Производство спичек: история, материалы и технологический процесс

Введение

Спичка — тонкая деревянная палочка или картонная полоска, на одном конце которой наgebracht твёрдая смесь легковоспламеняющихся химикатов. При трении по шершавой поверхности трение генерирует достаточно тепла для воспламенения химикатов и возникновения небольшого пламени. Существует два основных типа: спички с трением по любой поверхности, возгорающиеся на любой шершавой поверхности, и безопасные спички, требующие специально подготовленной трёшечной поверхности.

История

Раннее документированное использование спичек датируется 577 г. н.э., когда женщины в северном китайском городе покрывали палочки химической смесью для розжига огня для готовки и отопления, позволяя экономить топливо, гася огонь между использованиями. Техника была утеряна до 1826 года, когда Джон Уокер из Англии изобрёл первую трёшечную спичку. Спички Уокера, воспламенявшиеся при проведении головки по сложенной бумаге с помолотым стеклом, продавались с 1827 года, но были трудно воспламеняемыми и не достигли коммерческого успеха. В 1831 году французский химик Шарль Сориа ввёл спичку с трением по любой поверхности с белым фосфором, облегчив воспламенение. Однако высокая воспламеняемость и токсичность белого фосфора привели к случайным пожарам и тяжёлым проблемам здоровья, таким как фосфорное некроз челюсти, дегенерация челюстной кости от вдыхания паров белого фосфора. Несмотря на риски, спички с белым фосфором оставались в употреблении до начала 1900-х, когда регуляторные действия в США и Европе заставили производителей переключиться на нетоксичные альтернативы. Ключевая инновация безопасности пришла в 1844 году, когда шведский изобретатель Густав Паш предложил разделить компоненты горения на отдельную трёшечную поверхность. В сочетании с открытием нетоксичного красного фосфора шведский химик Й. Э. Лундстрем ввёл безопасные спички в 1855 году. Хотя они были безопаснее, многие потребители всё ещё предпочитали спички с трением по любой поверхности, и оба типа продолжают производиться до сих пор. Первая спичечная коробка была запатентована Джошуа Пусси в 1892 году, а Diamond Match Company приобрела права в 1894 году. Изначально встречаясь с скептицизмом, продажи взлетели после того, как пивоваренная компания закупила 10 млн спичечных коробок для рекламы. Раннее производство было ручным; автоматизация началась с автоматической спичечной машины Эбенезера Бичера 1888 года. Сегодня непрерывные заводы могут производить до 10 млн спичек за смену в 8 часов, под наблюдением небольшой команды операторов.

Сырьё

Спичечные палочки обычно делают из пористой, прямоволокнистой древесины вроде белой сосны или осины, которые впитывают химикаты и выдерживают изгибающие силы. Палочки промачивают в фосфате аммония — огнезащитителе, предотвращающем тление после погасания спички — а затем макают в горячий парафиновый воск для кратковременного топливного импульса, передающего пламя от головки к палочке. Как только воск сгорает, фосфат аммония останавливает дальнейшее горение.

Головка спички с трением по любой поверхности состоит из кончика и основы. Кончик содержит сесквисульфид фосфора (нетоксичную альтернативу белому фосфору), хлорат калия, помолое стекло, инертные наполнители, животный клей и опционально оксид цинка для белесыго оттенка. Основа имеет уменьшенное количество сесквисульфида фосфора, вместе с серой, колифонией, небольшим количеством парафина и водорастворимым красителем для цвета. Головки безопасных спичек — единый состав из трисульфида сурьмы, хлората калия, серы, помолотого стекла, инертных наполнителей, животного клея и опционального красителя. Трисульфид сурьмы не может воспламениться от трения одного; воспламенение требует трёшечной поверхности с красным фосфором, помолотым стеклом и клеем вродеарабического камеда или мочевино-формальдегидного. Трение конвертирует след красного фосфора в белый фосфор, который реагирует с хлоратом калия для воспламенения трисульфида сурьмы.

Спичечные блокноты и коробки делают из картона. Тонкие картонные полоски, держащие спички в блокнотах, называются гребёнка.

Производственный процесс

Спички производят в нескольких строго контролируемых стадиях, обеспечивающих согласованность, безопасность и качество. Процесс иллюстрирован ниже:

1. Резка спичечных палочек

• Бревна белой сосны или осины облупливают и вращают в облупливающей машине.
• Бревна режут на ~1,6 фута (0,5 м) длиной и стругают на фанерные листы толщиной 0,1 дюйма (2,5 мм). Остаточный стержень утилизируют или перерабатывают в бумагу или ДВП.
• Фанерные листы стопкуют и подают в чоппер, способный производить до 1000 спичечных палочек за один ход.

2. Обработка спичечных палочек

• Палочки промачивают в разбавленном растворе фосфата аммония как огнезащититель.
• Затем барабанно-сушат в вращающемся барабане, который также полирует и удаляет щепки.
• После сушки палочки конвейерят на склад или напрямую на спичечную линию.

3. Формовка головок спичек

• Палочки подают на перфорированную стальную ленту; плунжеры усаживают их прочно в отверстия.
• Лента макает палочки в горячий парафиновый воск, затем в раствор химикатов головки.
• Для спичек с трением по любой поверхности второе макивание покрывает кончик более тонким раствором, давая характерный двухтонный вид.
• Спички медленно сушат на ленте 50–60 минут для обеспечения надёжного воспламенения.

4. Упаковка

• Картонные коробки режут, печатают и собирают. Для безопасных спичек трёшечную полосу наносят автоматически.
• Сухие спички сбрасывают с ленты в бункеры, считающие точное количество на коробку.
• Внутренние коробки наполняют и запечатывают внешними частями на параллельном конвейере со скоростью ~1 коробка в секунду.
• Готовые коробки группируют и укладывают в гофрокартонные ящики для отгрузки.

Контроль качества

Каждый компонент головки спички взвешивают и измеряют точно для предотвращения вариаций производительности. Операторы проводят непрерывный визуальный контроль на протяжении процесса, и строгие протоколы безопасности соблюдают для предотвращения случайного воспламенения на объекте, где может храниться более миллиона спичек одновременно.

Будущее

В США продажи спичек снизились из-за роста одноразовых зажигалок, уменьшения табачного курения и автоматизированных устройств зажига газа. Блочные спички продолжают доминировать в продажах в США благодаря рекламной ценности. Глобально спрос на спички сохранится, но производство, вероятно, сместится в регионы с более низкими затратами на труд и сырьё.