火柴[取火工具]

火柴[取火工具]

火柴是根據物體摩擦生熱的原理,利用強氧化劑和還原劑的化學活性,製造出的一種能摩擦發火的取火工具。 十八世紀的下半葉主要是利用黃磷為發火劑。由於黃磷有毒,後來又逐漸為硫化磷火柴取代。後者雖然無毒,但隨時都有自燃的可能, 很不安全。1855年,世界上在瑞典建立的火柴廠研製成功安全火柴,逐漸為世界各國所採用。 當今火柴盒的側面塗有紅磷(發火劑),三硫化二銻(Sb2S3,易燃物)和玻璃粉;火柴頭上的物質一般是KClO3、MnO2(氧化劑)和S(易燃物)等。當兩面者摩擦時,因摩擦產生的熱使與KClO3等接觸的紅磷發火併引起火柴頭上的易燃物燃燒,從而使火柴桿著火。安全火柴的優點是紅磷沒有毒性,並且它和氧化劑分別粘附在火柴盒側面和火柴桿上,不用時二者不接觸。所以叫安全火柴。

基本信息

發展歷程

火柴圖片 火柴圖片

《資治通鑑》中記載:“陳宣帝太建九年,齊后妃貧苦,至以賣燭為業。”元末明初學者陶宗儀的《輟耕錄》中的《發燭》條說:“杭人削松木為小片,其薄如紙,熔硫磺塗木片頂端分許,名曰發燭,又曰粹兒,蓋以發火及代燈燭用也。史載周建德六年,齊后妃貧者以發燭為生,豈即杭人之所制矣。”文中的發燭就是原始的火柴。

北宋人陶谷的《清異錄》說:“夜有急,苦於作燈之緩。有智者,批杉條染硫磺,置之待用,一與火遇,得焰穗然。既神之,呼引光奴。今遂有貨者,易名火寸。”這是說當時民間百姓非常流行用一種塗上硫磺的杉木條引火,這也說明了原始的火柴,應該是在《清異錄》成書年代之前就已經發明,也就是公元950年前。據一則重要史料記載:“漢淮南王招致方術之士,延八公等撰《鴻寶萬畢方》,法燭是其一也,余非民所急,故不行於世,然則法燭之起,自劉安始也。”這裡的法燭就是後來說的發燭,都是火柴的前身。按照高承的記述,我們可得知,原始的火柴是在公元2世紀,由早期的煉丹家所發明的。我們也知道硫磺是煉丹家的主要藥物,所以說他們發明原始火柴更加合理。

但根據記載當前認為最早的火柴是在公元577年發明的,當時是南北朝時期,戰事四起,北齊腹背受敵,物資短缺,尤其是缺少火種,做飯都成問題。當時后妃和一班宮女將硫磺沾在小木棒上,藉助於火種或火刀火石,能很方便地把“陰火”引發為“陽火”。這可視為當前記載中原始的火柴。到了南宋時期,杭州的大小街道上,已經到處都有出售火柴的小販。陶宗儀《輟耕錄》載:“杭人削松木為小片,其薄如紙,鎔磺塗木片頂分許,名曰發燭,又曰焠兒。蓋以發火及代燭也”。950年前後,陶谷在《清異錄》一書中提到,夜裡有急事而又要花不少時間做燈。有一位聰明人用松木條浸染硫磺,貯存起來備用。與火一接觸,就會燃燒起來。可得小火焰如同谷穗。這種神奇之物,當時稱為引光奴。後來,它成為商品時,便更名為火寸條。可說這已經是早期的火柴了,但當時朝廷沒有注意和重視。

在歐洲,火柴出現於古羅馬時期。當時一些小販,將木柴浸泡在硫磺中出售。這種被浸泡在硫磺中的木柴本身並不起火,而是可以用來引火。人們用鐵塊撞擊火石,讓濺出的火星落在這些木柴上,就能獲得火種。到了中世紀時期,歐洲人又用蘆葦取代了木柴,成為引火的材料。歐洲最早的火柴也是用硫磺製成的,許多研究者認為,這項發明很可能是由歐洲旅遊者直接從中國帶回的。馬可波羅時期,中國早期的火柴技術傳入歐洲,後來歐洲人就在這個基礎上不斷改進一度被中國人稱為“洋火”的火柴。

