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鉛筆的誤會

2020-11-06 07:23:51張慧
科學大觀園 2020年21期
關(guān)鍵詞:凱西筆芯鉛筆

張慧

每年有上百億支鉛筆被源源不斷地從工廠里制造出來,既稀松平常,又價格低廉。簡單的木質(zhì)筆桿包圍著筆芯,最多在筆端加上一道金屬壓條,連接著一小塊橡皮——鉛筆的制作工藝看起來似乎并不復雜,以至于我們常常忘了它其實是一種非常年輕的書寫工具,制作一支鉛筆又曾經(jīng)集合了多少人的智慧。

我們對鉛筆的誤解不少,甚至連鉛筆的名字也充滿誤會。

名叫鉛筆,其實不含鉛

鉛筆其實不含鉛。據(jù)說古羅馬時代的人習慣用金屬夾著鉛來書寫,但那種筆和今天的鉛筆大不一樣。事實上,鉛的毒性很強,也不適合作為日常書寫工具。那鉛筆為什么又由此得名呢?

鉛筆的故事要從16世紀初英國坎伯蘭一個名叫凱西克的村子說起。按照當?shù)亓鱾髯顝V的說法:在一個暴風雨肆虐的夜晚,狂風連根拔起了凱西克村博羅代爾地帶的幾棵大樹。村里人在做清整時,發(fā)現(xiàn)樹底下露出了一塊含有黑色礦物質(zhì)的礦床。這種黑色礦物質(zhì)就是后來鉛筆筆芯的核心成分——石墨。

石墨是一種軟性礦物質(zhì),不溶于水、耐高溫(熔點在3600℃),導電性、潤滑性和化學穩(wěn)定性均良好,今天被廣泛用于民用和國防工業(yè),當然也包括鉛筆制造。回到16世紀的英格蘭小鎮(zhèn),這種礦物質(zhì)在當時還是神秘事物。它最開始的名稱五花八門,有人叫它“wadd”,有人叫它“willow”,詞義都跟黑色有關(guān),最常用的稱呼還是“black lead”,意思是“黑色的鉛”。因為新發(fā)現(xiàn)的礦物質(zhì)與鉛的外表相似,被人們隨口叫作“黑鉛”,于是之后用這種礦物質(zhì)做成的筆,即使不含鉛,也被叫成了“鉛筆”。

最開始的“鉛筆”出現(xiàn)得很隨意,隨意到不能用發(fā)明這個詞來形容。村里的農(nóng)民隨手拾起一小塊石墨,發(fā)現(xiàn)手指被染色,于是就用它來給自家的羊做區(qū)分標記。蓋房子需要打樁的標記位置、木匠手工的測算標記、木頭貨箱上的標注……隨時書寫的便利讓其很快流行開來,使用形式上也向一支筆靠近:把石墨削成細條,在外面纏上布,書寫時就不會弄臟手指;或者用細線密密纏上一個線圈,前端露出的石墨被磨平以后,就再解開一段纏線。16世紀末,凱西克村的工匠開始把石墨塊切割成細條,放置于挖出凹槽的方木桿中,削平冒出木桿的石墨條部分,再在木桿兩端粘上薄木片——鉛筆的雛形就這么誕生了。也有觀點認為最早開始這么做的是意大利人,但不管怎么說,提到鉛筆的誕生總是繞不過英格蘭的凱西克村。凱西克村也確實是早期世界鉛筆的制造中心,直到今天,該村還有一座用鉛筆工廠改建成的凱西克鉛筆博物館。

再回到當年石墨的故事上。用石墨標注的醒目痕跡很快引起了其他地區(qū)人們的注意。石墨制成的鉛筆墨跡清晰又容易修改擦拭,非常適合繪制諸如炮彈模具之類精確的軍事繪圖。于是英國國王喬治二世立即宣布,把凱西克村博羅代爾的礦區(qū)收歸皇室所有。英國人把石墨礦視作天賜的禮物,禁止出口。作為當時世界上唯一一處已知的純石墨產(chǎn)地,凱西克名聲大噪,派出武裝部隊對礦床進行嚴密看守;開采出的石墨運去倫敦進行巨額拍賣時,往來也都有武裝護送。除了軍事用途,鉛筆還十分適合藝術(shù)和設計家的草圖繪制,整個歐洲對鉛筆的需求量都十分巨大,石墨的走私活動也開始出現(xiàn)。借由這種方式,鉛筆悄悄流傳,到了16世紀60年代末,已經(jīng)傳遍整個歐洲。

