打火机发展历程及TRIZ理论分析

　　1 引言

　　在科技全球化发展的今天，点火工具已经由过去单一的火柴、打火机等转变成更加便捷时尚的点火器。点火装置也出现在了更多的公共场合，如汽车内、购物商场内等。随着打火技术和打火方式的不断发展和更新，打火机的发展历程值得人们探索和思考。

　　2 打火机的发展演变

　　2.1 打火机发展历程

　　据记载，约自公元前45000年起，古人大多通过木材的摩擦、旋捻、钻孔或撞击点火。最原始的打火机是从燧石点火枪衍生出来的。带有弹簧的扳机扣动时，扳机击打在火石上产生火花，从而点燃树叶。当世界上第一支手枪问世不久，第一只早期的打火机也就出现了，因为它就是用手枪改成的，叫火绒手枪。

　　真正意义上的打火机是阿尔弗雷德·丹希尔发明的。他在一位化学家的帮助下发明了一种由金属壳体和顶盖结构组成的打火机。这期间，由于磷的发现，火柴也问世了。

　　2.2 打火机发展史

　　1823年德国化学家德贝莱纳在实验室发现：氢气遇到铂棉会起火。他把稀硫酸和铂棉放在容器中利用器具实现了氢气硫酸相互转化。依照此原理，贝莱纳制造出了世界上第一只打火机。但是早期的打火机由于体积大不便携带、玻璃壳易碎、硫酸溢出有危险等缺点，并没能普及应用。随着相关技术的进步，打火机的发展大致经历了下面几个过程：

　　1920年法国出现了灯芯式打火机，灯芯是用硝石粉浸过的，容易被火花点燃，后来，改成将灯芯浸在苯中的苯打火机。这种打火机有时漏燃料，而且要经常更换灯芯。

　　当燃料的问题解决之后，人们认为打火机打火的方式过于笨拙麻烦。奥地利人奥尔经过一番摸索，发明了转轮点火。把火石装在火石管里，为保证火轮与火石间有足够的压力，他在火石下面安放了弹簧结构，蹭一下火轮，即可产生火花。

　　打火方式的演变，人们在20世纪后成功试制出滚轮式打火机，摩擦式打火机和气体打火机。而气体打火机减少了点火时烟气的产生，如今仍有很多人使用。

　　而与此同时打火机的内部结构也在发生变化。人们逐渐发现了液体打火机打火原理和电子打火机的打火原理。液体打火机里有一个储液槽，里面存放有一定的液态燃料如丙烷等，利用加压减压使丙烷由液体转化为汽体，实现点火；而电子打火原理则是利用压电材料产生振动，使能量得以传递实现打火。

　　第二次世界大战期间，弹药专家使用压电效应引爆炸弹。在炸弹的前端装上像酒石酸钾钠和一些陶瓷类的晶体。晶体受到强力冲击时，会在瞬间产生高压电荷，引爆炸药。战后，日本成功地将压电效应用在打火机上，省去了干电池或火石，从而可以有效减小打火机的体积。之后，出现气体燃料打火机，逐渐取代了苯灯芯打火机。气体燃料用尽后，可从打火机底部的活门装填。

　　如今，使用最为普遍的是电子打火机，轻巧方便而且非常的实用。随着打火机的普及，几乎人人身边都会出现打火机。于是人们为了增加打火机的独特性和设计感，增加了打火机的功能，比如指纹识别、电子感应打火机等。

　　3 打火机发展过程中的TRIZ原理应用

　　3.1 打火机技术与TRIZ原理的应用分析

　　纵观打火机技术的发展，可以总结出不同阶段中TRIZ原理的应用，具体见表1所示。

　　3.2 材料上的TRIZ原理应用

　　打火机外壳的材料由原来的金属、玻璃等单一材料转变为AS（丙烯晴-苯乙烯共聚物，一种塑料）、ABS（丙烯晴-苯乙烯-丁二烯共聚物）、阻燃尼龙、镀铬金属等复合材料，强度高、韧性好、易于加工、抗腐蚀性好。

