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火柴(取火工具)

火柴是根据物体摩擦生热的原理,利用强氧化剂还原剂的化学活性,制造出的一种能摩擦发火的取火工具。

十八世纪的下半叶主要是利用黄磷为发火剂。由于黄磷有毒,后来又逐渐为硫化磷火柴取代。后者虽然无毒,但随时都有自燃的可能, 很不安全。1855年,世界上在瑞典建立的火柴厂研制成功安全火柴,逐渐为世界各国所采用。

当今火柴盒的侧面涂有红磷(发火剂),三硫化二锑(Sb2S3,易燃物)和玻璃粉;火柴头上的物质一般是KClO3、MnO2(氧化剂)和S(易燃物)等。当两面者摩擦时,因摩擦产生的热使与KClO3等接触的红磷发火并引起火柴头上的易燃物燃烧,从而使火柴杆着火。安全火柴的优点是红磷没有毒性,并且它和氧化剂分别粘附在火柴盒侧面和火柴杆上,不用时二者不接触。所以叫安全火柴

资治通鉴》中记载:“陈宣帝太建九年,齐后妃贫苦,至以卖烛为业。”元末明初学者陶宗仪的《辍耕录》中的《发烛》条说:“杭人削松木为小片,其薄如纸,熔硫磺涂木片顶端分许,名曰发烛,又曰粹儿,盖以发火及代灯烛用也。史载周建德六年,齐后妃贫者以发烛为生,岂即杭人之所制矣。”文中的发烛就是原始的火柴。

北宋人陶谷的《清异录》说:“夜有急,苦于作灯之缓。有智者,批杉条染硫磺,置之待用,一与火遇,得焰穗然。既神之,呼引光奴。今遂有货者,易名火寸。”这是说当时民间百姓非常流行用一种涂上硫磺的杉木条引火,这也说明了原始的火柴,应该是在《清异录》成书年代之前就已经发明,也就是公元950年前。据一则重要史料记载:“汉淮南王招致方术之士,延八公等撰《鸿宝万毕方》,法烛是其一也,余非民所急,故不行于世,然则法烛之起,自刘安始也。”这里的法烛就是后来说的发烛,都是火柴的前身。按照高承的记述,我们可得知,原始的火柴是在公元2世纪,由早期的炼丹家所发明的。我们也知道硫磺是炼丹家的主要药物,所以说他们发明原始火柴更加合理。

但根据记载当前认为最早的火柴是在公元577年发明的,当时是南北朝时期,战事四起,北齐腹背受敌,物资短缺,尤其是缺少火种,做饭都成问题。当时后妃和一班宫女将硫磺沾在小木棒上,借助于火种或火刀火石,能很方便地把“阴火”引发为“阳火”。这可视为当前记载中原始的火柴。到了南宋时期,杭州的大小街道上,已经到处都有出售火柴的小贩。陶宗仪《辍耕录》载:“杭人削松木为小片,其薄如纸,磺涂木片顶分许,名曰发烛,又曰儿。盖以发火及代烛也”。950年前后,陶谷在《清异录》一书中提到,夜里有急事而又要花不少时间做灯。有一位聪明人用松木条浸染硫磺,贮存起来备用。与火一接触,就会燃烧起来。可得小火焰如同谷穗。这种神奇之物,当时称为引光奴。后来,它成为商品时,便更名为火寸条。可说这已经是早期的火柴了,但当时朝廷没有注意和重视。

在欧洲,火柴出现于古罗马时期。当时一些小贩,将木柴浸泡在硫磺中出售。这种被浸泡在硫磺中的木柴本身并不起火,而是可以用来引火。人们用铁块撞击火石,让溅出的火星落在这些木柴上,就能获得火种。到了中世纪时期,欧洲人又用芦苇取代了木柴,成为引火的材料。欧洲最早的火柴也是用硫磺制成的,许多研究者认为,这项发明很可能是由欧洲旅游者直接从中国带回的。马可波罗时期,中国早期的火柴技术传入欧洲,后来欧洲人就在这个基础上不断改进一度被中国人称为“洋火”的火柴。

1669年,德国人H.布兰德提炼出了黄磷。人们利用黄磷极易氧化发火这一特性,在小木棒一端沾上硫磺,然后再沾黄磷而发光。

1805年,法国人钱斯尔将氯酸钾和糖用树胶粘在小木棒上,浸沾硫酸而发火。

1816年,法国巴黎的F.德鲁森制成了黄磷火柴,1828年,英国伦敦的S. 琼斯制成了普鲁米辛火柴,接著巴黎人G. E. 梅凯尔和奥地利人J.西格尔等人发明了无磷火柴。为了增加火柴的稳定性和易燃性,法国人C.索利亚利用白磷和黄磷作为配方,于1831年革新了火柴配方的设计。

