СПИЧКА Российский патент 1995 года по МПК C06F5/00 

Изобретение относится к устройствам для получения огня в быту, а также в сложных погодных условиях вне помещений, а именно для разжигания костров охотниками, туристами, геологами, топографами, может также использоваться для разжигания каминов и печей, загруженных каменным углем, может быть использована в условиях тропической влажности и сильной загазованности топок.

Известна спичка, содержащая стержень из горючего материала, зажигательную головку на одном его конце и втулку, надетую на стержень с возможностью ее перемещения вдоль спички. Втулка предназначена для регулирования пламени [1]
Однако частично сгоревшая спичка не может быть использована для повторного зажигания.

Известна спичка, состоящая из двух зажигательных головок, размещенных на противоположных концах стержня из горючего материала и втулки из негорючего материала, установленной на стержне с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль стержня [2]
Известна сборная спичка, содержащая корпус, внутри которого находятся зажигательные головки в виде шариков, и механизм перемещения шарика зажигательной головки к выходному отверстию, позволяющему осуществлять замену сгоревшей головки на другую [3]
Известна спичка, содержащая стержень из горючего материала пропитанной горючим составом древесины и зажигательную головку на одном конце стержня [4] Эта спичка выпускается многими производствами РСФСР и стран бывшего СССР, широко используется в быту.

Вышеуказанные спички недостаточно надежны, особенно в условиях, отличающихся от домашних, например в полевых условиях, на ветру, в условиях повышенной влажности. Сборная спичка ненадежна из-за сложности конструкции.

В качестве прототипа можно принять спичку по ГОСТ 1820-85. Эта спичка имеет недостаточную надежность и неудобна в эксплуатации в полевых и сложных погодных условиях. В условиях повышенной влажности спички отсыревают и плохо возгораются.

Спичка-прототип не может непосредственно зажечь влажные дрова, торф, а также разжечь топки, заполненные каменным углем, из-за непродолжительного времени горения стержня и невысокой температуры его горения ( ≈600^оС). Кроме того, иногда возникает необходимость зажечь топливо в топках, заполненных газами CO, CO₂, SO₂ и т. п. Обычная спичка после воспламенения стержня требует для поддержания горения наличия кислорода, которого в этом случае недостаточно.

В данном изобретении решается задача расширения области применения за счет повышения надежности возгорания спички и обеспечения устойчивого ее горения в течение определенного интервала времени, особенно в условиях влажности и бескислородной среды.

Технический результат заключается в обеспечении устойчивого высокотемпературного горения спички, стержень которой выполнен из твердотопливных материалов в сочетании с повышением надежности передачи возгорания от зажигательной головки к самому стержню и с обеспечением послойного горения по торцевой поверхности стержня за счет специального размещения зажигательной головки и наличия на поверхности спички защитного сгораемого горючего покрытия.

В заявленной спичке общими по сравнению с прототипом признаками являются наличие стержня из горючего материала с зажигательной головкой на конце стержня.

Отличительными признаками являются следующие: наличие дополнительного стержня, выполненного из горючего материала, например пироксилинового пороха или баллистичного твердого ракетного топлива, в торце этого стержня выполнено центральное отверстие, стержень с зажигательной головкой жестко закреплен в центральном отверстии дополнительного стержня таким образом, что вершина зажигательной головки расположена вне полости центрального отверстия, а на поверхность спички нанесено защитное покрытие.

В частном случае стержень с зажигательной головкой может быть закреплен в центральном отверстии дополнительного стержня посредством клинового соединения, образованного поверхностью отверстия, выполненного в виде усеченного конуса, и поверхностью стержня с зажигательной головкой.

В частном случае для более надежного возгорания дополнительного стержня от зажигательной головки на боковой поверхности его выполнена фаска.

В частном случае выполнения спички защитное покрытие представляет собой лакокрасочную композицию на основе нитролака в качестве связующего и алюминиевой пудры в качестве наполнителя.

