笔芯回收系统（中小学版）(附件)
伴随着中性笔芯的发展，越来越多的人不再使用我们传统的钢笔，选择更为便捷的中性笔，然而，由于多数人们对笔芯的分类回收以及笔芯会带来的环境污染仍没有意识，致使现在关于中性笔芯的分类回收，依旧没有系统的方案。甚至一些垃圾回收站拒不接受笔芯的回收，这使大量使用过的笔芯被随意丢弃，而笔杆材料在自然环境中很难降解，笔头中含有微量重金属，未使用完的油墨中也有许多有害的化合物，这将会带来严峻的环境问题。为了减轻废弃笔芯所带来的环境污染，本课题研究一种用于对笔芯进行分类回收、计数的设备，即笔芯回收系统。本论文通过对该设备的整体结构、工作原理、工作流程、工作所需代码以及所用电路图进行讨论，研究出能满足中小学生需求的笔芯回收系统。关键词 中性芯，分类回收，计数笔
目录
1 绪论 1
1.1 背景 1
1.2 中性笔芯的起源与发展 1
1.3 中性笔芯的使用调查 1
1.4 中性笔芯对环境的污染 1
1.5 国内研究现状 3
1.6 本课题研究内容 4
2 总体方案设计 4
3 笔芯回收系统的硬件设计 5
4 笔芯回收系统柜体设计 5
4.1 笔芯回收系统的整体结构设计 5
4.2 曲柄滑块机构的设计 7
4.3 隔板的设计 9
4.4 笔芯投注孔位置的计算 10
5 笔芯回收系统电路方案设计 12
5.1 元器件的选用 12
5.2 电路方案设计 17
6 本课题的要求 17
6.1 安全性 17
6.2 经济性 18
6.3 环保性 18
7 毕业设计成果 18
总结 19
致谢 20
参考文献 21
附录A 23
附录B 26
1 绪论
1.1 背景
当前国际上极流行的、倍受推崇的中性笔，因其造型各异、别致小巧，几乎可以满足所有人的用笔需要，在书写工具中几乎一统天下。在学生数量巨大的中国，一方面，中性笔芯的销量普 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
遍呈上升趋势，另一方面，中小学生在使用完笔芯后随意丢弃，笔芯回收率低，造成严重的环境污染问题。为什么中小学生使用后的笔芯没能得到充分的回收再利用？一般认为，笔芯的回收处理需要做到的油墨分离、笔头笔杆的分离以及对其材料的再利用成本太高，要远远超过直接生产一支新笔芯。这一现象造成笔芯生产厂家不愿回收废弃笔芯，在没有利益的情况下，垃圾站更是不接受废弃笔芯的回收。面对这样的现状，作为一名大学生，我们应该积极宣传笔芯回收的重要性，唤醒更多人的环保意识，同时利用自己所学知识，解决当前回收难，回收率低的难题，让我们国家向环境友好型社会更进一步。
1.2 中性笔芯的起源与发展
中性笔发源于二十世纪末，日本的本土企业 —— SakuraColor。近年来，中性笔凭借其多样、新颖、简单，尤其是墨迹坚牢收敛，可长时间保存，墨水流动顺畅、墨水均匀、墨水在笔头处不挥发和走漏的优势，十分受笔者的喜欢，近年来其生产量和销售量发展迅猛，大有取代圆珠笔、钢笔之势。
1.3 中性笔芯的使用调查
经过调查我们发现,在我国有将近3亿名在校就读的学生,他们当中90%以上的学生用中性笔来书写,即使按照平均每个学生每个星期用一支笔芯来计算,一年都要用掉150亿支的笔芯。再加上未展开调查的各类机关、企业和行政单位,每年我国使用的笔芯数量十分庞大。
1.4 中性笔芯对环境的污染
1.4.1 中性笔笔芯头对环境的污染
当前市场上生产出来的笔芯头有碳化钨钢、不锈钢、铜铬合金、铅黄铜、镍白铜等材质,尤其以铅黄铜笔芯居多(生产成本相对来说较低),由于废弃笔芯被当做普通垃圾处理，这些重金属元素便悄悄潜人了人们的生活之中。铅能和动物体内的众多蛋白质、酶和氨基酸,特别是巯基相结合,从而多方面影响机体的机理和生化功能,影响卟啉代谢,引发血管痉挛,甚至会损毁中枢神经系统。尽管铜、铬是动植物体必需的微量元素，但超标将会影响生物体机能与正常运转，且不同的铜盐的毒性也各不相同。对于铬来讲,六价铬毒素含量要远远超过于三价铬。用尽的中性笔芯,若不进行集中的收存处理,而随意乱扔,会加大各类金属化合物扩散的范围。金属化合物在自然的条件下会释放、转换、迁移。重金属离子通过生物富集作用逐步积累，最终会进入人体危害人的身体健康。
1.4.2 笔芯残留物对环境的污染