“洋火”借着摩擦生火,而发明这种火柴的人是英国的沃克,他在1826年利用树胶和水制成了膏状的硫化锑氯化钾,涂在火柴梗上并夹在砂纸上拉动便产生火。他把氯酸钾和三硫化锑用树胶粘在小木棒端部作药头,装在盒内,盒侧面粘有砂纸。手持小木棒将药头在砂纸上用力擦划,能发火燃烧。这是最早具有实用价值的火柴。

1830年,法国的索利亚和德国的坎默洛对火柴进行了革新,用黄磷、硫磺和氯酸钾混合原料制成现代的火柴。1831年,法国人C.索里亚以黄磷代替三硫化锑掺入药头中,制成黄磷火柴。这种火柴使用方便,但发火太灵敏,容易引起火灾,而且在制造和使用过程中,因黄磷有剧毒,严重危害人们的健康。

1845年,奥地利化学家A.施勒特尔研制出赤磷(也称红磷),它是黄磷的同素异形体,采用赤磷作为火柴头,性能比较稳定,且无毒。1855年,瑞典人J.E.伦德斯特伦创制出一种新型火柴,它是将氯酸钾和硫磺等混合物粘在火柴梗上,而将赤磷药料涂在火柴盒侧面。使用时,将火柴药头在磷层上轻轻擦划,即能发火。由于把强氧化剂和强还原剂分开,大大增强了生产和使用中的安全性,称之为安全火柴,应用广泛。

1898年,法国人H.塞弗纳和E.D.卡昂以三硫化四磷取代黄磷制成火柴,称为硫化磷火柴。这种火柴与黄磷火柴一样随处可以擦燃而没有黄磷的毒性,但仍不如安全火柴安全。19世纪末,发现利用白磷做火柴的工厂工人,易罹患一种磷毒性颌疽症的疾病,1898年,法国政府火柴专卖公司提出了三硫化二磷用于火柴制作的专利后,白磷火柴被视为一种违法的产品。

二十世纪初,现代火柴传入中国,被称为洋火、番火等。例如台湾话仍称「番仔火」。

通常制法:一方面采用易燃的木材做成小棒(称火柴梗),在其一端蘸以蜡油和含氯酸钾的药料(称火柴头),制成火柴;另一方面在包装盒上涂以含赤磷,白磷的磷面。使用时,将火柴在磷面上擦划,即能引燃,极为方便。

分类:火柴可分为日用安全火柴、普通火柴、高档火柴和各种各样的特种火柴

制造工艺的一般过程主要有:锯木、剥树皮、旋片、切梗、烘干筛选、理梗、排梗、沾油、药浆调制、沾药、烘干、卸梗、旋盒片、切盒片、糊盒、烘干;套盒(纸盒为:印刷、压痕、分切、糊盒、套盒)、装盒、磷浆调制、刷磷、包封、装箱。

火柴设备品种、型号繁多,大体分六大类:(1)原木分解设备;(2)梗枝制造设备;(3)梗枝处理设备;(4)火柴(头梗)制造设备;(5)盒子制造设备;(6)火柴包装设备。

火柴有摩擦火柴(又称硫化磷火柴)与安全火柴之分,其发火原理不尽相同。

摩擦火柴药头的主要成分是氯酸钾三硫化四磷,稍在粗糙表面摩擦、产生的热足以使这两种物质起化学反应而发火。

安全火柴药头中以硫磺取代三硫化四磷。一般的摩擦热不足以使药头起反应,只有在火柴盒侧面的磷层上擦划时,摩擦热先使硫与氯酸钾发生反应,放出较多的热能,促使药头中的化学物质产生反应而发火。它的反应过程如下:

2KClO3+ 3S──→2KCl + 3SO2+ 1137kJ

上述化学反应过于剧烈,发火太猛,不利于使用。为了控制发火速度,药头中还需加入一些石英粉等填充剂,使药头发火缓和、稳定;此外,还加入重铬酸钾和颜料等,以改善抗潮性能和外观。若以淀粉、虫胶等代替硫磺并加入一些香料,便制成无硫芳香火柴,燃烧时不产生刺激性气体SO2,且能散发香味,使人感到舒适。 [1]

