橡皮擦為什麼能擦掉鉛筆字？
― 橡皮擦是靠削掉自己，把字包走的
橡皮擦既不是把字「溶解」掉，也不是把字「吸」進去。鉛筆字其實只是黑色粉末浮在紙面上而已。橡皮擦把這些粉末黏在表面，連自己的表面一起削落，變成擦屑帶走。
筆記本上算錯了，用橡皮擦用力擦。黑色的字乾淨地消失了，桌上堆起了黑黑的擦屑。
可是，同一頁用原子筆寫的字，怎麼擦都擦不掉。紙只是被磨得起毛，甚至薄薄地破了個洞。
同樣是「寫在紙上的字」，為什麼只有鉛筆字能擦掉？還有，橡皮擦為什麼每用一次就變小一點呢？
原因只有兩個
鉛筆芯是由許多層薄片堆疊而成的碳，叫做石墨。摩擦時薄片會剝落，勾附在紙纖維的凹凸處。並不會滲入紙的內部。
橡皮擦的表面柔軟又帶點黏性。它抓住黑色粉末的力道比紙還強，那個部分就會被扯斷，變成擦屑。接著，新的乾淨表面就會露出來。
換句話說，橡皮擦與其說是「擦掉字的工具」，不如說是「在爭奪粉末的拔河中獲勝的工具」。贏了之後，它把搶到的粉末連同自己一起丟棄。接下來依序來看看細節。
鉛筆字究竟在哪裡？
鉛筆芯的主要成分是石墨。石墨中，碳原子排列成平坦的網狀薄片，這些薄片像撲克牌一樣層層疊起。層與層之間的結合非常微弱。
把筆芯壓在紙上移動時，這些薄片會滑動剝落。剝落下來的薄片碎屑，會摩擦到紙纖維的凹凸表面，勾附在上頭殘留下來。這就是鉛筆字的真面目。
請看圖1左側。黑色粉末只是堆積在纖維縫隙的「上方」，並沒有進入纖維內部。把粉末固定在紙上的，只有凹凸處的勾附，以及物體彼此靠近時產生的極微弱吸引力。
另一方面，圖1右側原子筆的墨水是液體。它會滲入紙纖維的縫隙，把纖維本身染色。這樣一來，不管怎麼摩擦表面，顏色都只能連同纖維一起被削掉才能去除。這就是原子筆字擦不掉的原因。
橡皮擦是怎麼把粉末取走的？
把橡皮擦壓在紙上摩擦時，柔軟的表面會緊貼紙面的凹凸處。石墨碎屑黏附橡皮擦的力道，比黏附紙的力道更強。就像紙和橡皮擦在互相爭奪粉末一樣。
不過，如果表面一直黏著粉末不放，接下來就會用那個變黑的面去摩擦紙。這樣反而會把字塗抹開來，弄得更髒。
因此，橡皮擦被刻意設計成「容易削落」。抓住粉末的表面被摩擦後會被扯斷，捲成擦屑。如圖2所示，擦屑包著黑色粉末，從紙上滾落下來。之後，還沒弄髒的新表面就會露出來。
橡皮擦每用一次就變小，並不是缺點，而正是它的機制本身。如果用不會削落的硬橡膠做同樣的事，黑色粉末就會堆積在表面，反而把字越擦越開。
現在的白色橡皮擦，多半是用聚氯乙烯樹脂，加入類似油狀的軟化成分（塑化劑）製成的。這種成分會漸漸轉移到接觸到的其他塑膠上。結果對方的表面會變軟，看起來就像融化般黏在一起。橡皮擦附有紙套，其中一個目的就是為了防止這種情況。
據說橡膠能擦掉鉛筆字這件事，是英國化學家普利斯特里（Priestley）在1770年左右記載下來的。在那之前，人們是把麵包柔軟的部分揉成一團來擦字。英文把橡皮擦稱為「摩擦之物」（rubber），據說就是源自這個發現。
總結
鉛筆字只是容易剝落的石墨碎屑浮在紙表面而已。橡皮擦抓住那些碎屑的力道比紙更強，連自己的表面一起扯斷，變成擦屑。像墨水那樣滲入纖維內部的顏色，用這種方法是無法去除的。
橡皮擦不是把字擦掉。
而是把字撿起來，連同自己一起丟棄。
鉛筆芯的石墨為什麼那麼容易剝落，可以在「鑽石和鉛筆芯明明都是碳，硬度為什麼差這麼多？」中讀到；橡膠不可思議的性質，則可以在「拉伸橡皮筋，為什麼會變溫暖？」中讀到。
- 在白紙上，用深色鉛筆（如2B）和淺色鉛筆（如2H）以相同力道畫線，比較哪一種比較容易擦掉。
- 用放大鏡觀察擦屑。確認黑色粉末不只在表面，是否也被捲進了內部。
- 用橡皮擦已經變黑的角，和用美工刀切出的新表面，分別比較擦字效果。用髒的面擦時，字可能會被塗抹開來。
越深色的鉛筆，筆芯越軟，浮在紙上的粉末也越多。可以試著確認這是否需要擦更多次才能擦乾淨。使用美工刀時請務必與大人一起進行。
想知道更多 ― 用語・數式・與教科書的關聯從國中理科到大學專業科目，都明確標示屬於哪個程度
- 國中國中理科所學的範圍
- 高中高中「化學」「物理」所學的範圍
- 高中＋高中的進階內容，或教科書專欄性質的內容
- 大學高中不會教、屬於大學專業科目（界面化學・高分子材料・摩擦學）的內容
- 研究連大學都還不會當作「定論」教授、目前研究者正在調查中的內容
國中用語：這個現象是有名字的
- 石墨：碳原子排列成平坦的網狀薄片、層層堆疊而成的物質。層與層之間結合力弱，容易剝落。是鉛筆芯的主要成分。
- 磨耗：因相互摩擦，使物體表面一點一點被削掉的現象。擦屑就是橡皮擦磨耗所產生的。
- 塑化劑：為了讓樹脂變軟而加入的成分。造就了塑膠橡皮擦的柔軟度，也會轉移到其他塑膠上。
國中高中用公式確認：一條鉛筆線上有多少石墨？