1669年,德國人H.布蘭德提煉出了黃磷。人們利用黃磷極易氧化發火這一特性,在小木棒一端沾上硫磺,然後再沾黃磷而發光。

1805年,法國人錢斯爾將氯酸鉀和糖用樹膠粘在小木棒上,浸沾硫酸而發火。

1816年,法國巴黎的F.德魯森製成了黃磷火柴,1828年,英國倫敦的S. 瓊斯製成了普魯米辛火柴,接著巴黎人G. E. 梅凱爾和奧地利人J.西格爾等人發明了無磷火柴。為了增加火柴的穩定性和易燃性,法國人C.索利亞利用白磷和黃磷作為配方,於1831年革新了火柴配方的設計。

“洋火”借著摩擦生火,而發明這種火柴的人是英國的沃克,他在1826年利用樹膠和水製成了膏狀的硫化銻和氯化鉀,塗在火柴梗上並夾在砂紙上拉動便產生火。他把氯酸鉀和三硫化銻用樹膠粘在小木棒端部作藥頭,裝在盒內,盒側面粘有砂紙。手持小木棒將藥頭在砂紙上用力擦劃,能發火燃燒。這是最早具有實用價值的火柴。

劇烈燃燒的瞬間 劇烈燃燒的瞬間

1830年,法國的索利亞和德國的坎默洛對火柴進行了革新,用黃磷、硫磺和氯酸鉀混合原料製成現代的火柴。1831年,法國人C.索里亞以黃磷代替三硫化銻摻入藥頭中,製成黃磷火柴。這種火柴使用方便,但發火太靈敏,容易引起火災,而且在製造和使用過程中,因黃磷有劇毒,嚴重危害人們的健康。

1845年,奧地利化學家A.施勒特爾研製出赤磷(也稱紅磷),它是黃磷的同素異形體,採用赤磷作為火柴頭,性能比較穩定,且無毒。1855年,瑞典人J.E.倫德斯特倫創製出一種新型火柴,它是將氯酸鉀和硫磺等混合物粘在火柴梗上,而將赤磷藥料塗在火柴盒側面。使用時,將火柴藥頭在磷層上輕輕擦劃,即能發火。由於把強氧化劑和強還原劑分開,大大增強了生產和使用中的安全性,稱之為安全火柴,套用廣泛。

1898年,法國人H.塞弗納和E.D.卡昂以三硫化四磷取代黃磷製成火柴,稱為硫化磷火柴。這種火柴與黃磷火柴一樣隨處可以擦燃而沒有黃磷的毒性,但仍不如安全火柴安全。19世紀末,發現利用白磷做火柴的工廠工人,易罹患一種磷毒性頜疽症的疾病,1898年,法國政府火柴專賣公司提出了三硫化二磷用於火柴製作的專利後,白磷火柴被視為一種違法的產品。

二十世紀初,現代火柴傳入中國,被稱為洋火、番火等。例如台灣話仍稱「番仔火」。

製造方法

通常製法:一方面採用易燃的木材做成小棒(稱火柴梗),在其一端蘸以蠟油和含氯酸鉀的藥料(稱火柴頭),製成火柴;另一方面在包裝盒上塗以含赤磷,白磷的磷面。使用時,將火柴在磷面上擦劃,即能引燃,極為方便。

分類:火柴可分為日用安全火柴、普通火柴、高檔火柴和各種各樣的特種火柴。

製造工藝的一般過程主要有:鋸木、剝樹皮、鏇片、切梗、烘乾;篩選、理梗、排梗、沾油、藥漿調製、沾藥、烘乾、卸梗、鏇盒片、切盒片、糊盒、烘乾;套盒(紙盒為:印刷、壓痕、分切、糊盒、套盒)、裝盒、磷漿調製、刷磷、包封、裝箱。

火柴[取火工具] 火柴[取火工具]