日用火柴又称普通火柴 ,按包装外形和所用原料有木梗火柴、蜡纸梗火柴和书式火柴3种。

①木梗火柴:用质地比较松软的木材制成方形截面的火柴梗,梗端沾上石蜡和药浆,干燥后装于木片或纸板制成的小盒中,盒侧面涂以磷层。为最普通的火柴。

②蜡纸梗火柴:简称蜡梗火柴。用薄纸浸以熔融的石蜡后挤缩成截面为圆形或方形的长梗条,再经切断制成火柴梗。适合于缺乏木材的地区。因梗枝含蜡量大,引燃性能比较好,燃烧时间也比同样规格的木梗长2~3倍,适用于航海、渔猎、勘探等野外作业的环境。但是石蜡在较高温度下易软化,使梗枝的刚度降低,影响使用,故不适用于热带地区。

③书式火柴:因其包装外形扁薄且似书册而得名。其梗枝是用木片或纸板冲切而成,每10支或15支为一组,一端基部相连,呈梳齿状,梗尖一端沾石蜡及药浆。制成火柴后,用卡纸封面装订成册。磷层涂刷于封面装订处。使用时逐根撕下擦划。这种火柴外形美观、携带方便。

特种火柴 采用特种的药头配方,以产生不同的特殊功能。主要有下列5种:

①抗风防水火柴:药头中含有比普通火柴多15-左右的氧化剂,发火性能较强;表面沾有一层防潮薄膜,可防止受潮;药头粗而长,直径约5mm,长度为30mm。擦燃后以每秒4~6mm的速度燃烧,能均匀地持续燃烧5~7秒钟。这种特性使它能抗强风,不怕雨淋,适合于地质、水文、气象、航海、渔猎等野外作业人员使用。

②高温火柴:药头分内外两层。内层是抗风防水火柴的药料;外层采用四氧化三铁和铝、镁粉等原料,用硝化纤维溶液粘合而成。大小规格与抗风防水火柴相似。燃烧时能产生1200℃以上的高温,可供引燃熔接剂之用,故又称焊接火柴。

③信号火柴:又称信号筒。筒身直径2.5~3cm,长16~38cm。磷层涂在筒盖端部。药料中掺入硝酸锶或硝酸钡、碱式碳酸铜等物料,燃烧后能分别发出红、蓝、白等不同颜色的持续火光,照度达80~800支烛光,可供铁路车辆或航海船舶夜间信号联络之用。

④多次燃烧火柴:能反复发火,多次燃烧。这种火柴不用木梗,而由氯酸钾、硫磺、二醋酸纤维、多聚甲醛及填充剂等化学品经与丙酮混合后压制成直径为2~5mm的棒形火柴,称为火柴芯(无火柴梗和药头之分),以它在磷层上擦划即可发火。由于二醋酸纤维的阻燃作用,控制了发火物质的燃烧,不至于使整根火柴一次燃烧完,达到多次使用的目的。已研制成能反复擦燃 600次以上的火柴。

⑤感光火柴:燃烧时发光,照亮物体后能使照像胶片感光。可代替闪光灯供摄影用。 [2]

早期火柴的缺点:

早期生产的火柴有两个非常致命的缺点:(1)白磷是非常稀少及遇热容易自燃,非常危险;(2)白磷是有毒的,造火柴的工人一不小心就会中毒身亡。在1852年经过瑞典人距塔斯脱伦姆的改进,发明了安全火柴。以磷和硫化合物为发火物,必须在涂上红磷的匣子上摩擦才能生火,安全程度提高。但在安全火柴发明之前,人们可是经历了一代代不停的探索。

安全火柴的优点:

安全火柴中的成分分别是:火柴头主要由氧化剂(KClO3)、易燃物(如硫等)和粘合剂等组成。火柴盒侧面主要由红磷三硫化二锑、粘合剂组成。当划火柴时,火柴头和火柴盒侧面摩擦发热,放出的热量使KClO3分解,产生少量氧气,使红磷发火,从而引起火柴头上易燃物(如硫)燃烧,这样火柴便划着了。

安全火柴的优点在于把红磷与氧化剂分开,不仅较为安全,而且所用化学物质无毒性。所以也被称为安全火柴。火柴头上主要含有氯酸钾、二氧化锰硫磺玻璃粉等。火柴杆上涂有少量的石蜡。火柴盒两边的摩擦层是由红磷和玻璃粉调和而成的。火柴着火的主要过程是:(l)火柴头在火柴盒上划动时,产生的热量使磷燃烧;(2)磷燃烧放出的热量使氯酸钾分解;(3)氯酸钾分解放出的氧气与硫反应;(4)硫与氧气反应放出的热量引燃石蜡,最终使火柴杆着火。 [3]