從線的大小與石墨的密度，來估算橡皮擦帶走的石墨量。線的厚度並沒有明確定值，這裡暫且假設為0.5微米來計算。
| 用符號表示 | m ＝ ρ × L × w × t 、 N ＝ t ÷ d |
| 用文字表示 | 石墨的重量 ＝ 密度 × 線的長度 × 線的寬度 × 線的厚度。堆疊層數 ＝ 線的厚度 ÷ 每層薄片的間距 |
| 公式從何而來 | 重量 ＝ 密度 × 體積（國中所學的密度定義）。把線視為薄長方體，用長度・寬度・厚度相乘求出其體積 |
| 符號 | 意義與單位 |
| m | 線上石墨的重量（g） |
| ρ | 石墨的密度（g/cm³） |
| L, w, t | 線的長度・寬度・厚度（cm） |
| d | 石墨層與層之間的間距（nm） |
| 石墨的密度 | 約 2.2 g/cm³ |
| 線的長度・寬度 | 10 cm・0.05 cm（0.5 mm） |
| 線的厚度（假設值） | 0.00005 cm（0.5 微米 ＝ 500 nm） |
| 石墨層與層的間距 | 約 0.335 nm |
| 線的面積 | 10 × 0.05 ＝ 0.5 cm² |
| 線的體積 | 0.5 × 0.00005 ＝ 0.000025 cm³ |
| 石墨的重量 | 0.000025 × 2.2 ＝ 0.000055 g |
| 換算成毫克 | 0.000055 × 1000 ＝ 0.055 mg |
| 堆疊層數 | 500 ÷ 0.335 ≒ 1490 層 |
| 是一枚硬幣（1 g）的幾分之一 | 1 ÷ 0.000055 ≒ 18000 |
10 cm線上的石墨，重量只有一枚硬幣的大約一萬八千分之一。儘管如此，卻堆疊了大約1500層的厚度，所以看起來是黑色的。橡皮擦一次包走的，就是這種程度的極少量粉末。
高中高中＋為什麼石墨會剝落，為什麼會殘留在紙上
高中石墨中，碳原子以共價鍵構成六角形的網狀結構。網與網之間並非共價鍵，而是靠分子間作用力（凡得瓦力）這種微弱的力連結。因此容易沿著層面滑動剝落，鉛筆芯才能「塗」在紙上。
高中＋轉移到紙上的石墨碎屑，主要也是靠分子間作用力，以及對纖維凹凸處的勾附而附著。橡皮擦因為柔軟，能深入紙張細微的凹凸處，擴大與碎屑接觸的面積。接觸面積越大，分子間作用力的總和也越大，就能從紙上奪走粉末。
大學附著與磨耗的科學
「粉末會黏附在哪一邊」，在界面化學中，是用附著功（撕開兩個表面所需的功）來比較的。附著功可以透過杜普雷方程式，由表面能與界面能求出。橡皮擦變成擦屑的過程，屬於摩擦學中所謂的橡膠磨耗，已知表面會產生皺褶狀的波紋（沙拉馬赫波），進而被扯斷。橡皮擦的柔軟度，則是靠塑化劑把聚氯乙烯的玻璃轉移溫度降到室溫以下而產生的。
📖 公式推導與更進一步的內容：凡得瓦力（維基百科・日文） ／ 塑化劑（維基百科・日文）
研究目前仍未完全解明的事
- 石墨附著在紙上的力，其組成比例。 凹凸處的勾附與分子間作用力，兩者各自貢獻多少，會因紙的種類與濕度而不同，據說很難分開精確測量。
- 橡膠磨耗的細部機制。 柔軟材料在什麼條件下、會扯斷成什麼大小的碎屑，目前仍持續透過實驗與計算兩方面進行研究。
- 擦屑的去向。 作為微小塑膠碎片釋放到環境中的量與影響，以及不使用塑化劑的替代材料，都在被檢討中。
也就是說，這篇文章的內容，也只是「目前已知範圍內的說明」。就連身邊的文具當中，也還留有尚未完全解明的物理與化學問題。
與教科書的關聯（依程度分類）
| 程度 | 科目・單元 | 對應本文何處 |
|---|---|---|
| 國中 | 理科一年級「身邊的物質」（密度） | 用公式確認（重量 ＝ 密度 × 體積） |
| 高中 | 化學基礎「共價鍵結晶・分子間作用力」 | 石墨層容易剝落的原因 |
| 高中＋ | 化學「高分子化合物」 | 橡皮擦的柔軟度與塑化劑 |
| 大學 | 界面化學・摩擦學 | 附著功、橡膠磨耗 |
| 研究 | 表面科學・環境化學 | 附著力的組成、擦屑的去向 |
| ― | 與生活的關聯 | 原子筆擦不掉的原因、黏在鉛筆盒上的原因 |
- 橡皮擦（維基百科・日文，森林総合研究所等日文資料）
- 塑化劑（維基百科・日文）
- 凡得瓦力（維基百科・日文）
- Henry Petroski『鉛筆と人間』（晶文社，日文版）
- Joseph Priestley, A Familiar Introduction to the Theory and Practice of Perspective (1770)
※本文為大眾科普解說。文中數值僅為幫助理解機制的參考估算值。線的厚度會因紙張、鉛筆濃淡與下筆力道而有很大差異，計算僅為一例示範。