通常我们使用的笔芯还会有少量墨水和密封剂。随动密封剂通常被称为尾塞油、锂基酯、锂基油，专门用来对笔芯尾部中的墨水进行严格封存,防止墨水挥发干结、墨水回流及隔断空气。密封剂是黏油状的混合物，处于半固体状态，它的化学方面的性质较为稳定,在极强的光射或特高的温度条件下特别容易会蒸发、融化,污染我们的生活环境。
根据调研统计,多数笔芯并没有被用尽(这与每个人的使用习惯、笔芯特点有关),笔芯笔头处仍然存有少量的墨水。作为一种现代书写工具,人们对墨水的质量要求很高。为处理好墨水的酸碱值、墨水的浓稠度、颜料的加工细度、持续性能及顺滑性能,科学研究工作者在各生产厂家进行了大量研发调查。于上色剂而言，有二嘎嗪系、喹吖酮系、金属铬盐等颜料，加的增稠剂常使用天然胶质物和化学有机合成物，分散剂经常用表面活性小的,来改善墨水的表面张力，比如烯烃共聚物、聚氧乙烯(芳基)醚类、磺基琥珀酸类等;润滑剂则通常采用较高极性的,以有机醚类、醇类为主。上述所列配制墨水成分中,大多是具有挥发性的毒性有机物,在污染大气环境的同时,直接或者间接地威胁着我们的生存环境。
1.4.3 中性笔笔杆对环境的污染
中性笔的笔杆,通常是由聚苯乙烯或者改性聚苯乙烯塑料加工而成,都因其抵抗腐蚀、防老化而知名。聚苯乙烯(PS或GPPS)又被叫为“硬胶”,它归类于非结晶性材料的化合物,能够溶于多种有机溶剂，它的密度非常小,漂浮在湖面或者河面易被水生生物误食引起中毒;在受到阳光照射后容易变色,难以经过生物分解和光分解进入生物地质化学循环。另一材料改性聚苯乙烯为高抗冲击聚苯乙烯( HIPS),俗名“不碎胶”,其性质类似聚苯乙烯。随便丢掉的笔杆,在自然的环境下不能自己进行降解,经过焚烧和日光的长久照射,会生成氯化物、二氧化碳、一氧化碳等气体,对环境造成极严重的污染,给人体带来严重的损害。
1.5 国内研究现状
在国内，首先，在严定和黄翔在期刊《污染防治技术》中发表的《废弃中性笔对环境的污染及治理措施初探》这一文中，对油墨、笔芯头和笔杆等的化学成分及对环境的影响做了相关的叙述；再有，像《上海染料》、《中国制笔》这些学术型报刊上对中性笔都发表了一些指向中性笔芯的学术论文；同时间段，《大河报》《环境保护》报纸发表了关于废旧笔芯对环境产生的各类危害和防护倡议；此外有些媒体在关于笔芯污染也做了一些报道及调查，在某种意义上可以起到一定的宣传意义。然而，国内像这类型的关于中性笔芯的危害研究还是很少；尤其是与此相关的具有权威性的知名作品更是没有多少。甚至能够说，国内在关于这个方面的研究上还处于零发展区域。因此，需要更多有关此类研究的深入调查，更多有效的、前沿的研究成果迫切需要。
目录
1 绪论 1
1.1 背景 1
1.2 中性笔芯的起源与发展 1
1.3 中性笔芯的使用调查 1
1.4 中性笔芯对环境的污染 1
1.5 国内研究现状 3
1.6 本课题研究内容 4
2 总体方案设计 4
3 笔芯回收系统的硬件设计 5
4 笔芯回收系统柜体设计 5
4.1 笔芯回收系统的整体结构设计 5
4.2 曲柄滑块机构的设计 7
4.3 隔板的设计 9
4.4 笔芯投注孔位置的计算 10
5 笔芯回收系统电路方案设计 12
5.1 元器件的选用 12
5.2 电路方案设计 17
6 本课题的要求 17
6.1 安全性 17
6.2 经济性 18
6.3 环保性 18
7 毕业设计成果 18
总结 19
致谢 20
参考文献 21
附录A 23
附录B 26
1 绪论
1.1 背景
当前国际上极流行的、倍受推崇的中性笔，因其造型各异、别致小巧，几乎可以满足所有人的用笔需要，在书写工具中几乎一统天下。在学生数量巨大的中国，一方面，中性笔芯的销量普 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
遍呈上升趋势，另一方面，中小学生在使用完笔芯后随意丢弃，笔芯回收率低，造成严重的环境污染问题。为什么中小学生使用后的笔芯没能得到充分的回收再利用？一般认为，笔芯的回收处理需要做到的油墨分离、笔头笔杆的分离以及对其材料的再利用成本太高，要远远超过直接生产一支新笔芯。这一现象造成笔芯生产厂家不愿回收废弃笔芯，在没有利益的情况下，垃圾站更是不接受废弃笔芯的回收。面对这样的现状，作为一名大学生，我们应该积极宣传笔芯回收的重要性，唤醒更多人的环保意识，同时利用自己所学知识，解决当前回收难，回收率低的难题，让我们国家向环境友好型社会更进一步。
1.2 中性笔芯的起源与发展