火柴設備品種、型號繁多,大體分六大類:(1)原木分解設備;(2)梗枝製造設備;(3)梗枝處理設備;(4)火柴(頭梗)製造設備;(5)盒子製造設備;(6)火柴包裝設備。

發火原理

火柴有摩擦火柴(又稱硫化磷火柴)與安全火柴之分,其發火原理不盡相同。

火柴[取火工具] 火柴[取火工具]

摩擦火柴藥頭的主要成分是氯酸鉀和三硫化四磷,稍在粗糙表面摩擦、產生的熱足以使這兩種物質起化學反應而發火。

安全火柴藥頭中以硫磺取代三硫化四磷。一般的摩擦熱不足以使藥頭起反應,只有在火柴盒側面的磷層上擦劃時,摩擦熱先使硫與氯酸鉀發生反應,放出較多的熱能,促使藥頭中的化學物質產生反應而發火。它的反應過程如下:

2KClO+ 3S──→2KCl + 3SO+ 1137kJ

上述化學反應過於劇烈,發火太猛,不利於使用。為了控制發火速度,藥頭中還需加入一些石英粉等填充劑,使藥頭髮火緩和、穩定;此外,還加入重鉻酸鉀和顏料等,以改善抗潮性能和外觀。若以澱粉、蟲膠等代替硫磺並加入一些香料,便製成無硫芳香火柴,燃燒時不產生刺激性氣體SO2,且能散發香味,使人感到舒適。

火柴分類

日用火柴

日用火柴又稱普通火柴 ,按包裝外形和所用原料有木梗火柴、蠟紙梗火柴和書式火柴3種。

①木梗火柴:用質地比較鬆軟的木材製成方形截面的火柴梗,梗端沾上石蠟和藥漿,乾燥後裝於木片或紙板製成的小盒中,盒側面塗以磷層。為最普通的火柴。

小小的火柴,學問頗多 小小的火柴,學問頗多

②蠟紙梗火柴:簡稱蠟梗火柴。用薄紙浸以熔融的石蠟後擠縮成截面為圓形或方形的長梗條,再經切斷製成火柴梗。適合於缺乏木材的地區。因梗枝含蠟量大,引燃性能比較好,燃燒時間也比同樣規格的木梗長2~3倍,適用於航海、漁獵、勘探等野外作業的環境。但是石蠟在較高溫度下易軟化,使梗枝的剛度降低,影響使用,故不適用於熱帶地區。

③書式火柴:因其包裝外形扁薄且似書冊而得名。其梗枝是用木片或紙板沖切而成,每10支或15支為一組,一端基部相連,呈梳齒狀,梗尖一端沾石蠟及藥漿。製成火柴後,用卡紙封面裝訂成冊。磷層塗刷於封面裝訂處。使用時逐根撕下擦劃。這種火柴外形美觀、攜帶方便。

特種火柴

特種火柴 採用特種的藥頭配方,以產生不同的特殊功能。主要有下列5種:

①抗風防水火柴:藥頭中含有比普通火柴多15%左右的氧化劑,發火性能較強;表面沾有一層防潮薄膜,可防止受潮;藥頭粗而長,直徑約5mm,長度為30mm。擦燃後以每秒4~6mm的速度燃燒,能均勻地持續燃燒5~7秒鐘。這種特性使它能抗強風,不怕雨淋,適合於地質、水文、氣象、航海、漁獵等野外作業人員使用。

②高溫火柴:藥頭分內外兩層。內層是抗風防水火柴的藥料;外層採用四氧化三鐵和鋁、鎂粉等原料,用硝化纖維溶液粘合而成。大小規格與抗風防水火柴相似。燃燒時能產生1200℃以上的高溫,可供引燃熔接劑之用,故又稱焊接火柴。

③信號火柴:又稱信號筒。筒身直徑2.5~3cm,長16~38cm。磷層塗在筒蓋端部。藥料中摻入硝酸鍶或硝酸鋇、鹼式碳酸銅等物料,燃燒後能分別發出紅、藍、白等不同顏色的持續火光,照度達80~800支燭光,可供鐵路車輛或航海船舶夜間信號聯絡之用。

