书城教材教辅中小学生不可不知的科技发明
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第44章 摩擦起火——火柴

中国很早就出现了火柴。南北朝时期,将硫黄沾在小木棒上,借助于火种或火刀火石,能很方便地把阴火引发为阳火。这可视为最原始的火柴。

公元950年前后,陶谷在《清异录》一书中提到,有一位聪明人用松木条浸染硫黄,贮存起来备用。与火一接触,就会燃烧起来。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”。

欧洲最早的火柴也是用硫黄制成的,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。1816年,法国巴黎的德鲁森制成了黄磷火柴,1828年,英国伦敦的琼斯制成了普鲁米辛火柴,接着巴黎人G.E.梅凯尔和奥地利人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。1845年,化学家施勒特尔发明了安全火柴,采用红磷作为火柴头。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获得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。

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、硫黄和******混合原料制成现代的火柴。20世纪初,现代火柴传入中国,被称为洋火、番火等。例如中国台湾话今日仍称“番仔火”。

由于现代工具的发展,很多人使用打火机,火柴逐渐遭到冷落。今日,在超市中更容易买到打火机而不是火柴。

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。

(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。常用的树种是杨科或椴科,也可用松类或云杉。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,送往烘干机中烘干,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,使之成为一个整体。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”。磷浆的主要成分是赤磷和黏合剂。传统的黏合剂是皮胶,现在亦使用合成黏合剂。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。

知识链接:安全火柴

学会取火是人类文明的重大进步。过去人们的取火方法大体有四种:摩擦法、打击法、压榨法和光学发火法。这当中,最早出现的是摩擦发火和打击发火法。中国古代传说中有燧人氏教人钻木取火的故事,所谓钻木取火,就是用一根木棒立在另一块木块上用力旋转,使它摩擦生热而发火的做法。

在太古时代,主要是用燧石互相打击而取火。到有了钢铁之后,人们便改用铁块和打火石碰撞的取火法了。

比较科学的取火方法是18世纪末在罗马出现的。那时有人用一根一米多长的大木棒,在其顶端涂上浓******、糖和树胶的混合物,当人们要使用火时,就把大棒的顶端伸进一个盛有硫酸溶液的器皿里,使二者相遇发生化学反应而燃烧。这便是火柴的雏形。

1827年,英国化学家约翰·沃克发明了与现代火柴相近似的引火棍。而这个发明也是很偶然的。有一天,沃克正在集中精力试制一种猎枪上用的发火药。方法是把金属锑和钾碱混合在一起,然后用一根棍搅拌。这样,棍的一端便粘上了金属锑和钾碱的混合物。后来,他想把粘在木棍上的混合物在地上磨掉,以便再利用这根棍来搅拌新配的混合物。然而,正当他把木棍在地上使劲摩擦时,突然“扑”的一声冒出了火苗,木棍燃烧起来了。

这个发现使沃克非常高兴。他想:如果能利用自己发现的办法制造引火物,那对人们取火将是多么方便啊!于是,他开始参照自己发现的办法研制火柴了。1827年4月7日,约翰·沃克制作的第一盒火柴出售了。他的火柴84根为一盒。火柴盒的一端贴有一小片砂纸,把火柴头夹在砂纸中间,向外一拉,火柴便点燃了。从此,火柴便在全世界得到了普及。

1830年又出现了黄磷火柴,这种火柴一经摩擦即可引燃,但容易出危险,而且它的烟有毒。1835年,又有人发明了安全无害的赤磷火柴。到1848年,德国人又发明了今天通用的安全火柴。火柴的发明为人类用火提供了极大的方便。

日用火柴:

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5毫米,长度为30毫米。擦燃后以每秒4~6毫米的速度燃烧,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,用硝化纤维溶液黏合而成。大小规格与抗风防水火柴相似。燃烧时能产生1200摄氏度以上的高温,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2.5~3厘米,长16~38厘米。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******、硫磺、二醋酸纤维、多聚甲醛及填充剂等化学品经与****混合后压制成直径为2~5毫米的棒形火柴,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。现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,照亮物体后能使照相胶片感光。可代替闪光灯供摄影用。