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火柴棍

能摩擦發火的取火工具

火柴棍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。

歷史


古代,人們用火刀火石相互撞擊,冒出的火花,將火絨點著。這種點火方法比較麻煩,特別是遇到陰冷潮濕的天氣,不易點著火.
後來,用火柴點火就方便啦:用火柴頭在盒邊一擦,“嗤”的一聲,火柴就燃著了。
據說,世界上第一跟火柴出自法國。1860年,法國化學家波義耳在他的實驗室里,用一跟細木棒,在它的頭端沾上硫磺顆粒,然後用它在塗了磷的粗紙上摩擦起火。
18世紀,義大利的威尼斯出現了一種巨型火柴,很象敲大鼓的木槌。槌頭沾上一團葯面,由氯酸鉀、糖、阿拉伯樹膠調和做成。只要把這魔術棒似的火柴浸到濃硫酸中,它就會燃燒起來。這是由於氯酸鉀碰到濃硫酸,生成二氧化氯,它和糖一接觸,就立即燃燒起來。
那時候,這種火柴價格昂貴,只好幾家合買一根。後來,人們把木槌縮小為小木棒,價格便宜多了,出現在巴黎等地的市場上,成了一種別開生面的取火物,轟動了當時的歐洲
這種新奇的玩意兒使用很不方便,必須同時帶著一瓶濃硫酸。這是多麼危險啊!
1830年,法國人沙利埃用白磷代替氯酸鉀,製成了一種小巧靈便、長短已接近今天的火柴。這是比較受人歡迎的摩擦火柴。
3年以後,瑞典的卑爾加城出現了世界上第一家火柴廠。不久,火柴很快在歐洲各國流行起來。這種火柴上塗有硫磺,再覆以白磷、樹膠、鉛丹火二氧化錳的混合物。划火柴時用不著專門的火柴匣,只要在牆上、磚頭上火鞋底上輕輕地一擦,火柴就燃著了。這是利用摩擦產生地熱,使白磷發火燃燒,接著在鉛丹火二氧化錳富氧物質地影響下,使硫燃燒引燃木棒。
白磷地著火點很低,超過40°C就會自動燃燒。白磷有毒,製造火柴地工人往往因為吸入白磷蒸汽而中毒。用白磷做的摩擦火柴實在不安全,人們提心弔膽地使用了20年。安徒生童話《賣火柴地小女孩》里描述說:“她手中拿著一束火柴。這一整天誰也沒有向她買過一根……她在牆上又擦了一根火柴……”這種火柴就是含白磷地摩擦火柴,那時是論根賣的。
1845年,人們發現了另一種沒有毒的磷——紅磷。將白磷隔絕空氣在250°C--300°C下加熱,就轉變成顏色紅紫的紅磷。紅磷葯到260°C以上才開始燃燒,可是它單靠摩擦是不能起火的。當它同氯酸鉀混合后卻比白磷更容易摩擦起火,發生燃燒和爆炸。許多人在試驗中曾經發生不幸的事故。
1855年,瑞典人倫斯特姆設計製造了世界上第一盒安全火柴。他用了一個巧妙而簡單的方法,把引火劑分成兩部分:火柴頭上蘸有氯酸鉀盒三硫化二銻,紅磷塗在紙條上,貼在火柴匣外側。當火柴頭在火柴盒的側面摩擦時,達到著火點起火,火星引著三硫化二銻,氯酸鉀受熱放出氧氣,幫助燃燒得更旺。火柴桿時椴木楊木做的,前斷又浸透了石蠟盒松香,使火柴擦著后,火焰不易熄滅,容易燒到火柴桿上去。
這種火柴既沒有毒,又不易引起火災,叫作“安全火柴”,很快就風行全世界。
清代,外國人曾將火柴作為貢品傳入中國。19世紀40年代,喪權辱國的《中英南京條約》簽定后,外商乘機在中國生產火柴,“洋火”之名就叫開了。
其實,早在北周時代(公元557年--581年),中國就有了火柴。宋代和明代也見記載。明代杭州削松木為片,尖端塗上硫磺,名曰“發燭”,無論形狀和作用,都類似今天的火柴。
1894年,中國在湖北省建立了兩家官商合辦的火柴公司-----“聚昌”和“盛昌”,開始生產火柴。

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葯料(稱火柴頭),製成火柴;另一方面在包裝盒上塗以含赤磷的磷面。使用時,將火柴在磷面上擦划,即能引燃,極為方便。製造工藝的一般過程主要有:鋸木、剝樹皮、旋片、切梗、烘乾;篩選、理梗、排梗、沾油、葯漿調製、沾葯、烘乾、卸梗、旋盒片、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。

發明


火柴是由誰發明呢!根據記載最早的火柴是由中國在公元577年發明的,當時是南北朝時期,戰事四起,北齊腹背受敵進迫,物資短缺,尤其是缺少火種,燒飯都成問題,當時一班宮女神奇地發明了火柴,不過中國古代的火柴都只不過是一種引火的材料。其後在馬可波羅時期傳入歐洲,後來歐洲人就在這個基礎上發明一度被中國人稱為“洋火”的現代火柴。“洋火”能借著摩擦生火。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氯化鉀,塗在火柴梗上並夾在砂紙上拉動便產生火。可是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呢。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。當划火柴時,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,這樣火柴便划著了。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。既然火柴在南北時期才發明,那麼前人是怎樣生火呢?原來古人是利用兩根木枝互相摩擦而生火,繼后使用打火石及鐵片,但生火需時比較長,需要一、兩分鐘。火柴的出現令人們的生活變得更方便,到了近代,打火機與及電子打火器已逐漸取代傳統火柴的地位,但火柴還有其獨特的一面是無可取替的,就是它所產生的火焰顏色是最美的。

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。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划時,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:2KClO3+3S──→2KCl+3SO2+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,使藥頭發火緩和、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。

分類


根據用途和藥頭成分,火柴可分為日用火柴(普通火柴)和特種火柴兩大類。日用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,梗端沾上石蠟和葯漿,乾燥后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。
②蠟紙梗火柴:簡稱蠟梗火柴。用薄紙浸以熔融的石蠟后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,梗尖一端沾石蠟及葯漿。製成火柴后,用卡紙封面裝訂成冊。磷層塗刷於封面裝訂處。使用時逐根撕下擦划。這種火柴外形美觀、攜帶方便。
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。擦燃后以每秒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葯料;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。
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。葯料中摻入硝酸鍶硝酸鋇鹼式碳酸銅等物料,燃燒后能分別發出紅、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后壓製成直徑為2~5mm的棒形火柴,稱為火柴芯(無火柴梗和藥頭之分),以它在磷層上擦划即可發火。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,照亮物體后能使照像膠片感光。可代替閃光燈供攝影用。

特殊火柴


抗風火柴
火柴梗經過1.5%磷酸氫二銨處理后,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“抗風火柴”,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火脂肪酸中,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。
塑料梗火柴
用塑料做成火柴梗,再蘸上藥頭。“紙梗火柴”和“塑料梗火柴”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,彷彿焰火那樣。
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火熏蒸過,點燃以後,香料揮發,滿室馨香。
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,藥頭佔全長的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。划擦火柴后,外層藥物燃燒速度快,火柴熄滅后,內層藥物塗層便露在外面。它能多次划燃使用。
??火柴
它是由奧地利工程師裴迪南·尼赫發明的火柴,到目前為止它的製法、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。