④多次燃燒火柴:能反覆發火,多次燃燒。這種火柴不用木梗,而由氯酸鉀、硫磺、二醋酸纖維、多聚甲醛及填充劑等化學品經與丙酮混合後壓製成直徑為2~5mm的棒形火柴,稱為火柴芯(無火柴梗和藥頭之分),以它在磷層上擦劃即可發火。由於二醋酸纖維的阻燃作用,控制了發火物質的燃燒,不至於使整根火柴一次燃燒完,達到多次使用的目的。已研製成能反覆擦燃 600次以上的火柴。

⑤感光火柴:燃燒時發光,照亮物體後能使照像膠片感光。可代替閃光燈供攝影用。

優缺點

早期火柴的缺點:

早期生產的火柴有兩個非常致命的缺點:(1)白磷是非常稀少及遇熱容易自燃,非常危險;(2)白磷是有毒的,造火柴的工人一不小心就會中毒身亡。在1852年經過瑞典人距塔斯脫倫姆的改進,發明了安全火柴。以磷和硫化合物為發火物,必須在塗上紅磷的匣子上摩擦才能生火,安全程度提高。但在安全火柴發明之前,人們可是經歷了一代代不停的探索。

安全火柴的優點:

火柴 火柴

安全火柴中的成分分別是:火柴頭主要由氧化劑(KClO3)、易燃物(如硫等)和粘合劑等組成。火柴盒側面主要由紅磷、三硫化二銻、粘合劑組成。當劃火柴時,火柴頭和火柴盒側面摩擦發熱,放出的熱量使KClO3分解,產生少量氧氣,使紅磷發火,從而引起火柴頭上易燃物(如硫)燃燒,這樣火柴便劃著名了。

安全火柴的優點在於把紅磷與氧化劑分開,不僅較為安全,而且所用化學物質無毒性。所以也被稱為安全火柴。火柴頭上主要含有氯酸鉀、二氧化錳、硫磺和玻璃粉等。火柴桿上塗有少量的石蠟。火柴盒兩邊的摩擦層是由紅磷和玻璃粉調和而成的。火柴著火的主要過程是:(l)火柴頭在火柴盒上划動時,產生的熱量使磷燃燒;(2)磷燃燒放出的熱量使氯酸鉀分解;(3)氯酸鉀分解放出的氧氣與硫反應;(4)硫與氧氣反應放出的熱量引燃石蠟,最終使火柴桿著火。

特殊火柴

抗風火柴

火柴 火柴

火柴梗經過1.5%磷酸氫二銨處理後,又塗了一層石蠟,藥頭很粗大。它容易摩擦著火,火苗特別旺,即使在十級以上的大風中照樣能著火,不會熄滅。

抗潮火柴

普通火柴,遇到潮濕,就沒法點燃。原來它是用動物膠做粘和劑的,防水性能很差。出現的這種“抗潮火柴”,它的發火藥同普通火柴一樣,但是用乙烯、丙烯酸等防水性能很好的合成樹脂做粘和劑,外面塗上一層軟質的防水膜, 能夠防水耐濕,又被稱為“防潮火柴”

紙梗火柴

用普通的紙張浸在高熔點的石蠟或脂肪酸中,採用特殊的工藝壓製成梗子,然後蘸上藥頭,“紙梗火柴”就做成了。

塑膠梗火柴

用塑膠做成火柴梗,再蘸上藥頭。“紙梗火柴”和“塑膠梗火柴”能節約大量木材,燃燒時間也長些。

玩具火柴

火柴棒端用硝酸鍶、硝酸鋇做藥頭,點燃時會迸發出紅色和綠色的火花,仿佛焰火那樣。

無硫芳香火柴

它點燃時不會產生有害人體的二氧化硫氣體,卻會散發出令人歡快的香味。原來,火柴梗用一些香精、玫瑰油、檀香油等浸泡或熏蒸過,點燃以後,香料揮發,滿室馨香。

高溫火柴

它一經點燃以後,很快就會產生1200°C以上的高溫。在沒有電源的地方,人們就用它來焊接電線、水壺、搪瓷盆等。為什麼它有如此神奇的力量呢?原來它是用四氧化三鐵、鋁粉和鎂粉等混合劑做藥頭,用硝化纖維做粘和劑。