Процентное содержание компонент покрытия может быть различным, в качестве наполнителей могут быть взяты порошки других металлов- меди, латуни.

В частном случае выполнения спичка может быть снабжена второй зажигательной головкой на стержне, закрепленном в другом отверстии, выполненном со стороны второго торца стержня. Крепление аналогично первому.

На чертеже изображена спичка с продольным разрезом.

Предлагаемая спичка содержит стержень 1 из древесины и зажигательную головку 2. В качестве такого стержня с зажигательной головкой может быть использована обычная хозяйственно-бытовая спичка по ГОСТ 1820-85, описанная выше в качестве прототипа. Дополнительный стержень 3 имеет цилиндрическую форму, в стержне имеется центральное отверстие 4, имеющее форму усеченного конуса, большее основание которого совпадает с торцом дополнительного стержня 3 и равно диаметру зажигательной головки 2. Требования к точности выполнения отверстия равным диаметру зажигательной головки не предъявляются, а к равенству диаметру стержня, наоборот, предъявляются, т. к. стержень в отверстии заклинивается, а зажигательная головка может выступать из отверстия больше или меньше. Меньшее основание конуса равно диаметру стержня 1, который жестко закреплен в центральном отверстии стержня 3 посредством клинового соединения, образующегося между стержнем 1 и отверстием стержня 3. Размер стержня 1 по длине выбран в зависимости от размера конического отверстия таким образом, чтобы вершина головки 2 выступала за пределы конического отверстия. Отверстие выполнено коническим не только для осуществления крепления в нем стержня с головкой, но и для обеспечения большей поверхности контактирования головки с материалом дополнительного стержня 3, так как головка оказывается наполовину утопленной в отверстии стержня. Возможны другие варианты крепления зажигательной головки в дополнительном стержне 2.

На наружной поверхности на торце дополнительного стержня 3 выполнена фаска 5 для обеспечения более надежного возгорания его от зажигательной головки 2 путем уменьшения массы контактируемого вещества дополнительного стержня 3 с зажигательной головкой 2 и тем самым уменьшения времени для прогревания до температуры вспышки материала стержня 3.

На поверхность спички в целом с зажигательной головкой нанесено защитное покрытие 6.

Колпачок 7 предохраняет зажигательную головку 2 от влаги и повреждений при транспортировании спичек и надевается на противоположный конец стержня 3.

Колпачок 7 необязателен.

Дополнительный стержень 3 изготавливается из двухосновного твердого топлива (пороха). Основные компоненты топлив этой группы окислитель и горючее входят в структуру одной молекулы. Основой этих топлив является нитроклетчатка продукт нитрации целлюлозы. При смешении нитроклетчатки с некоторыми веществами (пластификаторами) образуется пластическая масса, которой при продавливании через матрицу можно придавать любую форму. В частности, для цилиндрического стержня спички используется метод проходного прессования, состав помещается в пресс-форму, имеющую матрицу в виде цилиндрических фильер; пресс-форма закрепляется в гидравлическом прессе; при прессовании масса продавливается через фильеры и в виде шнуров диаметром 5 мм выходит наружу. Затем шнуры режутся на необходимые отрезки. В качестве пресса может быть использован шнек-пресс (аналогичный устройству мясорубки), в этом случае процесс изготовления стержней спичек приобретает непрерывный характер. Таким образом, изготовление осуществляется известными способами на известном оборудовании. Растворители нитроклетчатки делятся на летучие и труднолетучие. В качестве летучего растворителя используют спиртоэфирную смесь или ацетон. В процессе производства летучие растворители полностью удаляются. На летучем растворителе изготавливают пироксилиновые пороха. К труднолетучим растворителям относятся нитроглицерин, динитроэтиленгликоль, динитротолуол. Топлива (пороха) на основе этих растворителей называются баллиститными. Кроме этих компонентов в топливе содержатся специальные добавки стабилизаторы, пластификаторы, технологические присадки и т. п.

К этим топливам относятся российские РСИ, НДСИ, американские JPN, JP, М-7, АТО.