看似古老,其實很年輕

從16世紀到18世紀將近300年的時間里,英國王室一直壟斷著石墨的供給,今天平淡無奇的小小鉛筆,在當時的歐洲各國都算是奢侈品。為了突破困境,找到自己國產(chǎn)鉛筆的制造方法,歐洲國家成百上千的人孜孜以求地實驗。

埋藏石墨的變質(zhì)礦床,由富含有機物和碳物質(zhì)的沉積巖經(jīng)過區(qū)域變質(zhì)作用而成。全球石墨資源分布相對集中,今天全球石墨總儲量有上億噸,其中90%以上的石墨儲量集中在巴西、中國、印度和墨西哥四國(我國石墨儲藏量約占世界的30%以上)。換句話說,歐洲從來就不是石墨資源豐富的地區(qū),英格蘭凱西克村的優(yōu)質(zhì)石墨礦床在當時更是首屈一指的存在。

雖然商人在歐洲各處尋覓石墨的礦藏,但并不十分成功。即使在以采礦業(yè)著稱的紐倫堡,雖然當?shù)亻_采出石墨礦的消息曾轟動一時,但最終人們略帶失望地發(fā)現(xiàn):紐倫堡的石墨純度遠遠低于英國的優(yōu)質(zhì)石墨,雜質(zhì)較多,所以只能把石墨磨成粉末,加入硫磺、銻制成鉛筆筆芯。這樣的德國筆芯著色淡,制造工藝和書寫效果遠遠比不上凱西克純石墨制成的鉛筆。不過作為中世紀以來的世界貿(mào)易中心之一,紐倫堡的鉛筆也不愁銷量,重要的是,德國成為世界上繼英國之后又一能生產(chǎn)鉛筆的國家。

英法一對冤家向來爭端不斷,面對英國的鉛筆壟斷,法國自然轉(zhuǎn)頭去買德國的鉛筆。直到拿破侖戰(zhàn)爭之前,法國鉛筆還是依賴德國進口。然而隨著在拿破侖戰(zhàn)爭中的節(jié)節(jié)敗退,法國海岸線被英國海軍牢牢封鎖,德國的進口鉛筆之路也被堵死。沒有鉛筆,會影響到法國建筑、產(chǎn)業(yè)設計圖制作,特別是當時最迫在眉睫的軍事繪圖,時任法國軍政部長的拉扎爾·卡諾委托一位名叫尼古拉斯-杰克瓊斯·孔德的科學家,要求他務必研發(fā)出能夠滿足本國需求的鉛筆。

由軍政部長委托科學家把鉛筆研發(fā)作為國家項目,聽起來夸張,但在當時缺少英國石墨的情況下,制造鉛筆實屬不易。用美國人亨利·波卓斯基所著《鉛筆:設計與環(huán)境》一書里關(guān)于鉛筆制造的說法就是:

“首先,制作者得博學多聞,對全球的幾百種染料、蟲漆、各類樹脂、各式各樣的黏土、石墨、酒精、溶劑、數(shù)百種天然與人造顏料,以及五花八門的木材,全都了如指掌。此外,他對橡膠業(yè)、黏膠業(yè)、印刷油墨,各種蠟、漆,或可溶棉業(yè)、各式各樣的干燥設備、填充過程、高溫熔爐、研磨劑,還有許多擠壓與混合的過程,全要廣泛了解?!?/p>

孔德就是一個對各方面知識有廣泛了解的科學家。最早他是一名肖像畫家,對鉛筆和顏料的標準再熟悉不過。法國大革命以后,孔德的興趣又轉(zhuǎn)向了科學,主攻熱氣球研究,還曾被拿破侖任命為法國埃及遠征軍的氣球軍團參謀長。臨危受命,孔德要解決的問題是在不依賴石墨進口的情況下,生產(chǎn)出法國自己的鉛筆?;趯κ再|(zhì)的了解,很快他就找到了解決之道。

不同于英國直接將石墨切成條當作筆芯,孔德在德國制造筆芯的基礎上進行了改良,把石墨粉與黏土混合,再在高溫下燒制成筆芯。新的制造工藝不僅大大節(jié)約了石墨的使用,打破了英國對石墨的壟斷地位,還順便解決了純石墨過軟的問題,更重要的是:石墨和黏土的比例可以靈活調(diào)整,黏土比例越高,筆芯越堅硬不容易折斷,而石墨比例越高,筆芯黑度越高——由此可以組合出適合不同場景需求的鉛筆類型。1795年,孔德為這一制芯方法申請了專利。直到今天,鉛筆筆芯的制造仍然在沿用孔德的基本方法。