火柴梗经过1.5-磷酸氢二铵处理后,又涂了一层石蜡,药头很粗大。它容易摩擦着火,火苗特别旺,即使在十级以上的大风中照样能着火,不会熄灭。

普通火柴,遇到潮湿,就没法点燃。原来它是用动物胶做粘和剂的,防水性能很差。出现的这种“抗潮火柴”,它的发火药同普通火柴一样,但是用乙烯、丙烯酸等防水性能很好的合成树脂做粘和剂,外面涂上一层软质的防水膜, 能够防水耐湿,又被称为“防潮火柴”

用普通的纸张浸在高熔点的石蜡或脂肪酸中,采用特殊的工艺压制成梗子,然后蘸上药头,“纸梗火柴”就做成了。

用塑料做成火柴梗,再蘸上药头。“纸梗火柴”和“塑料梗火柴”能节约大量木材,燃烧时间也长些。

火柴棒端用硝酸锶、硝酸钡做药头,点燃时会迸发出红色和绿色的火花,仿佛焰火那样。

它点燃时不会产生有害人体的二氧化硫气体,却会散发出令人欢快的香味。原来,火柴梗用一些香精、玫瑰油、檀香油等浸泡或熏蒸过,点燃以后,香料挥发,满室馨香。

它一经点燃以后,很快就会产生1200°C以上的高温。在没有电源的地方,人们就用它来焊接电线、水壶、搪瓷盆等。为什么它有如此神奇的力量呢?原来它是用四氧化三铁、铝粉和镁粉等混合剂做药头,用硝化纤维做粘和剂。

可以燃烧一两个小时,炽热的火焰,能代替电焊。

它长38厘米,用7层纸卷成,药头占全长的1/3。这种火柴象根棍棒,点燃以后,擎在手中,火光熊熊,宛如一支燃烧的火炬,散发出红色、兰色或白色的火焰,可以持续照亮十几分钟,在风雨中也不会熄灭。它亮度特别大,能帮助遇难的火车、轮船发出求救的信号。

它有内外两层,内层十发火药料,由氯酸钾、胶粘剂等合成;外层是可燃性药物,由聚乙醛、硝化纤维和安息香酸等组成。火柴梗上缠饶着一层玻璃纸,阻止火焰扩展。划擦火柴后,外层药物燃烧速度快,火柴熄灭后,内层药 物涂层便露在外面。它能多次划燃使用。

它是由奥地利工程师 裴迪南尼赫 发明的火柴,它的制法、和所用的化学制剂,还是个商业秘密呢。这种火柴外表与普通火柴没有什么差别,只是外层涂了一层特殊的化学混合制剂,因此一根能擦上600次,而且不会受潮。 [4]

火柴工业开创于欧洲。1833年,世界上第一家火柴厂建立于瑞典卡尔马省的贝里亚城。

1865年,火柴开始输入中国,当时称之为“洋火”或“自来火”。

中国的第一家火柴厂是卫省轩于1879年在广东省佛山县创办的巧明火柴厂。到1900年,中国共开设了19家火柴厂。1921年,刘鸿生在苏州创办鸿生火柴厂,改进了火柴配方,改善了生产管理,生产出质优价廉的“美丽”牌火柴。刘鸿生于1930年又创建了上海大中华火柴公司。1949年后,中国火柴生产逐步实现了机械化和半自动化。1967年,第一台火柴自动连续机试制成功。1982年在济南火柴厂建成了中国第一条连续生产线。

2012年9月6日,河北泊头火柴有限公司将举行资产处置拍卖会,最后一批设备被拍卖,这标志着亚洲最大的火柴生产厂家彻底走进历史。河北泊头火柴有限公司前身为泊镇永华火柴股份有限公司,始建于1912年,时任民国代总统的冯国璋以四万元现洋入股公司,改写了国人依赖“洋火”的历史,建国后一度成为中国乃至亚洲最大的火柴生产厂家。当地文物部门对“泊头火柴”的主要火柴生产设备进行了保护,并将设立专门的展馆进行展示。

