘结性，可以把石墨粘一起，因此超高分子量聚乙烯可以充分发挥石墨的涂写性能。
5.当石墨粉含量低而超高分子量聚乙烯含量高时，所得铅笔芯的强度较佳；当石墨粉含量高而超高分子量聚乙烯含量低时，所得铅笔芯的着色效果较佳。由此，可以根据实际需求来确定石墨粉和超高分子量聚乙烯的用量。
6.在一些实施方式中，其由以下质量百分比的原料组成：石墨粉75％，超高分子量聚乙烯25％。
7.在一些实施方式中，其由以下质量百分比的原料组成：石墨粉70％，超高分子量聚乙烯30％。
8.在一些实施方式中，其由以下质量百分比的原料组成：石墨粉65％，超高分子量聚乙烯35％。
9.在一些实施方式中，其由以下质量百分比的原料组成：石墨粉60％，超高分子量聚乙烯40％。
10.在一些实施方式中，其由以下质量百分比的原料组成：石墨粉55％，超高分子量聚乙烯45％。
11.在一些实施方式中，石墨粉的细度为50～150目，超高分子量聚乙烯的分子量为250～350万。优选的，石墨粉的细度为100目左右，超高分子量聚乙烯的分子量为300万左右。由此，所得铅笔芯的涂写性能最佳。
12.根据本发明的第二个方面，提供了上述的低成本、环保的铅笔芯的制备方法，将石墨粉和超高分子量聚乙烯混合均匀，倒入模腔，压实后进行烘烤，烘烤温度180℃～220℃，烘烤时间5-10分钟，冷却出模，即得。
13.在一些实施方式中，烘烤温度为190℃，烘烤时间为8分钟。
14.在一些实施方式中，压实时，压缩比例为(1.8～2.2):1。本发明所称压缩比是指：石墨粉和超高分子量聚乙烯的混合粉末在模腔中压缩前后的堆积体积比。
15.在一些实施方式中，铅笔芯为圆柱形、方柱形、一端呈锥形的长条形。为获得不同形状的铅笔芯，需要使用不同结构的模具进行制备，模具的结构需要根据铅笔芯的形状和型号大小进行选择。
16.根据本发明的第三个方面，提供了上述的低成本、环保的铅笔芯在制备铅笔中的应用。具体的，当铅笔芯为圆柱形或方柱形时，可以将铅笔芯镶在木条中间，按照现有技术组装成铅笔；当铅笔芯为一端呈锥形的长条形时，可以将铅笔芯镶在笔杆上，按照现有技术组装成铅笔。
17.本发明的制备方法工艺简单，能耗低，无排放，成型快。本发明制备的铅笔芯，紧实耐书写，成本低廉，使用方便快捷。
18.经测试表明，本发明制备的铅笔芯的外观、尺寸规格、跌落测试、硬度、芯尖受力、磨耗、吸光度均符合标准，其中hb型、f型铅笔芯的芯尖受力均符合高级品标准，说明本发明的铅笔芯强度高；hb型、f型铅笔芯的浓度(吸光度)均在0.3以上，说明本发明的铅笔芯的着色效果好，涂写性能佳；hb型、f型铅笔芯的磨耗均符合高级品标准，说明本发明的铅笔芯紧实耐书写。
附图说明
19.图1是本发明实施例1制备铅笔芯时使用的铅笔芯模具的结构示意图。
20.图2是本发明实施例1制备的铅笔芯及其组装的铅笔的结构示意图。
具体实施方式
21.下面结合附图对本发明作进一步详细的说明，值得说明的是，以下实施例只是为了更好地解释本发明的内容，并不对本发明保护的范围做限制。实施例中未公开的工艺步骤为现有技术。若无特殊说明，以下原料均为市购。
22.实施例1
23.本实施例的低成本、环保的铅笔芯，其由以下质量百分比的原料组成：石墨粉65％，超高分子量聚乙烯35％，其中石墨粉的细度为100目左右，超高分子量聚乙烯的分子量为300万左右。
24.其制备方法为：
25.铅笔芯模具包括顶模1、模腔2和底模3，结构示意如图1所示，制备铅笔芯时将模腔2和底模3合模，将石墨粉和超高分子量聚乙烯混合均匀后倒入模腔2，然后将顶模1的杆对准模腔2下压，压缩比例为2:1，压实后放入烤箱进行烘烤，烘烤温度190℃，烘烤时间8分钟，冷却出模，得到一端呈锥形的长条形铅笔芯，结构示意如图2所示。
26.将制备的铅笔芯镶在笔杆上，按照现有技术组装成铅笔，结构示意如图2所示。
27.实施例2
28.本实施例的低成本、环保的铅笔芯，其由以下质量百分比的原料组成：石墨粉75％，超高分子量聚乙烯25％，其中石墨粉的细度为100目左右，超高分子量聚乙烯的分子量为300万左右。
29.其制备方法与实施例1类似。
30.实施例3
31.本实施例的低成本、环保的铅笔芯，其由以下质量百分比的原料组成：石墨粉70％，超高分子量聚乙烯30％，其中石墨粉的细度为100目左右，超高分子量聚乙烯的分子量为300万左右。
32.其制备方法与实施例1类似。
33.实施例4
34.本实施例的低成本、环保的铅笔芯，其由以下质量百分比的原料组成：石墨粉60％，超高分子量聚乙烯40％，其中石墨粉的细度为100目左右，超高分子量聚乙烯的分子量为300万左右。
35.其制备方法与实施例1类似。
36.实施例5
37.本实施例的低成本、环保的铅笔芯，其由以下质量百分比的原料组成：石墨粉55％，超高分子量聚乙烯45％，其中石墨粉的细度为100目左右，超高分子量聚乙烯的分子量为300万左右。
38.其制备方法与实施例1类似。
39.下面，为检测实施例1-5制备的铅笔芯的性能，取实施例1-5制备的铅笔芯，按照gb/t26704-2011的方法进行检测。
40.标准gb/t26704-2011中记载石墨铅笔按照硬度不同分为6b、5b、4b、3b、2b、b、hb、f、h、2h、3h、4h、5h、6h、7h、8h、9h共十七个种类，其中hb、f型铅笔芯的部分检验标准如表1所示。
41.表1 hb、f型铅笔芯的检验标准
[0042][0043]
实施例1-5制备的铅笔芯的检测结果参见表2。
[0044]
表2实施例1-5制备的铅笔芯的性能检测结果
[0045][0046]
从表2可以看出，实施例1-5制备的铅笔芯的外观、尺寸规格、跌落测试、硬度、芯尖受力、磨耗、吸光度均符合标准，其中hb型铅笔芯芯尖受力为11-12n，f型铅笔芯芯尖受力为13-14n，hb型、f型铅笔芯的芯尖受力均符合高级品标准，说明本发明的铅笔芯强度高；hb型、f型铅笔芯的浓度(吸光度)均在0.3以上，说明本发明的铅笔芯的着色效果好，涂写性能佳；hb型铅笔芯的磨耗为1.1-1.5mm，f型铅笔芯的磨耗为1.1-1.2mm，hb型、f型铅笔芯的磨耗均符合高级品标准，说明本发明的铅笔芯紧实耐书写。
[0047]
以上所述的仅是本发明的一些具体实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造性构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。