也就是說,現(xiàn)代意義上的鉛筆出現(xiàn)的時間是在18世紀末,距今也不過200多年。比起毛筆、羽毛筆等書寫工具,看似原始的鉛筆其實很年輕。

美國內(nèi)戰(zhàn)以后,戰(zhàn)場士兵需要鉛筆書寫家信,美國工匠需要鉛筆繪制圖紙,最重要的軍事繪圖也需要大量的鉛筆供應,于是正如拿破侖戰(zhàn)爭刺激了法國的鉛筆制造,美國的鉛筆工業(yè)也在南北戰(zhàn)爭中蓬勃發(fā)展起來。

看似簡單,其實發(fā)展不易

歐洲雖然創(chuàng)造出當今鉛筆的雛形,卻沒有實現(xiàn)量產(chǎn)。曾經(jīng)作為世界鉛筆標桿的英國博羅代爾的鉛筆,直到1869年仍沿用著以石墨直接切片,或以黏土與石墨混合燒制的筆芯制作方式;筆桿則以手工或者簡單的手控機器在杉木條中間鑿出凹槽,填入筆芯后再手封木條,一次只能處理一支鉛筆。德國則在19世紀三四十年代研發(fā)出一些制造鉛筆的機器。他們在孔德的技術(shù)上進行改良,直接將石墨粉與黏土的混合物填入方形凹槽中,以高溫烘焙后再將其切割成片。德國邁出了機器化生產(chǎn)鉛筆的第一步,但要論大規(guī)模量產(chǎn),美國卻是后來者居上。

從1774年一位英國父親寫給在美洲殖民地的女兒的歷史信件來看,一打高級的梅得爾敦鉛筆是來自歐洲的特別禮物。獨立戰(zhàn)爭以后美國工業(yè)尚未獨立,就連鉛筆這樣簡單的物件也要依賴歐洲進口。美國內(nèi)戰(zhàn)以后,戰(zhàn)場士兵需要鉛筆書寫家信,工匠需要鉛筆繪制圖紙,最重要的軍事繪圖也需要大量的鉛筆供應,于是正如拿破侖戰(zhàn)爭刺激了法國的鉛筆制造,美國的鉛筆工業(yè)也在南北戰(zhàn)爭中蓬勃發(fā)展起來。

1861年,埃德哈博·輝柏在曼哈頓建立了第一家鉛筆工廠,這就是后來鉛筆巨頭公司之一——輝柏鉛筆廠。1827年在塞姆勒建立了石墨加工廠的約瑟夫·迪克森,也趁著南北戰(zhàn)爭對鉛筆大量需求的機會,改石墨廠為鉛筆制造廠。1872年,迪克森已經(jīng)成為世界上最大的石墨消費商,鉛筆日產(chǎn)量高達8.6萬支。到了19世紀末,全球鉛筆生產(chǎn)業(yè)的格局集中在美國與德國的競爭上,后者專注于生產(chǎn)高品質(zhì)的昂貴鉛筆,擁有一簇忠實的藝術(shù)家和設計師人群,前者則把目光投向量產(chǎn)策略上,以量制價。美國有豐富的杉木資源,能以低價購得原料,更重要的是美國啟動了全自動的鉛筆機,在歐洲廠商生產(chǎn)一支鉛筆的時間里,能一次制造出50支左右的鉛筆。按照1904年美國輝柏鉛筆公司在圣路易的世界博覽會上對外宣布的,僅他們一家鉛筆工廠就有“1000名工人”,以及“高達300匹馬力的蒸汽力與水力”。

一戰(zhàn)的到來加大了雙方的市場競爭差距。受原料成本采購限制,德國鉛筆制造商要付出較戰(zhàn)前數(shù)十倍的原料價格,德國鉛筆的價格隨之也比戰(zhàn)前高出15到20倍,更不用說一戰(zhàn)時英國對德國制造的抵制以及美國抬高的關(guān)稅。而一戰(zhàn)卻為美國鉛筆商提供了無限商機:參戰(zhàn)國需要鉛筆配給盟軍軍隊,繪制規(guī)劃戰(zhàn)略圖。當時僅英國向一家美國廠商購買的鉛筆,每星期就多達1000籮以上。雪片般飛來的國外訂單讓鉛筆自動化生產(chǎn)從此成為主流。

到了一戰(zhàn)停戰(zhàn)時,簡便又價格低廉的鉛筆已經(jīng)成為一個跨階級的書寫工具。直到今天,鉛筆仍然被思想家、企劃者、繪圖員、建筑師、工程師等青睞,代表著思想與創(chuàng)造力。小小一支鉛筆曾經(jīng)無比珍貴,來自歷史必然與偶然的交織,鑄成了鉛筆的大簡至美。

◎ 來源|北京日報

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