電焊火柴

可以燃燒一兩個小時,熾熱的火焰,能代替電焊。

信號火柴

它長38厘米,用7層紙捲成,藥頭占全長的1/3。這種火柴象根棍棒,點燃以後,擎在手中,火光熊熊,宛如一支燃燒的火炬,散發出紅色、蘭色或白色的火焰,可以持續照亮十幾分鐘,在風雨中也不會熄滅。它亮度特別大,能幫助遇難的火車、輪船發出求救的信號。

多次點燃火柴

它有內外兩層,內層十發火藥料,由氯酸鉀、膠粘劑等合成;外層是可燃性藥物,由聚乙醛、硝化纖維和安息香酸等組成。火柴梗上纏饒著一層玻璃紙,阻止火焰擴展。劃擦火柴後,外層藥物燃燒速度快,火柴熄滅後,內層藥 物塗層便露在外面。它能多次劃燃使用。

永久火柴

它是由奧地利工程師 裴迪南·尼赫 發明的火柴,它的製法、和所用的化學製劑,還是個商業秘密呢。這種火柴外表與普通火柴沒有什麼差別,只是外層塗了一層特殊的化學混合製劑,因此一根能擦上600次,而且不會受潮。

相關知識

火柴的工業史

火柴工業開創於歐洲。1833年,世界上第一家火柴廠建立於瑞典卡爾馬省的貝里亞城。

1865年,火柴開始輸入中國,當時稱之為“洋火”或“自來火”。

中國的第一家火柴廠是衛省軒於1879年在廣東省佛山縣創辦的巧明火柴廠。到1900年,中國共開設了19家火柴廠。1921年,劉鴻生在蘇州創辦鴻生火柴廠,改進了火柴配方,改善了生產管理,生產出質優價廉的“美麗”牌火柴。劉鴻生於1930年又創建了上海大中華火柴公司。1949年後,中國火柴生產逐步實現了機械化和半自動化。1967年,第一台火柴自動連續機試製成功。1982年在濟南火柴廠建成了中國第一條連續生產線。

2012年9月6日,河北泊頭火柴有限公司將舉行資產處置拍賣會,最後一批設備被拍賣,這標誌著亞洲最大的火柴生產廠家徹底走進歷史。河北泊頭火柴有限公司前身為泊鎮永華火柴股份有限公司,始建於1912年,時任民國代總統的馮國璋以四萬元現洋入股公司,改寫了國人依賴“洋火”的歷史,建國後一度成為中國乃至亞洲最大的火柴生產廠家。當地文物部門對“泊頭火柴”的主要火柴生產設備進行了保護,並將設立專門的展館進行展示。

製造工藝

火柴的製造工藝因品種而異

木梗火柴製造 大體可分為梗子製造、梗子處理、火柴藥頭製造、盒子製造、包裝及刷磷5個部分(見圖)。

①梗子製造:製作火柴梗應選用質地疏鬆、紋理順直、易燃、無異味的木料。常用的樹種是楊科或椴科,也可用松類或雲杉。松類木料需經蒸煮以除去所含松脂。

選材後,將原木鋸截成段,剝去樹皮,鏇削成厚薄均勻的連續梗片。梗片再分切成一定規格的梗枝。

火柴[取火工具] 火柴[取火工具]

②梗子處理:將梗子用濃度1%左右的磷酸或磷酸銨溶液浸淋,稱為防灼處理,可避免火柴燃燒後的餘燼掉落。經瀝乾除去表面水分後,送往烘梗機中烘乾,使梗桿含水率降到6~8%。梗枝烘乾後,經過選梗機篩選,除去斷殘枝和長條、寬片,選出符合規格的梗枝。

