利用某些物質的劇烈氧化還原反應產生高溫而發火燃燒的一種取火工具。由藥頭(發火介質)和火柴梗(燃燒介質)組成。藥頭主要包含氧化劑和還原劑。

  沿革 中國南北朝(420~589)時期,將硫磺沾在小木棒上,借助於火種或火刀火石,能很方便地把“陰火”引發為“陽火”。這可視為最原始的火柴。

  1669年,德國人H.佈蘭德提煉出瞭黃磷。人們利用黃磷極易氧化發火火這一特性,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。這些都是現代火柴的雛形。

  1826年,英國人J.沃克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。

  1831年,法國人C.索裡亞以黃磷代替三硫化銻摻入藥頭中,制成黃磷火柴。這種火柴使用方便,但發火太靈敏,容易引起火災,而且在制造和使用過程中,因黃磷有劇毒,嚴重危害人們的健康。

  1845年,奧地利人A.施勒特爾研制出赤磷(也稱紅磷),它是黃磷的同素異形體,性能比較穩定,且無毒。1855年,瑞典人J.E.倫德斯特倫創制出一種新型火柴,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,大大增強瞭生產和使用中的安全性,稱之為安全火柴,應用廣泛。

  1898年,法國人H.塞弗納和E.D.卡昂以三硫化四磷取代黃磷制成火柴,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。

  火柴工業開創於歐洲。1833年,世界上第一傢火柴廠建立於瑞典卡爾馬省的貝裡亞城。1865年,火柴開始輸入中國,當時稱之為“洋火”或“自來火”。中國的第一傢火柴廠是衛省軒於1879年在廣東省佛山縣創辦的巧明火柴廠。到1900年,中國共開設瞭19傢火柴廠。1921年,劉鴻生在蘇州創辦鴻生火柴廠,改進瞭火柴配方,改善瞭生產管理,生產出質優價廉的“美麗”牌火柴。劉鴻生於1930年又創建瞭上海大中華火柴公司。1949年後,中國火柴生產逐步實現瞭機械化和半自動化。1967年,第一臺火柴自動連續機試制成功。1982年在濟南火柴廠建成瞭中國第一條連續生產線。

  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。

  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,隻有在火柴盒側面的磷層上擦劃時,摩擦熱先使磷與氯酸鉀發生反應,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 3+ 3S──→2KCl + 3SO 2+ 1137kJ

  上述化學反應過於劇烈,發火太猛,不利於使用。為瞭控制發火速度,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。若以淀粉、蟲膠等代替硫磺並加入一些香料,便制成無硫芳香火柴,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:用質地比較松軟的木材制成方形截面的火柴梗,梗端沾上石蠟和藥漿,幹燥後裝於木片或紙板制成的小盒中,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後擠縮成截面為圓形或方形的長梗條,再經切斷制成火柴梗。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。制成火柴後,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 采用特種的藥頭配方,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;外層采用四氧化三鐵和鋁、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、堿式碳酸銅等物料,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:能反復發火,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制成直徑為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,控制瞭發火物質的燃燒,不致於使整根火柴一次燃燒完,達到多次使用的目的。已研制成能反復擦燃 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。

  制造工藝 火柴的制造工藝因品種而異。

  木梗火柴制造 大體可分為梗子制造、梗子處理、火柴藥頭制造、盒子制造、包裝及刷磷5個部分(見圖)。

  ①梗子制造:制作火柴梗應選用質地疏松、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,旋削成厚薄均勻的連續梗片。梗片再分切成一定規格的梗枝。

  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。經瀝幹除去表面水分後,送往烘梗機中烘幹,使梗桿含水率降到6~8%。梗枝烘幹後,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火柴藥頭制造: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、烘幹和卸梗等多道工藝,即完成火柴的制作。

  ④火柴盒制造:火柴盒分為紙盒和木盒兩種。紙盒采用厚度為0.4mm、定量為300g/m2的卷筒板紙或平板紙為原料。分紙機將原卷筒板紙分切成不同的寬度,以適應外盒或內盒的制作需要。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,在旋盒片機上旋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,烘幹後套盒、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,現在亦使用合成粘合劑。經烘幹後,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。

  蠟梗火柴制造 蠟梗的制造有兩種方式: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。它采用定量40~45g/m2的卷筒有光紙為原料,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。

  火柴藥頭的制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,制成火柴。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,並略使紙層松散,以增加藥頭與梗子的粘結力;藥頭的幹燥是在較低的溫度(20~40℃)下進行,以免梗中石蠟熔化。

  紙梗書式火柴制造 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,再經烘幹,含水率應保持在8%左右。

  采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)將印制好商標的封皮紙塗上磷層,經幹燥塔烘幹後,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,封皮經過折疊後組合裝訂成冊,即為成品。