比翱观察丨基于工业麻的生物复合材料，行业独特的“精确的纤维结构转化”技术

两位持续创业者，基于他们在新材料领域的技术创新历程，与农业专家小组合作，已经开发出天然纤维复合材料，他们说，这种复合材料可以提高树脂和成品性能，同时提供比现有替代品优越得多的环境性能。David Saltman和Gary Balthes在创建清洁技术和天然纤维复合材料公司方面有着长期的记录。他们刚刚成立的公司INCA Renewable Technologies Inc位于不列颠哥伦比亚省基洛纳市，该公司正在使用工业（大）麻生产用于树脂生物塑料的短纤维和用于生物板的长纤维。 INCA生物塑料^™是一种复合颗粒，用于替代玻璃纤维增强塑料（GRP），以制造汽车零件和消费品和其他应用。据说，产品生命周期分析（LCA）表明，与玻璃钢相比，100%可生物降解的INCA产品在生产过程中产生的碳排放量减少23%，水消耗量减少18%，废料减少68%（见图表）。INCA树脂生物塑料与玻璃增强塑料相比具有巨大的环境优势。 该公司董事长兼首席执行官David Saltman表示：“我们将高度精炼的天然纤维与各种聚合物和添加剂结合起来的能力，将使注射、压缩和挤出成型商能够在其产品中加入INCA生物塑料，而对现有生产线几乎没有或根本没有修改。”。他补充说，例如，注射成型机可以将颗粒倒入机器中。至于INCA生物板^™，该公司最初的目标是休闲车行业。据长期在汽车行业工作的INCA首席技术官Garry Balthes介绍，目前大多数房车都使用4×8英尺的劳恩雨林胶合板制造，这种胶合板很薄、很重，可能会引发火灾，而且随着时间的推移，其多个接缝往往会从胶衣涂层下露出。RV行业每年使用4亿英尺的胶合板，为INCA可再生技术公司提供了巨大的潜在市场。独立GreenStep Solutions的生命周期评价研究表明，与目前的胶合板替代品相比，INCA生物板将减少89%的废物产生、82%的水消耗和76%的碳排放。此外，10月底完成的初始生产线试验表明，在30%荷载下加入印加加工纤维，弯曲模量和拉伸模量提高了40%。INCA目前正在为其面板寻求UL 94-VO防火等级，该面板也将是防水的。除了房车行业，INCA还将其生物板应用于家具、电影、建筑和交通行业。 为了抓住这一市场机会，该公司最近在印第安纳州布里斯托尔购买了23英亩的土地，在埃尔克哈特市东北部建造了一座新工厂，埃尔克哈特市被广泛称为世界房车之都。该地区生产80%的美国制造的房车。计划要求该公司在布里斯托尔建造一座25万平方英尺的工厂。Saltman表示，在拥有3条生产线的满负荷生产条件下，该设施仍只能满足当前胶合板需求的12.5%。建造该工厂需要两年时间，“我们计划的生产已经完全售罄，”他声称。为了推进该项目，INCA于9月与Genesis Products Inc签署了独家销售协议。这家总部位于埃尔克哈特的公司为房车行业以及家具、运输和建筑等市场设计和制造各种产品。Saltman还看到了在INCA生物板™在家具和电影行业的潜力。一旦其阻燃系统获得全面认证，INCA技术和产品还将应用于飞机和铁路等行业的未来需求。 在INCA建造印第安纳工厂的同时，它还计划在加拿大大草原建造一座工厂。该地20万平方英尺的设施将接收从加拿大农民那里购买的1000磅工业（大）麻包，并对纤维进行必要的加工和去皮。自1990年以来，加拿大草原一直在种植大麻以获取蛋白质。INCA每年将购买四万吨这种“废物”生物质。“重要的是要100%地利用进入我们工厂的材料，”Saltman说。大约四分之一的所得材料将运往印第安纳州。长纤维将用于制造生物面板；余下的将是短纤维，将其复合成颗粒以作为生物塑料出售。与使用玻璃纤维制成的类似材料相比，由天然纤维制成的复合材料将更轻、更坚固且成本更低。它也更容易回收，如果使用的核心树脂是生物基树脂，也将是可堆肥的。INCA指出，它“与汽车原始设备制造商及其一级供应商合作开发用于内饰组件的INCA生物板^™已处于阶段。”此外，它正在与注塑商讨论开发消费品。Saltman指出，随着全球碳封存要求将于2025年生效，对于诸如由INCA可再生技术开发和商业化的产品来说，“时机是完美的”。纤维制造工艺将大麻秆捆提升到捆破碎机上，拆下捆扎带，将捆展开到输送机上。这种纤维垫被送入脱皮机，在脱皮机中，一系列旋转的圆筒压碎茎秆，将长韧皮纤维从短内芯中分离出来，通过真空抽离并运输至储料仓，以便进一步加工成其他INCA产品。清洁的韧皮纤维将进一步加工至一定的规格，打包，并送往印第安纳工厂生产生物塑料和生物板。INCA表示，其将整个大麻秆“转化为精确的纤维结构”的能力是该行业独有的，代表了该公司的重要知识产权。制造生物板一个高落差的天然纤维垫沉积在一个连续的传送带上，在那里注入聚合物。该材料进入双钢带压力机，该压力机对其进行加热和压缩，使树脂流动用于热塑性化学，并启动热固性反应的共价键。第二个区域用于冷却和加固面板，该面板经过横切和边缘修剪，长度可达50英尺。 
在后期生产中，面板可以涂上A级汽车面漆，从而实现RVs的一体式结构。最终产品通过经销渠道发送至真空堆垛机、包装和托盘装运。制造生物塑料用于注射成型的生物复合材料芯块要求纤维长度在4到7毫米之间，长宽比为15:1。该纤维使用射频干燥器除湿，然后根据每个客户的规格与各种聚合物和添加剂混合。聚合物可以是纯聚丙烯或HDPE、回收塑料或生物聚合物，如聚乳酸（PLA）或聚羟基烷酸酯（PHA），以产生100%的生物基最终产品。INCA的颗粒可以直接送入注射、压缩或挤出生产线，而对设备的改动很小。

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