Размеры фаски на торце дополнительного стержня 3 зависят от толщины и материала дополнительного стержня 3, но не являются принципиальными, так как наличие любой фаски облегчит возгорание дополнительного стержня 3 от зажигательной головки 2. Защитное покрытие 6 выполняет несколько функций:
предохраняет от распространения пламени по боковой поверхности стержня 3;
предохраняет стержень 3 и воспламенительную головку от проникновения влаги, паров агрессивных сред, придает всему изделию дополнительную прочность и внешний вид;
защищает руки пользователя при горении спички.

Защитное покрытие представляет собой композицию лакокрасочного типа на основе нитролака с наполнителем в виде металлического порошка алюминия, бронзы, меди и др. Такие композиции сами по себе известны и широко применяются в качестве лаков и красок.

Состав композиции покрытия, Лак НЦ-62 70-90 Пудра алюминиевая ПП-4 10-30
Изготавливается простым перемешиванием.

В данном случае возможно использование и других составов защитного покрытия, выполняющего вышеуказанные функции.

Зажигательная головка 2 спички воспламеняется обычным путем резким трением ("чирканьем") по терке с зажигательной намазкой. Состав намазки аналогичен обычному составу, нанесенному на спичечный коробок.

Функционирование предлагаемой спички осуществляется следующим образом.

При чирканьи зажигательной головкой 2 спички о терку происходит воспламенение состава зажигательной головки (как это происходит в спичке-прототипе). Горение зажигательной головки 2 прогревает окружающие слои топливного состава дополнительного стержня 3 до температуры вспышки 250-300^оС. Время воспламенения существенно зависит от массы окружающего зажигательную головку материала дополнительного стержня 3. Для форсирования воспламенения служит выполненная на стержне 3 вблизи зажигательной головки 2 фаска. Стержень 1 при горении стержня 3 сгорает, но на процесс горения фактически не влияет и вместе с зажигательной головкой служит лишь для крепления последней внутри дополнительного стержня 3, который в процессе горения играет основную роль. Ввиду того, что горение зажигательной головки 2 спички составляет порядка 0,35 с при цилиндрической форме стержня 3 без фаски и его диаметре более 5 мм, возможна нехватка этого времени для прогревания примыкающей к зажигательной головке 2 части стержня 3 до температуры воспламенения стержня 3 и, как следствие, отказы.

Горение стержня 3 из твердотопивного состава представляет собой последовательность физико-химических процессов, начинающихся в твердой фазе и завершающихся в газовой фазе на некотором расстоянии от поверхности горения. Схема горения стержня из двухосновного топлива следующая: по мере перемещения фронта горения вглубь стержня температура слоев возрастает, происходит разложение нитроклетчатки с выделением тепла. С ростом температуры в непосредственной близости от поверхности начинаются плавление легкоплавких компонент и термическое разложение основных компонент.

Для двухосновных топливных составов определяющими реакциями на этой стадии горения являются разложение нитроцеллюлозы и разложение нитроглицерина, на торцовой поверхности стержня 3 образуется жидковязкий слой, в котором диспергированы мельчайшие пузырьки газа. Толщина этого слоя 10-80 мкм. К поверхности топливного состава стержня примыкает несветящаяся или так называемая темная зона. В ней в результате взаимодействия продуктов разложения твердой фазы выделяется примерно половина общего количества тепла. Здесь получают развитие реакции, протекающие при относительно низких температурах. В результате этих реакций образуется большое количество окиси азота и углерода, которые затем по мере удаления от поверхности интенсивно догорают. Вследствие выделяемого при реакциях тепла температура газа по мере удаления от поверхности повышается. Эта зона горения называется светящимся пламенем. Отсюда тепло поступает в окружающую среду, а также обратно к поверхности стержня из твердотопливного состава.

