Malé velké vynálezy - tužka

Za duchovní otce dnešní tužky se považují hned dva vynálezci. Francouz Conté a Rakušan Hardtmuth. Jak vznikaly první tužky? A jak vypadají jejich moderní varianty? (délka blogu 5 min.)

Z nouze ctnost

První tužky, využívající grafitovou tuhu, byly vyráběny v Anglii. Nedaleko městečka Borrowdale se nacházely zásoby neobyčejně čistého grafitu. Jeho kvalita byla nedostižná. Pokud už byl jinde v Evropě nalezen grafit, podobal se spíše prachu a k výrobě tužek se s ním nedalo počítat.

Tento původně bezcenný prach použil rakouský vynálezce a stavitel Josef Hardtmuth v roce 1790. K výrobě psacího náčiní vymyslel malý trik. Spojil částečky grafitu  jílem a vytvaroval tyčinky, které pak vypálil v peci. Z nepoužitelného a podřadného materiálu tak vytvořil tuhu moderní tužky, která získala obrovskou popularitu.

Za druhého duchovního otce tužky se považuje Francouz Nicolas-Jacques Conté, malíř a vynálezce, který vyrobil první patentovanou tužku. Conté zkusil smísit grafitový prášek s vlhkým jílem a výslednou hmotu opatřil tenkým dlouhým pouzdrem z cedrového dřeva. Nápad se osvědčil a přetrval bez výraznějších změn až do 21. století.

Jak se vyrábějí tužky?

Dvěma hlavními komponentami pro výrobu tuhy jsou grafit, který se později stará o samotnou stopu tužky na papíře - a jíl.

Jíl

 je nezpevněná usazená hornina složená z více než 50 % jílovité složky. Tvoří ji jílové minerály s velikostí jednotlivých zrn pod 4 µm. V suché podobě je jíl sypkou horninou. Při styku s vodou má tendenci nabývat, naopak při vysoušení se smršťuje. Po vypálení jíl tuhne, vypálením se mění jeho vnitřní struktura a zhutňuje se.

Grafit je šedý až černý minerál s šesterečnou strukturou. Je měkký (měkkost 1), takže se například otírá o prsty a špiní. Na papíře nechává šedou nebo stříbrošedou stopu.

Oba materiály se velice jemně umelou - cílem je, aby se optimálně smíchaly a výsledná směs byla homogenní.

Výroba tužek ze směsi jílu s grafitem má jednu výhodu. Vlastnosti tužky (její tvrdost) se řídí poměrem obou hlavních komponent, jílu a grafitu. Čím více jílu tuha obsahuje, tím tvrdší je - a tím slabší (světlejší) stopu zanechává na papíře. Navíc má na celkové vlastnosti vliv ještě i teplota, při které se tuhy vypalují - a čas, který stráví v peci. Dají se tak vyrobit tužky s různými vlastnostmi, určené k různým cílům.

Hotová směs se pak formuje do tyčinek. Ty se seříznou na patřičnou délku a vypálí. Po tepelné úpravě se ještě pokrývají tenoučkou vrstvičkou vosku, která zjemňuje otěr grafitu a papíře.

Tvrdost tužky

Na první pohled by se mohlo zdát, že je tvrdost tužek pevně daná veličina. Je to ale omyl. Vzhledem k tomu, že na výrobu tuhy mají vliv různé parametry, není možné standardizovat a vzájemně porovnávat tužky různých výrobců. Může se stát, že tužka s označením 3H odpovídá typu HB jiného výrobce.

Na trhu jsou k dostání tužky s označením 9B - 9H. Písmeno “B” znamená, že se jedná o spíše měkkou variantu a číslice vyjadřuje intenzitu vlastnosti. 9B je tedy nejměkčí tužka, zatímco 9H nejtvrdší. Střední tvrdost vykazují evropské tužky s označením HB, zatímco v Japonsku je HB znakem spíše měkké tužky a v USA tvrdé varianty.

Měkké tužky používají umělci ke skicování, tvrdé tužky se hodí spíše na technické výkresy. HB (tedy střední variantu) používáme k běžnému psaní.

Díky čemu píše tužka na papír?

Schopnost psát, tedy zanechávat na papíře trvalou zbarvenou stopu, je způsobena zvláštní strukturou grafitu.

Grafit tvoří šestiboké útvary, které vytváří vrstvy. Jednotlivé vrstvy se pak na sebe pojí relativně slabými Van der Waalsovými silami.

Van der Waalsovy síly

 jsou přitažlivé nebo odpudivé interakce (síly) mezi molekulami. Jsou slabší než jiné druhy vazeb (kovalentní, koordinační vazby a vodíkové můstky). Vznikají převážně v nepolárních molekulách, které neobsahují stálé dipóly.

Pokud se tedy na kousek grafitu přitlačí, jeho vrchní vrstva se lehce “odtrhne” od zbytku krystalu a může zůstat na papíře nebo na jiném předmětu. Podíl jílu v tuze tužky pak poněkud redukuje schopnost otěru grafitu. Proto mají tuhy s největším množstvím jílu také nejvyšší “tvrdost”.

Tužky jsou přitom velice “vydatným” psacím náčiním. Jedna jediná obyčejná tužka může zanechat až 56 km dlouhou stopu.

High tech - tužka

Netrvalo dlouho a paralelně k jednoduché a stabilní dřevěné variantě tužek se začala vyrábět i její mechanická obdoba.

První patent pochází už z roku 1822. Dnešní mikrotužky mají tuhy silné 0,2 mm až 1,18 mm a mají délku 60 mm. Nemusí se už ořezávat, roli dřevěného ochranného pouzdra hraje kovový obal. Zároveň obsahuje také pouzdro na záložní tuhy. Ty se posunují  zmáčknutím tlačítka na zadní části tužky.

Obyčejná tužka se dříve používala dokonce i v kosmonautice. Ve stavu beztíže totiž jindy praktická kuličková pera fungují jen nedokonale. Kosmonautům nebo astronautům nezbylo nic jiného, než se spolehnout na starou známou obyčejnou dřevěnou tužku - do té doby, než vědci vyvinuli pero, které funguje i při minimální gravitaci.

Moderní tužky se dočkaly také jedné legrační modifikace. Vyrábějí se mimo jiné i v ohebném provedení. Není pak problém na takovém psacím náčiní vytvořit například uzel.

Mezi ohebné exempláře patří také nejdelší tužka na světě. Je to logické, měří totiž 225,2 metrů. V tomto speciálním provedení není tuha tvořena jílem a grafitem, ale grafitem, tukem, voskem, speciálním pojivem, mastkem a kaolinem - takže se neláme. Vnější obal už není tvořen dřevem jako u klasické tužky, ale je vyroben z umělé hmoty.