　　AS：有高光泽性、高冲击、良好的耐热性和机械性能。其刚性大，化学性能比较稳定。

　　ABS：强度高，韧性好，易于加工成型，加工出的材料也易于染色和电镀，抗腐蚀性能也比较强，几乎不受温度湿度的影响。

　　阻燃尼龙：具有良好的力学性能、电性能、耐热性、耐磨性，抗冲击能力也比较强。

　　在加工工艺上，为了保持美观的外表，现代的火机外壳利用改变颜色、参数变化等原理，在表面上会采取抛光、喷漆、拉丝、电镀等处理。

　　3.3 外形中运用的TRIZ原理分析

　　从打火机外形的发展来看，打火机外形运用TRIZ原理中的曲面化和球形化原理使其外形由简单趋向复杂化，由方形趋向圆润化，由形态单一趋向多元化。现代打火机的形状也更加具有时尚的流线感。

　　打火机外形也增加了多用性的功能，从单一的包裹内部零件作用发展到增加指纹识别自动感应装置功能，如今在外形上又增加了趣味性。

　　4 打火机的未来发展分析

　　随着市场经济的发展，打火机已经逐渐取代火柴、打火器等点火装置成为每个家庭不可或缺的日用品。同时，随着打火机制造的日益精致美观，打火机作为一种礼品赠送友人也将成为一种趋势。

　　在点火技术方面，随着科技的发展，点火的方式不断变得精简方便，未来打火机的点火趋势会向激光点火或太阳能点火方向发展。场的改变上，原有的动力场会转向感应场；在环保技术方面，为增强其环保性，可以利用复合材料原理和变有害为有利原理。

　　在内部结构上，打火机的内部功能必将呈现出更加专业化，新的技术也会使内部的体积越来越小。为减少机械系统的应用可以利用参数变化原理和状态变化原理；在外部结构上，由于人们个性化的需要，打火机上有可能会增加新装置如验钞灯等，增加火机的多用性。可以利用抛弃或修复原理自动生成打火机中的气体燃料。

　　在外形的设计上，由于打火机有成为礼品纪念品的趋势，所以在外形方面，打火机会呈现出多元化的发展方向，即体积会更加小巧精致；面的维数会增加；形态会更加具象；外形曲线化的趋势也会更加明显。为了增加美观性，可以利用不对称原理、柔性壳体或薄膜、动态性和改变颜色等原理。

　　5 结论

　　纵观打火机的发展史，打火机从简单的打火工具转变到如今人们赖以生活和展示的时尚产品，其内部经过了从燃油到燃气的转化，点火的方式从需要借助火花点燃转变为到实现电打火，外形也从简单的二维增加到多维。由此可以看出，产品发展的突破和进步离不开科学技术的进步和产品结构形态设计的改进。产品投放市场的成功与否与设计有着密切的联系，而设计的想法不是完全天马行空的，是有规律可循的。设计师可以通过诸如TRIZ原理这样的设计原理总结以往经验，实现设计突破，从而为产品带来创新。未来中国的产品市场如果能在各自的领域形成自己的一套创新方法，必然会在产品发展过程中取得突破，增加自己产品的对外竞争力，达到事半功倍的效果。

　　文/东北大学机械学院 吴冬 赵新军 责编/王蒙

　　参考文献

　　[1]沈萌红.《TRIZ理论及机械创新实践》[M].北京机械工业出版社，2012.2

　　[2]赵新军.《技术创新理论（TRIZ）及应用》[M].北京化学工业出版社，2004

　　[3]天津汇智源科技有限公司《中国应用技术网》[DB/OL]（http：//www.aptchina.com/）

　　[4]西伯利亚的狼.《打火机》[J]

　　（http：//baike.baidu.com/subview/21190/12830748.htm#9_1）

　　[5]施果果.《打火机材料与加工工艺》[J]

　　（百度文库/ppt专区/科技/材料科学http：//wenku.baidu.com/）