Для предотвращения проскока пламени по боковой поверхности стержня 3 на спичку нанесено защитное покрытие, обладающее большой адгезией к материалу стержня (нитролак НЦ-62 с алюминиевой пудрой). С другой стороны покрытие является горючим материалом лак изготовлен на основе нитросоединений, являющихся хорошим окислителем, а металл горючим. Скорость горения такой композиции мала по сравнению со скоростью горения стержня. Таким образом, при горении стержня 3 спички защитное открытие 6 предотвращает распространение пламени по боковой поверхности. В то же самое время оно сгорает без остатка по мере горения стержня, который горит с торца параллельными торцу слоями.

Предлагаемая спичка может гореть в любой окружающей среде, так как ее стержень выполнен из материала, содержащего свои горючее и окислитель, кислорода воздуха на обеспечение процесса горения не требуется, и поэтому она может гореть в любой окружающей среде. Спичка дает высокую температуру 1700-2700^о, что дает возможность воспламенять трудновоспламеняемые вещества, такие, как каменный уголь. Спичка горит при повышенной влаге, снегопаде, снежном покрове, при ветре.

Изготовлены опытные образцы, в качестве стержня с зажигательной головкой использована спичка бытовая (прототип). Дополнительный стержень выполнен из горючего материала, в качестве которого использовано баллиститное топливо марки НДСИ. В качестве защитного покрытия использована лакокрасочная композиция, состоящая из лака НЦ-62 и алюминиевой пудры ПП-4, соответственно 80 и 20 мас. Такая спичка длиной 150 мм, диаметром 5 мм горит 45-55 с устойчивым пламенем с торцовой поверхности, не угрожая рукам пользователя.

Для обеспечения более надежной безопасности руки предусмотрен защитный пластмассовый колпачок, который при транспортировке и хранении надет на стержень со стороны зажигательной головки, а при зажигании надевается на противоположный конец стержня. При хранении колпачок обеспечивает дополнительную герметизацию зажигательной головки.

Использование: в устройствах для получения огня в быту, для разжигания каминов и печей, загруженных каменным углем, в условиях тропической влажности и сильной загазованности топок, а также в сложных погодных условиях вне помещений, а именно для разжигания костров охотниками, туристами, геологами, топографами. Сущность изобретения: спичка имеет стержень из горючего материала и зажигательную головку, закрепленную на конце стержня, кроме того, она снабжена дополнительным стержнем, выполненным из горючего материала, в торце которого выполнено центральное отверстие. Стержень с зажигательной головкой жестко закреплен в центральном отверстии дополнительного стержня, причем вершина зажигательной головки расположена вне полости центрального отверстия. На поверхность спички нанесено защитное покрытие. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. СПИЧКА, содержащая стержень из горючего материала и зажигательную головку, закрепленную на конце стержня, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительным, выполненным из горючего материала стержнем, в торце которого выполнено центральное отверстие, стержень с зажигательной головкой жестко закреплен в центральном отверстии дополнительного стержня, причем вершина зажигательной головки расположена вне полости центрального отверстия, а на поверхность спички нанесено защитное покрытие. 2. Спичка по п. 1, отличающаяся тем, что центральное отверстие имеет форму усеченного конуса, большее основание которого расположено в плоскости торца дополнительного стержня и его диаметр равен диаметру зажигательной головки, а диаметр меньшего основания равен диаметру стержня с зажигательной головкой, причем поверхность конического отверстия и поверхность стержня с зажигательной головкой образуют клиновое соединение. 3. Спичка по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что на боковой поверхности дополнительного стержня со стороны торца с зажигательной головкой выполнена фаска. 4. Спичка по п.1, отличающаяся тем, что защитное покрытие представляет собой лакокрасочную композицию, содержащую нитролак в качестве связующего и металлическую пудру в качестве наполнителя. 5. Спичка по пп.1 и 4, отличающаяся тем, что защитное покрытие содержит нитролак в качестве связующего и алюминиевую пудру при следующем соотношении компонентов, мас.

Лак НЦ-62 70 90
Пудра алюминиевая ПП-4 10 30
6. Спичка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве материала дополнительного стержня используются пироксилиновые пороха или баллиститные твердые ракетные топлива.