③火柴藥頭製造:合格的梗枝經風力管道或傳送帶送到火柴自動連續機,自動進行理梗、上梗、沾蠟、沾藥、烘乾和卸梗等多道工藝,即完成火柴的製作。

④火柴盒製造:火柴盒分為紙盒和木盒兩種。紙盒採用厚度為0.4mm、定量為300g/m2的捲筒板紙或平板紙為原料。分紙機將原捲筒板紙分切成不同的寬度,以適應外盒或內盒的製作需要。內外盒分別制好後,進行套盒,成為一整體。木盒選用材質較好無疤節的木段,在鏇盒片機上鏇出帶有劃痕的內盒片或外盒片,再分別切成盒條,經糊盒機糊制,烘乾後套盒、貼標。

⑤包裝與刷磷:火柴與火柴盒在包裝工序匯合。裝盒機將火柴按規定的支數整齊地裝入盒內,隨後,刷磷機在盒子側面刷上磷漿。另有一種磷面是在印刷商標時印到盒片側面上的,稱為“印刷磷面”。磷漿主要成分是赤磷和粘合劑。傳統的粘合劑是皮膠,亦使用合成粘合劑。經烘乾後,包封機將每10盒火柴封成小包,裝入箱內(小箱100包,稱為“件”;大箱200包,稱為“雙件”),即為成品。

蠟梗火柴製造 蠟梗的製造有兩種方式:一種是拉模成型,另一種是擠壓成型。都要經過原紙分切、浸蠟、成型、冷卻和切斷等工藝過程。它採用定量40~45g/m2的捲筒有光紙為原料,分切成寬度為20~25mm的盤紙,通過成型模或成型輪在溫度為 120℃左右的熔化石蠟中形成圓形或方形截面的梗條,經涼水或冷風冷卻定型後切斷成梗枝。蠟梗的規格一般為長28~38mm,圓梗直徑1.5mm,方梗截面為1.6×1.6mm。

火柴藥頭的製造與木梗火柴的一樣,經過理梗進入普遍的火柴連續機上梗、沾藥,製成火柴。但在沾藥前不需沾蠟。蠟梗與藥頭的結合牢度較差,沾藥漿前需先經預處理,去掉梗枝端部(沾藥處)表面的蠟層,並略使紙層鬆散,以增加藥頭與梗子的粘結力;藥頭的乾燥是在較低的溫度(20~40℃)下進行,以免梗中石蠟熔化。

紙梗書式火柴製造 分為制梗(一般稱火柴梳)、制封皮和裝訂 3部分。為防止紙梗燃燒熄滅後的殘枝陰燃,制梗用板紙需經防灼處理。這種處理是在板紙生產過程的最後工序,即當紙坯通過末級烘缸前,以5%的磷酸氫二銨水溶液均勻噴灑在紙板上,再經烘乾,含水率應保持在8%左右。

採用火柴梳自動連續機(CM機)自動完成制梗和沾藥頭。用封皮塗磷分切機(PM機)將印製好商標的封皮紙塗上磷層,經乾燥塔烘乾後,先縱向分切成條,再橫向分切成片,以供包裝之用。火柴梳和封皮匯合於裝訂機(AM機),火柴梳在機上裁切,封皮經過摺疊後組合裝訂成冊,即為成品。

現代很少看見

從附加商業利益來說,世界上有18.8億的菸民,對於這么大的一個群體來說“火”的需求是非常龐大的,而打火機作為一種實用的廣告媒體,其作用是不言而喻。

菸民隨時要用“火”。由於現代工具的發展,對於常用“火”的菸民來說,打火機的生產量很大,如今更容易買到打火機。

打火機對於菸民來說,使用起來更合適。但打火機致命的缺點是不耐保存。打火機裡面的氣體易蒸發,放上數月或一年半載裡面的氣體多蒸發盡了,自然也打不著火了。而火柴耐於存放,放個十幾年仍然同新的一樣使用。不是菸民的人不常用火,一般將耐存儲的火柴存放起來,很長時間才偶爾點一下東西。

簡單說就是火柴耐放,主要是儲存起來偶爾使用的,而打火機是菸民和一些人時刻使用的。因此我們時刻見到的是打火機而不是存儲起來偶爾使用的火柴。

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