中性笔发源于二十世纪末，日本的本土企业 —— SakuraColor。近年来，中性笔凭借其多样、新颖、简单，尤其是墨迹坚牢收敛，可长时间保存，墨水流动顺畅、墨水均匀、墨水在笔头处不挥发和走漏的优势，十分受笔者的喜欢，近年来其生产量和销售量发展迅猛，大有取代圆珠笔、钢笔之势。
1.3 中性笔芯的使用调查
经过调查我们发现,在我国有将近3亿名在校就读的学生,他们当中90%以上的学生用中性笔来书写,即使按照平均每个学生每个星期用一支笔芯来计算,一年都要用掉150亿支的笔芯。再加上未展开调查的各类机关、企业和行政单位,每年我国使用的笔芯数量十分庞大。
1.4 中性笔芯对环境的污染
1.4.1 中性笔笔芯头对环境的污染
当前市场上生产出来的笔芯头有碳化钨钢、不锈钢、铜铬合金、铅黄铜、镍白铜等材质,尤其以铅黄铜笔芯居多(生产成本相对来说较低),由于废弃笔芯被当做普通垃圾处理，这些重金属元素便悄悄潜人了人们的生活之中。铅能和动物体内的众多蛋白质、酶和氨基酸,特别是巯基相结合,从而多方面影响机体的机理和生化功能,影响卟啉代谢,引发血管痉挛,甚至会损毁中枢神经系统。尽管铜、铬是动植物体必需的微量元素，但超标将会影响生物体机能与正常运转，且不同的铜盐的毒性也各不相同。对于铬来讲,六价铬毒素含量要远远超过于三价铬。用尽的中性笔芯,若不进行集中的收存处理,而随意乱扔,会加大各类金属化合物扩散的范围。金属化合物在自然的条件下会释放、转换、迁移。重金属离子通过生物富集作用逐步积累，最终会进入人体危害人的身体健康。
1.4.2 笔芯残留物对环境的污染
通常我们使用的笔芯还会有少量墨水和密封剂。随动密封剂通常被称为尾塞油、锂基酯、锂基油，专门用来对笔芯尾部中的墨水进行严格封存,防止墨水挥发干结、墨水回流及隔断空气。密封剂是黏油状的混合物，处于半固体状态，它的化学方面的性质较为稳定,在极强的光射或特高的温度条件下特别容易会蒸发、融化,污染我们的生活环境。
根据调研统计,多数笔芯并没有被用尽(这与每个人的使用习惯、笔芯特点有关),笔芯笔头处仍然存有少量的墨水。作为一种现代书写工具,人们对墨水的质量要求很高。为处理好墨水的酸碱值、墨水的浓稠度、颜料的加工细度、持续性能及顺滑性能,科学研究工作者在各生产厂家进行了大量研发调查。于上色剂而言，有二嘎嗪系、喹吖酮系、金属铬盐等颜料，加的增稠剂常使用天然胶质物和化学有机合成物，分散剂经常用表面活性小的,来改善墨水的表面张力，比如烯烃共聚物、聚氧乙烯(芳基)醚类、磺基琥珀酸类等;润滑剂则通常采用较高极性的,以有机醚类、醇类为主。上述所列配制墨水成分中,大多是具有挥发性的毒性有机物,在污染大气环境的同时,直接或者间接地威胁着我们的生存环境。
1.4.3 中性笔笔杆对环境的污染
中性笔的笔杆,通常是由聚苯乙烯或者改性聚苯乙烯塑料加工而成,都因其抵抗腐蚀、防老化而知名。聚苯乙烯(PS或GPPS)又被叫为“硬胶”,它归类于非结晶性材料的化合物,能够溶于多种有机溶剂，它的密度非常小,漂浮在湖面或者河面易被水生生物误食引起中毒;在受到阳光照射后容易变色,难以经过生物分解和光分解进入生物地质化学循环。另一材料改性聚苯乙烯为高抗冲击聚苯乙烯( HIPS),俗名“不碎胶”,其性质类似聚苯乙烯。随便丢掉的笔杆,在自然的环境下不能自己进行降解,经过焚烧和日光的长久照射,会生成氯化物、二氧化碳、一氧化碳等气体,对环境造成极严重的污染,给人体带来严重的损害。
1.5 国内研究现状
在国内，首先，在严定和黄翔在期刊《污染防治技术》中发表的《废弃中性笔对环境的污染及治理措施初探》这一文中，对油墨、笔芯头和笔杆等的化学成分及对环境的影响做了相关的叙述；再有，像《上海染料》、《中国制笔》这些学术型报刊上对中性笔都发表了一些指向中性笔芯的学术论文；同时间段，《大河报》《环境保护》报纸发表了关于废旧笔芯对环境产生的各类危害和防护倡议；此外有些媒体在关于笔芯污染也做了一些报道及调查，在某种意义上可以起到一定的宣传意义。然而，国内像这类型的关于中性笔芯的危害研究还是很少；尤其是与此相关的具有权威性的知名作品更是没有多少。甚至能够说，国内在关于这个方面的研究上还处于零发展区域。因此，需要更多有关此类研究的深入调查，更多有效的、前沿的研究成果迫切需要。
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