铅笔：从史前木炭到现代石墨
背景
作为最古老、应用最广的书写工具之一，铅笔起源于史前时代，当时人们用粉笔岩和炭化木棍在兽皮、洞壁等表面绘图。希腊罗马人用扁铅片在纸莎草纸上划淡线，但直到15世纪末才出现现代铅笔最早直接祖先。约百年后，石墨——岩石中常见软质光泽脉状矿物——在英格兰西北部Borrowdale附近被发现。Borrowdale矿供应欧洲石墨数百年；因当时人们无法区分石墨和铅，称前者为“黑铅”。切成条状，石墨重缠麻绳以提供强度和舒适握感。成品称“铅笔”，颇受欢迎。16世纪末德国发明用木条粘合石墨条法，现代铅笔雏形初现。1779年科学家确认此前被认为是铅的物质实为微晶碳形式，命名为石墨（源自希腊“graphein”即“书写”）。石墨是纯碳三种天然形式之一——其余为煤和钻石。
18世纪末Borrowdale矿枯竭，石墨稀缺，须混入其他材料制笔。法国化学家Nicolas Jacques Conté发现粉末石墨、粉末粘土、水混合、成型、烘烤，成品书写如纯石墨般顺滑。Conté还发现调节粘土石墨比例可调硬度——石墨越多，颜色越深、笔芯越软。1839年德国Lothar von Faber开发将石墨膏制成等粗棒料法，后发明切割开槽铅笔木机器。随Borrowdale曾丰富石墨源枯竭，世界各地逐渐建立其他石墨矿。
美国建立数矿，1812年战争结束英货进口后，美首批铅笔问世。马萨诸塞康科德橱柜匠William Monroe发明精确切割开槽木条机器制笔。同期美国发明家Joseph Dixon开发将单根雪松圆柱对劈、置石墨芯于半根、再胶合法。1861年Eberhard Faber在纽约建美首座铅笔厂。
现今铅笔硬度用数字或字母标识。多数厂商用1-4号，1最软最深。2号（中软）供正常书写。亦用字母分级，6B最软至9H最硬。在铅笔端装橡皮擦源自美国Hyman W. Lipman，其1858年美专利1872年被Joseph Rechendorfer据报10万美元收购。
铅笔制造首步为制石墨芯。一种法为挤出法，将石墨混合物强制通过适当尺寸模孔成型。
除传统木杆铅笔，多种其他铅笔广泛使用。1880年代初为寻找免削铅笔，发明了称作自动、推进、活动铅笔的器具。这些仪器有金属或塑料笔身，用类似木杆铅笔的芯。芯嵌入笔身内金属螺旋，由杆端金属钉固定的杆固位。拧帽时杆和钉在螺旋下移，推芯向笔尖。20世纪初见彩色铅笔发展，以颜料/染料加粘合剂替代石墨芯。现彩色铅笔超70色，含7黄、12蓝。但雪松杆铅笔——40国年生产60亿支——持续超越所有竞品，含圆珠笔。
原材料
铅笔最重要成分是石墨，大众仍称铅。Conté粘土配石墨法沿用至今，有时加蜡或其他化学品。如今几乎所有石墨为天然石墨与化学品制造混合物。
制笔木材须耐反复削尖、易切不崩裂。多数铅笔用雪松（加州雪松），多年首选。雪松气味宜人、不翘曲变形、易得。部分铅笔带橡皮，用笔箍——金属套——胶粘或金属爪固定。橡皮由浮石和橡胶制成。
制造工艺
现商用石墨多工厂制而非开采，制造商易控制密度。按笔型混合石墨粘土——石墨越多笔越软、迹越深。彩色铅笔在粘土加颜料，几乎不用石墨。
石墨加工
- 1 两法成型石墨。第一挤出法将石墨蜡混合物强制通过模具成面条状条，精确切割烘干。第二法将石墨粘土混合物倒入坯料压力机。塞子盖压机顶，金属冲头自底上升压实混合物成硬实心圆柱称“坯料”。坯料从机顶取出置入挤出压力机，强制通过模具切割成铅笔芯尺寸条。切尺寸后芯料经输送带收集槽待装入铅笔木。
制作铅笔木套，方木条成型，开槽。石墨条嵌入一木条槽，另一空槽木条胶合覆盖石墨槽。从三明治切出标准铅笔，装橡皮和金属笔箍。
制作木套
- 2 雪松通常已干燥、染色、打蜡防翘曲到厂。原木锯成窄条称“木条”；长约7.25英寸（18.4厘米），厚.25英寸（.635厘米），宽2.75英寸（6.98厘米）。木条入给料机逐个落于恒速输送带。
- 3 木条刨平。随后经刀头切平行半圆槽——深度为石墨厚度一半——沿木条单侧长度。继续输送带，半数木条涂胶层，切好石墨放入这些木条槽。
- 4 无胶木条——槽内无石墨——另一输送带送至翻转机拾起翻面，槽朝下。两输送带汇合，每无胶木条覆盖有胶石墨木条成三明治。离输送带后放入金属夹，液压机压紧夹持至胶干。干燥后修剪两端除多余胶。
成型铅笔
- 5 下步成型，三明治实成铅笔。三明治置输送带经上下两组切刀。上组切上半部，下组切下半部分离成品铅笔。多数铅笔六角形，防滚落；单三明治产6-9支六角铅笔。
收尾工序
- 6 切割后铅笔表面砂光、涂漆干燥。用涂漆机：铅笔浸漆槽再经毡盘除多余漆。干燥后重复直至达所需颜色。最后涂面漆。
- 7 铅笔再经输送带进成型机，除笔端积聚多余漆。此步也确保所有铅笔等长。
- 8 装橡皮，用圆形金属笔箍固定。笔箍先胶粘或小金属爪固定笔端，再插入橡皮箍紧。最后步骤，加热钢模压印公司商标于每支铅笔。
彩色铅笔
彩色铅笔生产与黑色书写铅笔大同小异，唯芯含染料颜料等着色材料替代石墨。先加粘土、胶作粘合剂，再浸蜡赋顺滑。成型后外部按芯色涂漆。
质量控制
因制造过程经输送带，铅笔分发前严格审查。工人培训剔除外观不良品，工序结束抽取部分削尖测试。常见问题三明治胶粘不牢，但通常切割时捕获。
制造工艺