帝人(Teijin)的碳纤维、热塑单向带——在美国的碳纤维工厂-2

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氧化

在三层楼上，碳纤维生产从 PAN 前体的大筒子开始。PAN 前体是碳纤维生产中使用的主要前体，具有优异的强度和耐热性。纤维通过一系列氧化炉来去除任何溶剂或杂质。

当 PAN 离开第一个氧化炉时，油已经被去除，并且已经转化为金琥珀色。当 PAN 通过额外的腔室时，纤维被连续氧化和纯化，去除任何非碳的物质。在氧化过程中，纤维股会来回多次，每次循环都会进一步“ 烹饪 ” 纤维并使其逐渐变黑。纤维在完全氧化之前会经过另一组烤箱。

布乔克说，氧化阶段实际上是艺术和科学发挥作用的地方，经过氧化步骤的一切都是一个相当成熟的过程。他说：“ 这是每个人都有自己的秘密酱汁的地方，他们在上面涂上了自己的个人风格。 ”。

他接着解释说，不同制造商的氧化程序略有不同，这导致市场上不同碳纤维的性能不同。帝人(Teijin）专门设计其前驱物，使其与氧化过程协同工作。

当纱线离开第五个氧化炉时，它已经完全变黑并进行化学精炼。该工艺的后续步骤使用高温炉和可控的张力来构建和细化碳原子的微观结构或排列。

考虑到碳纤维生产的放热特性，布乔克很快指出了帝人(Teijin）已经采取的一些安全措施。他说：“ 当我们搅拌（纤维）时，它们释放的能量比我们投入的能量更多。” 。“ 随之而来的是合理的火灾风险。所有这些烤箱都设计有火灾传感器。如果它检测到纤维有问题—— 如果任何纤维开始像灰烬一样发光——它将触发一个三级消防系统，包括防火幕、雾系统和喷水系统。 ”

他还指出了处理较小断裂纤维的斜槽。在烘箱的大气之外，仍在反应的纤维可能会燃烧起来。操作人员将这些断股放入处理槽中，处理槽将其浸泡在水中，将其扑灭。然后，纤维落入工厂地下室的收集箱中，以便稍后处理或回收。

在完成氧化阶段的参观后，布乔克解释了技术人员如何在工艺的任何特定阶段处理任何断裂的纱线。其中一股纱线断裂会触发警报，警报会从一个区域转移到另一个区域，直到操作员找到断裂处，将其打结，重新捆扎，然后在整个过程中跟踪纱线。根据帝人(Teijin）的零浪费目标，这些较短的纱线被收集并分拣成较小的线轴、短线轴，甚至切碎的产品，以获得二级收入。

在碳化阶段，碳纤维受到极端的热和张力，以排列其微观结构，从而提高机械性能。

碳化作用

经过氧化，是烤箱和炉子之间的分界点。经过氧化的纤维现在将在专门的炉子里进行碳化，温度超过 1500°C，在受控惰性气氛（氮气或氩气，具体取决于运行的产品）中。这种气氛可以防止燃烧，并确保碳纤维不会与外部元素结合。在这个阶段，纱线经历一系列的化学反应，将它们转化，排列它们的微观结构以获得机械性能。

在这个阶段，根据生产线上运行的产品，纤维以不同的速度、不同的温度和不同的张力进行加工。当纤维进入碳化炉时，它们以更紧密的配置捆扎在一起，从而实现更小的占地面积，从而节省能源。

布乔克说，帝人(Teijin）的每个工厂都使用了类似的熔炉设计，允许冗余和从其他地方采购备件。

在生产线上工作

培训一名操作员至少需要 6 个月，培训一名班长至少需要一年。即使是当地有纺织经验的人才，学习如何穿线和操作碳纤维生产设备也是一项专业技能。

该工厂在所有可能出现问题的区域都配备了几个支持设备，使操作员能够及时检测过程中的异常情况。这些设备还允许安全、操作和合规技术人员远程监控操作。

在整个生产过程中，我们实施了严格的质量控制措施，以确保碳纤维在强度、模量、密度和其他机械性能方面符合严格的规范。这包括对原材料、中间产品和最终产品进行定期测试和检查，以确定任何缺陷或与标准的偏差。

格林伍德工厂的主控制室位于生产线末端，靠近上浆阶段。当线路运行时，它 100%由操作员控制。这项工作至少需要 7 年的工作经验，是工厂中技术密集度最高的工作。该操作员负责生产线上每个人的安全，并对整个生产过程进行持续监控，包括配方、温度、张力和生产线速度。

格林伍德工厂设有冗余的控制室，所有流程都可以在任何一个位置运行，并由包括工厂经理办公室在内的其他几个位置进行监控。

离开碳化炉后，碳纤维通过上浆站，然后进行最终检查。

表面处理和施胶

当纤维离开碳化炉时，辊引导它们离开紧密捆绑的结构，通过水浴洗涤纤维，然后通过干燥炉。

在这个阶段，碳纤维经过表面处理，以改善复合材料制造过程中的处理，并增强附着力、机械性能和与各种树脂系统的兼容性。帝人(Teijin）拥有数十种不同浆料和饰面的产品目录，以满足客户的不同需求。

格林伍德工厂设有两个上浆站，可在需要更换上浆时最大限度地减少甚至消除停机时间。如果需要，运营商甚至可以中途更改浆料。在上浆站的末端，一个烤箱为某些上浆提供热处理。虽然这不是一个常见的要求，但它是一个重要的要求——例如，许多压力容器应用都需要进行这种处理。

包装前对每个线轴进行检查和称重

检查、缠绕和包装

一旦碳纤维经过加工和处理，它们就会被送回一个水平进行质量检查，这是使用光学相机和目视检查进行的。通过该过程的每根纱线都可以从单个锭子追溯到其前体批次，使帝人(Teijin）能够追踪任何问题并轻松识别任何其他受影响的产品。

从那里，碳纤维被反馈到一个水平面，并准备好缠绕到线轴上进行包装。格林伍德工厂拥有一条全自动的检测和包装生产线。帝人(Teijin）的收卷机设置为当线轴装满时自动更换为新线轴。该工厂的标准包装为每个线轴 3 、 6 和 8 公斤，并能根据需要进行倒带。

一个机器人将碳纤维卷轴装进纸箱进行运输。

然后目视检查每个线轴的包装完整性。从那里，它经过许多工作站。首先，将具有可追溯性信息的条形码应用到假脱机上——在该过程的早期，将相同的条形码应用于堆芯。接下来，它移动到一个自动缩放系统进行称重。在这里，计算机将推断并记录重量——每个线轴都提供给客户，上面有碳纤维的实际重量。在最后一步，线轴被收缩包装并准备运输。