火柴的制造工艺因品种而异

木梗火柴制造 大体可分为梗子制造、梗子处理、火柴药头制造、盒子制造、包装及刷磷5个部分(见图)。

①梗子制造:制作火柴梗应选用质地疏松、纹理顺直、易燃、无异味的木料。常用的树种是杨科科,也可用类或云杉。松类木料需经蒸煮以除去所含松脂。

选材后,将原木锯截成段,剥去树皮,旋削成厚薄均匀的连续梗片。梗片再分切成一定规格的梗枝。

②梗子处理:将梗子用浓度1-左右的磷酸或磷酸铵溶液浸淋,称为防灼处理,可避免火柴燃烧后的余烬掉落。经沥干除去表面水分后,送往烘梗机中烘干,使梗杆含水率降到6~8-。梗枝烘干后,经过选梗机筛选,除去断残枝和长条、宽片,选出符合规格的梗枝。

③火柴药头制造:合格的梗枝经风力管道或传送带送到火柴自动连续机,自动进行理梗、上梗、沾蜡、沾药、烘干和卸梗等多道工艺,即完成火柴的制作。

④火柴盒制造:火柴盒分为纸盒和木盒两种。纸盒采用厚度为0.4mm、定量为300g/m2的卷筒板纸或平板纸为原料。分纸机将原卷筒板纸分切成不同的宽度,以适应外盒或内盒的制作需要。内外盒分别制好后,进行套盒,成为一整体。木盒选用材质较好无疤节的木段,在旋盒片机上旋出带有划痕的内盒片或外盒片,再分别切成盒条,经糊盒机糊制,烘干后套盒、贴标。

⑤包装与刷磷:火柴与火柴盒在包装工序汇合。装盒机将火柴按规定的支数整齐地装入盒内,随后,刷磷机在盒子侧面刷上磷浆。另有一种磷面是在印刷商标时印到盒片侧面上的,称为“印刷磷面”。磷浆主要成分是赤磷和粘合剂。传统的粘合剂是皮胶,亦使用合成粘合剂。经烘干后,包封机将每10盒火柴封成小包,装入箱内(小箱100包,称为“件”;大箱200包,称为“双件”),即为成品。

蜡梗火柴制造 蜡梗的制造有两种方式:一种是拉模成型,另一种是挤压成型。都要经过原纸分切、浸蜡、成型、冷却和切断等工艺过程。它采用定量40~45g/m2的卷筒有光纸为原料,分切成宽度为20~25mm的盘纸,通过成型模或成型轮在温度为 120℃左右的熔化石蜡中形成圆形或方形截面的梗条,经凉水或冷风冷却定型后切断成梗枝。蜡梗的规格一般为长28~38mm,圆梗直径1.5mm,方梗截面为1.6×1.6mm。

火柴药头的制造与木梗火柴的一样,经过理梗进入普遍的火柴连续机上梗、沾药,制成火柴。但在沾药前不需沾蜡。蜡梗与药头的结合牢度较差,沾药浆前需先经预处理,去掉梗枝端部(沾药处)表面的蜡层,并略使纸层松散,以增加药头与梗子的粘结力;药头的干燥是在较低的温度(20~40℃)下进行,以免梗中石蜡熔化。

纸梗书式火柴制造 分为制梗(一般称火柴梳)、制封皮和装订 3部分。为防止纸梗燃烧熄灭后的残枝阴燃,制梗用板纸需经防灼处理。这种处理是在板纸生产过程的最后工序,即当纸坯通过末级烘缸前,以5-的磷酸氢二铵水溶液均匀喷洒在纸板上,再经烘干,含水率应保持在8-左右。

采用火柴梳自动连续机(CM机)自动完成制梗和沾药头。用封皮涂磷分切机(PM机)将印制好商标的封皮纸涂上磷层,经干燥塔烘干后,先纵向分切成条,再横向分切成片,以供包装之用。火柴梳和封皮汇合于装订机(AM机),火柴梳在机上裁切,封皮经过折叠后组合装订成册,即为成品。

从附加商业利益来说,世界上有18.8亿的烟民,对于这么大的一个群体来说“火”的需求是非常庞大的,而打火机作为一种实用的广告媒体,其作用是不言而喻。

烟民随时要用“火”。由于现代工具的发展,对于常用“火”的烟民来说,打火机的生产量很大,如今更容易买到打火机。

打火机对于烟民来说,使用起来更合适。但打火机致命的缺点是不耐保存。打火机里面的气体易蒸发,放上数月或一年半载里面的气体多蒸发尽了,自然也打不着火了。而火柴耐于存放,放个十几年仍然同新的一样使用。不是烟民的人不常用火,一般将耐存储的火柴存放起来,很长时间才偶尔点一下东西。

简单说就是火柴耐放,主要是储存起来偶尔使用的,而打火机是烟民和一些人时刻使用的。因此我们时刻见到的是打火机而不是存储起来偶尔使用的火柴。 [5]

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